Quantifizierung von Brandrauch als Grundlage für simulationsbasierte Brandschutz- und Entrauchungskonzepte

Im Rahmen des vom BBSR in der Initiative "Zukunft Bau" geförderten Forschungsprojekts "Quantifizierung von Brandrauch als Grundlage für simulationsbasierte Brandschutz- und Entrauchungskonzepte" wurde die Rauchmenge und -zusammensetzung verschiedener Materialien quantitativ mit dem Ziel ein numerisches Modell zur Rauchentstehung zu entwickeln, untersucht. Dafür wurden zahlreiche Versuche an verschiedenen Materialien unter unterschiedlichen Belüftungs- und Zündbedingungen durchgeführt und mit einem eigens dafür entwickelten Auswertetool in chemische Reaktionsgleichungen übersetzt, so dass das Rauchmodell auf diese Weise in die CFD (Computational Fluid Dynamics) Programme CFX (Ansys) und FDS (NIST) implementiert werden kann. Mit Hilfe der in den Experimenten ermittelten Einflüsse von Temperatur und Sauerstoffangebot auf Rauchgasproduktion und - zusammensetzung wurde ein numerisches Modell entwickelt. Das numerische Modell kann im Gegensatz zu den bisher verwendeten Rauchmodellen neben dem Einfluss der Materialien auch den Einfluss der Temperatur und des zur Verfügung stehenden Sauerstoffs auf die Rauchgasproduktion und - zusammensetzung abbilden. Da CFD (Computational Fluid Dynamics) Programme mehr und mehr als Basis für Brandschutz- und Entrauchungskonzepte verwendet werden, ist eine realistischere und quantitative Abbildung der Einflussgrößen auf Rauchgasproduktion und -zusammensetzung notwendig. Neben der Einschränkung der Sichtweite durch Rauch behindert auch besonders die Toxizität der Rauchgase die Flucht von Personen aus brennenden Gebäuden. Gerade in der Anfangsphase von Bränden ist es oft der Rauch, der die Selbstrettung von Personen in Gebäuden mehr behindert als die Hitze. Dies gilt ganz besonders für Brände, bei denen wenig Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung steht, z. B. bei Bränden, die in Verkleidungen oder in Dämmschichten entstehen. Die quantitative Untersuchung und theoretische Beschreibung von Brandrauch ist besonders schwierig, da die Rauchgasmenge und -zusammensetzung nicht nur von den Materialien, sondern auch in starkem Maße von den Umgebungs- und Zündbedingungen abhängen. Daher wurden Experimente in verschiedenen Prüfeinrichtungen durchgeführt, die so modifiziert wurden, dass sowohl der Wärmeeintrag als auch die Belüftungsbedingungen in den Experimenten variiert werden konnten. Anhand der Versuchsdaten wurde ein Rauchmodell entwickelt, bei dem sowohl die Reaktionsgleichungen materialabhängig angepasst werden können als auch die Abhängigkeit der Rauchgasmenge und -zusammensetzung vom Sauerstoffangebot berücksichtigt wird. Bei den standardmäßig in den Berechnungsprogrammen vorhandenen Modellen blieb der Einfluss des Sauerstoffangebots auf die Rauchgasmenge und - zusammensetzung bisher unberücksichtigt. Mit dem neu entwickelten Modell ist es nun möglich, die Bedeutung dieses Einflusses auf den zu untersuchenden Fall abzuschätzen und wenn nötig zu berücksichtigen.