TY - JOUR A1 - Kusche, Christian A1 - Knaust, Christian A1 - Hahn, S.-K. A1 - Krause, U. T1 - Experimental investigations of the combustion efficiency for fire load calculations T1 - Experimetelle Untersuchungen der Verbrennungseffektivität für Brandlastberechnungen N2 - The amount of heat, which is released by fire loads during the combustion process, depends on the material characteristics, the ventilation conditions, the storage density and the distribution. To evaluate the structural stability of buildings in case of fire, the fire load has to be quantified. In Germany, the fire load is quantified by using the combustion factor m, while internationally the combustion efficiency χ is applied. Both factors assess the burning behavior of materials, but the determination is carried out in different ways. Since the testing facility was abolished fifteen years ago, it is not possible to determine the combustion factor m anymore. So, it should be found out, if the combustion efficiency χ is a convenient method to quantify the fire load under the consideration of the German standards. As a part of the research, combustion efficiencies χ were determined for eight materials in the cone calorimeter and the single burning item test at different heat fluxes. The values of the combustion efficiencies χ as well as the corresponding combustion factors m were discussed and compared to the values of the literature. The results show an influence of the testing facility on the combustion efficiency. The values of the combustion efficiency determined in the single burning item test were higher than the values from the cone calorimeter. N2 - Die Wärmefreisetzung einer Brandlast im Brandfall hängt von den Materialeigenschaften, den Ventilationsbedingungen, der Lagerungsdichte und der Verteilung im Brandraum ab. Die Festlegung der erforderlichen Feuerwiderstandsdauer in industriellen Gebäuden erfolgt auf Basis der Brandlast. In Deutschland dient der Abbrandfaktor m (m-Faktor) zur Berechnung der Brandlast, wohingegen international die Verbrennungseffektivität χ zur Berechnung verwendet wird. Zwar charakterisieren beide Faktoren das Abbrandverhalten von Stoffen, jedoch sind ihre Bestimmungsmethoden unterschiedlich. Seit der Abschaffung des letzten m-Faktor-Ofens vor mehr als 15 Jahren, ist die Bestimmung von m-Faktoren nicht mehr möglich. Daher soll untersucht werden, ob die Verbrennungseffektivität χ an Stelle des m-Faktors zur Berechnung der Brandlast im Rahmen deutscher Normen verwendet werden kann. Für diese Untersuchungen wurde die Verbrennungseffektivität χ von acht Stoffen im Cone Calorimeter und im Single Burning Item Test bei unterschiedlichen Wärmestromdichten bestimmt. Die ermittelten Werte der Verbrennungseffektivität χ wurden den bestehenden m-Faktoren gegenübergestellt und mit Werten aus der Literatur verglichen. Die Untersuchungen haben ergeben, dass die Prüfapparaturen zu unterschiedlichen Verbrennungseffektivitäten führen. Die Werte aus der Messung des SBI waren höher als die des Cone Calorimeters KW - Combustion efficiency KW - Combustion factor KW - Fire load density KW - Cone calorimeter KW - Single burning item test PY - 2015 DO - https://doi.org/10.3139/120.110795 SN - 0025-5300 VL - 57 IS - 10 SP - 843 EP - 849 PB - Carl Hanser Verlag CY - München AN - OPUS4-38738 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kusche, Christian A1 - Knaust, Christian A1 - Krause, U. T1 - Experimentelle Untersuchungen zur Verbrennungseffektivität als Grundlage für Brandlastberechnungen der DIN 18230 N2 - Die Brandlastberechnung für Industriebauten erfolgt in Deutschland entsprechend der DIN 18230-1. Brandlasten bestehen in den meisten Fällen aus verschiedenen brennbaren Feststoffen und Flüssigkeiten, die in Abhängigkeit ihrer Lagerungsart, ihren stofflichen Eigenschaften und den Ventilationsbedingungen unterschiedliche Wärmeleistungen zur Folge haben. Als Eingangsgröße zur Brandlastberechnung berücksichtigt der sogenannte Abbrandfaktor m (m-Faktor) das individuelle Abbrandverhalten von Feststoffen und Flüssigkeiten. Sein Wert ergibt sich aus dem Vergleich der zeitlichen Temperaturentwicklung beim Abbrand einer Probe mit der Referenzprobe. Bei der Referenzprobe handelt es sich um sägerauhes Fichtenholz, dem ein m-Faktor von m = 1,0 zugeordnet wurde. Die Bestimmung des m-Faktors erfolgte bis vor einigen Jahren entsprechend der DIN 18230-2 in dem m-Faktor-Ofen. Bis zu der Verschrottung des letzten in Deutschland existierenden m-Faktor-Ofens wurden mehr als 100 m-Faktoren von verschiedenen Stoffen ermittelt. Zurzeit ist es nicht möglich zur Brandlastermittlung m-Faktoren experimentell zu bestimmen. Da infolge industrieller Entwicklungen zunehmend neue Stoffe auf den Markt kommen, deren Abbrandverhalten zu bestimmen. T2 - 3. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztag / vfdb-Workshop CY - Magdeburg, Germany DA - 21.03.2013 KW - Verbrennungseffektivität KW - Brandlastberechnung KW - Abbrandfaktor m PY - 2013 SN - 978-3-00-041601-9 SP - 1 EP - 12 AN - OPUS4-30074 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kusche, Christian A1 - Knaust, Christian A1 - Krause, U. T1 - Ermittlung von Verbrennungseffizienzen für Feststoffe N2 - Brandlasten stellen eine Gefahr für den Menschen sowie für das industrielle Gebäude dar, in dem sie gelagert sind. Das Brandverhalten der Brandlasten bestimmt dabei maßgeblich die Schwere der Gefahr. Brandschutzmaßnahmen dienen dazu, im Brandfall das Schadensausmaß zu minimieren. Um geeignete Brandschutzmaßnahmen ableiten zu können, ist es erforderlich, das Brandverhalten der Materialien zu bewerten. Eine international angewandte Möglichkeit zur Bewertung des Brandverhaltens von Feststoffen und Flüssigkeiten ist die Verbrennungseffizienz χ. Sie ist das Verhältnis der während einer Verbrennung effektiv freigesetzten Wärme (effektive Verbrennungswärme) zu der maximal möglichen Wärmemenge (Heizwert). Die Grundlage zur Bestimmung von Verbrennungseffizienzen stellen die Wärmefreisetzungsrate (HRR) und die Massenverlustrate (MLR) dar. Ein standardisiertes Bestimmungsverfahren existiert nicht. So liegt es in dem Ermessen des Anwenders, in welcher Prüfapparatur die Experimente durchgeführt werden und welcher Zeitbereich der HRR und der MLR zur Berechnung der Verbrennungseffizienz verwendet wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Versuche im Cone Calorimeter und im Single Burning Item test anhand von hölzernen Materialien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen auf, dass sich in Abhängigkeit von der verwendeten Prüfapparatur und in Abhängigkeit des für die Berechnung betrachten Versuchszeitraumes verschiedene Werte der Verbrennungseffizienz ergeben. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde eine Methode entwickelt, mit der reproduzierbare Werte berechnet werden können. Dabei erfolgt die Berechnung lediglich für die Vollbrandphase. Diese Brandphase stellt die Hauptbrandphase dar und ist durch eine gleichmäßige Verbrennung mit wenigen Änderungen in der Branddynamik gekennzeichnet. T2 - 5. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage 2017 CY - Magdeburg, Germany DA - 23.03.2017 KW - Verbrennungseffizienzen KW - Rechenmodelle KW - Cone Calorimeter KW - Single Burning Item test KW - Brandverhalten KW - Modellierung von Bränden KW - Rauchausbreitung KW - Validierung KW - Brandlastberechnung PY - 2017 SN - 978-3-00-056201-3 DO - https://doi.org/10.978.300/0562013 SP - 1 EP - 13 PB - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg CY - Magdeburg AN - OPUS4-40047 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nandish, Ranjith A1 - Knaust, Christian A1 - Zehfuß, J. T1 - Numerical investigations of a large fire exposure crib test - presenting different pyrolysis modelling methodologies and numerical results N2 - The need for numerical-based approaches to investigate the fire behaviour in buildings with combustible components is growing due to the increasing use of timber by the construction industry in order to meet the "Climate Action Plan 2050". This requires consideration of the complex kinetic processes that take place during the burning of the wood in the numerical models. This is accomplished by using computational fluid dynamics (CFD) to numerically model the material pyrolysis and combustion processes. This paper presents three different approaches for simulating the behaviour of a wood crib fire using the Fire Dynamics Simulator (FDS). These approaches are based on either prescribing the burning rate of the wood directly from the physical experiments or using the kinetic parameters to govern the underlying processes, such as pyrolysis. Wooden crib fire experiments carried out by the RISE research institute in Sweden inside the combustion chamber were used to validate all the methods. The numerical results from the method, which utilized the experimentally determined burning rate, were in good agreement with the experimental results, with a maximum deviation of 6% in the case of HRR. On the other hand, the model that needs kinetic parameters as its input has shown maximum discrepancies of 12% and 33% compared to experimental results. These methods are sensitive to the input parameters and the extent of dependency needs to be investigated. KW - Wooden buildings KW - Ppyrolysis KW - Wood combustion KW - Wood fire loads PY - 2024 SN - 1099-1018 SP - 1 EP - 25 PB - John Wiley & Sons Ltd. AN - OPUS4-62253 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Knaust, Christian T1 - Modelling tunnel fires considering the structure, fluid flow and the soot N2 - The time dependent thermal behavior is analyzed with FLUENT for the fluid as well as the solid region (concrete component) in case of a 100 MW n-heptane fire. To study the effect of parameters in mathematical-physical models several sensitivity studies were carried out to investigate the effect on the fluid flow as well as on the component. The influence of soot was additionally considered. FDS simulations as well as empirical calculations considering underlying assumptions are additionally used to examine the plausibility of results from the FLUENT simulations. This is an appropriate method if no experimental results are available. Recommendations are given for choosing parameters in mathematical-physical models e.g. radiation models. The results of the CFD investigations show that considering the influence of soot provides maximum temperatures which were 200 K lower than without soot. T2 - Seventh International Symposium on Tunnel Safety and Security CY - Montréal, Canada DA - 16.03.2016 KW - Heat transfer KW - Conduction KW - Radiation KW - Computational fluid dynamics KW - Temperature dependent properties KW - Model checking KW - Analytical and empirical calculations KW - ANSYS FLUENT KW - FDS PY - 2016 SN - 978-91-88349-11-8 SN - 0284-5172 SP - 617 EP - 628 CY - Boras AN - OPUS4-37688 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Berchtold, Florian A1 - Knaust, Christian A1 - Thöns, S. A1 - Rogge, Andreas T1 - Risk analysis in road tunnels – most important risk indicators N2 - Methodologies on fire risk analysis in road tunnels consider numerous factors affecting risks (risk indicators) and express the results by risk measures. But only few comprehensive studies on effects of risk indicators on risk measures are available. For this reason, this study quantifies the effects and highlights the most important risk indicators with the aim to Support further developments in risk analysis. Therefore, a system model of a road tunnel was developed to determine the risk measures. The system model can be divided into three parts: the fire part connected to the fire model Fire Dynamics Simulator (FDS); the evacuation part connected to the evacuation model FDS+Evac; and the frequency part connected to a model to calculate the frequency of fires. This study shows that the parts of the system model (and their most important risk indicators) affect the risk measures in the following order: first, fire part (maximum heat release rate); second, evacuation part (maximum preevacuation time); and, third, frequency part (specific frequency of fire). The plausibility of These results is discussed with view to experiences from experimental studies and past fire incidents. Conclusively, further research can focus on these most important risk indicators with the aim to optimise risk analysis. T2 - Seventh International Symposium on Tunnel Safety and Security CY - Boras, Sweden DA - 16.03.2016 KW - Fire KW - Risk KW - Road KW - Tunnel KW - Analysis PY - 2016 SN - 978-91-88349-11-8 SN - 0284-5172 SP - 637 EP - 648 CY - Boras, Sweden AN - OPUS4-37689 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Souza, Roberto A1 - Knaust, Christian A1 - Andreini, M. A1 - La Mendola, S. T1 - Probability Distribution Sensitivity on the Thermo-Mechanical FEM of a Concrete Tunnel Exposed to Fire N2 - A probabilistic approach for finite element analysis (FEA) for tunnel linings exposed to the nominal fire is presented. The probabilistic FEA accounted for the uncertainties distributions tied to the conductivity and specific heat as well as of the compressive strength, tensile strength, Young’s modulus, and ultimate strain in compression. To get an understanding on the influence of different probability density functions on the distribution of maximum displacements of the tunnel lining, a sensitivity analysis was performed. Four sets of FEAs were carried out with different probability distributions of the conductivity, the specific heat, and the compressive strength of the concrete, respectively. An experimental design based on a Latin Hypercube Sampling algorithm was performed to define the input parameters which describe each analysis case. A reliability analysis was executed considering a limit state function based on the temperature-dependent ultimate strain. The results show that, depending on the distribution adopted, the standard deviation of the maximum displacements can vary up to 47,4% of the minimum standard deviation. The large standard deviation is associated with the possibility of a greater displacement and, hence, to a structure more vulnerable to fire. T2 - 4th Symposium Structural Fire Engineering Braunschweig CY - Brunswick, Germany DA - 12.09.2017 KW - Probabilistic analysis KW - Fire KW - Concrete KW - Finite elements analysis PY - 2017 SP - 1 EP - 13 AN - OPUS4-42681 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Dietrich, Matthes A1 - Knaust, Christian A1 - Arnold, L. A1 - Brüne, M. A1 - Festag, S. T1 - Buoyancy driven flow in an underground metro station for different climate conditions – experimental and numerical investigation N2 - In urban areas the demand for public transportation is constantly growing. Underground railway systems overcome the problem of limited space on the ground and are therefore one of the most powerful systems in urban public transportation. These facilities can be very complex and are used by a large amount of passengers. Therefore, it is important to maintain the safety for people and buildings. Especially in the case of fire or arson attack. This paper focusses on a fire scenario in a complex subway station for different weather conditions. The purpose is to identify the influences of different weather conditions on the smoke spread and the ability of self-rescue in case of a burning luggage. The evaluation of the fire simulations will focus on toxicity and visibility taking into account the FED concept. T2 - AUBE '17 & SUPDET 2017 CY - Washington D.C., USA DA - 12.09.2017 KW - Fire simulations KW - Weather conditions KW - FED PY - 2017 SN - 978-3-940402-11-0 VL - 2 SP - II-121 EP - II-128 AN - OPUS4-42253 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kaudelka, Sven A1 - Knaust, Christian A1 - Krause, U. T1 - Anwendung und Vergleich von Verfahren zur Berechnung der äquivalenten Branddauer im Industriebau N2 - Die äquivalente Branddauer tä wird zur Bestimmung der Feuerwiderstandsdauer erftp von Bauteilen in Industriebauten verwendet. Die Berechnung erfolgt bislang auf der Grundlage des normativenAnsatzes nach DIN 18230 (Verfahren I) und gilt im Zusammenhang mit der Muster-Industriebaurichtlinie (M IndBauRL). Im Rahmen von brandschutztechnischen Nachweisen für Industriebauten ist es ebenfalls möglich, die äquivalente Branddauer unter Anwendung numerischer Methoden zu berechnen (Verfahren II). Die Anwendung solcher Ingenieurmethoden des Brandschutzes ermöglichen die Berücksichtigung komplexer Gebäudegeometrien und Ventialtionsbedingungen sowie lokaler Brandwirkungen auf Bauteile infolge inhomogener Brandlastverteilungen. Am Beispiel einer Industriehalle werden die Verfahren I und II angewendet und die Ergebnisse gegenübergestellt. T2 - 11. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit CY - Köthen, Germany DA - 07.11.2013 KW - Äquivalente Branddauer KW - Numerische Simulation KW - Brandszenarien PY - 2013 SN - 978-3-86011-058-4 IS - P-02 SP - 1 EP - 4 AN - OPUS4-30226 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Knaust, Christian T1 - Fire scenarios in industrial plants and critical infrastructures T2 - Fire Science Workshop CY - Berlin, Germany DA - 2013-11-29 PY - 2013 AN - OPUS4-30985 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -