Der Entstehung von Bränden entgegenwirken

Die Funktionsweise von Sauerstoffreduzierunganlagen

Das Funktionsprinzip von Sauerstoffreduzierungsanlagen basiert auf der permanenten Reduzierung der Sauerstoffkonzentration im zu schützenden Bereich. Dafür wird in den meisten Systemen Stickstoff verwendet. Das Sauerstoffreduzierungssystem besteht im Wesentlichen aus dem Stickstofferzeuger, den Sauerstoffsensoren sowie einer Steuer- und Regel­einrichtung. Die Stickstoffversorgung erfolgt mittels Stickstoffgeneratoren und einer Luftzerlegungsanlage oder mittels eines Stickstofftanks mit einem Verdampfer. Darüber hinaus werden in jüngerer Zeit auch Brennstoffzellen eingesetzt. Bei einer Brennstoffzelle wird die stickstoffreiche Abluft genutzt, die während der Energieerzeugung entsteht.

Sensoren messen kontinuierlich den Sauerstoffgehalt im Schutzbereich. Über die Auswertung in der ­Steuer- und Regeleinrichtung wird beim Erreichen einer festgelegten Sauerstoffkonzentration die Stickstoffzufuhr unterbrochen. Sie wird erst wieder eingeleitet, wenn die Sauerstoffkonzentration wieder ansteigt, zum Beispiel durch Entnahme- oder Einlagerungsvorgänge. Darüber hinaus überwacht eine Brandmeldeanlage den Schutzbereich, da bei den eingesetzten Auslegungskonzentrationen eine Pyrolyse oder ein Glutbrand nicht ausgeschlossen werden können.

Die für den jeweiligen Brandstoff – also zum Beispiel für die Kabel, Server oder gelagerten Waren – notwendige Auslegungskonzentration ergibt sich aus der Entzündungsgrenze und einem Sicherheitsabstand. Die Entzündungsgrenze muss in Versuchen ermittelt werden. Dabei gilt, dass die Entzündbarkeit eines Brandstoffs in direktem Zusammenhang mit der Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsluft steht und diese mit der Abnahme der Sauerstoffkonzentration sinkt. Wird der Sauerstoffgehalt in der Raumluft reduziert, ist wesentlich mehr Energie erforderlich, um einen Brandstoff zu entzünden. Und zum Entzünden wird mehr Energie benötigt als zum Aufrechterhalten eines Brandes. Die Absenkung der Sauerstoffkonzentration bewirkt daher eine entscheidende Verlangsamung der chemischen und physikalischen Abläufe bei einem Brand.

Versuchsmethoden für die VdS-­Anerkennung: Entzündungsgrenzen

Bevor das erste System für Sauerstoffreduzierungsanlagen von VdS anerkannt wurde, galt es, geeignete Versuchsmethoden zur Ermittlung der Entzündungsgrenzen zu finden. ­Erste Diskussionen und Versuche hierzu fanden bereits im Jahr 2003 statt.

Ein erster Ansatz war, die Versuchsmethode nach ISO 4589-2 „Bestimmung des Brennverhaltens durch den Sauerstoff-Index“ heranzuziehen. Es zeigte sich jedoch schnell, dass die daraus resultierenden Konzentrationen nicht geeignet waren, um den Brandschutz sicherzustellen.

Daraufhin wurden Versuchsszenarien mit festen und flüssigen Brandstoffen in Anlehnung an die international ­akzeptierten Versuchsmethoden der ISO 14520 entwickelt, um die entsprechenden Entzündungsgrenzen zu ermitteln.

Diese reduzierten Raumbrandversuche mit verschiedenen brennbaren Materialien erwiesen sich als praktikabel und reproduzierbar. Die Versuchsszenarien sind keine 1:1-Versuche, spiegeln aber die tatsächlichen Einlagerungskonfigurationen wider, das heißt es werden gegebenenfalls auch Verpackungen und Lagerhilfen wie Paletten berücksichtigt.

Weitere Parameter für sichere Anlagen

Neben den Entzündungsgrenzen sind bei der Projektierung von Sauerstoffreduzierungssystemen weitere Parameter zu berücksichtigen, die in der VdS 3527 sowie anderen Richtlinien und Normen beschrieben sind:

So müssen das Gebäude, die Räume bzw. die umschlossenen Einrichtungen, die durch eine Sauerstoffreduzierungsanlage geschützt sind, eine ausreichende Dichtigkeit aufweisen, damit die notwendige Auslegungskonzentration erreicht und kontinuierlich aufrechterhalten werden kann. Die Dichtigkeit der Umfassungsbauteile beziehungsweise die Raumdichtigkeit ist nachzuweisen und Undichtigkeiten sind bei der Projektierung zu berücksichtigen, da sie sich auf die Menge des benötigten Stickstoffs auswirken.

Darüber hinaus muss der Schutz der hier arbeitenden Personen sichergestellt werden. Grundsätzlich bleiben die geschützten Bereiche, eine entsprechende arbeitsmedizinische Untersuchung vorausgesetzt, begehbar. Verschiedene Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass ein längerer Aufenthalt in der sauerstoffreduzierten Atmosphäre Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit haben kann. In Deutschland sind die sich daraus ergebenden Maßnahmen in den Informationen der Berufsgenossenschaften beschrieben; detaillierte Hinweise finden sich zum Beispiel in der DGUV-Information 205-006 „Arbeiten in sauerstoffreduzierter Atmosphäre“.

Maßgebend bei der Festlegung der Schutzmaßnahmen ist die geringste Sauerstoffkonzentration, die in dem geschützten Bereich auftreten kann. Sie wird in vier Risikoklassen eingeteilt, anhand derer die Aufenthaltsdauer von Personen im betroffenen Bereich begrenzt wird. Um Personen darauf hinzuweisen, dass sie den geschützten Bereich betreten, ist es notwendig, die Bereiche zu kennzeichnen. An den Zugangstüren ist über Leuchttableaus auf die sauerstoffreduzierte Schutzatmosphäre hinzuweisen und per Digitalanzeige der aktuelle Wert anzuzeigen. Für den Fall, dass die Restsauerstoffkonzentration in einen kritischen Bereich abfällt, sind zusätzlich Alarmierungseinrichtungen vorzusehen.

Weitere Anforderungen werden an das Verteilerrohrnetz und die Bauteile des Sauerstoffreduzierungssystems gestellt. Das Verteilerrohrnetz sollte in der Regel aus Metall gefertigt sein, es muss jedoch für die Umgebungsbedingungen geeignet sein. Das heißt, dass auch andere Materialen denkbar sind oder dass ein Korrosionsschutz notwendig sein kann. Die Bauteile beziehungsweise Komponenten, zum Beispiel die Bereichsventile und die Sauerstoffsensoren, müssen geprüft und anerkannt sein, sodass ihre Zuverlässigkeit gewährleistet ist. Die Bauteilanforderungen sind in verschiedenen VdS-Richtlinien festgelegt.

Um die Betriebsbereitschaft der Sauer­stoffreduzierungsanlage über die gesamte Lebensdauer sicherzustellen, sind in den Richtlinien VdS 3527 darüber hinaus Maßnahmen zur Instandhaltung und für den Betrieb beschrieben. Dazu gehören Maßnahmen wie die erste und wiederkehrenden Prüfungen durch einen Sachverständigen und regelmäßige Überprüfungen durch den Betreiber.