DE102008059051B4 - Gerät zur Simulation eines realen Brandes - Google Patents

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Abstract

Gerät zur Verrauchung von Gebäuden mit mehreren Gasbrennern zum Erzeugen von einer regelbaren Wärmeleistung, in deren Abgasstrom Nebel eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmeerzeugung ein oder mehrere Porenbrenner verwendet werden.

Description

  • Brände, besonders in größeren Gebäuden, Tunneln und auf Flughäfen, bestätigen immer wieder, dass die Rauchentwicklung wesentlich gefährlicher für uns Menschen ist, als das Feuer selbst.
  • Schon bei der Planung und beim Bau von Sonderbauten, wie z. B. Verkaufs- und Versammlungsstätten oder Industrieanlagen, wurde in den letzten Jahren eine Tendenz hin zu großen, komplexen und dadurch auch sehr komplizierten Bauweisen deutlich. Wichtige Beurteilungskriterien sind dabei das allgemeine Rauchausbreitungsverhalten sowie die Funktionsweise von Brandschutzeinrichtungen, wie z. B. Rauch- und Wärmeabzugsanlagen und Brandmeldeanlagen.
  • Um aber effektiv Leben retten zu können bzw. es erst gar nicht so weit kommen zu lassen, muss möglichst genau prognostizierbar sein, wie sich bei Bränden eine Verrauchung entwickeln kann und wie eine effektive Entrauchung planbar ist.
  • Derzeit werden zur Beurteilung des Rauchausbreitungsverhaltens komplizierte Computersimulationen, u. a. Zonen- bzw. Feldmodelle, genutzt. Deren Berechnungen und Ergebnisse dienen aber lediglich als Entscheidungshilfe bei der Auslegung der Brandschutzeinrichtungen in baulichen Anlagen.
  • „Rauch” im Zusammenhang mit dem für Verrauchung von Gebäuden verwendeten künstlichen Rauch, ist streng genommen ein Nebel, entweder auf der Grundlage von Ölvernebelung oder der Vernebelung glyzerinhaltiger wässriger Lösungen; beide Nebelarten sind zwar in der Regel etwa so undurchsichtig wie echter Rauch, aber weiß bis hellgrau.
  • Rauchversuche werden in Gebäuden immer häufiger von den Bauordnungsämtern und Brandschutzdienststellen verlangt und durchgeführt. Diese Rauchversuche werden derzeit häufig als „Kaltrauchversuche” meist mit „Disconebelmaschinen” durchgeführt. Da dieser Nebel nur eine geringe Haltbarkeit besitzt, d. h. sich nach kurzer Zeit niederschlägt, sind diese Versuche nur bedingt aussagekräftig. Um objektive Aussagen machen zu können, muss der Nebel/Rauch möglichst nahe der Konvektion eines Realfeuers durch dessen Konvektion der Verbrennungsabgase und der umgebenden Luft verteilt werden.
  • Bei Verrauchungsversuchen sollen Normbrände zugrunde gelegt werden, die durch eine vorgegebene Wärmeleistung definiert werden. Unter Berücksichtigung der DIN 18232-2 (Rauch- und Wärmefreihaltung) verbrennt das Brandgut bei der geringsten Bemessungsgruppe 1 mit einer spezifischen Brandleistung von 300 kW/m2 und steigert sich dann auf max. 1.500 kW/m2. Je noch Bemessungsgruppe kann bei dem genannten Grundwert von 300 kW/m2 eine max. Brandleistung bei normalen Bränden von 2.000 kW/m2 bis 6.000 kW/m2 erreicht werden. Derartige Brandleistungen sollen den Verrauchungsversuchen zugrunde gelegt werden, damit die Rauchausbreitung infolge der konvektiven Strömungen der Verbrennungsgase vergleichbar mit einem natürlichen Brand ist.
  • Solche Leistungen können derzeit im Wesentlichen mit einer oder mehreren Wannen voll Ethanol erzeugt werden. Die Brandleistung ist jedoch nach dem Anzünden nicht mehr beeinflussbar. Außerdem kann die Flammhöhe nicht zuverlässig vorhergesagt werden.
  • In Patentanmeldung EP 1334749 A1 wird vorgeschlagen, regelbare Gasbrenner für die Wärmeerzeugung zu verwenden, um die natürliche Konvektion bei einem Brand nachzubilden und damit den Rauch zu verteilen. Die Verwendung derartiger Gasbrenner gehörte zum Zeitpunkt der genannten EU-Anmeldung schon zum Stand der Technik bei Verrauchungsversuchen, die Patentanmeldung zeigt aber eine Lösung eines Problems herkömmlicher Gasbrenner auf:
    Das Problem bei Gasbrennern hoher Leistung ist die sehr lange Flamme. Diese kann durchaus eine Länge von 4 bis 8 Metern haben, d. h., in sehr vielen Gebäuden, z. B. bei U-Bahnhöfen, besteht die Gefahr, durch Testfeuer Schaden anzurichten. Aus diesem Grunde ist wohl auch bei der oben beschriebenen Vorrichtung eine Prall-platte für den Plume vorgesehen. Hierdurch soll verhindert werden, dass das heiße Verbrennungsgas an der Decke des zu verrauchenden Raumes Wärmeschäden hervorruft. Außerdem soll Platz geschaffen werden für die Raucheinbringung, die nur in einer Zone mit geringer Temperatur möglich ist, damit sich der künstliche Rauch nicht zersetzt und damit unsichtbar wird.
  • In 3 dieser Literaturstelle ist auch dargestellt, wie schlecht die herkömmlichen Gasbrenner regelbar sind. Es werden 3 Brenner unterschiedlicher Leistung verwendet, die nacheinander zugeschaltet werden, um den realen Brandverlauf grob nachzustellen. Eine Leistungsregelung der einzelnen Brenner ist nicht vorgesehen.
  • Die Erfindung behebt diese Probleme gemäß Anspruch 1 dadurch, dass die Wärme überwiegend mit einem oder mehreren Porenbrennern erzeugt wird, in deren Abgasstrom ein künstlich erzeugter Nebel eingeführt wird. Diese Porenbrenner haben keine freie Flamme, auch nicht bei sehr hohen Leistungen.
  • Derartige Porenbrenner sind im Prinzip bekannt und beispielsweise bei Wikipedia beschrieben. Porenbrenner, auch als „Volumenbrenner” bezeichnet, verbrennen vorgemischte Luft-/Brennstoffgemische flammenfrei innerhalb eines dreidimensionalen („volumetrischen”) Porenkörpers, dem Porenreaktor. Eine erhebliche Erhöhung der Leistungsdichte bei deutlich größerem Dynamikbereich und geringen Emissionen über den gesamten Leistungsbereich ist die Folge.
  • Mit diesen Porenbrennern können auch Gebäude mit hohen Wärmeleistungen verraucht werden, die eine relativ geringe Deckenhöhe haben, wie z. B. U-Bahnhöfe oder fertig installierte Tunnelanlagen. Bei derartigen Gebäuden sind die Installationen in Deckenhöhe in der Regel gegen offene Flammen empfindlich. Der „Rauch” besteht auch in diesem Fall aus einem für diese Zwecke bekannten Nebel, der in den Gasstrom des Wärmeerzeugers eingeblasen wird.
  • Bei Verrauchungsversuchen sollen häufig spezielle Brandverläufe untersucht werden. Der zeitliche Verlauf der Wärmeleistung und der Rauchentwicklung sollen also nachgebildet werden. Dafür ist es notwendig, die Wärmeleistung von einem sehr geringen Wert bis zum Maximum kontinuierlich und stufenlos zu regeln. Nachdem Porenbrenner nur in einem Bereich von etwa 5% bis zur Maximalleistung regelbar sind, ist es zweckmäßig, gemäß Anspruch 2 mehrere Porenbrenner vorzusehen, von denen mindestens einer einzeln oder ein Brennerarray in seiner Wärmeleistung stufenlos geregelt werden kann.
  • Bei geringen Wärmeleistungen wird nur ein Porenbrenner betrieben, bei höherem Wärmeleistungsbedarf werden weitere Porenbrenner oder Porenbrennerarrays zugeschaltet. Ein Porenbrennerarray ist die Zusammenschaltung mehrerer Einzelbrenner zu einer Einheit, die aber beispielsweise eine getrennte Brennstoffzuführung haben.
  • Gemäß Anspruch 3 werden die Porenbrennerleistungen aufeinander abgestimmt, damit die Zahl der einzelnen Porenbrenner so gering wie möglich ist, was den technischen und den Regelaufwand vermindert. Es werden beispielsweise bei einer Gesamtleistung von etwa 2 MW ein Porenbrenner oder -array mit einer Maximalleistung von 1,85 MW, ein Porenbrenner mit 100 kW und ein dritter mit 5 kW, der sich bis etwa 0,25 kW herunter regeln lässt. Damit könnte eine Wärmeleistung kontinuierlich von 0,25 bis ca. 2000 kW erzeugt werden.
  • Bei Bedarf kann gemäß Anspruch 4 ein oder mehrere herkömmlicher Gasbrenner geringer Leistung gemessen an der Gesamtleistung des Gerätes vorgesehen werden, der die Anmutung eines realen Feuers besser wiedergibt, ohne die Nachteile der langen Flamme bei hohen Brandleistungen. Diese können die Wärmeerzeugung bei kleinen Wärmeleistungen auch vollständig übernehmen; sie müssen bei kleinen Leistungen nicht zwangsläufig gemeinsam mit den Porenbrennern betrieben werden. Diese Brenner können auch stufenlos regelbar sein. Sie sind technisch für die Rauchverbreitung nicht notwendig, bieten aber ein realeres Bild von einem echten Brand.
  • Um reproduzierbare Ergebnisse bei Verrauchungsversuchen zu erreichen, ist es nach Anspruch 5 zweckmäßig, den zeitlichen Verlauf der Wärmeentwicklung mit einem Rechnerprogramm zu steuern. So können auch typische Brände, wie z. B. Möbelbrand oder Brand eines Textillagers, reproduzierbar nachgestellt werden. Die typischen Brandverläufe werden dem Rechnerprogramm vorgegeben, dieses steuert dann den Verlauf der Wärmeentwicklung nach.
  • In Anspruch 6 wird auch der zeitliche Verlauf der Rauchentwicklung bei typischen Bränden reproduzierbar nachgestellt. Dies ist wichtig, da der Nachweis nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik mit ingenieurmäßigen Methoden geführt werden muss, dass Fluchtwege für einen gewissen Zeitraum raucharm bleiben. Der zeitliche Verlauf der Rauchentwicklung verläuft nicht parallel zur Wärmeentwicklung eines Brandes. Ein Schwelbrand erzeugt beispielsweise häufig erhebliche Rauchmengen ohne nennenswerte Wärme zu entwickeln. Der zeitliche Verlauf der Rauchentwicklung wird dem Rechner ebenfalls vorgegeben, dieser steuert das Rauchvolumen abhängig von der Zeit.
  • Die zeitabhängige Regelung von Wärme und Rauch sind grundsätzlich bereits aus der US 5,374,191 A bekannt.
  • Die Raucheinleitung wird in der üblichen Weise in Bereichen vorgenommen, in denen die Temperatur niedrig genug ist, um den Rauch nicht zu zerstören.
  • Nachdem die Wärme durch die erfindungsgemäße Verwendung von Porenbrennern im boden-nahen Bereich entsteht, bildet sich die Konvektion sehr realitätsnah, verglichen mit einem natürlichen Brand, aus und bietet bessere Gelegenheit, auch den Rauch bodennäher – verglichen mit der bisher üblichen Wärmeerzeugung – bei Verrauchungsversuchen zuzuführen.

Claims (6)

  1. Gerät zur Verrauchung von Gebäuden mit mehreren Gasbrennern zum Erzeugen von einer regelbaren Wärmeleistung, in deren Abgasstrom Nebel eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmeerzeugung ein oder mehrere Porenbrenner verwendet werden.
  2. Gerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der oder mindestens ein Porenbrenner vorhanden ist, dessen Wärmeleistung kontinuierlich stufenlos regelbar ist.
  3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Porenbrenner oder -arrays in ihrer jeweiligen maximalen Leistung so auf einander abgestimmt sind, dass sie bei möglichst geringer Anzahl stufenlos von einer minimalen auf die Maximalleistung der Summe aller Brenner geregelt werden können.
  4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein herkömmlicher Gasbrenner mit offener Flamme vorhanden ist, deren Gesamtleistung verglichen mit der Gesamtleistung des Gerätes gering ist.
  5. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Wärmeleistung mit einem Rechnerprogramm nach einem zeitlichen Sollverlauf gesteuert wird.
  6. Gerät nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Rauchherstellung mit einem Rechnerprogramm nach einem zeitlichen Sollverlauf gesteuert wird.
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