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1 !"#$%"&'()"*"#$+,-./$01$232435$ <B*$C*(;>:&':*9A>*)>9#*$4$D;:*E)>9#*F$ Dr. Alois Schälin, AFC Air Flow Consulting AGE Symposium 2013 Spreitenbach, GH#;A"&'($+,-./$ $ /*'>)($ Kap. 0 Kap. 1 Kap. 2 Kap. 3 Kap. 4 Kap. 5 Kap. 6 Anh. A Anh. B Anh. C Anh. D Anh. E Anh. F Geltungsbereich Verständigung Einsatz von Nachweisverfahren Ziele der Entrauchung Brandszenarien Nachweisverfahren für die Entrauchung Experimentelle Prüfmethoden am realisierten Objekt Details zu Standard-Brandszenarien Sprinklerauslösetabelle Details zu CFD-Verfahren Checkliste für Simulationsmodelle Checkliste für Entrauchungsnachweise 55

2 .>IJ$K$C"*A>(?$<B*$L>&'M#"A<#;=>';#*$ Prüfung Brandschutzkonzept - Diskussion Konzept mit Behörde Festlegung der Schutzziele Nachweis/Dokumentation Prüfung durch Behörde I$+;B:Q$R<F:C,L$=FC;G:<+*9,;OH$R<F:C,L$ G<F$NF9:+78<;$!,*G<8;,;OH$ 6C,78(F)G,B9+);H$!,*OC;O*E,*9C;GH$ 3:+'CK<G+;O,;O<;$,*PQ$ A)B,'<;9C9+);$<;98D:91$ %78,9EE+<:<$ "<)'<9F+*78<$A+'<;*+);<;$ =FC;G)F9<H$=FC;G*E<;CF+<;$I$ Anweisungen für die Ausführung Wo welche Massnahmen Brandfall-Steuerungsmatrix Wie ausführen (Materialisierung) Überprüfung Funktion Integrale Tests Überprüfung Physik: Rauchversuch Dokumentation Unterhalt/ regelmässige Tests =>/./5.-$ 56

3 .>IJ$K$C"*A>(?$<B*$L>&'M#"A<#;=>';#*$ GH#;A"&'($L>&'M#"A<#;=>';#*$ Normen und Richtlinien mit einfachen Regeln oder Tabellen Analytische Rechenverfahren* Zonenmodelle* CFD-Verfahren* Physikalische Modelle* * «Ingenieurverfahren» $ Quantitative Schutzziele: - Notwendige Verdünnung Sichtweite, Begrenzung schädlicher Brandgasbestandteile - Mindesthöhe der raucharmen Schicht - Erträglichkeitsgrenzen für Wärme - Temperatur in der Brandgasschicht über dem Flucht- und Rettungsweg - 57

4 .>IJ$Q$R"#)#$E#;$C*(;>:&':*9$,&':(??"#)#$ Quantifizierung von Schutzzielen Oft zitierte Grenzwerte Grenzwerte mit Sicherheitsfaktor SWKI: Rauch Meist 2.50m D;#*?4$:*E$R"#)M#;(#$ Auswertung Literatur: - VdS vfdb TB 04/01: vfdb TB 04-01: VDI DIN CEN/TR TU München Fokus auf Höhe der raucharmen Schicht und 58

5 .>IJ$Q$R"#)#$E#;$C*(;>:&':*9$ 59

6 Z.>IJ$Q$R"#)#$E#;$C*(;>:&':*9$!>:#;$E#;$D#MU';)#"A(:*9$ Dauer der Gewährleistung der Schutzziele in Abhängigkeit von der N'>A#*$#"*#A$0;>*E=>))#A$ Typische Brandphasen Abhängig von Brennmaterial, Umgebung, Sauerstoffzufuhr... Für Selbstrettung Entscheidend! Wärmefreisetzung Flash-over Schwelbrand Brandausbreitung Vollentwickelter Abklingphase Entzündung Brand Wi cht i gst er Zei BrandausbreitunginandereRäume t raum für Flucht Rauch Toxizität Korrosivität 60

7 Verrauchung weit weg Verrauchung mittelwe Verrauchung nahe.>ij$q$r"#)#$e#;$c*(;>:&':*9$ 0;>*EA?#*>;"B$ Dauer: In der Regel Entrauchung min je nach Schutzziel Tragfähigkeit 1-2 Stunden oder mehr je nach Frage min Wärmefrei setzung Q= max Q (Nicht ETK!) Q = t 2 Mit Sprinkler Brandausbreitung Vollentwickelter Abklingphase Brand Zeit.>IJ$5$0;>*EA?#*>;"#*$ 0;>*E<#;)>:=$ Gesamt-Szenario 1 Branddetektionszeit 2a Aktivierungszeitpunkt Entrauchung 2b Aktivierungszeitpunkt Sprinkler 3 Zeitpunkt der Brandbekämpfung durch die Feuerwehr Wärmefreisetzung Entrauchung Detektion/Alarm Mit Sprinkler 1 2a2b 10min 315min Zeit Autom. Manuel l Entrauchung Eintreffen Angriff Feuerwehr 61

8 .>IJ$5$0;>*EA?#*>;"#*$ 0;>*E<#;)>:=$ Idealisierter Brandverlauf in t 2 -Funktion Oft verwendet: «schnell», «mittel», «langsam» /.$ '+;$ V$ '+;$ C"*=):AA$%>:&'I;BE:O("B*$ 1. Physikalisch: In Fällen mit Rauchschichtung spielt die Annahme nicht die grösste Rolle; Ausnahmen sind: Bei niederenergetischen Bränden (100 kw, vdi 6019/1+2, oder weniger) Fälle mit starken Verwirbelungen (Galerien, hohe Nachströmungsgeschwindigkeit, Drall-Lüftung im Deckenbereich, die weiterläuft,... Mischsituation, in denen die Entrauchung durch Verdünnung erzielt wird 2. Modelltechnisch Zonenmodelle: Einfluss wird nicht berücksichtigt CFD-Modelle, Labormodell: Einfluss kann berücksichtigt 62

9 .>IJ$5$0;>*EA?#*>;"#*$,(B==E>(#*$ Zusammenstellung aus SFPE Bei einer konkreten Annahme für einen Brandherd ist es mit den heutigen Hilfsmitteln möglich, Sichtbarkeiten zu bestimmen. Die Sichtweiten wurden mit Testpersonen bestimmt. Die Sichtweite S in [m] ist grösser für selbstleuchtende Zeichen (wie die heutigen Notbeleuchtungen) als nur für lichtreflektierende Zeichen. Nur lichtreflektierende Zeichen - S = 3/K = 3 / (7.6 [m!/g ] * c) = [g/m!] / c [g/m!] - Bsp.: Grenzwert 0.04 [g/m!] : S= [g/m!] /0.04 [g/m!] = 10 m - Alternativ: Grenzwert 0.3 [1/m] : S= 3/0.3 = 10 m Selbstleuchtende (hinterleuchtete) Zeichen - S = 8/K = 8 / (7.6 [m!/g ] * c) = 1.05 [g/m!] / c [g/m"] - Bsp.: Grenzwert 0.04 [g/m!] : S= 1.05 [g/m!] /0.04 [g/m!] = 26 m - Alternativ: Grenzwert 0.3 [1/m] : S= 8/0.3 = 26 63

10 .>IJ$5$0;>*EA?#*>;"#*$,"&'(H>;O#"($ Eine Russ-Konzentration von 0.04 g/m³ führt zu Sichtweiten von - 10 m für lichtreflektierende Zeichen und - 26 m für selbstleuchtende Zeichen Tabelle (SWKI-Ri BT101-04, Abb.13): zusätzlich ohne/mit Basis: BMG-Klassen nach DIN /5 Anstiege in t 2 -Funktion, die Max.wert nach 2.5/5/10/15/20 min erreichen nach DIN /5 Szenario 1 «niederenergetisch: identisch zu Vorgabe VDI 6019 Blatt 64

11 Werk Inhalt Szenarien Wärme VdS 2827 Brandleistungen, t2-kurven Ca. 1-6 MW, nicht konkretisiert Spezifikation Rauchproduktion keine DIN NRA Einfache Tabelle für Einzelzelle BMG-Gruppen, MW, nicht konkretisiert keine DIN MRA Einfache Tabelle für Einzelzelle BMG-Gruppen, 3-48 MW, nicht konkretisiert keine Vdi 6019/1 Brandkurven, Auslösung Sprinkler/BMA, Versuche nicht konkretisiert keine Vdi 6019/2 Ing.methoden nicht konkretisiert, ausser - Vfdb TB04/01 Ing.methoden Wie VdS

12 .>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ R"#)#$<#;A&'"#E#*#;$%-74.B*?#I(#$ Mögliche Konzepte (z.b. gelistet in den Merkblättern GVZ) Natürliche Entrauchung nach VKF (1% Abströmöffnungen, 1% Nachströmöffnungen) Entrauchung mit mobilen Ventilatoren der Feuerwehr und Entrauchungsöffnungen Maschinelle Entrauchung mit vorgegebenem Luftwechsel Mit diesen Methoden können i.a. keine Schutzziele eingehalten werden! (obwohl es in einzelnen, spezifischen Fällen möglich ist ) Demgegenüber: Entrauchung mit Schutzzielen und Nachweis (im Prinzip mit jeder beliebigen Methode, meist aber maschinelle 7H'U*9"9O#"($E#;$%-74X#"A(:*9$ Zur Erreichung von Schutzzielen sind für die Dimensionierung der Leistung folgende Parameter entscheidend Raumgrösse (je grösser, umso einfacher) Raumhöhe (je höher als die Schutzzielhöhe, umso einfacher) Brandszenario (je mehr Brandleistung oder Verrauchung, umso schwieriger) Spezielle Raumgeometrie wie schmale Passagen, Galerien, Unterzüge Rauchabschnittunterteilungen usw. Hohe Nachströmgeschwindigkeiten sind ungünstig Am kritischsten sind kleine Räume mit Galerien und hohe Personenbelegung auf den 66

13 .>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ L>&'M#"A<#;=>';#*$0;>*EYC*(;>:&':*9$ Normen mit einfachen Regeln oder Tabellen (z.b. VKF, DIN ) Handrechenverfahren (z.b. jenes, das der DIN zugrunde liegt) Vollbrandmodelle Zonenmodelle (z.b. CFAST, MRFC) CFD-Modelle (z.b. CFX-5, Fluent) Physikalische Modelle (z.b. 1:10-Modell) Brandversuche/Rauchversuche am realen Objekt Für verschiedene Strömungselemente, primär 67

14 .>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ Basieren auf analytischen Modellen für verschiedene Effekte: Auftriebs Plume, Ceiling-Jet, Large Opening,.. Geometriemodellierung Umfasst typisch wenige Zonen (1-10) mit Subzonen Der Brandraum weist eine dritte Kernzone mit Wärmefreisetzung auf Physikalische Gesetze berücksichtigt: Bilanzgleichungen für Energie, Luft und Zusatz-Stoffe (toxische Gase) Ideales Gasgesetz (p*v = RT) Wärmeflüsse in Wände, Decke und Böden Strahlung zwischen Der Brandraum weist eine dritte Kernzone mit Wärmefreisetzung auf Bilanzgleichungen für Energie, Luft und Zusatz-Stoffe (toxische Gase) Wärmeflüsse in Wände, Decke und 68

15 .>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ Geometriemodellierung Umfasst typisch wenige Zonen (1-10) mit Subzonen Vorteile Einfacher Modellaufbau (einige Stunden) Schnelle Berechnung (einige Minuten) Einfachere Bedienung (Modellannahmen haben mindestens genauso viel Fehlerpotential wie CFD!!) Beispiele CFAST (von NIST) MRFC (von VIB, Dr. Max, Prof. U. Schneider, Dr. Diverse wichtige physikalische Effekte NICHT berücksichtigt Impulseffekte, z.b. hohe Nachströmgeschwindigkeiten (VKF-Maximum 5 m/s), Einströmung aus Dachbereich Verwirbelung an Unterzügen, Schürzen... Daher nicht geeignet und nicht empfohlen für Probleme, bei denen die Strömungsdetails eine wichtige Rolle spielen Mehrgeschossige Räume mit Galerien Brände unter Galerien, Rolltreppen oder Passerellen Räume mit Querlüftung oder Jetventilatoren Besonders niedrige Räume (Parkings) oder Tunnels Komplexe 69

16 .>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ Geometriemodell mit Details Rechengitter generieren Relevante Transportgleichungen Anfangs- und Randbedingungen Gleichungen in iterativem Verfahren bis zur Konvergenz lösen Resultate prüfen/auswerten Umsetzen für End-User, Empfehlungen!"#$"%&'"(!'%%"&)"*"&'"&+*),(( -"1+2%.%(.>IJ$V$L>&'M#"A<#;=>';#*$=W;$E"#$C*(;>:&':*9$ ZC,(9*D78:+78$J<FP<;G<9<$%)L9PCF<$ $TTU\$ 70

17 Vorteile gegenüber Zonenmodellen: Komplexe Geometrien mit komplexen Strömungen Einflusse verschiedener Strömungsphänomene berücksichtigt (z.b. Interaktion mit Nachströmung, Jetventilator) Quantitative Aussagen zur Verrauchung für verschiedene Rauchproduktionen bei R)F9<+:<$O<O<;]K<F$d);<;')G<::<;: 3)'(:<^<$"<)'<9F+<;$'+9$B)'(:<^<;$%9FN',;O<;$ #+;L:]**<$J<F*78+<G<;<F$%9FN',;O*(8D;)'<;<$K<F]7B*+789+O9$_EQ=Q$ 4;9<FCB9+);$'+9$`C78*9FN',;OH$a<9J<;9+:C9)Fb$$ c,c;9+9c9+j<$!,**co<;$e,f$r<ffc,78,;o$l]f$j<f*78+<g<;<$ 6C,78(F)G,B9+);<;$K<+$A,F78'+*78,;O$$ Zeigt unerwartete Probleme Schlecht belüftete Zonen Verrauchte Fluchtwege 71

18 Funktionstest/Entrauchungstest Warmrauch Auslösung der Entrauchung Korrekte Öffnung der Nachströmung Strömungsverhältnisse im Raum, Nachströmung, Entrauchung, Rauchschichtung Entrauchungs-Volumenstrom - im mechanischen Fall ja - im natürlichen Fall 72

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