Vermeiden von Überlast in Löschanlagen mit leeren Rohrleitungen

Wenn im Alarmfall trockene Rohrleitungen einer Löschanlage mit Premix gefüllt werden, kann es zu einer Überlastsituation am Zumischsystem kommen. In diesem Artikel erklären wir, welche Faktoren dazu führen und wie man der Situation präventiv begegnen kann.

Betrachten wir zunächst die technischen Daten eines Zumischsystems. Wann spricht man von einer Überlast? Der Betriebsbereich eines Zumischsystems bestimmt den minimalen und den maximalen Löschwasserstrom, den das Gerät verarbeiten kann. Den maximalen Löschwasserstrom nennt man auch Nennvolumenstrom. Eine Überlastsituation liegt vor, wenn der Löschwasserstrom größer ist als der Nennvolumenstrom.

Beispiel FireDos-Zumischsystem FD10000/3-S:

• Betriebsbereich: 450 – 10.000 l/min
• Nennvolumenstrom: 10.000 l/min
• Bei einem Löschwasserstrom von 12.000 l/min würde eine Überlast vorliegen.

Als Verursacher von Überlast kommen verschiedene Faktoren in Frage, die sich auch gegenseitig verstärken können:

• Falsch dimensioniertes Zumischsystem: Ein zu kleines Zumischsystem wurde ausgewählt, sodass der Löschwasserstrom größer als dessen Nennvolumenstrom ist.
• Anlagenerweiterung ohne Anpassung des Zumischsystems: Die vor Bränden zu schützende Fläche vergrößert sich, sodass auch der Löschwasserbedarf steigt. Wenn das Zumischsystem nicht entsprechend angepasst und somit ausgetauscht bzw. anders dimensioniert wird, kommt es zur Überlast.
• Schlagartiges Öffnen von Trockenalarmventilen oder Sprühflutventilen bei Erstauslösung: Dies ist die häufigste Ursache von Überlast.
• Auslösen weiterer Trockenalarmventile oder Sprühflutventile bei Brandausbreitung
• Rohrbruch in einer Nassanlage
• Kombination aus obigen Punkten, was die Überlast verstärkt.

Die Auswirkungen von Überlast auf das Zumischsystem und die gesamte Löschanlage sind nicht zu unterschätzen. Die häufigsten Konsequenzen sind:

• Schäden am Wassermotor durch hohe mechanische Belastungen der Bauteile. Dies kann zu einer verminderten oder gar keiner Zumischung des Schaummittels führen.
  
  
• Kavitation an der Pumpe: Die Schaummittelpumpe dreht schneller aufgrund der höheren Drehzahl des Wassermotors.

• Vibrationen: Ausgelöst durch die höhere Drehzahl von Wassermotor und Schaummittelpumpe, mit Übertragung auf die gesamte Löschanlage
  
  
• Bei sehr hoher Belastung kann es zum 'Wasserschlag', also einem starken Druckstoß kommen.

Was passiert beim schlagartigen Öffnen und Füllen trockener Rohrleitungen? Wir sehen hier drei Kennlinien einer Löschanlage:

• die Drosselkurve, also die Pumpenkennlinie,
• die Anlagenkennlinie 'leere Rohrleitung'
• und die Anlagenkennlinie 'volle Rohrleitung'.

Hoher Löschwasserstrom bei Alarmauslösung durch fehlenden Gegendruck

Die Pumpenkennlinie und die Anlagenkennlinie 'volle Rohrleitung' schneiden sich bei einem Löschwasserstrom von ca. 8.500 l/min. Wird ein Feueralarm ausgelölst, öffnet sich das Alarmventil schlagartig. Bei Pumpenstart/Auslösung arbeitet die Pumpe noch nicht am Betriebspunkt. Der komplette Querschnitt der trockenen Rohrleitung wird freigegeben, sodass die Löschwasserpumpe auf den Druckabfall reagiert und sofort startet. Aufgrund des fehlenden Gegendrucks durch leere Rohrleitungen, verlagert sich der Schnittpunkt der Pumpenkennlinie und der Anlagenkennlinie 'leere Rohrleitung' nach rechts. Die Kurven treffen sich bei einem Löschwasservolumenstrom von ca. 13.000 l/min.

Mit dem Füllen der Rohrleitungen steigt der Gegendruck

Kurzzeitig nach Öffnen der Alarmventile stellt sich also ein sehr großer Löschwasservolumenstrom bei sehr niedrigem Druck ein. Mit Füllen der Rohrleitungen steigt der Gegendruck wieder langsam an. Der Betriebspunkt der Pumpenkennlinie bewegt sich langsam wieder in Richtung des ausgelegten Betriebspunktes für die gefüllten Rohrleitungen.

Überlast vermeiden – hohe Volumenströme beim Füllen berücksichtigen

Theoretisch lässt sich ein FD10000 Zumischsystem mit einem Löschwasservolumenstrom von maximal 10.000 l/min nutzen. Aber beim Füllen trockener Rohrleitungen würde es mit 13.000 l/min belastet und somit überlastet werden. Durch entsprechende präventive Maßnahmen lässt sich dies vermeiden.

Am FireDos-Prüfstand werden die tatsächlichen Löschwasservolumenströme gemessen. Hier ein Beispiel:

• Nach dem Öffnen des Alarmventils steigt der Löschwasservolumenstrom steil an, in diesem Beispiel bis zu 12.000 l/min.
• Mit steigendem Füllen der leeren Rohrleitungen baut sich der Gegendruck wieder auf. Der Volumenstrom gleicht sich allmählich dem vorher hydraulisch ausgelegten, also dem geplanten Löschwasservolumenstrom an, hier 8.000 l/min.
• Das bedeutet, dass das getestete FD8000 Zumischsystem mit einem Löschwasservolumenstrom von teilweise 12.000 l/min und somit um bis zu 50 % überlastet wird. 

• Kaskadenschaltung der Löschwasserpumpen
  Sind mehrere Löschwasserpumpen vorhanden, lohnt es sich, dieses kaskadierend zu schalten, also eine nach der anderen zeitlich versetzt. So wird verhindert, dass der volle Löschwasservolumenstrom aller Pumpen schon zu Beginn auf alle Anlagenbauteile wirkt.

• Auswahl eines größeren FireDos-Zumischsystems
  Durch Auswahl eines größeren FireDos-Zumischsystems kann Überlast aufgrund von Fehldimensionierung verhindert werden.

• Motorventile stufenweise öffnen
  Durch das stufenweise Öffnen der Motorventile wird bei Auslösung des Alarmventils nur ein kleiner Querschnitt der Rohrleitungen freigegeben, nach zeitlichem Versatz und kompletter Füllung dann der komplette Querschnitt.

• Sprühflutventile mit integrierter Durchflussregelung, z. B. von BERMAD

• Einbau eines BERMAD/INBAL-Regelventils
  Diese Regelventile lassen mithilfe eines Bypass nur begrenzten Löschwasservolumenstrom durch die Rohrleitungen fließen.

• Bei Öffnung des Alarmventils fällt zunächst der Druck schlagartig. Dies wird vom Pilotventil registriert, welches das Inbal- oder Bermad-Ventil anregt, sich komplett zu schließen. Hier im Beispiel ist das Regelventil bereits geschlossen.
• Das Löschwasser kann nicht mehr über das Regelventil zum Alarmventil fließen. Es muss den Weg über den Bypass durch die Blende nehmen.  Die Blende ist auf den maximal zulässigen Löschwasservolumenstrom des Zumischsystems ausgelegt. Eine Überlastung ist somit nicht mehr möglich.
• Steigt der Füllstand in den leeren Rohrleitungen und somit auch der Gegendruck, wird dies vom Pilotventil registriert. Wenn der Gegendruck einen definierten Wert übersteigt, öffnet sich das Regelventil wieder und gibt den regulären Querschnitt der Rohrleitung frei.

Regelventile von INBAL und BERMAD können nur öffnen und schließen, Zwischenstellungen sind nicht möglich. Ihre Schutzfunktion entfalten sie ausschließlich in Kombination mit einem Bypass.

Hier sehen wir einen Ausschnitt aus dem virtuellen Showroom von FireDos. Die exemplarische Löschanlage mit Zumischsystem ist vorbildlich aufgebaut. Sie verfügt über ein Regelventil und einen Bypass, sodass Überlast verhindert wird. Das Löschwasser fließt von links nach rechts.

Die Hauptkomponenten sind:

1 = Zumischsystem
2 = Regenventil (von Inbal)
3 = Bypass mit integrierter Blende
4 = Alarmventil
5 = Leitung, die den Eingangsdruck misst
6 = Leitung, die den Druckabfall misst

Das Bermad-Regelventil 426 ermöglicht es, Überlastschutz ohne Bypass auszuführen. Dies funktioniert wie folgt: Das Bermad 426 misst den Druckverlust vor dem FireDos-Zumischsystem und dem eigentlichen Regelventil. Da der Druckverlust proportional mit dem Löschwasservolumenstrom steigt, eignet er sich als Regelgröße. Der im Bermad-Modul verbaute Öffnungsgeschwindigkeitsregler öffnet dann gemäß dieser Regelgröße den jeweiligen Querschnitt im Ventil. Anders als bei den Standard-Regelventilen, die nur Öffnen und Schließen können, sind auch Zwischenstellungen möglich.

Wir werde häufig gefragt, ob beispielsweise ein FD10000 mit einem Löschwasservolumenstrom von 10.500, 12.000 l/min oder mehr belastet werden kann, da solche Werte zum Teil bei Zulassungstests getestet und erzielt werden. Die Antwort lautet: Nein, Ergebnisse von Zulassungstests sollten nicht für die Anlagenauslegung verwendet werden, da die Gefahr der Überlast besteht. Hier sehen wir einen Ausschnitt der Anerkennungsverfahren von FM und VdS:

Diese Tests dienen ausschließlich der Produktzulassung. Wenn es um die Anlagenauslegung geht, sollte man sich nicht auf die Grenzwerte des Testverfahrens beziehen. Bei Betrieb mit einem Löschwasservolumenstrom größer als der Nennvolumenstrom liegt eine nichtbestimmungsgemäße Verwendung vor, sodass die Zulassung entzogen werden kann.