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Die Fourier-Transformations-Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie ist eine universell einsetzbare Methode zur Rauchgasanalyse. Um verlässliche quantitative Aussagen zu Rauchgaskonzentrationen treffen zu können, müssen die Anforderungen an die FTIR-Spektrometer, die Probenahme sowie die Kalibrierung entsprechend der ISO 19702:2015 eingehalten werden. Im Rahmen dieses Vortrages werden diese Anforderungen sowie die Kalibrierung näher beschrieben und die Reproduzierbarkeit quantitativer Rauchgasmessungen an drei Beispielen beschrieben.
We analysed the hydrogen generation during the smouldering of polymeric materials, which are typically used in the household, in the Smoke Density Chamber coupled to a new developed hydrogen sensor to detect early stages of fires. The results of hydrogen generation were compared with the emission of carbon monoxide and smoke during the fire scenarios. Additionally, the results were compared with parameters used in traditional commercial detection systems. In this scenario, the hydrogen sensor showed encouraging results for the detection of fires in earlier phase compared to traditional detectors. Furthermore, we tested the new developed hydrogen sensor in a real room with different fire scenarios. We have also investigated interferences, e.g. steam and cigarette smoke. The hydrogen sensor could detect hydrogen generation in the earliest stage of fire, even before CO and smoke were developed in detectable amounts. Therefore, the hydrogen sensor can be applied for early fire detection in case of pyrolysis. The sensors are quite good for detecting pyrolysis gases. But when it comes to a fast ignition other techniques are more suitable for it. The sensors are best for combination with other techniques, such as smoke detectors.
Wasserstoff als Brandprodukt entsteht in einer sehr frühen Brandphase, insbesondere bei Schwelbränden. Durch die Entwicklung eines geeigneten Wasserstoffsensors ist es nicht nur möglich, sehr frühzeitig einen entstehenden Brand zu detektieren, sondern durch die Erkennung eines Entstehungsbrandes und frühzeitiger Löschmaßnahmen ergibt sich eine Vermeidung von Personen- und Sachschäden.
Die sich in der Entwicklung befindlichen Wasserstoffsensoren wurden von der TLTS GmbH zur Verfügung gestellt. Im Rahmen dieses Projektes wurden diese Sensoren in verschiedenen Testbränden, d.h. sowohl im Labormaßstab, in der Rauchkammer, als auch in Realbrandszenarien in einer 2-Raum-Containerwohnung mit verschiedenen wohnungstypischen Materialien und Gebrauchsgegenständen getestet, insbesondere in Kombination mit anderen analytischen Methoden und im Vergleich mit anderen Detektionssystemen. Der Schwerpunkt lag in der Rauchgaskomponentendetektion in der frühen Brandphase, insbesondere der Wasserstoffgenerierung in Abhängigkeit des Brandszenarios. Es erfolgten umfangreiche Untersuchungen bezüglich der Korrelation von Brandmaterialien, thermischen Bedingungen, Strömungsverhältnissen und geometrischen Bedingungen zur Wasserstoffgenerierung, ihrem zeitlichen Verlauf und der Relation zu anderen entstehenden Gasen (z.B. Kohlenstoffmonoxid) und der Rauchentwicklung unter exakt definierten (reproduzierbaren) Brandentstehungsbedingungen. Dadurch wurde eine quantifizierbare Bewertung des Wasserstoffsensors gegenüber bestehenden Systemen erreicht. Aus den Untersuchungen sind ebenfalls Schlussfolgerungen zu den Vorteilen und Grenzen der Implementierung von Wasserstoffsensoren in Multisensor-Brandmelder ableitbar.
Es konnte anhand der Testbrände gezeigt werden, dass der H2-Sensor bei Schwelbrandversuche von wohnungstypischen Materialien geeignet ist und ein sehr frühzeitiger Nachweis sehr geringer H2-Konzentrationen, noch bevor Rauch und CO detektiert werden können, möglich ist und diese somit eine Alternative oder Ergänzung zu traditionellen Rauch- und CO-Meldern für mehr Sicherheit sind. Für den kommerziellen Einsatz dieser Sensoren müssen die Einflussfaktoren, wie z.B. mit der Luftfeuchtigkeit und Querempfindlichkeiten, wie z.B. mit anderen Brandgasen, wie CO weiter verbessert werden.
Reconstructing the course of a fire and performing chemical analysis of ignitable liquids in fire debris is an important tool to conduct fire investigations in suspected arson cases. Here, a total of five fire tests has been performed to investigate the effect of fire accelerants on the fire development of a room fire and to prove the capability of analytical methods. Different experimental scenarios have been realized (no accelerant, accelerant applied at different positions, and different amounts of fire accelerant). Each test room was equipped with an identical set of living room furnishing. The location and amount of the fire accelerant applied löschen varied in four of five tests. One experiment was carried out without fire accelerant. Fire quantities such as mass loss (of the entire room), gas temperatures (at several locations in the room), and heat release were determined during the experiments, and chemical-analytical studies were carried out. A headspace solid phase micro extraction procedure, using gas chromatography–mass spectrometry, was used to analyze fire debris samples to potentially detect ignitable liquids. Beside the analysis of fire debris samples, swipe soot samples were analyzed and the detectability of the fire accelerant used was demonstrated. Results show that it is possible to provide evidence of ignitable liquids in soot samples collected from walls. This allows an additional sampling strategy at potential crime scenes, besides taking fire debris samples.
Durch die Verwendung von Grillgeräten in geschlossenen Räumen, wie Gartenlauben, Wohnungen oder Garagen kam es in den vergangenen Jahren zu einer Vielzahl von Unfällen mit schweren Vergiftungen und Todesfällen. Seit 2008 scheint das Auftreten von Kohlenmonoxid (CO) Intoxikationen innerhalb Deutschland wieder zu zunehmen. Die Hauptursachen sind dabei der unsachgemäße Gebrauch von Holzkohlegrills, schlecht gewartete Gasthermen und Kamine. Zum Schutz der Bevölkerung ist deshalb eine Aufklärung über mögliche Gefahren wichtig.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden diese Gefahren bewertet. Es wurden verschiedene Brandszenarien mit Grillgeräten, mit unterschiedlichen Grillkohlearten und –mengen in geschlossenen Räumen realisiert und die entsprechenden Konzentrations-Zeit-Verläufe ermittelt. Bei den Brandversuchen wurden zudem notwendige Eingabeparameter für numerische Simulationen ermittelt, um die Verwendung von Holzkohlegrills in geschlossenen Räumen zu simulieren. Die Auswirkungen für Menschen beim Grillen in geschlossenen Räumen wurden quantifiziert, indem die Eintrittszeitpunkte der Handlungsunfähigkeit und des Todes mittels Fractional Effective Dose (FED)-Konzept bestimmt wurden. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine frühzeitige Detektion der toxischen Gase zur Warnung von Personen dringend notwendig ist. In den durchgeführten Brandversuchen zeigte sich, dass die gebräuchlichen Rauchmelder auf Streulichtbasis keine rechtzeitige Warnung ermöglichen. Deshalb sind für solche Brandszenarien andere Branddetektoren erforderlich. Entsprechende Versuche mit CO-Brandmeldern zeigten, dass das freigesetzte CO beim Grillen in geschlossenen Räumen frühzeitig detektiert werden kann und Personen somit rechtzeitig gewarnt werden können.
Zur frühzeitigen Erkennung von Schwelbränden wurde weiterhin ein neuer Wasserstoffdetektor getestet. Die Entstehung von Wasserstoff in einer sehr frühen Brandphase kann zur frühzeitigen Erkennung von Schwelbränden genutzt werden. Bei ersten Schwelbrandexperimenten mit Holzproben konnte Wasserstoff in einer geschlossenen Kammer (0,5 m3) nachgewiesen werden, noch bevor es zu einer erhöhten CO-Emission kam. Die Ergebnisse der Schwelbrandversuche werden vorgestellt und die Verwendbarkeit von CO- und Wasserstoff-Detektoren erörtert und diskutiert.
Forest fires start mostly in partial combustion. In this paper we present a hydrogen sensor to defect early stages of forest fires. First indoor experiments in a smoke density chamber with wood samples, proved that the sensor produce a strong signal change when the smouldering of wood starts, already before the CO concentration, measured in FTIR spectrometry, exceeds 10 ppm. In outdoor experiments we were able to detect forest fire in a distance of 110 m.
Based on forensic evidence, a smouldering fire was observed to have occurred at a murder scene. Identification of a reasonable timeline – specifically the fire dynamics of the ignition and fire growth that occurred coincident with the death that took place – became an important focus of the criminal investigation that followed. The fire service was called when a neighbour saw a grey smoke escaping through the ventilation system of the bathrooms on the roof of the house. One flat door with elevated temperatures was found. The fire fighter who entered the flat first reported later that the flat was completely filled with smoke and all windows were closed. When the fire fighter opened the balcony door, he saw flames on the sofa that he extinguished. Then he found a body on the floor. The autopsy showed later that the victim was dead before the fire started. The police suspected that the murderer probably had deliberately set the fire to destroy evidence. One suspect had been witnessed to be in the flat approximately 2 h before the fire was detected by the neighbour. The aim of this project was to investigate how the fire most likely started and developed.
The Federal Institute for Risk Assessment (BfR) DocCenter has received more and more reports of cases of carbon monoxide (CO) poisoning, some even with fatal outcomes after indoor use of charcoal grills. CO is odorless, colorless, non-irritant and does not produce any other warning effect perceptible to humans. The BfR and the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) have completed a cooperative research project to investigate the toxic concentrations of CO that are reached when charcoal grills or open fires are used indoors.
Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen sowie Proben in Form von Adsorbensmaterialien und Tenax-Röhrchen genommen und mit Hilfe der HSSPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
Welche stofflichen und energetischen Gefahren während und nach einem Wohnzimmerbrand auftreten können, werden im Rahmen dieses Vortrages vorgestellt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Rauchgasentwicklung, die Wärmefreisetzung, die entstehenden Rauchgastemperaturen sowie die Rauchgaszusammensetzung. In den Einrichtungen der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH (MFPA) wurden dazu fünf verschiedene Wohnzimmerbrandversuche durchgeführt. Die Modell-Zimmer wurden jeweils mit dem gleichen Mobiliar ausgestattet. Als Brandbeschleuniger kamen Benzin und Diesel als Gemisch zum Einsatz. Bei den Versuchen zeigte sich unter anderem, dass der Brandbeschleuniger deutlich die Zeit bis zum Flashover verkürzt. Aus den ermittelten Kennwerten zur Wärmefreisetzung und den Rauchgastemperaturen können Rückschlüsse auf die energetischen Gefahren abgeleitet werden. Die quantitative Erfassung toxischer Rauchgaskomponenten erfolgte mit Hilfe der Fourier-Transformations-
Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie. Die qualitative und quantitative Rauchgaszusammensetzung wurde dabei in der Brandraummitte, an der Brandraumöffnung, unter der Brandraumdecke und im Schlot ermittelt.
Aus der Massenverlustrate und der quantitativen Rauchgasanalyse können Aussagen zur Rauchgastoxizität getroffen werden und die stofflichen Gefahren beurteilt werden. Das Wissen über die Bildung von energetischen und stofflichen Brandprodukten ermöglicht somit eine risikogerechte Beurteilung der Brandgefahren bei Raumbränden, auch in Hinblick auf die unterschiedlichen Brandphasen.