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Möglichkeiten des Brandschutzes in intelligenten Gebäuden
Prof. Dr. Mario FontanaInstitut für Baustatik und Konstruktion - ETH Zürich
Kolloquium “sensitive und reaktionsfähige Gebäude” 24. und 25. Juni 2010
Leibnitz Universität
Inhalt Gebäudebrände und Ihre Auswirkungen
Brandschutzziele
Brandschutzkonzepte und Brandschutzmassnahmen
Technische Brandschutzmassnahmen: Sprinkler Brandmeldeanlagen Rauch und Wärmeabzug Evakuierungsanlagen Mögliche Entwicklungen
Bauliche Brandschutzmassnahmen: Brandschutztechnischer Gebäudeentwurf Robustheit von Brandschutzmassnahmen
Ausblick Brandschutz und intelligente Gebäude
Damit ein Brand entsteht müssen brennbare Materialien, Sauerstoff und eine Zündquelle vorhanden sein. Der Verbrennungsprozess ist eine chemische Reaktion. Sie erzeugt Hitze, Rauch und Gase. Rauch ist die Hauptursache von Todesfällen infolge Brand (>80% der Todesfälle). Todesfälle infolge Gebäudeeinsturz sind selten.
Gebäudebrände - Voraussetzung und Auswirkung
Der zeitliche Verlauf der Temperatur und deren Grösse ist entscheidend für das Tragverhalten der Struktur im Brandfall.
Gebäudebrände und Auswirkungen
Temperatur ist der Haupteinflussparameter für Schäden an Tragwerken oder gar Einsturz.
BrandschutzzieleZur Begrenzung der Gefahren eines Brandes müssen die Gefährdungsbilder erkannt und die Schutzziele festgelegt werden:
Sicherheit der Bewohner und der Feuerwehr Schadensbegrenzung (Gebäude und Inhalt) Schutz der Umwelt
Brandschutzkonzepte enthalten aufeinander abgestimmte Massnahmen. Es soll die Schutzziele unter Beachtung der Nutzungsanforderungen erfüllen.
Brandschutzmassnahmen
Bauliche Massnahmen Brandabschnittsbildung und
Feuerwiderstand, Fluchtwege
Technische Massnahmen Überwachung (automatische
Brandfrüherkennung) Löschen (des Feuers solange es
klein ist) Entrauchung (Rauch und
Wärmeabzug)
Organisatorische Massnahmen Brandverhütung, Evakuation und
Brandbekämpfung
BrandschutzkonzepteBei der Planung von Gebäuden werden die Brandschutzmassnahmen in einem Brandschutzkonzept aufeinander abgestimmte. Das Brandschutzkonzept soll die Schutzziele unter Beachtung der Nutzungsan-forderungen optimal erfüllen.
Kriterien: Flexibilität und Nutzungsfreiheit Kosten Schadenserwartung Termine Robustheit und Unterhalt
Grobkosten von BrandschutzmassnahmenTyp Investitions-
kosten€/m2
Lebens-dauer Jahre
Betriebskosten/Unterhalt
Prämien-rabatte
Verkleidungen EI30 10– 40 50 - 100 -
Verkleidungen EI60 10- 80 50 - 100 -
Brandschutzfarben R30 25 – 45 20 - 50 < 0,5 % Invest. Kosten
Brandschutzfarben R60 45 – 70 20 - 50 < 0,5 % Invest. Kosten
Brandmeldeanlagen Neubau
10 – 15 15 - 25 2-4% Invest. Kosten Mietleitung ca. 1500/Jahr
5 - 35%
Brandmeldeanlagen Sanierung
12 – 25 15 - 25 2-4% Invest. KostenMietleitung ca. 1500/Jahr
5 - 35%
Sprinkleranlage Neubau
10 - 25 50 - 100 < 0.5% Invest. KostenMietleitung ca. 1500/Jahr
40 - 80%
Sprinkleranlage Sanierung
15 – 30 50 - 100 < 0.5% Invest. KostenMietleitung ca. 1500/Jahr
40 - 80%
Brandschutzvorschriften
Der Brandschutz ist in den meisten Ländern in Vorschriften geregelt. Normen geben Angaben wie die Vorgaben erfüllt werden können.
Es gibt präskriptive Vorschriften die sehr detailliert alles vor-geben. Der Planer hat kaum Wahl- und Nachweismöglich-keiten.
Neue Vorschriften sind leistungsorientiert (schutzzielorien-tiert) und lassen dem Planer mehr Flexibilität in der Wahl der Massnahmen und Konzepte. Er muss jedoch nachweisen, dass er ein vorgegebenes Sicherheitsniveau erreicht, bzw. dass er mit den Vorgaben gemäss präskriptiven Vorschriften gleichwertig ist.
Statistik Brandtote
in Gebäuden(2003 – 2005)
Quelle: World Fire Statistics Center 2008
Statistik: BrandtoteLand (pro Jahr und Million Einwohner)
Schweizexkl. Feuerwehrmänner
5.0
Österreich 5.7Spanien 6.5Niederlande (1994-96) 6.8Italien (2001-03) 6.8Deutschland 7.1England 9.3Frankreich 10.4Schweden 11.1Belgien (1995-97) 13.5Dänemark 16.0
Brandtote / 100,000 Einwohner und Jahr 80% infolge Rauch 80% in Wohnung (zu Hause)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
20012000199919981997199619951994
Dea
ths p
er 1
00,0
00 p
erso
n
Switzerland
Germany
USA
Statistik: Brandtote
Brandursachen: (67 Grossbrände Alle Brände 94
> 1 Mio Schaden BE 95) 21900 BrändeVKF 94
- Elektro 27 (40) 20- Schweissen, Rauchen 14 (21) 17- Feuerungsanlagen 2 (3) 13- Brandstiftung 7 (11) 12- Explosionen 3 (4) 4- Blitz 2 (3) 11- Unbekannt und 12 (18) 20
andere Ursachen
Statistik: Brandursachen
67 (100%)
SprinkleranlagenRasche Branderkennung (Kriterium Temperatur)Rasche Löschung (solange Brand noch klein) Alarmierung (Wasserdurchflussmessung)Kosten:
Hohe Zuverlässigkeit und Robustheit (Erdbeben Krieg, Terrorismus…?)Erfahrung (erste Sprinkler um ca. 1880 Frederick Grinell Providence Rhode Island USA)
Installation (Investition ca. 10 €/m2 – Eigene Wasser-versorgung sehr teuer)
Unterhalt (Jährliche Kontrollen, periodische Revisionen)
Alarmübermittlung (Alarmzentrale und Mietleitung Telekom)
SprinkleranlagenFunktionsweise:Auslösung durch Temperatur: Glasfass Auslösetemperatur 56 – 260 Grad. Auslöseträgheit RTI (sehr wichtig)Wirkfläche ca. 12 m2 pro SprinklerkopfWassermenge 5 bis 30 mm/m2/minTropfengrösse: Nebel bis GrosstropfenWasserversorgung: Leitungsnetz oder Eigner Tank und Pumpe mit NotstromAlarmübertragung Sprinklerventil - Sprinklerzentrale
Sprinkler Statistik: Anzahl Sprinkler
Ist eine Sprinkleranlage in Betrieb, so ist in:
67% aller Fälle nur 1 Sprinkler erforderlich
83% aller Fälle 1 bis 2 Sprinkler erforderlich
89% aller Fällen 1 bis 3 Sprinkler erforderlich
Somit kleine Wassermenge und geringer Wasserschaden
[Quelle: Sprinkler Statistik 1999–2003 NFIRS 5.0; Dr. J. Hall, NFPA IFSA 2006, Lissabon]
Sprinkleranlage erfolgreich, wenn in Betrieb
[Quelle: Sprinkler Statistik 1999–2003 NFIRS 5.0; Dr. J. Hall, NFPA IFSA 2006, Lissabon]
Brandmeldeanlage Prinzip
Erkennen von Bränden durch Temperatur : 1725 Temperatur Musschenbroek 1882 Dr. Hase Hannover 1882 elektrischer
Feuermelder (Alkohol dünnes/dickes Glas)
[Quelle: Ch. Bachmann, Sicherheit – ein Urbedürfnis als Herausforderung für die Technik, Cerberus AG, Männedorf , Birkhäuser Verlag Basel 1991
Brandmeldeanlage Prinzip
Erkennen von Bränden Pyrolyseprodukte: 1896 Bionik (Vögel) Kraus/Koster (zwei Vögelprinzip)
Brandmeldeanlage Prinzip Erkennen von Bränden Pyrolyseprodukte: 1941 Inonisationsmelder (1922 Prof. Greinacher,
Berlin - Ursprünglich Warngerät für Giftgase) W. Jaeger / E. Meili - Cerberus F1 Glimmrelais Röhre
Brandmeldeanlage Prinzip
[Quelle: Ch. Bachmann, Sicherheit – ein Urbedürfnis als Herausforderung für die Technik, Cerberus AG, Männedorf, Birkhäuser Verlag Basel 1991]
Erkennen von Bränden Temperatur und Pyrolyseprodukte: Multifunktionsmelder (Rauch,Temperaturanstieg …)
Rauch- und Wäremabzug
[Quelle: VDMA Fachverband allgemeine Lufttechnik, Prinzipen zur Rauchableitung, Informationsblatt 4, Frankfurt]
Abführen von Rauch und Wärme: Natürlich (Thermik) Abströmung (oben) Zuluft (unten) Mechanisch (Ventilatoren – Drall) Rauchfreihalten von Fluchtwegen
Rauch- und Wärmeabzug
[Quelle:Lutz Eichelberg, Rauchschutz Druckanlagen, Arbeitsgemeinschaft Entrauchung, Uni-Roadshow 2006]
Druckanlagen für Treppenhäuser – 1. Spühlen
Rauch- und Wärmeabzug
[Quelle:Lutz Eichelberg, Rauchschutz Druckanlagen, Arbeitsgemeinschaft Entrauchung, Uni-Roadshow 2006]
Druckanlagen für Treppenhäuser – 2. Verdrängen
Evakuierungsanlagen
[Quelle:Lutz Eichelberg, Rauchschutz Druckanlagen, Arbeitsgemeinschaft Entrauchung, Uni-Roadshow 2006]
Sirenen Alarmierung mit Sprachmeldung Fluchtwegsignalisierung und Notbeleuchtung Evakuierungsleitsysteme
Mögliche Entwicklungen Generell: Gebäudeleittechnik Vernetzung aller Sensoren Auswertung bezüglich Brand Einbinden von Brandsensoren in Gebäudeleitsystem
Evakuierung: GPS/Mobiltelefon Ortung aller Personen im Gebäude Persönliche Fluchtleitung über Handy (Fraunhofer Repka, ETH, EU Socionical etc.) Fluchtwegleitung akustisch und visuell Rauchmanagement
Mögliche Entwicklungen Brandbekämpfung: Information der Feuerwehr über Temperatur Rauch Tragwerkszustand Gaslöschanlagen Sprinkleranlagen (Wassernebel, Wasser, Vereinfachte Anlagen für kleine Risiken Wohnung, Büro, Hotel, etc.)
Mögliche Entwicklungen Brandentstehung verhindern: Überwachung elektrische Netze und Geräte, Heizgeräte, etc. Intrusionsschutz (Brandstiftung) Verbot von offenem Feuer (Videoüberwachung) Reduktion brennbare Materialien (Papierloses Büro) Reduktion von gefährlichen Tätigkeiten (Rauchen, Kerzen, Schweissen…) Sauerstoffreduktion
Fazit Der Bereich technischer Brandschutz verfügt traditionell
über intelligente Systeme und ist „Ursprung“ der Gebäudesensorik. Die rasche Reaktion des (intelligenten) Gebäudes und der Benutzer auf die Situation Brand entscheidend für die Sicherheit und Schadensbegrenzung Der technische Brandschutz hat ein grosses Zukunftspotential Die Verknüpfung von technischem Brandschutz mit der
übrigen Gebäudetechnik hat grosses Synergiepotential