Hoch, markant und mit rauchfreien Flucht- und Rettungswegen im Brandfall: Das One Forty West in Frankfurt wurde mit einer maßgeschneiderten Druckbelüftungsanlage ausgestattet.
Aufgrund seiner Höhe von 40 Etagen wurden für das neue Hochhaus One Forty West in Frankfurt am Main mit seinen markanten Balkonen strenge Brandschutzanforderungen erhoben. Dies führte zur Installation maßgeschneiderter Druckbelüftungsanlagen (DBA), um sichere Flucht- und Rettungswege zu gewährleisten und die Feuerwehr bei ihrem Löschangriff zu unterstützen. Dafür verbaut wurden unter anderem Lösungen von Helios Ventilatoren.
Das Hochhaus One Forty West mit 145 m Höhe beinhaltet eine Lobby sowie ein Restaurant im Erdgeschoss, ein Hotel in den Etagen 2 bis 23 sowie exklusive Wohnungen auf den Etagen 24 bis 40. Ein markantes Merkmal des Gebäudes sind die Balkone, die sich wie ein 3 km langes Band um den Turm schlängeln.
Die Gebäudehöhe bringt auch hohe Anforderungen an den Brandschutz mit sich. Denn im Falle eines Brandes kann innerhalb von wenigen Minuten ein lebensbedrohliches Brandrauchgemisch entstehen. Daher war die Installation maßgeschneiderter Druckbelüftungsanlagen (DBA) im Hochhaus unerlässlich.
Was DBA-Systeme können müssen
DBA-Systeme gewährleisten je nach Art und Nutzung des Gebäudes die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsstandards für Flucht- und Rettungswege. Dazu gehören unter anderem Sicherheitstreppenräume und Feuerwehraufzüge sowie die angrenzenden Vorräume, die mittels kontrolliertem Überdruck und durch Durchströmung von Türen rauchfrei gehalten werden.
Sie sichern eine kontinuierliche Zufuhr von Außenluft in die Flucht- und Rettungsbereiche, um das Eindringen von Rauch und gefährlichen Brandgasen zu verhindern. Bei geschlossenen Türen wird ein Überdruck aufrechterhalten, sodass beim Öffnen sofort eine effektive Durchströmung der zu schützenden Bereiche gewährleistet ist.
Die Überdruckverhältnisse in den Flucht- und Rettungswegen werden fortlaufend überwacht und angepasst. Dabei ist sicherzustellen, dass die Fluchttüren in den Treppenraum jederzeit leicht geöffnet werden können (max. 100 N Betätigungskraft). Beim Öffnen der Türen muss die Luft mit ausreichender Geschwindigkeit (2 m/s) aus dem Treppenraum in Richtung der Nutzungseinheit in der Brandetage strömen, um ein Eindringen von Rauchgasen in den Treppenraum zu verhindern. Die Wiederherstellung des Überdrucks nach dem Öffnen und Schließen der Türen erfolgt innerhalb weniger Sekunden (3 s) und bewirkt somit eine konstante Sicherheit.
Zulufteinbringungen werden durch Kanalrauchmelder sicher überwacht.
Spezielle Treppenräume und Feuerwehraufzug
Sicherheitstreppenräume sind darauf ausgelegt, im Brandfall für eine bestimmte Zeit nutzbar zu bleiben. Dies ist entscheidend für die sich selbst rettenden Personen und für die Feuerwehr, um lebenswichtige Rettungsmaßnahmen durchzuführen. Der Feuerwehraufzug ermöglicht einen Zugang, um Ausrüstung und Personal zur Brandbekämpfung sicher und schnell in das jeweilige Geschoss zu bringen. Darüber hinaus können über sichere Vorräume und den Feuerwehraufzug Personen gerettet werden, die nicht eigenständig über die Sicherheitstreppenräume fliehen können.
Aufgrund seiner Höhe von 145 m unterliegt das Hochhaus One Forty West den Vorschriften der Hochhausrichtlinie. Daher sind zwei Sicherheitstreppenräume und ein Feuerwehraufzug gefordert. Die Nutzungseinheiten schließen über einen notwendigen Flur und über einen Vorraum in den Geschossen an die innenliegenden Sicherheitstreppenräume an.
Das Hochhaus hat einen sogenannten Helixtreppenraum sowie einen Feuerwehraufzug, die über zwei Abströmschächte in das DBA-Konzept eingebunden sind. Im Helixtreppenraum verlaufen zwei baulich getrennte Treppenräume ineinander, was den Platzbedarf vermindert, ohne dabei Sicherheit oder Komfort zu beeinträchtigen.
Trotz zweier Sicherheitstreppenräume übernehmen betriebsbereite Ersatzgeräte in der Zuluft der DBA im Falle eines Störfalls die Funktion zur Aufrechterhaltung des Überdrucks. Diese Redundanzanforderungen gelten für die Zuluftventilatoren der beiden Sicherheitstreppenräume sowie für den Feuerwehraufzug. Es handelt sich hierbei um spezifische Anforderungen, da gemäß der Hochhausrichtlinie keine Redundanz in der Zuluft für den Feuerwehraufzug gefordert wird.
Hohe Anforderungen an die Rauchfreihaltung
Die Luftdurchströmungsgeschwindigkeit durch die geöffnete Tür des Sicherheitstreppenraums zum Vorraum und von den Türen des Vorraums zum notwendigen Flur muss gemittelt im Türquerschnitt mindestens 2,0 m/s betragen – durch die geöffnete Vorraumtüre des Feuerwehraufzugs mindestens 0,75 m/s. Die maximale Türöffnungskraft an den Türen des innenliegenden Sicherheitstreppenraums und der Vorräume darf am Türgriff höchstens bei 100 N liegen.
Die Druckbelüftungsanlagen werden automatisch durch die Brandmeldeanlage ausgelöst und müssen nach Auslösung den erforderlichen Überdruck innerhalb von 120 s aufbauen. Das Gebäude ist mit einer Sicherheitsstromversorgung ausgestattet, die im Falle eines Ausfalls der allgemeinen Stromversorgung den Betrieb der sicherheitstechnischen Gebäudeausrüstung, insbesondere der Druckbelüftungsanlagen, übernimmt.
Die Zuluftventilatoren sind in einer separaten DBA-Technikzentrale untergebracht, die über F90-Wände verfügt. Bei Rauchdetektion im Gebäude werden die Druckbelüftungsanlagen automatisch durch die Brandmeldeanlage ausgelöst. Die Zuluftventilatoren befördern daraufhin über Zuluftkanäle Frischluft in die Sicherheitstreppenräume und in den Feuerwehraufzug.
Der zu jedem Treppenraum vertikal verlaufende Zuluftschacht hat Klappen in verschiedenen Etagen. Dadurch wird eine Zulufteinbringung in den Treppenraum in direkter Nähe zum Brandgeschoss sichergestellt. Dies trägt dazu bei, den Volumenstrom schnell aufzubauen, wenn die Türen geöffnet sind.
Die Anordnung und die freie Ansaugung der Ventilatoren innerhalb der DBA-Technikzentrale stellen dabei eine Besonderheit dar. Bei Anlagenauslösung öffnen große, isolierte Zuluftklappen in der Fassade die lufttechnische Verbindung in den Raum hinein. Dort saugen die Ventilatoren die Luft frei an. Die Zulufteinbringungen werden dabei durch Kanalrauchmelder überwacht, was ein hohes Maß an Sicherheit gewährleistet, jedoch auch eine Besonderheit in Bezug auf die Anforderungen darstellt. Die aktuelle Muste-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) untersagt eine Abschaltung der Anlagen durch Kanalrauchschalter.
Bild: Helios Ventilatoren
Bei Rauchdetektion leiten drei redundant ausgeführte Zuluftventilatoren aus einer separaten DBA-Technikzentrale heraus über Zuluftkanäle frische Luft in die Sicherheitstreppenräume und den Feuerwehraufzug.
Luftdruck aktiv geregelt
Moderne DBA-Systeme setzen auf eine aktive Differenzdruckregelung, die selbst bei kleineren Anlagen in Gebäuden mit geringerer Höhe Anwendung findet. Jedoch erfordert die Planung und Ausführung von DBA-Systemen in Gebäuden mit außergewöhnlicher Höhe und komplexer Geometrie, wie dem One Forty West, eine besonders intensive Integration von Umwelteinflüssen.
Dies schließt die Berücksichtigung von Außentemperaturen, saisonalen Schwankungen und daraus resultierenden Strömungseffekten ein, da sie einen erheblichen Einfluss auf die Druckregelung haben. Insbesondere bei hohen oder freistehenden Gebäuden, komplexen Gebäudegeometrien und in Regionen mit hohen Windgeschwindigkeiten ist eine kontrollierte Abströmung über Fenster als Fassadenabströmung oft nicht möglich.
In solchen Fällen muss ein Abströmschacht in die Planung integriert werden. Dieser wird ausschließlich für die Abströmung der Druckbelüftungsanlage genutzt und funktioniert unabhängig von Windeinflüssen. Der Zuluftvolumenstrom wird bei dieser Form der Abströmung unmittelbar nach erfolgter Tür-Durchströmung über einen vertikal verlaufenden Abströmschacht im Gebäudekern abgeführt.
Zwingend erforderlich ist hierbei, dass der Abströmschacht in entsprechendem Feuerwiderstand ausgeführt wird. Die Einströmung der Luft erfolgt durch Entrauchungsklappen in den jeweiligen Geschossen. Die Anlage muss sicherstellen, dass nur die Entrauchungsklappe im Brandgeschoss zur Abströmung über den Abströmschacht geöffnet wird. Alle anderen Szenarien, die eine Öffnung weiterer Entrauchungsklappen in anderen Geschossen zur Folge hätten, sind in der Regelung gesperrt.
Aktiv geregelte Abströmschächte beinhalten Ventilatoren und schnellregelnde Klappen.
Abströmschächte besonders kompakt
Die begrenzten Platzverhältnisse für die Anlagentechnik und die Abströmschächte stellten die Fachplaner und Architekten beim One Forty West vor eine herausfordernde Situation. Üblicherweise erfordern Abströmschächte Querschnitte von bis zu 1,50 m², um die gesamte Luftmenge nach der Türdurchströmung abzuleiten. Dies liegt daran, dass für die Abströmung lediglich der geringe Überdruck aus dem Treppenraum oder dem Feuerwehraufzug zur Verfügung steht.
Um die maximale Türöffnungskraft von 100 N bei immer größeren und schwereren Türen einzuhalten, kann oft nur ein Differenzdruck von 30 bis 40 Pa erreicht werden. Dieser Überdruck muss ausreichen, um den Tür-Durchströmungsvolumenstrom von ca. 18 000 m³/h (je nach Türgröße) durch den Abströmschacht zu befördern. Große Schachtquerschnitte mit niedrigem Druckverlust sind meist die nachteilige Folge.
Um sie in diesem Hybrid-Hochhaus nun deutlich kleiner ausführen zu können, kamen aktiv geregelte Abströmschächte zum Einsatz. Die Abströmung erfolgt auch hier mittels solcher vertikal verlaufender Schächte. Dabei werden die Druckverluste der Luft durch redundante Abströmsysteme aus Ventilatoren und schnellregelnden Klappen überwunden. Diese sind auf den Schächten positioniert und saugen die Luft dynamisch aus dem Brandgeschoss über eine permanente Differenzdruckmessung und Regelung des Abström-Volumenstroms ab.
Durch den Einsatz dieser Technik kann ein Abströmschacht (auch mit geringem Querschnitt) selbst in hohen Gebäuden vorgesehen werden. Es wurden Ventilatoren eingesetzt, die der Bauart von Entrauchungsventilatoren entsprechen und je nach den vorherrschenden Druckverhältnissen und dem Brandgeschoss mittels Frequenzumrichter geregelt werden.
Zur präzisen Steuerung der Absaugung erfolgt die Differenzdruckmessung unmittelbar vor der Absaugstelle im notwendigen Flur. Daher ist in jedem Geschoss ein Differenzdrucksensor mit einer Druckabnahmestelle im geschützten Bereich zu installieren, wobei der eigentliche Sensor im Vorraum angebracht wird. Im Brandfall wird von der Druckbelüftungsanlage nur der relevante Sensor im Brandgeschoss ausgewertet.
Bild: Helios Ventilatoren
Ein kontrollierter Überdruck im Sicherheitstreppenraum verhindert das Eindringen von Rauch. Die geöffnete Tür zum Brandgeschoss wird entgegen der Rauchausbreitung mit frischer Luft durchströmt.
Fazit
Druckbelüftungsanlagen haben sich in den letzten Jahren als zuverlässige Technik zur Rauchfreihaltung von Sicherheitstreppenräumen und Feuerwehraufzügen bewährt. Die genauen Anforderungen variieren meist je nach Gebäude, werden jedoch hauptsächlich in Richtlinien wie der Hochhausrichtlinie und der MVV TB beschrieben. Meistens sind individuelle Lösungen für eine optimale Anforderungserfüllung erforderlich. Daher ist es wichtig, dass sich alle beteiligten Personen bereits in einer sehr frühen Planungsphase miteinander austauschen.
Technologien wie der aktiv geregelte Abströmschacht bieten Planern und Architekten vielfältige Möglichkeiten und halten den Platzbedarf für die Anlagentechnik gering. Dadurch kann eine zuverlässige Anlagentechnik für ein hohes Sicherheitsniveau wirtschaftlich und unauffällig in das Gebäude integriert werden. ■
Bereichsleiter TGA und Vertriebsleiter Anlagenbau / Industrie bei der Helios Ventilatoren GmbH + Co. KG, Villingen-Schwenningen.
Bild: Helios Ventilatoren
Christoph Sommer,
Geschäftsführer der GBS-Consulting GmbH, Nieheim.
Bild: GBS-Consulting / Sommer
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