Die Rauchfreihaltung von notwendigen Treppenräumen ist eine wichtige Voraussetzung, um eine Evakuierung von Menschen und einen Löschangriff der Feuerwehr zu ermöglichen. Treppenräume und Flure sind keine Brandräume. Mögliche Brandräume stellen dagegen die angrenzenden Nutzungseinheiten wie Wohnungen, Büros und ähnliches dar. Eine maschinelle Entrauchung erzeugt immer einen Unterdruck im beaufschlagten Raum. Dies kann bewirken, dass aus den Nutzungseinheiten Brandrauch in das Treppenhaus oder den Flur gesaugt und der Rettungsweg unpassierbar wird.

Bei Anwendung natürlicher Entrauchung über Rauch-Wärmeabzüge wächst die Gefahr, dass mit abkühlendem Rauch die Anlage unwirksam wird. Die Behandlung von Flucht-und Rettungswegen sollte deshalb immer in Verbindung mit einem Zuluftventilator erfolgen, um im Rettungsweg einen Überdruck gegenüber der Nutzungseinheit zu erzielen und somit das Eindringen von Rauch in den Fluchtweg zu verhindern.

Im Brandfall darf die Druckdifferenz an angrenzenden Standard-Türen von etwa 2m2 Fläche einen Atmosphärenüberdruck von 50 Pa nicht überschreiten, da die maximal zugelassene Tür-Öffnungskraft 100 N beträgt. Sonst besteht das Risiko, dass die Tür im Brandfall von schmächtigen oder behinderten Personen nicht mehr zu öffnen ist.

Grundsätzlich zu unterscheiden sind Rauchschutz-Druckanlagen zur Verhinderung eines Raucheintritts sowie Spülanlagen. Während Druckanlagen die Aufgabe haben, einen Raucheintritt vollständig zu verhindern, soll eine Spülanlage eingedrungene Rauchgase verdünnen und abführen.

Im Folgenden werden im Wesentlichen nur Druckanlagen betrachtet.

Die Anlage muss einen kontrollierten Überdruck in dem Fluchtweg für den Fall geschlossener Türen erzeugen. Der Überdruck kann einen Raucheintritt verhindern solange alle Türen geschlossen sind. Öffnet sich eine Tür, so erfolgt in einem Zeitraum weniger als einer Sekunde der Druckausgleich, da sich der Druckabfall mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt. In diesem Moment gilt es sicherzustellen, dass der offene Türquerschnitt mit einer ausreichenden Geschwindigkeit durchströmt wird. Je nachdem, ob sich ein Flur, eine Schleuse oder die Nutzungseinheit anschließt, liegt diese erforderliche Geschwindigkeit zwischen 0,75 und 2 m/s. Um die Durchströmung der offenen Türen sicherzustellen ist es erforderlich, dass Abströmmöglichkeiten aus den Nutzungseinheiten vorhanden sind.

Für die Überdruckanlage gilt also die Forderung, dass sie in weniger als einer Sekunde von dem Volumenstrom, der nur zur Deckung der Leckage erforderlich ist, umschalten muss auf den Bemessungsvolumenstrom, um ausreichende Geschwindigkeiten in der offenen Tür zu erzielen.

Für die Bemessung gilt : Gemäß der in Deutschland geltenden Muster-Hochhausrichtlinie ist der Volumenstrom für die Türdurchströmung nach folgender Gleichung anzusetzen : V=kxbxh 1, 5 inm3/smit V = Volumenstrom k : Faktor, der die Temperaturdifferenz berücksichtigt : k = 1,5 wenn sich ein Flur anschließt ; k = 1,8 wenn sich eine Nutzungseinheit anschließt b : Türbreite in m h : Türhöhe in m Daraus ergibt sich für die Dimensionierung der Druck-Anlage : Bemessungsvolumenstrom = Volumenstrom für die Tür-Durchströmung + Leckagevolumenstrom über Undichtigkeitsstellen Für eine gebräuchliche Spülanlage ist gemäß der in Deutschland geltenden Muster-Hochhausrichtlinie ist der Volumenstrom für die Türdurchströmung von 10.000 m3/h anzusetzen, bei großen Treppenhäusern entsprechend mehr.

Aus der DE 198 41 540 A1 ist ein Sicherheitstreppenhaus bekannt bei dem in jeder Schleuse eine Überströmöffnung, die mit Ventilklappen versehen sind, über der Tür angebracht ist und der mittels Ventilator mit Überdruck bei vorbestimmbarem Volumenstrom belüftet wird.

Mit der Druckschrift EP 0 995 955 A2 wurde eine ähnlich funktionierende Überdruckklappe zwischen einem Treppenraum und einem nachgeschalteten Raum zur Aufrechterhaltung des konstanten Druckes im Treppenhaus vorgeschlagen.

Über die notwendigen extrem kurzen Reaktionszeiten ist nichts berichtet worden, vielmehr scheinen beide Einrichtungen sehr träge zu sein.

Die Druckschriften DE 198 56 193 A1 ; DE 199 37 530 A1 und DE 199 37 532 A1 berichten über Spülanlagen mit Dachentlüftungen, die eine motorische Stelleinrichtung haben. Derartige Rauchentlüftungen sind stör-und wartungsanfällig ; sie benötigen elektronische oder elektrische Baugruppen mit einiger Ausfallwahrscheinlichkeit, haben lange Reaktionszeiten und sind wetterabhängig.

Aus der Druckschrift DE 198 49 863 A1 ist noch eine federbelastete Feuerschutzklappe für einen Lüftungskanal bekannt. Bei Feuer soll ein Schmelzelement schmelzen und dann die Klappe aus einer Ruheposition in eine irreversible Schließposition bringen.

Mit der DE 199 19 701 A1 wurde schließlich eine durch Luftdruck zu öffnende Überdruckklappe offenbart, die ein Rückstellmoment über Gewichte erhält.

Bisherige regelbare Systeme weisen eine relativ unzuverlässige und träge oder vom Wetter abhängige Bauteilanordnung mit zu hoher Ausfallwahrscheinlichkeit auf.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung vorzuschlagen, womit eine schnelle und vom Wetter unabhängige stetige Reaktion des Systems in weniger als einer Sekunde garantiert werden kann.

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Bei einer gattungsgemäßen Überdruckanlage umfasst die erfindungsgemäße Lösung einen Ventilator mit Nachleitapparat und Stabilisator und im Stillstand verstellbaren Laufschaufeln, integriert in ein Gehäuse innerhalb eines Überdruckapparates ; in dem zentrisch angeordneten Gehäuse ist ein antreibbarer Axialventilator zentrisch installiert und um dieses Gehäuse ist ein Bypass mit mindestens einer selbstschließfähige Klappe angeordnet. Der Bypass kann auch in einer anderen erfindungsgemäßen Version in der Nähe des Überdruckapparates angeordnet sein, wenn von dort eine Rückströmmöglichkeit der Luft zur Saugseite des Ventilators besteht.

Als Ventilator kommt ein kennlinienstabilisierter Axialventilator mit Elektroantrieb zur Anwendung. Die Kennlinienstabilisierung verhindert das bei Axialventilatoren übliche Abrissgebiet im linken Teil der Kennlinie. Diese Auswahl erlaubt einen Einsatz im Parallelbetrieb.

Der Bypass hat eine vorzugsweise geradzahlige Menge symmetrischer Einzelklappen mit vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden Drehachsen, wobei die Klappen so gestaltet sind, dass sie im geöffneten Zustand eine Bypassströmung um den Axialventilator ermöglichen und der maximale Druckverlust der Bypassströmung im Überdruckapparat bei gleicher Größe wie der geforderte Überdruck im Fluchtweg liegt und die strömungswirksamen Flächen der Klappen in einem bestimmten Verhältnis zur Gehäuse- Querschnittsfläche ausgeführt sind.

Damit ist ein leichtes System mit symmetrischen Strömungen und Bauformen vorgeschlagen, eine Voraussetzung für ein möglichst schnell reagierendes sich selbst regelndes Rauchfreihaltungssystem und geringe Wartungsanfälligkeit.

Das Klappensystem ist so gestaltet, dass das Öffnen bzw. das Schließen der Klappen durch Luftkraftmomente bzw. mittels eines mechanischen Zug-Druck- Federsystems möglich ist, wobei der Momentenverlauf in Abhängigkeit vom zunehmenden Klappenöffnungswinkel abnimmt, und ein stabiler Arbeitspunkt (Schnittpunkt) des Verlaufs der Federmomente mit den abnehmenden Luftkraftmomenten sich oberhalb 50 Grad, vorzugsweise bei etwa 55-80 Grad Klappenöffnungswinkel ausbildet.

Bei Verwendung mehrerer Klappen haben diese vorzugsweise senkrecht aufeinander stehende Drehachsen ; bei geradzahligen Bypass-Klappen sind die Achsen formschlüssig verbunden ; alle Klappen sollten der Einfachheit halber und wegen günstigerer Strömungsverhältnisse eine gleichsinnige Schwenkrichtung haben. Damit lassen sich die Momente einfacher einstellen und berechnen und der Apparat einfach gestalten.

Vorzugsweise sind die Drehachsen der Klappen mittels Kegelräder, am besten Zahnräder, formschlüssig verbunden.

Das Verfahren zur die Rauchfreihaltung, insbesondere von Flucht-und Rettungswegen unter Berücksichtigung von zulässigen Druckdifferenzen der Luft in angrenzenden Fluren und Treppenräumen mit einer Überdruckanlage, sieht daher vor, dass um ein, vorzugsweise zentrales Gehäuse in dem Überdruckapparat, mit einem Axialventilator eine Bypassströmung durch ein selbstschließfähiges System von Klappen erzeugt wird, wobei sichergestellt wird, dass die Klappen unter der Wirkung eines vorbestimmbaren Überdrucks im Fluchtweg öffnen und den Bypass freigeben.

Damit regelt sich die Rauchfreihalteanlage ohne externe Sensoren oder Messgeräte selbsttätig und stetig.

Das Verfahren sieht auch vor, dass die notwendigen Momente für das Öffnen der Klappen so eingestellt werden, dass die Druckkräfte bzw. Luftkräfte der Strömung im Bypass ausreichen und die Momente für das Schließen der Klappen durch ein mechanisches Zug-oder Druckfedersystem bereitgestellt werden, wobei der Schnittpunkt beider Momentenverläufe so die maximal sich einstellende Öffnungsfläche der Klappen bestimmt, wodurch ein selbsttätig unmittelbar wirkendes Regelsystem infolge Druckänderungen im Fluchtweg entsteht, welches öffnend mit einer Reaktionszeit entsprechend der max.

Fluchtweghöhe oder Fluchtweglänge (in der Regel Treppenhaus) unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit und schließend mit einer Reaktionszeit proportional zum Massenträgheitsmoment/Rückstellmoment des Federsystems der Klappen arbeitet.

Die Anlage kann somit folgende Betriebszustände selbsttätig ausregeln : Alle Türen sind geschlossen.

Zur Erzielung des gewünschten vorbestimmbaren Überdrucks wird nur soviel Luft in den Druckraum (Fluchtweg) gebracht, wie zur Deckung bauseitiger Leckagen erforderlich ist.

Die Bypass-Klappen sind in diesem Betriebszustand offen.

Eine Tür ist geöffnet.

Sofern aus den nachgeschalteten Räumen eine Abströmung erfolgen kann, führt der Druckabfall zu einem sofortigen Schließen der Klappen und der offene Türquerschnitt wird nun in Richtung Brandraum durchströmt.

Einsatz in Spülanlagen.

Im oberen Teil des Treppenhauses wird eine Abströmfläche bereitgestellt. Die gesicherte Abströmung kann allerdings im Betriebsfall durch die Gebäudeumströmung oder durch direkten Windeinfluss stark beeinträchtigt werden, mit der Folge eines zu hohen Druckaufbaus und damit nicht mehr zu öffnender Türen.

Die Bypassklappen innerhalb des Gerätes stellen sicher, dass dieser Zustand nicht eintreten kann.

Die Vorteile des Systems sind offensichtlich. Alle Reaktionen der Anlage erfolgen selbsttätig. Zusätzliche Messwertgeber, Druckregler, Stellantriebe, Klemm-und Übergabestellen für die Überdruckanlage wie im Stand der Technik erforderlich, können entfallen. Dies bedeutet eine Minimierung möglicher Ausfallkomponenten und Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeiten.

Anhand einer Zeichnung sollen die Probleme und Lösungen sowie Vorteile der Erfindung näher dargestellt werden.

Es zeigen Fig. 1 die Vorderansicht eines Überdruckapparates gemäß der Erfindung ; Fig. 2 einen simplifizierten Längsschnitt durch einen Apparat gemäß Fig. 1 mit Darstellung der Wirkung eines Ventilators bei geschlossenem Bypass ; Fig. 3 einen simplifizierten Längsschnitt durch einen Apparat gemäß Fig. 1 mit Darstellung der Wirkung eines Ventilators bei geöffnetem Bypass ; Fig. 4 eine Momentendarstellung der Luftkräfte und Federkräfte über verschiedenen Öffnungswinkeln der Klappen des Bypass ; Fig. 5 eine typische Fluchtweg/Treppenhausanordnung mit nachgeschalteten Brandräumen und einer Überdruck-Rauchfreihaltungsanlage ; Fig. 6 perspektivische Draufsicht auf eine reale Ausführung eines Überdruckapparates.

Gleiche Bezugszeichen in der folgenden Beschreibung beziehen sich auf identische oder funktionsgleiche Teile.

Übersicht zu den Fig. 1-3 und 5.

Innerhalb des Kastengerätes/Überdruckapparates 1 sind sowohl der Zuluftventilator 2 in einem zentrischen Gehäuse als auch die über einen Federmechanismus 6 selbsttätig wirkenden Druckentlastungs-Klappen 3,3. 1 angeordnet. Diese Klappen öffnen selbsttätig, wenn der Überdruck den angestrebten Wert überschreitet und schaffen einen Bypass 4 zur Saugseite des Ventilators 2.

Fig. 1 zeigt dabei 4 symmetrisch um das Gehäuse mit dem Ventilator angeordnete Klappen 3.1, die gemeinsam das Bypasssystem 3 bilden. Jede Klappe 3.1 weist eine Dreh-oder Schwenkachse 3.2 auf, um die sie gleichsinnig durch den Bypassstrom 4 bzw. die herrschenden Luftkräfte und Luftmomente im Kurzschlussbetrieb gegen die Rückstellmomente des Federsystems 6 geöffnet wird (Fig. 3) oder durch Federkräfte bzw,-momente mittels des Federsystems 6 rückgestellt wird (Fig. 2).

Die Öffnungskraft der Bypassklappen 3.1 wird durch einen Überdruck im Treppenraum/Fluchtweg 5 (Fig. 5) aufgebracht. Dem steht über ein <BR> <BR> Federsystem 6 mit einer Schließkraft/Rückstellkraft bzw. -Moment gegenüber.

Über die Variation der Federkraft durch Verändern von z. B. der Vorspannlänge oder dem Fachmann geläufigen anderen Parametern lässt sich die Druckdifferenz einstellen, bei der die Öffnung der Klappen erfolgt. Bei geöffneten Klappen zirkuliert ein Teil der Luftmenge 4 innerhalb des Apparates bei dieser Ausführungsform der Erfindung.

Wenn durch sich öffnende Türen 7 der Überduck abfällt, bewirkt das Federsystem 6 eine sofortige Schließbewegung der Klappen 3. Gefördert wird mit dem Ventilator 2 nun der Bemessungsvolumenstrom V zur Aufrechterhaltung des vorbestimmbaren Überdruckes.

Durch den Überdruckapparat 1 wird im Treppenraum 5 ein kontrollierter Überdruck von z. B. 50 Pa aufgebaut. Die Druck-Konstanthaltung erfolgt durch selbsttätig wirkende Druckentlastungsklappen 3.1 innerhalb des Überdruckapparates, die beim Überschreiten der zulässigen Druckdifferenz Bypass-Flächen 3 zur Saugseite des Gerätes bereitstellen.

Die Ansteuerung der Anlage erfolgt z. B. über Rauchmelder 11, die vor jeder Zugangstür im Flur oder der Schleuse 9 der nachgeschalteten Räume/Büros 10 außerhalb des geschützten Bereichs angeordnet werden. Türen zum Treppenraum 5 und zur Schleuse 9 müssen selbstschließend und mindestens feuerhemmend sein.

Bei Rauchdetektierung der Rauchmelder 11 wird die Rauchschutz- Druckanlage, der Überdruckapparat 1 in Betrieb gesetzt. Gleichzeitig können Signalhupen und Freilauf-Türschließer an den Türen 7 aktiviert werden. Jede Etage E stellt eine Melder-Linie dar. In dem vom Brand betroffenen Geschoss werden automatisch über einen Stellantrieb Fenster 13 geöffnet. Die Abströmung kann auch über einen üblichen L90-Schacht, an dem geschossweise Entrauchungsklappen angeschlossen sind, erfolgen.

Nur wenn eine Abströmmöglichkeit aus dem Brandraum 10 bzw. aus zwischengeschalteten Einheiten gegeben ist, kann gewährleistet werden, dass bei geöffneten Treppenraum-Türen 7 eine Durchströmung in Richtung Brandraum erfolgen kann.

Die Ausstattung umfasst des Weiteren typischerweise : Schaltschrank 15, optische Rauchschalter 11, Alarmhupen-Blitzleuchten- Kombination 12, Freilauf-Türschließer, Wetterschutzgitter-Jalousieklappen- Kombination 14 für Luftzufuhr zum Ventilator 2, Stellantrieb (für Fenster oder Entrauchungsklappe 13).

Fig. 4 zeigt den Momentenverlauf in verschiedenen Funktionssituationen der Druckanlage.

Dargestellt sind sechs verschiedene Verläufe von Momenten M in Ncm und eine Arbeitslinie des erfindungsgemäßen Systems neben verschiedenen Luftkraftmomenten bei geschlossenem Bypass, jeweils über dem Öffnungswinkel a in Gradstufen vom 0-90 Grad.

Legende zu Fig. 4 : Öffnungsmoment Tür zu", frei ansaugend (220 Pa Druck) -------Öffnungsmoment frei ausblasen saugseitig (70-80 Pa) --------E Öffnungsmoment frei ausblasend saugseitig (200 Pa) --------x Öffnungsmoment frei ansaugend druckseitig, Bypass offen ---------* Öffnungsmoment mit Saugleitung, druckseitig geschlossen ---------Öffnungsmoment mit Saugleitung ; Bypass offen --------cl Arbeitslinie la Luftkraftmoment (50 Pa) 2a Luftkraftmoment (100 Pa) 3a Luftkraftmoment (150 Pa) 4a Luftkraftmoment (200 Pa) Es ergeben sich durch die fachmännische Auslegung des Apparates mit Bypass jeweils klare Schnittpunkte der Arbeitslinie mit allen Momentenverläufen /Öffnungsmomenten.

Fig. 6 zeigt eine konkrete Ausführungsform des Überdruckapparates 1 mit Ventilator 2 im zentrischen Gehäuse wie er für Rauchfreihaltung der Fluchtwege 5 nutzbar ist.

Der Bypass 3 setzt sich aus vier Klappen 3.1 um das Gehäuse zusammen. Die Klappen 3.1 schwenken um die Achsen 3.2, deren Gleichlauf durch Kegelzahnräder 3.3 sichergestellt wird. Damit die Feder 6, eingestellt in ihrer Wirkung/Rückstellfähigkeit für die Klappen 3.1 durch Wahl einer geeigneten Länge und Zugkraft über z. B. variabel verwendbare Drahtstärken einer Schraubenfeder, bei jedem Öffnungswinkel der Klappen in Funktion sind, werden sie über Führungskulissen 3.4 mit den Klappen 3.1 verbunden.