Wenn der Strom ausfällt…

Be- und Entlüftung von Batterien

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Fällt der Strom aus, muss das kein Drama sein – um elektrotechnische Anlagen in einer solchen Situation funktionsfähig zu halten, werden oft stationäre Batterien als Ersatzstromquellen eingesetzt. So kann zumindest eine gewisse Zeitspanne überbrückt werden.

Wer solche Batterien einsetzt, muss allerdings besondere Maßnahmen beachten, die in der DIN EN 50272-2 (VDE 0510 Teil 2) von Dezember 2001 beschrieben sind. Sie gelten unter anderem für Sicherheitsbeleuchtungssysteme, USV-Anlagen und Alarmsysteme, also auch für Einbruch- und Brandmeldeanlagen.

Das Schutzziel der vorgeschriebenen Maßnahmen ist die Vermeidung von Gefahren, die beispielsweise durch elektrischen Strom, austretende Gase oder Elektrolyt auftreten können. Eine Maßnahme zur Erreichung dieses Schutzzieles ist die geschützte Unterbringung der Batterien in Räumen. Als Räume im Sinne der Norm gelten:

  • besondere Räume innerhalb von Gebäuden
  • abgetrennte Betriebsbereiche in elektrischen Betriebsstätten
  • Schränke oder Behälter innerhalb und außerhalb von Gebäuden
  • Batteriefächer in Geräten, sogenannte Kombi-Schränke

Erforderliche Lüftungsquerschnitte berechnen

Ein weiteres Schutzziel der Norm ist die Vermeidung einer explosionsgefährlichen Atmosphäre, die entstehen kann, wenn sich bei der Ladung von Batterien durch Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff bilden. Daher müssen die vorgenannten Räume wirksam be- und entlüftet werden, vorzugsweise durch natürliche Lüftung.

Wirksam bedeutet, dass die Wasserstoffkonzentration in der Umgebungsluft weniger als 4 % vol betragen muss. Die dazu erforderlichen Lüftungsquerschnitte für die Zu- und Abluft lassen sich für die unterschiedlichen einsetzbaren Batterietypen mithilfe folgender Formel berechnen:

A = 28 • Q mit Q ) 0,05 • n • Igas • CN • 10-3 [m3/h]

n =Anzahl der Zellen (zum Beispiel für Zentralbatterieanlagen mit 18 Blöcken à 12V = 108 Zellen)
Igas =1 (für verschlossene Batterietypen wie OGi-V-Batterien, wenn eine Wiederaufladung im Normalbetrieb nicht öfter als monatlich erfolgt, für Sicherheitsbeleuchtungssysteme in der Regel nur einmal jährlich im Rahmen der Wartung)
CN =Kapazität der Batterie in Ah

Daraus ergibt sich beispielsweise für eine Zentralbatterieanlage mit verschlossener OGi-V-Batterie 216V / 48Ah:

Q = 0,26m³/h

  • Lüftungsöffnungen für Zu- und Abluft von A = 7,28cm²

Für ein dezentrales Notlichtsystem mit 24V/48Ah-Batterie ergeben sich gemäß der Formel Lüftungsöffnungen von nur 0,8 cm2 jeweils für Zu- und Abluft.

  

Gegenüberstellung Lüftungsöffnungen Zentralbatteriesystem 216V/48Ah und dezentrales Notlichtsystem CLS mit Batterie 24V/48Ah

Zusätzliche Lüftungsöffnungen – ja oder nein?

Bei der Betrachtung der vorgenannten Lüftungsöffnungen stellt sich die Frage, ob zusätzliche Lüftungsöffnungen im Aufstellungsraum von maximal 2 x 0,8 cm2 aus technischer und fachlicher Sicht überhaupt erforderlich bzw. technisch umsetzbar sind. Die Antwort lautet: nein. In der Praxis gibt es keinen Aufstellungsraum, der so dicht ist, dass die erforderlichen Lüftungsquerschnitte unterschritten werden. Bei einer angenommenen Türgröße von 2.000 x 700 mm und einer angenommenen Undichtigkeit von umlaufend nur 0,1 mm ergibt sich eine vorhandene Lüftungsöffnung von 5,4 cm2. Benötigt würden lediglich 2 x 0,8 cm2 für die erforderliche Zu- und Abluft der vorgenannten Batterie 24V/48Ah. Somit ist trotz der ohnehin schon sehr geringen Undichtigkeit noch ein Vielfaches der Mindestwerte gegeben.

Erforderliches Raumvolumen beachten

Ein weiterer zu bewertender Faktor zur Vermeidung einer explosionsgefährlichen Atmosphäre in der Umgebungsluft ist das erforderliche freie Luftvolumen des Raumes/Bereichs, in dem die Batterien untergebracht sind. Dazu geben die berufsgenossenschaftliche Richtlinie BGR 104 von Dezember 2002 und die „Technische Regel für Betriebssicherheit“ TRBS 2152 Teil 2 von März 2012 entsprechende Hinweise: Zur Ermittlung des erforderlichen, freien Luftvolumens sei eine Luftwechselzahl von 0,4-1 für Räume unter Erdgleiche anzusetzen. Dieser Wert ist für den ungünstigsten Fall festgesetzt und entspricht einem Faktor von 2,5 (1/0,4). Daraus resultiert, dass das Raumvolumen des Aufstellungsraums größer als das 2,5-Fache des Gerätevolumens sein muss.

Fazit: besondere Maßnahmen sind oft überflüssig

Bei der Beurteilung erforderlicher Lüftungsmaßnahmen für Batterien sollte stets eine Bewertung der realen Umgebungsbedingungen im Vordergrund stehen. Dabei müssen beispielsweise das freie Luftvolumen des Aufstellungsraumes, Undichtigkeiten von Türen, Fenstern etc. berücksichtigt werden.

Besonders bei der Verwendung dezentraler Notlichtsysteme mit 24V-Batterien übersteigen die baulichen Voraussetzungen in der Praxis bei Weitem die normativen Anforderungen an die Be- und Entlüftung der eingesetzten Batterien.

Zusätzliche, besondere Lüftungsmaßnahmen sind daher aus technischer und fachlicher Sicht nicht erforderlich und würden zu keiner Verbesserung des einzuhaltenden Schutzzieles führen.

Konkrete Beispielrechnung

In einem Raum mit einem Volumen von (H x B x T)

VRaum = 2,50 m x 1,0 m x 1,0 m = 2,5 m³

wird ein dezentrales Notlichtsystem, Typ CLS Power 48 (Gerät mit maximaler Leistung), untergebracht. Das Gerät hat ein Volumen von (H x B x T)

VGerät = 0,8 m x 0,4 m x 0,19 m = 0,0608 m³.

Daraus ergibt sich ein freies Luftvolumen von

Vfrei = VRaum - VGerät = 2,43 m³.

Das entspricht dem 39,9-Fachen des Gerätevolumens. Das 2,5-Fache des Gerätevolumens wäre gemäß TRBS 2152 ausreichend gewesen – der sehr kleine Raum ist also bereits um ein Vielfaches größer als erforderlich.

Da die Geräte meistens innerhalb der Brandabschnitte in deutlich größeren Räumen oder Bereichen untergebracht werden, ergibt sich in der Praxis ein noch höheres Sicherheitsniveau.