Anlagentechnischer Brandschutz für Kompaktlager

Direkt zu Beginn sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „Löschanlage“ oft nicht korrekt verwendet wird. In der Einleitung der DIN EN 12845 heißt es: „Eine automatische Sprinkleranlage ist dafür ausgelegt, einen Brand zu entdecken und diesen schon im frühen Stadium mit Wasser zu löschen oder das Feuer unter Kontrolle zu halten, sodass das Löschen mit anderen Mitteln durchgeführt werden kann.“ Es ist somit immer der Einsatz der Feuerwehr erforderlich, um zumindest den Erfolg der Sprinkleranlage zu kontrollieren. International wird eher von Brandbekämpfungsanlagen („fixed firefighting systems“) gesprochen. Vereinfacht kann man sagen: Sprinkleranlage + Feuerwehr = Löschanlage. 

Auf diesen wichtigen Unterschied wird später noch näher eingegangen. Anders als im deutschen Baurecht wird in den Normen von „ortsfesten Brandbekämpfungsanlagen“ gesprochen, was die Wirkung genauer beschreibt.

1874 wurde von Henry S. Parmelee der erste Sprinklerkopf patentiert (https://www.150-jahre- sprinkler.de/). Von der Entwicklung im 19. Jahrhundert legte der Sprinkler im 20. Jahrhundert eine beispiellose Karriere als Element des anlagentechnischen Brandschutzes hin. Für viele Gebäude wurde der Sprinkler wichtiges Element des Personenschutzes und oft Grundlage für den Risikotransfer der Versicherer. Abbildung 1 zeigt eine Zeichnung aus der Patentschrift von 1874.

Im Industriebereich hat sich vermutlich der größte Wandel für Sprinkleranlagen ergeben. Wurde im 19. Jahrhundert fast ausschließlich direkt auf dem Boden gelagert, baute man später immer mehr in die Höhe. Regalsysteme hielten Einzug in die Logistik, und Schadenfälle zeigten, dass ausschließlich klassischer Sprinklerschutz an der Decke nicht mehr ausreichte, um Brände zu bekämpfen. Basierend auf Brandversuchen wurden 1971 bei VdS die sog. Regalsprinkler eingeführt. Regalsysteme konnten dann im Prinzip beliebig hoch gebaut werden, wenn in vorgegebenen, regelmäßigen Abständen Sprinkler im Regal angeordnet wurden. Heute gibt es Regallager mit über 40 m Höhe, die noch nach dem gleichen Prinzip wie Anfang der 1970er Jahre gesprinklert werden können.

Die Entwicklung blieb jedoch nicht stehen. Platz wurde immer kostbarer und so optimierte man immer mehr die Regalsysteme. Zunächst waren die Verkehrsflächen zwischen den Regalen breiter als die Lagerblöcke selbst, damit Gabelstapler Platz zum Rangieren hatten. Mit zunehmender Optimierung und auch Automatisierung wurde der Anteil der Lagerfläche immer größer, die Verkehrsflächen immer kleiner. In automatischen Kleinteilelagern oder Shuttle-Regalen können die Gänge auf unter einen Meter Breite schrumpfen. Die Entwicklung der Regalsysteme zusammen mit der rasanten Verbreitung von Kunststoffbehältern als Ladungsträger stellte die Sprinkleranlagen vor enorme Herausforderungen.

Dies hat mehrere Gründe: Grundsätzlich stellt Kunststoff eine hohe Brandlast dar. Der Heizwert von Kunststoffen ist ca. dreimal so hoch wie der von Holz. Wasserlöschanlagen – genau wie die Strahlrohre der Feuerwehr – benetzen im Brandfall Materialien, die noch nicht in Brand geraten sind. Dies funktioniert beispielsweise bei Kartonage hervorragend. Nasse Kartonage gerät gar nicht erst in Brand. Von Kunststoffoberflächen perlt Wasser jedoch ab und eine Vorbenetzung kann nur in sehr geringem Umfang stattfinden. Als weitere Herausforderung sammeln die oben offenen Kunststoffbehälter das Löschwasser und es fließt nicht in tieferliegende Lagerebenen weiter.

Konnte bei den ersten Regalanlagen der horizontale Abstand der Sprinkler noch auf über 3 m gestreckt werden, sind in modernen automatischen Kleinteilelagern teilweise Abstände von 1,5 m und weniger erforderlich, um eine wirksame Brandbekämpfung sicherzustellen. Und nicht nur das, es sind inzwischen oft zusätzliche Sprinklerreihen an den Gangseiten erforderlich (sog. Face Sprinkler). Bei modernen Lagersystemen kann somit der Einsatz von mehreren tausend oder sogar über zehntausend Sprinklerköpfen erforderlich sein.

Eine besondere Herausforderung stellen die neuen Lagerordnungen für die Feuerwehr dar. Wie eingangs erläutert, muss eine finale Löschung erfolgen – oder zumindest der Löscherfolg der Sprinkleranlage kontrolliert werden. Früher war es problemlos möglich, zwischen Regalen mit Gabelstaplern oder Scherenbühnen zu manövrieren und von sicherer Position aus Brandgut aus den Regalen zu entfernen oder eine finale Löschung vorzunehmen. Im Zweifel konnten Radlader oder anderes schweres technisches Gerät zum Einsatz kommen. Moderne Lagersysteme bieten nicht den Platz, um mit Geräten an den Brandherd vorzudringen. In den Regalgassen befinden sich zudem am Boden (Strom-)Schienen der Regalbediengeräte, sodass eine Einfahrt mit Gabelstaplern unmöglich ist. Es könnte die Renaissance der Hakenleiter geben, mit der man dutzende Meter in engen Regalgassen steigen könnte … oder auch eher nicht.

Die Verdichtung der Lager hat hier aber nicht aufgehört. Aktuell werden Kompaktlager realisiert, in deren Inneren es gar keine Gänge mehr gibt. Die Systeme werden durch Roboter entweder von oben oder von unten bedient. Da innerhalb der Blöcke eine Installation von Sprinklerköpfen praktisch unmöglich ist, stellen diese Systeme die Sprinklertechnik vor ganz neue Herausforderungen. Die Abbildungen 2 und 3 zeigen diese Verdichtung der Lagerung.

In Feuerwehrkreisen wird intensiv diskutiert, wie bei einem automatischen Lagersystem taktisch vorzugehen ist. Es hat sich aber die Meinung durchgesetzt, dass die Kompaktlager mit automatischen Hochregalsystemen oder Automatikgaragen zu vergleichen sind, bei denen eine gesicherte Zugänglichkeit nicht gegeben ist. Nicht zuletzt aufgrund der Gefahren für die Einsatzkräfte werden die Lagersysteme im Brandfall ggf. noch zur Erkundung bei Kleinbränden betreten. Zur Bekämpfung fortentwickelter Brände, wird man in der Regel die Bereiche nicht betreten und die Maßnahmen der Feuerwehr beschränken sich auf Löschmaßnahmen von außen und den Schutz der Umgebung.

Baurechtlich gibt es keine besonderen Anforderungen an Kompaktlager und sie werden wie jedes andere Lager behandelt. Oft gibt es Installationen im Bestand, bei denen klassische Regale durch Kompaktlager ersetzt werden. Da es sich um keine Nutzungsänderung handelt, erlangen Bauaufsicht, Brandschutzdienststelle und Feuerwehr davon in der Regel keine Kenntnis. In Logistik-/Industrieobjekten muss seitens Feuerwehr somit jederzeit mit dem Vorhandensein von Kompaktlagern gerechnet werden.
 

Auszug aus Brandschutzmerkblatt 2010-15 „Brandschutz in Kompaktlagern“, Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (VKF)

Hier lohnt ein Blick über die Landesgrenze: Die Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (VKF) in der Schweiz hat das Brandschutzmerkblatt 2010-15 „Brandschutz in Kompaktlagern“ herausgegeben. In ihm gibt es auf 16 Seiten Hinweise zum Brandschutz für Kompaktlager. Tabelle 1 zeigt die Zuordnung von Maßnahmenkategorien zu Gebäudearten und der Größe des Kompaktlagers.

Abhängig von der Gebäudeart, der Lokalisation des Lagers und der Fläche werden verschiedene Maßnahmenkategorien empfohlen. Demnach fällt man bei der Anordnung in Untergeschossen schon ab 600 m² Kompaktlagerfläche, in anderen Gebäudeklassen aber spätestens ab 7 200 m² in die höchste Maßnahmenkategorie, die Kategorie 4.

In der Kategorie 1 sind keine Maßnahmen erforderlich. Es wird einzig darauf hingewiesen, dass, wenn der Bereich ohnehin eine Sprinkleranlage hat, das Kompaktlager im Sprinklerkonzept berücksichtigt werden muss.

In Kategorie 2 werden organisatorische Maßnahmen wie ein „Konzept für die Feuerwehr (Zugang für Lösch- und Ausräumarbeiten)“ gefordert. Darüber hinaus wird erste Anlagentechnik wie eine Rauch- und Wärmeabzugsanlage (RWA) gefordert und eine Brandmeldeanlage (BMA) empfohlen.

Ab Kategorie 3 soll das Kompaktlager als separater Brandabschnitt ausgebildet werden. Weitergehende Maßnahmen wie Ausräumöffnungen an der Außenwand sollen vorgesehen werden und an Anlagentechnik werden nun RWA, BMA und Sprinkler gefordert.

Aber schon bei der Kategorie 3 wird empfohlen, die Maßnahmenkategorie 4 anzuwenden. Als wesentlicher Unterschied zur Kategorie 3 wird in der höchsten Kategorie anstelle von RWA und Sprinkler nun eine Sauerstoffreduzierungsanlage gefordert. Diese Höherstellung einer Brandvermeidungsanlage gegenüber einer Sprinkleranlage kennt man in Deutschland so nicht, spiegelt aber durchaus die Einschätzung einiger Versicherer wider, die für Kompaktlager grundsätzlich eine Sauerstoffreduzierungsanlage für einen Risikotransfer fordern.

Kommen wir zunächst zu den Möglichkeiten wasserbasierter Brandbekämpfungsanlagen. Brandversuche haben gezeigt, dass Sprinkleranlagen durchaus in der Lage sind, auch Brände in derart verdichteten Anordnungen zu bekämpfen. Die herbeigerufene Feuerwehr steht vor enormen Herausforderungen, die einzelnen Lagerbehälter mühsam und zeitraubend zu entfernen. Mit Hinblick auf Betriebsunterbrechung und Rauchschäden wird diese Entwicklung von vielen Versicherern sehr kritisch gesehen. Nachfolgend wird auf die Auslegung der Brandbekämpfungsanlagen für Kompaktlager bzw. TL-ASRS (Top-Loading Automatic Storage and Retrieval Systems)eingegangen.

Derzeit bekanntester Anbieter dieser Systeme ist die Firma Autostore aus Norwegen. Für die Brandschutzanlagen gibt es aktuell verschiedene Schutzkonzepte, für welche die Wirksamkeit nachgewiesen wurde.

Bereits 2012 führte die VdS Schadenverhütung GmbH mit der Firma Autostore (damals noch unter dem Namen Hatteland) umfangreiche Brand- und Löschversuche durch. Es zeigte sich schnell, dass Sprinkleranlagen effektiv den Brand bekämpfen, jedoch nicht sicher die letzten Brandnester löschen. Nach Abschalten der Sprinkleranlage flammte der Brand nach einiger Zeit wieder auf.

Es zeigte sich aber auch, dass durch gut angeordnete Strahlrohre oder Monitore (auf Plattformen neben dem Lagerblock) schnell ein manueller Löscherfolg erzielt werden konnte. Klar wurde, dass die Lagerbehälter am Ende weggeräumt werden mussten, um den Brandherd zu kontrollieren. Daher beinhaltete das von VdS im Jahre 2013 erstmals zertifizierte Schutzkonzept auch vertikale Barrieren, welche die Brandausbreitung innerhalb der Lagerblöcke verhindern, sowie Hinweise zur manuellen Brandbekämpfung.

In den folgenden Jahren hat VdS bei Brandversuchen festgestellt, dass sich die unterschiedlichen Kompaktlager teilweise sehr stark in ihrem Brandverhalten unterscheiden. Ein Konzept, das bei einem Typ sehr gute Wirksamkeit zeigt, kann bei Typen anderer Anbieter völlig wirkungslos sein. Konzepte sind nicht ohne Versuche und Wirksamkeitsnachweise auf andere Systeme übertragbar. Daher gibt es seitens VdS bisher nur das zertifizierte Schutzkonzept für Autostore. Die getestete Lagerhöhe betrug damals 5,3 m. Inzwischen haben sich die Systeme weiterentwickelt und es werden Anlagen mit über 6,0 m Höhe installiert. Andere Systeme, die nicht von oben die Kompaktlager bedienen, sondern von unten, können laut Herstellerangaben Systemhöhen von 12 m erreichen. Damit werden heute Systeme installiert, die über 1,2 Millionen Lagerbehälter und über 1 000 Roboter beinhalten.

Um die Top-Loading-Systeme über 5,3 m Höhe mit einer Wasserlöschanlage schützen zu können, bleibt derzeit nur der Blick in die Datenblätter von Factory Mutual Insurance Company (FM). Nach vielen Brandversuchen wurde das Datenblatt 8-34 „Protection for Automatic Storage and Retrieval Systems“ mehrfach erweitert und bietet inzwischen mit der Version vom Juli 2024 Lösungen für Top-Loading-Systeme bis 13,7 m Deckenhöhe. Hier kommen dann sehr schnell auslösende ESFR-Sprinkler mit einer hohen Wasserbeaufschlagung zum Einsatz. Je nach Deckenhöhe z. B. zwölf Sprinkler mit je ca. 900 l/min.

Eine Besonderheit sind seit den letzten Überarbeitungen Konzepte mit „final extinguishment“. Für maximal 6,1 m Lagerhöhe werden hier Auslegungsparameter aufgezeigt, bei denen mit einer finalen Löschung gerechnet werden kann. Dabei kommen Sprinkler zum Einsatz, die jeweils über 1 000 l/ min ausbringen. Auch wenn das Datenblatt davon ausgeht, dass der Brand final gelöscht werden kann, so wird man die Stelle der Brandentstehung kontrollieren müssen und damit ist ein Rückbau der Behälter erforderlich.

Die Wasserversorgung der Sprinkleranlage muss gemäß FM-Datenblatt je nach Konzept eine Betriebszeit von vier Stunden gewährleisten. Hinzu kommt in der Regel ein Wasserbedarf für Hydranten von bis zu 1 900 l/min. Im Internet sind Schulungsvideos3 und Leitfäden für Feuerwehren verfügbar. Diese in der Regel in den USA produzierten Anleitungen zeigen, wie Feuerwehren in Brandfall vorgehen können. Schon aus Gründen der Eigensicherung und des Arbeitsschutzes sind diese Konzepte nicht alle in Deutschland anwendbar. Es wird dabei auch gezeigt, dass bei einem Brand mit einem massiven und längerem Personaleinsatz zum Rückbau des Systems zu rechnen ist.

Egal, welches Konzept von FM oder VdS angewendet wird: Ein entscheidender Punkt ist der zu erstellende Notfallplan. Bereits vor einem Brandereignis muss der Betreiber – idealerweise zusammen mit der Feuerwehr und dem Versicherer – ein Konzept erstellen, wie im Brandfall vorzugehen ist.

Neben den seit 150 Jahren bewährten Sprinkleranlagen gibt es noch weitere anlagentechnische Möglichkeiten, bei denen tatsächlich der Begriff der „Löschanlage“ besser passt. So können Kompaktlager mit Gas-Löschanlagen geschützt werden. Probeflutungen von VdS haben gezeigt, dass mit Stickstoff- Löschanlagen eine löschwirksame Konzentration auch innerhalb des Lagerblock aufgebaut werden kann. Aufgrund der Größe der Systeme wird man in der Regel zwei Rohrnetze für den Eintrag des Löschgases benötigen – eines an der Decke und ein zweites in geringerer Höhe.

Beim Einsatz von Gas-Löschanlagen ist immer ein besonderes Augenmerk auf den Personenschutz zu legen. Auch wenn sich in den Lagersystemen selbst in der Regel nur bei Störungen oder im Havariefall Personen befinden, so muss berücksichtigt werden, dass nach einer Auslösung der Löschanlage das Gas durch Undichtigkeiten der Umhüllung in die Umgebung entweichen kann.

Eine ähnliche Wirkung wie Gas-Löschanlagen haben Brandvermeidungsanlagen wie Sauerstoffreduzierungsanlagen. Hierfür muss – wie bei der Gaslöschanlage auch – das Lagersystem eingehaust werden. In dem eingehausten Bereich wird dann durch permanente Zuführung von Stickstoff eine so geringe Sauerstoffkonzentration erreicht, dass ein Brand nicht mehr entstehen kann. Die notwendige Restsauerstoffkonzentration ist dabei vom Lagergut abhängig. Um geringfügige Ereignisse – wie kleine Schwelbrände durch bspw. Lichtbögen oder durchgehende Lithium-Ionen-Batterien – erkennen zu können, ist zusätzlich eine Brandmeldeanlage notwendig.

Durch die hohe Ein- und Auslagerungsgeschwindigkeit von Waren müssen Schleusen vorhanden sein, durch die Waren aus dem sauerstoffreduzierten Bereich hinausgebracht werden. Aufgrund dieser Öffnungen muss permanent Stickstoff ins System nachgespeist werden, um die für einen wirksamen Brandschutz ausreichend niedrige Sauerstoffkonzentration zu halten. Abhängig von zahlreichen Faktoren, wie etwa die der Dichtheit des Schutzbereiches und der Ein- und Auslagerungsgeschwindigkeit des Lagergutes, können auch hohe Energiekosten für den Betrieb von Stickstoffgeneratoren entstehen.

Neben den anlagentechnischen Maßnahmen kann auch baulicher Brandschutz ein sinnvolles Konzept darstellen. Wie im bereits erwähnten Brandschutzmerkblatt der VKF dargestellt, ist dies bei geringen Abmessungen evtl. eine Option. Dem Betreiber und dem Versicherer muss bei diesem Konzept bewusst sein, dass diese Maßnahme in der Regel zu einem Totalverlust des Kompaktlagers und der darin enthaltenen Ware führt. Daher ist dieses Konzept nicht bei wertvollen oder schwer verfügbaren Lagergütern zu empfehlen. Sollte beispielweise ein Unternehmen einmalige Werkzeuge, seltene Rohstoffe, Rückstellproben oder teure Fertigprodukte lagern wollen, bietet sich hier eher eine Sauerstoffreduzierungsanlage an.
 

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Lagerung in Gebäuden immer mehr verdichtet. Die neuen Situationen stellen für die Feuerwehren eine große Herausforderung dar, wenn es um die finale Löschung bzw. um die Kontrolle der Brandstelle geht. Durch eine Vielzahl von Brandversuchen haben FM und die VdS Schadenverhütung GmbH nachgewiesen, dass mindestens eine effektive Brandkontrolle durch Wasserlöschanlagen möglich ist. Darüber hinaus stellen Gaslösch- oder Sauerstoffreduzierungsanlagen eine wirksame anlagentechnische Maßnahme dar.

Ausschließlich bauliche Maßnahmen können im Einzelfall eine Lösung darstellen, aufgrund der hohen Wertekonzentration in Kompaktlagern sind in der Regel weitere Maßnahmen erforderlich. In jedem Fall sollte mit der Feuerwehr und dem Versicherer frühzeitig ein Konzept erstellt werden. Dieses sollte dann die vorbeugenden Maßnahmen und auch notwendige Aktionen nach einem Brandereignis beinhalten.