Unter Druck gesetzt

Denn bereits kleinere Ausfälle können große Folgen mit sich bringen – wer will schon Waren mit Rauchgeruch kaufen oder ein verkohltes Artefakt bewundern? Mit höchster Priorität bewerten Unternehmen das Aufrechterhalten der Betriebsabläufe. Egal ob Liefer-verpflichtungen in Logistikunternehmen oder ständige Datenverfügbarkeit im EDV-Bereich – „Hochverfügbarkeit auch im Brandfall“ lautet die Maxime, die für ein Unternehmen überlebenswichtig sein kann. Die Erwartungen an Brandschutzanlagen sind groß: Ein störungsfreier Betrieb des Unternehmens im Brandfall ist genauso gefordert wie Umweltfreundlichkeit und Energieeffizienz. Fehlalarme sind ein kostspieliges „Vergnügen“. Brandschutzkonzepte mit Folgeschäden, wie sie zum Beispiel beim Löschen mit Wasser, Schaum oder Pulver verursacht werden, halten diesen Ansprüchen erst recht nicht stand.

Der zunehmende Grad an Automatisierungstechnik und Digitalisierung erhöht zunehmend auch das Brandrisiko: Mögliche Kabelbrände, Überhitzungen an Fördermotoren oder technische Defekte an Kälte- und Klimaanlagen können einen Brand verursachen. Auch große Mengen an leicht entzündlichen Verpackungsmaterialien wie Papier, Pappe oder Folie erhöhen das Risiko zusätzlich. Je nach Raumbeschaffenheit beschleunigt sich die vertikale Brandausbreitung durch den „Kamineffekt“: Im Lager- und Logistikbetrieb kann die hohe Warendichte, gelagert in hohen Regalen mit schmalen Zwischenräumen, ein Übergreifen des Feuers auf benachbarte Palettenplätze begünstigen. In Rechenzentren ist es in der Regel die gesamte, auf Klimatisierung, Sicherheit und unterbrechungsfreie Stromversorgung ausgerichtete Gebäudekonzeption, die eine Herausforderung für den Brandschutz bedeutet.

Der cleverste Lösungsansatz lautet daher: Einen Brand gar nicht erst entstehen zu lassen. Auf diesem Prinzip baut das Brandvermeidungssystem Oxyreduct von Wagner auf. Seit Jahren entwickeln sich Brandvermeidungssysteme zum Standard für Rechenzentren sowie Lager- und Logistikbetriebe und überall dort, wo eine hohe Wertekonzentration vor Brandrisiken aktiv geschützt werden muss. Durch Einleiten von Stickstoff wird die Sauerstoffkonzentration im zu schützenden Bereich exakt unter die spezifische Entzündungsgrenze des dort vorhandenen Materials abgesenkt und gehalten. In dieser Atmosphäre kann die Entstehung eines offenen Brandes nahezu ausgeschlossen werden.

Der vorhandene Sauerstoff reicht nicht mehr aus, um ein Feuer aufrechtzuerhalten oder es ausbreiten zu lassen. Da es nicht mehr brennen kann, können auch die Folgeschäden, die durch Rauch, Ruß oder Löschmittel verursacht werden, ausgeschlossen werden. Die Sauerstoffreduzierungsanlage Oxyreduct generiert Stickstoff und leitet diesen dauerhaft in den Schutzbereich ein, um das Risiko einer möglichen Brandentstehung von vornherein zu minimieren. Anstelle einer Bevorratung von Löschmittel in großen Behältern, generiert das System den benötigten Stickstoff aus der Umgebungsluft vor Ort. Dies spart Platz und macht das System flexibel, zum Beispiel bei Nutzungsänderung oder einem Gebäudeumbau.

Es gibt zwei Arten, wie innerhalb des Brandvermeidungssystems die Umgebungsluft in Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle physikalisch getrennt wird, um Stickstoff zu generieren: mittels Membrantechnik oder durch den Einsatz von Aktivkohle. Beim Prinzip der Membrantechnik wird die Umgebungsluft unter Druck durch ein Bündel Polymerfasern in einem Aluminiumrohr gepresst. Da die Polymerfasern porös sind, leiten sie nur einen Teil der Luft weiter: Die Sauerstoffmoleküle diffundieren durch die Fasern, während die diffusionsträgeren Stickstoffmoleküle in den Fasern vom Stickstoffgenerator über das Rohrnetz bis in den Schutzbereich geleitet werden. Durch diese Art der Trennung von Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen herrscht bei der Membrantechnik ein kontinuierlicher Volumenstrom.

Beim Prinzip der Aktivkohle werden Sauerstoff und Stickstoff in einer VPSA- Anlage mithilfe von Kohlenstoffmolekularsieben (englisch Carbon Molecular Sieve, kurz CMS) voneinander getrennt; diese Siebe werden auf zwei baugleiche Behälter verteilt. Zunächst wird einer der beiden Behälter mit Luft bei einem geringen Überdruck (1,5 bar ü) durchströmt. Die Aktivkohle bindet den Luft-Sauerstoff, der Stickstoff kann den Behälter ungehindert passieren und so in den Schutzbereich gelangen. Da die Aktivkohle nur zu einem gewissen Grad Sauerstoff binden kann und nach etwa 50 bis 60 Sekunden gesättigt ist, wird der Luftstrom dem zweiten Behälter zugeführt, wenn der erste mit Sauerstoffmolekülen gesättigt ist.

Während nun im zweiten Behälter Luft-Sauerstoff gebunden wird, erfolgt im ersten die Abtrennung der Sauerstoffmoleküle aus der Aktivkohle. Hierzu wird eine Vakuumpumpe eingesetzt, die an die Behälter angeschlossen ist. Etwa alle 60 Sekunden wird zwischen den beiden Behältern hin- und hergewechselt. So funktionieren die beiden CMS- Behälter im wechselnden Rhythmus zwischen Adsorption (Sauerstoffbindung) und Desorption (Sauerstoffentleerung). Eine besondere Variante der Stickstoffgewinnung stellt die PSA-Anlagentechnik dar, die ohne Vakuumpumpe arbeitet. Auch hier erfolgt ein Wechsel zwischen Adsorption und Desorption in zwei baugleichen Behältern. Allerdings wird die Aktivkohle mit einem höheren Druck (sechs bis zehn bar ü) beaufschlagt.

Diese Druckenergie alleine ist ausreichend, um während der Desorption die gebundenen Sauerstoff-Moleküle aus der Aktivkohle zu lösen und sie an die Atmosphäre abzugeben, damit so während der nächsten Adsorption wieder Luft-Sauerstoff in der Aktivkohle gebunden werden kann. Der produzierte Stickstoff kann dem Schutzbereich zugeführt werden mit einem Druck von vier bis acht bar ü. VPSA- und PSA-Anlagen finden Anwendung in Schutzbereichen mit großen Raumvolumina wie zum Beispiel automatisierten Hochregallagern. Sie produzieren große Mengen Stickstoff und stehen für Spitzenleistungen im Dauerbetrieb, wobei die VPSA-Anlage die energieoptimierte Weiterentwicklung darstellt.

Zusätzlich zur kontrollierten Sauerstoffabsenkung lässt sich das Sauerstoffniveau an bestimmte Zeiten anpassen. Dies ist vor allem in Bereichen interessant, in denen nur tagsüber gearbeitet wird. Mit der Sauerstoffreduzierungsanlage ist es möglich, den Schutzbereich am Tage auf einen frei begehbaren Sauerstoffgehalt von 17 Volumenprozent abzusenken und zu Nacht- oder Wochenend-Zeiten den Sauerstoffanteil auf eine zweite Stufe von 14,6 Volumenprozent zu reduzieren, um höchsten Brandschutz in unbeaufsichtigten Zeiten sicher zu stellen. Bei einem begehbaren Schutzniveau mit einem Sauerstoffgehalt von 17 Volumenprozent ist die Brandgefahr zwar deutlich reduziert aber nicht zu 100 Prozent ausgeschlossen.

Daher ist es möglich, das System in Kombination mit einer Brandfrüherkennung und einer „Schnellabsenkung“ einzusetzen. Im Alarmfall wird mittels eines zusätzlichen Stickstoffreservoirs aus Behältern der Sauerstoffanteil innerhalb von Sekunden auf eine löschfähige Konzentration abgesenkt. Diese kann nahezu endlos gehalten werden, um Rückzündungen zu verhindern. Dieses Schutzkonzept ist ideal für Bereiche, die nur schwer oder zeitaufwendig von der Feuerwehr erreicht werden können. Bei Bedarf kann dieses Konzept auch mit einer Vorstufe erweitert werden, bei der im Falle einer Branddetektion zunächst das Sauerstoffniveau von Normalatmosphäre auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt und gehalten wird.

Erst wenn weiterhin Rauch detektiert wird, löst die zweite Stufe aus und das Sauerstoffniveau wird auf eine löschfähige Konzentration abgesenkt. Die Vorteile einer Schnellabsenkung sind zum einen die hohen Energieeinsparungen und zum anderen die Möglichkeit einer gezielten Brandvermeidung um das Schadenausmaß zu beschränken. Vor allem für den Einsatz in Rechenzentren eignet sich dieses Verfahren, da hiermit auf das gefürchtete Stromlos-Schalten verzichtet werden kann.

Christin Passchier, Marketing/PR, Wagner Group GmbH