expert[qy]verlag Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz o. Univ. Prof. Dr. techn. Ulrich Schneider

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1 Ingenieurmethoden im Baulichen Brandschutz o. Univ. Prof. Dr. techn. Ulrich Schneider Mit ergänzenden Beiträgen von: Dipl.-Ing. Th. Hegger Dr.-Ing. U. Max Dr.-Ing. F. Mehl Dr.-Ing. U. Seifert Dipl.-Ing. K.-D. Wathling 3., neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 94 Bildern und 83 Tabellen In Zusammenarbeit mit: Verein zur Förderung von Ingenieurmethoden im Brandschutz (VIB) Arbeitsgemeinschaft Brandsicherheit (AGB) Kontakt & Studium Band 531 Herausgeber: Dr.-Ing. Michael Mettner Technische Akademie Esslingen Weiterbildungszentrum Dipl.-Ing. Elmar Wippler, expert verlag Begründet von Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Wilfried J. Bartz expert[qy]verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Allgemeines Wirtschaftliche Bedeutung der Brandschäden und Brandrisiko Brandschutz Definitionen Technische Brandschutzmaßnahmen Organisatorische Brandschutzmaßnahmen Brandschutzkonzept Ziele des Brandschutzes Literatur zum Kapitel Physikalische Grundlagen der Modellierung von Bränden Grundlagen der Modellierung von Bränden Allgemeines Explizite bzw. analytische Methoden Brandsimulationsmodelle Modellannahmen Geometrie Lüftung Brandszenarium Grundlagen der Berechnung der Gasströmungen und Temperaturen im Falle eines Vollbrandes Historischer Rückblick Energiebilanz- und Massenbilanzgleichung Konvektionsenergie Strahlung durch Öffnungen Energieabsorption der Umfassungsbauteile Wärmespeicherenergie in den Gasen des Brandraumes Sonstige Energien Brandleistung Flashover Berechnung des Gaswechsels in Räumen mit Dachentlüftung Voraussetzungen Strömungsgleichungen Sonderfälle 47

3 2.4 Berechnungsbeispiele zur Ermittlung von Rauchgasströmungen und Brandleistungen Grundlagen der Modellierung von Bränden mit Mehrraum- Zonenmodellen Modellierung des Brandraumes Modellierung von Raumsystemen Modellierung der Massenbilanz im Brandraum Modellierung der Energiebilanz im Brandraum Berechnung der Gasströmungen beim Zonenmodell Modellierung der Flammen und des Feuerplumes Näherungsweise Berechnung der Brandraumtemperaturen Grundlagen der Modellierung von Bränden mit Feldmodellen Erhaltungsgleichungen Turbulenzansätze Eddy-Break-Up-Modell Berechnung des Feuerplumes, der Strömungsfelder und Temperaturen in einer Halle Literatur zum Kapitel Brandschutzkonzept als Grundlage für die Anwendung von Ingenieurniethoden Stand der Erkenntnisse Mindestanforderungen an zielorientierte Brandschutzkonzepte Spezielle Gesichtspunkte für Brandschutzkonzepte von Sonderbauten Allgemeines Brandschutzplanung Brandabschnitte und Rauchabschnitte Baustoffe und Brandbelastung Kommunikation, Rettungswege, Treppenräume und Aufzüge Entrauchungskonzept und Anlagen für die Entrauchung Brandmeldekonzept Löschanlagenkonzept Löschwasserkonzept Berücksichtigung von Panikreaktionen Gefahrenabwehr Technische Dokumentation Beurteilung von Brandschutzkonzepten Schlussfolgerungen Literatur zum Kapitel 3 130

4 4 Schutzziele für die Anwendung von Ingenieurniethoden Einleitung Schutzziele im Brandschutzentwurf Allgemeines Schutzziel im Baurecht Konkretisierung der Schutzziele Schutzzielorientierte Brandschutzbemessungen Realisierung der schutzzielorientierten Brandschutzbemessung Sicherheitsaspekte bei der schutzzielorientierten Brandschutzbemessung Literatur zum Kapitel Brandszenarien für die Anwendung von Ingenieurmethoden Einleitung - Der Brand Physikalische und chemische Vorgänge beim Brand Der Verbrennungsvorgang Grundlagen der Verbrennungsprozesse Ablaufeines Schadenfeuers Design Fires und Bemessungsbrandszenarien Einleitung Entwicklung und Auswahl von Bemessungsbrandszenarien für die Brandschutzanalyse Schritt 1: Art des Brandes Schritt 2: Brandbereich Schritt 3: Potentielle Brandgefahren (-katastrophen) Schritt 4: Technische Systeme, die einen Einfluss auf das Brandszenarium haben Schritt 5: Reaktion der Personen (im Gebäude) Schritt 6: Ereignisbaum Schritt 7: Wahrscheinlichkeiten Schritt 8: Abschätzung der Folgen Schritt 9: Risikobewertung Schritt 10: Auswahl der relevanten Bemessungsbrandszenarien und Dokumentation Design Fires Aufgabe von Design Fires Systematisierung von Design Fires Design Fires beruhend auf normativen Temperatur-Zeit-Kurven Einheits-Temperaturkurve (ISO 834, Teil 1) Harmonisierte Hydrokarbon-Kurve Schwelfeuerkurve 170

5 Externe Brandkurve RABT Kurve (Tunnelbrandkurve) Die Anwendung der nominellen Temperatur-Zeit-Kurve im brandschutztechnischen Design Design Fires beruhend auf Brandleistungskurven Konstante Brandleistung Design Fires zur Bemessung von NAs und MAs nach DfN bzw. DfN Design Fires zur Bemessung von RWAs nach TRVB S Zeitlich abhängige Brandleistungs-Kurven (Heat-Release-Curves) t 2 -Modelle Brandausbreitungsmodell nach MRFC Brandleistungs-Kurven aus experimentellen Daten Parametrische Design Fires Parametrische Temperaturzeitkurve nach ENV , Anhang B Entwicklung von Design Fires Voraussetzungen Grundlagen der Berechnung des Ablaufes von realen Bränden Ermittlung eines Design Fires aus einer gegebenen Brandlastaufstellung Praktische Erfahrungen Literatur zum Kapitel Baurechtliche Grundlagen für die Anwendung von Ingenieurmethoden Einleitung - Brandrisiko und Brandsicherheit Bauaufsichtliche Akzeptanz ingenieurmäßiger Nachweise zum vorbeugenden baulichen Brandschutz Brandsicherheitsnachweise Ingenieurmethoden für die Brandsicherheit Übersicht Nachweisberechnungen zur Rauchfreihaltung Bestimmung der erforderlichen Feuerwiderstandsdauer Bestimmung der vorhandenen Feuerwiderstandsdauer Evakuierungsberechnungen Zusammenfassung Literatur zum Kapitel Muster-Industriebaurichtlinie Baulicher Brandschutz im Industriebau Grundsätzliche Sicherheitsbetrachtungen und Ziele 232

6 7.1.1 Grundsätzliche Sicherheitsbetrachtungen Ziel ' Geltungsbereich Begriffe Verfahren Allgemeine Anforderungen Anforderungen an Baustoffe und Bauteile sowie an die Größe der Brandabschnitte im Verfahren ohne Brandlastermittlung Anforderungen an Baustoffe und Bauteile sowie an die Größe der Brandbekämpfungsabschnitte unter Verwendung des Rechenverfahrens nachdin Zusätzliche Bauvorlagen und Pflichten des Betreibers Grundsätze für die Aufstellung von Nachweisen mit Methoden des Brandschutzingenieurwesens Inhalte und Erläuterung der DIN Einleitung Anwendungsbereich , ,5 8.3,.6 8.3,.7 8.3,.8 8.3, Ermittlung der rechnerischen Brandbelastung 282 Brandlasten 282 Brandbelastung q 283 Rechnerische Brandbelastung q R und Abbrandfaktor m 284 Brandlasten, die unberücksichtigt bleiben 285 Brandlasten, die berücksichtigt werden müssen 286 Geschützte Brandlasten 287 Ungeschützte Brandlasten 288 Berücksichtigung der Lagerguthöhen beim Abbrandfaktor m 288 Offene Fragen bei der Ermittlung des Abbrandfaktors m 290 Wärmebilanzrechnungen für die Bestimmung von Brandwirkungen 291 Ermittlung der Wärmeabzugsfaktoren w nach DIN , Ausgabe Mai Wärmebilanzrechnungen als Ersatz für das Näherungsverfahren 293 Näherungsverfahren für die Ermittlung des Wärmeabzugsfaktors w 296 Ermittlung nach DIN Näherungsverfahren für Teilflächen und Teilabschnitte 304 Näherungsverfahren für mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte Mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte bei Geschossflächen mit horizontalen Öffnungen von < 2 % 307

7 Mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte bei Geschossflächen mit horizontalen Öffnungen von > 20 % Umrechnungsfaktor c Grundlagen der Sicherheitsbetrachtungen 313 Brandsicherheitsklassen 316 Die Sicherheitsbeiwerte y und die Beiwerte Anbindung an die Industriebaurichtlinie 318 Zusammenfassung Literatur zum Kapitel Praktische Beispiele für die Anwendung von DIN und der MIndBauRL Einleitung und Problemstellung Beispiel einer Hallenerweiterung (Produktion) Einleitung Beschreibung des Objektes-Sachstandsfeststellung Ausgangsdaten Berechnung nach DIN Anforderungen nach der neuen Industriebaurichtlinie 03/ Beispiel für ein Lagergebäude Rechnerische Brandbelastung Ermittlung des Umrechnungsfaktors c Wärmeabzugsfaktor w Erforderliche Feuerwiderstandsdauer Maximal zulässige Flächen Literatur zum Kapitel Rauch- und Wärmeabzug nach DIN Grundlagen, Normung, Prüfung Einleitung Eigenschaften, Entstehung und Ausbreitung von Rauch Prinzipien der Rauchbeherrschung Rauch- und Wärmeabzug nach deutscher und europäischer Normung Entrauchung von Räumen und Brandabschnitten Schutzziele und Methoden Bildung einer raucharmen Schicht Ausspülung von Rauchgasen 355

8 Differenzdrucksysteme zur Rauchfreihaltung : Erläuterungen zur DIN Abweichungen von der Regelbemessung Praktische Überprüfung von Entrauchungskonzepten und Entrauchungsmaßnahmen Anwendung und Ergebnisse eines Prüfrauch-Verfahrens Möglichkeiten und Grenzen praktischer Prüfungen Literatur zum Kapitel Berechnungsgrundlagen mit Beispielen für die Auslegung von Rauchabzugsanlagen nach DIN Grundlagen der Berechnung für RA im Dach nach einem Zonenmodell Ermittlung der am Plume eingemischten Luftmenge Flammenhöhe Massenströme nach verschiedenen Theorien Überprüfung des Näherungsverfahrens durch Wärmebilanzrechnung und mit Literaturangaben Gang der Berechnung für verschiedene Plumeformeln Allgemeine Festlegungen Berechnung für fest vorgegebenes Verhältnis von Zuluft und RWA-Flächen Berechnung der Zuluftflächen bei vorgegebenen RWA-Flächen Berechnung der RWA-Flächen bei vorgegebenen Zuluftflächen Berechnung der RWA-Flächen bei vorgegebener Zuluftgeschwindigkeit Grundlagen der Berechnung für RA in Außenwänden nach Zonenmodell Schlussfolgerungen Literatur zum Kapitel Aspekte der experimentellen Brandmodellierung Einleitung Grundsätzliches zur Modellierung Grundlagen der experimentellen Modelltechnik Ähnlichkeitsbedingungen 429

9 Dimensionslose Kennzahlen Angenäherte Ähnlichkeit Methoden zur Herleitung dimensionsloser Kennzahlen Einführung Normierung von Differentialgleichungen Experimentelle Ermittlung dimensionsloser Kennzahlen Verhältnisbildung physikalischer Größen Dimensionsanalyse zur Herleitung dimensionsloser Kennzahlen Hinweise für die Praxis Praxisbeispiel zur Dimensionsanalyse Bedeutung dimensionsloser Kennzahlen für einzelne Brandphänomene Einführung Beschreibungeines Heißgas-Plumes Archimedeszahl eines Heißgas-Plumes Umgang mit der Archimedeszahl in einzelnen Literaturstellen Reynoldszahl und Froudezahl eines Heißgas-Plumes Leichtgasplumes als Ersatz für thermische Plumes? Stabilität der Schichtung von Rauch und raucharmer Luft Modellierung des Abbrandes Validierung von Ergebnissen Vergleich mit Rechenmodellen und Zusammenfassung Verwendete Formelzeichen Literatur zum Kapitel Gesetzliche Grundlagen des vorbeugenden Brandschutzes Stand und Neuerungen der neuen Musterbauordnung Neues Brandschutzkonzept Neue Brandschutzregelungen MBO - Begriffe MBO - Brandschutz MBO - Allgemeine Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen MBO - Tragende Wände und Stützen MBO - Außenwände MBO - Trennwände MBO - Brandwände MBO-Decken MBO - Dächer MBO - Erster und zweiter Rettungsweg MBO - Treppen MBO - Notwendige Treppenräume und Ausgänge 497

10 MBO - Notwendige Flure und Gänge MBO-Fenster, Türen, sonstige Öffnungen MBO - Aufzüge MBO - Leitungsanlagen, Installationsschächte und -kanäle MBO - Lüftungsanlagen MBO - Feuerungsanlagen, sonstige Anlagen zur Wärmeerzeugung, Brennstoffversorgung MBO - Aufbewahrung fester Abfallstoffe MBO-Blitzschutzanlagen MBO - Abweichungen : Ausblick Zusammenfassung Literatur zum Kapitel Europäische Regelungen zur Bewertung des Brandverhaltens von Baustoffen und Bauteilen Einführung Europäische Regelungen zur Beurteilung des Brandverhaltens Bemessung oder Prüfung der Feuerwiderstandsfähigkeit Prüfhormen zur Ermittlung des Brandverhaltens von Baustoffen Europäische technische Spezifikationen zum Brandverhalten Europäisches Klassifizierungssystem Allgemeines Klassifizierung der Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen Klassifizierung des Brandverhaltens von Bauprodukten Einbindung des europäischen Klassifizierungssystems in das bauaufsichtliche Verfahren Allgemeines Brandverhalten von Bauprodukten Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen Ausblick Literatur zum Kapitel