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Die Erfindung betrifft ein Wassersprühnebel-System
zur Brandbekämpfung
in unterirdischen Verkehrswegen wie Straßenverkehrs- und Eisenbahntunneln
sowie Bergwerksanlagem.
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Es gehört zum allgemeinen Stand der
Technik, dass unterirdische Verkehrsanlagen mit entsprechenden Anlagen
ausgerüstet
werden, die zur Brandbekämpfung
und Brandeindämmung
dienen. Diese Anlagen sind üblicherweise
mit so genannten Sprinklern ausgerüstet, welche im Havariefall
in Funktion gesetzt werden und aus denen dann Wasser zur Brandbekämpfung austritt.
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Mit der
DE-PS 195 14 923 C2 ist
bereits ein Verfahren zur Sicherung der Flucht und Rettung unter
Rauch- und Wärmebelastung
bekannt geworden, welches darauf ausgerichtet ist, dass die Rauch-
und Schadstoffkonzentration durch feinste Wassertröpfchen bzw.
Wassernebel reduziert werden soll, um so die Atmung und Sicht in
dem gefährdeten
Bereich zu verbessern, allerdings werden mit diesem Verfahren noch
nicht die erwünschten
Wirkungen erzielt. Nachteilig ist insbesondere, dass die natürliche Strömung der
Rauchgasschicht noch zu stark von dem austretenden Wassernebel beeinflusst
wurde, und es deshalb noch zu Vermischungen mit der rauchgasarmen Schicht
kam, obgleich der Reinigungseffekt des Rauches durch die feinen
Wassernebeltropfen nachweislich vorhanden war. Das Verfahren ist
primär
dazu vorgesehen, eine infolge eines Brandes eintretende hohe Belastung
an Rauch und Schadstoffen zu vermindern und etwaige Feuchtwege offen
zu halten, nicht aber die weitere Verbreitung eines Brandherdes zu
verhindern.
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Die Anwendung von Wasservorhängen ist eine
weitere bekannte Form der Bekämpfung
von Rauch in geschlossenen Räumen,
bei der Löschmittelaustrittsöffnungen
so angeordnet sind, dass das im Brandfall austretende Löschmittel
einen für
die Rauchgase undurchdringlichen Vorhang bildet, wobei eine ausreichende
Wirkung hier allerdings nur in Kombination mit leistungsfähigen Rauchabzugseinrichtungen
eintritt, die dann auch für
den gesamten zwischen den jeweiligen Wasservorhängen abgeschotteten Raum ausgelegt
sein müssen.
Abgesehen von dem hierfür
erforderlichen hohen Aufwand sind derartige Anordnungen für die Flucht
und Rettung von Personen ungeeignet, da innerhalb eines solchen
Raumes eine Orientierung gänzlich
unmöglich
ist.
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Mit diesem Problem befasst sich die
DE 100 19 537 A1 ,
die eine Anordnung zur Sicherung der Flucht und Rettung unter Rauch,
Wärme-
und Schadstoffbelastungen beschreibt.
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Gemäß dieser vorgestellten Lösungen werden
Sprühnebeldüsen von
Wassernebelanlagen in bogenförmiger
Anordnung über
die gesamte bauliche Länge
von unterirdischen Verkehrsanlagen angeordnet, bei der die Sprühnebeldüsen mit
sogenannten Sprührohrbögen bestückt sind,
die über
die gesamte Länge
der Baulichkeit, hintereinander und quer im Lichtraumprofil der
jeweiligen Anlage angeordnet sind. In den Sprührohrbögen sind die einzelnen Sprühdüsen angeordnet,
wobei die Anordnung dieser Sprühdüsen so erfolgt,
dass bei Inbetriebsetzung der Sprühdüsen sich ein bestimmter Wassernebel
ausbreiten soll, wobei beschrieben wird, dass nur die Sprühnebeldüsen in Funktion
gesetzt werden, die unmittelbar im Bereich des Brandherdes und vor
und hinter dem Brandherd liegen. Die Ansteuerung soll dabei über bekannte
Brandmeldeerkennungssysteme erfolgen, wobei die einzelnen angesteuerten Sprührohrbögen als
sogenannte Nebeltore fungieren sollen. Es soll dadurch erreicht
werden, dass diese Bereiche für
die Feuerwehr und Rettungsmannschaften über einen längeren Zeitraum rauchfrei gehalten werden
können.
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Durch die Ausbildung eines Wassernebels werden
die infolge eines Brandes eintretenden hohen Belastungen an Rauch
und Schadstoffen sicher vermindert und somit auch Fluchtwege offen
gehalten, allerdings ist eine annähernd exakte Bestimmung des
Brandherdes mit dieser Lösung
nicht möglich.
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Aus dem Stand der Technik sind ferner
Wasserschleieranlagen und Verfahren zur Abschottung von Feuer und
Rauch sowie zur Brandbekämpfung
in Tunnelbauwerken bekannt geworden.
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So beschreibt die
DE 201 15 134 U1 eine Wasserschleieranlage
zur Abschottung von Feuer und Rauch an baulichen Anlagen, bei der
mindestens zwei Sprührohrbögen in einem
Abstand zueinander in einer baulichen Öffnung an ihren Seiten sowie oberhalb
dieser baulichen Öffnung
angeordnet sind, und dass sich entlang in diesen Sprührohrbögen in regelmäßigen Abständen Mehrfachdüsen befinden, die
unter einem bestimmten Winkel angeordnet sind. Bei Inbetriebsetzung
dieser Anlage soll sich dann ein Wasserschleier in Form eines Wassernebels
herausbilden, der zur Brandeindämmung
bzw. Brandbekämpfung
dienen soll.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Brandbekämpfung
in Tunnelbauwerken der beschriebenen Gattung ist mit der
DE 100 37 921 A1 bekannt geworden.
Das Verfahren ist darauf ausgerichtet, dass über eine stationär im Tunnel
angeordnete Einrichtung Druckwasser in den Tunnel eingespritzt und dabei
so vernebelt wird, dass das gesamte Volumen in der Umgebung eines
Brandherdes mit Wassernebel ausgefüllt ist.
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Beide Lösungen beziehen sich darauf,
dass über
die vorgesehenen Mehrfachdüsen
in den bogenförmig
ausgebildeten Sprührohren
ein Wassernebel erzeugt wird, der zur Abschottung von Brandherden
aufgebaut wird.
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Schließlich sei noch auf die
DE 199 34 118 C2 und
die
EP 0 197 371 A1 verwiesen,
mit denen zum einen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löschen von
Bränden
in Tunneln bekannt geworden ist und zum anderen eine Brandmeldeanlage
mit einem Absaugsystem beschrieben wird. So bezieht sich die
DE 199 34 118 C2 darauf,
dass zum Löschen von
Bränden
in Tunneln, in dem jeweiligen Tunnel oder tunnelartigem Gebilde,
in Abhängigkeit
eines Steuersignals mittels Abtrennungen ein Inertisierungsraum
gebildet wird, der den vom Brand betroffenen Abschnitt des jeweiligen
Bauwerkes einschließt
und wodurch erreicht werden soll, dass in diesem Inertisierungsraum
mittels einer Inertisierungsvorrichtung der Sauerstoffgehalt auf
ein inertes Volumen reduziert wird. Um dies in der Praxis umzusetzen,
bedarf es jedoch eines sehr hohen fertigungstechnischen Aufwandes,
welcher wiederum mit hohen Kosten verbunden ist. Die Brandmeldeanlage nach
der
EP 0 197 371 A1 ist
mit einem Absaugsystem ausgerüstet
und steht mit einer Datenverarbeitungseinrichtung in Verbindung.
Der Rauchmelder der Brandmeldeanlage ist als ein analogwertmessender
Rauchsensor ausgebildet, der von der Zentrale aus regelmäßig auf
seinen analogen Messwert abgefragt wird, wobei die Messwerte gespeichert
und aus den abgefragten Messwerten eine Alarmmeldung abgeleitet
wird, wenn der jeweils abgefragte Messwert um einen vorgebbaren
Betrag unter- bzw. überschritten
wird, wobei nähere
Ausführungen
hinsichtlich der Ausführung,
insbesondere der Löscheinrichtungen, nicht
gegeben werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Wassersprühnebel-System
zu entwickeln, das die Eigenschaften des Wassersprühnebels
in der Weise ausnutzt, dass somit die Rauch- und Temperaturentwicklungen
für eine
bestimmte Zeit unter Kontrolle gehalten werden, dies bei einer möglichst höchst genauen
Bestimmung des Brandortes.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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So wurde ein Wassersprühnebel-System
zur Rauchwaschung, Rauch- und Wärmebindung
in unterirdischen Verkehrswegen entwickelt, welches derart funktioniert,
dass innerhalb eines Tunnels mittels einer gezielten Brandfrüherkennung
sowie durch die Anordnung eines Wassersprühnebel-Systems in Form von
Wassersprühnebel-Sektionen,
der Rauch von Schad- und Reizstoffen und Rußpartikeln ausgewaschen sowie
die Temperaturentwicklung für
eine bestimmte Zeit unter Kontrolle gehalten werden.
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Die Wassersprühnebel-Sektionen sind dabei parallel
zur Fahrbahn angeordnet und durch die sektionale Detektion entlang
der gesamten Tunnelstrecke, wird die Lokalisierung des Brandherdes
und damit die punktgenaue Auslösung
der entsprechenden Wassernebel-Sektionen
ermöglicht,
wobei gleichzeitig über
die Brandfrüherkennung
entsprechende Informationen an die Brandmeldezentrale weitergeleitet
werden.
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Die Brandbekämpfung und im Besonderen die
Rauch- und Wärmebindung
im Bereich des unmittelbaren Brandherdes minimiert gleichzeitig
die erforderliche Wassermenge für
die Rauchbindung/Rauchwaschung und Wärmeunterdrückung. Durch die gezielte Brandort-Lokalisierung
zusammen mit der Rauch-Detektion kann exakt am Brandort der Wassersprühnebel eingesetzt
werden und so eine gezielte Brandbekämpfung erfolgen.
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Gemäß der Erfindung besteht das
Wassersprühnebel-System
aus einzelnen Sprührohren,
in denen mit Wassersprühnebeldüsen ausgebildete Sprühköpfe angeordnet
sind, die sowohl im oberen als auch im seitlichen Bereich einer
unterirdischen Verkehrsanlage, versorgen die Sprührohre und die Wassersprühnebeldüsen der
Sprühköpfe stetig
mit Wasser, welches unter erhöhtem
Druck bei Inbetriebsetzung des Wassersprühnebel-Systems aus den Wassersprühnebeldüsen austritt.
Die Anordnung der Wassersprühnebeldüsen und
somit die der Sprührohre
erfolgt unter bestimmten Anstellwinkeln zur Brandseite und über die
als Mehrfach-Düsen
ausgebildete Wassersprühnebeldüsen treten
impulsartig und unter Bildung mehrfach gestaffelt ineinander greifender
Hohlkegel feinste Wasserteilchen in turbulierter Form derart aus,
dass sich über
die gesamte Sektion ein dichter Wasserschleier bildet, dessen Strömungsbild
aus Kaskaden direkter Einströmungen, Überschneidungen
von Einströmungen
sowie aus induzierten Sekundärströmungen und
Verwirbelungen zusammengesetzt ist.
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Dieser in besonderer Weise aufgebaute Wasserschleier
setzt sich strukturell aus einer Vielzahl einzelner Wassertröpfchen zusammen,
bildet keinen geschlossenen Film, so dass herangezogene Brandgase
durch die turbulierende, impulsartige Strömung erfasst werden, diese
bleiben an den Wassertröpfchen
haften und werden schließlich
mit dem sich absenkenden Wasserschleier niedergeschlagen. Durch
die gleichmäßig in alle
Richtungen erzeugte Bewegungsenergie der Wassertröpfchen ist ein
Eindringen von Objekten oder aber von Personen in den Wasserschleier
völlig
unerheblich in Bezug auf die Kriterien einer stabilen und kontinuierlich
dichten Abschottung gegenüber
Feuer und Rauch. Der in der jeweiligen Sektion austretende Wassernebel
ist infolge seiner großen
Oberfläche
dabei in der Lage, Wärmestrahlung
in einem beträchtlichen
Umfang aufzunehmen und zu kompensieren, dies in Rauchwaschung/Rauch-
und Wärmebindung.
Untersuchungen zum effektiven Betreiben des Wassersprühnebel-Systems
haben gezeigt, dass die Rauch-Detektion, ein Ansaugsystem, mit dem
die Luft im jeweiligen Tunnel kontinuierlich angesaugt und auf Schadstoffanteile
analysiert wird, eine Ansprechzeit von etwa 100 bis 120 Sekunden
benötigt.
Die Rauch-Detektion stellt dabei nach dem derzeitigen Stand der
Technik die schnellste Branderkennungsmethode dar, es sind aber
auch durch die Temperatur-Detektion keine kürzeren Ansprechzeiten praktisch
realisierbar. Dies auch unter der Beachtung, dass die Luftströmung in unterirdischen
Verkehrsanlagen, die durch die Belüftung oder im Brandfall durch
die entstehende Thermik erzeugt wird, trägt diese in jedem Fall den
entstehenden Rauch und ebenfalls die Temperatur vom eigentlichen
Brandherd fort, so dass der Einsatz einer stationären Wassernebelanlage
exakt am Brandherd mit den bisher bekannten Lösungen deshalb nicht möglich wird,
da die Auslösung
einer entsprechenden Wassernebelsektion, bedingt durch die Reaktionszeit
des Systems und der Luftgeschwindigkeit, in jedem Fall in einiger
Entfernung zum eigentlichen Brandherd erfolgt. So erfolgt die Brandort-Lokalisierung
gemäß der Erfindung
aus der Ansprechzeit der Rauch-Detektion und der vorhandenen Rauchgeschwindigkeit,
mit der der Rauch und die Temperatur von der Entstehungsquelle fortgetragen
werden. So ergibt sich aus der Ansprechzeit der Rauch-Detektion
und der Rauchgeschwindigkeit durch entsprechenden Abgleich die Entfernung
zum Brandherd, welcher somit exakt lokalisiert wird.
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Die Ansprechzeit der Detektion wird
als Konstante betrachtet, die Rauchgeschwindigkeit ist dagegen variabel
und wird über
entsprechende Einrichtungen, welche weitestgehend in Tunnelanlagen
installiert sind, gemessen und so die Entfernung der Rauchquelle
zum Detektionspunkt bestimmt. Diese Informationen werden auf einen
Rechner geleitet, welcher die dem Brandherd am nächsten gelegene Wassernebelsektion
bestimmt und diese in Betrieb setzt, so dass eine optimale Brandherdbekämpfung gewährleistet
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Einen
schematischen Aufbau eines in einer unterirdischen Verkehrsanlage/
einem Tunnel installierten Wassersprühnebel-Systems
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2 Die
Anordnung der Sprühköpfe in den Sprührohren
und das Sprühbild
der Anlage bei Inbetriebsetzung einer Wassersprühnebelsektion, somit die Ausbildung
eines Wasserschleiers
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3 Eine
Schnittdarstellung nach 2
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Das Wassersprühnebel-System mit den dazugehörigen Sprührohren 2 ist
gemäß der 1 so im Bereich des Tunnels 1 angeordnet,
dass die Sprührohre 2 im
Deckenbereich und in Längsrichtung
des Tunnels 1 angeordnet sind. In diesem Bereich befinden
sich ferner die Einrichtungen der Brandfrüherkennung 3, wobei
das Wassersprühnebel-System
so ausgebildet ist, dass die einzelnen Sektionen 6 über eine
Länge von
annähernd
25 m ausgebildet und zwischen den einzelnen Sektionen 6 Freiräume mit
Längenmaßen von
annähernd
50 m vorgesehen sind. Diese Teilstücke werden deshalb als Freiräume bezeichnet,
da über
diesen Streckenbereich keine Sprührohre 2 vorgesehen
sind. Zweckmäßigerweise
werden die einzelnen Sprührohre 2 sektionsweise
in einer Gesamtlänge über den
Längsbereich
des Tunnels 1 geführt,
gleiches gilt für
die Brandfrüherkennung 3.
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Über
Wasserzuführungsleitungen 5,
welche längs
und im unteren Bereich des Tunnels 1 vorgesehen sind, erfolgt
die Versorgung des Wassersprühnebelsystems
mit Wasser, wobei in bevorzugter Ausführung die Wasserzuführungsleitungen 5 einseitig vorgesehen
sind und die Wasserversorgung sektionsweise über bogenförmig ausgebildete Wasserzuführungsleitungen 11 erfolgt.
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In einem regelmäßigen Abstand sind in den Sprührohren 2 die
mit Wassersprühnebeldüsen ausgebildeten
Sprühköpfe 7 angeordnet.
Die Sprühköpfe 7 sind
unter bestimmten Anstellwinkeln nach unten und seitlich geschwenkt
ausgerichtet, wodurch sich unterschiedliche Anstellwinkel für die Sprühköpfe 7 und
unterschiedliche Austrittswinkel für die aus den Wassersprühnebeldüsen austretenden
Wassernebel ergeben. Dabei sind die Sprühköpfe 7 mit ihren Wassersprühnebeldüsen so angeordnet
und ausgerichtet, dass sie auf die zu erwartende Brandseite gerichtet
sind.
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Aus der 2 ist erkennbar, wie durch die Wassersprühnebeldüsen der
Sprühköpfe 7,
durch mehrfaches Umlenken, ein Wasserstrahl erzeugt und so geformt
wird, dass er impulsartig turbulierend die Wassersprühnebeldüsen verlässt und
dabei mehrere gestaffelt, ineinander greifende, hohlkegelartige,
feine Wassernebel gebildet werden, die als Wasserschleier 8 bezeichnet
sind. Dieser Wasserschleier 8 entsteht durch die Ausbildung
der Wassersprühnebeldüsen der
Sprühköpfe 7 und
durch deren Anordnung und Ausrichtung in dem Wassersprühnebel-System.
Aus den einzelnen Wassersprühnebeldüsen treten
Wassernebel aus, die einen Hohlkegel bilden und mit den benachbarten
Wassernebeln sich überschneiden,
wodurch Sekundärströmungen und Verwirbelungen
entstehen, die sich über
den gesamten Querschnitt einer Sektion 6 des Wassersprühnebel-Systems
erstrecken und einen dichten und alle eventuellen Lücken ausfüllenden
Wasserschleier 8 bilden, und sogenannte tote Winkel vermieden
werden. Infolge der Zusammensetzung des Wasserschleiers 8 aus
einer Vielzahl von kleinsten Wasserpartikeln, die im wesentlichen
Durchmesser von etwa 50 bis 300 μm
aufweisen, entsteht eine enorm große Gberfläche, die geeignet ist, beträchtliche
Mengen der im Brandortbereich erzeugten Wärmstrahlung zu absorbieren.
Gleichzeitig werden herangezogene Schadstoffe durch die innerhalb
des Wasserschleiers 8 produzierte Bewegungsenergie ebenfalls
turbuliert, diese bleiben an den Wasserpartikeln haften und werden
schließlich
mit dem sich absenkenden Wasserschleier 8 niedergeschlagen.
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Bei der Darstellung nach 2 handelt es sich um das
Sprühbild
bzw. um den sich herausbildenden Wasserschleier 8 der oberen
im Deckenbereich des Tunnels angeordneten Sprührohre 2.
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Neben der Anordnung von Sprührohren 2 im Deckenbereich
des Tunnels sind gleichfalls an den Seitenwänden des Tunnels Sprührohre 2 angeordnet,
welche in analoger Weise der im Deckenbereich vorgesehenen Sprührohre 2 mit
Sprühköpfen 7 bestückt sind,
die gleichfalls Wassersprühnebeldüsen besitzen,
die bei Inbetriebsetzung einen Wasserschleier 8 erzeugen,
wie in der 3 gezeigt,
welcher das Sprühbild
der in den seitlich verlaufenden Sprührohren 2 vorgesehenen
Sprühköpfe verdeutlicht.
Auch hier vereinen sich die einzelnen Hohlkegel der Wassernebel
zu einem Wasserschleier 8 in vielfältiger Art und Weise, so dass
ein vollflächiger
Wasserschleier 8 seitlich der Wände des Tunnels 1 entsteht.
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Die Ansteuerung und Inbetriebsetzung
der Sektion 6 des Wassersprühnebel-Systems, die sich unmittelbar
im Bereich des Brandortes befindet, erfolgt unmittelbar über die
Lokalisierung des Brandortes, welcher bestimmt wird aus der Ansprechzeit
der Rauch-Detektion
und der vorhandenen Rauchgeschwindigkeit, wodurch die Entfernung
des Brandherdes und somit die Lokalisierung des Brandortes erfolgt.
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Beträgt die Ansprechzeit der Rauch-Detektion
beispielsweise 100 s und die Rauchgeschwindigkeit 2 m/s, so beträgt die Entfernung
zum Brandort 200 m. Die Daten fließen dabei in einen Rechner
ein, über
den die genaue Position der jeweiligen, dem Brandort am nächsten liegenden
Sektion 6 bestimmt und ausgelöst wird. Da die gesamte Tunnelstrecke
in jeweils 25 m lange Sektionen 6, im Abstand von beispielsweise
50 m zueinander unterteilt ist, kann die Position einer jeden Sektion 6 als
Konstante in den Rechner eingegeben werden. Das bedeutet, die Abstände zwischen
den Sektionen 6 sind anpassbar an die gegebenen Bedingungen
vor Ort und können
entsprechend variiert werden. Der Abstand von ca. 50 m ist dabei
eine Ausführungsmöglichkeit.
Durch die Ausbildung und Anordnung des Wassersprühnebel-Systems ist über eine
Strecke von annähernd
75 m die erforderlich Rauch- und Wärmebindung sichergestellt,
so dass eine optimale Brandherdbekämpfung erfolgen kann.
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Das Verfahren zeichnet sich weiter
dadurch aus, dass die Brandherdtemperatur durch den von der jeweiligen
Sektion 6 des Wassersprühnebel-Systems
ausgetragenen Wasserschleier 8 unmittelbar am Brandherd
bereits zu einem frühen
Zeitpunkt bekämpft
wird und unter der Verdampfungsgrenze des Wassers gehalten werden
kann, denn bekanntlich kommt es bei über 100 °C zu einer Verdampfung des Wassers,
was wiederum eine Brandbekämpfung
beeinträchtigen
würde und
zur Dampfverpuffung führen könnte.