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The introduction of hydrogen as a safe energy carrier needs a robust knowledge base, tools for the design and safety assessment of hydrogen technologies built on it, and an internationally harmonized set of standards and regulations. Many of the innovative technologies imply hydrogen at high pressures and/or cryogenic temperatures, with which private users come into contact for the first time in distributed applications. In order to avoid over-conservative, expensive safety solutions, while at the same time demonstrating the usability and safety of hydrogen applications and maintaining acceptance for the technology, safety research must also keep pace with, or better yet anticipate, trends in technological development. Thus, this overview article describes not only the current state of knowledge and technology regarding hydrogen safety, but also its further development.
Lithium ion batteries (LIBs) are prone to spontaneous and subsequent fire or explosion resulting from thermal runaway. The vented gases are not only toxic and flammable, their emission can also raise the surrounding pressure rapidly. In this study, characteristic variations of explosion pressure rise, rate of explosion pressure rise and 𝐾(sT)-value have been evaluated. The characteristic 𝐾(𝑠𝑇)-values were determined to evaluate the explosive behavior of LIBs during thermal runaway. The estimated values were compared to that of other explosive substances.
In diesem Verbundvorhaben werden standardisierte Messverfahren für hybride Gemische erarbeitet, die der Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen des Explosionsschutzes dienen. Unter einem hybriden Gemisch wird dabei ein mehrphasiges System aus Brenngas oder brennbarem Dampf, sowie Luft und brennbarem Staub verstanden. Die Veröffentlichung der Ergebnisse erfolgt in einem Abschlussbericht und als DIN-Spezifikation (DIN SPEC). Diese DIN SPEC versetzt Prüfinstitute und Industrie in die Lage, Explosionsgefahren beim Betrieb technischer Anlagen mit hybriden Gemischen einzuschätzen und damit Prozesse sowohl sicherer als auch effizienter zu steuern. Dieses Projekt wird im Rahmen des WIPANOProgramms (Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen) vom BMWi gefördert.
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.
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.
Computer simulation tools were used to evaluate pedestrian movement. This study compares the reliability of three simulation tools and the calculation method by Predtetschenski und Milinski with a controlled evacuation exercise of a lecturer room. The comparison shows that each simulation tool used underestimate the total evacuation time and that an indicator for a low level of fitness does not necessarily lead to a long evacuation time. Results revealed that calibration of simulation tools is required to model heterogeneous population properly. Therefore, further experiments with a realistic, heterogeneous composition of participants have to be made.
Filter criteria in the Frame of Fire PSA identify compartments in a first qualitative analysis for which the contribution to the overall core damage frequency of the NPP is negligible. The aim of the filter criteria is to reduce the number of compartments to be analysed precisely in Fire PSA. One example for filter criteria is the 'fire load criterion'. By the fire load criterion compartments with a fire load density of less than 90 MJ/m² are 'screened out' which means to exclude them from a precise analysis in Fire PSA. Neither the justification of the particular value of 90 MJ/m² is well documented nor does this criterion take into account varying compartment configurations such as ventilation conditions, physical and chemical properties of the fire load as well as compartment characteristics.
A probabilistic set of filter criteria was developed to overcome the restrictions of the fire load criterion. In line with the 'fire load criterion', the probabilistic set of filter criteria assumes that a compartment can be screened out if a fire is not able to cause any damage to other components within the compartment. Therefore, the electrical failure of an electrical cable conservatively represents the damages of all components. It is assumed that the electrical cable failure occurs when the maximum cable temperature exceeds an experimentally determined failure temperature. The maximum cable temperature that can occur in a compartment fire is mainly influenced by the four significant factors: 1. inlet air stream of the mechanical ventilation, 2. the fire growth rate, 3. the compartment floor area and 4. the compartment height. A parameter study revealed how the significant factors affect the maximum cable temperature in fictitious compartment fires. The results of the parameter study are transferred on true Nuclear Power Plant compartments. However, it is not possible to determine precisely the occurrence of an electrical cable failure because of uncertainties in the maximum cable temperature and the failure temperature. The probabilistic set of filter criteria considers these uncertainties and determines the probability of cable failure for true compartments to be screened in Fire PSA. Finally, a compartment can be screened out in Fire PSA if the failure probability exceeds a predefined accepted threshold value for the failure probability. The theoretical application of the methodology is shown at the end of the paper.
Nanotechnologie gilt als die Wachstumsbranche der nächsten Jahrzehnte. Nicht zuletzt ist diese Entwicklung den veränderten Eigenschaften der Materialien im Nanometerbereich zuzuschreiben. Das anders geartete Verhalten solcher Stoffe und die daraus ableitbare Unkenntnis über die Interaktion dieser Materialien mit ihrer Umgebung erfordert zur Risikoabschätzung eine intensive Auseinandersetzung mit der Thematik. Aufgrund von Erfahrungen mit Stäuben mit Partikelgrößen im Mikrometerbereich ist bekannt, dass Stoffe mit abnehmender Partikelgröße kritischer einzustufen sind, da ihre Explosionsheftigkeit und Zündempfindlichkeit durch die Zunahme der reaktiven Oberfläche des Staubs zunimmt. Nachfolgend werden Ergebnisse von Versuchen mit nanoskalig hergestellten Metallstäuben präsentiert. Der Fokus dieser Studie lag darauf, möglichst das kritischste Brand- und Explosionsverhalten solcher Stäube zu erfassen.
This paper describes a modified experimental setup for the test apparatus 20-L-Sphere (also known as 20-L Siwek Chamber), that enables the test samples to be kept under inert atmospheric conditions nearly until ignition. This setup was designed to allow the determination of safety characteristics of nano powders under most critical circumstances (e.g. minimisation of the influence of oxidation before the test itself). The aim of this modification was to determine, whether or not the current setup and procedures underestimate the explosion violence and ignitability of nano powders. For this purpose, two different methods, the so called inerting method and the modified method (using a special nozzle called mushroom nozzle) are used. Both methods are described in the paper. The work includes experimental results of micrometer dusts to validate the modified method. Moreover first results of nanometer iron and aluminium dusts are presented, which were kept at inert conditions until shortly before the ignition. The tested nano iron was found to react pyrophoric, as soon as it gets in contact with air, while the tested nano aluminium did not generally show such behaviour. Tests with nano aluminium using the inerting method revealed a higher pressure rise in comparison to the standard test procedure. This could suggest a different extent of passivation. To investigate this effect more closely, further testes with more nano powders are required.