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Busbrände treten relativ häufig auf, auch wenn sich das im öffentlichen Bewusstsein nicht unbedingt widerspiegelt. Nach einer eigenen Internetrecherche brennt etwa an jedem zweiten Tag ein Bus in Deutschland.
Die grundlegenden Brandschutzvorschriften für Busse gehen auf die amerikanische
Norm FMVSS 302 zurück, die in den 60er Jahren entwickelt wurde und ist quasi weltweit noch immer in sämtlichen nationalen und internationalen Brandschutzvorschiften wiederzufinden. Ziel der FMVSS 302 ist es vor allem, Fahrzeugbrände durch das Rauchen zu verhindern. Verschiedene Untersuchungen zeigen jedoch, dass die meisten Busbrände andere Ursachen haben und zu ca. 80 % im Motorraum entstehen. Auch das Versagen von elektrischen Komponenten ist häufiger die Brandursache. Dies geschah z.B. im Jahr 2008 bei einem schweren Busbrand in der Nähe von Hannover, bei dem sich gerade einmal 13 Passagiere selber retten konnten und 20 Menschen ihr Leben verloren. Einige Brandleichen wurden sogar noch am Sicherheitsgurt angeschnallt aufgefunden.
Durch die enorme Zunahme brennbarer Kunststoffteile in Bussen entstand ein bisher unberücksichtigtes Risiko, das bei der Normentwicklung in den 1960er Jahren nicht berücksichtigt wurde. So hat sich die Brandlast seitdem etwa verzehnfacht und das toxische Potential erheblich gesteigert. Nach wenigen Minuten muss bei den Brandopfern bereits mit einem schnellen Tod durch Rauchgasvergiftungen gerechnet werden. Aufgrund der schnellen Brandentwicklung in Bussen können Passagiere in den allermeisten Fällen nicht bis zum Eintreffen der Feuerwehr warten und müssen sich selber retten. Die Zeit für die Selbstrettung muss signifikant verlängert werden, so dass auch mobilitätseingeschränkte Passagiere eine Chance zum Verlassen des Busses haben. Der Vergleich mit Brandschutzanforderungen anderer Transportsektoren (Bahn, Schiff, Flugzeug) zeigt, dass die Anforderungen dort sehr viel höher sind. Sowohl die Entflammbarkeit als auch die Wärmefreisetzung sowie die Rauchfreisetzung werden in diesen Normen begrenzt. Zudem werden Materialanforderungen hinsichtlich der Rauchgastoxizität gestellt.
Im Ergebnis dieser Arbeit sollen einerseits Brandschutzempfehlungen für die zweckmäßige und zugleich wirtschaftlich vertretbare Ausstattung von Bussen im Innenbereich unterbreitet werden. Andererseits sollen auch Überarbeitungsvorschläge für Prüftests vorgestellt werden, die den Brandschutz von Kraftomnibussen sicherstellen und erstmals auch Grenzwerte für die Rauchgastoxizität beinhalten. Dazu werden neben den Brandversuchen auch numerische Simulationen mit dem Fire Dynamics Simulator (FDS, Version 5, NIST) durchgeführt, in denen verschiedene Brandszenarien mit unterschiedlichen Buskategorien simuliert werden.
Zur Toxizität von Brandgasen insbesondere von organischen Stoffen liegen bisher noch unzureichende Erkenntnisse vor, obwohl diese für die Sicherheit der damit konfrontierten Personen oft von entscheidender Bedeutung sind. Ziel der hier dargestellten Untersuchungen ist es, die Zusammensetzung des Brandgases und die Menge der Brandgaskomponenten im Brandfall zu beurteilen und zu quantifizieren sowie entsprechende Prozeduren hierfür aufzuzeigen. Dazu wurden verschiedene Brandszenarien, die durch Verwendung von unterschiedlichen Arten von Prüföfen simuliert wurden, sowie Proben in den unterschiedlichen Größenmaßstäben untersucht. Durch den Einsatz eines mobilen FTIR-Gerätes (Fourier Transformations Infrarot Spektroskopie) ist es experimentell möglich, zeitaufgelöst quantitative Bestimmungen einzelner toxischer Brandgaskomponenten während der jeweiligen Brandszenarien zu ermitteln und somit eine Abschätzung der Toxizität vorzunehmen. Am Beispiel von Polyvinylchlorid (PVC) wird gezeigt, welche Auswirkungen die unterschiedlichen Brandszenarien auf die qualitative und quantitative Brandgaszusammensetzung haben.
In the frame of the European harmonization, new European technical standards (Eurocodes) have been developed in recent years. Classical methods, like tables and simplified analytical procedures, as well as general engineering techniques are allowed by the Eurocodes for the fire protection design. The modeling and calculation of fire scenarios with CFD (Computational Fluid Dynamics) numerical methods is one of the general engineering methods. It is nowadays still difficult to check and evaluate the CFD results for their use as technical documents for fire safety design.
Analytical engineering techniques, zone models and CFD-models have been used and compared in the present work for the prediction of the fire development in a building.
To solve the conservation equation for the CFD-model, the CFD-program FDS, with the mixture fraction model, and the CFD-program FLUENT, with the one step reaction model as well as with the volumetric source term model, have been used.
The combustion of polyurethane is modeled in FDS by specifying the heat release rate and the stoichiometry. For the combustion in volumetric source term model, the heat release rate and the smoke release were specified with respect to the stoichiometry. The input parameter for the one step reaction model is the pyrolysis mass flow.
In the one step reaction model, the transport equations for polyurethane, H₂O, N₂, O₂, CO₂, CO and C (soot) are solved and the heat of combustion is determined from the standard formation enthalpy of all the components. In volumetric source term model, the transport equation is solved for air and smoke. FDS solves the transport equation for the mixture fraction.
To model the fire development, and where no literature data was available, the required material characteristics like specific heat capacity, absorption coefficient and heat of combustion were measured.
In all the investigated CFD-models the heat- and species transport equation has been solved and the absorption coefficient of soot has been considered.
Furthermore, the fire development has also been investigated using zone models with the programs CFAST and MRFC.
Results from analytical engineering techniques (plume calculations), which were design criteria in the past, have been used as plausibility checks for the present work. The calculation results from the investigations were compared to measurements in the same building performed by the National Institute for Standards and Technology (NIST).