IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 19/1996, Seite 52 ff.

SANITÄRTECHNIK

Fachgerechter Einsatz von thermisch auslösenden Gas-Absperreinrichtungen

Uwe Grohn

Gasgeräte sind gegen äußere Brandeinwirkungen empfindlich. Durch die thermische Belastung besteht die Gefahr, daß die Gasgeräte bereits bei Temperaturen von unter 300°C undicht werden. Gas strömt dann unkontrolliert aus. Die neue Muster-Feuerungsverordnung fordert daher den Schutz von Gasfeuerstätten. Es wird eine Vorrichtung verlangt, die bei einer thermischen Beanspruchung von mehr als 100°C den Gasfluß selbsttätig absperrt. Diese Forderung wird durch den Einbau thermisch auslösender Gas-Absperreinrichtungen erfüllt.

1. Thermisch auslösende Gas-Absperreinrichtungen

Thermisch auslösende Gas-Absperreinrichtungen in HTB-Ausführung (höher thermisch belastbar) sind etwa zeitgleich Anfang der 80er Jahre mit den sogenannten HTB-Gaszählern entwickelt worden. Auf dem Markt sind sie seit Anfang 1986 - natürlich mit DVGW-Registrierungsbescheid -, zur gleichen Zeit also wie die HTB-Gaszähler.

In den DVGW-TRGI ’86 sind die thermisch auslösenden Absperrelemente als alternative Möglichkeit zum Schutz der Gasdruckregelgeräte und Gaszähler (nur bei Mitteldruck alternativ zur HTB-Prüfung) aufgenommen worden, um dem Vorbeugenden Brandschutz Rechnung zu tragen. Heute gibt es ein umfassendes Schutzsystem zur Sicherung des Hauseinführungsbereiches, der Gaszähler, der Gasregelstraßen/Gasfeuerstätten und von Schwachstellen in Brandabschnitten (Bild 1).

Bild 1: Beispiele thermisch automatischer Gas-Absperrarmaturen.

Die thermisch auslösenden Gas-Absperrelemente werden häufig fälschlicherweise auch "Brandschutz-Ventile" genannt. Der Begriff ist deshalb irreführend, weil die thermisch auslösenden Absperrelemente die Brandentstehung nicht verhindern können. Zutreffender ist die Bezeichnung in den DVGW-Registrierungsbescheiden: "Thermisch auslösende Absperrarmaturen mit Brandschutzeigenschaften, zum Schutz unmittelbar nachgeschalteter Objekte, für alle Gase nach dem DVGW-Arbeitsblatt G 260/I".

Darüber hinaus gibt es firmenspezifische Produktbezeichnungen. Beispiel: TAS für Thermische Armaturensicherung. Dahinter verbirgt sich lediglich eine bestimmte Modellreihe dieser Armaturen, ein Produktsegment.

Es ist daher sinnvoll, die vom DVGW vorgegebene Bezeichnung "thermisch auslösende Absperrelemente" bzw. "-Absperrarmaturen" zu verwenden oder den in der Praxis recht gut eingebürgerten Begriff ebenfalls für das ganze System anzuwenden. Das heißt, von "thermisch gesteuerten und automatisch schließenden Gas-Absperrarmaturen" zu sprechen. Letztere Bezeichnung wird dann überwiegend - auch nicht ganz korrekt - in "thermisch automatische Gas-Absperrarmaturen" verkürzt wiedergegeben.

Was ist unter thermisch automatischen Gas-Absperrarmaturen zu verstehen? Nach der noch gültigen Vorläufigen Prüfgrundlage des DVGWs, der VP 301 vom Juni 1984, müssen diese Armaturen bei einer Ansprechtemperatur von 70°C ± 5 K die Gaszufuhr im Brandfalle selbsttätig, also ohne Fremdenergie, schließen. Unter Berücksichtigung der bisherigen zehnjährigen Erfahrungen auf diesem Gebiet und im Hinblick auf die Forderungen der neuen Feuerungs-Verordnung mit z.B. einer Ansprechtemperatur > 100°C wird die Überarbeitung der DVGW-VP 301 in eine endgültige Prüfgrundlage noch im Jahre 1996 erwartet.

2. Muster-Feuerungsverordnung

Das Muster einer Feuerungs-Verordnung (FeuVo), Fassung Februar 1995, ist von der Fachkommission Bauaufsicht der ARGEBAU erstellt und herausgegeben worden. Nach der im Oktober 1995 abgelaufenen Notifizierungsfrist bei der Europäischen Union in Brüssel setzen die einzelnen deutschen Bundesländer diese Feuerungs-Verordnung in Kraft.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Beitrages haben das einige Länder bereits vollzogen (Tabelle 1).

Tabelle 1: Inkrafttreten der Muster-Feuerungsverordnung

Brandenburg	seit 26. Juli 1995
Baden-Württemberg	seit 1. Januar 1996
Mecklenburg-Vorpommern	seit 1. Februar 1996
Schleswig-Holstein	seit 1. Juni 1996

Die anderen Bundesländer werden die Musterfeuerungsverordnung spätestens bis Ende 1996 in ihre Landesfeuerungsverordnung übernehmen und damit in Kraft setzen.

Aus der 10seitigen Feuerungs-Verordnung wird hier nur der für die thermisch automatischen Gas-Absperrarmaturen relevante Teil besprochen. Das sind im einzelnen die ßß 1 und 4:

ß 1 Einschränkung des Anwendungsbereichs

Für Feuerstätten, Wärmepumpen und Blockheizkraftwerke gilt die Verordnung nur, soweit diese Anlagen der Beheizung von Räumen oder der Warmwasserversorgung dienen oder Gas-Haushalts-Kochgeräte sind.

ß 4 Aufstellung von Feuerstätten

(6) Gasfeuerstätten in Räumen oder die Brennstoffleitungen unmittelbar vor diesen Gasfeuerstätten müssen mit einer Vorrichtung ausgerüstet sein, die

1. bei einer äußeren thermischen Beanspruchung von mehr als 100°C die weitere Brennstoffzufuhr selbsttätig absperrt und
2. so beschaffen ist, daß bis zu einer Temperatur von 650°C über einen Zeitraum von mindestens 30 Minuten nicht mehr als 30 l/h, gemessen als Luftvolumenstrom, durch- oder ausströmen können.

3. Umsetzung der Feuerungs-Verordnung

Es ist zu beachten, daß die Feuerungs-Verordnung

ohne Übergangsfrist in Kraft tritt,
nur für Neuanlagen gilt,
anzuwenden ist, wenn ein altes Gasgerät vollständig durch ein neues ersetzt wird,
bei Altanlagen nicht anzuwenden ist, weil Bestandsschutz gilt,
nicht anzuwenden ist bei Hauptabsperreinrichtungen, Gasdruckregelgeräten und Gaszählern.

Gemäß ß 1 gehören auch Gas-Kochstellen - und damit Gasherde - zu den schützenswürdigen "Gasfeuerstätten". Wegen fehlender Abgasabführung ins Freie ist der Gas-Kochherd nach TRGI-Definition nicht zu den Gas-Feuerstätten zu zählen, nach der neuen FeuVo aber zwingend abzusichern.

Unverständlich und damit diskussionswürdig ist die Einschränkung des Anwendungsbereiches gemäß ß 1, soweit sie nicht der Beheizung oder der Warmwassererzeugung dienen. Auch die Feuerstätten von Thermo-Prozeß-Anlagen wie Brennöfen für gewerblich-industrielle Zwecke, Bäckereiöfen, Pizzaöfen und Grillgeräten in Restaurants usw. werden vom Geltungsbereich der Muster-Feuerungsverordnung nicht abgedeckt. Dazu gehören auch gasbetriebene Laborgeräte. Dies ist deshalb so unverständlich, weil diese Feuerstätten mit den gleichen Schwachstellen bestückt sind wie die lt. Feuerungs-Verordnung zu schützenden Gasfeuerstätten. Als Schwachstellenkomponenten gelten hinsichtlich thermischer Belastung die Gascontrols (Mehrfachstellgeräte), die in der Gasregelstrecke sitzenden Gasfilter, Magnetventile etc.

Ein weiteres Argument gegen diese Einschränkung steht in ß 38 der Musterbauordnung (MBO). Hier wird für Feuerstätten gefordert, daß sie betriebs- und brandsicher sind. Sie dürfen z.B. bei Brandeinwirkung nicht unterhalb der Zündtemperatur des Brenngases undicht werden, weil bei Austritt unverbrannten Gases Gefahr einer Explosion besteht. In diesem Zusammenhang ist sicherheitstechnisch nicht nachvollziehbar, warum für Armaturen nach der Hauptabsperreinrichtung (HAE) keine höhere thermische Belastbarkeit wenigstens von 650°C über 30 Minuten gefordert wird.

Wirtschaftlich ist die MBO-Forderung nur realisierbar durch den Einbau thermisch automatischer Gas-Absperrarmaturen. Es ist auch nicht einzusehen, daß der Stand der Technik für den gewerblichen industriellen Bereich nicht gelten soll.

Zur Umsetzung gehört auch die nachfolgende Mitteilung der DVGW-Landesgruppe Baden-Württembergs vom 23. Januar 1996. Dort ist unter Punkt 7 folgender Wortlaut festgehalten:

"Befindet sich in dem Aufstellungsraum des Gasgerätes schon eine thermisch selbsttätig auslösende Absperreinrichtung (z.B. in der HAE oder im Regelgerät) und kann man davon ausgehen, daß in einem Brandfall der gesamte Raum der annähernd gleichen thermischen Belastung ausgesetzt ist, so sollte auf eine weitere thermische Sicherung verzichtet werden, auch wenn diese sich nicht - wie in der FeuVo gefordert - unmittelbar vor dem Gasgerät befindet. Für einen solchen Fall ist es überlegenswert, eine Befreiung zu beantragen".

Der Hinweis ist für die Praxis interessant, weil mittlerweile sehr viele Gasversorgungsunternehmen die Hauseinführungskombinationen bereits mit Kugelhähnen ausstatten, die die thermisch automatische Absperrung in Form von sogenannten Brandschutzgriffen/Fire-safe-Griffen besitzen. Fast alle Gasdruckregelgeräte für den Mitteldruckbereich - also von mehr als 100 mbar bis 1 bar - schließen ebenfalls thermisch automatisch selbsttätig über einen sogenannten "Temperaturschalter" - angesteuert über Schmelzlot oder Arbeitselement/Dehnstoffpatrone. Für diese Gasdruckregelgeräte wird so die HTB-Fähigkeit von 650°C über 30 Minuten Beharrungszeit erreicht.

Eine Befreiung bei der Bauaufsichtsbehörde zu beantragen, erscheint im ersten Augenblick als eine recht logische Empfehlung. Um jedoch allen rechtlichen Eventualitäten aus dem Wege zu gehen, wird dem Ausführenden empfohlen, die Gasfeuerstätten immer gemäß der FeuVo zu sichern. In der Praxis wird sich herausstellen, daß die Kosten für die Befreiung höher sein werden als eine thermische Absicherung. Zumal das Gros des Anwendungsbereiches in den Nennweiten DN 15 bis DN 25 liegt. Letztendlich ist auch der Befreiungsantrag selbst mit Arbeit für den Ausführenden verbunden.

4. Europäische Gasgeräte-Richtlinie

Bereits die Richtlinie des Rates vom 29. Juni 1990 zur Angleichung der Rechtsvorschrift der Mitgliedsstaaten für Gasverbrauchseinrichtungen verlangt den Schutz dieser Gaskomponenten gegen Brandgefahr. In Anhang I wird gefordert:

"Das Gerät ist so auszulegen und herzustellen, daß das Risiko einer Explosion durch eine von außen kommende Brandgefahr so gering wie möglich gehalten wird."

Aufgrund der Europäischen Gasgeräte-Richtlinie sind nach den harmonisierten europäischen Normen zukünftig Werkstoffe für Gasfeuerstätten zugelassen, die bereits bei geringer thermischer Belastung "versagen". Das bedeutet, daß für gasführende Bauteile Werkstoffe verarbeitet werden dürfen, die im Brandfalle bei Temperaturen weit unterhalb der Zündtemperatur des Brenngases undicht werden. Es können explosionsfähige Gas-Luft-Gemische entstehen. Erst durch die Forderung der neuen FeuVo, thermisch auslösende Gas-Absperrarmaturen vor Gasfeuerstätten einzubauen, wird diese Gefahrenquelle zuverlässig beseitigt. Mit dem zusätzlichen Vorteil, mehr Sicherheit mit geringem Kostenaufwand zu gewähren.

5. Höhere thermische Belastbarkeit - Feuerwiderstandsdauer -

5.1 650°C - 30 Minuten höhere thermische Belastbarkeit

Die neue Feuerungs-Verordnung sieht in ß 4 zum Schutz der Gasfeuerstätten eine höhere thermische Belastbarkeit von 650°C über 30 Minuten Beharrungszeit vor. Das bedeutet, daß diese Komponente bei einer Temperatur von 650°C über 30 Minuten geprüft wird und dabei weitgehend dicht bleiben muß. Die maximal zulässige Leckage darf 30 l/h, gemessen als Luftvolumenstrom, nicht übersteigen.

Was passiert nun im Brandfalle? Bei mehr als 650°C beginnt Gas unkontrolliert auszuströmen. Mit 650°C liegt die Umgebungstemperatur über der Zündtemperatur des Erdgases von ca. 643°C, Normzustand unterstellt. In der Regel zündet dann das Gas, kann also abfackeln und dadurch die Explosionsgefahr bannen. Allerdings tritt dieser Vorgang nicht zwangsläufig ein. Es ist möglich, daß die Flamme aufgrund permanenten Sauerstoffentzuges erlischt, Gas dann unkontrolliert in größerer Menge austritt und bei einer höheren Temperatur oder beim Hinzukommen von Luft explodiert. Ein weiterer Nachteil: Durch das Abfackeln des Gases wird die Brandausweitung gefördert, denn das Feuer erhält somit zusätzliche Nahrung.

Es zeigt sich noch eine Schwäche: 650°C werden im Brandfalle bereits nach rund 10 Minuten erreicht (Bild 2). Und diese Feuerwiderstandsdauer von 10 Minuten ist als recht gering anzusehen. Gering deshalb, weil Feuerwiderstandsklassen aus der DIN 4102 "Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen" vergleichsweise mit mindestens 30 Minuten beginnen. Durchschnittlich vergehen von der Entstehung eines Brandes bis zum Eingreifen der Berufsfeuerwehr 28 Minuten (VFDB, Heft 3/82). 650°C über 30 Minuten sind aus den dargestellten Gründen lediglich als Mindestanforderung des Gesetzgebers anzusehen.

Bild 2: Im Brandfall steigt die Temperatur nach 9 bis 10 Minuten bereits auf 650 °C und steigt schnell weiter an, um nach 30 Minuten 822 °C zu erreichen. Erst dann verlangsamt sich der Temperaturanstieg. 925 °C werden erst nach weiteren 30 Minuten erreicht.

Wichtigste Forderung muß daher sein, unkontrollierten Gasaustritt im Brandfalle zuverlässig zu verhindern. Dies muß frühzeitig in der Brandbeginnphase geschehen und die thermisch automatischen Armaturen müssen selbst eine "echte" Feuerwiderstandsdauer besitzen.

5.2 925°C - 60 Minuten höhere thermische Belastbarkeit = Feuerwiderstandsdauer

Die Armaturenindustrie hat die vorgenannten Probleme frühzeitig erkannt und thermisch automatische Gas-Absperrarmaturen mit Eigenschaften einer echten Feuerwiderstandsdauer schon vor mehr als 8 Jahren entwickelt. Sie bieten ein Vielfaches an Sicherheit gegenüber der erwähnten Mindestanforderung.

Die Brandausbreitung wird bei Einsatz dieser Armaturen nicht durch frühzeitiges Abfackeln des Gases unterstützt. Sie entsprechen daher der Forderung aus dem ß 17 der Musterbauordnung bzw. den Landesbauordnungen das ... "der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt wird und bei einem Brand wirksame Löscharbeiten und die Rettung von Menschen und Tieren möglich ist".

Und aus Umweltschutzgründen ist festzustellen, daß jede Brand-Begrenzung zwangsläufig auch die Umweltschädigung verringert. Die Umwelt profitiert vom Einbau dieser thermisch automatischen Gas-Absperrarmaturen. Je nach vorliegender Brandlast werden durch solche Brandschutzmaßnahmen z.B. weniger giftige Gase freigesetzt, und der Löschwassereinsatz kann begrenzt werden.

6. Einbau thermisch automatischer Gas-Absperrarmaturen

Zum Schutz der Gasfeuerstätten sind sie grundsätzlich an den Stellen vorzusehen, für die ohnehin gem. DVGW-TRGI Absperrarmaturen vorgeschrieben sind. Das ist z.B. überwiegend die erste Absperrarmatur vor einer Gasregelstrecke. Möglich ist das durch einen Kugelhahn mit integriertem thermisch automatischen Verschluß. Vor einem "einfachen Kugelhahn" kann aber auch ein Absperrventil gesetzt werden, welches nur thermisch automatisch schließt, also für den "Normalbetrieb" von Hand weder geschlossen noch geöffnet werden kann (Bild 3).

Bild 3: Drei Beispiele für den Einbau von thermisch automatischen Absperreinrichtungen.

7. Luftvolumenstrom und Druckverlust

Maßgebliche Anforderungen hierzu sind der DIN 3537 (Gas-Absperrarmaturen bis PN 4, Anforderungen- und Anerkennungsprüfung), Teil 1, zu entnehmen (Tabelle 2). Die Angaben dienen als Richtwerte. In der Regel ist immer dann darauf zurückzugreifen, wenn keine Durchflußdiagramme/ Druckverlustkennlinien vorliegen. Der in der Tabelle 2 angegebene maximal zulässige Druckverlust in mbar ist unter Berücksichtigung des Verlustbeiwertes und der jeweils vorliegenden Fließgeschwindigkeit zu ermitteln.

Tabelle 2: Mindestanforderungen, die auch von thermisch automatischen Absperreinrichtungen erfüllt werden müssen

Nennweite

Luftvolumenstrom m³/h

Druckverlust mbar

Durchgangsform

Eckform

max.

1,0

1,9

3,0

3,5

9,5

2,5

16,0

27,0

29,0

46,5

19,5

0,5

100

50,5

71,5

130

0,2

125

150

187,0

267,0

0,2

Für thermisch auslösende Absperreinrichtungen gibt die TRGI ’86/’96 den Verlustwert Zeta (z) mit 2 vor. Dieser Wert liegt für Kugelhähne mit sogenanntem Brandschutzgriff in Durchgangsform bei 0,5 und in Eckform bei 1,3. Mit diesen Angaben kann z.B. anhand des Erdgas-Diagramms 18 aus der TRGI problemlos der Druckverlust in mbar abgelesen werden. Zur Gas-Volumenstrom-Ermittlung sind aufgrund des geringen Druckverlustes dieser Armaturen und der Erdgasdichte die Tabellenwerte für den Luftvolumenstrom in m³/h mit einem Faktor 1,68 zu berücksichtigen.

8. Fazit

Mit der Veröffentlichung und Inkraftsetzung der neuen FeuVo haben die thermisch automatischen Gas-Absperrarmaturen wesentlich an Bedeutung gewonnen. Ihr Anteil am gesamten Marktangebot für Gasarmaturen wird zunehmend größer.

Durch den sinnvollen Einbau dieser Armaturen wird eindeutig mehr Sicherheit für eine vom Feuer bedrohte Gasanlage insgesamt gewährleistet. Die nach DVGW-TRGI erstellte Anlage ist sicher. Durch äußere Brandeinwirkung bedrohte Komponenten - in erster Linie handelt es sich um die Gasfeuerstätten - stellen jedoch eine ernstzunehmende Schwachstelle dar. Sie sind dann keine Schwachstellen mehr, wenn sie durch thermisch automatische Gas-Absperrarmaturen geschützt werden.

Seit September 1996 ist die neue TRGI ’86/’96 erhältlich. Darin sind die thermisch auslösenden Absperreinrichtungen zum Schutz der Gasgeräte gemäß der Muster-Feuerungsverordnung beschrieben, und es wird danach vorgegeben, diese Sicherheitsarmaturen unmittelbar vor die Gasgeräte einzubauen. Die Kommentare zur TRGI ’86/’96 werden ebenfalls alsbald erscheinen. Alle Veröffentlichungen dienen der weiteren Präzisierung, besonders auch dem in diesem Beitrag gewidmeten Produktsegment der thermisch automatischen Gas-Absperrarmaturen. Das ist auch nötig. Denn trotz umfangreicher Herstellerinformationen - allerdings ist dies nur von ganz wenigen geleistet worden - besteht auf diesem Gebiet immer noch ein erheblicher Aufklärungsbedarf.

Leider gibt es schon ein negatives Beispiel über den Einbau "thermischer Absperrsicherungen" in den TRF 1996, Band 1 (Technische Regeln Flüssiggas). Völlig nutzlos sind sie zum Einbau nach der Geräteabsperrarmatur/der Gasregelstrecke vorgesehen!

An die Planer und Ausführenden wird appelliert, mit der Ausschreibung bzw. des Einbaues dieser Sicherheitsarmaturen nicht zu warten, bis das letzte deutsche Bundesland die neue FeuVo in Kraft gesetzt hat. Dies sollte aus Gründen der Verantwortung vorher geschehen.

B i l d e r : Seppelfricke, Gelsenkirchen

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