Eine der häufigsten Todesursachen bei Bränden ist nicht die direkte Einwirkung von Hitze oder Flammen, sondern das Einatmen von Rauch (Peçanha Antonio et al., 2013). Rauch kann sich schnell über Treppen, Aufzüge, Maschinenschächte und andere Öffnungen im gesamten Gebäude ausbreiten und verheerende Folgen für die Bewohner haben, die eingeschlossen werden und schnell vom Rauch überwältigt werden. Beim Brand im MGM Grand in Las Vegas im Jahr 1980 beispielsweise starben 85 Menschen, von denen sich 64 in den oberen Stockwerken weit vom Feuer entfernt aufhielten, weil der Rauch durch das Belüftungssystem und die Aufzugsschächte des Hotels gelangte. 

Aufgrund solcher Brände in der Vergangenheit haben sich Brandschutz- und Bauvorschriften ständig weiterentwickelt, um Verbesserungen zu integrieren, die im Brandfall Leben schützen. Zu dieser Entwicklung gehört auch der Einbau von Rauchkontrollsystemen. Diese Systeme kontrollieren und regulieren den Rauch während eines Brandes, leiten ihn ab und begrenzen seine Ausbreitung innerhalb eines Gebäudes. Rauchkontrollsysteme bieten den Bewohnern eine kritische Zeitspanne zur Flucht, bevor die Bedingungen im Gebäude unhaltbar werden.  

In diesem Artikel werden die Grundlagen der Rauchkontrolle erläutert, darunter: 

• Vorschriften für Rauchabzugssysteme, einschließlich der rechtlichen Anforderungen 

• Leistungskriterien für die spezifischen Anforderungen jedes Gebäudes 

• Richtlinien zur Rauchkontrolle und rationale Analyse  

Code-Anforderungen für Rauchabzugssysteme

Für jedes Projekt ist es wichtig, die in der jeweiligen Region geltenden Vorschriften zu kennen. Die sorgfältige Prüfung ist einer der wichtigsten Aspekte bei der Entwicklung von Lebenssicherheitssystemen. In der Due-Diligence-Phase eines Projekts wird ermittelt, welche Vorschriften relevant sind und ob etwaige Ergänzungen, Änderungen oder lokale Verordnungen die Standards außer Kraft setzen, die normalerweise durch die Vorschriften der NFPA oder ICC durchgesetzt werden. 

Im Bundesstaat Georgia beispielsweise schreibt das Department of Community Affairs (DCA) die durchzusetzenden Bauvorschriften vor, darunter:  

• International Building Code, Ausgabe 2018, mit Georgia Amendments (IBC). 
• International Residential Code, Ausgabe 2018, mit Georgia Amendments (IRC). 
• Internationaler Brandschutzkodex, Ausgabe 2018 (IFC). 

Zudem hat auch Frau Kapitel 120-3-3, das vom Georgia Safety Fire Commissioner durchgesetzt wird, trägt den Titel „Regeln und Vorschriften für die staatlichen Mindeststandards für Brandschutz“. Dieses Kapitel ändert die Internationaler Brandschutzcode (IFC) und den Codes der National Fire Protection Association (NFPA). Der DCA ändert auch bestimmte Kapitel des International Fire Code. Es ist wichtig, genau zu verstehen, welche Codes übernommen werden und ob bestimmte Kapitel entfernt, geändert oder ergänzt werden. Deshalb ist es so wichtig, einen Brandschutzberater für ein Projekt zu haben. Sobald der Berater die Due Diligence abgeschlossen und die richtigen Codes identifiziert hat, kann er die Bauanforderungen einholen. 

Zuständigkeitsanforderungen für Rauchabzugssysteme

Für jedes Projekt ist es entscheidend, einen sachkundigen Ingenieur zu haben, der die in der Region geltenden Bauvorschriften kennt. Bau- und Brandschutzvorschriften können unterschiedlich sein, einschließlich lokaler Änderungen, die die Standardanforderungen ändern. Gebäude unterscheiden sich in Design, Nutzung, Größe und Klassifizierung, was sich auf die Anforderungen an die Lebenssicherheit auswirkt, die Ingenieure umsetzen müssen.  

Diese Unterschiede gelten insbesondere für Rauchabzugssysteme, da Vorschriften und lokale Anforderungen nicht in allen Gebäuden Treppenhausdrucksysteme vorschreiben. Das Verstehen und Recherchieren der lokalen gesetzlichen Anforderungen ist grundlegend, um zu verstehen, was in den einzelnen geografischen Gebieten durchgesetzt wird. 

Der Rauchschutzingenieur muss bei der Recherche der örtlichen Anforderungen die folgenden Punkte berücksichtigen:  

Welches ist das höchste bewohnte Stockwerk? 
Gebäude, deren bewohnte Etage sich mehr als 75 Fuß über der niedrigsten Zugangsebene für die Feuerwehr befindet, gelten gemäß bestimmten geltenden Vorschriften als Hochhäuser.  

Was ist die Belegungsklassifizierung? 
Die Nutzungsklassifizierung kann sich darauf auswirken, ob rauchdichte Abtrennungen erforderlich sind oder nicht. 

Wie hoch sind die Treppen? 
Wenn Treppen zu Etagen führen, die höher als 75 Fuß sind, ist möglicherweise eine rauchdichte Umhausung erforderlich. 

Wie sind die Treppenhäuser angeordnet? 
In manchen Fällen sind rauchdichte Gehäuse nicht erforderlich. Merkmale eines Hochhauses, die die Entscheidung für den Einbau rauchdichter Gehäuse beeinflussen, sind, ob die Treppen seitlich offen sind, ob die Treppen zu den bewohnten Etagen kürzer als 75 Fuß sind und andere Kriterien.  

Leistungskriterien 

Leistungskriterien definieren die Standards, die rauchdichte Gehäuse bei der Konstruktion und beim Betrieb erfüllen müssen. Diese Kriterien informieren wichtige Interessenvertreter über die Konstruktion des Systems und beschreiben die spezifischen Anforderungen und die Leistungsbenchmarks, die das System erreichen soll.  

Sobald festgestellt wurde, dass rauchdichte Gehäuse erforderlich sind und das Designteam die Treppendruckbelüftung als Konformitätsmethode auswählt, werden in der geltenden Vorschrift die erforderlichen Leistungsspezifikationen bereitgestellt. Diese Spezifikationen können je nach Rechtsgebiet unterschiedlich sein, daher ist eine gründliche Überprüfung der geltenden Vorschrift unerlässlich.   

Treppenhausdruckbelüftungssysteme helfen, Fluchtwege freizuhalten, indem sie Luft in die Treppenhäuser drücken und so das Eindringen von Rauch verhindern. Dadurch wird ein sicherer Weg für die Menschen geschaffen, das Gebäude zu verlassen. 

Zu den üblichen Leistungskriterien gehören: 

• In die Treppe wird Überdruck eingespeist, um das Eindringen von Rauch zu verringern.
• In die Treppe wird Überdruck eingeleitet, der die Insassen nicht daran hindert, Treppenzugangstüren zu öffnen. 

Das Verständnis dieser Leistungsanforderungen ist wichtig, da jedes Gebäude unterschiedliche Anforderungen haben und spezifische Leistungsspezifikationen erfordern kann. 

Rauchschutzdesign 

NFPA 92: Standard für Rauchkontrollsysteme und Kapitel 909 (IFC und IBC) bieten Richtlinien für die Gestaltung von Rauchkontrollsystemen. Das Verständnis der erforderlichen Eingaben, Annahmen und Erdungsfaktoren führt zu den effizientesten und konformsten Designs. In den letzten 25 Jahren hat sich die Gestaltung von Rauchkontrollsystemen mit der Weiterentwicklung von Computer-Hardware und -Softwareressourcen erheblich weiterentwickelt. Seit die Branche von Handberechnungen auf rechnergestützte Methoden umgestiegen ist, haben sich Genauigkeit und Effizienz verbessert.  

Effektive Kommunikation ist während der gesamten Entwurfsphase von entscheidender Bedeutung. Die Zusammenarbeit mit dem Entwurfsteam hinsichtlich der gewählten Rauchbekämpfungsmethode und der Position der Leitungen, Ventilatoren und anderer Komponenten wird bei der Integration des Systems hilfreich sein. Ein weiterer wichtiger Interessenvertreter ist die zuständige Behörde (AHJ); die Einbeziehung der AHJ in den frühen Entwurfsprozess ist unerlässlich. Die Erörterung aller Eingaben, Annahmen und Leistungskriterien stellt sicher, dass das System gemäß den örtlichen Anforderungen entworfen wird und die Eingabeannahmen vor Beginn der Entwurfsphase vereinbart werden. 

Rationaler Analysebericht 

Eine präzise Analyse des Designs des Rauchabzugssystems sollte in einem rationalen Analysebericht dokumentiert werden, wie von IBC und IFC gefordert. Die rationale Analyse enthält alle Informationen über das Rauchabzugssystem, die für Sonderinspektionen und vom Gebäudewartungspersonal verwendet werden, das für die Wartung und regelmäßige Prüfung des Systems verantwortlich ist. 

Kapitel 909.4 beschreibt sieben Komponenten, die im Rahmen der rationalen Analyse berücksichtigt werden sollten: 

Der Kamineffekt 

Der Kamineffekt kann die Fähigkeit des Rauchabzugssystems, den Rauch in einem Gebäude zu kontrollieren, erheblich beeinträchtigen. Dieser Effekt tritt auf, wenn aufgrund von Druck- und Temperaturunterschieden Luft durch die vertikalen Schächte eines Gebäudes, einschließlich Treppen und Aufzugsschächten, nach oben gezogen wird. Die rationale Analyse muss die Innentemperatur des Gebäudes und die Außentemperaturen in der Umgebung des Gebäudes berücksichtigen. Unterschiede zwischen Außen- und Innentemperaturen müssen untersucht und in der Entwurfsanalyse berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das System unter den erwarteten Umgebungsbedingungen ordnungsgemäß funktionieren kann. 

Temperatureinfluss von Feuer  

Bei einem Brand sammeln sich heiße Gase, die sich in der Nähe des Brandherdes ansammeln und ausbreiten. Die Ausdehnung, Temperatur und Ausbreitung des Rauchs müssen in die Analyse einbezogen werden, um sicherzustellen, dass das Rauchabzugssystem nicht beeinträchtigt wird. Ein weiterer Aspekt sind automatische Sprinkleranlagen – wie sie sich auf das Feuer und die Rauchentwicklung auswirken. 

Windeffekt 

Wind spielt eine entscheidende Rolle beim Betrieb eines Rauchabzugssystems. Die rationale Analyse muss die Windstärke an jeder Gebäudefassade berücksichtigen. Bei der Betrachtung der Windlast müssen die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten am Standort des Gebäudes berücksichtigt werden. Die Windlast ist komplex und kann durch angrenzende Gebäude, das Gelände und die Gesamthöhe des Gebäudes beeinflusst werden. Eine weitere Überlegung betrifft die Platzierung mechanischer Ventilatoren und wie die Windlast deren Betrieb beeinträchtigen kann. Es sollten Gespräche zwischen allen wichtigen Beteiligten (Maschinenbauingenieur, Architekt usw.) stattfinden, um sicherzustellen, dass die Ventilatoren an geschützten Stellen platziert werden, um die negativen Auswirkungen der Windlast auf das System zu verringern. 

HVAC-Systeme 

HLK-Systeme sollten als Teil der Gesamtanalyse betrachtet werden. HLK-Systeme durchqueren normalerweise Abteile und schaffen Passagen, durch die sich Rauch im gesamten Gebäude ausbreiten kann. Der Maschinenbauingenieur integriert HLK-Systeme häufig in das Rauchabzugssystem, sodass das HLK-System bei Raucherkennung abgeschaltet wird. Je nach Situation können zwischen Rauchzonen Dämpfer erforderlich sein, die so programmiert sind, dass sie sich schließen, wenn sie Rauch erkennen oder Hitze ausgesetzt sind. Gespräche zwischen allen wichtigen Beteiligten (Brandschutzingenieur, Maschinenbauingenieur und Architekt) sind entscheidend, um zu verstehen, wie das Gesamtgebäude für den Betrieb unter Brandbedingungen konzipiert ist.  

Externes Klima 

Das Rauchabzugssystem wird wahrscheinlich Komponenten sowohl außerhalb als auch innerhalb des Gebäudes haben. Es muss berücksichtigt werden, ob die äußeren Klimabedingungen die Leistung dieser Komponenten beeinträchtigen. Ein Beispiel ist die Ansammlung von Eis um Klappen und mechanische Lüfter. Ingenieure müssen Komponenten so entwerfen, dass sie vor Eis- und Schneeansammlungen geschützt sind. 

Betriebsdauer 

Die Hauptfunktion eines Rauchabzugssystems besteht darin, die Insassen während der Fluchtzeit zu schützen. Der Brandschutzingenieur sollte das System so auslegen, dass ein kontinuierlicher Betrieb für 20 Minuten oder das 1.5-fache der berechneten Fluchtzeit gewährleistet ist – normalerweise je nachdem, welcher Zeitraum länger ist. Die Betriebsdauer muss Teil laufender Diskussionen zwischen dem Brandschutzingenieur und der AHJ sein.  

Fertigstellung und Präsentation 

Nach Abschluss der rationalen Analyse sollte der Ingenieur den endgültigen Systementwurf mit den aktuellen Plänen für Architektur, Mechanik, Elektrik und Sanitär (MEP) vergleichen. Darüber hinaus muss das Designteam eine Präsentation des endgültigen Systementwurfs durchführen, um sicherzustellen, dass die Konfiguration des Systems noch akzeptabel ist und das Architekturteam keine Änderungen vorgenommen hat. Abschließende Überprüfungen sind von entscheidender Bedeutung, da sich Baupläne während der rationalen Analysephase häufig ändern.  

Zu den spezifischen Elementen, die überprüft werden müssen, gehören:  

• Die Lage und Größe der Leitungen sind akzeptabel und auf die aktuellen Baupläne abgestimmt. 
• Sämtliche Innenwände, Türen, Fenster und Materialzusammensetzungen wurden bei der rationalen Analyse nicht verändert.

Grundsätzlich müssen die rationale Analyse und die aktuellen Pläne übereinstimmen. Wenn Abweichungen festgestellt werden, sind möglicherweise Änderungen erforderlich, um die rationale Analyse in Einklang zu bringen.  

Sobald die rationale Analyse abgeschlossen ist, sollte der Brandschutzingenieur der örtlichen Behörde eine Kopie zur abschließenden Stellungnahme vorlegen. Die rationale Analyse sollte dann zusammen mit dem Genehmigungspaket dem Baubeamten und dem Brandschutzbeauftragten zur Überprüfung und endgültigen Genehmigung vorgelegt werden. 

TEC Dienstleistungen für Rauchkontrollsysteme 

Telgian Engineering & Consulting bietet Rauchkontrolldienste vom Projektbeginn bis zur Fertigstellung an. 

Unsere Dienstleistungen umfassen:  

Vorentwurfsphase 

• Besprechen Sie die Projektanforderungen des Eigentümers 
• Diskutieren und recherchieren Sie verschiedene Rauchkontroll-Designoptionen, die für das Projekt verfügbar sein könnten. 

Entwurfsphase für Rauchkontrolle 

• Recherchieren und überprüfen Sie die Baupläne und -dokumente 
• Beratung zu Bauvorschriften, Brandschutz und Lebenssicherheit 
• Entwickeln Sie einen Entwurfsauftrag für die rationale Analyse, bevor Sie die Analyse abschließen.
• Besprechen Sie den Auftrag mit allen wichtigen Beteiligten, einschließlich dem Designteam und den zuständigen Behörden (AHJ). 
• CONTAM, CFD, Feuer- und Rauchmodellierungsdienste 
• Egress-Modellierung 
• Entwicklung der rationalen Analyse 
• Durchführung und Koordination von Besprechungen mit den zuständigen Behörden 
• Entwicklung und kontinuierliche Überprüfung von Designunterlagen 
• Entwicklung von Test- und Abnahmekriterien 

Konstruktionsphase 

• Überprüfungen der Installation vor Ort, um die Einhaltung der festgelegten Designgrundlagen sicherzustellen 
• Koordination zulassen 
• Kontinuierliche Abstimmung mit den zuständigen Behörden (AHJ) 
• Lösung von Haftungsproblemen vor Ort 
• Spezielle Inspektionsleistungen für die Rauchkontrolle 

Nachbauphase 

• Betriebsschulung des Gebäudepersonals an Systemen 
• Koordination und Überprüfung der Abschlussdokumentation 

Schlussfolgerung  

Effektive Rauchkontrollsysteme sind für die Sicherheit der Gebäudenutzer während eines Brandes von entscheidender Bedeutung. Ingenieure und Designer können Systeme entwickeln, die Rauch effektiv kontrollieren, indem sie die geltenden Vorschriften verstehen, gründliche Recherchen durchführen, Leistungskriterien einhalten und einen sorgfältigen Designprozess befolgen. Durch die Zusammenarbeit mit TECwerden Ihre Rauchabzugssysteme unter Einhaltung höchster Sicherheitsstandards konzipiert und umgesetzt.

Kontaktieren Sie uns noch heute um zu besprechen, wie unser Fachwissen dazu beitragen kann, Ihr Eigentum und das Leben der Bewohner Ihres Gebäudes zu schützen. 

Über den Autor

Mit mehr als 19 Jahren Erfahrung in Brandschutz und Lebenssicherheitsberatung und -design ist Eddie Farrow der Regional Practice Leader, Fire Protection Engineering für die Region Südosten bei Telgian Engineering & Consulting, LL (TEC). Er hat weltweit Projekte für zahlreiche Bereiche geleitet, darunter das Gesundheitswesen sowie den Industrie- und Handelssektor, hat sich im Laufe seiner Karriere jedoch besonders auf Wohn- und Geschäftshochhäuser konzentriert.

Farrow verfügt über ein breites Spektrum an Fachwissen und ist auf Rauchkontrollsysteme spezialisiert, von der Entwurfsphase bis zum Bau sowie auf die Wartung dieser Systeme. Sein Fachwissen umfasst Codeberatung, leistungsbasiertes Design, Rauchmodellierung (manuelle Berechnungen und Computeranalyse – CFD – FDS) und Zonenmodellierungsanalyse (CONTAM). Darüber hinaus verfügt er über umfangreiche Erfahrung in der Egress-Analyse (manuelle Berechnungen und Computeranalyse – Pathfinder), der Analyse gefährlicher Stoffe, Sonderinspektionen (Atrium- und Treppendruckbeaufschlagung), Due Diligence und Verhandlungen mit zuständigen Behörden (AHJs). Sie erreichen ihn unter efarrow@telgian.com