Nut rookwerendheid bij automatische blusinstallatie

Per 1 juli 2021 is het Bouwbesluit 2012 gewijzigd. Op alle nieuw te bouwen gebouwen, waarbij de omgevingsvergunning voor de activiteit bouwen na deze datum wordt aangevraagd, is deze wijziging van kracht. De wijziging heeft betrekking op rookwerendheid.

Vóór 1 juli gold voor brandscheidingen enkel dat een scheiding brandwerend moet zijn op een of meer van de vier criteria vlamdichtheid (E), stralingsdichtheid (W), temperatuurdichtheid (I) en weerstand tegen bezwijken (R). Rookwerendheid werd beschouwd als brandwerendheid x 1,5 = rookwerendheid volgens NEN 6075 paragraaf 5.2. Hier waren dus geen andere regels voor en dus geen aanvullende eisen voor rookwerendheid. Deze wijze van bepalen van rookwerendheid op basis van brandwerendheid blijft van toepassing voor bestaande bouw. Voor verbouw moet de nieuwe methode toegepast worden tussen beschermde subbrandcompartimenten en (extra) beschermde vluchtroute.

Per 1 juli 2021 zijn andere eisen aan rookwerendheid gesteld: brandscheidingen moeten ten aanzien van rookwerendheid gaan voldoen aan NEN 6075:2020. Dit houdt in rookdichtheid tegen koude rook van 20 °C (R_a) en rookdichtheid tegen warme rook van 200 °C (R₂₀₀). Als de eis R₂₀₀ is, is ook R_a van toepassing. Dit betekent dat voor een brandscheiding doorgaans een R_a-eis geldt. Het is hoogst opmerkelijk dat er voor technische ruimtes geen eis aan rookwerendheid (R_a of R₂₀₀) geldt.

De R staat conform NEN 6075:2020 voor rookwerendheid en rookdoorgang tussen ruimten, ofwel weerstand tegen rookverspreiding. Deze totale ‘R’ van een brandscheiding wordt door verschillende componenten bepaald, zoals  (kieren van) deur en doorvoeren, brandkleppen van luchtkanalen, opbouw wand, enzovoort. De losse onderdelen worden beoordeel op lekkage van het constructie-onderdeel conform NEN‑EN1634‑3, uitgedrukt in S_a en S₂₀₀. Voor S_a geldt omgevingstemperatuur met een drukverschil van 10 en 25 Pa (beide moeten de test succesvol doorstaan). Voor S₂₀₀ aanvullend een temperatuur van 200 °C met een drukverschil van 10, 25 en 50 Pa (alle drie de testen moeten succesvol worden doorstaan).

Praktijksituatie voor 1 juli 2021

Bij brand ontstaat rook, waardoor er tussen ruimtes aan weerszijden van een brandscheiding drukverschillen zullen ontstaat. Deze rookverspreiding komt al voor als de rooklaagtemperatuur nog onder de 200 °C is. Als praktijkvoorbeeld nemen wij een ziekenhuis. Bij een brand in een ziekenhuiskamer zal rook al naar de buurkamers stromen, die aangesloten zijn op hetzelfde luchtkanalensysteem of via gaten en kieren in een gedeelde wand(aansluiting). Dit geldt ook voor kieren rondom deuren en hang- en sluitwerk waardoor rook naar de gang stroomt. Omdat de rook nog niet de temperatuur van 70 °C bereikt heeft, zal de brandklep met smeltlood nog niet sluiten (een smeltlood heeft een activatietemperatuur van circa 70 °C). Ditzelfde is nu van toepassing op brandwerende deuren, waarbij de brandwerende zwelstrips alleen hun werk doen bij warme rook.

Omdat deze situatie niet wenselijk is, is de regelgeving hieromtrent aangepast.

Praktijksituatie na 1 juli 2021

Bij rookdichtheid tegen koude rook zal een brandklep met smeltlood of bij brand opzwellende strip niets toevoegen. Deze activeren pas bij een (rook)temperatuur van ten minste 70 °C. Een deur in een brandscheiding mag dus bijna geen kieren bevatten om aan de R_a-eis te voldoen. Om te voldoen aan de R₂₀₀-eis zijn de bij brand opzwellende strips nog steeds nodig. Een nog grotere impact heeft de Ra-eis op luchtkanalen. De brandkleppen met alleen een smeltlood zullen niet meer toereikend zijn. Luchtkanalen door een brandscheiding moeten voorzien worden van bijvoorbeeld een motorgestuurde brandklep. Deze brandklep wordt gestuurd op basis van een rookmelder aan weerzijden van de brandscheiding. Dus het gaat niet alleen de toevoeging van een motorgestuurde brandklep maar ook voor aanvullende rookmelders, sturingen, functiebehoud bekabeling, voedingen en fail-safe oplossing.

Situatie met automatische blusinstallatie

Een automatische blusinstallatie, zoals een sprinkler, wordt in veel gevallen geïnstalleerd als gelijkwaardige invulling aan grote brandcompartimenten. Hierdoor zijn er minder brandscheidingen benodigd voor het beperken uitbreiden van brand, als bedoeld in afdeling 2.10 Bouwbesluit 2012. Voor veilig vluchten, zoals beperken van de loopafstanden, zijn doorgaans nog wel brandscheidingen vereist. Voor brandscheidingen tussen subbrandcompartimenten geld dan buiten een WBDBO-eis, ook voldoen aan de R_a-eis. Voor brandscheidingen rondom trappenhuizen (extra beschermde vluchtroute) geldt buiten de WBDBO-eis R₂₀₀ (dus ook R_a).

Voor ons praktijkvoorbeeld van een ziekenhuis(kamer) is de activatietijd van een sprinkler berekent. Een standaard sprinklerkop opent bij een tempratuur van 68 °C. In de ziekenhuiskamer (hoogte 3,5 m, afstand 3,6 m) met gemiddelde brandgroei activeert een sprinkler na 4 minuten (berekening met applicatie DETACT gebaseerd op DETACT-12 van NIST, maker: Kristoffer Hermansson). Vanaf dat moment zal de brand nagenoeg niet meer in omvang groeien. Door de gelimiteerde omvang van de brand en het koelen van de rook door de sprinkler, resulteert dit in een beperkte temperatuur van de rook.

Onderbrandmeester/brandmeester Repressie keuze (Nibra 2001) stelt dat een gesprinklerde brand maximaal 200 °C wordt. De rooklaagtemperatuur aan het plafond zal nog lager zijn.

Met deze gegevens wordt duidelijk dat een sprinkler er dus voor zal zorgen dat een brand/rook van 200 °C waarschijnlijk niet bereikt gaat worden. Indien er aan weerszijden van een brandscheiding gesprinklerd wordt, is het nut van R₂₀₀ ver te zoeken.

Het bedrijf Exova warringtonfiregent en de universiteit van Gent hebben, net als het IFV, een onderzoek gedaan naar rookverspreiding bij brand (Brandveiligheid in ouderenvoorzieningen: onderzoek naar de doelmatigheid van alternatieve brandveiligheidsmaatregelen nieuwe zorgconcepten, 2016). Een van de varianten in de tests was het toepassen van een sprinklerinstallatie. Uit het onderzoek is gebleken dat na activatie van de sprinkler de drukopbouw van een brand teniet doet. Echter, zo lang de sprinkler nog niet geactiveerd is, zal er wel sprake zijn van drukopbouw, dus drukverschillen tussen brandruimte en aangrenzende ruimten. Een automatische rookmelder zal al lang geactiveerd zijn, blijkt uit datzelfde onderzoek. De sprinkler activeert in dit onderzoek na 3 minuten, terwijl de automatische optische brandmelder al na 55 seconden rook gedetecteerd heeft. De sprinkler uit dit onderzoek is een woningsprinkler (quick response, RTI <50), activatietemperatuur 68 °C. De gemeten temperaturen tijdens deze proef ter plaatse van de brandhaard was circa 180 °C. Bij de sprinklerkop was niet meer dan 100 °C gemeten. Aan het plafond zijn ook waardes van 80 °C gemeten in de brandruimte. Deze piektemperaturen zijn gemeten op het moment dat de sprinkler activeerde. Na activatie daalde de temperatuur sterk tot nagenoeg omgevingstemperatuur.

De drukopnemers van deze proef zijn in figuur 1 weergegeven. De brandhaard bevond zich in de gemeenschappelijke ruimte. Beide kamers grenzen met een deur aan de gang. Deze gang grenst zonder tussenkomst van de deur aan de gemeenschappelijke ruimte. Kamer 1 heeft een brandwerende deur, kamer 2 een rookwerende deur (S₂₀₀).

In de grafieken is op de piek (moment dat de sprinkler activeert) een maximale drukverhoging in kamer 2 te zien van +5 Pa te zien. Bij toepassing van een brandwerende deur (kamer 1) is dit ca. ±2,5 Pa.

De druk in de brandruimte loopt op tot ca. 35 Pa, meer dan 10 en 25 Pa wat voor de NEN‑EN1634‑3 en NEN 6075 een criterium is bij 20 °C. 10 Pa wordt gedurende ca. 60 s overschreden, bij 25 Pa ca. 30 s. Echter, de drukken en temperaturen van 50 Pa en 200 °C worden bij lange na niet gehaald.

Ter illustratie in figuur 5 ook de drukopbouw in de situatie zonder sprinkler, waarbij de resultaten met sprinkler in stippellijnen in de grafieken ingetekend zijn.

Effecten sprinklerinstallatie op rookverspreiding

Tot het moment dat de sprinkler activeert, kan dus gesteld worden dat er wel degelijk drukverschillen gaan ontstaan tussen verschillende ruimtes. De naburige ruimte ten opzichte van de brandruimte vertoont drukverhogingen van 2,5/5 Pa. Er kan gekeken worden naar het bewust creëren van een onbalans in de ventilatiehuishouding. Door bij brand de afvoerventilatie in die ruimte met grotere capaciteit te laten draaien dan de toevoer, kan de drukbouwbouw in de brandruimte mogelijk deels opgeheven worden. Het is afhankelijk van de ventilatiecapaciteit, ventilatieprincipe en ook leidingloop in hoeverre de koude rook tegengehouden kan worden bij een ventilatiesysteem dat blijft doordraaien, zonder brandkleppen. Het drukverschil tussen de ruimtes is 35-5 = 30 Pa. Om te voldoen aan de norm moet deze teruggebracht kunnen worden naar minder dan 10 Pa. Als dit mogelijk is, kan zonder brandklep in het kanaal aan Ra worden voldaan. De prestatie-eisen aan rookweerstand worden immers gemeten bij een druk van 10 en 25 Pa.

Dus als aangetoond kan worden dat (30-10=) 20 Pa ‘weggeventileerd’ kan worden, kan zonder brandkleppen aan NEN 6075 worden voldaan. Bij het creëren van zo een grote onderdruk, is het echter wel te verwachten dat aanvullende bouwkundige en installatietechnische maatregelen getroffen moeten worden.

• De ‘onderdrukruimte(s)’ moet(en) zeer luchtdicht zijn. Door een zo luchtdicht mogelijke ruimte te creëren, is er minder lekverlies, dus minder capaciteit voor de ventilatie nodig. Overigens, hoort door de Ra-eis de rookwerendheid – dus luchtdichtheid – al goed te zijn.
• De luchtdichtheid van een ruimte moet met een fan-test aangetoond worden.
• Er moet voldoende ventilatiecapaciteit voor afvoer zijn, of er moet aanvullende afvoercapaciteit extra ontworpen worden.
• Het geheel moet van tevoren aangetoond worden, waarschijnlijk middels CFD-analyses of praktijkvoorbeelden/testen.

Overigens is in de test van EWFG/UG duidelijk te zien dat de druk in de gemeenschappelijke ruimte sterk afneemt bij activatie van de sprinkler. Nadat de sprinkler geactiveerd is (3 minuten na ontstaan brand), is de druk bij de brand en dus tussen ruimtes zodanig laag (kleiner dan 10 Pa) dat wanden met doorvoeren zonder brandkleppen al aan de prestatie-eisen van NEN 6075 voor koude rook voldoen.

Wat betekent dit in de praktijk?

Indien dus aangetoond kan worden dat het drukverschil tussen ruimtes (zonder brandkleppen) middels afvoerventilatie weggeventileerd kan worden door afvoer brandruimte door te laten draaien, zijn motorgestuurde brandkleppen waarschijnlijk niet eens nodig. Als wegventileren mogelijk is, wordt dus zonder brandkleppen al voldaan aan NEN 6075. Voor het voorbeeld met een ziekenhuis zal het toepassen van quick response sprinklers een positieve bijdrage opleveren. Daar waar bij standard response activatie na 4 minuten was (255 seconden), zal door quick response de activatie binnen 4 minuten plaatsvinden (237 seconden).

Als wegventileren mogelijk is, wordt zonder brandkleppen al voldaan aan NEN 6075

Ook zou mogelijk voor een terugslagklep gekozen kunnen worden om het drukverschil te overbruggen. Voor het openen/open houden van de terugslagklep is wel aanvullende capaciteit nodig. Deze moeten dan wel redelijk precies en vooral accuraat werken. Inaccurate terugslagkleppen of terugslagkleppen van inferieure kwaliteit kunnen leiden tot ongewenst – en mogelijk zelfs ongemerkt – sluiten van de terugslagkleppen.

Een belangrijke kanttekening is wel dat bij gebouwtypen die strengere eisen hebben aan over- of onderdruk van ruimtes, zoals ziekenhuizen en labs, het voorgenoemde zeer waarschijnlijk nietzal werken. Doordat in de reguliere situatie al een overdruk gecreëerd wordt, kan dit ongunstig uitpakken voor de situatie bij brand. Als de brand bijvoorbeeld optreedt in de ruimte op overdruk, wordt het drukverschil tussen de brandruimte en aangrenzende ruimte (niet op overdruk) nog groter. Ook terugslagkleppen hebben dan geen nut; bij het openen of sluiten van een deur zal deze klep al dichtvallen. Derhalve lijkt deze optie in de praktijk niet haalbaar voor dit type gebouwen.

De geboden ‘oplossing’ die NEN 6075 geeft voor het niet toepassen van motorgestuurde brandkleppen, vraagt een grote(re) investering voor ongesprinklerde gebouwen. Deze lijkt ons veel arbeidsintensiever en minder goed controleerbaar dan het toepassen van brandkleppen. Grote delen van afvoerkanalen moeten bijvoorbeeld brandwerend ingepakt worden en alle leidingen en ventilatiecomponenten (inclusief de terugslagkleppen en afvoerventilatoren) moeten de temperatuur van de warme rook aankunnen. Ook ontbreekt ons inziens hier een goede motivatie of onderbouwing waarom deze oplossing mogelijk zou werken. Voor gesprinklerde gebouwen zou de FSE-benadering waarschijnlijk oplossingen kunnen bieden.

Duidelijk is wel dat het van toepassing verklaren van NEN 6075 een grote (investerings)impact heeft op nieuw te bouwen gebouwen. Eventuele besparingen kunnen mogelijk zijn, maar daarvoor is zeker aanvullend onderzoek nodig. Wij verwachten dat in de praktijk gesprinklerde gebouwen enkel zonder brandkleppen uitgevoerd kunnen worden indien projectspecifiek wordt aangetoond dat er voldaan wordt aan NEN 6075 voor R_a. De vraag rijst dan of de mogelijk aanvullend vereiste maatregelen nog wel opwegen tegen de investering met bijkomende kosten van een motorgestuurde brandklep (aangestuurd door rookmelders).

Mirre Veerman, adviseur brandveiligheid Royal HaskoningDHV

Peter Boll, senior adviseur brandveiligheid Royal HaskoningDHV