Wie funktioniert eine Sprinkleranlage? Wie hängt sie mit der Feuerlöschpumpe zusammen?

Eine Sprinkleranlage ist eine fest verlegte Wasserlöschanlage, die einen Brand im Entstehungsstadium automatisch erkennt und löscht oder unter Kontrolle hält. Die in bestimmten Abständen entlang der Decke angeordneten Sprinklerköpfe sind an ein Rohrnetz angeschlossen, das ständig mit unter Druck stehendem Wasser gefüllt ist. Jeder Sprinklerkopf ist zugleich Wärmemelder und Wasserdüse; ohne Brand öffnet keiner von ihnen, und die Anlage bleibt über Jahre im Bereitschaftszustand.

Die Funktionskette besteht aus sechs Schritten. An einer Stelle bricht ein Brand aus, und die heiße Luft unter der Decke steigt auf. Das Wärmeerfassungselement des Sprinklerkopfes unmittelbar über dem Brand, eine Glasampulle oder eine Schmelzlotverbindung, zerspringt oder schmilzt, sobald es die Schwellentemperatur erreicht. Der Sprinklerkopf öffnet, und das Wasser aus der Rohrleitung trifft auf die als Deflektor bezeichnete Verteilerplatte und wird kegelförmig auf eine Fläche von etwa 3-5 m² versprüht. Mit dem Ausströmen des Wassers sinkt der Leitungsdruck, der Strömungsmelder erfasst die Strömung, der Druckschalter startet die Pumpe, und das Löschwasser fließt ununterbrochen.

Die wichtigste Eigenschaft von Sprinklern ist ihre Selektivität. Entgegen einer verbreiteten Fehlannahme öffnen im Brandfall nicht alle Sprinklerköpfe gleichzeitig; es öffnen nur diejenigen, deren Temperatur den Schwellenwert überschreitet. Statistisch wird der größte Teil der unter Kontrolle gebrachten Brände mit nur einem oder zwei Sprinklerköpfen gelöscht. Diese Selektivität begrenzt den Wasserschaden und hält den erforderlichen Pumpenvolumenstrom in einem vernünftigen Rahmen, denn die Anlage wird nicht für alle Sprinklerköpfe ausgelegt, sondern unter der Annahme, dass nur eine Gruppe von Sprinklerköpfen im ungünstigsten Bereich gleichzeitig arbeitet.

Planung und Prüfung der Anlage erfolgen in der Türkei im Rahmen der türkischen Brandschutzverordnung für Gebäude nach den international anerkannten Normen NFPA 13 und TS EN 12845. Diese Normen legen Sprinklerabstände, Auslegungsbeaufschlagung, Rohrdurchmesser und Dauer der Wasserversorgung fest. Sie können sich unsere Produktgruppe für Feuerlöschausrüstung und Sprinklerkomponenten ansehen (Details: Brandschutz). Für die Pumpenseite, die die Anlage speist, finden Sie weitere Informationen in unserer Kategorie Feuerlöschausrüstung (Details: Brandschutzausrüstung).

Ein Sprinklerkopf ist ein Wasserventil, das öffnet, wenn das darin befindliche wärmeempfindliche Element bei einer bestimmten Temperatur zerspringt oder schmilzt. Es gibt zwei gängige Auslösemechanismen: die Glasampulle und die Schmelzlotverbindung. Beide halten im Bereitschaftszustand den Verschlussstopfen, der den Wasseraustritt versperrt, an seinem Platz; fällt das Element aus, wird der Stopfen herausgedrückt, und das Wasser wird freigegeben.

Der Typ mit Glasampulle ist der am weitesten verbreitete. In der Ampulle befindet sich eine farbige Flüssigkeit, die sich bei Erwärmung ausdehnt. Erreicht die Temperatur den Schwellenwert, dehnt sich die Flüssigkeit aus, komprimiert die Luftblase in der Ampulle, und das Glas reißt und zerspringt. Der Ampullendurchmesser bestimmt die Ansprechgeschwindigkeit: Dünne Ampullen mit 3 mm Durchmesser sprechen schnell an, dickere mit 5 mm Durchmesser sprechen mit Standardgeschwindigkeit an. Schnell ansprechende Sprinklerköpfe werden dort bevorzugt, wo der Personenschutz Vorrang hat, etwa in Wohngebäuden und Hotels.

Beim Typ mit Schmelzlot sind zwei Metallteile durch eine Legierung verbunden, die bei einer bestimmten Temperatur schmilzt. Überschreitet die Temperatur den Schwellenwert, schmilzt das Lot, die Teile trennen sich, und der Stopfen fällt ab. Dieser Typ ist in industriellen Umgebungen und in staubigen Bereichen widerstandsfähig. Bei beiden Typen verteilt der Deflektor des geöffneten Sprinklerkopfes das Wasser in einem bestimmten Muster; hängende Sprinklerköpfe sprühen das Wasser nach unten, stehende nach oben und zur Seite, horizontale Wandsprinkler in nur eine Richtung.

Die Schutzfläche eines Sprinklerkopfes ändert sich mit der Gefahrenklasse. Bei leichter und mittlerer Gefahr schützt ein Sprinklerkopf typischerweise 9-12 m², bei hoher Gefahr wird diese Fläche auf 6-9 m² verringert, und die Sprinklerköpfe werden dichter angeordnet. Der größte Abstand zwischen den Sprinklerköpfen beträgt in der Regel 4 m, der Abstand zur Wand wird auf die Hälfte davon, also auf 2 m, begrenzt. Die dichtere Anordnung erhöht die Wasserbeaufschlagung je Flächeneinheit und beherrscht damit die schwierigere Brandlast.

Die Auslösetemperatur eines Sprinklerkopfes ist die Nenntemperatur, bei der der Kopf öffnet; bei Köpfen mit Glasampulle wird sie durch die Farbe der Ampullenflüssigkeit codiert. Der Farbcode ermöglicht es, die Klasse eines Sprinklerkopfes vor Ort mit bloßem Auge zu unterscheiden. Die Nenntemperatur eines Sprinklerkopfes wird deutlich über der Umgebungstemperatur im Deckenbereich des Einbauorts gewählt; andernfalls kann der Kopf ohne Brand durch warme Luft öffnen.

• 57 °C — orange Ampulle, niedrige Nenntemperaturklasse, kühle Bereiche wie Wohn- und Büroräume
• 68 °C — rote Ampulle, die am weitesten verbreitete Allzweckklasse, Innenräume mit gemäßigter Deckentemperatur
• 79 °C — gelbe Ampulle, warme Bereiche, die Umgebung von Küchen und sonnenbeschienene Dachräume
• 93 °C — grüne Ampulle, Heizräume und Räume mit hoher Umgebungstemperatur
• 141 °C — blaue Ampulle, Industriebereiche mit Öfen und Prozesswärme

Die Grundregel für die Wahl der Nenntemperatur lautet, zur maximalen Temperatur im Deckenbereich der Umgebung einen Sicherheitszuschlag von etwa 30 °C hinzuzurechnen. Beispielsweise ist in einem Lager, in dem die Temperatur im Deckenbereich höchstens 38 °C erreicht, ein roter Sprinklerkopf mit 68 °C geeignet, da sich mit dem Zuschlag von 30 °C die Klasse 68 °C ergibt. Ist das Dach desselben Lagers verglast und erreicht die Temperatur im Deckenbereich am Sommermittag 50 °C, wird auf den gelben Sprinklerkopf mit 79 °C gewechselt, um ein unerwünschtes Öffnen zu verhindern.

Der Farbcode gilt nur für Glasampullen. Bei Sprinklerköpfen mit Schmelzlot wird die Temperaturklasse durch den Farbanstrich auf dem Tragbügel oder dem Deflektor gekennzeichnet. Ein Sprinklerkopf mit falsch gewählter Temperaturklasse erzeugt Fehler in zwei Richtungen: Wird sie zu niedrig gewählt, öffnet er unnötig durch Koch- oder Prozesswärme und verursacht Wasserschäden; wird sie zu hoch gewählt, öffnet er erst, wenn der Brand sich ausgebreitet hat, und das Löschen verzögert sich.

Neben der Nenntemperatur ist auch der Ansprechzeitindex der Sprinklerköpfe wichtig. Schnell ansprechende Sprinklerköpfe reagieren auf denselben Brand früher als Standardköpfe und unterdrücken ihn, solange er noch kleiner ist; das ist besonders in Hotels und Wohnheimen, in denen Menschen schlafen, für den Personenschutz entscheidend. Die Ansprechgeschwindigkeit lässt sich am Ampullendurchmesser ablesen, die Nenntemperatur am Farbcode, und beide werden unabhängig voneinander gewählt.

Die Sprinkler-Nassanlage ist der am weitesten verbreitete Anlagentyp, bei dem das Rohrnetz ständig mit unter Druck stehendem Wasser gefüllt ist und das Wasser in dem Moment, in dem ein Sprinklerkopf öffnet, ohne Verzögerung strömt. Die einzige Verzögerung in der Anlage ist mechanisch: die Öffnungszeit des Sprinklerkopfes. Das Wasser befindet sich bereits in der Leitung, sodass zwischen dem Öffnen und dem Versprühen nur ein Unterschied im Sekundenbereich liegt. Diese schnelle Reaktion macht die Nassanlage in allen Bereichen ohne Frostgefahr zur ersten Wahl.

Die Funktionsweise der Nassanlage ist einfach. Das Hauptalarmventil sitzt zwischen der Wasserversorgung und dem Sprinklernetz und ist normalerweise geschlossen; öffnet ein Sprinklerkopf, sinkt der Leitungsdruck, die Klappe des Alarmventils hebt sich, das Wasser strömt durch und löst im selben Moment die hydraulische Alarmglocke und den Druckschalter aus. Der Druckschalter schaltet die Feuerlöschpumpe zu. Die Anlage ist ein schlichter Aufbau, dessen einziges bewegliches Teil die Klappe des Alarmventils ist; diese Schlichtheit bedeutet hohe Zuverlässigkeit.

Die einzige Einschränkung der Nassanlage ist der Frost. Da sich ständig Wasser in der Leitung befindet, gefriert das Wasser in Bereichen, in denen die Temperatur unter 4 °C fallen kann, zum Beispiel in unbeheizten Tiefgaragen, an Laderampen und vor Kühllagern, und das Rohr platzt. In diesen Bereichen wird anstelle der Nassanlage eine Trockenanlage oder ein Frostschutzmittelkreis verwendet. In beheizten Innenräumen ist die Nassanlage dagegen die günstigste und zugleich schnellste Lösung.

Die Nassanlage wird in Wohngebäuden, Büros, Hotels, Krankenhäusern, Einkaufszentren und beheizten Lagern eingesetzt. In einem mehrgeschossigen Bürogebäude in Kadıköy ist die typische Ausführung eine Nassanlage mit je einem eigenen Stockwerksventil und Strömungsmelder für jedes Geschoss; so wird der Brandmelderzentrale für jedes Geschoss einzeln gemeldet, in welchem Geschoss eine Strömung vorliegt, und der Einsatz wird in das richtige Geschoss gelenkt. Für die Installationsanschlüsse dieser Komponenten können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen (Details: Installationstechnik).

Die Sprinkler-Trockenanlage ist ein Anlagentyp für Bereiche mit Frostgefahr, bei dem das Rohrnetz nicht mit Wasser, sondern mit Druckluft oder Stickstoff gefüllt ist. Das Wasser wartet hinter dem Trockenalarmventil, das in einem beheizten Raum steht; der Luftdruck in den Rohren hält dieses Ventil geschlossen. Öffnet ein Sprinklerkopf, entweicht die Luft aus der Leitung, der Luftdruck sinkt, das Trockenalarmventil öffnet, und das Wasser füllt die Rohre und tritt am geöffneten Sprinklerkopf aus.

Der Preis der Trockenanlage ist die Verzögerung. Das Wasser muss erst die Rohre füllen, bevor es den geöffneten Sprinklerkopf erreicht; diese Füllzeit wird durch die Normen begrenzt, und in der Regel wird angestrebt, dass das Wasser am entferntesten Sprinklerkopf innerhalb von 60 Sekunden austritt. Um die Verzögerung zu verringern, wird das Rohrvolumen so klein wie möglich gehalten, und es kommen Schnellentlüftungsventile sowie als Wasserbeschleuniger bezeichnete Hilfselemente zum Einsatz. Diese zusätzliche Ausstattung macht die Trockenanlage komplexer und teurer als die Nassanlage.

Der Einsatzbereich der Trockenanlage ist die Frostgefahr. Typische Anwendungen sind unbeheizte geschlossene Tiefgaragen, Bereiche vor Kühlhäusern, Laderampen, Dachräume und Zwischengeschosse, die äußerem Frosteinfluss ausgesetzt sind, bei denen die Temperatur unter 4 °C fallen kann. Da sich kein Wasser in der Leitung befindet, entfällt das Frostproblem; weil die feuchte Luft im Rohr mit der Zeit jedoch Korrosion verursachen kann, gewinnen die Stickstofffüllung und eine Rohrführung mit korrektem Gefälle an Bedeutung.

Die Wahl zwischen Trocken- und Nassanlage ist eindeutig. Bleibt die Umgebungstemperatur das ganze Jahr über oberhalb von 4 °C, wird die Nassanlage gewählt; Schnelligkeit, Schlichtheit und niedrige Kosten sprechen dafür. Besteht in der Umgebung Frostgefahr, ist die Trockenanlage zwingend. Liegen in einem Gebäude beide Bedingungen vor, besteht die Lösung nicht darin, die Systeme zu mischen, sondern die Anlage in Bereiche zu unterteilen, sodass beheizte Räume über eine Nassanlage und frostgefährdete Räume über eine Trockenanlage versorgt werden.

Die vorgesteuerte Sprinkleranlage ist ein Anlagentyp mit doppelter Verriegelung, bei dem das Rohrnetz trocken gehalten wird, damit jedoch Wasser in die Rohre gelangt, sowohl ein Branderkennungssystem ansprechen als auch ein Sprinklerkopf öffnen muss. Ziel ist es, in Bereichen, in denen ein Wasserschaden nicht hinnehmbar ist, das Ausströmen von Wasser durch eine Fehlauslösung oder die Beschädigung eines einzelnen Sprinklerkopfes zu verhindern. Das Rohr füllt sich nicht mit Wasser, solange die Erkennung nicht ausgelöst hat.

Die Funktionslogik besteht aus zwei Stufen. Zuerst erkennt der Rauch- oder Wärmemelder im Raum den Brand und öffnet das Vorsteuerventil, sodass Wasser in das Rohr gelangen kann; in dieser Phase verhält sich die Anlage bereits wie eine Nassanlage. Anschließend öffnet mit der Ausbreitung des Brandes ein Sprinklerkopf, und das Wasser wird versprüht. Greift nur eine der Verriegelungen, zum Beispiel wenn ein Sprinklerkopf versehentlich zerbricht, der Melder aber nicht ausgelöst hat, strömt kein Wasser aus.

Die vorgesteuerte Anlage wird in Umgebungen eingesetzt, in denen der Wasserschaden teurer ist als der Brandschaden. Serverräume und Rechenzentren, Archive, Museumsdepots, Bibliotheken und Räume mit wertvollen elektronischen Geräten sind typische Anwendungen. In diesen Umgebungen kann es sein, dass ein einzelner versehentlich geöffneter Sprinklerkopf Tausende von Servern durchnässt und einen größeren Schaden anrichtet als der Brand selbst; die doppelte Verriegelung beseitigt genau dieses Risiko.

Vorgesteuerte Anlagen werden in einfach verriegelte und doppelt verriegelte Anlagen unterteilt. Bei der einfach verriegelten Ausführung öffnet allein das Erkennungssystem das Ventil; bei der doppelt verriegelten Ausführung müssen sowohl die Erkennung als auch das Öffnen eines Sprinklerkopfes erfolgen. Die doppelte Verriegelung ist die höchste Schutzstufe, reagiert aber zugleich am langsamsten, weil das Wasser erst fließt, wenn beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind. Deshalb werden vorgesteuerte Anlagen auf Orte beschränkt, an denen das Wasserschadenrisiko tatsächlich hoch ist.

Die Sprühflutanlage ist ein Anlagentyp, bei dem alle Sprinklerköpfe ohne Ampulle und ständig offen sind und bei Auslösung des Erkennungssystems Wasser aus sämtlichen Sprinklerköpfen eines Bereichs gleichzeitig ausströmt. Anders als bei den übrigen Anlagen öffnen die Sprinklerköpfe hier nicht einzeln; in dem Moment, in dem das Sprühflutventil öffnet, strömt aus jedem Sprinklerkopf des Bereichs Wasser. Ziel ist es, sich schnell ausbreitende Brände sofort und auf großer Fläche zu unterdrücken.

Die Funktionslogik beruht auf der Erkennung. Da die Sprinklerköpfe offen sind, steht im Bereitschaftszustand kein Wasser in der Leitung; das Wasser wartet hinter dem Sprühflutventil. Stellt ein unabhängiges Flammen-, Rauch- oder Wärmeerkennungssystem im Raum den Brand fest, öffnet es das Sprühflutventil, und aus allen Sprinklerköpfen des Bereichs wird gleichzeitig Wasser versprüht. Diese Auslegung ist für Umgebungen erforderlich, in denen ein einzelner Sprinklerkopf nicht ausreichen würde und sich der Brand innerhalb von Sekunden ausbreitet.

Die Sprühflutanlage wird in besonderen Bereichen mit hoher Gefahr eingesetzt. Flugzeughangars, Lager für brennbare Flüssigkeiten, Transformatorenbereiche, Lackierkabinen und Tankstellen sind typische Anwendungen. In diesen Umgebungen wird der Sprühflutanlage häufig Schaummittelkonzentrat zugesetzt; das Wasser-Schaum-Mischung deckt die Oberfläche der brennbaren Flüssigkeit ab und unterbindet die Verdampfung. Der Auslegungsvolumenstrom liegt bei diesen Anlagen weit über dem der anderen Typen, weil alle Sprinklerköpfe gleichzeitig arbeiten.

Die Wahl zwischen den vier Anlagentypen hängt von zwei Eigenschaften des Bereichs ab: Frostgefahr und Brandausbreitungsgeschwindigkeit. In beheizten normalen Bereichen wird die Nassanlage gewählt, bei Frostgefahr die Trockenanlage, in wasserschadenempfindlichen Bereichen die vorgesteuerte Anlage und bei sich schnell ausbreitender hoher Gefahr die Sprühflutanlage. Diese Wahl ist nicht willkürlich; die Normen legen für jede Bereichsklasse den geeigneten Anlagentyp und die Auslegungskriterien fest.

Der Strömungsmelder ist ein Überwachungselement, das die Wasserbewegung in der Sprinklerleitung erfasst und ein elektrisches Signal erzeugt. Ein senkrecht in das Rohr eingebautes Paddel wird bei einsetzender Strömung durch den Wasserdruck ausgelenkt und schließt einen Mikroschalter; dieses Signal meldet der Brandmelderzentrale, in welchem Bereich eine Strömung vorliegt. Der Strömungsmelder erkennt nicht den Brand, sondern dass Wasser fließt; er ist also ein sicherer Hinweis darauf, dass ein Sprinklerkopf geöffnet hat.

Die Beziehung des Strömungsmelders zur Pumpe ist indirekt. Das Element, das die Anlage unmittelbar startet, ist der Druckschalter; der Strömungsmelder meldet dagegen die Strömung und damit den Bereich. Öffnet ein Sprinklerkopf, treten zwei Ereignisse gemeinsam ein: Wasser beginnt zu fließen, was der Strömungsmelder sieht; der Leitungsdruck sinkt, was der Druckschalter sieht. Während der Strömungsmelder die Brandmelderzentrale und die Glocke auslöst, Menschen warnt und den Einsatz in das richtige Geschoss lenkt, schaltet der Druckschalter die Pumpe zu und speist das Wasser nach.

Der Strömungsmelder besitzt eine einstellbare Verzögerung. Diese Verzögerung wird typischerweise zwischen 20-90 Sekunden eingestellt, und ihr Zweck ist es zu verhindern, dass vorübergehende Druckschwankungen in der Wasserversorgung Fehlalarme erzeugen. Beim tatsächlichen Öffnen eines Sprinklerkopfes ist die Strömung kontinuierlich, sodass die Verzögerungszeit abläuft und der Alarm ausgelöst wird; bei einem kurzzeitigen Druckstoß dagegen versiegt die Strömung sofort, und es wird kein Signal erzeugt. Eine zu lang eingestellte Verzögerung verzögert den Alarm; deshalb wird der Wert innerhalb der Normgrenzen gehalten.

Strömungsmelder und Druckschalter ergänzen einander, haben aber unterschiedliche Funktionen. Der Strömungsmelder sagt, wo es brennt, der Druckschalter startet die Pumpe, die das Wasser erzeugt. In einer Anlage müssen beide vorhanden sein; wird nur ein Strömungsmelder eingebaut, wird die Pumpe nicht ausgelöst, wird nur ein Druckschalter eingebaut, ist nicht bekannt, in welchem Bereich es brennt. Für die Installationsanschlüsse von Armaturen und Überwachungselementen können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen (Details: Ventile & Armaturen).

Die Feuerlöschpumpe ist die Pumpengruppe, die der Sprinkleranlage während des gesamten Löschvorgangs den erforderlichen Volumenstrom und Druck liefert und bei erkanntem Druckabfall automatisch anläuft. Die Anlage wird im Bereitschaftszustand auf einem bestimmten Druck gehalten; öffnet ein Sprinklerkopf und entleert sich Wasser, sinkt dieser Druck. Der Druckschalter schaltet, sobald ein eingestellter Schwellenwert unterschritten wird, zuerst die Jockeypumpe und, wenn der Abfall anhält, die Hauptfeuerlöschpumpe zu. So gelangt ununterbrochen Wasser zu den geöffneten Sprinklerköpfen.

Die stufenweise Zuschaltung beruht auf Druckstufen. Die Jockeypumpe schaltet sich zum Ausgleich kleiner Leckagen und kleiner Druckabfälle an der höchsten Schwelle zu, zum Beispiel bei 8,0 bar, und stellt den Druck wieder her. Beim tatsächlichen Öffnen eines Sprinklers ist der Abfall groß, sodass die Jockeypumpe nicht ausreicht; sinkt der Druck auf eine untere Schwelle wie 6,5 bar, läuft die Hauptpumpe an und fördert den vollen Volumenstrom. Läuft die Hauptpumpe nicht an, schaltet sich an einer noch tieferen Schwelle die Reservepumpe zu. Diese Abstufung hält die Anlage auf konstantem Druck, ohne unnötig große Pumpen zu betreiben.

Feuerlöschpumpen schalten sich, einmal angelaufen, nicht automatisch ab; das ist aus Sicherheitsgründen beabsichtigt. Auch wenn der Druck zurückkehrt, läuft die Hauptpumpe weiter und wird nur von einer befugten Person von Hand abgeschaltet. So wird verhindert, dass die Pumpe während des Löschens von selbst stoppt und das Wasser unterbricht. Die Jockeypumpe dagegen kann automatisch abschalten, sobald sich der Druck erholt hat, denn ihre Aufgabe besteht nur darin, den Bereitschaftsdruck zu halten. Zu den Anlaufschwellen der Pumpe und der Stufenlogik siehe unseren Ratgeber zum Feuerlöschpumpensystem (Details: Wie funktioniert ein Feuerlöschpumpensystem? Was sind Hauptpumpe, Reservepumpe und Jockeypumpe?).

Die Bestandteile der Pumpengruppe werden durch die Norm festgelegt. Die typische Gruppe, die eine Sprinkleranlage speist, besteht aus einer Hauptpumpe, einer Reservepumpe und einer Jockeypumpe; in kritischen Anlagen wird eine der Hauptpumpen dieselbetrieben gewählt, damit auch bei einem Stromausfall sichergestellt ist, dass Wasser fließt. Zu Aufgabe und Dimensionierung der Jockeypumpe können Sie sich den entsprechenden Ratgeber ansehen (Details: Was ist eine Jockeypumpe? Warum wird sie in der Feuerlöschpumpenanlage eingesetzt?). Für die Wahl zwischen elektrischer Pumpe und Dieselpumpe finden Sie Informationen in unserem Vergleichsbeitrag (Details: Elektrische oder Diesel-Feuerlöschpumpe? Die Unterschiede im Vergleich).

Die Gefahrenklasse ist die Einteilung, mit der ein Bereich nach Brandlast und Ausbreitungsgeschwindigkeit in drei Hauptgruppen eingeordnet wird, und sie bestimmt unmittelbar die Auslegungsbeaufschlagung der Sprinkleranlage. Die Normen unterscheiden die Bereiche in leichte Gefahr LH, mittlere Gefahr OH und hohe Gefahr HH. Mit steigender Klasse nehmen die je Flächeneinheit aufzubringende Wasserbeaufschlagung und damit der erforderliche Pumpenvolumenstrom zu.

• LH leichte Gefahr — geringe Brandlast, langsame Ausbreitung; Schule, Krankenhaus, Büro, Hotelzimmer; Auslegungsbeaufschlagung etwa 2,25 l/min·m²
• OH mittlere Gefahr — mittlere Brandlast, mittlere Ausbreitung; Geschäft, Restaurant, Werkstatt, Parkhaus; Auslegungsbeaufschlagung etwa 5,0 l/min·m²
• HH hohe Gefahr — hohe Brandlast, schnelle Ausbreitung; Lager, Lackiererei, chemische Produktion; Auslegungsbeaufschlagung 7,5-12,5 l/min·m² und darüber
• Wirkfläche — LH: etwa 84 m²; OH: 72-360 m²; HH: 260 m² und darüber, bei Lagerung je nach Regalhöhe zunehmend
• Schutzfläche je Sprinklerkopf — LH: bis zu 21 m²; OH: 12 m²; HH: wird auf 9 m² und darunter verringert

Die Auslegungsbeaufschlagung ist der grundlegende Auslegungsparameter, der angibt, wie viele Liter Wasser die Anlage pro Minute auf eine Einheit der Deckenfläche aufbringt. Während bei leichter Gefahr etwa 2,25 l/min·m² ausreichen, kann dieser Wert in einem Lager mit hoher Gefahr 12,5 l/min·m² übersteigen. Wenn sich die Beaufschlagung verfünffacht, wachsen der erforderliche Gesamtvolumenstrom und die Pumpenleistung ungefähr im selben Verhältnis; deshalb bestimmt die korrekte Festlegung der Bereichsklasse sowohl die Sicherheit als auch die Kosten.

Die Wirkfläche ist die Deckenfläche, die von der ungünstigsten Sprinklergruppe belegt wird, von der angenommen wird, dass sie gleichzeitig arbeitet. Die Anlage wird unter der Annahme ausgelegt, dass nicht die Sprinklerköpfe im gesamten Gebäude, sondern nur die Sprinklerköpfe innerhalb dieser Wirkfläche gleichzeitig öffnen. Wurden zum Beispiel für ein Geschäft mit mittlerer Gefahr eine Wirkfläche von 216 m² und eine Beaufschlagung von 5,0 l/min·m² gewählt, wird der Auslegungsvolumenstrom aus dem Produkt dieser beiden Werte berechnet. Mit wachsender Wirkfläche wächst auch der Pumpenvolumenstrom.

Bei der Bestimmung der Gefahrenklasse ist die Lagerhöhe ein eigener Multiplikator. Wird dasselbe Produkt in 2 m Höhe gestapelt, gilt es als mittlere Gefahr, bei Stapelung in 6 m Höhe geht es in die hohe Gefahr über, denn hohe Stapel beschleunigen die vertikale Brandausbreitung. Deshalb werden bei der Sprinklerplanung von Lagern nicht nur die Bodenfläche, sondern auch Regalhöhe und Stapelanordnung berücksichtigt, und bei Bedarf werden Regalsprinkler ergänzt.

Der Auslegungsvolumenstrom der Sprinkleranlage ist der Gesamtwasserbedarf, der sich aus dem Produkt von Auslegungsbeaufschlagung und Wirkfläche zuzüglich des Sicherheitszuschlags der Anlage ergibt. Die Grundbeziehung lautet: Auslegungsvolumenstrom gleich Beaufschlagung mal Wirkfläche. Dieser Wert gibt das Wasser an, das die im ungünstigsten Fall gleichzeitig arbeitende Sprinklergruppe verbraucht, und er ist die wichtigste Eingangsgröße, die den Volumenstrom der Feuerlöschpumpe bestimmt.

Rechnen wir ein Schritt-für-Schritt-Beispiel. In einem Geschäft mit mittlerer Gefahr OH seien eine Auslegungsbeaufschlagung von 5,0 l/min·m² und eine Wirkfläche von 216 m² gewählt. Der Auslegungsvolumenstrom ergibt sich zu: gleich 5,0 mal 216 gleich 1.080 l/min. Um Liter pro Minute in m³/h umzurechnen, multiplizieren wir mit 60 und teilen durch 1000: 1.080 mal 60 geteilt durch 1000 gleich 64,8 m³/h. Kommen noch der Hydranten- und Innenanlagenvolumenstrom sowie ein Sicherheitszuschlag hinzu, wird die Pumpe auf einen Volumenstrom von etwa 70-80 m³/h ausgelegt.

Der Auslegungsdruck ist der am ungünstigsten gelegenen Sprinklerkopf erforderliche minimale Fließdruck, durch Addition der Rohrreibungsverluste und des Höhenunterschieds auf den Pumpenaustritt übertragen. Der typische minimale Betriebsdruck am entferntesten Sprinklerkopf beträgt etwa 0,5-1,0 bar. Dazu kommen der Rohrreibungsverlust bis zum entferntesten Sprinklerkopf und der in bar umgerechnete Höhenunterschied zwischen Pumpe und Sprinklerkopf. In einem fünfgeschossigen Gebäude bedeutet ein Höhenunterschied von 15 m etwa 1,5 bar zusätzlichen Druck.

Die Druckberechnung wird beispielhaft so aufgestellt. Sind am entferntesten Sprinklerkopf 0,7 bar Fließdruck erforderlich, kommen dazu 1,5 bar für 15 m Höhenunterschied und geschätzt 1,3 bar für den Reibungsverlust von Rohr und Armatur; Gesamt gleich 0,7 plus 1,5 plus 1,3 gleich 3,5 bar. Die Pumpe muss bei diesem Volumenstrom mindestens 3,5 bar liefern. Mit Sicherheitszuschlag wird der Pumpenaustrittsdruck mit etwa 4-5 bar gewählt. Das Gegenstück zur Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe auf der Pumpenseite finden Sie in unserem Ratgeber zum Pumpenvolumenstrom (Details: Wie berechnet man den Pumpenvolumenstrom? m³/h, l/min und Druckberechnung).

Der Volumenstrom eines Sprinklerkopfes ergibt sich aus der Beziehung zwischen K-Faktor und Druck: Volumenstrom gleich K mal Quadratwurzel des Drucks. Der K-Faktor eines Standard-Sprinklerkopfes beträgt etwa 80, und bei Angabe des Drucks in bar ergibt sich der Volumenstrom in l/min. Bei 1,0 bar liefert dieser Sprinklerkopf etwa 80 l/min, bei 0,49 bar etwa 56 l/min. Weil der Volumenstrom mit sinkendem Druck mit der Quadratwurzel abnimmt, ist die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Drucks am entferntesten Sprinklerkopf die kritische Bedingung der Auslegung.

Die Sprinkler-Wasserversorgung ist ein Wasservolumen, das den Auslegungsvolumenstrom der Anlage über die von der Norm festgelegte Dauer ununterbrochen bereitstellen kann. Diese Dauer ändert sich mit der Gefahrenklasse: bei leichter Gefahr etwa 30 Minuten, bei mittlerer Gefahr 60 Minuten, bei hoher Gefahr 90 Minuten und mehr. Das Behältervolumen ergibt sich aus dem Produkt von Auslegungsvolumenstrom und dieser Dauer, und die Löschwasserreserve wird so vorgehalten, dass sie nicht für andere Zwecke genutzt werden kann.

Die Berechnung des Behältervolumens ist unmittelbar. Beträgt bei einer Anlage mit mittlerer Gefahr und einem Auslegungsvolumenstrom von 64,8 m³/h die erforderliche Dauer 60 Minuten, also 1 Stunde, ergibt sich das minimale Behältervolumen zu 64,8 mal 1 gleich 64,8 m³. Kommt noch der Volumenstrom der Hydrantenanlage hinzu, wird der tatsächliche Behälter größer gewählt. Der Behälter wird durch eine eigene Löschwasserreserve-Kammer oder durch eine Höhenanordnung geschützt, damit das Löschwasser nicht durch die tägliche Nutzung aufgebraucht wird.

Die Zuverlässigkeit der Wasserversorgung ist ebenso wichtig wie das Volumen. Da Leitungswasser allein im Brandfall keinen ausreichenden Volumenstrom und Druck garantiert, werden Sprinkleranlagen aus einem eigenen Löschwasserbehälter gespeist; das Netz füllt nur den Behälter. Der Behälter wird mit einem Volumen angeordnet, das den Auslegungsvolumenstrom über die erforderliche Dauer liefern kann, und auf einer Höhe, auf der die Pumpe saugseitig nicht in Kavitation gerät. Zu den Saugbedingungen können Sie sich unseren Ratgeber zur Pumpenkavitation ansehen (Details: Was ist Pumpenkavitation? Das Problem, das Pumpen leise zerstört).

Die Wahl der Wasserversorgung bestimmt die strengste Bedingung der Normen. Selbst wenn eine Anlage den Auslegungsvolumenstrom erfüllt, ist sie unzureichend, wenn der Behälter nur 20 Minuten reicht; das Wasser darf während der für das Löschen oder die Kontrolle erforderlichen Dauer nicht ausgehen. Deshalb muss die Berechnung zwei Bedingungen zugleich erfüllen: Der momentane Volumenstrom muss den Auslegungswert erfüllen, und das Gesamtvolumen muss diesen Volumenstrom über die erforderliche Dauer aufrechterhalten können. Wird eine der beiden Bedingungen nicht erfüllt, wird die Anlage nicht in Betrieb genommen.

Sprinkler und Gaslöschanlage lösen unterschiedliche Probleme; die Wahl hängt vom Inhalt des Bereichs ab. Der Sprinkler löscht mit Wasser und ist in nahezu allen Gebäudetypen der Grundschutz; Gaslöschanlagen ersetzen dagegen in geschlossenen Räumen, in denen ein Wasserschaden nicht hinnehmbar ist, das Wasser. Die Entscheidung richtet sich danach, ob das zu schützende Gut wasserbeständig ist und ob der Raum geschlossen ist.

• Löschmittel — Sprinkler: Wasser oder Wasser-Schaum; Gaslöschanlage: sauberes Gas oder Inertgasgemisch
• Geeigneter Bereich — Sprinkler: Wohngebäude, Büro, Lager, Hotel, Einkaufszentrum; Gas: Serverraum, Elektroraum, Archiv, Generatorraum
• Wasserschaden — Sprinkler: Wasserschaden entsteht, der Bereich der Auslösung wird nass; Gas: kein Wasserschaden, die Geräte bleiben trocken
• Raumbedingung — Sprinkler: alle offenen und geschlossenen Räume; Gas: nur ein Raum, dessen Dichtheit sichergestellt ist
• Dauer — Sprinkler: Wasser, bis der Behälter leer ist; Gas: einmalige Entleerung, für eine erneute Löschung ist eine Neubefüllung erforderlich
• Umfang — Sprinkler: Grundschutz des gesamten Gebäudes; Gas: Objektschutz, auf den kritischen Raum begrenzt

Das klare Urteil lautet: Der Grundschutz des gesamten Gebäudes ist immer der Sprinkler; die Gaslöschanlage wird nur in geschlossenen Sonderräumen, in denen die darin befindlichen wertvollen Geräte wasserempfindlich sind, zusätzlich zu den Sprinklern eingesetzt. In einem Rechenzentrum werden Flure und allgemeine Bereiche mit Sprinklern, der Serversaal mit einer Gaslöschanlage geschützt. Die Gaslöschanlage ersetzt den Sprinkler nicht; sie ergänzt ihn in bestimmten Räumen. Deshalb ist es richtig, beide nicht als Gegensatz, sondern geschichtet zu denken.

Dass die Gaslöschanlage nur einmal auslöst, ist eine kritische Einschränkung. Nach der Entleerung des Gases bleibt der Raum wieder ungeschützt und bleibt es, bis die Flaschen neu befüllt sind; der Sprinkler dagegen liefert, bis der Behälter leer ist, ununterbrochen Wasser. Deshalb wird an Orten, an denen der Brand lange andauern oder erneut aufflammen kann, der Sprinkler bevorzugt, in empfindlichen Räumen, die nur Objektschutz benötigen, die Gaslöschanlage. Die Entscheidung beruht immer auf dem Vergleich zwischen dem Wert des zu schützenden Guts und dem Wasserschadenrisiko.

Die Wartung der Sprinkleranlage ist die Folge regelmäßiger Kontrollen und Tests, die sicherstellt, dass die Anlage nach Jahren im Bereitschaftszustand im Brandfall auf Anhieb funktioniert. Da eine Sprinkleranlage den größten Teil ihrer Lebensdauer ohne jede Auslösung verbringt, beweist nur der regelmäßige Test, dass sie tatsächlich funktionieren wird. Die Prüfintervalle sind in wöchentliche, monatliche, vierteljährliche und jährliche Stufen gegliedert.

Die wöchentlichen und monatlichen Kontrollen konzentrieren sich auf Pumpe und Druck. Die Pumpengruppe wird wöchentlich kurz betrieben; die Anlaufdrücke von Jockey- und Hauptpumpe sowie Kraftstoff- und Batteriezustand der Dieselpumpe werden geprüft. Der Bereitschaftsdruck der Anlage wird an den Manometern abgelesen und auf den Auslegungswert hin bestätigt. Diese Kontrollen dauern meistens nur wenige Minuten, überwachen aber fortlaufend die Zuverlässigkeit von Pumpe und Energieversorgung, des schwächsten Glieds der Anlage.

Die vierteljährlichen und jährlichen Tests konzentrieren sich auf Strömung und Alarm. Der Strömungsmelder jedes Bereichs wird geprüft, indem das Prüf- und Entleerungsventil am entferntesten Ende der Leitung geöffnet wird; kontrolliert wird, ob der Strömungsmelder durch die Wasserströmung Alarm gibt und das richtige Bereichssignal an die Brandmelderzentrale sendet. Auch dass Alarmglocke und Druckschalter die Pumpe auslösen, wird in diesem Test bestätigt. Einmal im Jahr wird visuell geprüft, dass alle Armaturen offen und gesichert sind und dass die Sprinklerköpfe nicht überstrichen und unverbaut sind.

Auch Sprinklerköpfe unterliegen einer Lebensdauergrenze. Standard-Sprinklerköpfe können viele Jahre im Einsatz bleiben, aber hohe Temperatur, korrosive Umgebung oder Farbverschmutzung verkürzen die Lebensdauer; ein überstrichener Sprinklerkopf isoliert die Ampulle und verzögert das Öffnen. Sprinklerköpfe hoher Temperaturklasse und Sprinklerköpfe in besonderen Umgebungen werden in den von den Normen vorgesehenen Abständen stichprobenartig im Labor getestet oder ersetzt. Für Feuerlöschausrüstung können Sie sich unsere Produktgruppe ansehen (Details: Brandschutz).

Sprinkleranlage, Wandhydrant und Hydrant sind in den meisten Gebäuden einander ergänzende Schichten, die aus derselben Pumpengruppe gespeist werden. Der Sprinkler löscht automatisch und selektiv; Wandhydrant und Hydrant sind dagegen manuelle Schichten, die durch menschliches Eingreifen arbeiten. Alle drei zusammen bilden eine mehrschichtige Verteidigung, die es ermöglicht, den Brand sowohl automatisch als auch von Hand zu unterdrücken.

Bei Anlagen, die aus derselben Pumpe gespeist werden, werden Volumenstrom und Druck sorgfältig dimensioniert. Die Normen berücksichtigen das Szenario, in dem Sprinkler- und Hydrantenanlage gleichzeitig arbeiten; die Pumpe wird so ausgelegt, dass zum Auslegungsvolumenstrom der Sprinkleranlage auch der Hydrantenvolumenstrom addiert wird. Deshalb wird der Volumenstrom der gemeinsamen Pumpengruppe deutlich höher gewählt als der Sprinklervolumenstrom allein. Andernfalls sinkt beim Öffnen des Hydranten der Sprinklerdruck, und das Löschen wird schwächer.

Der Wandhydrant ist die Schlauch- und Strahlrohrgruppe für den ersten Einsatz im Gebäude; er befindet sich in der Regel in jedem Geschoss und an Fluchtwegen. Der Hydrant ist dagegen der Ausgang mit hohem Volumenstrom, an den außerhalb des Gebäudes oder in großen Räumen die Feuerwehr anschließt. Während der Sprinkler den Brand unterdrückt, solange er noch klein ist, greifen Wandhydrant und Hydrant bei einem größer gewordenen Brand und an Stellen ein, die die Sprinkler nicht erreichen. Zur Feuerlöschausrüstung, die die Anlage speist, finden Sie weitere Informationen in unserer Kategorie (Details: Brandschutzausrüstung).

Die Koordination dieser Schichten wird durch die Anlaufreihenfolge der Pumpe sichergestellt. Wenn der Sprinkler öffnet, sinkt der Druck, und die Pumpe läuft an; wird anschließend auch der Wandhydrant geöffnet, sinkt der Druck weiter, und die Pumpe arbeitet mit vollem Volumenstrom. Da die Anlage so dimensioniert ist, dass sie selbst im ungünstigsten Szenario gleichzeitiger Nutzung den Auslegungsdruck hält, schwächt die gleichzeitige Nutzung der Schichten das Löschen nicht. Zu allen Komponenten des Pumpenraums finden Sie weitere Informationen in unserem entsprechenden Ratgeber (Details: Welche Ausrüstung muss im Feuerlöschpumpenraum vorhanden sein?).