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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.
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.
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.
In Europa kommen ca. 80 % der Brandtoten bei Wohnungsbränden ums Leben. Dabei sind Brände in Wohn- und Schlafzimmern besonders gefährlich. Einige Objekte, wie Polstermöbel und Fernseher, stellen im Brandfall eine besonders große Gefahr dar, da sie sich schon durch kleine Zündquellen, wie ein Feuerzeug oder eine Kerze, leicht entzünden lassen, eine hohe Wärmefreisetzungsrate haben und viel Rauch produzieren. Ein einzelnes Sofa kann in einem Raum einen Flashover erzeugen. Besonders im Kinderzimmer tritt oft eine Häufung an besonders gefährlichen Objekten wie Polstermöbeln, Matratzen und elektrischen Geräten auf. Da Kinder sich im Brandfall oft falsch verhalten sie verstecken sich an schwer zugänglichen Orten wie unter dem Bett oder im Schrank anstatt den Raum zu verlassen sind sie besonders gefährdet.
Brandverhalten von Bauprodukten: Brauchen wir Regelungen für die Menge und Giftigkeit der Rauchgase?
(2008)
Im Rahmen der schutzzielorientierten Brandschutzbemessung müssen, neben dem Nachweis der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen, Nachweise zur Einhaltung von in Abhängigkeit des Sicherheitsniveaus festgelegter Grenzwerte für die zulässige Wärmestrahlung, die Temperatur der oberen und unteren Rauchschicht, die toxische Konzentration von Rauchgasen und die Mindestsichtweite zum Schutz von Personen im Bauwerk erbracht werden.
Heute verfügbare Technik ermöglicht es, die Wärmetransportmechanismen im Brand, an der Bauteiloberfläche und im Bauteil mittels CFD zu koppeln. Die Kopplung von Fluid und Struktur wurde am Beispiel eines 100-MW-Tunnelbrands mit CFD (Computational Fluid Dynamics) untersucht. Die instationären Berechnungen wurden mit dem CFD-Programm ANSYS Fluent durchgeführt. Der infolge eines Lkw-Unfalls verursachte n-Heptan-(C7H16)-Brand wurde mit dem Eddy-Dissipation-Verbrennungsmodell modelliert.
Das Fluid- und Solid-Gebiet wurden durch ein ‚Interface‘ gekoppelt. Die instationäre Wärmeleitung des Bauteils mit einer Höhe von 0,4 m wurde mit der dreidimensionalen Fourier´schen Wärmeleitungsgleichung modelliert und das instationäre thermische Verhalten des quarzhaltigen Betonbauteils analysiert. Temperaturabhängige Stoffkennwerte wurden berücksichtigt.
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.
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.
Nach DIN 18230-1 erfolgt in Deutschland die Brandlastberechnungen unter Anwendung
des Abbrandfaktors m. Der Abbrandfaktor m ist ein dimensionsloser Beiwert mit dem die
Brandlast aus einem Stoff oder Stoffgemisch bewertet wird. Neben dem Brandverhalten
des Stoffes berücksichtigt er das Temperatur-Zeit-Verhalten im Bauteil. Die einzige
Prüfapparatur, mit der Abbrandfaktoren bestimmt wurden, ist jedoch nicht mehr existent.
Ein Wiederaufbau der abgeschafften Prüfapparatur wurde wegen apparateabhängigen
Messunsicherheiten und auch aus wirtschaftlichen Gründen als nicht sinnvoll angesehen.
Die Erarbeitung eines äquivalenten Verfahrens zum Abbrandfaktor m unter Verwendung
der Verbrennungseffektivität und unter Berücksichtigung der Bauteilerwärmung war daher
Gegenstand dieses Forschungsvorhabens. Ziel war es für Brandlastberechnungen
nach DIN 18230-1 die Verbrennungseffektivität anzuwenden. Die Verbrennungseffektivität
beschreibet jedoch nur den verringerten Energieumsatz von Stoffen im Brandraum.
Es wurde daher ein Verfahren erarbeitet, dass ergänzend zur Brandlastberechnung unter
Anwendung der Verbrennungseffektivität das Temperatur-Zeit-Verhalten in einem
brandbelastenden Bauteil berücksichtigt.
Mittels Propan-Brennern mit einer Brennerleistung 750 kW wurden in einer U-Bahn-Station Heißgasversuche durchgeführt und die zeitlichen und örtlichen Verteilungen der physikalischen Größen (Stoffkonzentration, Temperatur und Rauchgasdichte) erfasst. Laborversuche sowie die Feldversuche sind Validierungsgrundlage für ANSYS CFX und FDS und die später im Rechenmodell der U-Bahn-Station zur Untersuchung der Grundströmung und Rauchausbreitung verwendeten mathematisch-physikalischen Modelle. Der Aufsatz stellt das Projekt ORPHEUS vor und diskutiert die ersten Ergebnisse.