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1 Inhaltsverzeichnis Vorwort VII 1 Einleitung Allgemeines Brandschutz Definitionen Technische Brandschutzmaßnahmen Organisatorische Brandschutzmaßnahmen Ganzheitlicher Brandschutz Ziele des Brandschutzes Berechnungsmodelle und Modellannahmen Methoden und Simulationsmodelle Modellannahmen Geometrie Ventilations- und Lüftungsbedingungen Brandszenarium Empfehlungen für Modellierung Literatur zum Kapitel Grundlagen der rechnerischen Modellierung von Bränden Thermomechanische Berechnungen Allgemeines Der Verbrennungsvorgang Thermochemie und chemische Reaktionen Berechnung von Gasgemischen Energieerhaltung und Verbrennungswärme Berechnung der Bildungsenthalpie brennbarer Stoffe und Anwendungsbeispiele Berechnung von Verbrennungsprodukten Wärmeleitung und Konvektion Stationäre Wärmeleitung Stationäre Wärmeleitung mit Konvektion Instationäre Wärmeleitung Rechenbeispiele zur instationären Wärmeleitung Grundlagen der Wärmestrahlung Einleitung Strahlung von festen Oberflächen Intensitäts- und Richtungsverteilung der Strahlung Berechnung des Wärmeflusses durch Strahlung Berechnung der Einstrahlzahlen Berechnung des Strahlungsaustausches zwischen Oberflächen eines umschlossenen Raumes Strahlung von Gasgemischen bei Bränden Strahlungsintensität von Brandgasen Emission von CO2 und H2O in Brandgasen Strahlungsaustausch zwischen Gas und Wand 57 IX Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 2.4.4 Berechnung der Nettostrahlung in einer Rauchgasschicht Berechnung der Wärmestrahlung in einer Halle mit einer Rauchschicht Grundgleichungen für die praktische Anwendung Beispielrechnung für eine Industriehalle Berechnung der Wärmestrahlungsdichte an Empfangern parallel zur Rauchgasschicht in rechteckigen Räumen 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 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 CFD-Modellen Allgemeine Einführung Spezielle Submodelle in den CFD-Codes FDS, JASMINE und FLUENT Turbulenzberechnung- Prognosemethoden Strahlungsmodelle in CFD-Codes Verbrennungsmodelle Folgerungen und Hinweise Erhaltungsgleichungen Turbulenzansätze Eddy-Break-Up-Modell der Verbrennung Berechnung des Feuerplumes, der Strömungsfelder und Temperaturen in einer Halle Literatur zum Kapitel Berechnung von Bränden Einführung 139

3 3.2 Brandentstehung Bedingungen für die Brandentstehung Zündtemperatur und Mindestverbrennungstemperatur Entzündung von Feststoffen Trockene Feststoffe Besprinklerte Feststoffe unter Sprühwassereinwirkung Berechnung der Wärmestrahlung von Flammen aufbrennbare Feststoffe Verbrennung und Strahlung Theoretische Flammentemperatur Berechnung der theoretischen Verbrennungstemperatur Strahlung nichtleuchtender Flammen Strahlung leuchtender Flammen Geometrie der Flammen Berechnung der praktisch zu erwartenden Flammentemperaturen Wärmestrahlung der Flamme auf Objekte in Flammennähe Strahlungsaustausch der Flamme mit einem kleinen Objekt im Raum Entzündung eines brennbaren Feststoffes in einem Brandraum Randbedingungen Energiebilanz auf der Objektoberfläche Untersuchung thermisch dünner Objekte und Materialien Untersuchung thermisch dicker Objekte und Materialien Entzündungsparameter Flammenbildung und Feuerplumes Flammenbildung Turbulente Feuerplumes - Plumetheorie Experimentell ermittelte Plumeformeln McCaffrey-Plume Zukoski-Plume Heskestad-Plume Thomas-Plume Weitere Plumeformeln Flammenausbreitung und Ceiling Jets unter der Decke Literatur zum Kapitel Verbrennungsabläufe und Stoffdaten Natürlicher Ablauf von Bränden Grundlagen der Berechnung des Ablaufes von realen Bränden Praktische Erfahrungen Grundlagen der Verbrennungsprozesse Flammenausbreitung nach der Entzündung Kalorische Daten brennbarer Stoffe Rauchgaszusammensetzung und optische Rauchdichte Weitere Stoffdaten Brandszenarien - Auswahl und Beispiele Definitionen Entwicklung und Auswahl von Bemessungsbrandszenarien für die Brandschutzanalyse 255 XI

4 4.9.3 Design Fires Aufgabe von Design Fires Systematisierung von Design Fires Design Fires beruhend auf normativen Temperatur-Zeit-Kurven Design Fires beruhend auf Brandleistungskurven Brandleistungskurven aus experimentellen Daten Parametrische Design Fires Berechnung von Design Fires Voraussetzungen Grundlagen der Berechnung des Ablaufes von realen Bränden Ermittlung eines Design Fires aus einer gegebenen Brandlastaufstellung Praxisbeispiel - Berechnung eines Brandszenariums Brandszenarium in einer Industriehalle Hinweise und ergänzende Erläuterungen Literatur zum Kapitel Grundlagen der Rauch- und Wärmeableitung Einleitung Das Verrauchungsproblem Rauchableitung aus eingeschossigen Gebäuden oder einzelnen Geschossebenen Der Feuerplume als Grundlage der Rauchbildung Rauchableitung durch horizontale Öffnungen Bestimmung der Lage der neutralen Ebene Temperatur der Rauchgase Einmischung von Rauchgasen im Überlaufplume (Spillplume) Vorbemerkungen - Verrauchung von Atrien Arten der Plumebildung Neue Untersuchungen über Spillplumes Verrauchung von Atrien nach Poreh, Marshall und Harrison Verrauchung von Atrien und Einkaufszentren nach Thomas Verrauchung von Atrien und Einkaufszentren nach Harrison Vertikale Öffnungen und besondere Maßnahmen für die Entrauchung Rauchableitung aus vertikalen Öffnungen Besondere Maßnahmen für die Entrauchung von Einkaufsstraßen, Atrien und Gebäuden Praktische Beispiele für die Rauchableitung in Gebäuden Berechnung der Entrauchungsöffhung einer Industriehalle Berechnung der maschinellen Entrauchung einer Industriehalle Berechnung einer Oberdruckbelüftung eines Atriums Physikalische Modelle für die experimentelle Untersuchung der Verrauchung in Gebäuden Physikalische Skalierung der Entrauchungsmodelle Praktische Ausführung eines Modells für Spill-Plume-Untersuchungen Rauchableitung nach DIN Brandszenarien nach DIN Bemessungstabellen nach DIN Praxisbeispiel - Entrauchung mehrgeschossiger Industriegebäude 329 XII

5 Rauchabzug durch vertikale Öffnungen im Industriebau Gebäudebeschreibung Ventilationsbedingungen Bemessungsbrände Lüftungsszenarien Gebäudegeometrie Rechenergebnisse Allgemeine Darstellung der Ergebnisse Vertikale Öffnungsflächen für Geschossbauten mit raucharmen Schichten von mindestens 2,5 m Literatur zum Kapitel Baurechtliche Grundlagen, Schutzziele und Brandschutzkonzepte Baurecht Brandrisiko und Brandsicherheit Bauaufsichtliche Akzeptanz ingenieurmäßiger Nachweise Brandsicherheitsnachweise Übersicht Nachweisberechnungen zur Rauchfreihaltung Bestimmung der erforderlichen Feuerwiderstandsdauer Bestimmung der vorhandenen Feuerwiderstandsdauer Evakuierungsberechnungen Schutzziele Einleitung Schutzziele im Brandschutzentwurf Allgemeines Schutzziel im Baurecht Konkretisierung der Schutzziele Schutzzielorientierte Brandschutzbemessung Vorgehensweise Realisierung der schutzzielorientierten Brandschutzbemessung Sicherheitsaspekte bei der schutzzielorientierten Brandschutzbemessung Brandschutzkonzept Stand der Erkenntnisse Beispiel für ein zielorientiertes Brandschutzkonzept Spezielle Gesichtspunkte für Brandschutzkonzepte Allgemeines Berücksichtigung von Panikreaktionen Technische Dokumentation Wiederkehrende Prüfungen Beurteilung von Brandschutzkonzepten Literatur zum Kapitel Grundlagen der rechnerischen Nachweisverfahren für Bauteile im Brandfall nach Eurocode Vorbemerkungen Zuverlässigkeitsnachweis gemäß dem semiprobabilistischen Sicherheitskonzept nach EN XIII

6 7.3 Bemessungsgrundlagen nach EN : Allgemeine Einwirkungen Beispiele für Lastannahmen Charakteristische Einwirkungen für ein Bürogebäude Träger auf zwei Stützen für ein Einkaufszentrum Träger auf zwei Stützen für ein Dachtragwerk Näherungslösungen für Lastannahmen Teilsicherheitsbeiwerte für Baustoffkennwerte Thermische Einwirkungen nach EN Temperatur-Zeit-Beziehungen Äquivalente Normbranddauer Parametrische Temperatur-Zeitkurven Zonenmodelle Lokale Temperaturberechnungen CFD-Modelle Beispiel für ein lokales Brandereignis im Parkhaus Bauteilberechnungen Auswahl der Berechnungsmethode Globale Tragwerksanalyse Bauteil-Analyse Analyse eines Teiltragwerkes Berechnungsmethoden nach EN Tabellarische Daten Einfache Berechnungsmodelle Fortgeschrittene Berechnungsmodelle Beziehung zwischen dem BerechnungsmodeU und dem analysierten Tragwerksteil Last-, Zeit- oder Temperatur-Bereiche für nominelle Brände Bemessung von Stahlbauteilen nach Eurocode Allgemeine Grundsätze Materialmodell für Baustahl nach EN Temperaturmodell für Stahlbauteile Unbekleidete Stahlprofile Erwärmung von Stahlbauteilen im Brandfall Wärmestrom und Wärmeübergang Ummantelte Stahlprofile Mechanische Modelle unter Berücksichtigung des Brandangriffes Beispiele nach EN Aufgabenstellung - Druckbeanspruchte Stahlstütze Tragfähigkeit einer Stahlstütze mit ungeschütztem Querschnitt nach 30 min Branddauer Stahlstütze ummantelt mit Brandschutzplatten Literatur zum Kapitel Muster-Industriebaurichtlinie und Baulicher Brandschutz im Industriebau nach DIN Sicherheitsbetrachtungen, Ziele, Begriffe und Verfahren Grundsätzliche Sicherheitsbetrachtungen 433 XIV

7 8.1.2 Ziel der Muster-Industriebaurichtlinie Begriffe der Muster-Industriebaurichtlinie Verfahren der Muster-Industriebaurichtlinie Allgemeine Anforderungen Anforderungen an Baustoffe und Bauteile sowie an die Größe der Brandabschnitte im Verfahren ohne Brandlastermittlung Anforderungen an Baustoffe und Bauteile unter Verwendung des Rechenverfahrens nach DIN Zulässige Flächen von Brandbekämpfungsabschnitten Grundsätze für die Aufstellung von Nachweisen mit Methoden des Brandschutzingenieurwesens Nachweis der Brandwirkungen bei realen Bränden nach DIN Anbindung an die Muster-Industriebaurichtlinie Grundlagen der Norm DIN Nachweise nach DIN Gebäudestruktur Brandbekämpfungsabschnitt und Geschossigkeit Teilabschnitte nach Anhang A gemäß DIN Ebenennachweis nach Anhang B gemäß DIN Rechnerisch erforderliche Feuerwiderstandsdauer erf t p Rechnerische Brandbelastung q R Bedeutung und Definition der Brandlast Methodik der Brandlasterhebung Einteilung der Brandlasten Rechnerische Brandbelastung qr Abbrandfaktor m Erfassung der Brandlasten Umrechnungsfaktor c Wärmeabzugsfaktor w Grundlagen für die Ermittlung des w-faktors w-faktoren für Brandbekämpfungsabschnitte über mehrere Ebenen Grundsätze des Verfahrens Mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte bei Geschossflächen mit horizontalen Öffnungen von < 2 % Mehrgeschossige Brandbekämpfungsabschnitte bei Geschossflächen mit horizontalen Öffnungen von > 20 % Wärmebilanzrechnungen als Ersatz für das Näherungsverfahren Sicherheitsbeiwert y und Beiwert Zusatzbeiwert a L Literatur zum Kapitel Praxisbeispiel für die Anwendung der M-IndBauRL und DIN Beschreibung der Aufgabenstellung Brandschutzkonzept Erschließung und Gebäudeanordnung Nutzung und Brandlasten Bauliche Brandschutzeinrichtungen 484 XV

8 9.2.4 Rettungswege Brandschutzeinrichtungen Sonstige sicherheitstechnische Einrichtungen Abwehrender Brandschutz Umweltschutz Betrieblicher Brandschutz Nachweise nach DIN und der M-IndBauRL Berechnungen für die Brandbekämpfungsabschnitte Maximal zulässige Flächen Ebenennachweis - eine neue Möglichkeit für die Brandschutzbemessung im Geschossbau nach DIN Zusammenfassung Literatur zum Kapitel XVI