Praktischer Nachweis der raucharmen Schicht

Kompakt informieren

• Für eine objektspezifische Risikobewertung sind die Wahrscheinlichkeit einer Brandentstehung und das mögliche Schadenausmaß in Bezug auf die relevanten Schutzziele zu berücksichtigen.
• Da auch bei kleineren Bränden mit starker Rauchentwicklung enorme Schäden entstehen können, stellt jedes Brandereignis eine ernste Bedrohung industrieller und gewerblicher Unternehmen dar.
• Werden für die Bemessung der Rauchabzugsanlage nicht die allgemein anerkannten Regeln der Technik (z. B. DIN 18 232) eingehalten, sind zum Bemessungsnachweis Brandrauchversuche hilfreich.

Im Brandschutzkonzept müssen eine Reihe von Schutzzielen berücksichtigt werden, die in der Musterbauordnung (MBO) definiert sind. Sie stellen sicher, dass „der Entstehung und Ausbreitung von Rauch und Feuer (Brandausbreitung) vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind“.

Für nahezu alle Gebäude gelten darüber hinaus weitere Schutzziele, die oft zusätzliche Maßnahmen erfordern. Dazu gehören etwa der Schutz von Sachwerten oder der Schutz gegen Betriebsausfälle Abb. 1. Dabei gilt: Je komplexer die Architektur eines Gebäudes, desto schwieriger lässt sich die Wirksamkeit der Entrauchungsanlage beurteilen.

Folgt das Konzept nicht den allgemein anerkannten Regeln der Technik, werden in Einzelfällen Brandrauchversuche Abb. 2 durchgeführt. Sie simulieren mithilfe eines ungefährlichen Gas-Aerosol-Gemischs die Rauchströmungen und erbringen damit den Nachweis, ob sich im Brandfall eine stabile raucharme Schicht ausbildet.

Quantitative und qualitative Bewertung

Für einen Vergleich der empirischen Ergebnisse von Brandrauchversuchen mit den Anforderungen des Brandschutzkonzeptes können qualitative oder auch quantitative Bewertungsverfahren herangezogen werden. Bei den Rauchgasversuchen ist die Wärmefreisetzung im Vergleich zum Bemessungsbrand deutlich reduziert. Soll durch die Versuche beispielsweise die Höhe raucharmer Schichten nachgewiesen werden, müssen die im Versuch ermittelten Höhen auf die Höhen des Bemessungsbrandereignisses umgerechnet werden. Hierbei dürfen nur Verfahren und Anlagen eingesetzt werden, deren Leistung über den gesamten Versuchsverlauf bekannt ist. Deshalb sind quantitative Bewertungsmethoden aufwendiger und vorbereitungsintensiv.

Eine qualitative Bewertung hingegen erlaubt bei relativ geringem Aufwand eine Bewertung, z. B. der Anlagenfunktion. Die Bestimmung der Höhe raucharmer Schichten ist hiermit allerdings nicht möglich.

Sowohl die Bemessungsbrandszenarien als auch die Schutzziele müssen vor der Durchführung eines Brandrauchversuchs bekannt sein. Sie bilden die Grundlage für die Dimensionierung der Entrauchungsanlage. Außerdem muss die Bewertungsgrundlage des Versuchs klar definiert sein. Grundsätzlich gilt: Im Realbrand ist die vom Feuer ausgehende Strömung immer turbulent. Dieser Umstand muss auch im Brandrauchversuch nachgebildet werden.

Simulation der Wärmeströmung

Für die Durchführung von Brandrauchversuchen steht eine Vielzahl von Verfahren zur Verfügung. Im Folgenden werden Versuche mit Brandwannen, Wasser- und Gaspools sowie mit Gasbrennern Abb. 3 erläutert. Alle Verfahren haben eine Gemeinsamkeit: Sie dienen der Erzeugung einer Wärmeströmung. Da Wärme allerdings nicht sichtbar ist, wird ihr ein Nebelfluid beigegeben. Der Aerosolnebel muss dem aufsteigenden Rauchgasstrom so zugeführt werden, dass die Hitze ihn nicht zersetzt. Zur Anwendung kommen sollten nur „langanhaltende“ Nebelfluide, die keine Rückstände auf Oberflächen hinterlassen. Die Strömungsbewegungen des Aerosolnebels entsprechen annähernd der Ausbreitung realer Rauchgase.

Mit der Verwendung von Brandwannen als Brandsimulationsquelle lassen sich die Flammen und Rauch ähnlich einem Schadenfeuer nachbilden. Bei diesem Verfahren wird eine konstante Wärmeleistung freigesetzt. Die mit Brennstoff gefüllte Brandwanne schwimmt in einem Wasserbad. Dadurch wird die Wärmeabgabe an den Boden reduziert. Durch zusätzliche Brandwannen erhöht sich die Wärmeleistung entsprechend ihrer Anzahl. Um Beschädigungen in Gebäuden zu vermeiden, sind Leistungen bis etwa 350 kW üblich.

Wasser- und Gaspools stellen ebenfalls ein reales Feuer mit Turbulenzen dar. Hierbei wird brennbares Gas durch ein Wasserbad geperlt, um eine gleichmäßige Gasverteilung über der Fläche zu erzeugen. Die Verbrennung kann sowohl aus der Gasphase (bei Verwendung von Erdgas) als auch aus der Flüssiggasphase (bei Propangas) erfolgen. Der Einsatz von Wasserbädern begrenzt die Temperaturen trotz hoher Brandleistung auf etwa 100 °C.

Die Simulation der Brandquelle kann auch über einen mit Propangas betriebenen Gasbrenner erfolgen, dem ein Axiallüfter vorgeschaltet ist. Diese Einheit ist in einem zylindrischen Rohr gekapselt, sodass keine sichtbare offene Flamme erzeugt wird. Die erwärmte Luft wird vom Axiallüfter durch ein Rohrstück nach außen gefördert. Über der Austrittsöffnung ist eine Prallplatte installiert, damit der Auftrieb des Plume im Wesentlichen durch die Thermik erfolgt.

Beim Gasringbrenner wird die Brandsimulationsquelle durch einen oder mehrere Ringbrenner gebildet. Die Wärmefreisetzungsrate wird durch die Verbrennung von Gas an Einzeldüsen erzielt, die an den Trägerringen angeordnet sind. Eine Leistungsregulierung findet über Ventile statt.

Der Einzelgasbrenner verbrennt das Gas ohne Vormischung von Luft. Dadurch entsteht eine gelbe Flamme, deren Strahlungsverhalten dem von Schadfeuern ähnlich ist. Der aufsteigende Plume entsteht direkt aus der Verbrennung mit der thermischen Dichtedifferenz als Strömungsantrieb. Die Gase werden mit einem relativ hohen Anfangsimpuls ausgedüst, sodass über eine Prallplatte zu hohe und zu schmale Flammenbilder verhindert werden und auch hier der Auftrieb des Plumes im Wesentlichen durch die Thermik erfolgt.

ist Geschäftsführer des Fachverbands Tageslicht und Rauchschutz e. V. (FVLR), Obmann DIN 18 232 und ISO 21 927 (Entrauchung) und arbeitet in zahlreichen weiteren Normungs- und Richtlinienausschüssen zu den Themen Rauchschutz, Brandschutz und Ingenieurmethoden im Brandschutz, www.fvlr.de