Bei einem Brand reagieren verschiedenste Materialien mit Sauerstoff. Ist Letzterer nicht in ausreichendem Maße vorhanden, erstickt das Feuer oder es bilden sich erst gar keine Flammen aus. Sauerstoffreduzieranlagen machen sich diesen Umstand zunutze. Sie senken den Sauerstoffgehalt in einem Raum oder Bereich ab und tragen so zur aktiven Brandvermeidung bei. Interessant ist das vor allem für IT-Anlagen wie Serverzentren. Warum die Sauerstoffreduzierung gerade dort zum Einsatz kommt und wie die Technik funktioniert, erklären wir in den folgenden Abschnitten.
Die Themen im Überblick
Sauerstoffreduzieranlagen verhindern die Entstehung von Bränden
Stülpen Sie ein Glas über eine brennende Kerze, erlischt diese nach sehr kurzer Zeit. Denn das Feuer verbraucht den Sauerstoff, der nun nicht mehr nachströmen kann. Sinkt die Sauerstoffkonzentration unter dem Glas weit ab, kommt die sogenannte Oxidation zum Erliegen.
Das gleiche Prinzip nutzen Anlagen zur Sauerstoffreduktion, die jedoch etwas früher einsetzen. Sie senken den Sauerstoffgehalt in einem Raum häufig schon vor einem Brand herab und verhindern, dass es überhaupt zur gefährlichen Oxidation brennbarer Stoffe kommen kann. Möglich ist das zum Beispiel durch das Zuführen des Inertgases Stickstoff. Es verdrängt den Sauerstoff und verhindert eine Verbrennungsreaktion.
Für Personen stellt die Sauerstoffreduzieranlage keine Gefahr dar. Denn sie senkt den Sauerstoffgehalt abhängig von den Brandlasten vor Ort auf etwa 13 bis 15 Prozent. Das ist vergleichbar mit der Zusammensetzung der Atemluft auf einem 3.000 bis 4.500 Meter hohen Berg. Schwere Arbeiten sollten vor allem untrainierte Menschen in dieser Atmosphäre jedoch nicht verrichten.
Vorteile und Einsatzbereiche der Anlagen zur Brandvermeidung
Indem die Anlagen einem Raum den Sauerstoff entziehen, verhindern sie Brände von vornherein. Andere Brandschutzanlagen sind nicht erforderlich und sensible Geräte oder Waren nehmen beim Auslösen dieser keinen Schaden. Die wichtigsten Vorteile einer Sauerstoffreduzieranlage im Überblick:
- Brände entstehen nicht, da die Anlagen dem Raum Sauerstoff entziehen
- Rauchgasentwicklung und dadurch entstandene Schäden bleiben aus
- Löschanlagen sind nicht nötig und Anlagen oder Waren bleiben trocken
- durch Sauerstoffreduzieranlagen geschützte Bereiche bleiben nutzbar
- Gefahren für die menschliche Gesundheit entstehen in der Regel nicht
Der mit Abstand größte Vorteil liegt in der präventiven Brandvermeidung durch Anlagen zur Sauerstoffreduzierung. Diese macht andere Schutzsysteme überflüssig und begünstigt den Einsatz der Technik in verschiedenen Bereichen. Welche das sind, zeigt die folgende Tabelle im Überblick.
| Einsatz der Sauerstoffreduzierung | Beschreibung |
|---|---|
| Serverraum und andere IT-Bereiche | In Informations- und Kommunikationsanlagen finden sich zahlreiche elektrische Geräte auf kleinstem Raum. Die Brandlast ist hoch und die Folgen eines Feuers sind meist schwerwiegend. So geht ein Unfall in der IT häufig mit Datenverlusten einher. Gleichzeitig verursacht Wasser als aktives Löschmittel eines Brandes teilweise irreparable Schäden an der sensiblen Technik. All das sind Gründe, aus denen in IT-Bereichen und Serverräumen der Brandschutz durch Sauerstoffreduzierung eine große Rolle spielt. |
| Gefahrstofflager und Hochregallager | Wo viele gefährliche Stoffe und brennbare Waren lagern, besteht eine hohe Brandlast. Bereits kleinste Feuer könnten sich schnell ausbreiten und hohe Warenwerte zerstören. Passiert Letzteres nicht durch das Feuer, sind es konventionelle Löschanlagen, die Waren unbrauchbar machen. Ein Grund, aus dem Sauerstoffreduzieranlagen in den ohnehin nur wenig betretenen Bereichen besonders interessant sind. |
| Tiefkühlhäuser und Kühllagerhäuser | Durch trockene Luft und brennbare Dämmstoffe breiten sich Feuer in Kühl- und Tiefkühlhäusern schnell aus. Indem Anlagen zur Brandvermeidung Sauerstoff entziehen, beugen sie dem vor. Günstig ist die Technik dabei vor allem, da Tiefkühlhäuser und Kühllagerhäuser ohnehin sehr dicht gebaut sind, wodurch nur wenig sauerstoffreiche Luft von außen eindringt. |
| Museen, Archive und Tresoranlagen | Museen, Archive und Tresore lagern Gegenstände von unschätzbarem Wert, die unter keinen Umständen zu Schaden kommen dürfen. Eine Sauerstoffreduzieranlage stellt das sicher. Denn sie schließt Schäden durch Feuer, Rauch und Löschwasser/Schaum zuverlässig aus und trägt so zum Erhalt wertvoller Güter bei. |
Brandschutzanlagen zur Sauerstoffreduktion eignen sich vor allem für Bereiche mit geringem Personenverkehr. Sie vermeiden das Ausbrechen von Bränden und schützen Anlagen sowie Waren vor Feuer, Rauch und Löschwasser oder -schaum.
Die Funktionsweise der Sauerstoffreduzierung verständlich erklärt
Um einem schützenswerten Bereich Sauerstoff entziehen zu können, kommt meist Stickstoff zum Einsatz. Das inerte Gas ist nicht gefährlich und ohnehin zu etwa 78 Prozent in der Luft vorhanden. Bringen Sauerstoffreduzieranlagen Stickstoff ein, verdrängt dieser einen Teil der sauerstoffreichen Luft und die O2-Konzentration sinkt auf das erforderliche Maß. Sensoren überwachen Letzteres, sodass die Anlagen bedarfsgerecht arbeiten und nicht mehr als nötig verbrauchen.
Verschiedene Arten der Stickstoffgewinnung für die Brandvermeidung
Sauerstoffreduzieranlagen gewinnen Stickstoff auf unterschiedliche Arten aus der Luft. Dazu gehören Membran-, Aktivkohle- und Brennstoffzellenanlagen. Die folgende Übersicht zeigt, worin die Unterschiede liegen.
Membrantechnik: Setzt ein Stickstoffgenerator auf die Membrantechnik, besteht er aus mehreren Bündeln mit Polymerfasern. Werden diese von der Umgebungsluft durchströmt, diffundieren Sauerstoff und andere Restgase relativ schnell über die Wandungen nach außen. Stickstoff verbleibt hingegen länger in der Membran und strömt am Ende des Bündels konzentriert heraus. Besonders gut funktioniert das bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten und hohen Druckunterschieden an der Membran.
Aktivkohle: Stickstoffgeneratoren mit Aktivkohle bestehen im Kern aus einem Molekularsieb. Dieses beinhaltet Aktivkohlepellets, die über eine sehr poröse Oberfläche verfügen. Strömt Luft unter Druck hindurch, setzt sich vor allem der Sauerstoff in diesen Poren fest. Der Luftstrom reichert sich dabei mit Stickstoff an und kann zur Brandvermeidung genutzt werden. Ist die Kohle gesättigt, folgt eine Phase der Regenerierung. Hier sinkt der Druck rasch auf Umgebungsdruck (PSA) oder darunter (VPSA) ab. Der Sauerstoff löst sich von den Kohlepellets und strömt nach außen ab.
Brennstoffzelle: Eine Brennstoffzelle lässt Wasser- und Sauerstoff aus der Luft miteinander reagieren, um Strom und Wärme zu gewinnen. Möglich ist das durch einen speziellen Aufbau der einzelnen Zellen. Wichtig für die Brandvermeidung ist, dass die Brennstoffzelle der Raumluft Sauerstoff entzieht, sodass „Abgase“ mit höherem Stickstoffgehalt ausströmen.
Welche Lösung Sauerstoffreduzieranlagen nutzen, hängt vom Einsatzgebiet ab. Während Brennstoffzellen insgesamt eher eine untergeordnete Rolle spielen, eignen sich Stickstoffgeneratoren mit Aktivkohle für große Bereiche, in denen eine hohe Leistung nötig ist. Kommt es stattdessen auf einen kontinuierlichen Volumenstrom an, spielt die Membrantechnik ihre Vorteile aus.
Kontinuierlich oder bedarfsgerecht Sauerstoff reduzieren: Unterschiede
Geht es um die Funktion der Sauerstoffreduzierung zur Brandvermeidung, unterscheiden Fachleute verschiedene Fahrweisen. So gibt es grundsätzlich einen permanenten und einen bedarfsgerechten Betrieb. Die folgende Tabelle zeigt, was das bedeutet.
| Betrieb der Sauerstoffreduzierung | Beschreibung |
|---|---|
| Permanente Betriebsweise | Bei dem permanenten Betrieb reduzieren Anlagen den Sauerstoffgehalt dauerhaft, um eine maximale Schutzwirkung zu erreichen. Günstig ist das vor allem in Einsatzgebieten, in denen keine oder kaum Bewegung stattfindet. Nutzen Menschen diese am Tage, lässt sich auch ein zweistufiger Permanentbetrieb realisieren. Dabei stellen Sauerstoffreduzieranlagen während der Betriebszeiten eine mittlere Sauerstoffkonzentration sicher, um das Ausbrechen von Bränden zu verhindern. Am Abend und in der Nacht reduzieren sie dann mehr Sauerstoff, was den Brandschutz zu Nichtnutzungszeiten wesentlich erhöht. |
| Bedarfsgerechte Betriebsweise | Entscheiden Sie sich für eine bedarfsgerechte Sauerstoffreduzierung, sind die Anlagen mit Sensoren für Rauchgase (bei einem Brand entstehende Gase) ausgestattet. Sobald diese auftreten, senkt die Sauerstoffreduzieranlage den Sauerstoffgehalt ab. Damit das ohne Verzögerung funktioniert, gibt es ein Stickstoffreservoir (Tank oder Flaschengas). Nach der ersten Reaktion lässt sich mehr Sauerstoff reduzieren oder die erreichte Konzentration für eine vorher festgelegte Zeit halten. |
Der bedarfsgerechte Betrieb geht mit Energieeinsparungen einher. Er verhindert das Ausbrechen eines Brandes nicht gänzlich, stellt für arbeitende Personen aber auch keine Beeinträchtigung dar. Anders der Permanentbetrieb: Arbeitet die Sauerstoffreduzierung durchgängig (zumindest auf einem geringen Niveau), ist die Brandvermeidung deutlich effektiver. Beim Betreten der Bereiche sind Personen dann jedoch der speziellen Atmosphäre ausgesetzt.
Unser Tipp:
Auf welche Art Sie Sauerstoff reduzieren, hängt von den individuellen Gegebenheiten ab. Ein Fachplaner für Brandschutz nimmt diese auf und hilft dabei, ein passendes Konzept aufzustellen.
Wichtige Bestandteile einer Sauerstoffreduzieranlage im Überblick
Verschiedene Komponenten stellen sicher, dass die Sauerstoffreduzierung zuverlässig funktioniert. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten und informiert über Aufgaben und Funktionsweisen.
| Bestandteile der Sauerstoffreduzieranlage | Aufgabe und Funktion |
|---|---|
| Drucklufterzeuger | Kompressoren, die passend zum benötigten Stickstoffvolumen ausgelegt sind, sorgen hier permanent oder bedarfsgerecht für einen Druckluftstrom. Dieser ist nötig, um einen Stickstofferzeuger betreiben zu können. |
| Luftfilter | Da Sauerstoffreduzieranlagen Stickstoff aus der Umgebungsluft gewinnen, muss diese frei von festen Bestandteilen und Schmutzpartikeln sein. Ein Filter stellt das sicher, indem er Öle sowie Partikel ab einer bestimmten Größe nicht hindurchlässt. Der Filter sitzt in der Regel hinter dem Drucklufterzeuger, um auch von diesem abgegebene Schadstoffe aufzunehmen. |
| Stickstofferzeuger | Im Stickstoffgenerator geht es darum, der Druckluft Sauerstoff zu entziehen. Möglich ist das zum einen mit Membranen, zum anderen aber auch mit einem Kohlenstoff-Molekularsieb. Welche Technik zum Einsatz kommt, hängt dabei von der jeweiligen Anwendung ab. |
| Stickstoffreservoir | Hier befindet sich Stickstoff in einem Tank oder in Flaschen, um den Sauerstoffgehalt im Ernstfall schnell reduzieren zu können. Bei Anlagen im Permanentbetrieb ist das Reservoir in aller Regel nicht erforderlich. |
| Sauerstoffsensoren | Ob permanent oder bedarfsgerecht: In jedem Fall ist es wichtig, den nötigen Sauerstoffgehalt auch zu erreichen. Sensoren überprüfen dazu den Zustand der Luft am schützenswerten Bereich und leiten die Informationen zur Steuer-/Regelzentrale weiter. |
| Steuerung/Regelung | Die Steuer- und Regelzentrale organisiert die Sauerstoffreduzierung. Sie greift die Daten der Sensoren auf und gleicht Ist- mit Sollwerten ab. Besteht hier eine Differenz, lässt die Regelung mehr oder weniger Stickstoff in den betroffenen Bereich einströmen, um diese auszugleichen. |
| Branderkennung | Anlagen zur Branderkennung messen die Luftzusammensetzung am Einsatzort. Stellen sie Rauchgase fest, geben sie ein Signal und die Löschanlage nimmt ihren Betrieb auf. Bei mehrstufigen Sauerstoffreduzieranlagen sind dabei häufig Brandmelder zur Frühsterkennung nötig. Diese saugen kontinuierlich Luft aus ihrer Umgebung, um sie zu untersuchen. Dabei stellen sie selbst kleinste Rauchgasbestandteile fest. |
Neben den hier vorgestellten Anlagenteilen gibt es auch Armaturen und Leitungen, die Stickstoff in den Raum einleiten. Bei der Auslegung kommt es dabei auch hier auf eine bedarfsgerechte Planung auf Basis des individuell benötigten Stickstoffbedarfs an.
Maßnahmen zum Schutz der Gesundheit und der Anlagentechnik
Die sauerstoffreduzierte Atmosphäre stellt grundsätzlich keine Gesundheitsgefahr dar. Sie kann für kurze Zeit betreten werden, ohne Folgen befürchten zu müssen. Um das sicherzustellen, darf die Sauerstoffkonzentration jedoch nicht zu weit abrutschen. Die Technik muss unter allen Umständen zuverlässig funktionieren und Personen mit relevanten Vorerkrankungen sind vom Zutritt auszuschließen. Im Folgenden stellen wir die wichtigsten baulichen und organisatorischen Schutzmaßnahmen für den Betrieb einer Sauerstoffreduzieranlage vor.
Risikoklassen: Sauerstoffgehalt und Vorgaben für den Zutritt durch Personen
Abhängig von der Konzentration an Sauerstoff in der Atmosphäre lassen sich verschiedene Risikoklassen definieren. Geht es um das Betreten von Räumen, die einer dieser Klassen zuordenbar sind, müssen vor allem Arbeitgeber einiges beachten, wie die folgende Tabelle zeigt.
| Risikoklasse | Sauerstoffgehalt | Vorkehrungen |
|---|---|---|
| 0 | ≥ 17 Vol.-% | allgemeine Unterweisung der Beschäftigten |
| 1 | 14,8 bis 17 Vol.-% | allgemeine Unterweisung; Angebot einer ärztlichen Untersuchung; kein Zutritt bei schweren Vorerkrankungen, die schon bei geringer Anstrengung (eine Etage Treppen steigen) Kurzatmigkeit verursachen; nach 4 Stunden Aufenthalt ist eine Pause von 30 Minuten außerhalb des sauerstoffreduzierten Bereiches einzulegen |
| 2 | 13,0 bis 14,8 Vol.-% | allgemeine Unterweisung; Abschätzung der Belastbarkeit bei schwerer Tätigkeit; regelmäßige ärztliche Untersuchung (alle drei Jahre, ab 40. Lebensjahr jährlich); nach 2 Stunden Aufenthalt ist eine Pause von mindestens 30 Minuten außerhalb des sauerstoffreduzierten Bereiches einzulegen |
| 3 | < 13,0 Vol.-% | Zutritt ohne spezifische Zusatzmaßnahmen untersagt |
Kommt es bei dem Aufenthalt in einem Raum der Risikoklasse 1 zu gesundheitlichen Einschränkungen, ist dieser sofort zu verlassen. Die Symptome sollten nach 30 Minuten folgenlos abgeklungen sein. Ist das nicht der Fall, empfehlen Experten, einen Arzt zu konsultieren. Das ist auch dann der Fall, wenn Beschwerden in einem Raum der Risikoklasse 2 auftreten, bevor Betroffene diesen erneut betreten.
Bauliche Maßnahmen zum Schutz vor Folgen der Sauerstoffreduzierung
Unabhängig von der Risikoklasse sind auch bauliche Maßnahmen zu treffen. Diese schützen vor Fehlfunktionen und warnen Personen, wenn Anlagen einem Raum Sauerstoff entziehen. Welche das sind, zeigt der folgende Überblick:
- Hinweisschilder an allen Eingängen weisen auf die Sauerstoffreduzieranlage hin
- Alarmanlagen warnen bei zu geringer Sauerstoffkonzentration (Ton und Blinklicht)
- Alarmabschaltung ist nur erlaubt, wenn Unbefugte garantiert keinen Zutritt haben
- Fehler am Mess- und Steuersystem müssen rechtzeitig zu erkennen sein
- Notabschalten der Anlage und Abdrehen der Stickstoffzufuhr aus sicherem Raum
- Sauerstoffreduzierung darf sich nicht auf andere Räume/Bereiche ausbreiten
- Kommunikationsmöglichkeit nach draußen muss vorgesehen sein (Ruf, Funk etc.)
Wichtig ist zudem, dass es in dem Bereich, in dem die Sauerstoffreduzierung aktiv ist, eine gleichmäßige Atmosphäre gibt. Verteilt sich Stickstoff ungleichmäßig, könnten lokal sehr niedrige Sauerstoffkonzentrationen schwere Schäden nach sich ziehen.
Organisatorische Schutzmaßnahmen für eine Sauerstoffreduzieranlage
Organisatorisch kommt es vor allem auf ein entsprechendes Unterweisungs- und Zutrittskonzept an. Das heißt: Nur wer geeignet ist und unterwiesen wurde, darf einen Raum mit Sauerstoffreduzierung betreten. Der Aufenthalt sollte grundsätzlich kurz gehalten werden und schwere körperliche Tätigkeiten sind zu vermeiden. Wichtig ist es außerdem, Externe über das Vorhandensein der Sauerstoffreduzieranlage aufzuklären. Das betrifft Arbeiter von Fremdfirmen genauso wie Rettungskräfte, die bei Not- oder Unfällen zu Hilfe kommen.
Zu den organisatorischen Schutzmaßnahmen zählen auch sämtliche Prüf- und Wartungspflichten. So sind Anlagen zur Sauerstoffreduzierung vor der Inbetriebnahme und später mindestens jährlich zu untersuchen. Möglich ist das durch den Hersteller oder eine befähigte Person. Über die Durchführung der Prüfarbeiten ist Protokoll zu führen.
FAQ zur effektiven Brandvermeidung durch Sauerstoffreduzierung
Was ist eine Sauerstoffreduzieranlage und wie funktioniert die Technik?
Eine Anlage zur Sauerstoffreduzierung senkt die Sauerstoffkonzentration in einem Raum oder Bereich aus Gründen des Brandschutzes. Denn ohne Sauerstoff bleiben Brände sicher aus. Bestehende Brände lassen sich durch den Entzug von Sauerstoff hingegen löschen – wie bei einer Kerze unter einem Glas. Möglich ist die Sauerstoffreduzierung in der Regel durch das Inertgas Stickstoff, welches in den üblichen Konzentrationen keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt.
Welche Vorteile hat die Sauerstoffreduzierung zur Brandvermeidung?
Sogen Sauerstoffreduzieranlagen dauerhaft für eine geringe O2-Konzentration, bleiben Bände sicher aus. Zusätzliche Brandschutztechnik ist nicht nötig und technische Anlagen oder eingelagerte Waren nehmen keine Schäden von Feuer, Rauch oder Löschwasser/-schaum.
Wann kommen Anlagen zum Einsatz, die einem Raum Sauerstoff entziehen?
Auch wenn die sauerstoffreduzierte Atmosphäre weitestgehend ungefährlich ist, eignen sich Sauerstoffreduzieranlagen doch vor allem für Bereiche mit geringem Publikumsverkehr. So zum Beispiel in Serverräumen, Lagern, Kühlhäusern, Archiven oder Tresoren. Auch für Museen ist die Technik interessant, da sie außerhalb der Öffnungszeiten den Schutz wertvoller Güter sicherstellt.
Wie lässt sich Stickstoff gewinnen, um den Sauerstoffgehalt zu senken?
Stickstoff stellen Anlagen zur Sauerstoffreduzierung meist selbst her. Dazu leiten sie Umgebungsluft unter Druck durch einen Filter aus Polymerfasern oder ein Kohlenstoff-Molekularsieb. Während Sauerstoff und andere Gase im ersten Fall durch die für sie höhere Durchlässigkeit aus dem Gasstrom entweichen, nimmt die Kohle Sauerstoff auf. Sie lässt im wesentlichen Stickstoff passieren und muss nach der Sättigung regelmäßig regeneriert werden. Dazu lassen Sauerstoffreduzieranlagen den Druck kurzzeitig auf Umgebungsniveau oder weit darunter abfallen.
Was unterscheidet den permanenten vom bedarfsgerechten Betrieb?
Permanentanlagen arbeiten durchgängig, wobei sich zu unterschiedlichen Zeiten verschiedene Sauerstoffkonzentrationen einstellen lassen. Bedarfsgerecht arbeitende Anlagen verfügen meist über eine sogenannte Schnellabsenkung. Diese gibt in kurzer Zeit viel Stickstoff ab, wenn Brandmelder Rauchgase detektieren. Letztere sind günstiger im Betrieb. Permanentanlagen arbeiten dafür dauerhaft sicherer. Sie eignen sich in Bereichen mit wenig bis keinem Personenverkehr.
