AktionsgemeinschaftEntrauchung. Referent: HeinrichStadelbauer. TÜVSüddeutschlandBauundBetriebGmbH Westendstraße München.

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1 Referent: HeinrichStadelbauer TÜVSüddeutschlandBauundBetriebGmbH Westendstraße München

2 EffektiveEntrauchungskonzepte durch3d-simulationvonraumbränden Stichworte: Entrauchungskonzepte EffektiveEntrauchung SimulationvonBränden

3 1Ventilator +1Absaugleitung +1Entrauchungsklappe +1Ansteuerung = FertigeEntrauchungsanlage???

4 Entrauchungskonzepte FragenzurEntrauchung Luftleistungdes Ventilators? Ventilatorbauart? Temperaturbeanspruchung? Leitungsdimensionierung? BefestigungderLeitungen? Anordnungder Absaugestellen? BauartderAbsperrorgane? Nachströmluft? Luftführung? Auslösungder Entrauchung? Ansteuerungder Komponenten? Abschaltenanderer technischeranlagen?

5 Entrauchungskonzepte WelchesZielverfolgtdieEntrauchung? Waskannbrennen?Mitwasmußmanrechnen? WieschnellkannsichderBrandentwickeln? WiearbeitetdieEntrauchungsanlageordnungsgemäß? WelcheEinflußfaktorensindfürdieAuslegung entscheidend? WelcherzeitlicheAblaufistbeieinemBrand anzunehmen?

6 BMA Feuerwehr Feuerwehranfahrt anfahrt Lösch Löschangriff angriff Räumung Räumung Personen Personenrettung rettung Brandleistung[MW] Brandleistung[MW] Zeit Zeit Brand Brandmeldung meldung Brand Brandbeginn beginn Räumung Räumung abgeschl abgeschl. Feuerwehr Feuerwehr vorort vorort Beginnder Beginnder Löscharbeit Löscharbeit Evakuierung Evakuierung /Rettung /Rettung abgeschl abgeschl. Verlaufder Verlaufder Brandleistung Brandleistung Ablaufeines Ablaufeines Brandgeschehens Brandgeschehens Löscharbeiten Löscharbeiten Entrauchungskonzepte Entrauchungskonzepte

7 Zeit Brand- beginn Brand- meldung Räumung abgeschl. Feuerwehr vorort Brandleistung[MW] Beginnder Löscharbeit Evakuierung /Rettung abgeschl. Entrauchungskonzepte Aufgabender Entrauchung Fluchtwegerauchfrei Personenrettung Feuerwehrangriffswegsichtfrei Löschangriff Brandraumrauchfrei Räumung

8 Auslegungder Entrauchungsanlagen EntrauchungFluchtwege Zeit Brand- beginn Brand- meldung Räumung abgeschl. Feuerwehr vorort Beginnder Löscharbeit Brandleistung[MW] Evakuierung /Rettung abgeschl. Dimensionierung MRABrandraum Dimensionierung MRAFluchtwege Entrauchungskonzepte EntrauchungBrandraum

9 Einflußfaktoren Einflußfaktoren MRA MRA Anlagen Anlagenkonzept konzept Aus Auslegung legung Ansteu Ansteuerung erung Brandverlauf Brandverlauf Schutzziele Schutzziele Evakuierungszeit Evakuierungszeit Nutzer Nutzereigenschaften eigenschaften Gebäudestruktur Gebäudestruktur Baulicher Baulicher Brandschutz Brandschutz Organisatorische Organisatorische Maßnahmen Maßnahmen Brandreaktionsprogramm Brandreaktionsprogramm (TechnischeAbläufe) (TechnischeAbläufe) Brandmelde Brandmeldeeinrichtungen einrichtungen automatische automatische Löschanlagen Löschanlagen Feuerwehr Feuerwehreinsatz einsatzbedingungen bedingungen Entrauchungskonzepte Entrauchungskonzepte

10 Effektive Entrauchungskonzepte EffizienteEntrauchung bedeutet: Wirksameund wirtschaftliche Entrauchungsanlagen Entrauchungeingebunden inbrandschutzkonzept SystematischerarbeitetePlanungsgrundlagen AufSchutzzieleabgestimmtesEntrauchungskonzept optimierteundabgesicherteplanungdurchsimulation vonevakuierungsvorgängenundbrandabläufen

11 Effektive Entrauchungskonzepte Elementeeinesumfassenden Brandschutzkonzeptes BeschreibungdesGebäudekomplexes AnforderungenandasGrundstückundseineBebauung BaulicherBrandschutz AnlagentechnischerBrandschutz OrganisatorischerBrandschutz AbwehrenderBrandschutz

12 Effektive Entrauchungskonzepte Entrauchungskonzept Vorgehensweise: DefinitionderSchutzziele BeschreibungderRandbedingungen WahldesAnlagenkonzeptes DimensionierungderKomponenten Erarbeiteneines Brandreaktionsprogrammes (AnsteuerungallerbeieinemBrandrelevantenAnlagen,z.B.Umluftanlagen,Fahrstühle,Rauchschutztürenetc.)

13 SimulationvonEvakuierungsvorgängen ModellierungdesEvakuierungsprozesses zur DurchführungderSimulationuntermöglichst realistischenbedingungen,wie: BaulicheAspekte (z.b.breitevonflurenundtüren, LängevonRettungswegenetc.) Fluchtleit- undinformationssysteme (Durchsagen, Beschilderung) IndividuelleEigenschaften undtypische Verhaltensmuster einzelnerpersonengruppen(kranke, Behinderte,Kinder,Soldatenetc.) Wechselwirkungen mitumgebungseinflüssenimgefahrenfall(sichtverhältnisse,reizenderrauch, Temperaturen)

14 SimulationvonEvakuierungsvorgängen ASERI Advanced Simulationof Evacuation ofreal Individuals RechnergestütztesModellzurBeschreibung von Personenbewegungen,beruhendauffundamentalen Prinzipiendesindividuellen,menschlichenVerhaltens

15 SimulationvonEvakuierungsvorgängen BeispielfürstatistischeVerteilung vonpersonen in einempotentiellenbrandraum Fluchttüre

16 SimulationvonEvakuierungsvorgängen BeschreibenderindividuellenBewegung BewegunginRichtungFluchtmöglichkeit BeachtungvonHindernissen BerücksichtigungvonKörpermaßen,angestrebter GeschwindigkeitundelementarerVerhaltensweisen EinflußvonUmgebungsbedingungenaufRichtungswahl undbewegungsfähigkeit ModellierenvonStaubildungundGedrängedurchTüren

17 SimulationvonEvakuierungsvorgängen BeispielfürBewegungsablauf SichereBereiche 2 Fluchttüre Fluchttüre 15 Zwischenbereich 15 Fluchttüre Brandraum

18 SimulationvonEvakuierungsvorgängen 12 Personenverteilung Personenzahl Anzahl Zwischen -bereich Brandraum Sichere Bereiche Sicherer Bereich2 Sicherer Bereich t[s] Evakuierungszeiten(sec)

19 SimulationvonEvakuierungsvorgängen StatistischePersoneneigenschaftenund zufälligeverteilungenergebenunterschiedliche RäumungszeitenauchbeigleichenStartbedingungen MehrereSimulationsläufe nötig(2bis5),um statistischaussagekräftigeergebnissezubekommen Monte-Carlo-Simulationen

20 SimulationvonEvakuierungsvorgängen ErgebnisderSimulationen: Evakuierungszeiten für die einzelnen Räume, Etagen oder das ganze Gebäude DieEvakuierungszeitensindwichtigeDimensionierungsgrundlage fürdieentrauchungsanlagender verschiedenengebäudebereiche

21 SimulationvonEvakuierungsvorgängen ProblemebeiderAuslegungvonEntrauchungen beiderauslegungvonentrauchungen LiteraturzurEntrauchungsehrwenigverfügbar DIN18232T5undT6inFachweltteilweiseumstritten VieleEinflußfaktorennurpauschalberücksichtigt RealitätweichtoftvomgenormtemBrandverlaufab KomplexeZusammenhängeundEinflußfaktoren Ergebnis: Häufigunwirksameoderauch überdimensionierteanlagen

22 SimulationvonEvakuierungsvorgängen MaßgeblichesBeurteilungskriteriumbeieinemBrand istdierauchentwicklung und -ausbreitung! Diesesindabhängigvon: ZeitlichemAnstiegderBrandleistung ArtundAnordnungderBrandstoffe StrömungstechnischenRandbedingungen (Nachströmluft,Geschwindigkeiten, Richtungen,Querschnitte...)

23 SimulationvonEvakuierungsvorgängen EingangskriterienfürEntrauchungssimulationen: Chemie: Verbrennungsreaktionen Thermodynamik: Wärmefreisetzung Wärmeaustausch Strömungsmechanik: Luftbewegung Physik: AusbreitungvonGasen Optik: AbsorptionvonLicht Physiologie: WirkungenvonRauchund HitzeaufdenMenschen

24 3D-SimulationvonRaumbränden BeispielfürEntrauchungsszenarium Brandraum Entrauchungs- öffnungen Flur X=16m Nachströmung X=

25 3D-SimulationvonRaumbränden BeispielfürEntrauchungsszenarium KonferenzraummitFlur Rauchaustritt z[m ] Flur Brandraum offenetür y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=5,25mt=12,s nach1min nach2min D[1/m] 1,,81,6,4,2, OptischeDichtedesRauchesD[1/m]

26 3D-SimulationvonRaumbränden z[m ] z[m ] HochfahrenderEntrauchunginder2.bis 3.min KonferenzraummitFlur y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=5,25mt=18,s KonferenzraummitFlur y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=5,25mt=42,s nach3min nach7min D[1/m] 1,,81,6,4,2, D[1/m] 1,,81,6,4,2, Entrauchung desbrandraumes mit 15.m³/h und Spülungdes Fluresmit 25.m³/h, wirksamab der3.minute

27 3D-SimulationvonRaumbränden 4 A KonferenzraummitFlur D[1/m] nach8min z[m ] Y-Achse[m] nach8min z[m ] A y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=5,25mt=48,s KonferenzraummitFlur 4 SchnittA- A 1,,81,6,4,2, D[1/m] 1,,8,6,4,21 OptischeDichtedesRauchesD[1/m] X-Achse[m] x[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:y=4,65mt=48,s,

28 3D-SimulationvonRaumbränden Strömungsverhältnisse 4 z Flur Brandraum y Strömungsgeschwindigkeitv:x=5,25mt=9,s 4 SchnittA- A =2,m/s 3 z x =2,m/s Strömungsgeschwindigkeitv:y=4,65mt=48,s

29 3D-SimulationvonRaumbränden KOBRA-3D 3-dimensionale Feldmodell-Simulation vonraumbränden

30 3D-SimulationvonRaumbränden Aufgabe dessimulationsprogrammes: Berechnungvon: RaumströmungenundDruckverhältnissen TemperaturenundWärmeströmen Gaskonzentrationen bei: definierterraumgeometrie festgelegtembrandverlauf definiertenventilationsbedingungen

31 3D-SimulationvonRaumbränden Eingabemaske

32 3D-SimulationvonRaumbränden Eingabemaske Brandquelle

33 3D-SimulationvonRaumbränden WasmachtdasSimulationsprogramm? Lösungderhydrodynamischen Erhaltungsgleichungennachder MethodederfinitenDifferenzen Kontinuitätsgleichung(Massenerhaltung) Energiegleichung(KonvektionundStrahlung) Impulsgleichung(Impulserhaltung)

34 3D-SimulationvonRaumbränden BeispielSchnittdurchFlur(vgl.3-DDarstellung) KonferenzraummitFlur KonferenzraummitFlur 4 D[1/m] 4 D[1/m] 3 1,,81 3 1,,81 z[m ] 2,6,4 z[m ] 2,6,4 1 X=15, ,2, y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=15,75 1 X=14, ,2, y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=14,25 4 KonferenzraummitFlur D[1/m] 4 KonferenzraummitFlur D[1/m] 3 1,,81 3 1,,81 z[m ] 2,6,4 z[m ] 2,6,4 1 X=12, ,2, y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=12,75 1 X=, ,2, y[m] KonferenzraummitFluroptischeDichteD:x=,25m

35 3D-SimulationvonRaumbränden Ausgabemöglichkeitender Simulationsergebnisse Farbdarstellungen Höhenlinienkarten Vektordiagramme Tabellen Temperaturen Geschwindigkeiten Sichtweiten/optischeDichten Drücke/Dichten KonzentrationenfürRauch, Gas,CO,CO2,O2

36 3D-SimulationvonRaumbränden 4 BeispielefürGraphikausgaben KonferenzraummitFlur T[ C] z[m ] 2 1 >5 C Temperatur nach 15min y[m] GastemperaturT:x=5,25mt=9,s KonferenzraummitFlur 4 c_co2[vol.%] z[m ] >6% y[m] >8% KonferenzraummitFlurKohlendioxid-Konzentrationc_CO2:x=5,25mt=9,s 8, 4,, CO 2 Konzentration nach15min

37 3D-SimulationvonRaumbränden BeispielSaal(6m²) Nachströmöffnungen Entrauchungs -öffnungen Tischreihe Brandherd Unterzüge Bühne

38 3D-SimulationvonRaumbränden 4 EntrauchungüberKlimaanlage- Zuluft undentrauchungoben (Saalmitte,jeweilsnach5min) SaalmitLW 25 D[1/m] z[m ] x[m] SaalmitLW 25optischeDichteD:y=9,75mt=3,s LW25-fach(55.m³/h),9,61,31, 4 SaalmitLW5 D[1/m] z[m ] x[m] SaalmitLW 5optischeDichteD:y=9,75mt=3,s LW5-fach(11.m³/h) RauchverschleppungbiszumBodendurchVerwirbelungen,9,61,31,

39 3D-SimulationvonRaumbränden Einfluß vonnachströmgeschwindigkeit und Strömungshindernissen 4 Saalmit8.m³/h)(3m/s) D[1/m] z[m ] Türe Einmischungsvorgänge Rezirkulation y[m] Saalmit8.m³/h)(3m/s)optischeDichteD:x=16,25mt=3,s 1,,8,6,41,21 Türe, Nachströmgeschw.3m/s 4 Saalmit8.m³/h)(1,2m/s) D[1/m] z[m ] y[m] Saalmit8.m³/h)(1,2m/s)optischeDichteD:x=16,25mt=3,s 1,,8,6,41,21, Nachströmgeschw.1,2m/s

40 3D-SimulationvonRaumbränden z[m ] Einfluß vonströmungshindernissen(rauchschürzen) auf dietemperatur inderrauchschicht Entrauchungmit8.m³/h,(1minBrandentwicklung) mitunterzügen Saalmit8.m³/h)(3m/s) x[m] GastemperaturT:y=14,75mt=6,s Saalmit8.m³/h)(1,2m/s)oh.Unterzüge ohneunterzüge z[m ] GastemperaturT:y=14,75mt=6,s Nachströmgeschw.3m/s Nachströmgeschw.1,2m/s x[m] T[ C] T[ C] 3 15

41 3D-SimulationvonRaumbränden Einfluß vonströmungshindernissen(rauchschürzen) auf dieströmunginderrauchschicht Entrauchungmit8.m³/h,(1minBrandentwicklung) z x =2,m/s Strömungsgeschwindigkeitv:y=13,75mt=6,s z x =2,m/s Strömungsgeschwindigkeitv:y=14,75mt=6,s

42 3D-SimulationvonRaumbränden Wichtig: KritischeBeurteilungder Simulationsergebnisse Plausibilitätskontrolle derwichtigsten Ergebnisse ÜberprüfungobgetroffeneAnnahmen und Vereinfachungen zulässigwaren VergleichderErgebnissemitpraktischer ErfahrungausBränden

43 3D-SimulationvonRaumbränden VorteiledurchEvakuierungs- und Brandsimulationen Planungssicherheitwirddeutlicherhöht Anlagenkönnenoptimiertwerden KostenfürEntrauchungkönnen minimiertwerden FunktionsfähigeundwirksameAnlagen

44 3D-SimulationvonRaumbränden VerifizierungderEntrauchungskonzepte KritischesHinterfragenundAnpassen derbrandszenarienundderparameter ÜberprüfungderEvakuierungs- und Entrauchungssimulationen RechnerischeNachprüfung Rauchproben(mitkaltemRauch)

45 3D-SimulationvonRaumbränden AnsprechpartnerfürRechnersimulation und ÜberprüfungvonEntrauchungskonzepten: Dipl.-Ing.HeinrichStadlbauer TÜVSüddeutschlandBauundBetrieb NiederlassungMünchen Ridlerstr.65,8339München Tel