IGS-Industrielle Gefahrenmeldesysteme GmbH

Technology for life safety and security

Begriffe und Erläuterungen zum Thema Löschanlagentechnik

Einleitung

Brandschutzanlagen sind etwa 100 Jahre alt. Die ersten Sprinkleranlagen, besser gesagt die ersten Rohre mit Löchern, die mittels manueller Bedienung bei Bedarf Wasser auf eine definierte Fläche abgaben, wurden im vergangenen Jahrhundert in der Textil- und Baumwollindustrie errichtet. Im Laufe der folgenden Jahre nahm die Anzahl weiterentwickelter Anlagen so zu, dass die deutsche Versicherungswirtschaft, die fast nur aus Kaufleuten bestand, zur Prüfung dieser Anlagen Techniker benötigte. So wurde bereits zur Kaiserzeit im Deutschen Reich die technische Prüfstelle gegründet. Im Laufe der Jahre wurden somit die Sprinkleranlagen und später auch die CO2 - Feuerlöschanlagen durch die technische Prüfstelle im Auftrag der Versicherer geprüft. Dieser Prüfantrag ist so erweitert worden, dass heutzutage alle stationären Brandschutzanlagen vom VdS geprüft werden. Diese Prüfungen erfolgen zugleich auch für Berufsgenossenschaften nach ZH 1/206 und nach den Anforderungen der Baubehörden.

Einführung in die Löschlehre

Löschmittel sind Stoffe, die geeignet sind, durch eine Löschwirkung (Löscheffekt) die Verbrennung zu unterbinden. Unter Löschverfahren versteht man die Art und Weise des Vorgehens, das geeignet ist, einen Brand zu löschen.

Gesetzliche Bestimmungen und Zulassungspflicht

Alle gewerbsmäßig hergestellten Feuerlöschmittel unterliegen der „Ordnungsbehördlichen Verordnung über Feuerlöschgeräte und Feuerlöschmittel vom 28.12.1984" (GV.NW 1984, S. 44). Aufgrund einer Verwaltungsvereinbarung der Bundesländer gilt diese Verordnung (praktisch gleichlautend) in allen Ländern der Bundesrepublik Deutschland. Die Prüfung der Feuerlöschgeräte und Feuerlöschmittel wird von der Amtlichen Prüfstelle für Feuerlöschgeräte und -mittel bei der Landesfeuerwehrschule Nordrhein-Westfalen in Münster oder von der Amtlichen Prüfstelle für Feuerlöschgeräte und -mittel in Freiberg/Sachsen durchgeführt. Die Zulassung erfolgt nach erfolgreicher Prüfung durch den Innenminister des Landes Nordrhein-Westfalen bzw. den Innenminister des Freistaates Sachsen.

Löschwirkungen

Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit es zu einer Verbrennung kommt bzw. eine Verbrennung selbsttätig weiterlaufen kann. Die beiden Voraussetzungen für die Verbrennung sind:

stofflicher Art (brennbarer Stoff und Sauerstoff im richtigen Mengenverhältnis) und
energetischer Art (Zündtemperatur/Mindestverbrennungstemperatur und Katalysatoren).

Wenn es also nur unter den aufgeführten Voraussetzungen brennen kann, ergibt sich logischerweise der Schluss, dass es nicht brennen kann, wenn eine dieser Voraussetzungen nicht vorhanden ist bzw. beseitigt wird. Die Löschwirkung eines Löschmittels beruht darauf, dass eine der zur Verbrennung notwendigen Voraussetzungen beseitigt wird. Das Löschen durch Stören der stofflichen Voraussetzungen wird als Ersticken bezeichnet. Werden die energetischen Voraussetzungen beseitigt, spricht man von Abkühlen oder, soweit katalytische Einflüsse eine Rolle spielen, von der Inhibition.

Löschwirkungen

Ersticken:
Grundsätzlich kann das Ersticken erreicht werden durch: Erniedrigen der Sauerstoffkonzentration (Verdünnen des Sauerstoffs), Zufuhr von brennbarem Stoff verhindern (Abmagern des brennbaren Stoffes) oder Trennen des brennbaren Stoffes vom Sauerstoff.

Ersticken durch Verdünnen des Sauerstoffs:
Etwa 1/5 der Luft besteht aus Sauerstoff. Das weitere Verdünnen der Luft führt zu einem nutzbaren Löschverfahren. Um einen Löscherfolg zu erreichen, muss die Sauerstoffkonzentration der Luft auf etwa 15 % gesenkt werden. Allerdings muss das gesamte Luftvolumen im Brennbereich auf den niedrigen Sauerstoffgehalt verdünnt werden. Hierzu ist ein verhältnismäßig hoher Aufwand an Löschmitteln erforderlich. So wird z.B. beim Einsatz von Kohlendioxid in einer stationären Anlage je m³ Luftraum etwa 1 kg CO2 (etwa 500 l Gas) benötigt.

Ersticken durch Abmagern des brennbaren Stoffes:
Eine erstickende Wirkung durch Abmagern des brennbaren Stoffes ist möglich, wenn eine brennbare Flüssigkeit, deren Flammpunkt über der Normaltemperatur liegt, unter ihren Flammpunkt abgekühlt wird. Unterhalb des Flammpunktes kann die Flüssigkeit bekanntlich nicht weiterbrennen. Praktisch ist es z.B. möglich, die Behälter von Flüssigkeiten mit hohem Flammpunkt mit einem Sprühstrahl zu kühlen um damit das Verlöschen zu bewirken.

Trennen des brennbaren Stoffes vom Sauerstoff:
Das Trennen der Reaktionspartner (brennbarer Stoff und Sauerstoff) wird praktisch dadurch erreicht, dass entweder der Zutritt von brennbarem Stoff zum Sauerstoff, oder umgekehrt, der Zutritt von Sauerstoff zum brennbaren Stoff, unterbunden wird, indem ein geeignetes Mittel rein mechanisch zwischen die Reaktionspartner gebracht wird. Das einfachste Trennen ist also das Abschiebern einer Brennstoffleitung, das Schließen eines Ventils oder ein sonstiges Abdichten einer Austrittsstelle, was allerdings in der Praxis im Brandfalle nur selten möglich ist. Eine echte erstickende Wirkung durch Trennen hat das Löschmittel Schaum. Der auf eine brennende Flüssigkeitsoberfläche gegebene Schaum verhindert, dass weitere Dämpfe aus der Flüssigkeit in die Verbrennungszone nachgeliefert werden. Die erstickende Wirkung der Schaumschicht wird noch dadurch unterstützt, dass das aus dem Schaum austretende Wasser durch Abkühlung den Dampfdruck der brennenden Flüssigkeit herabsetzt. Damit wird die Möglichkeit, dass Brennstoffdämpfe die Schaumschicht durchbrechen, gemindert.

Abkühlen nach der van't Hoffschen Regel:
Für Verbrennungsreaktionen gilt mit gewissen Einschränkungen die van't Hoffsche Regel, die besagt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit bei Temperaturerhöhung um je 10°C auf das Doppelte bis Dreifache gesteigert wird. Eine Temperaturerhöhung um 100°C führt demnach bereits zu der Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit auf das Tausendfache, um 200°C auf das Millionenfache. Eine Senkung der Temperatur führt umgekehrt allerdings auch je 10°C auf die Hälfte bzw. um 100° C auf ein Tausendstel. Diese hohe Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ist die Grundlage für das Löschen durch Abkühlen. Beim Löschen durch Abkühlen ist es erforderlich, die Temperatur in der Verbrennungszone unter den kritischen Grenzwert zu senken, unterhalb dessen die Verbrennungsreaktion infolge der entsprechend verringerten Reaktionsgeschwindigkeit abbrechen muss. Der kritische Grenzwert ist die Mindestverbrennungstemperatur. Diese liegt im Allgemeinen mehrere 100° C über der Zündtemperatur.

Kühlleistung:
Ausschlaggebend für die ,,kühlende" Wirkung eines Löschmittels ist seine spezifische Kühlleistung. Mit diesem Begriff wird ausgedrückt, dass es nicht nur darauf ankommt, wie viel Wärme der löschende Stoff aufnehmen kann, also auf die spezifische Wärmekapazität, sondern ganz wesentlich auch darauf, wie schnell das Löschmittel die Wärme aufnimmt. Je größer die Oberfläche des Löschmittels ist (Wassernebel, Sprühstrahl, Feinstvernebelung), desto größer ist seine spezifische Kühlleistung.

Inhibition:
Die Verbrennungsreaktion ist außer von den stofflichen Voraussetzungen und der Mindestverbrennungstemperatur auch davon abhängig, dass reaktionsbeschleunigende Substanzen oder Katalysatoren vorhanden und reaktionshemmende Substanzen nicht vorhanden sind. Diese speziellen Bedingungen sind normaler Weise von Natur aus erfüllt. Löschtechnisch bietet sich die Möglichkeit, reaktionshemmende Substanzen in die Verbrennungszone zu bringen um damit einen Löscherfolg zu erzielen. Man spricht von einer homogenen Inhibition, wenn sich das Löschmittel und der brennende Stoff im gleichen Aggregatzustand befinden. Eine heterogene Inhibition bedeutet somit, dass Löschmittel und brennender Stoff nicht in der gleichen Phase des Aggregatzustandes sind.

Homogene Inhibition:
Die Verbrennungsreaktion verläuft insbesondere bei Flammenbränden als Kettenreaktion, wobei mehr oder weniger komplizierte Zwischenreaktionen auftreten. Die homogene Inhibition besteht darin, dass Radikale, die die Reaktion ermöglichen, von anderen Radikalen, die aus dem Löschmittel gebildet werden, inhibiert (herausgerissen) werden. Damit wird die Reaktionskette unterbunden, d.h. der Flammenbrand gelöscht.

Heterogene Inhibition:
Auch bei der heterogenen Inhibition geht es um den Abbruch von Reaktionsketten, jedoch nicht wie bei der homogenen um „chemische“ Bindung von Radikalen, sondern um eine Energieverminderung der Radikale. Die kettenabbrechende Wirkung erfolgt durch kühle Oberflächen, an denen die Radikalen, die zur Verbrennungsreaktion erforderlich sind, ihre Energie abgeben. Das System dieser sogenannten Wandwirkung ist von den Flammendurchschlagsicherungen (Savety-Sieben, Kiestöpfen bei Tankanlagen) her bekannt. Die „Wandwirkung“ wird besonders gut durch Stoffe erreicht, die eine große Oberfläche haben, also durch Stäube (Löschpulver).

Die einzelnen Löschwirkungen treten meistens nicht allein auf, sondern erst das Zusammenwirken mehrerer Wirkungen eines Löschmittels bringt den Löscherfolg.

Löschregel

Als einfache, aber wichtige Löschregel gilt:

Flammen kann man ersticken
Glut muss man abkühlen!

Diese Merksätze besagen, dass Flammenbrände durch Störung des richtigen Mengenverhältnisses gelöscht werden können, Glutbrände dagegen nur durch Energieentzug.

Löschmittel

Wasser:
Für die Brandbekämpfung spielte das Wasser schon seit Urzeiten eine große Rolle. Es ist daher das älteste und bekannteste Löschmittel, hat aber auch heute seine Bedeutung als Löschmittel nicht verloren. Neue, „moderne“ Löschmittel werden nach wie vor als „Sonderlöschmittel“ bezeichnet. Dies soll ausdrücken, dass sie das Wasser nicht ersetzen, sondern als „Sondermittel“, also für ,,besondere Brände", die mit Wasser nicht gelöscht werden können, von Bedeutung sind. Die Meinung, mit Wasser zu löschen, sei nicht mehr „up to date“, ist grundsätzlich falsch. Richtig ist, dass Sonderlöschmittel in der heutigen Zeit im Hinblick auf die technische Entwicklung in den Bereichen von großer Bedeutung sind, in denen Wasser nicht einsetzbar ist. Nach wir vor werden jedoch mindestens 90 % aller Brände mit Wasser gelöscht. Die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wassers ist soweit es die Löschfähigkeit betrifft gekennzeichnet durch seine spezifische Wärmekapazität und besonders durch seine Verdampfungswärme. Beide Werte sind größer als die anderer Stoffe und begründen in erster Linie die große Kühlwirkung des Wassers. Die gute Löschwirkung des Wassers ist auf sein großes Wärmebindungsvermögen zurückzuführen. Dies beruht einerseits auf der hohen spezifischen Wärmekapazität, andererseits aber besonders auf der hohen Verdampfungswärme. In dem für das Löschen wesentlichen Temperaturbereich zwischen 10°C und 100°C kann 1kg Wasser die außerordentlich große Wärmemenge von rd. 2635 kJ binden (rd. 375 kJ durch Erwärmen von 10°C auf 100°C und rd. 2260kJ durch Verdampfen bei 100°C). In keinem der beiden Werte wird das Wasser von irgendeinem anderen als Löschmittel verwendbaren Stoff auch nur annähernd erreicht. Durch die abkühlende Wirkung des Wassers werden nicht nur die thermischen Reaktionsbedingungen gestört, sondern gleichzeitig wird auch die thermische Aufbereitung brennbarer fester Stoffe organischer Natur unterbrochen, so dass keine brennbaren Gase und Dämpfe nachgeliefert werden. Außer der abkühlenden Wirkung des Wassers kommt auch eine erstickende Wirkung, und zwar durch den entstehenden Wasserdampf, in Betracht.

Aus 1 l Wasser entstehen bei restloser Verdampfung rd. 1700 l Wasserdampf.

Löschschaum (Schwerschaum):
Die Löschwirkung des Schwerschaumes beruht auf Ersticken und Abkühlen. Beide Löschwirkungen können einzeln, oder auch nebeneinander auftreten. Je nach Art des Brandstoffes und der jeweiligen Brandlage ist die eine oder andere Wirkung als Hauptlöschwirkung anzusehen. Beim Abdecken brennender Flüssigkeiten mit Schaum wird eine Trennschicht zwischen Flüssigkeit und Verbrennungszone gelegt, die die weitere Zufuhr von brennbaren Dämpfen verhindert. Gleichzeitig wird durch die Kühlwirkung der Dampfdruck der Flüssigkeit herabgesetzt. Beim Ablöschen fester Brandstoffe ist die Kühlwirkung ausschlaggebend. Diese wiederum ist abhängig vom Flüssigkeitsgehalt des Schaumes. Schwerer Schaum ist in diesem Falle daher löschfähiger als leichterer. Schwerschaum wird gegen Flüssigkeits- und Feststoffbrände eingesetzt, weil er sich aufgrund seiner hervorragenden Fließfähigkeit schnell ausbreitet und die gesamte Brandoberfläche in kürzester Zeit luftdicht abschließt. Bei Feststoffbränden und im vorbeugenden Einsatz wirkt sich seine gute Haftfähigkeit aus. Die Brandobjekte bleiben für längere Zeit von einer luftabschließenden, dämmenden und abkühlend wirkenden Schaumschicht überzogen.

Löschschaum (Mittelschaum):
Die Löschwirkung des Mittelschaumes ist im wesentlichen die gleiche wie beim Schwerschaum, jedoch ist die Kühlwirkung wegen des geringen Wassergehaltes weniger groß. Eine gewisse Kühlwirkung wird jedoch erreicht, da die Zerfallsrate des Mittelschaumes größer ist als die des Schwerschaumes und damit die geringere Wassermenge schneller freigesetzt wird.

Löschschaum (Leichtschaum):
Der Leichtschaum hat naturgemäß aufgrund seines geringen Wassergehalts keine nennenswerte Kühlwirkung. Dagegen hat der Leichtschaum eine Stickwirkung, die über die Trennwirkung der anderen Schaumarten hinausgeht. Diese Stickwirkung beruht darauf, dass der Leichtschaum beim Auftreffen auf den Brandherd sehr schnell zerstört wird . Der zerstörte Leichtschaum gibt kleine Wassertropfen frei, die sofort verdampfen. Der entstehende Wasserdampf wirkt erstickend auf den Brandherd. Die erstickende Wirkung wird dadurch unterstützt, dass der Wasserdampf infolge des darüber liegenden Leichtschaums nicht entweichen kann und somit in das Brandgut gedrückt wird.

Löschpulver:
Die Löschwirkung des Löschpulvers beruht auf einer heterogenen Inhibition. Kühl- und Stickwirkung sind praktisch nicht von Bedeutung. ABC-Löschpulver zeichnet sich besonders durch seine schlagartige Löschwirkung aus, die von keinem anderen Löschmittel erreicht wird. Ein wesentlicher Nachteil der ABC-Löschpulver liegt in der möglichen Verschmutzung von Anlagen. Für empfindliche technische und elektrische Anlagen, z.B. Spinnereien, Fernsprechanlagen sowie im gesamten Bereich der Elektronik und auch in einigen anderen Industriezweigen, z. B. Farben- und Lackherstellung, Spirituosenherstellung, ist der Einsatz von BC-Löschpulver nicht zu empfehlen.

Halone:
Nach der ,,Verordnung zum Verbot von bestimmten, die Ozonschicht abbauenden Halogenkohlenwasserstoffen (FCKW-Halon-Verbots-Verordnung)" vom 08.05.1991 dürfen u.a. die Halone Bromchlordifluormethan Halon 1211, Bromtrifluormethan Halon 1301 und Diebromtetrafluorethan Halon 2402 nicht mehr hergestellt, in den Verkehr gebracht oder verwendet werden, wenn sie mehr als 1 % dieser Stoffe enthalten. Die mit dem Verbot verbundenen Übergangsfristen sind am 31.12.1993 abgelaufen. Befristete Ausnahmen von dem Verbot sind nur zulässig, wenn die Halone zur Brandbekämpfung zum Schutze von Leben und Gesundheit von Menschen zwingend erforderlich sind. Ausnahmegenehmigungen kann die für die Zulassung der Geräte und Anlagen zuständige Behörde im Einvernehmen mit dem Umweltbundesamt erteilen. Es ist jedoch zu erwarten, dass die Ausnahmegenehmigungen sehr restriktiv erteilt werden, da nur in den seltensten Fällen nachweisbar ist, dass nur Halon zur Brandbekämpfung geeignet ist und nur damit der Schutz der Menschen sichergestellt werden kann. Halone haben aufgrund ihrer homogenen Inhibition eine hervorragende Löschwirkung. Sie haben daher im Bereich der Elektronik eine besondere Rolle gespielt, weil sie neben der guten Löschwirkung im allgemeinen relativ unschädlich für Anlagen und Objekte sind.

Kohlenstoffdioxid:
Kohlenstoffdioxid im allgemeinen kurz Kohlendioxid oder CO2 genannt, ist ein farbloses, geruchloses Gas, das in hoher Konzentration leicht säuerlich schmeckt. Kohlendioxid lässt sich bei Normaltemperatur durch einen Druck von 54,4 bar verflüssigen. Es wird daher normalerweise unter Druck verflüssigt in Stahlflaschen bei einem Füllgrad von 0,75 kg/l transportiert. In unserer Luft ist CO2 mit einem Anteil von 0,03 Vol. % ständig enthalten. Kohlendioxid ist das ,,sauberste" Löschmittel. Es hinterlässt keine Schäden und ist daher immer dann anzuwenden, wenn Löschmittelschäden (z.B. durch Wasser, Schaum oder Löschpulver) vermieden werden müssen. Die Löschwirkung von CO2 beruht auf der Herabsetzung des Sauerstoffgehaltes der Luft auf einen Wert, bei dem der Verbrennungsvorgang nicht weiter abläuft. D.h. der Sauerstoffgehalt wird im Löschbereich mindestens auf unter 13,8% gesenkt. Einsatzbereiche sind z.B. Laboratorien, Telefonzentralen, Betriebe der Lackherstellung, Spinnereien und mit Einschränkungen auch elektronische Anlagen.

Vergiftungsgefahr! Beim Einsatz von CO2 in engen Räumen besteht Vergiftungsgefahr. Je nach dem, wie schnell die CO2 -Konzentration ansteigt, führen etwa 8 % CO2 in der Atemluft zur Ohnmacht bzw. zum Atemstillstand. Konzentrationen über 30 % führen innerhalb von Sekunden zur Bewusstlosigkeit und nach wenigen Minuten zum Tod. Dazu sind die Regeln der Berufsgenossenschaften ZH 1/206 im Kapitel 7 zu beachten.

Inergen und Argon (Edelgas):
Als Ersatz für die verbotenen Halon-Löschgase werden diese Edelgase neben CO2 zur Reduzierung des Sauerstoffgehaltes im Löschbereich eingesetzt. Argon und Inergen werden als komprimierte Gase in Stahlflaschen gelagert. Bei einer Temperatur von 15° C liegt der Druck in den Vorratsbehältern bei 160 bar (Argon) bzw. 150 bar (Inergen). Da mit diesen Gasen die Reduzierung des Sauerstoffgehaltes bei einer Raumüberwachung kaum realisierbar ist, begrenzt man den Einsatz solcher Löschanlagen auf den Schutz von Einrichtungen (s.g. Einrichtungsschutz). Dafür muss der Löschbereich baulich so dicht sein, dass die löschwirksame Konzentration erreicht werden kann. Ferner müssen die Umfassungsbauteile dem ansteigenden Druck während der Flutung standhalten. Druckentlastungsöffnungen sind vorzusehen. Das gilt ebenso beim Einsatz einer CO2 –Löschanlage. Auch bei Inergen- und Argon-Löschanlagen sind die Richtlinien der Berufsgenossenschaften zu beachten.

FM 200 (Löschanlage KD 200):
FM200 ist ein modernes Löschgas, dass als weitere kostengünstigere Alternative zu dem im Montrealer Abkommen verbotenen Halon eingesetzt werden kann. Dieses ungiftige Löschgas basiert auf der Wärmeabsorption in der Flamme. Die Absorption erfolgt hauptsächlich physikalisch, geringfügig auch chemisch. Das Gas baut kein stratosphärisches Ozon ab und ist schnell verflüchtigend und somit umweltverträglich.

Vergleich der Effektivität zu den vorgenannten Edel- oder Inertgasen:

Vergleich der Effektivität zu den vorgenannten Edel- oder Inertgasen

Da FM 200 für Mensch und Tier nicht gesundheitsschädlich ist, kann die Vorwarnzeit zur Evakuierung des Löschbereiches kürzer gewählt werden und mit dem Löschvorgang früher begonnen werden. Durch die Effizienz von FM 200 kann die Flutungszeit und die Löschmittelmenge gegenüber bisherigen Löschgasen stark verringert werden. Durch die geringere Löschmittelmenge ist der Platzbedarf für die Bevorratung gegenüber CO2 und den Inertgasen viel geringer.

Flutungszeit und die Löschmittelmenge reduziert

Wartung von Löschanlagen

Für die Wartung von Löschanlagen gibt es unterschiedliche Vorgaben, z. T. vom VdS, von den Berufsgenossenschaften, über DIN-Vorschriften, z. T. aber auch über das Lebensmittel- und Bedarfsgegenstände-Gesetz, sofern das System mit der Trinkwasserversorgung verknüpft ist. Für bestimmte Löschanlagen, wie z.B. CO2-Feuerlöschanlagen, gibt es Sicherheitsregeln (ZH 1/206 der Zentralstelle für Unfallverhütung und Arbeitsmedien des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften).

Quelle: Informationsschriften und Seminarunterlagen der Firma Novar by Honeywell

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