Natürliche Entrauchung und Klimaschutz: Planung von RWA-Anlagen

Automatisierte Fenster ermöglichen die Entrauchung und damit die Evakuierung von Gebäuden. Sie sind jedoch auch zur "kontrollierten natürlichen Lüftung" (KNL) nutzbar; ein Thema, das bei hochgradig isolierten Gebäuden immer mehr an Bedeutung gewinnt. RWA-Anlagen als ursprünglich reine Sicherheitsanlagen sind daher der halbe Weg zur energieeffizienten Lüftung.

Natürliche Entrauchung dient dem Klimaschutz
Grundprinzip einer Rauch- und Wärmeabzugsanlage (Bild: ZVEI)

Februar 2020 / Von Frank Wienböker. Die bei einem Brand entstehenden Verbrennungsprodukte wie Rauch, Wärme und heiße Brandgase steigen im Raum nach oben und bilden unterhalb der Decke eine Schicht aus Rauch und Brandgasen. Dieses Rauchgasgemisch wird mit fortschreitender Branddauer immer dichter, und innerhalb kürzester Zeit ist der gesamte Raum ausgefüllt. Mithilfe einer natürlichen Rauchabzugsanlage (NRA) werden die heißen Rauch- und Brandgase durch den thermischen Auftrieb bereits in der Entstehungsphase des Brandes direkt ins Freie abgeführt. Zuluftöffnungen sorgen für den erforderlichen Ausgleich des Massenstroms und verstärken den thermischen Auftriebseffekt (Kamin-Effekt). Durch den wirkungsvollen Einsatz von natürlichen Entrauchungsanlagen wird eine raucharme Schicht über dem Boden des Brandraums sichergestellt. Flucht- und Rettungswege bleiben sowohl für die Personenrettung als auch für den Löscheinsatz der Feuerwehr zugänglich.

Darüber hinaus werden Gebäude und Sachwerte geschützt, weil sich der Brandfortschritt durch die Abführung von heißen Gasen verzögert, und gleichzeitig wird die Umwelt geschont, da weniger Löschwasser benötigt wird. Bei natürlich wirkenden Rauch- und Wärmeabzugsanlagen erfolgt die Abfuhr der heißen Rauch- und Brandgase über die gängigen Gebäudeöffnungen in der Außenhaut der Fassade oder des Dachbereichs.

Als natürliche RWA-Öffnungen dienen i.d.R. Fenster oder Lichtkuppeln. Je nach Gebäudeart und Architektur sind verschiedene Ausführungen möglich. Bei Flachdachbauten sind dies Lichtkuppeln, Lichtbänder oder Glaspyramiden. Im geneigten Dach oder Sheddach ist der Einbau als Kipp- oder Klappflügel bzw. Drehflügel als Einzel- oder Doppelklappe möglich. Am häufigsten werden als RWA-Öffnungen unterschiedlichste Fensterarten in die Außenwand von Gebäuden eingebaut.

Um die optimale Wirkung der natürlichen Entrauchung zu gewährleisten, müssen Größe, Art und Anordnung der Öffnungselemente am Einbauort beachtet werden. Für Planung, Einbau und Auslegung von natürlichen RWA-Öffnungen gilt in Deutschland die DIN 18232 – Teil 2 [1]. Wichtig ist, dass die Rauchgase möglichst ungehindert aus dem Gebäude ins Freie ausströmen können. Weder der Fensterflügel selbst, noch bauliche Gegebenheiten – wie Mauervorsprünge, Treppen, Lüftungskanäle etc. – sollten das Ausströmen behindern.

Aerodynamische vs. geometrische Öffnungsfläche

Natürliche Entrauchung dient dem Klimaschutz
Berechnung der geometrischen Fläche (Bild: ZVEI)

Bei der Berechnung der notwendigen Rauchabzugsfläche wird ­zwischen der aerodynamischen und der geometrischen Öffnungsfläche unterschieden. Bereits in der Planungsphase sollte Klarheit herrschen, welche Berechnungsgrundlage bei der Ermittlung von RWA-Flächen zur weiteren Projektierung verwendet wird. I.d.R. ­werden Anforderungen bezüglich Rauchableitung (z.B. in Treppenräumen) über die geometrische Öffnungsfläche spezifiziert. Die ­Forderung nach einer aerodynamisch wirksamen Öffnungsfläche hingegen setzt einen Rauch- und Wärmeabzug und somit ein natürlich wirkendes Rauch- und Wärmeabzugsgerät (NRWG) voraus. In der Musterbauordnung und den dazugehörigen Landesbauordnungen wird zur Rauchableitung aus Treppenhäusern und Kellern von Gebäuden i.d.R. die geometrische Abzugsfläche gefordert. Dieser Wert kann anhand der nebenstehenden Skizze berechnet werden. Die tatsächliche geometrische Öffnungsfläche wird durch direktes Messen an der nebenstehenden RWA-Öffnung ermittelt.

A (geometrische Fläche) = Lö × BLichte
Bei einem Öffnungswinkel größer 60 Grad ist der errechnete Wert „A“ mit der maximalen lichten Öffnungsfläche des Fensters anzusetzen. Die maximale Fläche kann nur kleiner oder gleich der lichten Fläche sein. Die vor allem in den Sonderbauten oder in Brandschutzkonzepten geforderten Rauch- und Wärmeabzugsflächen werden als aerodynamisch wirksame Öffnungsflächen angegeben. Dafür ist gemäß DIN EN 12101-2 „Rauch- und Wärmefreihaltung – Teil 2: Festlegungen für natürliche Rauch- und Wärmeabzugsgeräte“ die experimentelle Bestimmung eines Durchflussbeiwerts erforderlich. Damit lässt sich die aerodynamisch wirksame Öffnungsfläche wie folgt berechnen:

Aa (aerodynamische Fläche) = BLichte × HLichte × Cv0
Cv0 = Experimentell nachgewiesener Durchflussbeiwert in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel und der Fenstergeometrie. Da durch Einbauten in der baurechtlich vorgeschriebenen Öffnung in der Wand die Strömung beeinflusst wird, muss diese Veränderung durch einen Beiwert berücksichtigt werden.

DIN 18232 – Teil 2

Die DIN 18232-2 [2] gilt für die Bemessung und den Einbau von natürlichen Rauchabzugsanlagen für Räume mit vertikaler Rauchableitung über das Dach durch thermischen Auftrieb nach DIN 18232-1 für eingeschossige Gebäude und das oberste Geschoss mehrgeschossiger Gebäude. Sie gibt darüber hinaus informative Hinweise für die Bemessung und den Einbau von NRA für Räume mit Rauchableitung über Außenwände. Sie enthält Tabellen und Berechnungsverfahren zur Dimensionierung von raucharmen Schichten, um damit den Anforderungen unterschiedlicher Schutzziele gerecht zu werden. Des Weiteren sind Hinweise und Festlegungen enthalten, die bei der Anwendung dieser Bemessungsregeln und beim Einbau von NRA zu beachten sind. Die Bemessung der NRA nach dieser Norm setzt ­voraus, dass die Rauchabschnittsflächen entweder kleiner gleich 1.600 m² groß sind oder durch Rauchschürzen in maximal 1.600 m² große Rauchabschnittsflächen unterteilt werden. Die aerodynamische Wirksamkeit der Rauchabzugsfläche eines NRWG ist nach dem in der DIN EN 12101 Teil 2 beschriebenen Verfahren nachzuweisen. […]

Weiterlesen? Der vollständige Artikel ist im FeuerTrutz Spezial 2019 "Entrauchung und Evakuierung" (November 2019) erschienen. Der Autor erläutert darin die natürliche Entrauchung als Vorstufe zur natürlichen Lüftung und geht auf Ergebnisse eines Forschungsprojektes sowie eine Schule als Projektbeispiel ein.

Autor

Frank Wienböker: Vorsitzender Fachkreis „Rauch- und Wärmeabzugsanlagen/natürliche Lüftung“ im ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.

Literatur

[1] DIN 18232 – Teil 2 (11-2007)

[2] DIN EN 12101 (01-2006)

[3] DIN 1946-6 (01-2018)

[4] DIN EN 15254-3 (03-2018)

[5] EN 13779 (2007)

[6] DIN EN 16798-1 (07-2015)

[7] DIN V 18599 (01-2010)

[8] DIN 1946 – Teil 6 (01-2018)

Der Artikel ist im FeuerTrutz Spezial - Band 10: Entrauchung und Evakuierung (November 2019) erschienen.
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FeuerTrutz Spezial 2019: Entrauchung und Evakuierung

Das FeuerTrutz Spezial 2019 "Entrauchung und Evakuierung" enthält vertiefende Beiträge zur Planung und Umsetzung von Entrauchungsmaßnahmen sowie zu Aspekten der Evakuierung im Brandfall. Sie erhalten zudem einen Überblick zu neuen Entwicklungen und Trends im vorbeugenden Brandschutz.

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Letzte Aktualisierung: 10.02.2020

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