Konzeptionelle und konstruktive brandschutztechnische Bemessung

Technische Universität Braunschweig
Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz
Fachgebiet Brandschutz und Grundlagen des Massivbaus

Diplomarbeit

Konzeptionelle und Konstruktive brandschutztechnische Bemessung eines
großen Krankenhauses bei besonderer Berücksichtigung der Flucht- 
und Rettungswegesituation

bearbeitet von:

 Sebastian Müller

Abgabe:

25. September 2004

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis I
Abkürzungsverzeichnis VIII
Abbildungsverzeichnis X
Tabellenverzeichnis XIV

A Einleitung

1 Einführung in das Thema ... 1
2 Brandschutz im Krankenhaus  ... 4
3 Problemstellung  ... 5
3.1 Ergebnisse vorangegangener Studien  ... 5
3.2 Nationale und Internationale Studien  ... 5
4 Gliederung  ... 13
5 Anmerkungen zur Diplomarbeit  ... 14

B Bestandsaufnahme  ... 15

1 Objektbeschreibung  ... 15
1.1 Vorhandene Planungsunterlagen  ... 15
1.2 Standort und Abmessungen  ... 15
1.3 Nutzung  ... 17
2 Objektanalyse  ... 18
2.1 Analyse des Gebäudetyps und dessen geltenden Normen  ... 18
2.2 Brandgefährdungsanalyse  ... 21
2.3 Klassifizierung des Gebäudes  ... 26

C Brandschutzkonzept  ... 27

1 Vorbeugender Baulicher Brandschutz  ... 28
1.1 Baustoffe  ... 28
1.2 Bauteile  ... 28
1.2.1 Wände  ... 31
1.2.1.1 Tragende Wände  ... 31
1.2.1.2 Trennwände  ... 32
1.2.1.3 Nichttragende Nichtraumabschließende Wände  ... 33
1.2.1.4 Brandwände  ... 34
1.2.1.5 Außenwände und Glasfassade  ... 36
1.2.2 Decken  ... 38
1.2.3 Türen und Fenster  ... 40
1.3 Flucht- und Rettungswege  ... 42
1.3.1 Anforderungen an Flucht- und Rettungswege  ... 42
1.3.2 Notwendige Treppen bzw. Treppenräume  ... 46
1.3.3 Aufzugsanlagen  ... 48
1.4 Haustechnik  ... 50
1.4.1 Installationsschächte und -kanäle  ... 53
1.4.2 Unterdecken  ... 54
1.4.3 Lüftungskanäle  ... 55
2 Anlagentechnischer Brandschutz  ... 57
2.1 Brandmeldeanlagen (BMA)  ... 57
2.1.1 Brand- bzw. Rauchmelder  ... 59
2.1.2 Brandmeldezentrale (BMZ)  ... 64
2.1.3 Alarmierungseinrichtung  ... 65
2.1.4 Sicherheitsbeleuchtung, Sicherheitsstromversorgung und Sicherheitsanlagen  ... 66
2.1.5 Übertragungseinrichtungen für Brandmeldungen bzw. Störungen  ... 67
2.1.6 Steuereinrichtungen für Brandschutzeinrichtungen ... 68
2.1.7 Schutzklassen  ... 68
2.2 Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA)  ... 69
2.3 Brandbekämpfungseinrichtungen  ... 72
2.3.1 Selbsthilfeanlagen  ... 72
2.3.1.1 Feuerlöscher  ... 73
2.3.1.2 Wandhydranten  ... 78
2.3.2 Löschhilfeanlagen  ... 79
2.3.2.1 Sprinkleranlagen  ... 79
2.4 Notstromversorgung  ... 81
3 Abwehrender Brandschutz ...  82
3.1 Flächen für die Feuerwehr  ... 82
3.1.1 Zugänge  ... 83
3.1.2 Zufahrten  ... 84
3.1.3 Aufstellflächen  ... 86
3.1.4 Bewegungsflächen  ... 86
3.2 Abstände zwischen Gebäuden ... 87
3.3 Löschwasserversorgung  ... 87
3.3.1 Hydranten  ... 90
3.3.2 Steigleitungen  ... 92
3.4 Öffentliche Feuerwehr  ... 92
3.5 Feuerwehrpläne nach DIN 14095  ... 92
4 Betrieblicher bzw. organisatorischer Brandschutz  ... 94
4.1 Brandschutzordnung nach DIN 14096 – 1  ... 94
4.1.1 Bradschutzordnung Teil A  ... 95
4.1.2 Bradschutzordnung Teil B  ... 95
4.1.3 Bradschutzordnung Teil C  ... 96
4.2 Flucht- und Rettungswegplan  ... 97
5. Zusammenfassung und Kompensationsmaßnahmen ...  98
1 Zusammenfassung und Beurteilung  ... 98
2 Kompensationsmaßnahmen  ... 99

D Heiß- und Rauchgasentwicklung  ... 101

1 Gefährdung durch Schadenfeuer  ... 101
1.1 Wärmewirkung  ... 101
1.2 Rauch  ... 102
1.3 Schadstoffe  ... 103
2 Schädigung von Personen  ... 103
3 Ermittlung der Heiß- und Rauchgase  ... 104
3.1 Grundlagen des Programms CFAST ...  106
3.2 Ansätze zur Festlegung von Brandszenarien  ... 108
3.2.1 Einflüsse auf den zeitlichen Verlauf der Energiefreisetzungsrate ...  108
3.2.2 Brandlast  ... 109
3.3 Eingaben in das Programm  ... 112
3.3.1 Ergebnisse der Testsimulationen  ... 115
3.4 Entwicklung realer Brandszenarien  ... 117
3.4.1 Brand im Brandabschnitt 10  ... 119
3.4.1.1 Ergebnisse der Berechnung  ... 121
3.4.1.2 Beurteilung der Flucht- und Rettungswege im Brandabschnitt 10  ... 123
3.4.2 Brand im Brandabschnitt 7  ... 125
3.4.2.1 Ergebnisse der Berechnung  ... 125
3.4.2.2 Beurteilung der Flucht- und Rettungswege im Brandabschnitt 7  ... 128
3.4.3 Brand im Brandabschnitt 2, Büro im Kellergeschoss ...  129
3.4.3.1 Ergebnisse der Berechnung  ... 130
3.4.3.2 Beurteilung der Flucht- und Rettungswege im Brandabschnitt 2 ...  133
3.4.4 Brand im Brandabschnitt 4, Reinigung/Sterilisation im Kellergeschoss  ... 133
3.4.4.1 Ergebnisse der Berechnung  ... 135
3.4.4.2 Beurteilung der Flucht- und Rettungswege im Brandabschnitt 4  ... 138
3.4.5 Zusammenfassung der Flucht- und Rettungswegsituation  ... 139

E Evakuierungssimulation  ... 141

1 Allgemeines und Angaben aus der Literatur  ... 141
1.1 Verhalten der Menschen in Brandfällen  ... 141
1.2 Allgemeine Verhaltensweisen  ... 142
1.3 Gehen durch Rauch  ... 143
2 Das Programm EXODUS  ... 144
3 Eingangsdaten für die Simulation  ... 145
3.1 Eingaben der Raumgeometrien  ... 145
3.2 Eingaben der betroffenen Personen  ... 147
3.2.1 Körperliche Eigenschaften betroffener Personen  ... 148
3.2.2 Geistige Eigenschaften betroffener Personen  ... 151
3.2.3 Verhaltensanweisungen einzelner Personen  ... 153
3.2.4 Zusammenfassung aller personenspezifischen Eingaben  ... 156
3.2.4.1 Brandabschnitt 10; Pflegestation  ... 156
3.2.4.2 Brandabschnitt 7; Intensivstation  ... 158
3.2.4.3 Brandabschnitt 2; Büro im Kellergeschoss  ... 161
3.2.4.4 Brandabschnitt 4; Reinigung im Kellergeschoss  ... 162
3.3 Ergebnisse der EXODUS - Simulationen  ... 162
3.3.1 Ergebnisse der Evakuierung im Brandabschnitt 10  ... 166
3.3.2 Ergebnisse der Evakuierung im Brandabschnitt 7  ... 174
3.3.3 Ergebnisse der Evakuierung im Brandabschnitt 2  ... 176
3.3.4 Ergebnisse der Evakuierung im Brandabschnitt 4  ... 179
3.4 Zusammenfassung der Evakuierungsergebnisse  ... 183

F Bewertung der Flucht- und Rettungswegsituation ...  184
1 Zusammenfassung der Ergebnisse aus CFAST und EXODUS  ... 184
2 Überprüfung der Einhaltung von gesetzlichen Festlegungen  ... 186
3 Bewertung der Flucht- und Rettungswegsituation  ... 188
4 Verbesserungsvorschläge für das betrachtete Krankenhaus ...  190
5 Handlungsbedarf für die Überarbeitung der Bauordnungen und Richtlinien  ... 191

G Zusammenfassung und Beurteilung  ... 197
1 Zusammenfassung  ... 197
2 Beurteilung  ... 198

Anhang
Anhang C Exemplarische Brandschutzordnung Teil A  ... 200
Anhang D Programmierte Daten aus CFAST  ... 201

Quellverzeichnis  ... 208

1. Literaturverzeichnis  ... 208
2. Internet  ... 210
3. befragte Personen  ... 210
4. verwendete Normen und Richtlinien ...  210

Eidesstattliche Erklärung  ... 211

Anlagen  ... 212
1. Planzeichnungen  ... 212
2. Kopien der statistischen Auswertungen 2003  ... 212
3. CD mit allen notwendigen Dateien zur Evakuierungssimulation  ... 212

Abkürzungsverzeichnis VIII
AB-DVNBauO Ausführungsbestimmung zur DVNBauO
BA Brandabschnitt
BbgKPBauV Brandenburgische Krankenhaus- und Pflegeheim-Bauverordnung
BK Brückenklasse
BMA Brandmeldeanlage
BMZ Brandmeldezentrale
BW Brandwände
DVNBauO Durchführungsverordnung der NBauO
F 90 Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten eines Standardbauteils
FSD Feuerwehrschlüsseldepot
IR-Strahlung Infrarotstrahlung
LE Löscheinheiten
KrBauR Richtlinie über den Bau und Betrieb von Krankenhäusern auf Grundlage der Muster-Krankenhausverordnung
MBO Musterbauordnung
MLAR Musterleitungsanlagenrichtlinie
NBauO Niedersächsische Bauordnung
NbrandSchG Niedersächsisches Brandschutzgesetz
PUR Polyurethan
REI 90 Tragfähigkeit, Raumabschluss, Wärmedämmung für 90 Minuten

Symbolverzeichnis

[...]

Abbildungsverzeichnis X
Abbildung 1: Zeitliche Verteilung von Bränden im Krankenhaus nach Schütz  ... 6
Abbildung 2: Brandausbruchsorte mit einem Anteil über 5% nach Pohlmüller  ... 6
Abbildung 3: Ursachen von Krankenhausbränden nach Schütz  ... 7
Abbildung 4: Brandursachen nach Pohlmüller ... 7
Abbildung 5: Zeitliche Verteilung von Großereignissen 8
Abbildung 6: Ausbruchsorte bei Großereignissen mit Tag/Nacht Unterscheidung ...  8
Abbildung 7: Brandursachen in Großbritannien  ... 9
Abbildung 8: Zeitscheibe der Brandentstehung im Krankenhaus über 24 h  ... 10
Abbildung 9: Brandverteilung über die einzelnen Wochentage  ... 10
Abbildung 10: Krankenhausanlage, Ansicht Nord - Westseite  ... 16
Abbildung 11: Krankenhausanlage, Ansicht Nord - Ostseite ...  16
Abbildung 12: Flur im Behandlungsbereich, Obergeschoss  ... 17
Abbildung 13: Das Brandschutzkonzept  ... 27
Abbildung 14: Dachhaut über dem Bettenhaus ...  40
Abbildung 15: Hinweisschild zur korrekten Benutzung der Türen, angebracht auf der Tür selbst in Augehöhe  ... 42
Abbildung 16: Ausgang West-Ende  ... 44
Abbildung 17: Ausgang Ost-Ende; 1. Obergeschoss  ... 44
Abbildung 18: Ausgang Ost-Ende, Erdgeschoss  ... 45
Abbildung 19: Außentreppe aus dem Lichtschacht  ... 45
Abbildung 20: Kennzeichnung des Ausgangs ...  45
Abbildung 21: Kennzeichnung des Fluchtweges mit Richtungspfeil für Laufrichtung  ... 45
Abbildung 22: Zugang zum Treppenraum  ... 47
Abbildung 23: Rauchabzugsbedienung im Treppenraum  ... 48
Abbildung 24: Aufzüge mit Warnhinweis ... 50
Abbildung 25: Hinweis zur Benutzung im Brandfall ...  50

[ bis Abb. 106 in Downloaddatei enthalten]

Tabellenverzeichnis XIV
Tabelle 1: Brandeintrittswahrscheinlichkeit in der BRD  ... 3
Tabelle 2: Wahrscheinlichkeit der Fortentwicklung eines Brandes  ... 3
Tabelle 3: Brandentstehungsorte im Tag/Nacht Vergleich  ... 11
Tabelle 4: Ursachen und mittlere Schadenshöhe im Kreuzvergleich  ... 11
Tabelle 5: Zündquelle und Schadenshöhe im Vergleich  ... 12
Tabelle 6: Personengruppen die sich im Gebäude zeitunabhängig und zeitabhängig aufhalten (ohne Besucher)  ... 20
Tabelle 7: Nutzungseinheiten und deren Brandgefährdungsklassen  ... 22
Tabelle 8: Baustoffklassen  ... 29
Tabelle 9: Bedeutung der Buchstaben bei Feuerwiderstandsklassen  ... 30
Tabelle 10: Prüfung der Anforderungen an die Tragenden Wände  ... 32
Tabelle 11: Prüfung der nichttragenden Wände  ... 33
Tabelle 12: Brandabschnitte mit maximalen Abmessungen und Flächen ...  36
Tabelle 13: vorhandene Außenwandausführungen  ... 37
Tabelle 14: Überprüfung der Stahlbetondecken  ... 39
Tabelle 15: Arten von Türen  ... 41
Tabelle 16: Arten von Verglasungen  ... 41
Tabelle 17: Überwachungsbereiche von Rauch- und Wärmemeldern  ... 61
Tabelle 18: Anzahl der Rauchmelder  ... 63
Tabelle 19: Anzahl der Wärmemelder  ... 64
Tabelle 20: Eignung von Feuerlöschern  ... 74
Tabelle 21: Löschmitteleinheiten nach ZH 1/201  ... 75
Tabelle 22: Aufteilung der Feuerlöscher auf die einzelnen Bereiche  ... 76
Tabelle 23: Löschwasserbedarf für den Objektschutz  ... 89
Tabelle 24: Wasserlieferung verschiedener Hydrantentypen ...  90
Tabelle 25: Im Brandfall auftretende Wirkstoffe und toxische Wirkbereiche  ... 104

[bis Tabelle 41 in Downloaddatei enthalten]

A Einleitung

1 Einführung in das Thema

Der Brandschutz ist ein Fachgebiet, das von der Seite der Bauherren oft in den Hintergrund gedrängt wird. In erster Linie hat dies finanzielle Gründe. In vielen Fällen werden die Gefahren und die Risiken eines Brandes auch unterschätzt oder sogar fahrlässig heruntergespielt.

In der Vergangenheit kam es immer wieder zu Brandkatastrophen, bei denen viele Menschen verletzt oder gar getötet wurden.

Beispiele für Brandkatastrophen mit unzureichendem Brandschutz:

November 2000 - Brand der Bergbahn in Kitzsteinhorn, Österreich

Ursache: 600 m nach dem Tunnelanfang gerät die Bahn in Brand und bleibt stehen
Folge: 155 Menschen sterben an Sauerstoffmangel [a]

Januar 2002 - Explosion in einem Munitionsdepot in Lagos, Nigeria

Ursache: Ein Feuer kann sich durch Fahrlässigkeit entzünden und führt zur Explosion der gelagerten Munition.

Folge: mehr als 700 Menschen sterben, die meisten werden in einer Massenpanik zu Tode getreten oder ertrinken bei dem Versuch, sich durch einen Sprung in benachbarte Kanäle vor dem Feuer zu retten [a]

Juni 2002 - Brand in einem Internet - Café in Peking, China

Ursache: Kabelbrand
Folge: 24 Menschen starben in den Flammen
Besonderheiten: Das Internet - Café war eines von über 1000 illegal in Peking betriebenen Internet - Cafés

• Flucht- und Rettungswege waren nicht ausreichend vorhanden
• die technischen Installationen und Leitungen waren nicht von ausgebildeten Fachleuten verlegt worden
• Fenster und Türen waren mit Eisenstäben versperrt, um die Computertechnik vor Diebstahl zu schützen [a]

November 2002 - Brand im Londoner U-Bahnhof „ King’s Cross“, Großbritannien

Ursache: eine weggeworfene Zigarette entzündete eine Rolltreppe
Folge: 31 Menschen sterben durch starke Hitzeentwicklung [a]

Januar 2004 - Hotelbrand in Greenville (South Carolina), USA

Ursache: Kurzschluss in der elektrischen Anlage im 3. Obergeschoss
Folge: 6 Menschen sterben im Schlafen, darunter ein kleiner Junge [a]

Durch die tragischen Brandkatastrophen der letzten Jahre, bei denen viele Menschen ums Leben kamen, lässt sich erkennen, dass der Brandschutz trotz vieler gesetzlichen Normen und Richtlinien in der Vergangenheit nicht die Aufmerksamkeit bekam, die ihm eigentlich zustünde.

Die erschreckenden Todeszahlen bei Tunnelkatastrophen und anderen Großbränden führten dazu, dass die Nutzer solcher Anlagen sich zunehmend für deren Sicherheitsstandard interessieren. Der ADAC¹ hat diesem Interesse Rechnung getragen und testet seit einigen Jahren die wichtigsten Tunnelbauwerke auf Europas Urlaubsstraßen.

Ein Test von 30 Tunnelanlagen in 11 europäischen Ländern im April 2002 brachte zum Teil erschreckende Ergebnisse. So bestand erstmals ein Tunnel aus Deutschland diesen Test nicht. Es handelt sich um den Kappelbergtunnel an der Bundesstraße 14 bei Stuttgart. Dagegen wurde der damals gerade neu eröffnete Montblanc-Tunnel (Frankreich) nach seiner Komplettsanierung mit der Note „sehr gut“ ausgezeichnet. [a]
(Anmerkung: März 1999 - 34 Tote bei Tunnelkatastrophe im Montblanc-Tunnel, nachdem eine Zigarette den Anhänger eines Lkws in Brand setzte und dieser im Tunnel als Todesfalle liegen blieb.) 

Alleine in der Bundesrepublik werden jährlich über 5000 Menschen verletzt und mehr als 600 Menschen bei Haus- und Wohnungsbränden getötet. [b]

Um dem Thema Brandschutz von Seiten der Bauherren und Planer mehr Bedeutung zukommen zu lassen, hat es vor kurzem einige bedeutende Gerichtsentscheidungen gegeben.

So hat das Oberlandesgericht in Düsseldorf wegen des Brandes im April 1996 im Rhein - Ruhr - Flughafen Düsseldorf entschieden, dass neben der Flughafengesellschaft und der Baufirma auch eine Schweißerei und der Architekt für die Schäden in Millionenhöhe haftbar sind. Es gab damals 17 Tote durch Raucheinwirkungen aufgrund eines durch Schweißarbeiten verursachten Brandes. [a]

Auch aus anderen Länder, besonders den USA, werden zunehmend Gerichtsurteile gegen Betreiber, Planer, Baufirmen und Verursacher solcher Katastrophen bekannt, die erhebliche Schadensersatzansprüche zur Folge haben. [a]

In der Regel lässt sich die Auslösung eines Brandes auf drei mögliche Ursachen zurückführen:

• Natürliche Brandursache (Blitzschlag, Selbstentzündung usw.)
• Technische Brandursache (Elektrizität, Überhitzung, Feuerstätten usw.)
• Brandstiftung

[....]

1 ADAC - Allgemeiner Deutscher Automobilclub