Basiswissen Sprinkleranlagen: Aufbau, Konzeption und Planung

Der Begriff "Löschanlagen" stellt den Überbegriff aller Anlagen dar, mit denen Löschmittel (meist Wasser) im oder am Gebäude zu Löschzwecken transportiert werden. Es gibt unterschiedliche Arten von Feuerlöschanlagen. Der Beitrag stellt mit der Beschreibung von Sprinkleranlagen eine davon vor.

Zwei Sprinklerköpfe
Abb. 1: Sprinklerköpfe sind mit Glasfässchen oder anderen Freigabemechanismen versehen, wodurch das Löschwasser erst bei örtlicher Wärmebeaufschlagung austritt. (Quelle: NürnbergMesse / Heiko Stahl)

Von Lutz Battran. Das Schutzziel von Sprinkleranlagen besteht darin, einen Brand zu löschen oder aber in der Entstehungsphase zu halten, sodass der Feuerwehr ein schnelles Ablöschen ermöglicht wird. Das Hauptmerkmal einer Sprinkleranlage besteht darin, dass im Brandfall das Löschmittel nur aus den Löschdüsen auftritt, die dem Feuer ausgesetzt sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Sprinklerköpfe aus Löschdüsen bestehen, die im Normalbetrieb verschlossen sind.

Beim Auftreten von Hitze öffnen sich nur die betroffenen Düsen, und das Löschmittel tritt aus. Der Verschluss der Düsen besteht meist aus Glasgefäßen, die bei einer bestimmten Temperatur platzen, in Sonderfällen aus Schmelzloten oder Bimetallen. Bei ca. 40 % aller statistisch erfassten Sprinklerauslösungen reichte ein einziger Sprinkler zur erfolgreichen Bekämpfung des Brandes aus, mit jeweils weniger als acht Sprinklern wurde in 85 % aller Fälle ein Löscherfolg (bzw. die erfolgreiche Eindämmung des Brandes) erreicht. Beispielhafte Einsatzgebiete von Sprinkleranlagen sind Industrieanlagen, Produktions- und Lagerstätten, Hochregallager, Hochhäuser, größere Verkaufsstätten, Hotels und Tiefgaragen. Als Löschmittel dient Wasser, ggf. mit Zusätzen wie Schaummitteln.

Konzeption einer Sprinkleranlage

Für die Konzeption einer Sprinkleranlage existieren konkurrierende technische Regeln, nach denen die Anlage geplant werden kann, z. B.:

  • VdS CEA 4001:2018-01 „VdS CEA-Richtlinien für Sprinkleranlagen – Planung und Einbau“ (Klassen 1 und 2)
    Hinweis: Die Klasse 1 stellt die höchste Qualitätsstufe im VdS-CEA-4001-Regelwerk dar. Anlagen der Klasse 3 dieses Regelwerks sind sogenannte "Löschhilfeanlagen", die nicht den Standard für Sprinkleranlagen erreichen, jedoch für diese eine erste Ausbaustufe sein können, z. B. im Rahmen zukünftig geplanter Flächenerweiterungen. Anlagen der Klasse 4 sind automatische Löschanlagen für Wohnungen.
  • DIN EN 12845:2020-05 "Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen – Automatische Sprinkleranlagen – Planung, Installation und Instandhaltung"
  • FM Data Sheets 2-0:2018-01 „Installation Guidelines for Automatic Sprinklers“, 8-9:2020-07 "Storage of Class 1, 2, 3, 4 and Plastic Commodities" und weitere
  • NFPA 13:2019 "Standard for the Installation of Sprinkler Systems"

Im Industriebereich ist es dringend zu empfehlen, vor Konzeption einer Löschanlage diese auch mit dem zukünftigen Feuerversicherer abzustimmen.

Eine Vermischung der Regelwerke sollte möglichst vermieden werden.
Welche Norm zur Anwendung kommt, hängt von der bauordnungsrechtlichen Anforderung, von den Interessenlagen des Bauherrn, von Vorgaben des Versicherers oder von dem speziellen Einsatzgebiet ab.

Zu beachten ist, dass die unterschiedlichen Regeln auch verschiedene Sicherheitsstandards wiedergeben. Dies spiegelt sich vor allem in Forderungen nach Qualitätsstandards der Bauteile und Redundanzen bei der Anlage wider. In MVV TB Anhang 14 Abschnitt 10.4.2 (Selbsttätige Feuerlöschanlagen) ist folgende Regelung zur Erfüllung bauordnungsrechtlicher Vorgaben nach einer automatischen Löschanlage enthalten:

"Die Planung, Einbau und Bemessung von Sprinkleranlagen als selbsttätige Feuerlöschanlage soll nach der Regelung von DIN EN 12845:2016-04 (Ortsfeste Brandbekämpfungsanlagen – Automatische Sprinkleranlagen, Planung, Installation und Instandhaltung) erfolgen.
Wenn Sprinkleranlagen abweichend nach einem anderen technischen Regelwerk ausgelegt werden sollen (z.B. CEA 4001, FM Global Data Sheets, VdS CEA 4001), muss dies im Brandschutznachweis dargestellt werden. Anlagen nach den Regeln CEA 4001 und VdS CEA 4001 müssen in der Variante Klasse 1 nach dem Regelwerk ausgeführt sein."

Versicherer machen die Versicherbarkeit von größeren Objekten oft vom Vorhandensein oder der Auslegung einer Sprinkleranlage abhängig (meist nach VdS- oder FM-Standard) und räumen ggf. für solche Anlagen Prämienrabatte ein. Deshalb sollten gerade Sprinkleranlagen, neben der bauordnungsrechtlichen Würdigung, stets im Vorfeld mit dem potenziellen Versicherer abgestimmt werden.

Sprinkleranlagen müssen in der Regel so geplant werden, dass sie einen kompletten Brandabschnitt schützen, da sie auf die Bekämpfung eines Entstehungsbrandes ausgelegt sind. Ansonsten können Brände, die sich bereits in einem ungeschützten Teil des Brandabschnitts entwickeln konnten, nicht wirksam bekämpft werden. Zu beachten ist auch, dass Sprinkleranlagen für bestimmte Räume ungeeignet sind, da durch Wassereinwirkung Gefahren entstehen können, z.B.:

  • Silos und Behälter mit quellendem Inhalt
  • Industrieöfen oder Industriefeuerungsanlagen
  • Salzbäder oder Metallschmelzpfannen
  • Kipppfannen, Fritteusen usw.

Dann sind andere Löschanlagen (z.B. mit Gas oder Pulver) vorzusehen.

Die Konzeption einer Sprinkleranlage ist – neben der Grundlage für ihre technische Planung – Bestandteil der Brandschutzplanung und sollte im Vorfeld mit den betroffenen Prüfern abgestimmt werden.

Aufbau einer Sprinkleranlage

Der Aufbau einer Sprinkleranlage ist abhängig von der gewählten technischen Regel, der vorhandenen Nutzung im geschützten Bereich, bei Lagergebäuden von der Lagerart (z.B. Blocklager, Regallager mit offenen oder geschlossenen Regalböden) und dem Lagergut sowie der Gebäudegeometrie bzw. letztlich von der individuell errechneten notwendigen Wassermenge und der erforderlichen Zahl an Sprinklerköpfen.

Ein wesentlicher Punkt ist die Wasserversorgung. Diese besteht aus der Zuführung des Wassers aus Leitungsnetzen, Behältern oder Brunnen sowie aus Pumpen, sofern der vorhandene Wasserdruck für die Funktion des Löschwassers nicht ausreichend ist.

Fällt die Löschwasserversorgung aus, kann die Löschanlage nicht arbeiten. Deshalb ist es in vielen Fällen angebracht, Redundanzen zu schaffen, z.B. mit einer einfachen Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit oder einer doppelten Wasserversorgung. Als unterschiedliche Wasserversorgungen stehen z.B. zur Auswahl (abhängig von der ­jeweiligen technischen Regel):

a) öffentliches Wasserleitungsnetz

b) Vorratsbehälter

c) unerschöpfliche Wasserquelle

d) Druckluftwasserbehälter

Zu c): Dabei handelt es sich z.B. um Brunnen oder offene Gewässer mit gesicherter, ganzjähriger Nachströmung, entsprechender Wasseransaugung und Pumpe.

Zu d): Ein Kompressor bringt in einen definierten Behälter ein ständiges Luftpolster ein. Dieses drückt das Wasser im Bedarfsfall ohne zusätzliche Pumpe aus dem Behälter in die Löschanlage (Abb. 2). Eine alleinige Löschwasserversorgung durch Druckluftwasserkessel ist in den Vorschriften regelmäßig nicht vorgesehen. Allerdings stellt sie eine sinnvolle Redundanz zu anderen Wasserversorgungen dar, weil der Kessel bei vorhandenem Druck immer funktionsfähig ist, auch wenn es zum Zeitpunkt der Auslösung zu einem Versagen der Energieversorgung kommen sollte.

Druckluftwasserkessel mit Kompressor im Vordergrund
Abb. 2: Druckluftwasserkessel mit Kompressor im Vordergrund (Quelle: Lutz Battran)

Die Konzeption der Wasserversorgung kann auch mehrere Sprinklerpumpen oder Redundanzen in der Energieversorgung erforderlich machen. Dies kann z.B. mit zwei voneinander unabhängigen Dieselpumpen realisiert werden, wobei beim Ausfall einer Pumpe die zweite die volle Leistung erbringen können muss. Für Elektropumpen muss die Stromversorgung zu jeder Zeit sichergestellt sein. Neben der Energieversorgung über Stromnetze werden deshalb meist zusätzliche Ersatzstromerzeuger eingesetzt. Erforderliche Sprinklerpumpen müssen die erforderlichen Durchflussraten und Drücke für die Sprinkler liefern. Das Thema Wasserversorgung wird in den verschiedenen technischen Regeln unterschiedlich bewertet. Im Folgenden und in Abb. 3 wird beispielhaft die Wasserversorgung einer Sprinkleranlage nach VdS CEA 4001 Klasse 1 für ein Blocklager mit max. 5.000 Sprinklern vorgestellt.

Die Wasserversorgung erfolgt redundant:

Erstens wird ein Löschwasserbehälter über einen offenen Einlauf von einer unerschöpflichen Wasserversorgung (z.B. öffentliches Trinkwassernetz) nachgespeist.
Durch diesen Aufbau wird einerseits eine gewisse Löschwasserreserve (selbst bei Versagen der Nachspeisung) sichergestellt und andererseits eine Verkeimung des betroffenen Wassernetzes vermieden. Aufgrund des offenen Einlaufs gibt es keine direkte Rohrverbindung zwischen Sprinkleranlage und Trinkwasserrohrnetz. Die Sprinklerpumpe wird bei Druckabfall im Leitungsnetz aktiviert (hervorgerufen durch die sich öffnenden Sprinklerköpfe).

Zweitens liegt ein Druckluftwasserbehälter vor. Dabei wird ein Wassertank mit einem definierten und mit einem Kompressor verbundenen Luftpolster ständig unter Druck gehalten. Dieser Druck überträgt sich auf die Sprinklerleitungen, was beim Öffnen eines Sprinklerkopfs ein sofortiges Ausströmen von Löschwasser zur Folge hat.
Hinweis: Druckluftwasserbehälter werden hauptsächlich auf VdS basierenden Konzepten vorgesehen.

Drittens werden Nachspeisleitungen für die Feuerwehr vorgesehen.

Skizze: Beispielhafter Aufbau einer Sprinkleranlage nach VDS CEA 4001 Klasse 1
Abb. 3: Beispielhafter Aufbau einer Sprinkleranlage nach VDS CEA 4001 Klasse 1 (Quelle: Minimax GmbH & Co. KG)

Von den Wasserversorgungskomponenten gelangt das Löschwasser über eine Verteilerleitung zu den Alarm-Ventilstationen (Abb. 4). Jede im Rahmen der Projektierung definierte Sprinklergruppe wird von einer Ventilstation versorgt. Alarm-Ventilstationen bestehen hauptsächlich aus einem Schieber und einem Durchflussmesser, der im Auslösefall innerhalb der Sprinklergruppe einen elektrischen Schaltkontakt schließt und damit ein elektrisches Signal abgibt. Weitere Komponenten innerhalb der Alarm-Ventilstation können Drucküberwachung oder Trennfunktion zwischen Nass- und Trockenbereich bei Trockenanlagen sein. An der Alarm-Ventilstation kann eine Sprinklergruppe (z.B. nach erfolgtem Löscherfolg oder bei Leckagen innerhalb der Sprinklergruppe) abgeschiebert werden. Gegen unbefugte Betätigung sind hier Sicherungen vorgeschrieben. Das Auslösen der Sprinkleranlage muss einen Alarm generieren, der als Brandalarm über eine Brandmeldezentrale weitergeleitet wird.

Von den Alarm-Ventilstationen gelangt das Wasser über das Sprinkler-Rohrnetz über große zu kleinen Querschnitten zu den einzelnen Sprinklerköpfen. Bei Nassanlagen sind die Sprinklerköpfe heute üblicherweise mit Glasfässchen verschlossen. Diese sind auf eine bestimmte Temperatur eingestellt, bei der sie zerplatzen und damit die Löschdüse freigeben.

Ventilstationen auf einer Verteilerleitung
Abb. 4: Ventilstationen auf einer Verteilerleitung (Quelle: Lutz Battran)

Die Kennfarbe des Glasfässchens zeigt die Temperaturauslegung des Zerplatzens (Abb. 5). Die übliche Auslegung bei VdS-CEA- 4001-Anlagen erfolgt mit 68 °C-Sprinklern (Kennung Rot). Andere Auslösetemperaturen ergeben sich z.B. bei besonderen Temperaturverhältnissen in Gebäuden. Alternativ kommen vereinzelt Bimetalle oder Schmelzlote als Öffnungsmechanismen für Sprinklerdüsen zum Einsatz (z.B. bei Sonderanwendungen). Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Sprinklers ist seine Ansprechempfindlichkeit. Der RTI-Wert (Response Time Index) bezeichnet einen dimensionslosen Kennwert der Auslösegeschwindigkeit eines Sprinklers: Je niedriger dieser Wert ist, desto schneller erfolgt die Auslösung des Sprinklers.

  • Standard: RTI > 80, < 200 (Decke, Trockenanlage)
  • Spezial: RTI ≥ 50, ≤ 80 (für alle Bereiche einsetzbar)
  • Schnell: RTI < 50 (Regal, Decke, Hohlräume)

Zudem werden Sprinkler nach ihrem K-Faktor unterschieden, der die Wasserausflussrate des Sprinklers kennzeichnet. Ein Sprinkler mit K 80 liefert bei 1 bar Druck 80 l/min, bei 2 bar 113 l/min. Gebräuchliche K-Werte sind 57, 80, 115 oder 160 bis hin zu 360. Eine weitere Unterscheidung liegt in der Montage bzw. Positionierung abhängig von den örtlichen Gegebenheiten:

  • Hängende Sprinkler (zeigen nach unten; Wasser über Düse abgegeben und durch Sprühteller verteilt)
  • Stehende Sprinkler (Schirmsprinkler; stehend auf Verteilerleitung montiert, zeigen nach oben; Wasser über Düse abgegeben, durch Abprallen am Prallteller verteilt)
  • Seitenwandsprinkler (Weitwurfsprinkler; an Wand montiert, sprühen in zu schützenden Bereich)
  • Verdeckter Sprinkler (aus gestalterischen Gründen nicht sichtbar hinter systemgeprüfter Abdeckung montiert, die bei Auslösung des Sprinklers weggeschleudert wird)

Tabelle: Kennfarben von Sprinklerköpfen
Kennfarben von Sprinklerköpfen (Quelle: FeuerTrutz Network)

Auslegung einer Sprinkleranlage

Die Auslegung von Sprinkleranlagen ist abhängig von den Brandgefahren, wobei zwischen Lagerbereichen und Nicht-Lagerbereichen unterschiedliche Ansätze verfolgt und unterschiedlichen Nutzungen Brandgefahrenklassen zugeordnet werden. Die Brandgefahrenklassen dienen als Ausgangsbasis für die Bemessung der erforderlichen Wasserbeaufschlagung und Wirkfläche.

Auf der Grundlage dieser beiden Faktoren (Wasserbeaufschlagung und Wirkfläche) erfolgt die hydraulische Berechnung der Anlage, nämlich der Dimensionierung und Anordnung von Rohren sowie des jeweils erforderlichen Pumpendrucks und der erforderlichen Wasserrate. Aus der beschriebenen Projektierung ergeben sich auch Positionierung und Art der Sprinklerköpfe. Dabei spielen vor allem die Abstände zwischen Sprinklerkopf und Oberkante Lagergut, zwischen Sprinkler und Wänden sowie zwischen den Sprinklern selbst eine wesentliche Rolle.

Ebenfalls von Bedeutung ist bei Regallagern die Beschaffenheit der Regalböden: Ist ein Durchfließen des Wassers durch Regalböden oder Lagergut zu stark beeinträchtigt, sind zusätzliche Regalsprinkler vorzusehen. Zudem kann bei Regalanlagen ein definierter und freizuhaltender Abstand zwischen der Länge nach zueinander angeordneten Regalen (Regalschächte) erforderlich sein. Deshalb ist es bei einer Regalplanung in gesprinklerten Bereichen nötig, den Sprinklerprojektanden in diese Planung mit einzubeziehen. Die Zahl der Ventilstationen sowie die Art der Wasserversorgung ergeben sich durch die Zahl der zu berücksichtigenden Sprinkler. In bestimmten Fällen kann die Zumischung von Schaummitteln in das Rohrnetz der Sprinkleranlage erforderlich sein.

Neben den klassischen Sprinklern, die entweder hängend oder stehend eingebaut werden, kommen vor allem bei Lagerrisiken zunehmend EFSR-Sprinkler (Early Suppression Fast Response, „Sprinklern zur schnellen Brandbekämpfung“) oder andere schnell ansprechende Sprinkler zum Einsatz. Die zusätzlichen besonderen Eigenschaften dieser Anlagen sind hohe Wasserbeaufschlagungen und kleine Wirkflächen. Damit können im Einzelfall Regalsprinkler vermieden bzw. größere Lagerhöhen bei Blocklagern realisiert werden, allerdings sind deutlich größere Wassermengen vorzusehen. Das Konzept entstammt US-Regelwerken, ist mittlerweile aber in der VdS CEA 4001 zu finden.

Die Sprinkleranlage weist Berührungspunkte zur Gebäudeplanung (z.B. Größe und feuerwiderstandsfähige Abtrennung der Sprinklerzentrale, Platz für Wassertanks, Befestigungspunkte für Rohrleitungen und Sprinkler), zur späteren Nutzung des Gebäudes und zur Ausgestaltung von Anlagen und Regalen auf. Deshalb ist es erforderlich, die Sprinklerplanungen rechtzeitig zwischen den betroffenen Projektanden abzustimmen.

Die Darstellung besonderer Formen von Sprinkleranlagen, wie Trockenanlagen, Tandemanlagen, Sicherheitssprinkler und vorgesteuerte Anlagen würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Lutz Battran ist Brandschutzsachverständiger, Vorsitzender des bayerischen Prüfungsausschusses für den "Prüfsachverständigen für Brandschutz", Mitbegründer der Vereinigung der Brandschutzplaner e. V. (VdBP), Referent und Herausgeber des Brandschutzatlas.

Der Artikel ist in Ausgabe 2.2021 des FeuerTrutz Magazins (März 2021) erschienen.
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Letzte Aktualisierung: 28.06.2021

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