Die Ausdehnung von Stahl, insbesondere als Material von Lüftungsleitungen, muss beachtet werden, um den sicheren Betrieb und die Integrität von Lüftungssystemen in einem Brandfall zu gewährleisten. Die Ausdehnungseigenschaften von Materialien, einschließlich Stahl, spielen eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von Verformungen und strukturellen Problemen in kritischen Situationen wie einem Brand:
- Temperaturanstieg im Brandfall: Bei einem Brand steigen die Temperaturen drastisch an. Metallische Bauteile wie Stahl reagieren auf diese Temperaturen mit einer thermischen Ausdehnung. Ohne ausreichende Berücksichtigung dieser Ausdehnung könnten Lüftungsleitungen sich deformieren, verbiegen oder sogar brechen.
- Verhinderung von Verkantungen und Verformungen: Eine unkontrollierte Ausdehnung von Lüftungsleitungen kann zur Krafteinwirkung auf formschlüssig verbundene Bauteile führen, insbesondere wenn die Leitungen an Wänden oder anderen Bauteilen befestigt sind. Dies könnte dazu führen, dass sich die Leitungen verklemmen, andere Bauteile beeinträchtigen oder sogar aus ihrer Verankerung gerissen werden. Somit kann ohne Längenkompensation eine Brandschutzklappe aus einer Wand geschoben/gedrückt werden.
- Sicherheit und Fluchtwege: In einem Brandfall sind sichere Fluchtwege von entscheidender Bedeutung. Verklemmte oder verformte Lüftungsleitungen könnten den Fluchtweg behindern und die Evakuierung erschweren. Durch die Berücksichtigung der thermischen Ausdehnung von Stahl wird versucht, diese Gefahren zu minimieren.
- Brandschutzanforderungen: Brandschutzvorschriften und -normen setzen oft spezifische Anforderungen für die Konstruktion von Lüftungssystemen in Bezug auf Brandbeständigkeit und strukturelle Integrität. Die Berücksichtigung der Ausdehnungseigenschaften von Materialien wie Stahl ist entscheidend, um diese Anforderungen zu erfüllen.
Die lineare Ausdehnung von Stahl beträgt ungefähr 13 × 10^(−6) pro Kelvin. Wenn wir diese Werte auf eine Temperaturerhöhung von 20°C bis 1000°C (Normbrandfall gemäß Einheits-Temperaturzeitkurve) anwenden, erhalten wir:
Lineare Ausdehnung = 13 × 10^(−6) * K^(−1) × 980 K × 1 m = 0,01274m = 12,74mm
Das bedeutet, dass sich ein Meter Stahl bei einer Temperaturerhöhung von 20°C auf 1000°C um ungefähr 12,74 mm ausdehnen würde. Ein Luftkanal/Luftleitung kann so starke Krafteinwirkung auf Wände ausüben. Diese Ausdehnung ist somit wichtig zu berücksichtigen, wenn es um die Planung von Bauprojekten, insbesondere im Brandschutz, geht, um strukturelle Probleme oder Sicherheitsrisiken zu minimieren.
Längen-Kompensation in Luftleitungen
Um diese Probleme zu minimieren, werden oft sogenannte Kompensatoren (Segeltuchstutzen) oder Dehnfugen in Lüftungssystemen eingebaut. Diese Komponenten sind so konzipiert, dass sie die thermische Ausdehnung des Materials ermöglichen, ohne die Integrität des Systems zu beeinträchtigen. Zum Einbau dieser Kompensatoren gibt es Vorgaben in den Verwendbarkeitsnachweisen bzw. Montageanleitungen der Brandschutzklappen. Zusätzlich gibt es Vorgaben in der Lüftungsanlagenrichtlinie des jeweiligen Bundeslandes.
Die Verwendung von Kompensatoren bzw. Segeltuchstutzen in Lüftungsanlagen ist in den Lüftungsanlagenrichtlinien seit 1974 geregelt. Gemäß diesen Richtlinien wird die Installation von Kompensatoren alle 4 Meter als verpflichtend vorgeschrieben. Dies dient dazu, thermische Ausdehnungen und Kontraktionen in den Lüftungsleitungen auszugleichen und somit strukturelle Schäden oder Verformungen zu verhindern.
Interessanterweise erlaubte die ältere Version der Lüftungsanlagenrichtlinie sogar die Kompensation durch Wickelfalzrohre – alleine durch die Art ihrer Konstruktion. Diese speziellen Rohre können sich aufgrund ihrer Konstruktion (gewickeltes Stahlband) ineinander schieben und somit eine gewisse Stauchung des gefalzten Rohrs ermöglichen. Diese Regelung galt insbesondere bis zu einem Durchmesser von etwa DN 400.
Die Vorschriften bezüglich Kompensatoren oder Segeltuchstutzen dienen dazu, die Flexibilität und Belastbarkeit von Lüftungsanlagen sicherzustellen. Diese Maßnahmen sind wichtig, um den sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten und gleichzeitig strukturelle Integrität in verschiedenen Betriebssituationen, einschließlich thermischer Belastungen, zu garantieren.