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Anwendung und Vergleich von Verfahren zur Berechnung der äquivalenten Branddauer im Industriebau
(2013)
Anwendung und Vergleich von Verfahren zur Berechnung der äquivalenten Branddauer im Industriebau
(2013)
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.
Die aktuellen, mit Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) in Verbindung stehenden Brandereignisse wurden zum Anlass genommen, eine Serie von Brandversuchen im Kleinmaßstab in der Single Burning Item (SBI) Prüfeinrichtung durchzuführen. Dabei wurde die auf das WDVS wirkende Wärmefreisetzungsrate variiert und der Einfluss von Grad und Größe von Beschädigungen der Putzschicht hinsichtlich des Brandverhaltens untersucht.
Deutliche Unterschiede im Brandverhalten konnten sowohl quantitativ als auch qualitativ nachgewiesen werden. Neben der den Versuchsbedingungen zugrunde liegenden Wärmefreisetzungsrate konnten Art und Lage der Beschädigung in der Putzschicht als brandbeeinflussende Größen charakterisiert und beschrieben werden. Zusätzlich zu den Versuchen und der Auswertung der Realbrandereignisse wurden Abfallcontainer aus Kunststoff als mögliche Zündquelle für Fassadenbrände hinsichtlich des Brandverhaltens untersucht.
Bei der Erstellung von brandschutztechnischen Nachweisen für Industriebauten werden häufig Ingenieurmethoden des Brandschutzes genutzt. Dazu zählen die Modellierung und Berechnung von Brandszenarien mittels numerischer Strömungsmechanik (computational fluid dynamics, CFD). In dieser Arbeit wurde ein auf numerischer Strömungs- und Strukturmechanik basierendes Verfahren zur brandschutztechnischen Bemessung von Bauteilen am Beispiel einer Industriehalle angewendet. Instationäre Temperaturverläufe aus der Heißgasschicht dienten dabei als Eingangswerte für die Bauteilberechnung. Aus den Ergebnissen wurde die äquivalente Branddauer berechnet, mit der die rechnerisch erforderlichen Feuerwiderstandsdauern der Bauteile bestimmt werden konnte.
Gegenstand des Aufsatzes ist die experimentelle Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Zündquellen sowie der Systembeschaffenheit auf das Brandverhalten EPS-basierter Wärmedämm-Verbundsysteme (WDVS). Dazu wurden Brände ausgewertet, die mit EPS-basierten WDVS in Verbindung stehen. Ergebnis dieser Auswertung war, dass nicht wie bisher angenommen der Brand in dem Gebäude (z. B. der Wohnungsbrand), sondern vielmehr der Brand außerhalb des Gebäudes, insbesondere der des Abfallbehälters, das häufigste und kritischste Brandszenario für EPS-basierte WDVS darstellt. Daraufhin wurden an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Brandversuche in der Single Burning Item-Prüfeinrichtung (SBI) an nicht intakten EPS-basierten WDVS-Ausschnitten durchgeführt. Mit zunehmender Beschädigungsgröße und -tiefe stieg die vom System freigesetzte Wärmefreisetzungsrate an. Zusätzlich werden Brandversuche eines Sockelbrandszenarios mit einer abfallbehälteräquivalenten Brandlast vorgestellt. Aus den Brandversuchen werden Empfehlungen zur Verbesserung der Systemsicherheit abgeleitet.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The influence of different ignition sources and conditions of the systems on the fire behaviour of external thermal insulating systems (ETICS) have been investigated experimentally. As a basis of the investigations real cases with EPS based ETICS have been analysed. The analysis showed that the fire in front of the building is the most common and critical fire scenario for these systems. These fires are often caused by waste containers. This result contradicts the former common assumption that the fire inside the building is the most critical fire scenario for ETICS. Intermediate scale experiments in the Single Burning Item (SBI) test apparatus have been performed at BAM with ETICS specimens. The render of the systems was partially damaged. The measured heat release rate of the specimens increased significantly with size and depths of the damages. Additionally results of large scale experiments with a waste container equivalent ignition source are presented and recommendations to enhance fire safety of these systems are given.
Bei einzelnen Objekten, die unter Laborbedingungen verbrennen, konnte schon seit längerer Zeit ein großer Unterschied zwischen älteren und neuen Möbeln hinsichtlich der Entflammbarkeit und der Rauchentwicklung sowie der Rauchgaszusammensetzung festgestellt werden [1, 2]. In einer Serie von Großversuchen im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens TIBRO wurde in Zusammenarbeit mit der Feuerwehr Frankfurt in vier Großversuchen die Brand- und Rauchentwicklung in einem Wohnzimmer und einem angrenzenden Zimmer untersucht. Es wurden ältere Möbel und moderne Möbel sowie unterschiedliche Belüftungsbedingungen untersucht. Alle vier Brände gingen von einem Sessel aus, der mit einem Papierkissen entzündet wurde. Es wurden jeweils im Brandraum und im Nachbarraum Temperaturen gemessen sowie die zeitlich veränderliche Rauchgaszusammensetzung in zwei unterschiedlichen Raumhöhen in der Zimmermitte des Nachbarraums bestimmt [3].
Der Einfluss der in der Wohnung vorhandenen Materialien sowie der Einfluss der Belüftung auf die Brandentwicklung wurden untersucht. Sowohl die Art der Materialien als auch die Belüftung beeinflussen die Brandentwicklung signifikant. Statistiken und die Erfahrung der Feuerwehren zeigen, dass für Personen, die sich im Brandentstehungsraum befinden, die Hilfe der Feuerwehr in den meisten Fällen zu spät kommt. Für den Nachbarraum können anhand der Großversuche Abschätzungen über den Zeitgewinn für Personen, die sich dort befinden, abgeleitet werden.
Nach dem großen Baustellenbrand in Frankfurt 2012 hatte die Bauministerkonferenz (BMK) beschlossen, das Brandverhalten von Wärmedämmverbundsystemen [WDVS] hinsichtlich von Brandquellen vor der Fassade zu untersuchen. Die Feuerwehr Frankfurt hat eine Sammlung von Bränden, bei denen WDVS beteiligt waren, initiiert. Wertet man diese Sammlung hinsichtlich der Brandentstehung aus, fällt auf, dass von den insgesamt 57 Bränden 79 % (45 Brände) vor der Fassade begannen. 25 dieser 45 Brände wurden durch brennenden Müll oder Müllcontainer ausgelöst. Die meisten der gesammelten Brände (50) waren in den letzten fünf Jahren (2010 - 2014). Auf Grund dieser Erkenntnisse wurden an der BAM Müilcontainer (aus Plastik) hinsichtlich ihrer Entflammbarkeit und Wärmefreisetzung untersucht. Außerdem wurden im Auftrag der BMK Müllcontainer hinsichtlich ihrer Wärmefreisetzung und Brandentwicklung im Großversuch an der MFPA Leipzig untersucht. Mit Hilfe dieser Voruntersuchungen wurde eine Brandquelle identifiziert, die Zündquellen wie einen brennenden, Müllcontainer oder kleinere Ansammlungen von Sperrmüll repräsentiert: Es wurde eine 200 kg Holzkrippe gewählt, da die Holzkrippe bessere Ergebnisse hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse darstellt als z.B. ein Müllcontainer. Mit dieser Zündquelle wurden Großversuche an der MFPA Leipzig mit einem zugelassenen WDVS durchgeführt. Das WDVS zeigte unter diesen Prüfbedingungen ein nicht akzeptables Brandverhalten. Die folgenden zwei Versuche wurden mit Ertüchtigungsmaßnahmen durchgeführt, die eine signifikante Verbesserung des Brandverhaltens brachten. Zusätzlich wurde an der BAM eine Serie von Brandversuchen im Kieinmaßstab in der Single Burning Item (SBI) Prüfeinrichtung durchgeführt. Dabei wurde die auf das WDVS wirkende Wärmefreisetzungsrate variiert und der Einfluss von Grad und Größe von Beschädigungen der Putzschicht hinsichtlich des Brandverhaltens untersucht. Deutliche Unterschiede im Brandverhalten konnten sowohl quantitativ als auch qualitativ nachgewiesen werden. Neben der den Versuchsbedingungen zugrunde liegenden Wärmefreisetzungsrate konnten Art und Lage der Beschädigung in der Putzschicht als auch brandbeeinflussende Größen charakterisiert und beschrieben werden.
Zur Bedarfsplanung von Feuerwehren in Städten in der Bundesrepublik Deutschland wurden im Jahr 1998 die Qualitätskriterien Hilfsfrist, Funktionsstärke und Erreichungsgrad für ein standardisiertes Schadensereignis erarbeitet. Das standardisierte Schadensereignis basiert auf Ergebnissen der O.R.B.I.T.-Studie aus dem Jahr 1978. Der dort dargestellte Rauchgas-temperaturverlauf für einen standardisierten Wohnungsbrand stellt Ergebnisse von Brandversuchen in einer Wohnung aus dem Jahr 1939 dar. Die zur Untersuchung herangezogenen Einrichtungsgegenstände bestanden dabei überwiegend aus cellulosehaltigen Materialien wie Holz und Papier. Die zunehmende Verwendung von Werkstoffen auf der Basis von Holz und Polymeren führt jedoch zu einer veränderten stofflichen Zusammensetzung von Einrichtungsgegenständen in Wohnungen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss dieser veränderten stofflichen Zusammensetzung von gegenwärtigen Einrichtungsgegenständen auf den Verlauf von Raumbränden sowie auf die damit verbundene Stoff- und Energiefreisetzung während der Brandentstehungs- und Brandausbreitungsphase untersucht. Im Fokus der Untersuchung stand der Raum der Brandentstehung sowie ein angrenzender Raum.
Die Ergebnisse zeigen, dass gegenwärtige Einrichtungsgegenstände sowohl im Raum der Brandentstehung als auch in dem angrenzenden Raum zu höheren Rauchgastemperaturen und -konzentrationen führen. Grund hierfür sind neben den höheren Wärmefreisetzungsraten auch die höheren Stoffausbeuten der in den gegenwärtige Einrichtungsgegenständen verwendeten Materialzusammensetzungen. Vor diesem Hintergrund zeigt sich, dass sich die auf Basis der O.R.B.I.T.-Studie definierten Standards nicht mehr als Grundlage zur Bedarfsplanung von Feuerwehren eignen. Diese können mit Hilfe der vorliegenden Ergebnisse einer Prüfung unterzogen werden, um den veränderten Brandverläufen im Rahmen einer zukünftigen Bedarfsplanung gerecht zu werden.