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Vor dem Hintergrund der Zurückziehung der DIN 18230 Teil 2 zur Bestimmung des m-Faktors von Materialien für die Brandlastbewertung im Industriebau müssen neue Wege gefunden werden, wie das Abbrandverhalten alternativ quantifiziert werden kann. Der Beitrag fasst die Entstehung und die Entwicklung der Bestimmungsweise von Abbrandfaktoren zusammen und gibt Ausblick auf eine neue Möglichkeit zur Bewertung von Brandlasten, die Verbrennungseffizienz.
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.
Verbrennungseffizienzen dienen zur Bewertung des Brandverhaltens von Stoffen im Rahmen der Brandschutzbemessung von Gebäuden.
Da die Verbrennungseffizienz eines Stoffes von den Prüfbedingungen maßgeblich abhängt und kein standardisiertes Bestimmungsverfahren existiert, wurde eine Methode zur Berechnung reproduzierbarer Werte von hölzernen Stoffen anhand des Cone Calorimeters und des Single Burning Item Test entwickelt.
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.
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.
According to international standards several safety characteristics of dusts are determined in the 20-Lsphere (also known as SIWEK Chamber). Dust cloud ignition is carried out using pyrotechnical igniters.
Due to various disadvantages of such igniters the need for alternative ignition sources arises again and again. An alternative ignition source could be the so called 'exploding wire' or 'fuse wire'. The paper presents test results of a comparative study between both ignition sources for the determination of the safety characteristics Maximum Explosion Pressure and Maximum Explosion Pressure Rise of five selected dusts in the 20-L-sphere. In addition to that the ignition mechanisms of both ignition sources were analysed by high speed camera recordings and the ignition energy was determined with electric and calorimetric recordings.
According to international standards several safety characteristics of dusts are determined in the 20-L sphere (also known as SIWEK-Chamber). Dust cloud ignition is carried out using pyrotechnical igniters. Due to various disadvantages of pyrotechnical igniters the need for alternative ignition sources arises again and again. An alternative ignition source could be the so-called 'exploding wire' or 'fuse wire'. The paper presents test results of a comparative study between both ignition sources for the determination of the safety characteristics Maximum Explosion Pressure and Maximum Rate of Explosion Pressure Rise of selected dusts in the 20-L sphere. In addition the propagation of flame and electrical arc was analysed by high speed camera recordings. Tests in a windowed autoclave were performed to get information on the influence of turbulence during ignition on the shape of the generated flame (electrical arc) and its propagation. Turbulence measurements with a LDA system in the windowed autoclave as well as in the 20-L sphere allowed investigation if the ignition sources led to an additional turbulence increase at the moment of ignition in comparison to tests without ignition.
According to international Standards several safety characteristics of dusts are determined in the 20-L-sphere (also known as SIWEK-Chamber). Dust cloud ignition is carried out using pyrotechnical igniters. Due to various disadvantages of pyrotechnical igniters the need for alternative ignition sources arises again and again. An alternative ignition source could be the socalled “exploding wire” or “fuse wire". The paper presents test results of a comparative study between both ignition sources for the determination of the safety characteristics Maximum Explosion Pressure and Maximum Rate of Explosion Pressure Rise of selected dusts in the 20-Lsphere.
In addition to that the flame/arc propagation of both ignition sources was analysed by high speed and IR camera recordings. Tests in a windowed autoclave were performed to get information on the influence of turbulence generated due to dispersion of the dust on the shape of the generated flame and its propagation. Turbulence measurements in the windowed autoclave as well as in the 20-L-sphere with a LDA System allowed investigation if the igniter led to turbulence increase at the moment of ignition in comparison to tests without ignition.