EP2857791A1 - Real fire simulation device and method for simulating a real fire - Google Patents
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Definitions
- the device for the active supply of combustion air resp. the combustion air blower can be controlled via a frequency converter. This allows accurate adjustment and control of the speed of the device resp. of the blower.
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Realbrandsimulationseinrichtung, umfassend eine Gasbrennereinheit (1) mit einem Gasbrenner (2) zur direkten Prozessluftaufheizung für die Erzeugung eines Heissgasstroms; einen Nebelerzeuger (4) zur Einleitung eines Markernebels in den Heissgasstrom; und eine Brennstoffversorgung (10, 16) zur Zuführung eines Brennstoffs für den Gasbrenner (2); wobei der Gasbrenner mit einer Vorrichtung (9) zur aktiven Zuführung von mindestens einer für eine vollständige Verbrennung notwendigen Menge an Verbrennungsluft versehen ist. Weiter betrifft sie ein Verfahren zur Simulation eines Realbrands.The invention relates to a real fire simulation device, comprising a gas burner unit (1) with a gas burner (2) for direct process air heating for the generation of a hot gas stream; a mist generator (4) for introducing a marker mist into the hot gas stream; and a fuel supply (10, 16) for supplying a fuel to the gas burner (2); wherein the gas burner is provided with a device (9) for the active supply of at least one necessary for a complete combustion amount of combustion air. Furthermore, it relates to a method for simulating a real fire.
Description
Die Erfindung betrifft eine Realbrandsimulationseinrichtung und ein Verfahren zur Simulation eines Realbrands.The invention relates to a real fire simulation device and a method for simulating a real fire.
Realbrandsimulationseinrichtungen- und verfahren werden verwendet, um reale Brände experimentell nachzubilden und zur Funktionsprüfung von Rauch- und Wärmeabzugsanlagen von Gebäuden aber auch von Tunnels.Real fire simulation equipment and procedures are used to experimentally simulate real fires and for functional testing of smoke and heat exhaust systems of buildings as well as tunnels.
In den letzten Jahren wurden in vielen Ländern die Brandschutzvorschriften und auch die Umweltschutzvorschriften verschärft. Es besteht daher eine erhöhte Nachfrage nach sauberen Verfahren und Einrichtungen zur experimentelle Nachbildung von realen Bränden in Tunnels und Gebäuden, insbesondere kommerzielle und öffentliche Gebäude wie beispielsweise Bürogebäude, Industrie-, Lager-, Fabrikations-, Konzert- oder Theaterhallen, Verkaufsgeschäften oder Einkaufszentren, etc. aber auch in Tunnels oder Tiefgaragen.In recent years, fire safety regulations and environmental regulations have been tightened in many countries. There is therefore an increased demand for clean methods and equipment for experimental replication of real fires in tunnels and buildings, in particular commercial and public buildings such as office buildings, industrial, warehouse, manufacturing, concert or theater halls, retail outlets or shopping centers, etc but also in tunnels or underground garages.
Tunnel: Die Europäischen Richtlinien 2004/54/EC verlangen, dass zur Gewährleistung der Sicherheit bei Bränden in Strassentunnels regelmässig Rauchversuche durchgeführt werden, welche so realistisch wie möglich sein sollen und klare Resultate liefern sollen. Zudem dürfen die Versuche die Tunnelbauten nicht beschädigen.Tunnels: The European Directives 2004/54 / EC require that, in order to ensure the safety of fires in road tunnels, smoke tests are carried out regularly, which should be as realistic as possible and give clear results should deliver. In addition, the tests must not damage the tunnels.
Tunnel und Gebäude: Bei Bränden in Tunnels aber auch in Gebäude bilden die Rauchgase das Hauptproblem für die Überlebenschancen der Menschen. Aus feuerpolizeilichen Gründen müssen die Bauten derart konzipiert sein, dass Rauchgas sicher abgeleitet werden kann oder der betroffene Raum zumindest für eine bestimmte Zeit unterhalb 2 Metern rauchfrei gehalten werden kann, um eine sichere Flucht zu gewährleisten.Tunnels and buildings: In fires in tunnels and in buildings, flue gases are the main problem for people's chances of survival. For fire police reasons, the buildings must be designed so that flue gas can be safely diverted or the affected space can be kept smoke-free at least for a certain time below 2 meters to ensure a safe escape.
Zur Konzipierung der Schutzmassnahmen werden physikalische und mathematische Modelle zur Berechnung der Rauchgasentwicklung und -verteilung angewendet. Diese werden vermehrt durch Rauchversuche resp. Realbrandsimulationen ergänzt, welche auch in zunehmendem Masse von den Behörden gefordert werden.For the design of the protective measures, physical and mathematical models are used to calculate the flue gas development and distribution. These are increased by smoke tests respectively. Realbrandsimulationen supplemented, which are also increasingly required by the authorities.
Rauchversuche können in drei Gruppen eingeteilt werden: Kaltrauchversuche, Warmrauchversuche und massstabsgetreue Feuerversuche. Massstabsgetreue Feuerversuche werden in Bauwerken kaum angewendet, da sie fast immer grosse Schäden und Verschmutzungen verursachen. Kaltrauchversuchen haben den Nachteil, dass sie aufgrund des fehlenden Auftriebs keine geeignete Schichtung des Rauchs erzeugen, weshalb diese Versuche reale Brände nicht genügend realistisch nachstellen können. Daher werden zur experimentellen Nachbildung von realen Bränden in Gebäuden oder Bauwerken meist Warmrauchversuche durchgeführt.Smoke tests can be divided into three groups: cold smoke tests, hot smoke tests and true-to-scale fire tests. True-to-scale fire tests are rarely used in buildings, as they almost always cause great damage and pollution. Cold smoke tests have the disadvantage that they do not produce suitable stratification of the smoke due to the lack of buoyancy, which is why these tests can not realistically realign real fires. Therefore, hot smoke tests are usually carried out for the experimental simulation of real fires in buildings or buildings.
Aber auch die bekannten Warmrauchverfahren weisen Nachteile auf, indem sie zu erheblichen Verschmutzungen führen, welche nach dem Test aufwendig entfernt werden müssen. Zudem können die bekannten Verfahren lediglich konstante Wärmeabgaberaten erzeugen und können daher reale Brandverläufe kaum realistisch nachstellen.But the known hot smoke method have disadvantages in that they lead to significant contamination, which must be removed after the test consuming. In addition, the known methods can only produce constant heat release rates and therefore can hardly realistically adjust real fire progressions.
Ein Standardverfahren sind Realbrandversuche mit sogenannten Poolfires, d.h. Wannen in denen flüssiges Heptan verbrannt wird. Diese Verfahren sind allerdings aufgrund der unvollständigen Verbrennung gemäss den verschärften Umweltschutzgesetzgebungen nicht mehr zulässig.A standard procedure is real firing with so-called Poolfires, i. Tubs in which liquid heptane is burned. However, due to incomplete combustion, these procedures are no longer permitted under the more stringent environmental legislation.
Für Realbrandversuche in Tunnels werden leistungsstarke, mobile Ölbrenner eingesetzt, welche aber in vielen Ländern aufgrund der Umweltschutzgesetzgebung nicht mehr zulässig sind. Problematisch ist auch, dass zwar die Wärmefreisetzungsrate stimmt, aber die Temperatur und Geschwindigkeit des Volumenstroms nicht genügend ist.High-performance, mobile oil burners are used for real-fire tests in tunnels, which are no longer permitted in many countries due to environmental protection legislation. It is also problematic that, although the heat release rate is correct, but the temperature and velocity of the volume flow is not sufficient.
Auf dem Markt bekannte Realbrandsimulationsvorrichtungen weisen häufig eine für die Nachbildung von Bränden zu geringe Leistung auf und/oder deren Russ- und Schadstoffabgabe erfüllt nicht die verschärfte Umweltschutzgesetzgebung. Auch können sie komplexere Brände mit beispielsweise mehreren grösseren oder kleineren Brandherden nicht nachbilden.On the market known real-fire simulation devices often have a too low performance for the replication of fires and / or their soot and pollutant discharge does not meet the more stringent environmental legislation. Also, they can not replicate more complex fires with, for example, several larger or smaller sources of fire.
Aus
Aus
Ein Problem bei Gasbrennern mit sehr hoher Leistung im Megawattbereich ist die sehr lange Flamme, welche mehrere Meter betragen kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine Realbrandsimulationseinrichtung und ein Verfahren zur Realbrandsimulation anzugeben, welche die voran genannten Nachteile nicht aufweisen.An object of the invention is to provide a real-fire simulation device and a method for real-fire simulation, which do not have the aforementioned disadvantages.
Eine Ausführungsform der Realbrandsimulationseinrichtung umfasst eine Gasbrennereinheit mit einem Gasbrenner zur direkten Prozessluftaufheizung für die Erzeugung eines Heissgasstroms zur Ausbreitung eines von einem Nebelerzeuger erzeugten Markernebels und eine Brennstoffversorgung zur Zuführung eines Brennstoffs für den Gasbrenner. Der erzeugte Heissgasstrom ist vorzugsweise im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtet. Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist der Gasbrenner mit einer Vorrichtung zur aktiven Zuführung von mindestens einer für eine vollständige Verbrennung notwendigen Menge an Verbrennungsluft versehen. Die Realbrandsimulationseinrichtung kann je nach Bedarf einen Nebelerzeuger zur Einleitung eines Markernebels in den vertikalen Heissgasstrom umfassen.One embodiment of the real fire simulation device includes a gas burner unit having a gas burner for direct process air heating for generating a hot gas stream for propagating a fog generated by a mist generator and a fuel supply for supplying a fuel for the gas burner. The generated hot gas stream is preferably directed substantially vertically upward. According to one aspect of the invention, the gas burner is provided with a device for the active supply of at least one amount of combustion air necessary for complete combustion. The real-fire simulation device may include, as needed, a mist generator for introducing a marker nebula into the vertical flow of hot gas.
Die Gasbrennereinheit kann mit einer Regelungseinheit zur Steuerung der zugeführten Menge an Brennstoff versehen sein. Der Gasbrennereinheit kann mit einem Brennstoffregelventil zur Regelung der Menge an Brennstoff versehen sein, wobei das Brennstoffregelventil von der Regelungseinheit angesteuert ist. Anhand der Brennstoffdurchflussmenge wird die Brennerleistung geregelt.The gas burner unit may be provided with a control unit for controlling the amount of fuel supplied. The gas burner unit may be provided with a fuel control valve for controlling the amount of fuel, wherein the fuel control valve is controlled by the control unit. Based on the fuel flow rate, the burner output is controlled.
Die Gasbrennereinheit kann weiter einen Brennstoffmengenzähler zur Messung einer zugeführten Menge an Brennstoff umfassen, und die Regelungseinheit kann zur Steuerung der Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft eingerichtet sein, wobei sie derart konfiguriert werden kann, dass sie in Abhängigkeit von der gemessenen, zugeführten Brennstoffmenge die für eine vollständige Verbrennung notwendige Menge an Verbrennungsluft bestimmt, welche dann dem Gasbrenner zugeführt werden kann.The gas burner unit may further comprise a fuel quantity meter for measuring an amount of fuel supplied, and the control unit may be configured to control the apparatus for actively supplying combustion air, which may be configured so as to be responsive to the measured amount of fuel supplied determines a complete combustion necessary amount of combustion air, which can then be supplied to the gas burner.
Die von der Regelungseinheit angesteuerte Vorrichtung, vorzugsweise ein Verbrennungsluftgebläse, führt dem Gasbrenner aktiv mindestens die von der Regelungseinheit bestimmte Menge an Verbrennungsluft zu.The device controlled by the control unit, preferably a combustion air blower, actively supplies at least the amount of combustion air determined by the control unit to the gas burner.
Eine solche Realbrandsimulationseinrichtung gewährleistet in Abhängigkeit von der zugeführten Brennstoffmenge eine optimale, vollständige und russ- und schadstoffarme Verbrennung des Brennstoffs, um die gesetzlich vorgegebenen Emissionsgrenzwerte einzuhalten bzw. zu unterschreiten, und zwar auch bei hohen Wärmeleistungen von mehreren Megawatt. Die optimierte Verbrennung verhindert hohe Flammen, welche sonst zu Schäden an den Decken der zu prüfenden Bauten führen könnten. Mit der Realbrandsimulationseinrichtung können zudem über die Regelbarkeit der zugeführten Brennstoffmenge beliebige Brandverläufe d.h. beliebige Wärmefreisetzungsraten nachgestellt werden. Ein weiterer Vorteil der Realbrandsimulationseinrichtung liegt darin, dass der Anteil an konvektiver Wärme bei etwa 95% liegt und der Anteil an unerwünschter Strahlungswärme bei lediglich etwa 5%.Such a Realbrandsimulationseinrichtung ensures depending on the amount of fuel supplied optimal, complete and russ- and low-emission combustion of the fuel to meet or undercut the statutory emission limits, even at high heat outputs of several megawatts. The optimized combustion prevents high flames, which could otherwise lead to damage to the ceilings of the buildings to be tested. With the real fire simulation device can also on the controllability of the amount of fuel supplied any fire patterns i. Any heat release rates are adjusted. Another advantage of the Realbrandsimulationseinrichtung is that the proportion of convective heat is about 95% and the proportion of unwanted radiant heat at only about 5%.
Die notwendig Menge an Verbrennungsluft entspricht in der Regel der mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse, die für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs notwendig ist (sog. stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis). Sie kann allerdings auch leicht darüber liegen, d.h. es kann ein leichter Luftüberschuss vorliegen.The necessary amount of combustion air usually corresponds to the minimum necessary stoichiometric air mass, which is necessary for complete combustion of the fuel (so-called stoichiometric combustion air ratio). However, it may also be slightly higher, i. there may be a slight excess of air.
Die Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft resp. das Verbrennungsluftgebläse kann über einen Frequenzumformer angesteuert sein. Dieser erlaubt eine genaue Einstellung und Regelung der Drehzahl der Vorrichtung resp. des Gebläses.The device for the active supply of combustion air resp. the combustion air blower can be controlled via a frequency converter. This allows accurate adjustment and control of the speed of the device resp. of the blower.
Zur Überprüfung der zugeführten Menge an Verbrennungsluft kann ein Druck- und/oder Volumen-Messfühler im Auslass der Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft resp. des Verbrennungsluftgebläses vorgesehen sein, welcher die gemessenen Werte in die Regelungseinheit einspeist, um die optimale Zuführung von Verbrennungsluft zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.To check the amount of combustion air supplied, a pressure and / or volume sensor in the outlet of the device for the active supply of combustion air resp. be provided of the combustion air blower, which feeds the measured values in the control unit to check the optimal supply of combustion air and correct if necessary.
Die Regelungseinheit kann derart konfiguriert oder angesteuert sein, dass sie anhand einer vorbestimmten Verlaufskurve für die Wärmefreisetzung, eine sogenannte Brandverlaufskurve, die zugeführte Brennstoffmenge und die zugeführte Menge an Verbrennungsluft stufenlos regelt. Die Wärmefreisetzung kann abhängig von der maximalen Leistung des Gasbrenners z.B. in einem Bereich zwischen 2.4 % und 100 % stufenlos regelbar sein. Mit der Realbrandsimulationseinrichtung können unterschiedliche, reale Brände auf einfache Weise nachgebildet werden. Die Regelungseinheit erlaubt eine dynamische Steuerung der aktiv resp. mechanisch eingebrachten Luft und des Brennstoffs, um auf allen Leistungsstufen immer eine optimale, russ- und schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten. Zudem kann die Temperatur und die Geschwindigkeit des Heissgasstroms beeinflusst werden. Eine Ansteuerung der Regelungseinheit kann über ein Handpanel oder über eine zentrale, programmierbare Steuereinheit via einer Computerschnittstelle erfolgen (über Kabel oder kabellos). Mit einer solchen digitalen Steuerung der Regelungseinheit können auch die Parameter (Brennstoffmenge, Verbrennungsluftmenge, Wärmeleistung, etc.) geregelt und dokumentiert werden.The control unit may be configured or controlled such that it continuously regulates based on a predetermined curve for the heat release, a so-called fire curve, the amount of fuel supplied and the amount of combustion air supplied. The heat release can be infinitely variable depending on the maximum power of the gas burner, for example in a range between 2.4% and 100%. With the Realbrandsimulationseinrichtung different, real fires can be simulated in a simple manner. The control unit allows dynamic control of active resp. mechanically introduced air and the fuel to ensure at all power levels always optimal, low-emission and low-emission combustion. In addition, the temperature and the speed of the hot gas flow can be influenced. The control unit can be controlled via a hand panel or via a central, programmable control unit via a computer interface (via cable or wireless). With such a digital control of the control unit, the parameters (amount of fuel, Combustion air volume, heat output, etc.) are regulated and documented.
Der Gasbrenner kann beispielsweise eine maximale Leistung von 1250 bis 2500 Kilowatt aufweisen. Kleinere Gasbrenner sind auch denkbar. Die Leistung der gesamten Realbrandsimulationseinrichtung ist frei skalierbar, wie weiter unten noch erläutert wird.The gas burner, for example, have a maximum power of 1250 to 2500 kilowatts. Smaller gas burners are also conceivable. The performance of the entire real fire simulation device is freely scalable, as will be explained below.
Der Gasbrenner kann einen Brennraum aufweisen in welchen über separate Eingänge der Brennstoff und die notwendige Menge an Verbrennungsluft zugeführt wird. Der Brennraum kann nach unten und seitlich von der Umgebungsluft abgeschlossen sein und lediglich über eine nach oben gerichtete Öffnung verfügen. Dabei wird ein optimaler, einfach regelbarer und nach oben gerichteter Heissgasstrom erzeugt.The gas burner may have a combustion chamber in which the fuel and the necessary amount of combustion air is supplied via separate inputs. The combustion chamber can be closed down and laterally from the ambient air and have only an upward opening. An optimal, easily controllable and upwardly directed hot gas flow is generated.
Als Gasbrenner ist ein Gasflächenbrenner (auch Kanalbrenner genannt) für die direkte Frischluftaufheizung geeignet (e.g. MAXON APX® Gasbrenner, die nach dem Düsenmischprinzip arbeiten). Der Brennraum wird dabei durch eine kanalförmige Wanne gebildet, in welche gasförmiger Brennstoff und die Verbrennungsluft einströmen, gemischt und verbrannt werden. Bei optimaler Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft erzeugt der Gasflächenbrenner fast ausschliesslich konvektive Wärme (ca. 95%) und somit einen optimalen vertikalen Heissgasstrom zur Durchführung von Realbrandsimulationen. Die kanalförmige Wanne kann aus Modulen von ca. 30 cm bestehen und eine totale Länge von bis zu 300 cm aufweisen.As a gas burner, a gas surface burner (also called channel burner) is suitable for direct fresh air heating (eg MAXON APX® gas burners, which work according to the nozzle mixing principle). The combustion chamber is formed by a channel-shaped trough, in which gaseous fuel and the combustion air flow, mixed and burned. With optimum mixing of fuel and combustion air, the gas surface burner generates almost exclusively convective heat (about 95%) and thus an optimal vertical flow of hot gas for performing real fire simulations. The channel-shaped tub can consist of modules of about 30 cm and have a total length of up to 300 cm.
Die Brennstoffversorgung kann eine stationär installierte Brennstoffversorgung resp. Versorgungsleitung umfassen, welche über eine Brennstoffzuleitung mit dem Gasbrenner verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Brennstoffversorgung als mobile Brennstoffversorgungseinheit ausgebildet sein, welche vorzugsweise in einem mobilen Rahmengestell angeordnet ist. Die Brennstoffversorgung resp. die Brennstoffversorgungseinheit kann über eine lösbare Brennstoffzuleitung lösbar mit dem Gasbrenner resp. mit einer mobilen Gasbrennereinheit verbunden sein, wobei die Versorgungsleitung in der Regel mit einfachen Werkzeugen von Hand lösbar ist.The fuel supply can be a stationary installed fuel supply resp. Include supply line, which is connected via a fuel supply line to the gas burner. Alternatively or additionally, the fuel supply may be formed as a mobile fuel supply unit, which is preferably arranged in a mobile frame. The fuel supply resp. the fuel supply unit can be releasably connected to the gas burner via a detachable fuel supply line. be connected to a mobile gas burner unit, the supply line is usually solvable with simple tools by hand.
Zwischen Brennstoffversorgung und Gasbrenner kann ein Druckregler vorgesehen sein, um den für die Gasbrenner vorgesehenen Druck einzustellen.Between fuel supply and gas burner, a pressure regulator may be provided to adjust the pressure provided for the gas burners.
Als Brennstoff kann beispielsweise Flüssiggas wie Propan, Butan oder dergleichen eingesetzt werden.As fuel, for example, liquid gas such as propane, butane or the like can be used.
Idealerweise weist die Versorgungsleitung eine genügende Länge auf, so dass ein genügender Sicherheitsabstand zwischen Brennstoffversorgung und Gasbrenner gewährleistet ist. Die Brennstoffversorgung ist auch über einen stationären Erdgasanschluss möglich.Ideally, the supply line has a sufficient length, so that a sufficient safety margin between fuel supply and gas burner is ensured. The fuel supply is also possible via a stationary natural gas connection.
In einer Ausführungsform ist die Brennstoffversorgung als Brennstoffversorgungseinheit in einem mobilen Rahmengestell untergebracht und umfasst in der Regel eine oder mehrere Gasflaschen, um ein einfaches Transportieren, Auf- und Abbauen zu ermöglichen. Die Versorgungsleitung ist lösbar mit der Brennstoffversorgung und dem Gasbrenner resp. der Gasbrennereinheit verbunden. Weiter kann ein Druckregelventil in der Brennstoffzuleitung vorgesehen sein, um den für die Gasbrennereinheit vorgesehenen Druck einzustellen. Um grosse Brennstoffmassenströme in die Gasphase überzuführen, kann die Brennstoffversorgungseinheit zusätzliche einen Verdampfer aufweisen. Mit dem Verdampfer kann sichergestellt werden, dass der Druck des Gases konstant bleibt. Augrund der schnellen Verdunstung würden sonst die Gasflaschen sehr stark abkühlen und der Druck zusammenfallen (Flaschenvereisung). Ausserdem kann so eine russ- und schadstoffarme, vollständige Verbrennung in der Gasphase garantiert werde.In one embodiment, the fuel supply is housed as a fuel supply unit in a mobile rack and typically includes one or more gas cylinders to facilitate easy transportation, assembly and disassembly. The supply line is detachable with the fuel supply and the gas burner resp. connected to the gas burner unit. Further, a pressure regulating valve may be provided in the fuel supply line to adjust the pressure provided for the gas burner unit. In order to convert large fuel mass flows into the gas phase, the fuel supply unit can additionally have an evaporator. The evaporator can be used to ensure that the pressure of the gas remains constant. Due to the rapid evaporation otherwise the gas bottles would cool down very much and the pressure would collapse (bottle icing). In addition, a soot and low-emission, complete combustion in the gas phase can be guaranteed.
kein flüssiger Brennstoff (z.B. Flüssiggas) in den Brennraum gelangt, welcher dann nicht optimal mit Verbrennungsluft mischbar wäre und zu hohen Emission von Stickoxiden führen würde.no liquid fuel (e.g., LPG) enters the combustion chamber, which would then not be optimally miscible with combustion air and would result in high emissions of nitrogen oxides.
Beispielsweise kann die Brennstoffversorgungseinheit mehrere austauschbare Flüssiggasflaschen aufweisen, welche z.B. auf zwei Ebenen in einem mobilen Rahmengestell angeordnet sind. Die Gasflaschen sind über mehrere Zuleitungen mit einem ebenfalls auf dem mobilen Rahmengestell angeordneten Verdampfer verbunden. Als Gasflaschen können beispielsweise herkömmliche Gasflaschen mit einer Füllmasse von 5 kg, 11 kg oder 33 kg eingesetzt werden.For example, the fuel supply unit may comprise a plurality of replaceable LPG bottles, which may be e.g. are arranged on two levels in a mobile frame. The gas cylinders are connected via several supply lines with a likewise arranged on the mobile frame evaporator. As gas cylinders, for example, conventional gas cylinders with a filling weight of 5 kg, 11 kg or 33 kg can be used.
Vorteilhaft an den mobilen resp. portablen Gasbrennereinheit und Brennstoffversorgungseinheit ist, dass diese am Prüfstandort schnell einsetzbar sind.Advantageous to the mobile resp. portable gas burner unit and fuel supply unit is that they can be used quickly at the test site.
Mit der Versorgungsleitung wird der Brennstoff in der Regel mit einem Druck von 500 bis 3000 mbar dem Druckregler zugeführt, welcher den Druck auf ca. 200 mbar senkt.With the supply line, the fuel is usually supplied to the pressure regulator with a pressure of 500 to 3000 mbar, which reduces the pressure to about 200 mbar.
Gasbrenner, Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft und Regelungseinheit können in einer mobilen Gasbrennereinheit angeordnet sein, wobei diese vorzugsweise ein mobiles Rahmengestell umfasst.Gas burners, apparatus for actively supplying combustion air and control unit can be arranged in a mobile gas burner unit, which preferably comprises a mobile frame.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Modularität der Realbrandsimulationsvorrichtung. Dabei kann die Realbrandsimulationsvorrichtung eine zentrale programmierbare Steuereinheit umfassen die über eine Schnittstelle mit mindestens einer regel- und ansteuerbaren Gasbrennereinheit verbunden ist. Der Gasbrenner der Gasbrennereinheit muss dabei nicht zwingend eine Vorrichtung zur aktiven Zuführung von mindestens einer für eine vollständige Verbrennung notwendigen Menge an Verbrennungsluft aufweisen. Andere Gasbrenner sind auch möglich. Die Verbindung der zentralen Steuereinheit kann über ein Kabel oder kabellos erfolgen. Bei den Gasbrennereinheiten handelt es sich vorzugsweise um separate autonome, d.h. voneinander unabhängige, Gasbrennereinheiten, die in der Regel als mobile Gasbrennereinheiten ausgestaltet sind.Another aspect of the invention is the modularity of the real fire simulation device. In this case, the real fire simulation device may comprise a central programmable control unit which is connected via an interface to at least one controllable and controllable gas burner unit. The gas burner of the gas burner unit need not necessarily have a device for the active supply of at least one necessary for complete combustion amount of combustion air. Other gas burners are also possible. The connection of the central control unit can be made via a cable or wireless. The gas burner units are preferably separate autonomous, i. independent, gas burner units, which are usually designed as mobile gas burner units.
In einer Ausführungsform weist die Realbrandsimulationseinrichtung eine zentrale programmierbare Steuereinheit auf die über eine Schnittstelle jeweils mit der Regelungseinheit einer oder mehrerer Gasbrennereinheiten gekoppelt ist. Bei mehreren Gasbrennereinheiten können diese über eine gemeinsame oder über separate Brennstoffversorgungen verfügen. Weiter kann die Realbrandsimulationseinrichtung optional mindestens einen Nebelerzeuger aufweisen, der über eine Schnittstelle indirekt über die Gasbrennereinheit oder direkt mit der Steuereinheit gekoppelt ist. Die Steuereinheit kann die Gasbrennereinheiten und Nebelerzeuger individuell ansteuern. Ein weiterer Vorteil der zentralen, programmierbaren Steuereinheit ist, dass diese über ein Kabel oder kabellos von einem optimalen Überwachungsstandort aus bedient werden kann. Die Realbrandsimulationseinrichtung kann weiter eine Vielzahl von Messvorrichtungen zur Bestimmung der Wärme- und Rauchverteilung aufweisen, welche ebenfalls mit der Steuereinheit gekoppelt sind. Die zentrale Steuereinheit kann dabei die Messdaten protokollieren.In one embodiment, the real fire simulation device has a central programmable control unit which is coupled via an interface to the control unit of one or more gas burner units. For multiple gas burner units, these may have common or separate fuel supplies. Next, the Realbrandsimulationseinrichtung Optionally have at least one mist generator, which is coupled via an interface indirectly via the gas burner unit or directly to the control unit. The control unit can individually control the gas burner units and fog generators. Another advantage of the central, programmable control unit is that it can be operated via a cable or wirelessly from an optimal monitoring location. The real fire simulation device may further comprise a plurality of measuring devices for determining the heat and smoke distribution, which are also coupled to the control unit. The central control unit can log the measured data.
Die zentrale Steuereinheit und die verschiedenen Schnittstellen an den Brennereinheiten, Nebelerzeuger und Brennstoffversorgungen sind derart ausgestaltet, dass die Realbrandsimulationseinrichtung je nach Bedarf modular um weitere Brennereinheiten, Nebelerzeuger und Brennstoffversorgungen erweitert werden kann, um das gesamte Spektrum von kleinen bis sehr grossen realen Bränden nachzubilden. Je nach Bedarf und je nach nachzubildender Brand können in der Leistung verschieden dimensionierte Gasbrennereinheiten eingesetzt werden. Dabei können die Regelungseinheiten der verschiedenen Gasbrennereinheiten über die programmierbare Steuereinheit der Realbrandsimulationseinrichtung angesteuert werden. Die einzelnen Gasbrennereinheiten können so als einzelner Brandherd zusammengefasst werden oder sie können mehrere räumlich und zeitlich voneinander beabstandete Brandherde nachbilden, wie z.B. bei einem Brand von mehreren Fahrzeugen in einem Tunnel. Die Gasbrennereinheiten können über eine oder mehrere separate Brennstoffversorgung(en) oder Brennstoffversorgungseinheit(en) mit Brennstoff versorgt werden. Die Brennstoffversorgungen können ebenfalls über eine Schnittstelle mit der zentralen programmierbaren Steuereinheit gekoppelt und von dieser angesteuert sein. Die Gasbrenner oder die Gasbrennereinheiten können jeweils derart konfiguriert sein, dass sie jeweils eine Leistung von beispielsweise 1.25 Megawatt erzielen, so dass mit einem modularen Aufbau von mehreren Gasbrennereinheiten maximale Wärmefreisetzung resp. Wärmeleistung von mehreren Megawatt erzielt werden.The central control unit and the various interfaces on the burner units, fog generators and fuel supplies are designed such that the real fire simulation device can be modularly expanded as needed to include further burner units, mist generators and fuel supplies to replicate the entire spectrum from small to very large real fires. Depending on requirements and depending on the fire to be emulated, different sized gas burner units can be used. In this case, the control units of the various gas burner units can be controlled via the programmable control unit of the real fire simulation device. The individual gas burner units can thus be combined as a single source of fire or they can emulate several spatially and temporally spaced fire foci, such as in a fire of several vehicles in a tunnel. The gas burner units may be fueled by one or more separate fuel supply (s) or fuel supply unit (s). The fuel supplies can also be coupled via an interface with the central programmable control unit and controlled by this. The gas burners or the gas burner units can each be configured so that they each achieve a power of, for example, 1.25 megawatts, so that with a modular design of several gas burner units maximum heat release resp. Heat output of several megawatts can be achieved.
Der Nebelerzeuger dient zur Zufuhr von sichtbaren Markernebeln zur Einfärbung und Visualisierung der vom Gasbrenner produziertem Heissgasstrom sowie der Rauchgasschichtung. Der Markernebel kann ein hitzebeständiger und sauberer, d.h. ablagerungs- und verschmutzungsfreier, Markernebel sein. Der Markernebel wird auf einer vorbestimmten Höhe in den Heissgasstrom eingeleitet und simuliert den bei einem realen Brand erzeugte Rauch. Der Nebelauslass des Nebelerzeugers ist in der Regel in der Höhe relativ zur Brennkammer der Gasbrennereinheit verstellbar. Dies wird beispielsweise über ein Zuleitungsrohr erreicht oder indem der Nebelerzeuger auf einer mobilen Hebebühne angeordnet ist. Der Nebelerzeuger kann mit einer Nebelsteuerung versehen sein, die in Abhängigkeit vom simulierten Brandverlauf mehr oder weniger Nebel in den Heissgasstrom einleitet. Auf diese Weise können Brände mit sich ändernder Rauchentwicklung resp. Rauchverlauf oder Brandgasverlauf nachgebildet werden. Die Nebelsteuerung kann über die zentrale programmierbare Steuereinheit der Realbrandsimulationseinrichtung angesteuert werden. Je nach Bedarf können auch eine Gasbrennervorrichtung mit mehrere Nebelerzeugern oder mehrere Gasbrennervorrichtungen mit einem Nebelerzeuger versehen sein. Die Realbrandsimulationsvorrichtung kann auch ohne Nebelerzeuger betrieben werden. Beispielsweise kann die Rauchgasverteilung über Wärmesensoren gemessen werden.The mist generator is used to supply visible mark nebulae for coloring and visualization of the gas stream produced by the gas burner and the flue gas layering. The marker mist can be a heat-resistant and cleaner, ie deposit-free and pollution-free, marker fog. The marker mist is introduced at a predetermined level into the hot gas stream and simulates the smoke generated in a real fire. The mist outlet of the mist generator is usually adjustable in height relative to the combustion chamber of the gas burner unit. This is achieved for example via a supply pipe or by the mist generator is arranged on a mobile lift. The mist generator may be provided with a mist control which, depending on the simulated fire, introduces more or less mist into the hot gas stream. In this way, fires with changing smoke development resp. Smoke progression or combustion gas course are simulated. The fog control can be controlled via the central programmable control unit of the real fire simulation device. Depending on requirements, a gas burner device having a plurality of mist generators or a plurality of gas burner devices may also be provided with a mist generator. The real fire simulation device can also be operated without mist generator. For example, the flue gas distribution can be measured by thermal sensors.
Die Realbrandsimulationseinrichtung kann weiter einen oder mehrere Sensoren umfassen, welcher z.B. in einem Prüfraum in der Nähe der Decke angebracht werden kann, um die Deckentemperatur zu messen. Die Realbrandsimulationseinrichtung ist dann derart eingerichtet, dass sie bei der Überschreitung einer maximalen Deckentemperatur von beispielsweise etwa 130°C die Verbrennung automatisch ausschaltet oder gesenkt wird.The real-fire simulation device may further comprise one or more sensors, e.g. can be mounted in a test room near the ceiling to measure the ceiling temperature. The real fire simulation device is then set up in such a way that it automatically switches off or lowers the combustion when a maximum ceiling temperature of, for example, about 130 ° C. is exceeded.
Die Realbrandsimulationseinrichtung kann mehrere im Prüfraum platzierbare Messfühler, z.B. für Temperatur, Strömungsgeschwindigkeiten, Schadstoff, Sauerstoff, etc., aufweisen, welche zur Dokumentierung der Messdaten mit der programmierbaren Steuereinheit gekoppelt sind.The Realbrandsimulationseinrichtung can multiple placeable in the test room probe, e.g. for temperature, flow velocities, pollutant, oxygen, etc., which are coupled to document the measurement data with the programmable controller.
Die Einheiten der Realbrandsimulationseinrichtung, nämlich Gasbrennereinheit, Brennstoffversorgung und Nebelerzeuger, können in deren Grösse und Gewicht derart gebaut sein, dass sie ohne grossen Aufwand transportiert und schnell auf- und abgebaut werden können. Insbesondere bei kleiner dimensionierten Gasbrennereinheiten kann die Brennstoffversorgungseinheit in die Gasbrennereinheit integriert sein.The units of the Realbrandsimulationseinrichtung, namely gas burner unit, fuel supply and mist generator can be built in their size and weight so that they can be easily transported and quickly assembled and disassembled. In particular with smaller sized gas burner units, the fuel supply unit can be integrated into the gas burner unit.
Die modular aufgebaute und beliebig skalierbare Realbrandsimulationseinrichtung kann auch als separate Erfindung gesehen werden, wobei auch andere Gasbrennereinheiten mit/ohne aktive Verbrennungsluftzuführung verwendet werden können.The modular designed and arbitrarily scalable real fire simulation device can also be seen as a separate invention, although other gas burner units can be used with / without active combustion air supply.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Simulation eines Realbrands umfassend: (i) Zuführung einer Menge an Brennstoff in einen Gasbrenner einer Gasbrennereinheit, vorzugsweise den Brennraum eines Gasbrenners, zur direkten Prozessluftaufheizung für die Erzeugung eines vertikalen Heissgasstroms; (ii) Messen der zugeführten Menge an Brennstoff; (iii) Bestimmung einer für eine vollständige Verbrennung des zugeführten Brennstoffs notwendigen Menge an Verbrennungsluft anhand der gemessene zugeführten Menge an Brennstoff mittels einer Regelungseinheit; und (iv) Zuführung der notwendigen Menge Verbrennungsluft in den Gasbrenner, vorzugsweise den Brennraum des Gasbrenners. Je nach Bedarf kann Einleiten eine Markernebel in den vertikalen Heissgasstroms oberhalb des Gasbrenners eingeleitet werden.The invention further relates to a method for simulating a real fire comprising: (i) supplying an amount of fuel to a gas burner of a gas burner unit, preferably the combustion chamber of a gas burner, for direct process air heating for generating a vertical flow of hot gas; (ii) measuring the amount of fuel supplied; (iii) determining a quantity of combustion air necessary for complete combustion of the supplied fuel from the measured amount of fuel supplied by means of a control unit; and (iv) supplying the necessary amount of combustion air into the gas burner, preferably the combustion chamber of the gas burner. Depending on requirements, introducing a marker mist can be introduced into the vertical hot gas stream above the gas burner.
Die Regelungseinheit kann anhand der momentanen Menge des zugeführten Brennstoffs und der Art des Brennstoffs die mindestens notwendige stöchiometrische Luftmasse, die für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs (sog. stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis) berechnen und die Vorrichtung zur Zuführung von Verbrennungsluft derart ansteuern, dass mindestens die notwendige Menge an Verbrennungsluft in die Gasbrenner geführt wird. Die Menge an Verbrennungsluft kann allerdings auch leicht über der stöchiometrisch notwendigen Menge liegen, d.h. es kann ein leichter Luftüberschuss vorliegen.On the basis of the instantaneous quantity of the supplied fuel and the type of fuel, the control unit can calculate the at least necessary stoichiometric air mass which is required for a complete combustion of the fuel (so-called stoichiometric combustion air ratio) and the device for supplying combustion air such that at least the necessary quantity is guided in combustion air in the gas burner. However, the amount of combustion air can also be slightly above the stoichiometrically necessary amount, ie there may be a slight excess of air.
Im Verfahren zur Simulation eines Realbrands kann die Regelungseinheit gemäss einer vorbestimmten Verlaufskurve für die Wärmefreisetzung die zugeführte Brennstoffmenge und die zugeführte Verbrennungsluftmenge stufenlos regeln. Die Regelungseinheit kann zur Regelung der zugeführten Menge an Brennstoff ein Brennstoffregelventil ansteuern.In the method for simulating a real fire, the control unit according to a predetermined curve for the heat release continuously regulate the amount of fuel supplied and the amount of combustion air supplied. The control unit can control a fuel control valve to control the amount of fuel supplied.
Die zugeführte Menge an Verbrennungsluft kann mit einem Druck- und/oder Volumen-Messfühler im Auslass der Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft resp. des Verbrennungsluftgebläses gemessen werden, wobei die gemessenen Werte in die Regelungseinheit eingespeist werden, um die optimale Zuführung von Verbrennungsluft zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.The supplied amount of combustion air can with a pressure and / or volume sensor in the outlet of the device for active supply of combustion air resp. the combustion air blower are measured, wherein the measured values are fed to the control unit to check the optimal supply of combustion air and correct if necessary.
Um die vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu garantieren, kann, insbesondere bei einer mobilen Brennstoffversorgungseinrichtung mit beispielsweise Flüssiggasflaschen, der Brennstoff mit einem Verdampfer vor dem Zuführen in die Brennkammer vollständig in die Gasphase übergeführt werden.In order to guarantee the complete combustion of the fuel, in particular in the case of a mobile fuel supply device with, for example, liquid gas cylinders, the fuel can be completely transferred into the gas phase with an evaporator before being fed into the combustion chamber.
Weiter kann im Verfahren zur Simulation eines Realbrands in vorbestimmter Höhe die Temperatur des Heissgasstroms gemessen werden, wobei bei einer Überschreitung einer maximalen Temperatur der Gasbrenner ausgeschaltet bzw. Reduziert wird.Further, in the method for simulating a real fire at a predetermined level, the temperature of the hot gas flow can be measured, and when the maximum temperature is exceeded, the gas burner is turned off or reduced.
Die Regelungseinheit ist in der Regel mit einem Brennstoffmengenzähler zur Messung des zugeführten Brennstoffs, einem Brennstoffregelventil zur Regelung des zugeführten Brennstoffs, einem Druck- und/oder Volumen-Messfühler der Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft und einem einen Frequenzumformer zur Regelung der Vorrichtung zur aktiven Zuführung von Verbrennungsluft gekoppelt.The control unit is usually with a fuel meter for measuring the fuel supplied, a fuel control valve to control the supplied fuel, a pressure and / or volume sensor of the device for the active supply of combustion air and a frequency converter for controlling the device for active supply of combustion air coupled.
In dem Verfahren kann die Realbrandsimulationsvorrichtung modular um mindestens eine weitere Gasbrennereinheit, mindestens einen weiteren Nebelerzeuger und/oder mindestens eine Brennstoffversorgung erweitert wird, wobei wenigstens die Gasbrennereinheiten über eine zentrale, programmierbare Steuereinheit angesteuert werden. Weiter können auch der oder die Nebelerzeuger und/oder die Brennstoffversorgung(en) an die programmierbare Steuereinheit angeschlossen und von dieser angesteuert werden.In the method, the real fire simulation device can be modularly extended by at least one further gas burner unit, at least one further mist generator and / or at least one fuel supply, wherein at least the gas burner units are controlled via a central, programmable control unit. Furthermore, the one or more fog generators and / or the fuel supply (s) can also be connected to the programmable control unit and controlled by it.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ausführungsform einer Realbrandsimulationseinrichtung mit mobiler Gasbrennereinheit und Nebelerzeuger;
- Fig. 2
- die Realbrandsimulationseinrichtung aus
Fig. 1 mit Gasversorgungseinheit in einer Ansicht von oben; - Fig. 3
- die Gasbrennereinheit in einer Seitenansicht;
- Fig. 4
- eine Detailaufnahme der Brennstoffversorgung, und
- Fig. 5
- schematische Beispiele für eine Realbrandsimulationseinrichtung mit modularem Aufbau und zentraler Steuereinheit.
- Fig. 1
- an embodiment of a real fire simulation device with mobile gas burner unit and mist generator;
- Fig. 2
- the real fire simulation device
Fig. 1 with gas supply unit in a view from above; - Fig. 3
- the gas burner unit in a side view;
- Fig. 4
- a detailed view of the fuel supply, and
- Fig. 5
- schematic examples of a Realbrandsimulationseinrichtung with modular design and central control unit.
In
In
- 11
- GasbrennereinheitGas burner unit
- 22
- Gasbrennergas burner
- 33
- Brennkammercombustion chamber
- 44
- Nebelerzeugermist generator
- 55
- Nebelauslassmist outlet
- 66
- Brennstoffzuleitungfuel supply line
- 77
- Druckreglerpressure regulator
- 88th
- mobiles Rahmengestellmobile frame
- 99
- VerbrennungsluftgebläsesCombustion air blower
- 1010
- mobile Brennstoffversorgungseinheitmobile fuel supply unit
- 1111
- Regelungseinheitcontrol unit
- 1212
- mobiles Rahmengestellmobile frame
- 1313
- FlüssiggasflascheLPG cylinder
- 1414
- FlüssiggasflascheLPG cylinder
- 1515
- VerdampferEvaporator
- 1616
- stationäre Brennstoffversorgungstationary fuel supply
- 1717
- zentrale Steuereinheitcentral control unit
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