Читать книгу Abwehrender und Anlagentechnischer Brandschutz - Hans-Joachim Gressmann - Страница 5

Ein BrandBrandEntwicklung ist ein SchadenfeuerSchadenfeuer, d.h. ein Feuer, das den bestimmungsgemäßen Herd verlassen hat oder außerhalb eines solchen entstanden ist, sich unkontrolliert ausbreitet und an Personen oder Sachen Schaden verursacht. Aus naturwissenschaftlicher Sicht ist ein Feuer eine schnell erfolgende exotherme Oxidation, die nach der Zündung selbständig und unter Lichterscheinung (Flammen, Glut) erfolgt und die allgemein als Verbrennung bezeichnet wird (weitere Erläuterungen zu dem Phänomen Feuer und den Voraussetzungen für sein Entstehen enthält der Anhang 1).

Schadenfeuer in Gebäuden, bei denen im Wesentlichen Feststoffe verbrennen, haben nach der ZündungZündung idealisiert den in Abbildung 1-1 dargestellten Verlauf (zur Theorie der Zündung siehe z.B. Busenius [1.6] oder Kanury [1.9]). Nach der Initialzündung entwickelt sich der zuerst kleine Brand zunächst mit Brandleistungen unter ca. 20 kW/m² relativ langsam (ZündphaseZündphase) und heizt dabei lediglich seine unmittelbare Umgebung auf. Die durchschnittlichen Temperaturen im Brandraum sind noch recht gering (ca. 50 ^oC).

Soweit brennbare Stoffe in der unmittelbaren Umgebung vorhanden sind, werden diese durch den Initialbrand thermisch aufbereitet (siehe Anhang 1) und nehmen schließlich am Brandgeschehen teil. In dieser Phase des Entstehungsbrandes reicht zunächst die im Brandraum vorhandene Luft für die Verbrennung aus, da die Abbrandrate (gemessen in verbrannter Stoffmenge pro Sekunde: kg/s) und damit die Brandleistung weiterhin noch klein sind (ca. 20 kW/m² bis ca. 50 kW/m²). Diese Brandphase wird als GlimmbrandGlimmbrand- oder SchwelbrandSchwelbrandphase bezeichnet. Die Dauer dieser Phase hängt von einer Vielzahl von Randbedingungen ab. Dazu gehören die Größe und Temperatur der Zündquelle; Art, Menge, Zerteilungszustand und räumliche Verteilung, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit der brennbaren Stoffe; Temperatur im Brandraum – auch vor der Zündung; Größe vorhandener Lüftungsöffnungen, Temperatur und Feuchte der zuströmenden Luft; Ausrichtung der Oberflächen in Relation zur Flamme, u.a.m. (siehe hierzu Bussenius et al. [1.6], Rempe/Rodewald [1.10], Schneider et al. [1.11], Ohlemiller [1.12], Hölemann [1.13]). Die Schwelbrandphase kann von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden dauern. Die Brandraumtemperaturen erreichen im Allgemeinen ca. 100 ^oC bis 200 ^oC.

Abbildung 1-1:

Ablauf von Feststoffbränden in Gebäuden – schematisiert – Erläuterungen im Text (Hinweis: die Achse Brandleistung ist zwischen 200 kW und 5000 kW gestreckt)

Brandleistungvon FeststoffbrändenNachdem der Brand den im Raum vorhandenen Sauerstoff weitgehend aufgezehrt hat, hängt der weitere Brandverlauf entscheidend von der LuftzufuhrLuftzufuhr und der bis dahin erreichten Temperatur ab. Sofern der Raum weitgehend abgeschlossen ist, wie es z.B. in Wohngebäuden, Bürogebäuden etc. häufig der Fall ist, kann der Brand unter Umständen sogar erlöschen. Sofern dies nicht geschieht, wird der Raum durch die Brandwärme immer weiter aufgeheizt (ca. 300 ^oC bis 500 ^oC), so dass vorhandene brennbare Stoffe pyrolisiert werden und brennbare Gase freisetzen (siehe z.B. bei Beyler et al. [1.14]). Diese PyrolysePyrolysebrennbarer Stoffegase sammeln sich im Raum, können jedoch häufig auf Grund des bis dahin abgesunkenen Sauerstoffgehaltes der Luft im Brandraum nicht sofort am Brandgeschehen teilnehmen (sog. ventilationsgesteuerter Brandventilationsgesteuerter BrandBrandventilationsgesteuert). Diese Phase dauert je nach Raumgröße und Luftzufuhr etwa 10 Minuten bis 30 Minuten. Kommt es schließlich bei Temperaturen der Gase von 600 ^oC oder mehr aufgrund der Temperaturunterschiede zum Zerplatzen von Verglasungen, oder durch Öffnen von Türen etc. zu einer verstärkten Luftzufuhr, zünden die Pyrolysegase innerhalb kurzer Zeit vollständig durch. Da der Brandraum aufgeheizt ist, kann sich der Brand sehr schnell auf alle übrigen brennbaren Stoffe ausbreiten, es kommt innerhalb von 1 bis 2 Minuten zum sog. Flashover (eine gute Darstellung dieses Vorganges findet man bei Widetscheck [1.15]), der Brand entwickelt sich zum VollbrandFlash-over. Der Flashover kann bei brandlastgesteuerten Bränden in Räumen nach ca. 10 Minuten, bei ventilationsgesteuerten Bränden bereits nach ca. 7 Minuten auftreten (Wilk et al. 2017 [1.68], [1.69]).

BrandphasenFeststoffbrand, AblaufZündphaseSchwelbrandFlash-overVollbrandAbklingender BrandDer Brand breitet sich nun schnell auf die gesamte im Brandraum vorhandene Brandlast aus, der Raum steht im Vollbrand. Die Brandleistungen erreichen in Wohn- und Bürogebäuden (die dort vorhandene BrandlastBrandlastin Wohngebäuden entspricht ca. 30 kg/m² bis 60 kg/m² Holz) im Allgemeinen bis ca. 300 kW/m², bei starker Luftzufuhr und einem hohen Kunststoffanteil an der Brandlast u.U. auch mehr ([1.11], [1.17]). So kann ein „normaler Zimmerbrand“ durchaus BrandleistungBrandleistungvon Zimmerbrändenen von 5 MW bis 10 MW erreichen. Die Temperaturen im Brandraum betragen in dieser Vollbrandphase ca. 800 ^oC bis 1000 ^oC, gelegentlich bis 1200 ^oC. Die Dauer der Vollbrandphase ist abhängig von der vorhandenen Brandlast und der spezifischen Abbrandgeschwindigkeit der brennenden Stoffe. Wenn ein Luftüberschuss vorhanden ist (d.h., wenn die Zuluftöffnungen groß genug sind), liegt ein sog. brandlastgesteuerter Brand vor, sonst weiterhin ein ventilationsgesteuerter Brand. Sofern eine Brandausbreitung über den betroffenen Raum nicht möglich ist, weil der Raumabschluss des Baulichen Brandschutzes der Beanspruchung standhält, dauert bei Wohnräumen und Büros normaler Größe und Ausstattung die Vollbrandphase ca. 30 Minuten (vergl. bei Bechthold et al. [1.18]).

Selbst wenn keine Löschmaßnahmen erfolgen, wird der Brand, nachdem die erfassten Brandlasten im Wesentlichen aufgezehrt sind (ca. 70 % bis 80 %) und keine Möglichkeit der weiteren Ausbreitung besteht, langsam an Intensität verlieren (Abklingphase, [1.18]) und schließlich aus Mangel an Brennstoff erlöschen.

Für die brandschutztechnische Beurteilung von Bauteilen werden diese in einem Brandraum mit Temperaturkurven geprüft, die der oben geschilderten Vollbrandphase von Feststoffbränden nachgebildet sind, jedoch keine Abklingphase enthalten. Bekannt ist die in Deutschland für Bauteile angewandte Einheitstemperaturkurve TemperaturEinheits~kurvenach DIN 4102–2nach DIN 4102-2 ([1.19] und Anhang 7), die zur Einstufung der Bauteile in eine Feuerwiderstandsklasse (REI 30, REI 90) angewandt wird.

Brände von Flüssigkeiten und Gasen verlaufen deutlich anders als oben schematisiert für FeststoffbrändeFlüssigkeitsbrände geschildert, die Brandausbreitungsgeschwindigkeit, Brandtemperaturen und die Brandleistung Brandleistungvon Füssigkeitsbrändensind im Allgemeinen (viel) höher. Bei diesen Bränden sind weitere Randbedingungen für den Ablauf ebenfalls von Bedeutung, auf die Fachliteratur wird hierzu verwiesen (Bussenius [1.7], Rempe/Rodewald [1.10], Kanury [1.20], Beyler [1.21]). Soweit bei bestimmten baulichen Anlagen Flüssigkeitsbrände in die Risikobetrachtung einbezogen werden müssen (z.B. bei Bränden in Tunneln) sind die Bauteile nach der sog. Hydrokarbonkurve zu prüfen, die dem Temperaturverlauf bei Kohlenwasserstoffbränden (z.B. Vergaserkraftstoff) nachgebildet ist (Anhang 7).