Die Verbrennung Grundlagen und Erscheinungsformen

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1 Thema Truppführerausbildung Brennen & Löschen Erzgebirgskreis T. Neumann 09/2011 Kreisausbildung Brennen & Löschen Thema behandelt: - Grundlagen der Verbrennung - Wirkung ausgesuchter Löschmittel HBM Tilo Neumann Freiwillige Feuerwehr Marienberg / Erzgeb. Themenübersicht Die Verbrennung Grundlagen und Erscheinungsformen Begriffsbestimmung Brennen: Brennen ist durch eine Flamme und/ oder Glut selbstständig ablaufende Reaktion zwischen einem brennbaren Stoff und dem Sauerstoff der Luft. Oxidation Licht & Wärme werden freigesetzt Begriffsbestimmung Brennen: Je nach vorliegender Stoff Art entstehen bei der Verbrennung Glut und Flamme oder nur Glut oder nur Flamme. Die freiwerdende Wärmeenergie ist der Heizwert, der bei Stoffen unterschiedlich ist. Die meisten festen Stoffe verbrennen mit Glut und Flamme (Papier, Holz, Textilien). Bei Flüssigkeits- und Gasbränden ist nur die Flamme erkennbar, bei Metallen nur Glut. 1

2 Grundlagen der Verbrennung: Stoffliche Voraussetzungen Brennbarer Stoff Zündtemperatur Mischungsverhältniss Mindestverbrennungstemperatur Sauerstoff Energetische Voraussetzungen Katalysator Grundlagen Säulen der Verbrennung Nur wenn alle 4 Säulen gleichzeitig vorhanden sind, ist ein Brennvorgang möglich Wird eine Säule entzogen, kann man dies Löschen nennen - aber wie kann dies realisiert werden? 2

3 Weitere Begriffe Wärmeströmung Die Übertragung von Wärme in Gasen oder Flüssigkeiten durch deren Strömung, die infolge von Temperaturunterschieden abläuft, wird als Konvektion bezeichnet. Weitere Begriffe Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, die ein Stoff infolge seiner Temperatur unter Abgabe eines Teiles seines Wärmeinhaltes an die Umgebung aussendet. Flash-Over Der Flashover (dt. Durchzündung; auch Flash-Over, Flash-over, F/O) ist eine Phase innerhalb eines Brandereignisses und bezeichnet den schlagartigen Übergang eines Schadenfeuers (z. B. Zimmerbrand) von der Entstehungsphase hin zur Vollbrandphase. Dieser Vorgang ereignet sich zumeist sehr rasch über den gesamten Brandraum. Dabei sind Temperaturen von C vorausgezusetzen. (Video Youtube) 3

4 Backdraft Rauchgasexplosion oder auch ein Backdraft (englisch) - explosionsartiges Entzünden von Rauchgasen. - Pyrolyse-Gase durch Sauerstoffmangel - langsame Abkühlung des Raumes verlieren diese Gase an Volumen, es entsteht ein Unterdruck. - Frischluftzufuhr von außerhalb Gemisch ist fortan zündfähig. - explodiert des Gemisches durch Zündquelle Bei einer Rauchgasexplosion entwickelt sich nach der Sauerstoffzufuhr eine Flammenwalze mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 m/s und einer Temperatur von C. Derartig hohen Temperaturen ist auch eine gute Schutzkleidung aus Nomex nicht gewachsen. Der entstehende Unterdruck, das (annähernde) Verlöschen des eigentlichen Brandes und die stärkere Explosion sind deutliche Unterscheidungskriterien zur normalen Rauchdurchzündung (Rollover) oder dem so genannten Flash-Over Weitere Begriffe Wärmestrahlung Die Intensität einer Strahlung nimmt mit dem Quadrat des Abstandes (r) von der Quelle ab. Weitere Begriffe Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff zwischen benachbarten Teilchen. Weitere Begriffe Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die niedrigste Flüssigkeitstemperatur, bei der sich Dämpfe in solcher Menge entwickeln, daß über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch Fremdentzündung entzündbares Dampf-Luft-Gemisch entsteht. Dämpfe Gefäß mit brennbarer Flüssigkeit 4

5 Grundlagen Weitere Begriffe Die Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre ist niedrigste Temperatur, bei der die am leichtesten entzündbare explosionsfähige Atmosphäre gerade noch zum Brennen mit Flammenerscheinung angeregt wird. Dämpfe Gefäß mit brennbarer Flüssigkeit Temperaturen im Zusammenhang mit der Verbrennung Bei brennbaren festen Stoffen Bei brennbaren Flüssigkeiten Begriffsbestimmung Siedepunkt: - Stoffe mit einem Siedepunkt über 100 C (Wasser, Benzin, Äther) entwickeln bei der Erwärmung Dämpfe - Stoffe mit einem Siedepunkt unter 100 C (Kohlenmonoxid, Propan, Stadtgas) entwickeln Gase Brandklassen Klasse A - Brennende feste Stoffe Klasse B - Brennende Flüssigkeiten Klasse C - Brennende Gase Klasse D - Brennende Metalle Klasse F Speiseöl/Fettbrand 5

6 Verordnung brennbarer Flüssigkeiten (VbF) Brennbare Flüssigkeiten im Sinne dieser Verordnung sind Stoffe mit Flammpunkt, die bei 35 C weder fest noch salbenförmig sind, bei 50 C einen Dampfdruck von 3 bar oder weniger haben und zu einer der nachstehenden Gefahrklassen gehören: Gefahrklasse A Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt nicht über 100 C haben und hinsichtlich der Wasserlöslichkeit nicht die Eigenschaften der Gefahrklasse B aufweisen. Gefahrklasse B Flüssigkeiten, mit einem Flammpunkt unter 21 C, die sich bei 15 C in Wasser lösen oder deren brennbare flüssige Bestandteile sich bei 15 C in Wasser lösen (Alkohol, Aceton). Gefahrklasse A Gefahrklasse A I Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21 C (z.b. Benzin, Benzol, Ether) Gefahrklasse A II Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 21 C bis 55 C (z.b. Terpentinöl, Testbenzin, Petroleum) Gefahrklasse A III Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt über 55 C bis 100 C (z.b. Heizöl, Dieselkraftstoff) Temperatur Schema der Selbstentzündung Selbstentzündung des Stoffes Temperaturanstieg durch Wärmestau Oxidationsgeschwindigkeit Zündpunkt Explosion Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die eine Temperatur- oder Druckerhöhung oder beides gleichzeitig bewirkt. Je nach Geschwindigkeit der Reaktion wird zwischen einer Deflagration und einer Detonation unterschieden. - Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die sich durch freiwerdende Reaktionswärme fortpflanzt und im Unterschied zur Detonation unterhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft. - Druck bis 10 bar - Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die mit einer Stoßwelle gekoppelt ist und im Unter-schied zur Deflagration oberhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft. - die Reaktion wird schlagartig ausgelöst. 6

7 Verpuffung Von einer Verpuffung wird gesprochen, wenn es durch die Verbrennungsreaktion zwar zu einer Volumenerweiterung, nicht aber zu einem relevanten Druckaufbau kommt. Eine frühere Definition (Druck unter 1 bar bzw. unter 100 kpa) ist nicht mehr gebräuchlich. Mengenverhältniss - Oberfläche Das Verhältnis Oberfläche zu Masse Staubexplosionen - Stäube - Granulate - Silos, Vorratsbunker - Mühlen Versuch Mehlpulver Grundlagen der Brandbekämpfung Grundlagen der Brandbekämpfung Löschverfahren Grundlagen und Wirkungsweise 1. Entziehen des brennbaren Stoffes Trennen 2. Unterbinden der Sauerstoffzufuhr Ersticken 3. Senken der Zündtemperatur Kühlen 4. Störung des Mengenverhältnisses Abmagern 7

8 Mit Mitteln der Feuerwehr realisierbar: - Herabsetzen der Zündtemperatur Abkühlen Grundlagen der Brandbekämpfung - Störung des Mengenverhältnisses Ersticken durch Verdünnen, Abmagern oder Trennen - Inhibition Einfluss von Katalysatoren Grundlagen der Brandbekämpfung Probleme bei Löschmethoden - Entzug des brennbaren Materials? - Unterbindung Sauerstoffzufuhr Flash Over? - Störung der chem. Reaktion durch Antikatalyse - Reduzierung Sauerstoffgehalt durch CO 2 oder Inertgase - Ersticken durch Schaum, Sand, Erde, Decken Sauerstoffgehalt von 21% auf unter 15% senken Grundlagen der Brandbekämpfung Löschmethoden - Verdünnen Verdünnen des in der Luft nur zu rund 1/5 enthaltenen Sauerstoffs führt zu einem praktisch nutzbaren Löschverfahren. Hierbei muss die Sauerstoffkonzentration in der Luft mit einem geeigneten Löschmittel von 21 Vol % auf unter 15 Vol % herabgesetzt werden. Beispiel: Sauerstoffentzug durch Abschirmung Stickstoff 78% Sauerstoff 21% Edelgase 0,96% Kohlendioxid 0,04% Grundlagen der Brandbekämpfung Löschmethoden - Abmagern wenn der Flammpunkt der brennbaren Flüssigkeit wesentlich über der normalen Umgebungstemperatur liegt Abkühlen z.b. mittels Sprühstrahl unter ihren Flammpunkt - Trennen Durch das völlige Trennen der Reaktionspartner Sauerstoff, Luft und brennbarer Stoff wird die mengenmäßige Vorbedingung der Verbrennungsreaktion praktisch auf Null reduziert. 8

9 Grundlagen der Brandbekämpfung/Löschmittel Grundlagen der Brandbekämpfung/Löschmittel Die Wahl des Löschmittels / Löschmethode richtet sich nach dem brennbaren Stoff Klasse A - Brennende feste Stoffe Klasse B - Brennende Flüssigkeiten Klasse C - Brennende Gase Klasse D - Brennende Metalle Klasse F Speiseöl/Fettbrand Wasser, Schaum, Pulver Schaum, Pulver, CO 2 Pulver, CO 2 Pulver, Steinsalz, trockener Sand Fettbrandlöscher, Sauerstoffentzug Löschmittels / Brandklasse Löschmittel Wasser Löschpulver Brandklassen Vollstrahl + - +/- - - Sprühstrahl + +/- +/- - - Schaum +/ ABC-Pulver BC-Pulver D-Pulver +/ CO 2 +/ Sonstiges (Sand/Zement/Salz) Brandbekämpfung durch Abkühlung Löschwirkung von Wasser Wärmebindungsvermögen von Wasser (spezifische Wärmebindungskapazität) 1 kg Wasser 15 C 4,187 kilo-joule 1 kg Wasser 16 C Bei der Erwärmung von 1kg Wasser wird eine Wärmemenge von 4,2 kj benötigt (spezifische Verdampfungswärme) 1 kg Wasser flüssig 100 C 2257 kilo-joule 1 kg Wasser 100 C Dampf Bei der Verdampfung wird eine Wärmemenge von 2257 kj benötigt Brandbekämpfung durch Abkühlung Bei der Verdunstung von Wasser (Löschangriff auf Brandquellen) entstehen aus 1 Liter Löschwasser 1700 Liter Wasserdampf 9

10 Brandbekämpfung durch Abkühlung Löschwirkung von Wasser Die Löscheffekte der Löschmittel unterteilt man in einen Hauptlöscheffekt und einen Nebenlöscheffekt. Wasser hat als Hauptlöscheffekt und als Nebenlöscheffekt Abkühlen Ersticken Abgabemöglichkeiten Löschwasser - Normstrahlrohr B / C / D / B-mit Stützkrümmer - Hohlstrahlrohre - Monitore/Werfer/Wenderohre - Hochdruckpistole - Lüfter - Hydroschild - Löschlanzen Vorteile - preisgünstig - Verfügbarkeit - gute Handhabung (Strahlarten) - einfache Förderung - hohes Wärmebindungsvermögen - physikalische Eigenschaften - chemisch neutral - große Wurfweite - wirksamstes Löschmittel Abgabemöglichkeiten Löschwasser Nachteile - elektrische Leitfähigkeit VDE gefährliche Reaktion mit Säuren - thermische Dissoziation (H 2 ) und Laugen - Expansion Wasserdampf - Anomalie des Wassers - Volumenvergrößerung bei - Gefahr kontaminiertes Löschw. ca. Gefrieren 10% - Gefahr bei Frost - Quellwirkung Volumenveränd. - Wasserschäden - Gefahr bei Metallbränden - Gefahr bei Klasse B und F Maßnahmen zum Umweltschutz - Löschwasserabfluss kontrollieren, ggf. Rückhaltung - Eintritt Löschwasser ins Gewässer unterbinden - Brandbekämpfung durch Abkühlung Beachte: - Einsatz direkt gegen die Flammenquelle - Einsatz als Sprühstrahl zur Kühlung der Raumumgebung bzw. des Brandrauches - Wasserschaden minimieren durch Einsatz von entsprechenden Strahlrohren mit Einstellmöglichkeiten Durchflussmenge und Austrittswinkel - Achtung bei Frost Gefrieren der Armaturen und Schläuche sowie Glätte 10

11 Geräte zum Auswerfen Beispiel: Hohlstrahlrohr mit versch. Einstellmöglichkeiten Durchflussmengen für genormte Strahlrohre - Sprüh- oder Vollstrahl hat keinen Einfluss auf die abgegebene Löschmittelmenge! mit Mundstück Strahlrohr Durchmesser Menge Druck D 4 mm 25 l/min 4 bar C 9 mm 100 l/min 4 bar B 16 mm 400 l/min 5 bar ohne Mundstück Strahlrohr Durchmesser Menge Druck D 6 mm 50 l/min 4 bar C 12 mm 200 l/min 4 bar B 22 mm 700 l/min 5 bar Elektrische Anlagen Brandbekämpfung Sicherheitsabstände zu stromführenden Kabeln und Anlagen Beispiel: Brandbekämpfung durch Abkühlung Löschmittel Wasser Gebäudevollbrand 11

12 Löschmittel Schaum Löschmittel Schaum Beispiel: Löschprinzip Sauerstoffausschluss sowie Kühlung Funktionsprinzip Ersticken (Sauerstoffausschluss) Schaum hat als Hauptlöscheffekt: Ersticken und als Nebenlöscheffekt: Abkühlen Grundlagen Herstellung Löschmittel Schaum Grundlagen Herstellung Löschmittel Schaum Verschäumung Schwerschaum 4 bis 20-fach Mittelschaum 20 bis 200fach Leichtschaum 200 bis 1000fach 1 l Wasser-/Schaummittelgemisch Bei 3 % Zumischung benötigt man 30 ml Schaummittel und 970 ml Wasser für 1 Liter Wasser-/Schaummittelgemisch. Schwerschaum 9 l Luft = 10 l Schaum (VZ = 10) Mittelschaum 199 l Luft = 200 l Schaum (VZ = 200) Leichtschaum 999 l Luft = l Schaum (VZ = 1.000) - Einbaurichtung Zumischer (Durchflussrichtung) - Einstellung Zumischer (3%) - Auswahl Schaumrohrtyp - ausreichend Schaummittelreserve - Eingangsdruck Zumischer (8 bar) und Schaumrohr (5 bar) - Sicherheitsmaßnahmen beachten (z.b. Feuerwehrschutzhelm mit Visier oder Schutzbrille, Schutzanzug, Feuerwehrhandschuh, Feuerwehrschutzstiefel) 12

13 Grundlagen Herstellung Löschmittel Schaum Einsatz Schaummittel Aufbau Zumischer / Schaumrohr Funktionsprinzip Wasser hoher Druck, kleine Geschwindigkeit Unterdruck Schaummittel Ansaugraum große Geschwindigkeit Herkömmliche Luftschaumerzeugung Einsatz Schaummittel Einsatz Schaummittel Herkömmliche Luftschaumerzeugung Herkömmliche Luftschaumerzeugung 13

14 Einsatz Schaummittel Druckzumischanlage Einsatz Schaummittel Leichtschaumgenerator 14 Einsatz Schaummittel Druckluftschaumerzeugung Einsatz Schaummittel

15 Einsatz Schaummittel Einsatz Schaummittel Einteilung Schaummittel AFFF-Schaummittel Einsatz Schaummittel Anwendungsbereiche Abdecken von festen brennenden Stoffen Abdecken von brennenden Flüssigkeiten Einschäumen bzw. Fluten von brandgefährdeten Objekten Unterscheidung Löschwirkung Mittelschaum / Schwerschaum - MS Geringere Kühlwirkung gegenüber Schwerschaum - Hohe Löschintensität - Großes Schaumvolumen gegenüber SS - Geringe Wurfweiten u. Löschmittelschäden Grundlagen Löschschaum Einsatztaktik Schaumangriff 15

16 Löschmittel Schaum Löschmittel Pulver Vorteile - Löschwirkung Klassen A+B - leichter als Wasser Flüssigkeits- - erstickende, kühlende Wirkung Brände - Netzmittel Oberflächenspannung - verhindert Dampfbildung - geringe Menge große Oberfläche Nachteile - elektrische Leitfähigkeit VDE Erstickungsgefahr - hitzeempfindlich - Verschmutzung - Zerstörung durch Löschwasser - Störung bei geringen - Störung bei Rauchflocken Temperaturen - Vorrats an Schaumbildner - wassergefährdende Zusätze Maßnahmen zum Umweltschutz - Löschwasserabfluss kontrollieren, ggf. Rückhaltung - Eintritt Löschwasser ins Gewässer unterbinden Löschwirkung von Pulver Die Löscheffekte der Löschmittel unterteilt man in einen Hauptlöscheffekt und einen Nebenlöscheffekt - Pulver hat als Hauptlöscheffekt und als Nebenlöscheffekt Inhibitionseffekt Ersticken / mech. Wirk. Löschmittel Pulver Löschmittel Pulver Das Löschmittel Pulver ist zur Zeit das am universellsten einsetzbare Löschmittel. Momentan gibt es Pulver für die Brand-klassen A D sowie (F). Außerdem sind manche Pulversorten auch noch in elektrischen Anlagen einsetzbar. Folgende Pulversorten sind heute gebräuchlich : ABC Löschpulver ( bestehen meistens aus Ammoniumgruppen ) BC - Löschpulver ( Natriumhydrogencarbonat ) Metallbrandpulver ( Natriumchlorid, Kaliumchlorid ) Die Löschwirkung der ABC Löschpulver in den Brandklassen B und C entspricht der der BC Löschpulver. In der Brandklasse A erfolgt die Löschung der Flammen durch die gleiche Inhibierende Wirkung. In der hohen Temperatur des Brandes zersetzen sich insbesondere die in dem ABC Löschpulver enthaltenen Ammoniumverbindungen und bilden eine Glassurschicht. Diese Glassurschicht verhindert einerseits die Sauerstoffzufuhr und isoliert andererseits gegen die Strahlungswärme, sodass die weitere Aufbereitung des brennenden Stoffes unterbleibt. Nachteile u.a. Kostenaufwand, Verunreinigungen 16

17 Bekämpfung Gasbrand - Pulverlöscher Grundlagen Fettbrand - Fettexplosion - ursprünglich in Brandklasse B seit 2005 F - entstehen wenn Speisefett oder Öl über ihren Brennpunkt erhitzt werden und falsche Löschmittel eingesetzt werden - Fettbrandlöscher (Verseifung) Prinzip und Ablauf Fettexplosion Fettexplosion -beim Absinken erhitzt sich das Wasser -es entsteht Wasserdampf der nach oben aufsteigt (1l Wasser 1700l Dampf) -beim schnellen Aufstieg wird der brennbare Stoff ausgeworfen -beim Austritt wird er entzündet und in die Umgebung verspritzt Löschwasser Beispiel: Fettexplosion 17

18 Fettexplosion Grundlagen Beispiel: Fettexplosion Quellen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 18