Vorbereitung für die Aktualisierung der VdS CEA 4001
Brand- und Löschversuche am IBK Heyrothsberg
Alle drei Jahre wird die VdS CEA 4001 in einer neuen Fassung veröffentlicht. Dafür wird in einem Arbeitskreis mit Industrievertretern, Sachverständigen und Versicherungen kontinuierlich an Verbesserungen und Anpassungen der Richtlinie an die aktuellen Gegebenheiten gearbeitet.
Text: Victoria Brief, VdS Schadenverhütung GmbH, Sachverständige im Produktmanagement der Technischen Prüfstelle
Nicht alle Änderungen können in die Richtlinie übernommen werden, ohne sie auch im Realitätsmaßstab zu testen. Deshalb hat VdS im September 2022 eigene Brand- und Löschversuche geplant, organisiert, durchgeführt und ausgewertet. Um möglichst viele Erkenntnisse aus den Versuchen zu gewinnen, ist es wichtig, anfangs genaue Ziele und Fragestellungen festzulegen.
Das Hauptziel der Versuche ist die Festlegung eines maximalen Abstands von Facesprinklern zur Außenkante des Regals bzw. zum unter Umständen aus dem Regal herausragenden Lagergut. Im Abschnitt 11.6.1.1 der VdS CEA 4001 sind maximal 200 mm Abstand zur Außenkante des Lagerguts zugelassen, wobei sich die Facesprinkler sowohl über dem Lagergut als auch im Querschacht befinden dürfen. In anderen Regelwerken sind auch größere Abstände bis zu 600 mm zulässig, jedoch mit der Einschränkung, dass sich der Facesprinkler im Querschacht befinden muss.
Ein weiterer Unterschied zu anderen Regelwerken ist die Art der von VdS zugelassenen wasserdurchlässigen Kisten. Die verschiedenen wasserdurchlässigen Kisten unterscheiden sich darin, ob sie Öffnungen im Boden oder in der Seite vorweisen, wobei nach VdS CEA 4001 beides möglich ist. Außerdem sollen die Vorteile für wasserdurchlässige Kisten, die im Abschnitt K.7.1 beschrieben sind, durch Vergleichsversuche mit wasserundurchlässigen Kisten überprüft werden.
Das dritte Ziel der Brand- und Löschversuche ist es zu prüfen, ob eine Erleichterung für die hydraulische Berechnung von Sprinkleranlagen in automatischen Kleinteilelägern möglich ist. Momentan muss jeder Strang (max. 3) jeweils für sich die erforderliche Wasserbeaufschlagung erbringen, d. h. 3 Stränge à 45 m2.
Versuchsanordnung
Die Fragestellungen werden mithilfe eines Teilausschnitts eines automatischen Kleinteilelagers im Realmaßstab überprüft. Der Versuchsaufbau umfasst zwei Regale, die rückseitig aneinander gestellt sind, mit einer Breite von 3,00 m (6 Kisten), einer Tiefe von jeweils 1,23 m (2 Kisten) und einer Höhe von 4,40 m (8 Kisten), siehe Abbildung. Die Oberkante des Lagerguts befindet sich in 4,05 m Höhe. In diesem Regal können Kisten mit den Abmaßen 600 mm x 400 mm x 220 mm eingelagert werden.
Die verwendeten Kisten variieren zwischen doppelwandig und einwandig sowie wasserdurchlässig und wasserundurchlässig, wobei die wasserdurchlässigen Kisten in „wasserdurchlässig unten (u)“ mit Öffnungen im Bodenbereich und „wasserdurchlässig seitlich (s)“ mit Öffnungen im unteren Bereich der Seitenwände unterschieden werden. Nach VdS CEA 4001, Abschnitt K.7.1 sind Öffnungen im Behälterboden und/oder in den Seitenwänden zulässig. Eine beispielhafte Anordnung ist mit 12 gleichmäßig im Behälterboden verteilten Öffnungen mit einem Durchmesser von 5 mm angegeben. Laut FM-Datenblatt 8-34 sind nur Öffnungen von mindestens 30 % der Wandfläche innerhalb von 13 mm vertikalem Abstand vom inneren Boden des Behälters erlaubt.
| doppel-wändig | ein-wändig | wasser-durchlässig | wasser- unddurchlässig | 200 mm eingerückt | 400 mm eingerückt | Zündung unten | Zündung oben | |
| Versuch 1 | X | X | X | X | ||||
| Versuch 2 | X | X | X | X | ||||
| Versuch 3 | X | X (u) | X | X | ||||
| Versuch 4 | X | X (s) | X | X | ||||
| Versuch 5 | X | X | X | X | ||||
| Versuch 6 | X | X | X | X | ||||
| Versuch 7 | X | X (u) | X | X |
Abb. 3: Versuchsvariationen
Sprinkleranlage und Temperaturmessung
Die verbaute Sprinkleranlage umfasst zwei Sprinklerebenen mit Facesprinklern (rot) und Sprinklern im Mittelschacht (grün), die sich auf einer Höhe von 1,64 m und 3,60 m befinden, siehe Abbildung. Der horizontale Abstand zwischen den Sprinklern beträgt 1,00 m. Die Facesprinkler sind zu den Sprinklern im Mittelschacht mittig versetzt und alle Sprinkler der ersten Sprinklerebene sind zu den Sprinklern in der zweiten Sprinklerebene mittig versetzt. Die verwendeten Sprinkler sind Flachschirmsprinkler K57, hängend, RTI < 50, mit einer Auslösetemperatur von 68 °C. Der Abstand der Sprinklersprühteller zur Oberkante der Kisten beträgt 100 mm. Die Facesprinkler sitzen mittig über den Kisten mit der Variation, dass sie in einem Abstand von 200 mm oder 400 mm von der Außenkante des Lagerguts positioniert werden können.
Temperaturmessstellen sind an jedem Sprinkler vorgesehen sowie mittig über der Kiste an der Außenkante des Regals und 600 mm eingerückt. Zusätzlich ist eine Temperaturmessstelle nicht mittig über der Kiste, sondern im Querschacht 600 mm von der Außenkante des Regals eingerückt vorhanden.
Durchführung der Versuche und Ergebnisse
Die Versuchsserie umfasst sieben Versuche, die sich in der Art der Kisten und der Position der Facesprinkler unterscheiden, siehe Tabelle. Zudem wird überprüft, ob durch eine Änderung der Zündposition von der untersten Kistenebene in die Kistenebene direkt über der ersten Sprinklerebene mit einem Sekundärfeuer durch herabtropfenden Kunststoff zu rechnen ist (Versuch 6). Die Kisten sind bei sechs Versuchen leer und bei einem Versuch mit luftdurchlässig eingebrachtem Holz befüllt, um auch den Einfluss von befüllten Kisten zu testen (Versuch 7). Die Auswertungskriterien für die Versuche umfassen die gemessenen Temperaturen, die Anzahl und den Zeitpunkt der geöffneten Sprinkler und den vorhandenen Brandschaden nach manueller Löschung im Anschluss an die Versuchszeit.
Bei den ersten vier Versuchen war der Facesprinkler 200 mm eingerückt, im fünften Versuch 400 mm. Bei diesem fünften Versuch hat kein Sprinkler ausgelöst und das Feuer wurde 30 Minuten nach Zündung manuell abgelöscht. Bei der Untersuchung der Temperaturverteilung zeigte sich, dass das Thermoelement, welches 600 mm eingerückt war (T3-5), sich jedoch im Querschacht befand, frühzeitig bereits eine höhere Temperatur maß als das Thermoelement an dem Sprinkler, der 400 mm eingerückt war (T1-5), siehe Abbildung.
Ab fünf Minuten nach Zündung lag bis 20 Minuten nach Zündung dauerhaft eine Temperatur um 100 °C am Thermoelement im Schacht an, was zu einer Auslösung eines dort installierten Sprinklers geführt hätte. Die Temperatur am Thermoelement am der Zündquelle nächstgelegenen Sprinkler schwankte um 60–70 °C, was jedoch nicht ausreichend war, diesen Sprinkler auszulösen.
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Abstand des Facesprinklers zur Außenkante des Lagerguts von 200 mm unabhängig von Schächten bereits maximal ist und nicht weiter vergrößert werden kann. Eine Anordnung der Facesprinkler im Schacht ist gegebenenfalls günstiger.
Wasserdurchlässigkeit der Lagerbehälter
Die Vergleichsversuche zwischen wasserundurchlässigen Kisten (Versuch 2) und wasserdurchlässigen Kisten mit Öffnungen im Boden (Versuch 3) zeigten weder in der Temperaturverteilung noch beim entstandenen Brandschaden signifikante Unterschiede. Die Temperaturverteilung am ersten ausgelösten Sprinkler der beiden Versuche ist in Abbildung 5 zu sehen, ein Vergleich des Brandverlaufs in Abbildung 6. Auch im Vergleich von wasserdurchlässigen Kisten mit seitlichen Öffnungen (Versuch 4) oder Öffnungen im Boden (Versuch 3) zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Brandverlauf nach Auslösung des ersten Sprinklers oder beim entstandenen Brandschaden. Der Brandverlauf dieser Versuche ist vergleichend in Abbildung 7 dargestellt. In den Versuchen 2, 3 und 4 öffnete jeweils nur ein Sprinkler. Vorteile für wasserdurchlässige Kisten gemäß VdS CEA 4001, Abschnitt K.7.1 können durch die Versuche nicht bestätigt werden.
Ausbreitung konnte immer verhindert werden
In keinem der nach geltender VdS CEA 4001 durchgeführten Versuche, also mit eingerücktem Facesprinkler von maximal 200 mm, öffneten mehr als drei Sprinkler, um den Brand zu kontrollieren, und der Brand ist in keinem der Versuche über den Mittelschacht auf die Rückseite des Regals gewandert, sodass eine weitere Ausbreitung immer verhindert werden konnte. Auch der Kontrollversuch, bei dem in der Kiste über der ersten Sprinklerebene gezündet wurde, führte zu keinem Sekundärfeuer unterhalb der Zündebene. Es tropfte bei diesem Versuch brennender Kunststoff in eine Kiste unter der ersten Sprinklerebene, dieses Feuer konnte jedoch durch einen geöffneten Sprinkler vollständig abgelöscht werden, sodass auch hier keine weitere Ausbreitung erfolgte. Aufgrund dieser Versuchsergebnisse ist eine Verkleinerung der Wirkfläche im automatischen Kleinteilelager auf 90 m2 bzw. 2 Stränge à 45 m2 möglich.
Zusammenfassung
Durch die durchgeführte Versuchsserie konnten einige Fragestellungen rund um den Schutz von automatischen Kleinteilelägern beantwortet werden. Grundsätzlich hat sich bestätigt, dass das VdS-Konzept zum Schutz von AKL mit K57-Sprinklern – welches internationale Regelwerke nicht kennen – wirksam ist.
Weitere Ergebnisse sind:
- Ein maximales Einrücken von Facesprinklern um 200 mm ist bei schachtunabhängiger Anordnung möglich.
- Werden die Sprinkler im Querschacht zwischen den Ladungsträgern angeordnet, erfolgt auch eine Auslösung bei einem Einrücken von mehr als 200 mm.
- Durch die enge Sprinkleranordnung kann ein horizontales Ausbreiten des Feuers im Regal verhindert werden. Eine hydraulische Berechnung von zwei Strängen pro Sprinklerebene mit jeweils 45 m2 ist somit ausreichend.
- Wasserdurchlässige Kisten haben keinen signifikanten Vorteil im Brandverlauf gezeigt.
Die genannten Ergebnisse werden noch weiter diskutiert und werden im Ergebnis Einfluss auf die nächste Ausgabe der VdS CEA 4001 im Januar 2024 finden.