{"id":3700,"date":"2018-08-06T11:00:51","date_gmt":"2018-08-06T09:00:51","guid":{"rendered":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/?p=3700"},"modified":"2019-08-13T13:10:52","modified_gmt":"2019-08-13T11:10:52","slug":"8-3-brandablauf-und-energieumsatz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/8-3-brandablauf-und-energieumsatz\/","title":{"rendered":"8.3 Brandablauf und Energieumsatz"},"content":{"rendered":"

8.3.1 Phasen eines typischen Brandverlaufes<\/h2>\n

Um Massnahmen baulichen Brandschutzes sinnvoll treffen zu k\u00f6nnen, ist es notwendig, den Brandablauf, das heisst die einzelnen Phasen eines Brandvorganges, genauer zu kennen (vgl. Abb. 8.1).<\/p>\n

Entz\u00fcndung<\/h3>\n

Teile brennbaren Stoffes werden in Gegenwart von Luft auf die Z\u00fcndtemperatur gebracht.<\/p>\n

Entstehungsbrand<\/h3>\n

Mit der Entz\u00fcndung des auf die Z\u00fcndtemperatur aufgeheizten Stoffes geht der Schwelbrand in einen Flammenbrand \u00fcber. Einen \u00f6rtlich begrenzten Brand mit Flammenbildung nennt man Entstehungsbrand.<\/p>\n

Schwelbrand (auch Mottbrand genannt)<\/i><\/p>\n

Je nach Art und Intensit\u00e4t der Z\u00fcndquelle sowie der beteiligten brennbaren Stoffe entwickelt sich ein Brand verschieden rasch. In den meisten F\u00e4llen pflanzt sich der Brand zun\u00e4chst in der n\u00e4heren Umgebung unter den brennbaren Stoffen relativ langsam fort. Zum Teil sind kaum sichtbare Glutstellen vorhanden. Werden dabei gr\u00f6ssere Mengen brennbarer Substanz erfasst, so steigen die freigesetzte W\u00e4rmemenge und die Temperatur etwa exponentiell an.<\/p>\n

Explosionsbrand<\/i><\/p>\n

In ung\u00fcnstigen F\u00e4llen kann ein explosives Gemisch aus brennbaren Gasen, D\u00e4mpfen oder Staub mit Luft vorliegen. Nach Erreichen der Z\u00fcndtemperatur erfolgt die Verbrennung in Sekundenbruchteilen.<\/p>\n

Feuersprung<\/h3>\n

Wenn bei einem Entstehungsbrand die Energieproduktion im Verh\u00e4ltnis zur brennbaren Masse ein gewisses Mass erreicht hat, steigt die Temperatur stark an. Es entsteht eine massive Vergasung der brennbaren Substanzen mit ausgedehnter Flammenbildung. Der Entstehungsbrand geht in einen Vollbrand \u00fcber.<\/p>\n

\"Typischer<\/div>\n
Abbildung\u202f8.1:\u2002Typischer Brandverlauf am Beispiel eines normalen Naturbrandes<\/div>\n

Flash-over<\/h3>\n

In der Zeit bis zum Eintritt des Flash-overs bestehen gute Aussichten, dass ein Brand noch einged\u00e4mmt werden kann. Ist die L\u00f6schbereitschaft aber erst nach diesem Zeitpunkt erstellt, so ist ein Totalschaden in der Regel unabwendbar.<\/p>\n

Vollbrand<\/h3>\n

Materialgesteuerter Vollbrand:<\/i><\/h4>\n

Wenn gen\u00fcgend Sauerstoff vorhanden ist, wird der weitere Verlauf durch die Menge und Anordnung des brennbaren Materials gesteuert. Immer mehr Material ger\u00e4t in Brand, und W\u00e4rmemenge sowie Temperatur steigen. Ersch\u00f6pft sich der Brennstoffvorrat, so sinkt die Brandleistung allm\u00e4hlich ab, bis das brennbare Material gr\u00f6sstenteils verbrannt ist.<\/p>\n

Luftgesteuerter Vollbrand:<\/i><\/h4>\n

Ist die Luftzufuhr beschr\u00e4nkt, so kann nach einiger Zeit Sauerstoffmangel eintreten. Der Brandablauf wird verz\u00f6gert, eventuell \u00ab\u200aerstickt\u200a\u00bb das Feuer. Pl\u00f6tzliche Luftzufuhr, z.\u2009B. durch \u00d6ffnen oder Zerst\u00f6ren von Fenstern und T\u00fcren, facht das Feuer sofort wieder an.<\/p>\n

8.3.2 Brandmodelle<\/h2>\n

Die Beschreibung des Verhaltens von ganzen Tragsystemen unter Brandeinwirkung ist komplex und die Erforschung der thermischen und mechanischen Prozesse am Bauwerk unter Brandeinwirkung ein relativ junger Wissenszweig. Heutige Ans\u00e4tze sind z.\u2009T. noch zu wenig wirklichkeitsnah oder aber weisen L\u00f6sungen auf, die f\u00fcr einen routinem\u00e4ssigen Ingenieureinsatz zu grossen Rechenaufwand und zuviel Spezialwissen erfordern.<\/p>\n

Der vorbeugende Brandschutz geht bisher im Normalfall von der Dimensionierung von Einzelbauteilen f\u00fcr eine bestimmte Feuerwiderstandsdauer gem\u00e4ss den Forderungen der Brandschutznormen und -vorschriften [8.1\u20138.3] aus und l\u00e4sst wechselseitige Einwirkungen benachbarter Bauteile aufeinander ausser acht. Einerseits treten durch die Erw\u00e4rmung infolge Brandbeanspruchung Dehnungen und Verdrehungen der Bauteile auf, die nur in den seltensten F\u00e4llen unbehindert sind und die das Brandverhalten des Einzelbauteils ver\u00e4ndern k\u00f6nnen. Andererseits treten beflammte Bauteile in ihrer Wechselwirkung mit u.\u2009U. nichtbeflammten Nachbarn \u00ab\u200astatisch\u200a\u00bb im Kollektiv auf und k\u00f6nnen somit kurzzeitig, d.\u2009h. innerhalb einer sog. \u00ab\u200aBrandsicherheitszeit\u200a\u00bb, eine lokale Abminderung der Tragf\u00e4higkeit in eingeschr\u00e4nktem Rahmen abfangen. Br\u00e4nde im Geschossbau bleiben gl\u00fccklicherweise h\u00e4ufig lokal begrenzt. Die zus\u00e4tzlichen Spannungen im erw\u00e4rmten Zustand \u00fcberlagern sich den mechanischen Beanspruchungen aus dem Gebrauchszustand.<\/p>\n

Um die L\u00f6sung der Probleme zu systematisieren und nach vereinfachenden L\u00f6sungsans\u00e4tzen zu suchen, wird eine Beurteilungsmatrix<\/i> mit den beiden Hauptkomponenten Brandmodell<\/i> und Tragmodell<\/i> beigezogen (vgl. Abb. 8.2).<\/p>\n

Das Brandmodell<\/i> beschreibt die zeitliche Temperaturentwicklung. International werden drei Varianten verwendet (vgl. Abb. 8.2):<\/p>\n

    \n
  • ISO-Normbrandkurve<\/i> (ISO-834) [8.8]<\/span><\/span>, t<\/i>erf<\/sub> (B1): Als Dauer des Brandraumtemperaturanstiegs gilt die von den Brandschutznormen und -vorschriften geforderte Widerstandszeit t<\/i>erf<\/sub> =\u202fF<\/i>(X<\/i>) (vgl. Abb. 8.3).<\/li>\n
  • ISO-Normbrandkurve<\/i> (ISO-834) [8.8]<\/span><\/span>, t<\/i>aeq<\/sub> (B2): Im Falle eines Naturbrandes (d.\u2009h. eines Brandraumtemperaturverlaufes unter Ber\u00fccksichtigung von Brandbelastung, Bel\u00fcftungsverh\u00e4ltnissen, Raumgeometrie und Materialeigenschaften der den Brandabschnitt begrenzenden Bauteile \u2192 sog. parametrisierter Brand)<\/i> gibt es ein kritisches Belastungsniveau, oberhalb dessen das Bauelement ausf\u00e4llt. Dementsprechend l\u00e4sst sich die sog. \u00e4quivalente ISO-Feuerwiderstandsdauer t<\/i>aeq<\/sub> definieren, bei der die Tragf\u00e4higkeit bei Einwirkung eines ISO-Brandes identisch ist mit der minimalen Tragf\u00e4higkeit bei Einwirkung eines Naturbrandes (vgl. Abb. 8.4\/8.5).<\/li>\n<\/ul>\n
    \"Brandbelastungsmodell\"<\/div>\n
    Abbildung\u202f8.2:\u2002Brandbelastungsmodell (B)\/ Tragmodell (T)-Matrix als Ausgangsbasis f\u00fcr die Beurteilung der Feuersicherheit von Bauteilen\u00a0\u2013 Teilsystemen\u00a0\u2013 Tragwerken [8.4<\/span><\/span>, 8.9<\/span><\/span>]<\/span><\/div>\n

    <\/h3>\n
    \"Konventionelle<\/div>\n
    Abbildung\u202f8.3:\u2002Konventionelle brandschutztechnische Beurteilung von lastaufnehmenden Bauteilen auf der Basis eines Normbrandversuches (ETK ISO 834) und normativer Feuer-Widerstandszeit [8.4]<\/span><\/span><\/div>\n

    <\/h3>\n
    \"Erweiterte,<\/div>\n
    Abbildung\u202f8.4:\u2002Erweiterte, \u00ab\u200ahalbanalytische\u200a\u00bb Beurteilung von lastaufnehmenden Bauteilen bei Brandeinwirkung auf der Basis eines Brandraumtemperaturverlaufes entsprechend ETK ISO 834 und einer \u00e4quivalenten Feuerwiderstandszeit, die Brandbelastung, Bel\u00fcftungsverh\u00e4ltnisse und Materialeigenschaften der den Brandabschnitt begrenzenden Bauteile ber\u00fccksichtigt (Naturbrandgedanke!) [8.4]<\/span><\/span><\/div>\n

    <\/h3>\n
      \n
    • Naturbrandkurven<\/i> (B3): m\u00f6glichst reale, numerische Modellierung des Gastemperaturverlaufes mit Hilfe der Methode der gekoppelten Energie- und Massenbilanz f\u00fcr\n
        \n
      • vollentwickelte Raumbr\u00e4nde<\/i> (B3a) mit homogener<\/i> Verteilung der Brandgastemperatur nach dem Feuersprung im Raum und<\/li>\n
      • lokale Br\u00e4nde<\/i> (B3b) mit lokalisierten Brandbelastungen in grossen Brandabschnitten, gekennzeichnet durch inhomogene<\/i> Verteilung der Brandgastemperatur aufgrund lokaler Feuersprungbedingungen (vgl. Abb. 8.6).<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n

        Bei den Tragmodellen<\/i> werden grunds\u00e4tzlich 3 Stufen unterschieden:<\/p>\n

        \"Konzept<\/div>\n
        \u2009Abbildung\u202f8.5:\u2002Konzept zur Bestimmung der \u00e4quivalenten Feuerwiderstandsdauer t<\/i>aeq<\/sub> (Feuerwiderstandszeit t<\/i>r<\/sub> =\u202f\u03b3<\/i> \u00b7 t<\/i>aeq<\/sub>, \u03b3<\/i>: Sicherheitsfaktor)<\/div>\n

        <\/h3>\n
        \"Physikalisches<\/div>\n
        Abbildung\u202f8.6:\u2002Physikalisches Modell zur analytischen Beurteilung von Tragwerken unter Brandeinwirkung auf der Basis einer m\u00f6glichst wirklichkeitsnahen Beschreibung eines Naturbrandablaufes [8.4]<\/span><\/span><\/div>\n

        <\/h3>\n
          \n
        • Unterteilung der Tragkonstruktion in Einzelelemente<\/i> (T1)\u00a0\u2013 St\u00fctzen, Tr\u00e4ger; Dehnungsbehinderungen bleiben unber\u00fccksichtigt, Auflagereinspannverh\u00e4ltnisse vereinfacht, volle Lasten<\/li>\n
        • Unterteilung der Tragkonstruktion in Teiltragsysteme<\/i> (T2); sowohl Dehnungsbehinderungen wie Auflagereinspannverh\u00e4ltnisse ber\u00fccksichtigt, abgeminderte Lasten<\/li>\n
        • globale Tragstruktur <\/i>(T3); abgeminderte Lasten<\/li>\n<\/ul>\n

          8.3.3 W\u00e4rmebilanz bei Br\u00e4nden (vgl. [8.7]<\/span><\/span>)<\/span><\/h2>\n

          Die beim Abbrennen des Materials freigesetzte W\u00e4rmeleistung<\/p>\n

          (8.1)<\/div>\n

          <\/p>\n

          <\/div>\n
          \"Schematische<\/div>\n
          Abbildung\u202f8.7:\u2002Schematische Darstellung der W\u00e4rme- und Massenstr\u00f6me in einem Brandraum<\/div>\n

          <\/h3>\n

          muss von der Umgebung aufgenommen resp. abgef\u00fchrt werden:<\/p>\n

            \n
          • Erhitzung der Luft resp. Abgase:<\/i> Die Masse der Luft und damit ihre W\u00e4rmeaufnahmef\u00e4higkeit ist gering, sodass eingeschlossene Luft rasch erhitzt wird (gilt nicht mehr f\u00fcr grosse Hallen!).<\/li>\n
          • Luftaustausch infolge thermischen Auftriebs: <\/i>Die durch den Unterdruck angesogene kalte Luft liefert neuen Sauerstoff f\u00fcr die Verbrennung:<\/li>\n<\/ul>\n
            (8.2)<\/div>\n

            <\/p>\n

              \n
            • W\u00e4rmeaufnahme:<\/i> Baustoffe und Mobiliar nehmen bei der Erw\u00e4rmung entsprechend ihrer Masse und spezifischen W\u00e4rme Energie auf:<\/li>\n<\/ul>\n
              (8.3)<\/div>\n

              <\/p>\n

                \n
              • Erhitzung der Umgebungselemente durch Konvektion und W\u00e4rmestrahlung:<\/i><\/li>\n<\/ul>\n
                (8.4)<\/div>\n

                <\/p>\n

                \"Zeitliche<\/div>\n
                Abbildung\u202f8.8: Zeitliche Entwicklung der Brandraumtemperatur in Abh\u00e4ngigkeit von Brandbelastung Q<\/i>B<\/sub> und Luftzufuhr\u00a0\u2013 charakterisiert durch den Ventilationsfaktor , berechnet anhand von W\u00e4rme- und Massenbilanzen f\u00fcr Brandabschnittsgr\u00f6ssen repr\u00e4sentativ f\u00fcr Brandr\u00e4ume in Wohn- und B\u00fcrogeb\u00e4uden, Schulen, Spit\u00e4ler, Hotels.<\/div>\n
                A<\/i>: Fl\u00e4che aller Fenster- und T\u00fcr\u00f6ffnungen im Brandabschnitt m2<\/sup><\/div>\n
                h<\/i>: mittlere H\u00f6he der \u00d6ffnungen, gewichtet in Bezug
                \nauf die jeweiligen \u00d6ffnungsfl\u00e4chen m<\/div>\n
                A<\/i>i<\/sub>: innere Umschliessungsfl\u00e4che des Brandraumes,
                \ninkl. Fenster und T\u00fcrfl\u00e4chenm2<\/sup><\/div>\n
                Baustoffe: mittlere Materialwerte entsprechend
                \nBackstein, Beton bzw. Stahlbeton:
                \n\u03bb<\/i> ~ 0,8\u202fW\/m\u2009\u00b7\u2009K und \u03c1<\/i>\u2009\u00b7\u2009c<\/i>p<\/sub> ~ 1,7 MJ\/m3<\/sup>\u2009\u00b7\u2009K<\/div>\n

                <\/h3>\n
                  \n
                • Transmissionsverlust durch W\u00e4nde, Decken und B\u00f6den:<\/i><\/li>\n<\/ul>\n
                  (8.5)<\/div>\n

                  <\/p>\n

                    \n
                  • W\u00e4rmeabstrahlungsverluste an Fenster\u00f6ffnungen:<\/i><\/li>\n<\/ul>\n
                    (8.6)<\/div>\n

                    <\/p>\n

                    <\/h3>\n

                    Die Temperatur \u03b8<\/i>B<\/sub> im Brandraum ergibt sich aus der Bilanz obiger W\u00e4rmestr\u00f6me.<\/i><\/p>\n

                    Brennbarkeit und Brandverhalten der Baustoffe beeinflussen prim\u00e4r den Brandverlauf in der Vorphase (Schwelbrand, Entstehungsbrand), wogegen die Temperatur im Brennraum massgebend die Erw\u00e4rmung der Konstruktionsteile und somit den Verlauf des Vollbrandes mitbestimmt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                    8.3.1 Phasen eines typischen Brandverlaufes Um Massnahmen baulichen Brandschutzes sinnvoll treffen zu k\u00f6nnen, ist es notwendig, den Brandablauf, das heisst die einzelnen Phasen eines Brandvorganges, genauer zu kennen (vgl. Abb. 8.1). Entz\u00fcndung Teile brennbaren Stoffes werden in Gegenwart von Luft auf die Z\u00fcndtemperatur gebracht. Entstehungsbrand Mit der Entz\u00fcndung des auf die Z\u00fcndtemperatur aufgeheizten Stoffes geht […]<\/p>\n","protected":false},"author":8,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16],"tags":[],"class_list":["post-3700","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-brand"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3700","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3700"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3700\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6845,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3700\/revisions\/6845"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3700"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3700"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/enbau-online.ch\/bauphysik\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3700"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}