Analyse und Vergleich möglicher Brandbekämpfungskonzepte stationärer Löschanlagen in Tunnelanlagen

Aufgabenstellung der Bachelorarbeit für Herrn Kanitz, Andreas

Thema:

„Analyse und Vergleich möglicher Feuerlöschkonzepte stationärer Löschanlagen in Tunnelanlagen“

Erläuterung der Aufgabenstellung:

- Analyse der Notwendigkeit von Brandschutzautomatik in Tunnelanlagen

- Darstellung, Auflistung und Analyse bekannter Löschkonzepte in Tunnelanlagen

- Bewertung und Vergleich der Konzepte hinsichtlich Anwendbarkeit und Wirksamkeit

- Untersuchungen hinsichtlich des geeigneten Löschmittels

- Bewertung des Zusammenwirkens mit anderen Schutzmaßnahmen

Beginn der Arbeit: 21.12.2007 Abgabe der Arbeit: 14.03.2008

Unterschrift

Verantwortlicher Hochschullehrer

I

Danksagung

Das Thema dieser Bachelorarbeit wurde mir von Prof. Dr. M. Rost gestellt. Für diese sehr interessante Aufgabenstellung und die hilfreiche Betreuung meiner Arbeit möchte ich mich recht herzlich bei ihm bedanken.

Außerordentlicher Dank gilt auch meinem Zweitbetreuer Dr. H. Starke vom IdF Heyrothsberge, der mir besonders in der Anfangsphase durch viele nützliche und praxisnahe Anregungen weiterhalf und so die Einarbeitung in das Thema ermöglichte.

Ich danke meiner Freundin Lisa für ihre große Geduld und das Korrekturlesen der Arbeit und meiner Schwester für ihre Unterstützung.

Nicht zuletzt möchte ich meinen Eltern danken, die mir durch ihre fortwährende Beihilfe das Studium und diese Arbeit ermöglichten und sie mit Anteilnahme verfolgt haben.

II

Kurzreferat

Die Eintrittswahrscheinlichkeiten eines größeren Brandereignisses in Straßentunneln steigen aufgrund zunehmender Verkehrsbelastung immer weiter an und in den Tunneln installierte Lüftungsanlagen bieten keinen umfassenden Schutz gegen eine weitere Brandausbreitung. Wachsende Brandleistungen können dann schnell die Kapazitäten der Lüftungsanlagen übersteigen und Tunnelbrände außer Kontrolle geraten. Durch die Installation einer stationären Löschanlage soll der Entstehung solcher Szenarien entgegengewirkt werden.

Aufgrund besonderer Anforderungen wurden, speziell für den Einsatz von Löschanlagen in Tunneln, unterschiedliche Brandbekämpfungs- und Löschkonzepte entwickelt. In dieser Arbeit wird die Notwendigkeit von stationären Löschanlagen in Tunneln analysiert und Schutzziele definiert sowie mögliche Einsatzkonzepte betrachtet. Zum Abschluss werden diese verschiedenen Brandbekämpfungs- und Löschkonzepte miteinander verglichen um interessierten Lesern die Vor- und Nachteile der Konzepte zu präsentieren und gegebenenfalls eine

Entscheidungsfindung zu erleichtern.

III

Abstract

Occurence probabilities of bigger sized Tunnelfires grow with the increasing volume of traffic. Integrated ventilation systems are not able to provide a extensive protection against continuous spread of fire. Increasing Heat Release Rates are able to exceed the capacity of the ventilation system so that Tunnelfires may get out of control. A integration of a fixed fire suppression System should counteract against the development of such szenarios.

Because of special demands in tunnels, specific fireextinguishing and -suppression concepts were developed. This study analyses the need of fixed fire suppression systems in Tunnels, frames their objectives and checks possible operation concepts. Finally these different fireextinguishing and -suppression concepts are compared to show advantages and disadvantages and, if necessary, to help finding a decision.

IV

Inhaltsverzeichnis

  Abbildungsverzeichnis  IX

Tabellenverzeichnis  XI  XI

  Abkürzungsverzeichnis  XII

1.  Einleitung  1

2.  Betrachtungen größerer Tunnelbrände der letzten Jahre  2

2.1  Brand im Montblanc-Tunnel 1999  2

2.2  Brand im Tauerntunnel 1999  5

3.  Analyse der Notwendigkeit von Brandschutzautomatik in  

  Tunnelanlagen  8

3.1  Rechtsgrundlagen  8

3.1.1  Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von  

  Straßentunneln RABT  8

3.1.2  Richtlinie 2004/54/EG des europäischen Parlaments und des  

  Rates 2004  9

3.1.3  Richtlinien anderer Länder in Europa  9

3.2  Forderungen von Versicherern  10

3.2.1  VdS 3502 Merkblatt zum Brandschutz in Straßen-Tunnels  11

3.3  Mindestlängen von Tunneln mit stationären Löschanlagen  12

4.  Ziele im Zusammenhang mit dem Tätigwerden von Löschanlagen in  

  Tunnelanlagen  15

4.1  Vorraussetzungen zum anforderungsgerechten Tätigwerden  15

VI

4.1.1  Anforderungen an das Löschmittel  15

4.1.2  Anforderungen an die Löschanlage  16

4.1.3  Auswahl des richtigen Brandbekämpfungskonzeptes  16

4.1.4  Notwendiger Verkehrzustand  17

4.1.5  Anforderungen an die Brandmeldeanlage  17

4.1.6  Anforderungen an die Lüftung im Brandfall  18

4.2  Schutzziele  19

4.2.1  Ermöglichen der Selbstrettung  19

4.2.2  Personenschutz für in dem Tunnel verbliebene Personen  20

4.2.3  Ermöglichen der Maßnahmen zur Gefahrenabwehr durch  

  Einsatzkräfte  21

4.2.4  Schutz der Bausubstanz und der Sachwerte im Tunnel  21

4.2.5  Umweltschutz  22

4.3  Ziele beim Einsatz einer stationären Löschanlage  22

5.  Darstellung und Analyse bekannter Brandbekämpfungskonzepte  

  in Tunnelanlagen  24

5.1  sektionale Brandbekämpfung mit Wassernebel  24

5.1.1  Das Löschmittel Wassernebel  24

5.1.2  Das Konzept  27

5.2  sektionale Brandbekämpfung mit einer Sprühwasserlöschanlage  29

5.2.1  Sprühwasser als Löschmittel  29

5.2.2  Das Konzept  30

5.3  sektionale Brandbekämpfung mit Druckluftschaum  31

VII

5.3.1  Druckluftschaum als Löschmittel  31

5.3.2  Das Konzept  33

5.4  Bildung von Rauchabschnitten durch Wassernebelsprühbögen  36

5.4.1  Wassernebel als Löschmittel  36

5.4.2  Das Konzept  36

5.5  Gaslöschkonzept mit Sektionsunterteilung durch  

  Brandschutzvorhänge  38

5.5.1  Gase als Löschmittel  38

5.5.2  Das Konzept  39

6.  Bewertung und Vergleich der Brandbekämpfungskonzepte  42

6.1  Bewertung der unterschiedlichen Konzepte  42

6.1.1  sektionale Brandbekämpfung mit Wassernebel  42

6.1.2  sektionale Brandbekämpfung mit einer  

  Sprühwasserlöschanlage  45

6.1.3  sektionale Brandbekämpfung mit Druckluftschaum  46

6.1.4  Bildung von Rauchabschnitten durch  

  Wassernebelsprühbögen  49

6.1.5  Gaslöschkonzept mit Sektionsunterteilung durch  

  Brandschutzvorhänge  51

6.2  Vergleich der Konzepte  53

7.  Zusammenfassung  56

  Literaturverzeichnis  XV

VIII

Abbildungsverzeichnis

Kapitel 2

Abbildung 2-1: Querschnitt des Montblanc-Tunnels Abbildung 2-2: Höhenprofil des Montblanc-Tunnels und Position des

Ursprungsbrandes Abbildung 2-3: Brandschaden im Montblanc-Tunnel Abbildung 2-4: Querschnitt des Tauerntunnels

Kapitel 3

Abbildung 3-1: mögliche Auslegung eines Brandbekämpfungssystems für

Tunnel Abbildung 3-2:

Kapitel 4

Abbildung 4-1: Erwarteter Brandverlauf mit und ohne Löschanlage Abbildung 4-2: Selbstrettungsdauer in Straßentunneln Abbildung 4-3: Das Branddreieck

Kapitel 5

Abbildung 5-1: Tropfenparameter verschiedener Wasserlöschanlagen Abbildung 5-2: Querwindempfindlichkeit als Funktion des Betriebsdrucks Abbildung 5-3: Deckeninstallation einer Sektionswasserlöschanlage Abbildung 5-4: Schema der Druckluftschaumherstellung Abbildung 5-5: Sektionen einer DLS-Löschanlage

IX

Abbildung 5-6:

Abbildung 5-7:

Abbildung 5-8: Installation von Sprühbögen in Tunneln Abbildung 5-9: durch einen Sprühbogen erzeugter Wassernebelvorhang Abbildung 5-10: Installation einer Inertgaslöschanlage und der

Brandschutzvorhänge Abbildung 5-11:

Kapitel 6

Abbildung 6-1: Temperaturverlauf beim Test im Runehamar-Tunnel Abbildung 6-2: Gefährdung einer Sprühbogeninstallation durch Unfälle

X

Tabellenverzeichnis

Kapitel 3

Tabelle 3-1: Löschanlagen in den Tunneln Europas Tabelle 3-2: Löschanlagen in den Tunneln Nordamerikas

Kapitel 4

Tabelle 4-1: Anforderungen an die Branddetektionszeit Tabelle 4-2: Brandparameter unterschiedlicher Fahrzeuge Tabelle 4-3: Grenzwerte für die Selbstrettung

Kapitel 6

Tabelle 6-1: Testergebnisse der UPTUN Versuche Tabelle 6-2:

Abkürzungsverzeichnis

A AFFF Aqueous Film Forming Foam (auch: A3F, wasserfilmbildendes

Schaummittel) B BBA Brandbekämpfungsanlage C CAF Compressed Air Foam (= Druckluftschaum) CCTV Closed Circuit Television COHb CO-Hämoglobin-Wert D DLS Druckluftschaum F Fz Fahrzeug FW Feuerwehr G GdV Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft

XII

H HD Hochdruck HDWN Hochdruckwassernebel HGV Heavy Goods Vehicle HRR Heat Release Rate I IG Inertgas IR Infrarot IWMA International Water Mist Association L LOAEL Low Observable Adverse Effect Level N ND Niederdruck NDWN Niederdruckwassernebel NFPA National Fire Protection Association NOAEL No Observable Adverse Effect Level P ppm parts per million

XIII

R RABT Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von

Straßentunneln RISC Rotterdam International Safety Center RVS Richtlinien und Vorschriften für den Straßenbau S SOLIT Safety of Life in Tunnels U UPTUN Upgrading of existing Tunnels V VdS Kürzel der VdS Schadenverhütung GmbH VZ Verschäumungszahl W WN Wassernebel WP Workpackage

XIV

1. Einleitung

In europäischen Straßentunneln kommt es durch steigende Verkehrsdichten immer häufiger zu Unfällen. Sich daraus entwickelnde Brände bergen hier, im Vergleich zu Freilandstraßen, eine viel größere Gefahr für Menschen und die Bausubstanz des Tunnels. Brandgase werden nur schlecht abgeleitet und verteilen sich im Tunnel. Die zusätzliche Installation einer Lüftungsanlage soll die Gefahren durch Tunnelbrände verringern, jedoch können sich diese weiter ausbreiten und die Kapazitäten der Brandlüftung schnell übersteigen. Bei langen Anrückzeiten der Feuerwehr oder hohem Gefährdungspotenzial im Tunnel ist daher die Installation einer stationären Löschanlage als zweckmäßige Überbrückungsmaßnahme anzusehen.

Diese Arbeit hat das Ziel verschiedene Brandbekämpfungs- und Löschkonzepte stationärer Löschanlagen in Tunnelanlagen darzustellen, zu analysieren und zu vergleichen, sowie deren Zusammenwirken mit anderen Sicherheitsmaßnahmen im Tunnel zu bewerten. Sie soll den Leser gegebenenfalls bei der Entscheidung für ein geeignetes Konzept unterstützen und über bestehende Problemstellungen informieren.

Im ersten Schritt findet eine Betrachtung zweier größerer Tunnelbrände statt, um einen Einblick in Abläufe, Problematiken und Gefahren während solcher Szenarien geben zu können. Danach wird verdeutlicht, unter welchen Bedingungen das jeweilige Schadensausmaß entstehen konnte und worin Verbesserungsmöglichkeiten liegen. Im weiteren Verlauf wird analysiert, ob und wann der Einbau stationärer Löschanlagen in Tunneln erforderlich ist und worin deren Schutzziele liegen. Die so gewonnenen Erkenntnisse dienen der folgenden Analyse und Bewertung der verschiedenen Konzepte. Im letzten Teil der Arbeit werden die bearbeiteten Brandbekämpfungs- und Löschkonzepte miteinander verglichen und dabei an ihrer Fähigkeit die erstrebten Schutzziele zu erfüllen gemessen.

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