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- Brandlastberechnung (2)
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- ANSYS CFX (1)
- Abbrandfaktor (1)
- Abbrandfaktor m (1)
- Brandschutz im Brandlast (1)
- Brandschutz im Industriebau (1)
- Brandszenarien (1)
- Brandverhalten (1)
- Combustion efficiency (1)
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.
The Fractional Effective Dose model was used to predict the fire smoke toxicity numerically. In this context fire tests were carried out for three different building materials: polyurethane, flame retardant polyurethane and polyvinyl chloride. The fire tests were performed for flaming and smoldering combustion. The aim of the fire tests was to determine the light extinction, the smoke density and the combustion products at varying oxygen concentrations, different temperatures and different irradiance levels. The fire tests were performed in the German DIN-tube and also in the Cone Calorimeter. Stoichiometric coefficients at varying oxygen concentrations and temperatures were determined from measurements. With these stoichiometric coefficients reaction equations were defined and implemented in the Computational Fluid Dynamics (CFD) program, ANSYS CFX. The implemented reaction equations were used to account for different ventilation and temperature conditions in the simulation. The fire and smoke propagation was calculated numerically with CFD in the room corner test geometry. Equations to account for toxicity and light extinction were also implemented and were used to analyse the toxicity and the optical properties of fire smoke with CFD.
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.
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.
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.
CFD modeling approach of smoke toxicity and opacity for flaming and non-flaming combustion processes
(2016)
Current engineer’s methods of fire safety design include various approaches to calculate the fire Propagation and smoke spread in buildings by means of computational fluid dynamics (CFD). Because of the increased computational capacity, CFD is commonly used for prediction of time-dependent safety parameters such as critical temperature, smoke layer height, rescue times, distributions of chemical products, and smoke toxicity and visibility. The analysis of smoke components with CFD is particularly complex, because the composition of the fire gases and also the smoke quantities depends on material properties and also on ambient and burning conditions. Oxygen concentrations and the temperature distribution in the compartment affect smoke production and smoke gas toxicity qualitatively and quantitatively. For safety designs,
it can be necessary to take these influences into account. Current smoke models in CFD often use a constant smoke yield that does not vary with different fire conditions. If smoke gas toxicity is considered, a simple approach with the focus on carbon monoxide is often used. On the basis of a large set of experimental data, a numerical smoke model has been developed. The developed numerical smoke model includes optical properties, production, and toxic potential of smoke under different conditions. For the setup of the numerical model, experimental data were used for calculation of chemical components and evaluation of smoke toxicity under different combustion conditions. Therefore, averaged reaction equations were developed from experimental measurements and implemented in ANSYS CFX 14.0.
Approaches towards a generic methodology for storage of hazardous energy carriers and waste products
(2013)
Energy carriers – either conventional or 'new' ones – have to be provided in large amounts to meet the requirements of permanent availability and reliable supply of electricity. Depending on their state of aggregation, energy carriers are either stored in large masses (if solid or liquid) or at elevated pressures (if gaseous). Both impose the hazard of large-scale fire, in the latter case additionally the danger of explosion or unintended release. Very similar hazards occur for wastes. Solid wastes are present in large masses and only a small part is recycled. Most of the solid wastes are used in energy conversion. The main gaseous waste is CO2. During capturing also the hazard of unintended release exists. In this article, existing approaches for safe storage and fire prevention are discussed and a generic methodology is outlined. This methodology consists of the following steps:
gaining knowledge about the behaviour of the material stored (reactivity, thermal stability, etc.),
assessing the environmental conditions for the storage site (neighbourhood, safety distances, etc.),
assessment of prospective consequences of an incident and
development of individual loss prevention conceptions.
All steps require both experimental testing and theoretical considerations about accident scenarios as integral parts of the methodology.
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.