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Am Wichtigsten ist der Löschschaum

Der Einsatz von Löschschaum gilt als kompliziertes Löschverfahren, wobei Flüssigkeitsbrände nur etwa ein Fünftel aller Brände ausmachen. Dann jedoch sind sie besonders gefährlich. Daher ist der richtige Einsatz von Schaum zum Löschen von entscheidender Bedeutung, und Schaum ist das wichtigste Werkzeug der Feuerwehr bei Bränden der Klasse B. Stuart Phythian ist Branchenmanager für den Öl- und Gas-Sektor bei FireDos, deren Motto bei der Herstellung von präzisen Schaumzumischsystemen und Löschmonitoren "Proportioning in Excellence" lautet: Unabhängig von Volumenstrom oder Druck wird das Schaummittel präzise dosiert. Dieser Artikel gibt einen genaueren Einblick in die Funktionsweise, die für eine genaue Zumischung erforderliche Technologie und die neuesten Entwicklungen bei Schaumlöschgeräten.

Die Verwendung von Löschschaum impliziert, dass dieser gemäß den vom Hersteller und den Aufsichtsbehörden (NFPA 11, BS EN13565, FM global, ICAO, UL162, IMO, MIL-F-24385) empfohlenen Zumischraten dosiert, zugemischt oder ausgebracht wird. Ein weit verbreiteter Irrtum besteht darin, die Zumischrate erhöhen zu wollen, weil eine dickere Mischung das Feuer schneller löschen würde. 

Löschschaum wirkt in folgenden Anwendungsfällen: 

  1. Er bildet eine Decke, die den Brand erstickt und verhindert, dass Sauerstoff das Feuer weiter anfacht.
  2. Abtrennung entflammbarer Dämpfe, die an der Oberfläche der brennenden Substanz freigesetzt werden.
  3. Trennung der Flammen von der brennenden Substanz.
  4. Kühlung der Oberfläche der brennenden Substanz und angrenzender Bereiche wie z. B. benachbarter Öltanks.

Klasse-A-Leichtschaum als Waldbrand-Barriere

Die Gerätehersteller haben erfolgreich Schaumzumischsysteme automatisiert, um die Feuerwehren davon zu entlasten, sich die Ansaug- und Ausbringungsmengen sowie die erforderlichen Schaummittelmengen selbst ausrechnen müssen. Dies birgt jedoch den Nachteil, dass die Systeme versehentlich falsch eingesetzt werden können, wodurch die Schaumlösung manchmal unwirksam wird, z. B. durch das zyklische Ein- und Ausschalten von Handschläuchen mit elektronisch gesteuerten Zumischsystemen, wodurch die Schaumqualität schwer zu erreichen ist.

Viele neue und auch bereits vorhandene Schaummittel weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, sie sind z. B. hochviskos, strukturviskos und nicht-newtonsch, mit unterschiedlichen Viskositäten bei verschiedenen Temperaturen, und scherverdünnend, da die Viskosität des Schaums abnimmt, je mehr er bewegt bzw. verrührt wird. Weitere Überlegungen betreffen das Mitreißen von Luft und die Bildung von Ablagerungen sowie die Einführung umweltfreundlicher, fluorfreier Schaummittel, die als synthetische fluorfreie Schaummittel (Synthetic Fluorine Free Foams – SFFF) bezeichnet werden. Art und Auswahl des Schaummittels sollten sich natürlich in der Auswahl der Schaumzumischtechnik niederschlagen, da der Volumenstrombereich, der Anlagendruck und das mechanische Zumischverfahren die Schaumqualität beeinflussen.

Zumischraten und ihre Bedeutung

Die Zumischraten für Schaummittel bei Bränden der Klasse B liegen üblicherweise im Bereich von 1 % bis 6 %. In den letzten Jahren ist jedoch eine stetige Verschiebung von 6 % (unter Verwendung von Fluorprotein-Schaummitteln (FP)) hin zu 3 % (alkoholbeständige wässrige filmbildende Schaummittel (Alcohol Resistant, Aqueous Film Forming Foams – AR-AFFF/AFFF)) zu beobachten, wobei teilweise auch mit 1 % gearbeitet wird.

Viele der aktuell verwendeten Schaummittel sind bekanntermaßen gesundheits- und umweltschädlich. Deshalb werden die neueren Ersatzstoffe, SFFF, im Allgemeinen noch mit 3 % zugemischt, bis die Schaummitteltechnologie dahingehend weiterentwickelt wurde, dass die erforderliche Zumischrate abermals reduziert werden kann. Die Debatte über PFAS (per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) und die Entwicklung geeigneter, geprüfter und biologisch abbaubarer Löschschäume ist noch nicht abgeschlossen. Sie hat jedoch wichtige Auswirkungen auf den Einsatz von Schaummitteln in vorhandenen sowie neuen Geräten.

Genauigkeit

Der Zweck einer bestimmten Zumischrate und der Grund, weshalb die Regulierungsbehörden auf strengen nominalen Zumischraten von 3 % oder mindestens 3,0 %, höchstens jedoch 3,9 %, sowie einer Toleranz von -0 % bis +30 % oder 1 % über der Nennkonzentration (je nachdem, welcher Wert niedriger ist) bestehen, liegen im Erhalt der Wirksamkeit des Schaummittels.

Bei niedrigeren Zumischraten sind möglicherweise nicht genügend aktive Schaumbestandteile zum Löschen vorhanden, und die ausgebrachte Schaumlösung kann keine wirksame Decke bilden, um einen Brand zu löschen und zudem ein Wiederaufflammen zu verhindern. Ist die Zumischrate zu hoch, ist der Schaumteppich zu dick und kann sich nicht schnell genug über die Oberfläche einer Flüssigkeit ausbreiten, um zu löschen. Bei einigen Schaummittelkonzentraten kann der Schaum außerdem zu dick sein, um sich effektiv aufzulösen.

Zu starke Zumischung führt in diesem Test dazu, dass die Schaumlösung nicht fließfähig genug ist, um den Ringspalt des Tanks effektiv abzudichten (mit freundlicher Genehmigung von LASTFIRE)
 

Luft in einem hochviskosen Schaummittel

Löschzeit

Für den Endverbraucher bzw. die Feuerwehr besteht der offensichtlichste Vorteil einer niedrigeren Zumischrate darin, dass der verfügbare Schaummittelvorrat länger reicht.

Bei einer Zumischrate von 1 % reicht der Schaummittelvorrat dreimal länger als bei 3 % Zumischung, und sogar sechsmal länger als bei 6 % bei einem bestimmten Löschwasserstrom. Ein Löschfahrzeug mit 8000 Litern Wasser und 2000 Litern Schaummittel entspricht somit beispielsweise 16 Minuten 3 %-iger Schaumlösung bei einem Löschwasserstrom von 4000 l/min, vorausgesetzt, es ist eine Wasserreserve bzw. ein Hydrant vorhanden (andernfalls sind es zwei Minuten). Bei einer Zumischrate von 1 % Schaumlösung sind dies entsprechend 48 Minuten.

Bei der Zumischung des Schaummittels kann es auch zu Lufteinschlüssen kommen, da das Luftvolumen bei einem Anlagendruck von 10 bar zehnmal kleiner ist als bei atmosphärischem Druck. Was bedeutet das in der Praxis? Ein Schaummittel enthält 5 % Luft, die in der hochviskosen Flüssigkeit eingeschlossen ist. Wenn das Schaummittelkonzentrat bei einem Anlagendruck von 10 bar zugemischt wird, enthält die Schaumlösung 0,15 % Luft unter Druck. Wenn sich diese bei Erreichen des atmosphärischen Drucks ausdehnt, dehnt sich die Luft um denselben Faktor aus, unter dem sie stand, d. h. 10 bar, also zehnmal. Diese 5 % Luft im Schaummittel, die 0,15 % der Schaumlösung ausmachten, dehnen sich nun um das Zehnfache auf 1,5 % der Schaumlösung aus. Dies ergibt eine Zumischrate unterhalb des Optimums, da 1,5 % der Lösung aus Luft anstatt aus Schaum bestehen.

Das Pumpen von Schaum mit Lufteinschlüssen ist aufgrund mehrerer Faktoren (Pumpendrehzahl, Vakuumfüllung, Wärmeleitfähigkeit, Dampfdrücke) komplexer als im Beispiel. Im Schaum eingeschlossene Luft heißt, dass das System unterdosiert ist, was eine entsprechende Verringerung der Zumischrate zur Folge hat. Dies führt zu Zumischraten unterhalb des akzeptablen Bereichs: Im Schaummittel besteht ein höheres Luftvolumen, wodurch ein Schaumtest nicht bestanden werden kann.

Viele dieser Probleme sind vermeintlich neu. Die Geschichte zeigt allerdings, dass damit schon die Hersteller von Schaummittelkonzentraten und Ausrüstung sowie die Endverbraucher konfrontiert waren, als bei der weit verbreiteten Einführung von wässrigen filmbildenden Schaummitteln (AFFF) in den 1970er und 1980er Jahren zahlreiche neue Formeln auf den Markt kamen.

Die Kurven zeigen den Unterschied zwischen der von FireDos eingesetzten FM-zugelassenen Plungerpumpe im Vergleich zu Zahnradpumpen

Technische Überlegungen

Verschiedene Zumischverfahren haben auch unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Zumischrate. Darüber hinaus beeinflusst teils auch die Art des Schaummittels ihre Funktionsweise.

Zumischung mit Blasentank und Venturi-Prinzip

Ein Blasentank wird durch den Druck des Löschwassers auf eine Blase leergepumpt, das Schaummittel in die Rohrleitung und schließlich zum Venturi-Zumischer vor der Auswurfvorrichtung (Schaumtopf, Monitor, Sprinkler) gepresst. Das System ist für eine konstante Viskosität ausgelegt. Der Volumenstrombereich verringert sich, wenn die gepumpte Flüssigkeit eine höhere Viskosität aufweist. Außerdem erhöht sich der Druckverlust durch den Aufwand, der erforderlich ist, um das Schaummittel in den Wasserstrom zu leiten oder anzusaugen. Diese Tatsache gilt für jedes System, das eine Zumischung mit Hilfe eines Strahlreglers, eines Gleichdruckzumischers oder eines Weitbereichszumischers umfasst.

Zahnradpumpen für das Schaummittel

Gleichdruckzumischer beruhen auf dem Prinzip des Venturi-Zumischers mit einem unter Druck stehenden Schaummittelstrom durch eine Zahnradpumpe, die einen externen Antrieb (Elektro-, Diesel- oder Wassermotor) benötigt. Bei unterschiedlichen Volumenströmen für verschiedene Brandszenarien und niedrigen Viskositäten haben Zahnradpumpen jedoch einen schlechten Wirkungsgrad, was sich in ungleichmäßigen Zumischraten äußert.

Wassermotorbetriebene Zumischpumpen mit variablem Volumenstrom

Das Modell von FireDos in der jüngsten Generation III wurde nach vielen Jahren praktischer Erfahrung und mittels strömungsmechanischer Verfahren entwickelt, um den Pumpenkopf für hochviskose Schaummittel zu optimieren. Die tradierte Sichtweise, dass Kolbenpumpen für niedrige Viskosität und Zahnradpumpen für hohe Viskosität geeignet seien, wird durch diese neueste Innovation von FireDos revolutioniert. Für eine genaue Zumischung sind hocheffiziente Pumpen erforderlich. Deren Anforderungen können Zahnradpumpen aufgrund ihrer Anfälligkeit bei variierenden Anlagendrücken, Volumenstrombereichen und unterschiedlichen Viskositäten nicht erfüllen. Der Volumenstrombereich weist ein Verhältnis von 1:15 auf (ein FD8000 mit 3 % Zumischrate hat einen FM-zugelassenen Volumenstrombereich von 520 bis 8000 l/min). Eine vergleichbare Zahnradpumpe würde einen zwei- oder dreifachen Volumenstrombereich aufweisen. Beleg dafür ist die Zulassung durch die weltweit führende Brandschutzbehörde, FM Approvals. Diese Zulassungen wurden unter standardisierten Zulassungsbedingungen mit wassermotorbetriebenen Schaummittelzumischern speziell für solche Zumischsysteme, die Schaummittel mit unterschiedlicher Viskosität fördern können, entwickelt.

Die neue Bauweise der Pumpe bietet neben vielen weiteren auch diese Vorteile:

  • Geringer Druckverlust bei bestimmten Anlagendrücken. Für den Planer eines Brandschutzsystems bietet dies den Vorteil, dass sich das Zumischsystem nur sehr gering auf die Auswurfmengen auswirkt.
  • Ein Mindestvolumenstrom zum Erreichen der Zumischrate.
  • Nur eine geringe Ansaughöhe erforderlich (im Gegensatz zu herkömmlichen gängigen Kolbenpumpen).

Die FM-Tests umfassen auch viele Worst-Case-Szenarien, um realistische Anwendungsfälle zu simulieren, zum Beispiel:

  • Prüfpunkte über den gesamten Arbeitsbereich zur Prüfung viskoser Flüssigkeiten, nicht nur ein einzelner Punkt auf einer dynamischen Viskositätskurve. 
  • Überlasttests für Druck, Volumenstrom und Trockenlauf. 
  • Werkstoffeignungstests, vor allem für salzige Umgebungen.

Testen der Zumischrate

Da Schaummittel immer komplexer werden, insbesondere bei SFFF, steigen ebenfalls die Kosten. NFPA wie auch FM empfiehlt eine jährliche Prüfung der Zumischrate. FireDos gewährleistet dies durch Messung des Volumenstroms in der Rückführleitung zum Schaummitteltank sowie durch den Wassermotor, um damit dann die genaue Zumischrate zu berechnen.

Testen der Zumischrate

Fernüberwachung 

Die Überwachung von Brandschutzanlagen im Prüf- und Bereitschaftsmodus ermöglicht den Erhalt von sofortigen Rückmeldungen, ohne dass Brandschutzfachkräfte an einem abgelegenen Ort persönlich benötigt werden. Ein System, das vor Ort bedient werden kann, während die Anweisungen aus der Ferne übermittelt werden, liefert sofortige Rückmeldungen und erstellt elektronische Wartungsprotokolle. Darüber hinaus werden verschiedene Daten wie Volumenstrom, Zumischrate, Ölfüllstand und Temperatur erfasst, wodurch sichergestellt wird, dass sich das Zumischsystem auch während der Wartung jederzeit in betriebsbereitem Zustand befindet.

Eine folgerichtige Weiterentwicklung der Fernmessung ist die Möglichkeit, ohne anwesendes Personal Tests durchzuführen. Da das FireDos-Zumischsystem keine Fremdenergie benötigt, brauchen dank installierter Stellantriebe am Wassermotor keine zusätzlichen Geräte wie z. B. Feuerlöschpumpen anzulaufen. Diese zusätzlichen Stellantriebe werden am Zweiwege-Kugelhahn “Zumischen/Rückführen” montiert. Die so gewonnenen Daten können über ein Remote-Terminal verwaltet und eingesehen oder in das computergestützte Wartungsmanagementsystem des Endbenutzers integriert werden.

Screenshot eines Fernüberwachungs-HMI

ein ideales System

Da Brandschutzanlagen oft gesetzlich vorgeschrieben sind, werden die Kosten als Aufwand betrachtet. Ein System mit sehr wenigen Komponenten bedeutet, dass die Investitionskosten innerhalb einer gesamten Brandschutzanlage weniger hoch sind als bei vielen Systemen, für die eine Redundanz eingeplant werden muss (elektromotorbetriebene Schaummittelpumpen und zusätzliche Dieselmotoren).

Die Ausgaben für jährliche Schaumtests gehören zu den höchsten laufenden Kosten. Wenn es jedoch ein Zumischsystem gibt, bei dem die Schaumzumischung getestet werden kann und das Schaummittel ohne Abgabe in die Umwelt wieder in den Schaummitteltank zurückgeführt wird, heißt dies, dass es sich im Vergleich zu einem zunächst günstigeren System, das den Schaum jedoch ausbringen muss, meist innerhalb von zwei Jahren amortisiert.

Was bedeutet das in der Praxis: Damit bei einem geforderten präzisen Schaumzumischsystem, das für nahezu jedes Schaummittel geeignet ist, gar nicht erst Zweifel aufkommen, sind die Schaumlöschanlagen der Zukunft, unabhängig baumustergeprüft und mit den notwendigen Zulassungen ausgestattet, ab sofort verfügbar: GENIII von FireDos.

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