Automatische Selbsttests von sicherheitstechnischen Anlagen

Der Beitrag stellt anhand eines Beispiels komplexer Druckbelüftungsanlagen in einem Hochhaus in Basel ein Funktionssicherheitskonzept und automatische Selbsttests der Anlagen vor und bewertet deren Bedeutung.

Automatische Selbsttests von sicherheitstechnischen Anlagen
Abb. 1: Das hier zu sehende Hochhaus in Basel dient als Beispiel, wie ein Funktionssicherheitskonzept erstellt werden kann. (Foto: Konrath)

Juli 2019 / Von Bernd Konrath. Redundante Ausführungen von Anlagen, wie in der Muster-Hochhaus-Richtlinie (MHHR, [1]) beschrieben, sollen sicherstellen, dass bei Ausfall einer Komponente die zweite Komponente die Funktion übernimmt. Bei komplexen Anlagen sind aber häufig nicht einzelne Komponenten für die Funktion verantwortlich, sondern das Zusammenspiel aller Teile. Zudem können komplexe Anlagen eine Vielzahl von Komponenten aufweisen. Sie alle redundant auszuführen, würde in voller Konsequenz bedeuten, gleich ganze Anlagen je zwei Mal errichten zu müssen: Bei sicherheitstechnischen Einrichtungen müssten anstatt einer Rauch- und Wärmeabzugsanlage (RWA) gleich zwei, anstatt einer Rauchschutzdruckanlage (RDA) gleich zwei umgesetzt werden. Nur einzelne Komponenten doppelt (redundant) auszuführen, mag bei einigen sicherheitstechnischen Anlagen hinreichend sein, um die Gesamtfunktion aufrechtzuhalten. Bei RDA ist das aber häufig nicht der Fall. Ist jedoch bei einer solchen Redundanzanforderung nicht in erster Linie die Betriebssicherheit, die Funktionssicherheit oder die Verfügbarkeit der vollständigen Anlagenfunktion gemeint, wie sie in diversen bauordnungsrechtlichen Dokumenten ([2] bis [8]) gefordert wird? Ist diese durch eine in vielen Fällen nur teilweise umgesetzte Redundanz überhaupt gegeben? Und stehen nicht andere Verfahren zur Verfügung, um die Betriebssicherheit der Anlagen zu gewährleisten?

Im vorliegenden Beitrag werden verschiedene Aspekte dieser Fragen beleuchtet. Parallel wird am Beispiel einer RDA ein alternatives Konzept zur Sicherstellung der Anlagenfunktion vorgestellt.

Der vollständige Artikel ist in Ausgabe 4.2019 des FeuerTrutz Magazins (Juli 2019) erschienen.

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Beispiel einer ausgeführten RDA

Die Abbildung 2 zeigt das Schema einer RDA in einem 175 m hohen Hochhaus in Basel: In diesem werden fünf Treppenräume und zwei Feuerwehrlifte druckbelüftet und es verfügt über zwei ebenfalls mit Ventilatoren ausgestattete Abströmanlagen. Insgesamt bestehen die Anlagen aus ca. 530 Komponenten, die Bestandteil der RDA sind, durch die RDA angesteuert werden oder Meldungen an diese zurückgeben (s. Tabelle 1). Dabei sind in dieser Aufstellung die 280 Türen und deren Türschließer zu den Schleusen und Vorräumen noch nicht einmal enthalten. Es ist daher leicht nachvollziehbar, dass nicht nur die genehmigenden Behörden und der Bauherr die Frage nach der Betriebssicherheit stellten und die Befürchtung äußerten, die Anlagen könnten versagen, wenn eine Komponente ausfällt.

Automatische Selbsttests von sicherheitstechnischen Anlagen (Tabelle: Auszug der Zusammenstellung der RDA-Komponenten des Ausführungsbeispiels)
Die Tabelle zeigt einen Auszug der Zusammenstellung der RDA-Komponenten des Ausführungsbeispiels.

Strategie zur Funktionssicherheit

Für diese sehr komplexen Anlagen wurde eine umfangreiche Funktionssicherheitsstrategie aufgestellt, mit der die Anforderung "jederzeit betriebsbereit" umgesetzt wurde. Die hier angewandte Strategie wird nachfolgend erläutert.

Automatische Selbsttests von sicherheitstechnischen Anlagen
Abb. 2: Schema der RDA im Hochhaus in Basel mit ca. 175 m Höhe (Grafik: Bernd Konrath)

Basisstrategie

Die baurechtlichen Grundanforderungen an unabhängige Anlagen, die mit Funktionserhalt an die Sicherheitsstromversorgung angeschlossen wurden, sind selbstverständlich.
Des Weiteren kamen nur hochwertige Komponenten mit einzeln spezifizierten Leistungsmerkmalen zum Einsatz. Auf eine Redundanz der vielen Komponenten wurde verzichtet. Dennoch wurden redundante Funktionen implementiert, die teilweise auch auf den dezentralen Schaltschränken und Energieversorgungen basieren. Die Anlage wurde mit Sicherheitsbussystemen in Ringstruktur durch verschiedene Steigzonen ausgestattet.

An einzelnen Busknoten wurden "Fail-safe"-Funktionen implementiert, die auch dann noch ausgelöst werden, wenn Regelbausteine ausfallen oder Probleme in der Buskommunikation auftreten sollten.
Die RDA sind nur über die Störungsmeldungen mit der Gebäudeleittechnik (GLT) verbunden, eine Rückkopplung der GLT auf die RDA ist ausgeschlossen.

Die einzelnen Bestandteile der Sicherheitsstrategie

Dauerhafte Überwachung

Eine der Hauptsäulen der Sicherheitsstrategie ist die dauerhafte Überwachung des Betriebszustands aller Anlagenkomponenten in jedem Betriebszustand der Gesamtanlagen ("Stand-by" und "Anforderungsbetrieb"). Alle Klappen besitzen Endlagenschalter für beide Endlagen, die auf Position, Kurzschluss und Kabelbruch überwacht werden. Alle Sensoren werden auf Kurzschluss, Kabelbruch, Grenzwert und "Lebenszeichen" überwacht und ihre Werte einer Plausibilitätskontrolle unterzogen. Die Ventilationsstationen (Ventilatoren und Frequenzumrichter) werden durch mehrere Parameter der Umrichter überwacht. […]

Weiterlesen? Der vollständige Artikel ist im FeuerTrutz Magazin, Ausgabe 4.2019 (Juli 2019) erschienen. Darin werden weitere Bestandteile der Sicherheitsstrategie erklärt, wie z.B. das Störungs- und Ausfallkonzept, das Störmeldekonzept, automatische periodische Selbsttest und manuelle Vollfunktionstests.

Autor

Dipl.-Ing. Bernd Konrath: Geschäftsführender Gesellschafter des I.F.I. Instituts für Industrieaerodynamik GmbH; Dozent der Bergischen Universität Wuppertal, bei verschiedenen Fachkammern und Weiterbildungsträgern; Mitglied mehrerer Normen- und Fachausschüsse des Brandschutz- und Prüfwesens in Deutschland und Europa; Fachexperte des Schweizerischen Staatssekretariats für Wirtschaft SECO

Literatur

[1] Muster-Richtlinie über den Bau und Betrieb von Hochhäusern (MHHR) vom April 2008, zuletzt geändert im Februar 2012

[2] Musterbauordnung (MBO), Fassung November 2002, zuletzt geändert am 13.05.2016

[3] Muster-Verordnung über Prüfungen von technischen Anlagen nach Bauordnungsrecht – Muster-Prüfverordnung (MPrüfVO), Stand März 2011

[4] Brandschutznorm (1-15), Verband Kantonaler Feuerversicherungen (VKF), Fassung Januar 2017

[5] Brandschutzrichtlinie – Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (21-15); Verband Kantonaler Feuerversicherungen (VKF), Fassung Januar 2017

[6] Brandschutzerläuterungen – Gewährleistung der Betriebsbereitschaft von Brandfallsteuerungen (BFS) (108-15), Verband Kantonaler Feuerversicherungen (VKF), Fassung Januar 2017

[7] Rauchschutzdruckanlagen – Weisung, Gebäudeversicherung Zürich GVZ, 01.01.2015

[8] Brandschutzmerkblatt Überdruckbelüftungsanlagen, Gebäudeversicherung Bern GVB, Ausgabe 05/2018

[9] VDMA 24188:2011-06 "Rauchschutzmaßnahmen in Treppenräumen – Rauchableitung, Rauchverdünnung, Rauchfreihaltung", Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA)

[10] DIN EN 61508 "Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/ programmierbarer elektronischer Systeme"

[11] VDMA 24200-1:2004-03 "Gebäudeautomation – Teil 1: Automatisierte Brandschutz- und Entrauchungssysteme ABE, Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA)

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Letzte Aktualisierung: 30.07.2019

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