Untersuchung von Glasbauteilen in Bezug auf den Temperatur- und Strahlungsdurchgang mit FDS

Transkript

1 Untersuchung von Glasbauteilen in Bezug auf den Temperatur- und Strahlungsdurchgang mit FDS

2 Motivation und Zielsetzung - Bei der Auswertung von Brandszenarien kann es erforderlich werden, dass die Temperatur und/oder die Strahlung auf der Rückseite eines Glasbauteils von Bedeutung ist. - Das Ziel ist eine Plausibilitätskontrolle der Ergebnisse, die in einem simulierten Szenario mit FDS gewonnen wurden. - Als Fazit soll die praktische Verwendbarkeit der Simulationsergebnisse erörtert werden.

3 Simulationsmodell Open Wand - Simulationsvolumen: 60 m³ - Höhe des Modells: 2,50 m - Brandquellengröße: 1,00 m² 6,00 m Open 1m Open - Abstand der Brandquelle vom Glasaufbau: 1,00 m Open Brandquelle Open Glasaufbau Open 4,00 m

4 Simulationsmodell Open Open Open Open Open 2,50 m 6,00 m Seitenansicht des Modells

5 Brandquellendefinition - Größe der Brandquelle: 1,00 m² - Energiefreisetzungsrate: 500 kw/m²

6 Szenarien

7 Temperaturdurchgang - Möglichkeiten zur Feststellung der Temperatur innerhalb eines festen Objektes mit FDS 5: - Einen Temperaturmessfühler mit dem Befehl &DEVC innerhalb des Bauteils positionieren: &DEVC ID='Name', DEPTH=1.0E-003, QUANTITY='INSIDE_WALL_TEMPERATURE', XYZ=3.00,2.00,2.00, IOR=1/ - Ein Temperaturprofil mit dem Befehl &PROF erzeugen: &PROF ID= Bezeichnung', XYZ=3.00,2.00,2.00, IOR=1, QUANTITY='TEMPERATURE'/

8 Vergleich: &PROF und &DEVC & PROF & DEVC

9 Rechengitter innerhalb fester Objekte

10 Rechengitter innerhalb fester Objekte - Mit dem STRECH_FACTOR kann die Größenänderung der jeweils nächsten Zelle bestimmt werden. Die Voreinstellung ist 2 (Verdoppeln).

11 Rechengitter innerhalb fester Objekte - FDS legt in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit, der Rohdichte und der spezifischen Wärmekapazität des Materials automatisch die Größe für die kleinste Zelle des Gitters im Objekt fest: δ < x S s ks ρ c s s - Mit dem CELL_SIZE_FACTOR kann die Größe der kleinsten Zelle vom Anwender manuell angepasst werden. Der voreingestellte Wert ist 1.

12 - Die mit dem Befehl &PROF gewonnenen Daten stimmen mit den Werten der &BNDF WALL_TEMPERATURE an der Wandoberfläche überein.

13 Vergleich mit einer Handrechnung - Die Simulationsergebnisse werden einer Handrechnung für den stationären Wärmedurchgang gegenübergestellt: U = R se + 1 d j j λ j + R si U: Wärmedurchgangskoeffizient [W/(m²*K)] R se/si : Wärmeübergangswiderstande [m²/(k*w)] q = U ( Θ Θ ) i e q: Wärmestromdichte [W/m²] Θ x = Θ i d1 q( + K+ λ 1 d x ) λ x θ x : Temperatur an der Stelle x [ C] Quellen: Schneider: Bautabellen für Ingenieure (16. Auflage); Hohmann, Setzer, Wehling: Bauphysikalische Formeln und Tabellen (4. Auflage)

14 Temperaturdurchgang ESG Simulierter Temperaturverlauf zu unterschiedlichen Zeitpunkten

15 Vergleich mit der Handrechnung Differenz: ca. 36 K!!!

16 Temperaturdurchgang VSG Simulierter Temperaturverlauf zu unterschiedlichen Zeitpunkten

17 Vergleich mit der Handrechnung Differenz: ca. 41 K!!!

18 Temperaturdurchgang MIG Simulierter Temperaturverlauf zu unterschiedlichen Zeitpunkten

19 Vergleich mit der Handrechnung Differenz: ca. 4 K!

20 Temperaturdurchgang - Der simulierte Temperaturdurchgang weicht in hohem Maße von den Handrechnungen ab. - Die Handrechnungen wurden auf Basis von stationärem Wärmedurchgang mit den im Wärmeschutz gängigen bauphysikalischen Formeln durchgeführt. Eine Wärmespeicherung im Bauteil wurde daher nicht berücksichtigt. - Fraglich ist, ob die Simulationsergebnisse mit den Handrechnungen vergleichbar sind. - Für eine konservative Betrachtung der Simulationsergebnisse, zur Erfüllung eines Schutzziels, ist es empfehlenswert die Temperaturen vor dem Glasbauteil auch auf der Rückseite gleichzusetzen.

21 Strahlungsdurchgang - Im Szenario ohne Glaselement ist auf der Wand bereits nach 100 Sekunden eine Strahlungsintensität von etwa 4.55 kw/m² erkennbar.

22 Strahlungsdurchgang - Im Szenario mit Glaselement ist auch nach längerer Zeit hinter der Verglasung keine Wärmestrahlung erkennbar.

23 Strahlungsdurchgang - In der Realität wird aufgrund von Reflexion und Absorption der Anteil der Wärmestrahlung hinter dem Glasbauteil geringer. - Transmissionsgrade sind teilweise in Diagrammen von Herstellern zu finden. In Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung und der Materialeigenschaften können dort entsprechende Transmissionsgrade abgelesen werden. Insbesondere stellen diese Diagramme Planungshilfen für den Wärmeschutz dar. Die Verwendung dieser Werte für den Brandfall ist jedoch fraglich. - In Fragestellungen bezüglich der Personensicherheit hinter Glasbauteilen ist es sinnvoll konservativ die gleiche Wärmestrahlung anzusetzen, die auf der Vorderseite der Glasscheibe vorliegt.

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