Drehzahlgeregelte Druckerhöhungsanlage

Hohe Flexibilität bei der Realisierung von Feuerlöschanlagen

Um die Betriebssicherheit einer Feuerlösch-Druckerhöhungsanlage auch beim Betrieb über eine Sicherheitsstromversorgung zu gewährleisten, nutzt die Firma Alfred Schneider einen Frequenzumrichter zur Ansteuerung der Pumpe. Die damit mögliche Strombegrenzung schützt das Stromaggregat vor einer Überlastung.

Herausforderung

Druckerhöhungsanlagen in Feuerlöschanlagen sorgen dafür, dass an den Schlauchanschlussstellen bzw. Wandhydranten eines Gebäudes ausreichend Löschwasser bereitgestellt wird. Über eine Pumpe erhöht die Anlage den Druck in der Löschwasserleitung auf den geforderten Fließdruck.

Dabei werden trotz aller aktuellen Entwicklungen in der Antriebstechnik nach wie vor Schütze zur Schaltung der Pumpen eingesetzt.

„Die Branche ist sehr konservativ was neue Technologien betrifft“, so Lars Biskupek, Bereichsleiter Feuerschutz bei der Alfred Schneider GmbH, Hersteller von Feuerschutzschränken und Produkten der Löschwassertechnik. „Man ist erst prinzipiell kritisch gegenüber elektronischen Systemen eingestellt, da Einschränkungen bei der Zuverlässigkeit im Notfall befürchtet werden.“

Nachteile bei Schaltung über Schütze

Doch die traditionelle Bauweise birgt Nachteile in sich: Zum einen können über Schütze geschaltete Löschwassersysteme nur eine bestimmte Drehzahl fahren, so dass die Leistung bzw. der Druck der Pumpe nicht variiert werden kann. Das ist bei „einfachen“ Löscheinrichtungen ausreichend. Der Aufbau mit Schützen wird jedoch kompliziert, wenn an eine Löschwasserleitung verschiedene Löscheinrichtungen angeschlossen werden, die jeweils andere Drücke benötigen.

Zum anderen entsteht beim Anfahren der Pumpe ein hoher Anlaufstrom. Er belastet das Netz und die gesamte elektrotechnische Ausrüstung. Im laufenden Betrieb, wenn also Löschwasser entnommen wird, kann zudem durch eine zu hohe Entnahmemenge ein Überstrom entstehen, wie Lars Biskupek weiter erklärt: „Die Pumpen sind auf eine bestimmte Literleistung ausgelegt. Wenn diese Leistung überschritten wird – zum Beispiel, weil Wasser aus zu vielen Hydranten gleichzeitig entnommen wird – verlässt das System die ursprünglich ausgelegte Kennlinie und es entsteht ein Überstrom. Da laut Norm kein Motorschutz installiert sein darf, der Motor sich also nicht abschalten kann, droht die Gefahr des Ausfalls des Notstromgenerators.“ Für die Firma Alfred Schneider war dies ausschlaggebend dafür, die Antriebstechnologie einer Druckerhöhungsanlage neu zu konzipieren, so dass sie auch sicher über ein Notstrom-Aggregat betrieben werden kann.

Lösung: Frequenzumrichter als optimale Lösung

Das Unternehmen entschied sich daher, mit Hilfe eines Frequenzumrichters ein Feuerlöschsystem mit einer drehzahlgeregelten Druckerhöhungsanlage zu entwickeln. Dazu wurde statt des Schützes ein Frequenz­umrichter vom Typ „PowerXL DG1“ von Eaton eingesetzt. „Der ‚DG1‘ hat standardmäßig einen ‚Fire Mode‘ integriert“, nennt Biskupek einen Grund für die Wahl. In diesem Modus – den genauso auch der kompakte, eher für einfachere Applikationen ausgelegte „DC1“ von Eaton bietet – sind interne Schutzfunktionen deaktiviert. Die Motorschutzeinrichtungen im Stromkreis der Pumpe dienen in dem Modus nur zur Signalisierung von Störungen, führen aber nicht zur Abschaltung.

Damit erfüllt der Frequenzumrichter die Anforderungen der DIN 14462 und der VdS-Richtlinie. Sollte die Druckerhöhungsanlage selbst Feuer, Rauch oder hohen Temperaturen ausgesetzt sein, arbeitet diese selbst beim Überschreiten von Grenz- und Auslösewerten weiter und versorgt Wandhydranten oder Sprinkler zuverlässig so lange wie irgend möglich mit Löschwasser. Der „Fire Mode“ ist dabei umfangreich konfigurierbar – es lassen sich Festsollwerte, umschaltbare Sollwerteingänge oder eine drahtbruchsichere Aktivierung einrichten. Der „DG 1“ ist zudem besonders robust und hitzebeständig konzipiert. Alfred Schneider setzt eine IP54-Variante ein, die außerhalb eines Schaltschranks installiert werden kann und somit auch keine Belüftung bzw. Kühlung benötigt.

Ströme sicher begrenzen

„Vor allem aber ermöglicht der Frequenzumrichter eine Strombegrenzung“, so Lars Biskupek weiter. Der Umrichter lässt sich zum einen so einstellen, dass der Anlassstrom nicht über den Nennstrom des Notstrom-Aggregats steigt. So kann das Aggregat einzig entsprechend des Bedarfs der sonstigen Haustechnik ausgelegt werden, der nur im Notfall (oder bei Tests) auftretende Anlassstrom einer Schütz-geschalteten Druckerhöhungsanlage muss nicht berücksichtigt werden.

Für den Betrieb im Notfall haben die Experten von Alfred Schneider den „DG1“ zudem so programmiert, dass im Falle einer zu hohen Stromaufnahme die Drehzahl heruntergeregelt wird. „Damit sinkt zwar der Druck in den Entnahmestellen, aber wir liegen wieder im normalen Strombereich – und schützen die Sicherheitsstromversorgung vor einem Schaden oder sogar Ausfall.“ Damit steigt die Betriebssicherheit der gesamten Anlage erheblich.

Einfache Einrichtung von bis zu vier Druckbereichen

Doch die Ansteuerung der Druckerhöhungsanlage über einen Frequenzumrichter bietet weitere Vorteile: „Wir erreichen damit eine sehr hohe Flexibilität, die Anlage auf die örtlichen Gegebenheiten anzupassen“, so Lars Biskupek. So lassen sich mit dem „DG1“ bis zu vier verschiedene Druckbereiche einstellen. Damit kann zum Beispiel je nachdem, an welcher Art von Entnahmestelle Wasser entnommen wird, die Drehzahl so gesteuert werden, dass der für die jeweilige Entnahmestelle notwendige Druck zur Verfügung gestellt wird. „Wir haben das zum Beispiel bei der Löschanlage auf einem Industrie-Gelände realisiert“, so Biskupek. „Hier sollten über die gleiche Anlage zum einen Überflurhydranten mit 1,5 bar, zum anderen Wandhydranten mit 4 bar versorgt werden.“

Die Entnahmestellen werden dabei mit Kontakten ausgestattet, über die der Frequenzumrichter „weiß“ welche Lösch­einrichtung gerade geöffnet wurde und über die entsprechende Drehzahl der Pumpe den dafür notwendigen Druck bereitstellt. „Je nachdem welches Löschgerät genutzt wird, können wir über die drehzahlgeregelte Druckerhöhungsanlage den Druck in der Leitung optimal anpassen“, unterstreicht Biskupek.

Bei einer anderen Applikation setzt Alfred Schneider eine drehzahlgeregelte Druckerhöhungsanlage ein, um trotz einer undichten, unterirdischen Löschwasserleitung immer für ausreichend Druck zu sorgen. „Sobald wegen der Leckage der Druck in der Leitung unter 0,5 bar fällt, fährt der Frequenzumrichter die Pumpe hoch und bringt den ‚Ruhedruck‘ wieder auf 2 bar. Wird im Brandfall Wasser entnommen, wird der Druck auf 6 bar hochgefahren“, erläutert Lars Biskupek.

Zudem kann über den Frequenzumrichter der Druck nachgeregelt werden: Wird zum Beispiel ein Hydrant geöffnet, sinkt der Druck in der Leitung. Mit der Drehzahlregelung kann die Leistung der Pumpe sanft soweit gesteigert werden, bis der gewünschte bzw. erforderliche Druck wiederhergestellt ist. Die Überwachung des Leitungsdrucks erfolgt dabei über einen Drucksensor in der Löschwasserleitung.

Druckzonen in hohen Gebäuden

Bei höheren Gebäuden besteht zudem die Möglichkeit, über den Eaton „DG1“ bis zu vier Druckzonen einzurichten. Je nachdem, in welchem Stockwerk der Wandhydrant geöffnet wird, steuert der Frequenzumrichter die Pumpe nur bis zu der Leistung hoch, die tatsächlich benötigt wird. Dazu wird an jeder Entnahmestelle – also am Ventil des Wandhydranten – ein Endschalter installiert, der das Öffnen signalisiert. Die Schalter werden einzeln mit feuerfesten Kabeln, die zudem auf Drahtbruch-/Kurzschluss überwacht werden auf die Steuerung geführt, die dann in Abhängigkeit des geöffneten Ventils den erforderlichen Druck dem Frequenzumformer meldet. So wird der Steuerung zuverlässig signalisiert, in welcher Etage bzw. in welcher Druckzone ein Feuer bekämpft wird. „Allerdings ist das eine Sonderlösung und darf nur mit einer Ausnahmegenehmigung der zuständigen Brandschutzbehörde in Deutschland realisiert werden“, betont Lars Biskupek.

Mehrere Druckzonen in einem Gebäude sind erst bei Gebäudehöhen ab 35 m zwingend erforderlich. Bei den bis dato von Alfred Schneider realisierten Lösungen, wie zum Beispiel zahlreichen Hamburger Mehrfamilienhäusern, war die Gebäudehöhe geringer als 30 m, so dass mit nur einer Druckzone gearbeitet werden konnte. Die Verdrahtung der Anlage erfolgte konventionell, doch der „DG1“ von Eaton bietet auch Kommunikationsschnittstellen für verschiedene Bus-Systeme, unter anderem für Ethernet oder das in der Gebäudetechnik häufig eingesetzte BACnet.

Ergebnis

Flexible Lösung, die die Anlage schont und Kosten spart: Mit der über den ­Eaton „DG1“ drehzahlgesteuerten Druckerhöhungsanlage hat Alfred Schneider eine Lösung entwickelt, die sich an die unterschiedlichsten Gebäude und Anforderungen anpassen lässt. Durch die im Frequenzumrichter integrierte Strombegrenzung wird ein Notfall-Generator entlastet und kann kleiner dimensioniert werden – vor allem aber kann eine Beschädigung wegen eines Überstroms vermieden werden.

Insgesamt sinkt der Strombedarf der gesamten Anlage, wodurch geringere Investitionskosten anfallen. Durch die Ansteuerung über Kontakte oder Drucksensoren können in einer Anlage verschiedene Drücke für unterschiedliche Entnahmestellen einfach bereitgestellt werden. Zudem schont das „sanfte“ Anfahren der Pumpe die Gesamtanlage und diese wird, im Vergleich zur Schaltung über Schütze, mechanisch deutlich geringer belastet. „Mit einer drehzahlgeregelten Druckerhöhungsanlage können mehrere Optionen gleichzeitig abgedeckt werden“, so das Fazit von Lars Biskupek. „Die Stärke des Frequenzumrichters ‚DG1‘ ist die Flexibilität.“

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