VdS-Schadenverhuetung Technische Pruefstelle

VdS CEA 4001 : 2024-01 (08)

Neues aus der Sprinklerrichtlinie

In diesem Jahr feiert der Sprinkler sein 150. Jubiläum. Seit seiner Erfindung hat sich nicht nur der Sprinkler weiterentwickelt, sondern auch die Welt um ihn herum ist nicht stehen geblieben.

Text: Frank Bieber, VdS Schadenverhütung GmbH, stellv. Bereichsleiter der Technischen Prüfstelle

Themen wie Kunststoffproduktion, automatische Kleinteileregale oder die elektrische Überwachung der Betriebsbereitschaft von Sprinkleranlagen hatte Henry S. Parmelee nicht auf dem Schirm, als er am 11.08.1874 das Patent für sein „improvement of fireextinguishers“ erhielt.

Seither haben sich parallel zur Technik auch die Vorschriften für die Planung und den Einbau von Sprinkleranlagen stetig weiterentwickelt. Im Jahre 1910 bestand die Vorschrift zur Installation von „Feuerlöschbrausen-Anlagen“ noch aus überschaubaren zehn Seiten (Abbildung 1). Über die Vorschriften mit den Bezeichnungen „Form 155“ (1968; 20 Seiten), Form 3003 (1974; 81 Seiten) und VdS 2092 (1999; 142 Seiten) entstanden dann auf europäischer Ebene die CEA-Richtlinien für Sprinkleranlagen und auf diesen aufbauend die VdS CEA 4001 (2003; 227 Seiten).

Die VdS CEA 4001 wurde in den letzten 21 Jahren immer weiterentwickelt und erschien im Januar 2024 als 8. Ausgabe mit 286 Seiten. Damit wurde wie bei den letzten Überarbeitungen auch ein Drei-Jahres-Rhythmus eingehalten, in dem dieses Standardwerk aktualisiert wird.

Ein Arbeitskreis bestehend aus VdS-Experten, Errichtern von Sprinkleranlagen, Versicherern und Sachverständigen hat seit der letzten Ausgabe an 13 Sitzungstagen intensiv an der Weiterentwicklung des Regelwerkes gearbeitet. Hinzu kommen Arbeitskreise, die Änderungen zu speziellen Themen erarbeitet haben.

Die neue Version der VdS CEA 4001 ist ebenso wie die aktualisierten Fassungen der VdS 2108 (Schaumlöschanlagen) und der VdS 2109 (Sprühwasser-Löschanlagen) im VdS-Webshop verfügbar. Genau wie bei der letzten Ausgabe wird für die VdS CEA 4001 optional auch eine Synopse angeboten, die – ähnlich wie der Änderungsmodus von bekannten Textverarbeitungsprogrammen – die Änderungen detailliert darstellt. Grundsätzlich ist die Anwendung der VdS-Richtlinien unverbindlich, sollte die Anwendung jedoch vereinbart werden, so ist die 2024er-Version spätestens für Anlagen anzuwenden, die ab dem 01.07.2024 beauftragt werden.

Parallel wurden auch die VdS 2108 "VdS-Richtlinien für Schaumlöschanlagen, Planung und Einbau" und die VdS 2109 "VdS-Richtlinien für Sprühwasser-Löschanlagen, Planung und Einbau" überarbeitet. Bei diesen Richtlinien beschränken sich die Änderungen im Wesentlichen auf die Übernahme von Änderungen aus der VdS CEA 4001 (bspw. Anforderungen an die Wasserversorgung).

Im Nachfolgenden soll auf einige Änderungen in der VdS CEA 4001 : 2024-01 (08) eingegangen werden.

Löschanlage vs. Brandbekämpfungsanlage

Landläufig und auch in den einschlägigen Verordnungen (z.B. der Muster-Versammlungsstättenverordnung) wird von (automatischen) Feuerlöschanlagen gesprochen. Dies war und ist aber eigentlich falsch. Das Ziel der Sprinkleranlage war immer schon, „einen Brand schon im Entstehungsstadium zu detektieren und zu löschen oder das Feuer unter Kontrolle zu bringen, sodass es mit anderen Mitteln gelöscht werden kann. Die finale Löschung muss durch herbeigerufene Kräfte (z.B. der Feuerwehr) erfolgen.“

Der Begriff der Brandbekämpfungsanlage ist also eigentlich passender, denn die herbeigerufenen Kräfte (in der Regel die Feuerwehr) müssen den Brand ggf. noch final löschen. Bei einer immer größeren Verdichtung im Logistikbereich (Stichworte: AKL, TL-ASRS) wird die Feuerwehr aber zunehmend vor große Herausforderungen gestellt, den Brandherd zu erreichen (siehe auch Fachvortrag „Trends und Herausforderungen bei Distributionslagern – Sind Sprinkler allein noch ausreichend?“ von Matthias Heise & Stuart Lloyd, Zurich Insurance Company, im Rahmen der VdS-BrandSchutzTage 2023).

Aus vorgenannten Gründen wird der folgende Satz bei den Zielen der Sprinkleranlage ergänzt: „Bei Hochregalanlagen im Allgemeinen und mehrreihigen Regalen im Speziellen muss ein Konzept erstellt werden, wie im Brandfall der Brandherd erreicht und final gelöscht werden kann.“

Klasseneinteilung

Mit Erscheinen der „CEA 4001 – Sprinkler Systems Planning and Installation “1 zu Beginn dieses Jahrtausends wurde in Deutschland die VdS CEA 4001 erarbeitet, die das neue europäische Regelwerk mit den bewährten Regelungen der VdS 2092 verbinden sollte. Hierfür wurden in den Text der CEA 4001 ergänzende Texte und Anforderungen eingebracht. Diese waren (meistens) grau hinterlegt. Somit gab es die Klasse 2, die das europäische Niveau darstellte und einen hohen Schutzwert für Personen- und Sachwerte bot, und die Klasse 1, die mit ihren Ergänzungen einen sehr hohen Schutzwert ergab.

Erstellt vom Comité Européen des Assurances (CEA); heute: Insurance Europe

In den letzten Jahren und Jahrzehnten weichte diese Trennung immer mehr auf. Es wurden in Deutschland auch sinnvolle Änderungen am originalen CEA-Text vorgenommen. Technische Weiterentwicklungen und Neuerungen wurden nicht grau hinterlegt, sollten somit für beide Klassen gelten. So war es zuletzt im Wesentlichen noch die Wasserversorgung, die auf der einen Seite die CEA-Anforderungen beschrieb (einfache Wasserversorgung, einfache Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit, doppelte Wasserversorgung), auf der anderen Seite standen die alten Anforderungen aus der VdS 2092 (Wasserversorgung 1.–4. Art).

Wesentliches Merkmal der Klasse-1-Anlage war oft der Druckluftwasserbehälter (DLWB), der ab einer Wasserversorgung der 3. Art meist erforderlich war. Dieses sehr zuverlässige Bauteil speichert Wasser und Energie und funktioniert auch noch bei Ausfall von Strom oder eines Behälters. In Zeiten immer größer werdender Wasserbeaufschlagungen und von ESFR-Sprinklern, die 1.500 l/min auswerfen (K480 @ 9 bar Anfangsdruck), reduziert sich die Wirksamkeit dieses Bauteils. In der neuen Ausgabe wurde die Wasserversorgung komplett überarbeitet, und in diesem Zusammenhang ist auch die Einteilung in die Klassen 1 und 2 entfallen. Es wird nun eine einheitliche Klasse beschrieben, die dem sehr hohen Schutzwert der ehemaligen Klasse 1 entspricht. Daher kann auch die Anwendung erfolgen, wenn Auflagen eine Klasse-1-Anlage fordern.

Bei den wenigen Stellen außerhalb der Wasserversorgung, bei denen Zusatzanforderungen für die Klasse 1 bestanden, wurden diese im Einzelfall geprüft und in der Regel als allgemeine Anforderungen übernommen.

Wasserversorgung

Durch die Auflösung der Klasseneinteilung sind die Wasserversorgungen der 1.–4. Art entfallen. Man orientierte sich an der CEA 4001 sowie der DIN EN 12845 und legte nachfolgende Definitionen fest.

Einfache Wasserversorgung

Gemäß Abschnitt 8.6.1 muss eine einfache Wasserversorgung den in den Abschnitten 6 und 8 angegebenen Anforderungen für Druck, Durchflussrate und Betriebszeit genügen.

Im Folgenden sind zulässige einfache Wasserversorgungen aufgeführt:

  • (a) öffentliches Wasserleitungsnetz
  • (b) öffentliches Wasserleitungsnetz mit einer oder mehreren Druckerhöhungspumpe(n)
  • (c) Druckluftwasserbehälter (nur LH- oder OH1-Anlagen)
  • (d) Hochbehälter
  • (e) Behälter mit einer oder mehreren Pumpe(n)
  • (f) natürliche und künstliche Wasserquellen mit einer oder mehreren Pumpe(n)

Im Wesentlichen haben wir hier also die Wasserversorgung der 2. Art mit einem Behälter und einer Pumpe.

Einfache Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit

Einfache Wasserversorgungen mit erhöhter Zuverlässigkeit sind Wasserversorgungen, die aufgrund ihres höheren Grades an Zuverlässigkeit als höherwertig zu betrachten sind. Dazu gehören:

  • (a) Öffentliches Wasserleitungsnetz, das von zwei Seiten eingespeist wird, wobei jede Seite in der Lage ist, den Anforderungen an Druck und Durchflussmenge der Anlage alleine zu genügen; es muss von zwei oder mehreren Wasserquellen gespeist werden und darf an keinem Punkt von einer einzigen Hauptversorgungsleitung abhängig sein. Ist eine Pumpenanlage erforderlich, sind zwei oder mehr Pumpen vorzusehen.
  • (b) Hochbehälter ohne Druckerhöhungspumpen
  • (c) Behälter mit zwei oder mehr Pumpen
  • (d) natürliche und künstliche unerschöpfliche Wasserquellen mit zwei oder mehr Pumpen, bei denen bei Ausfall einer Pumpe noch die notwendige Wasserrate zur Verfügung steht
  • (e) Behälter mit einer Pumpe und einem Druckluftwasserbehälter (nur LH und OH)

Die Kernidee ist, dass hier eine Pumpe ausfallen darf und die Wasserversorgung hierdurch nicht beeinträchtigt wird. Für LH- und OH-Anlagen ist also weiterhin der Einsatz des DLWB möglich. Das ist dann somit die ehemalige Wasserversorgung der 3. Art (siehe Abbildung 3). Ist mehr als eine Pumpe installiert, müssen diese durch voneinander unabhängige Energiequellen versorgt werden.

Doppelte Wasserversorgung

Doppelte Wasserversorgungen bestehen aus mindestens zwei einfachen, voneinander unabhängigen Wasserversorgungen. Die Kernidee ist hier, dass eine Pumpe oder ein Behälter ausfallen darf und die Wasserversorgung dadurch nicht beeinträchtigt wird.

In der Regel werden hier zwei Pumpen mit jeweils einem Behälter zum Einsatz kommen.

50%-Lösungen

Sowohl bei der einfachen Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit als auch bei der doppelten Wasserversorgung müssen nicht Pumpen ausgewählt werden, die 100% der notwendigen Wasserrate liefern können. Unter Berücksichtigung des Ansatzes, dass der Ausfall einer Pumpe keine Auswirkungen haben darf, können auch drei Pumpen mit je 50% der erforderlichen Durchflussrate zum Einsatz kommen.

Bei einer einfachen Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit können alle drei Pumpen das Wasser aus einem gemeinsamen Behälter entnehmen (siehe Abbildung 5). Dabei müssen auch die Energieversorgungen der Pumpen so ausgewählt werden, dass bei Ausfall einer Energiequelle keine Beeinträchtigung entsteht. Dies wird oft in der Art realisiert, dass Pumpe 1 eine Netzeinspeisung hat, Pumpe 2 eine Einspeisung vom Ersatzstromerzeuger und Pumpe 3 einen Doppelschaltschrank mit beiden Einspeisungen besitzt.

Bei der doppelten Wasserversorgung sieht der Einsatz der Behälter etwas anders aus. Hier darf auch der Ausfall eines Behälters keine Auswirkungen haben. Dies ist mit zwei 100%-Wasserbehältern nicht realisierbar, sodass auch hier drei 50%-Behälter zum Einsatz kommen müssen (siehe Abbildung 6).

Für beide Arten der Wasserversorgung sind in der Richtlinie auch Beispiele für den Einsatz von Dieselpumpen vorhanden.

Auswahl der Wasserversorgung

Spannend ist nun die Frage, wann ich welche Wasserversorgung verwenden darf bzw. muss. Bei dieser Frage orientierte man sich an der bestehenden Klasse 1, aber auch der Entwurf der DIN EN 12845-1 wurde berücksichtigt. Das Ergebnis ist eine größen- und risikoabhängige Matrix zur Auswahl der Wasserversorgung (s. Tabelle 1).

Tabelle 1: Zuordnung der Wasserversorgung

  • eWV: einfache Wasserversorgung
  • eWV+: einfache Wasserversorgung mit erhöhter Zuverlässigkeit
  • dWV: doppelte Wasserversorgung

NPSH-Wert
„Net Positive Suction Head“, deutsch: „Mindestzulaufhöhe über Sättigungsdruck“, nach DIN „Haltedruckhöhe“

Bei den Betriebszeiten orientiert man sich an den bisherigen Werten der Klasse-1-Anlage:

  • LH - 30 min
  • OH - 40 min
  • HHP - 60 min
  • HHS1 - 60 min
  • HHS2-4 - 90 min

Die Begründung, warum die Betriebszeiten teilweise geringer sind als in anderen internationalen Regelwerken, ist die hydraulische Berechnung. So wird weiterhin der Wasserbedarf über die günstigste Wirkfläche bestimmt und nicht über die ungünstigste wie in anderen Regelwerken. Tiefgaragen, bei denen nicht ausgeschlossen werden kann, dass dort auch E-Autos abgestellt werden, müssen 60 Minuten Betriebszeit und eine Feuerwehreinspeisung aufweisen.

An die Wasserversorgung eines OH-Risikos dürfen bis zu 500 HH- Sprinkler mit angeschlossen werden. In diesem Fall ist die Wasserversorgung für die Summe aller Sprinkler auszulegen. Ab 200 HH-Sprinklern ist die Energieversorgung gesichert auszuführen.

Pumpen

Durch den Wegfall der Klasseneinteilung konnten hier einige Regelungen vereinfacht werden. Bisher gab es Unterschiede, ob 5⁄6 oder 2⁄3 der Wassermenge eines Behälters oberhalb der Pumpenmitte sein dürfen. Jetzt sind es einheitlich 5⁄6 des Wasserinhaltes, die oberhalb der Pumpenmitte liegen müssen, damit es sich um einen Zulaufbetrieb handelt. Zur Verdeutlichung wurden neue Zeichnungen in das Regelwerk aufgenommen (siehe Abbildung 7).

Auch die Dimensionierung der Saugleitung wurde vereinheitlicht. Die Strömungsgeschwindigkeit darf jetzt einheitlich maximal 2,5 m/s betragen und der Unterdruck darf maximal 0,4 bar erreichen. Diese vermeintliche Reduzierung der Anforderungen ist möglich, weil inzwischen die Bestimmung des NPSH-Wertes verpflichtend erfolgt. Dies ist der relevante Wert, um den zuverlässigen Zulauf zur Sprinklerpumpe zu gewährleisten.

Mehrfachtiefe Regale

Mehrfachtiefe Regale oder auch multiple-row-racks (MRR) werden gerne zur dichten Lagerung von Materialien angewandt. Im Kapitel 11.5.5 waren bisher nur Lösungen bis zu einer Regalbreite von 6,4 m beschrieben. Das Kapitel wurde jetzt um Lösungen für MRR ergänzt. Dabei werden grundsätzlich zwei Arten unterschieden. Es gibt MRR, die nur in einer Richtung Schächte aufweisen. Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn auf Rollenbahnen gelagert wird und die Paletten in Durchschubrichtung aneinanderstoßen. Werden zwischen den Paletten beispielsweise Abstandhalter eingesetzt, bleiben sich ergebende Spalten von max. 5 cm unberücksichtigt. Die Schächte parallel zur Durchschubrichtung müssen – wie im Kapitel 11.5 üblich – eine Mindestbreite von 150 mm aufweisen.

Sind die Schächte in Durchschubrichtung größer als 5 cm, handelt es sich um ein MRR mit Längs- und Querschächten. Nachfolgend wird nur auf die Auslegung von Regalen der Kategorien III und IV eingegangen. Die Kategorien I und II kommen nur selten vor, die Konzepte sind aber in der VdS CEA 4001 beschrieben. Hydraulisch sind die Regale mit 3 x 3 x 3 = 27 Sprinkler zzgl. 260 m2 Deckenschutz zu berechnen.

Mehrreihige Regale mit Schächten in nur einer Richtung

In bekannter 11.5er-Art wird hier jeder sich ergebende Schacht parallel zur Durchschubrichtung geschützt. In dieser Richtung beträgt der horizontale Sprinklerabstand maximal 1,90 m (1,50 m bei K.7). Es ist mindestens jede zweite Sprinklerebene zu schützen, wobei der Abstand der Sprinklerebenen maximal 3,50 m (2,0 m bei K.7) betragen darf (siehe Abbildung 8).

In Beladerichtung vor der ersten und hinter der letzten Palette sind Sprinkler anzuordnen. Die Sprinkler sind über die Ebenen mittig versetzt anzuordnen.

Im Vergleich zu doppeltiefen Regalen, also Regalen mit drei Längsschächten (bei diesen bleiben die bisherigen Konzepte unverändert), sehen die Konzepte nach einer Verschärfung der Anforderungen aus, denn die Erleichterung bei den doppeltiefen Regalen, dass der mittlere Längsschacht nur in jeder zweiten Sprinklerebene geschützt werden muss (sog. Schachtüberwachung), gibt es bei den MRR jetzt nicht. Warum? Hier wird dem finalen Löschen durch die Feuerwehr Rechnung getragen. Wie eingangs beschrieben, muss diese zum Brandherd vordringen und ggf. final löschen. Da dies bei den großen Lagerblöcken der mehrfachtiefen Regalen sehr schwierig sein kann, muss das Ziel sein, das Feuer tatsächlich zu löschen. Hiervon ist bei den nachfolgend beschriebenen Anforderungen auszugehen.

Mehrreihige Regale mit Längs- und Querschächten

Auch bei dieser Anordnung gibt es wenig Überraschungen. Am Kreuzungspunkt jedes Längs- und Querschachtes sind Sprinkler anzuordnen. Der Ebenenabstand beträgt maximal 3,5 m (2,0 m bei K.7), aber höchstens zwei Ebenen. Von jeder Seite gesehen sind vor der ersten und hinter der letzten Palette Sprinkler anzuordnen.

Sonstiges

Es wurden noch viele weitere Änderungen in der neuen Version vorgenommen. Beispielsweise wurden die Kapitel für die elektrische Alarmierung (14) und die Überwachung (19) überarbeitet. Die Anforderungen für die elektrische Alarmierung anstelle der klassischen wasserbetriebenen Alarmglocke sind an die Begrifflichkeiten der BMA-Welt angepasst worden und es wurde ein Schaubild für die Ansteuerung der akustischen Signalgeber durch eine Überwachungszentrale mit Ringbustechnik ergänzt.

Durch die Klassenauflösung konnten die Testeinrichtungen für Strömungsmelder vereinfacht werden. Zukünftig gibt es hier drei gleichwertige Möglichkeiten:

  • Prüfeinrichtung mit einer K30-Düse hinter dem Strömungsmelder
  • Testmöglichkeit über einen Testsprinkler nach 13.5.2
  • Einbau einer anerkannten Prüfeinrichtung (z. B. ZoneCheck, FlowGuard …) (Anerkennungspflicht im Anhang I klargestellt)

Im Kapitel 15 gibt es für die freiverlegten Rohre nur noch eine Tabelle mit der Angabe der Mindestwandstärken (s. Tabelle 2). Auch in den Anhängen hat sich einiges getan. Im Anhang L (ESFR) wurden alle Tabellen aktualisiert. Referenz sind hier die Regelungen der NFPA 13. Es wird weiterhin der konservative Ansatz verfolgt und zwölf Sprinkler in der hydraulischen Berechnung werden berücksichtigt.

Die Anhänge B und C für die Einstufung von Lagermaterialien wurden überarbeitet und aktualisiert. Es wurde versucht, die Anhänge besser verständlich/lesbar zu gestalten. Neuerungen sind die Regelungen zu Kunststoffpaletten. So wird bei der Einstufung nach Anhang C grundsätzlich von Holzpaletten ausgegangen. Kommen bei Materialien der Kategorie I bis III Kunststoffpaletten zum Einsatz, so ist die Kategorie um eine höher einzustufen. Diese Regelung ist übrigens in Übereinstimmung mit der prEn 12845-1. Bei Mischlagerungen in Warenverteilzentren, Speditionen etc. ist zukünftig generell mindestens von einer Einstufung nach HHS 4 auszugehen. Eine geringere Einstufung ist explizit nachzuweisen.

Ansonsten wurden noch normative Verweise aktualisiert, (Tipp-)Fehler korrigiert und Passagen konkretisiert, zu denen es immer wieder Rückfragen oder Diskussionen gab.

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