TGA Brandschutz

TGA Ausgabe 09-2016
Brennstoffzellensystem QuattroGeneration

Strom, Wärme, Kälte und Brandschutz

1 QuattroGeneration im Technologie- und Forschungszentrum in Wismar.

1  QuattroGeneration im Technologie- und Forschungszentrum in Wismar.

Bisher wurden Brennstoffzellen überwiegend als Alternative zur dezentralen Stromerzeugung gesehen. Ohne besondere Gegebenheiten müssen sich die Systeme so gegenüber der konventionellen Strom- und Wärmeerzeugung oder der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung behaupten. Fuji N2telligence hat für seine Brennstoffzelle nun eine weitere Anwendung zur Refinanzierung der Investitionskosten erschlossen: den präventiven Brandschutz durch Sauerstoffreduzierung.

In Rechenzentren, IT- oder Telekommunikationsanlagen besteht durch die Vielzahl dort installierter elektrischer Anlagen ein besonders hohes Brandrisiko. Der Grund für Brände sind meist technische Defekte oder Kurzschlüsse an elektrischen Geräten, die als Schwelbrand häufig erst entdeckt werden, wenn es bereits zu spät ist – mit schwerwiegenden Folgen für den Betrieb, die Mitarbeiter und das Image des Unternehmens.

Selbiges gilt für große Hallen, in denen viele Löschtechniken an Grenzen stoßen: Ob Tiefkühllager in der Lebensmittelindustrie, Gefahrstoff- oder Hochregallager – permanente Warenverfügbarkeit und kurzfristige Lieferfähigkeit haben heute oberste Priorität. Damit diese gewährleistet bleiben, müssen reibungslose Abläufe gesichert und Betriebsausfälle vermieden werden. Brandschutz steht dabei an vorderster Stelle.

Allerdings kostet Brandschutz Geld. Neben hohen Investitionskosten schlagen über die Betriebsdauer insbesondere die laufenden Kosten zu Buche, völlig unabhängig von der Art des Brandschutzes.

Mit dem Brennstoffzellensystem QuattroGeneration von Fuji N2telligence wird das auf den Kopf gestellt – das Unternehmen verspricht nicht weniger als „den ersten Brandschutz mit Return-on-Invest“, für Gebäude oder Gebäudeteile, die mit einer aktiven Brandvermeidung durch Sauerstoffreduktion geschützt werden.

Der Kern ist eine Brennstoffzelle

Brennstoffzellen erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme. Im Vergleich zur Kraft-Wärme-Kopplung tun sie dies durch die direkte Umwandlung von chemischer Energie (Brennstoff) in nutzbare, elektrische Energie nahezu lautlos und effizienter. Wie bei der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung kann man den Strombezug aus dem öffentlichen Netz verringern oder den erzeugten Strom in das öffentliche Netz einspeisen oder an einen anderen Verbraucher vermarkten. Auch die Notstromversorgung bei einem Netzausfall ist realisierbar.

Die bei der Energieumwandlung in der Brennstoffzelle entstehende Wärme kann in einem Heizungssystem oder in Produktionsprozessen genutzt werden. Zudem kann mit der Wärme auch ein Absorptions- oder Adsorptionssystem angetrieben werden, das Klimakälte zur Verfügung stellt.

Da in der Brennstoffzelle ausschließlich chemische Prozesse ablaufen, sind sie im Vergleich zu dem bei der dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung fast ausschließlich eingesetzten Verbrennungsmotor wartungsarm.

Abluft für den Brandschutz

Während der Energiebereitstellung entsteht in der Brennstoffzelle prozessbedingt eine Abluft, die sauber ist und einen geringeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft hat. Diese Abluft fällt beim Betrieb des Systems permanent an. Sie kann dazu verwendetet werden, in Räumen oder Gebäudeteilen eine Schutzatmosphäre zu schaffen, in der Brände gar nicht erst entstehen können. Denn unterhalb einer bestimmten Sauerstoffkonzentration kann kein offenes Feuer entstehen.

Die spezifische Sauerstoffkonzentration, die für die Unterbindung der Entflammbarkeit benötigt wird, ist abhängig von den zu schützenden Materialien. Die natürliche Atmosphäre hat einen Sauerstoffgehalt von knapp 21 Vol.-%. Bei einem Niveau von etwa 17 Vol.-% O2 sind Brandrisiken bereits deutlich reduziert, bei 15 Vol.-% O2 sind die meisten Feststoffe bereits komplett brandsicher. Und wo es nicht brennen kann, werden Folgeschäden aus Brand, Brandrauch, Brandlöschung und einer Betriebsunterbrechung vermieden.

Das Prinzip der aktiven bzw. präventiven Brandvermeidung ist nicht neu, jedoch nutzen bisher verfügbare Systeme hierfür Technologien, die sauerstoffarme (bzw. stickstoffreiche) Luft mit hohem Stromverbrauch und damit hohen Kosten produzieren müssen. Bei „QuattroGeneration“ hingegen steht die Brennstoffzellen-Abluft quasi zum Nulltarif und rund um die Uhr zur Verfügung, sodass der Größe der zu schützenden Räume quasi keine Grenzen gesetzt sind.

Sensoren kontrollieren hierbei ständig den individuell eingestellten Sauerstoffgehalt in den Schutzbereichen, der so auch bei Raumundichtigkeiten und Türöffnungen konstant auf dem erforderlichen Niveau zur Brandvermeidung gehalten wird.

In sauerstoffreduzierten Bereichen dürfen gemäß DGUV-Information 205-006 (Arbeiten in sauerstoffreduzierter Atmosphäre, früher: BGI/GUV-Information 5162) keine ständigen Arbeitsplätze eingerichtet werden. In der Risikoklasse 1 mit einer Sauerstoffkonzentration von unter 17 Vol.-% und minimal 15 Vol.-% gehören zu den Sicherheitsmaßnahmen eine vorherige und danach regelmäßige arbeitsmedizinische Untersuchung und eine Unterweisung der Mitarbeiter und nach 4 h Aufenthalt eine Pause von 30 min außerhalb der sauerstoffreduzierten Bereiche. Der Aufenthalt in einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre ist mit einem Aufenthalt in der Höhe vergleichbar.

Return-on-Invest

Die Realisierung eines Brandschutzkonzepts mit abgesenktem Sauerstoffgehalt stellt plötzlich keinen Kostenblock mehr dar – sondern das System erwirtschaftet durch die Verdrängung von anderweitigem Strom- und Wärmebezug nach Abzug der Brennstoff- und Wartungskosten seinen eigenen Return-on-Invest.

In der Fachpresse liest man häufig vom „ROSI“ – dem Return-on-Security-Investment. Dieser beschreibt Erträge auf das in Sicherheitstechnologien eingesetzte Kapital. Wenn solche Investitionen jedoch keinen unmittelbar errechenbaren Nutzen darstellen (sondern lediglich der Abzug von Werten vermieden wird), ist die Ermittlung des „ROSI“ sehr problematisch. Ein Brandvermeidungssystem, welches durch seine Energiebereitstellung jedoch tatsächliche Erlöse erwirtschaftet, verschiebt die Perspektive für viele Betreiber von Hochregallagern, Tiefkühlhäusern oder Rechenzentren. Zu den weiteren Vorteilen gehört die Erhöhung der Redundanz in der Energieversorgung. Fuji N2telligence garantierte eine Verfügbarkeit von über 90 %, die tatsächliche Verfügbarkeit soll in der Praxis bei über 98 % liegen.

QuattroGeneration

Seit 2006 arbeiten die Firmengründer der damaligen N2telligence GmbH Lars Frahm und Andreas Exler am Thema Brennstoffzelle. Nachdem sie das System QuattroGeneration zur Marktreife geführt und alle nötigen Zertifizierungen durchlaufen hatten, wurde der Vertrieb ausgebaut. Seit der Übernahme der Mehrheitsanteile durch den Großkonzern Fuji Electric Anfang 2016 firmiert das Unternehmen unter dem Namen Fuji N2telligence GmbH.

QuattroGeneration basiert auf einer Phosphorsäurebrennstoffzelle (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) und hat pro Modul eine elektrische Leistung von 100 kW und eine thermische Leistung von ca. 54 kW bei 62 °C und ca. 54 kW bei 92 °C. Mit der Hochtemperaturwärme können über einen externen Absorber ca. 40 kW Kälteleistung zur Raumklimatisierung generiert werden. Mit dem sauerstoffarmen Abluftstrom kann ein präventiver Brandschutz für Raumgrößen bis zu mehreren 1000 m3 realisiert werden. Neben einem Erdgasanschluss ist dann noch ein solides Fundament erforderlich: QuattroGeneration (HBT: 3,4 × 6,5 × 2,2 m) hat ein Betriebsgewicht von 15,5 t.

Für weitere Informationen: Fuji N2telligence ist Aussteller der Security in Essen vom 27. bis 30. September 2016 (Halle 1, Stand C34).

Kompakt informieren

Bei dem PAFC-Brennstoffzellensystem Quattro-Generation entsteht prozessbedingt eine saubere Abluft, die einen geringeren Sauerstoffgehalt als die Umgebungsluft hat.

Diese Abluft kann direkt zur aktiven Brandvermeidung durch eine sauerstoffreduzierte Atmosphäre genutzt werden. Das Konzept bietet mehrere Vorteile, weil sich in einer auf die gelagerten Materialien oder zu schützenden Einrichtungen abgestimmten Schutzatmosphäre Brände nicht entwickeln können.

Gegenüber bisherigen Lösungen zum Aufrechterhalten einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre entfallen die Kosten für die Separierung von Stickstoff (bzw. Entfernung von Sauerstoff). Gleichzeitig werden Erlöse mit der Strom- und Wärmeproduktion generiert.

Das Brennstoffzellensystem QuattroGeneration stellt zudem einen Wärmestrom mit 92 °C zur Verfügung, der über einen externen Absorber in Klimakälte umgewandelt werden kann.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Strom, Wärme, Kälte und Brandschutz
  2. Teil: Hätten Sie das gewusst?
  3. Teil: Kontakt zum Anbieter
  • 2  Funktionsprinzip von QuattroGeneration

Fuji N2telligence

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