Brandsimulation
In heutiger Zeit könnten Stilelemente der modernen Architektur oft aus baurechtlicher Sicht gar nicht, oder nur mit hohem finanziellen Aufwand realisiert werden. Hierzu zählen insbesondere Atrien. Bei derartigen Gebäudestrukturen können Nachweisverfahren angewandt werden, die Abweichungen oder Ausnahmen des geltenden Baurechts ermöglichen.
Die derzeit fortschrittlichste Methode zur Simulation von Raumbränden und der Rauchausbreitung ist die so genannte Feldmodellierung. Bei diesem Verfahren werden Methoden der nummerischen Strömungsdynamik (Computational Fluid Dynamics CFD) eingesetzt, um die Temperaturverteilung, die Gasströmung (Konvektionsströmung, Auftriebsströmung, Ventilationsströmung) und weitere für die Brand- und Rauchausbreitung wichtigen Größen zu ermitteln. Dieses Verfahren wird in unserem Büro mit den Brandsimulations-Software KOBRA 3D (I.S.T Frankfurt) sowie FDS (NIST USA) angewandt. Gerade mit FDS betreiben wir intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit und stehen im stetigen Austausch mit der FDS Usergroup. Eine validierte Kontrolle wird über Vergleichsrechnung der beiden Programme für kritische Gebäude ermöglicht.
Der Vorteil dieser Methode gegenüber anderen Modellansätzen (z. B. Zonenmodellen) besteht darin, dass wesentliche Brandphänomene, wie etwa die Existenz einer Heißgasschicht unterhalb der Geschossdecke oder eines Plumes, der bis zur Raumdecke reicht, im dreidimensionalen Raum berechnet werden.
Die Ausbreitung von Rauch und Wärme hängt im Wesentlichen von den Anfangs- und Randbedingungen des untersuchten Brandszenarios ab. Die Grundlagen für die Brandszenarien mit Lage der Brandquellen, Intensität (Abbrandleistung), Brandausbreitungsgeschwindigkeit, brandschutztechnische Infrastruktur, Zeit bis zur Branderkennung/Meldung sowie die für die Evakuierung erforderliche Zeit sind erfahrungsgemäß im Einvernehmen mit der zuständigen Genehmigungsbehörde festzulegen.
Durch den Einsatz der Simulationsprogramme können Nachweise für die Benutzbarkeit der Flucht- und Rettungswege und die Gewährleistung der Standsicherheit von Bauteilen geführt werden. Auch sind die Nachweise hinsichtlich der Freisetzung von Stoffen und Gasen möglich.
Durch die Brandsimulation kann Folgendes nachgewiesen werden:
- Einhaltung einer raucharmen Schicht (Darstellung eines gewählten Zeitraumes für die Benutzbarkeit von flüchtenden Personen)
- Einhaltung bestimmter Temperaturen in der Rauchgasschicht (Ermöglichen der Flucht von Personen)
- Temperaturbelastung von einzelnen Bauteilen (Erhaltung der Tragfähigkeit einzelner Bauteile und der Gesamttragkonstruktion)
Hierzu werden folgende Werte berechnet:
- Rauchentwicklung
- Temperaturentwicklung
- Rauchgasströmung
- Strömungsgeschwindigkeiten der Zuluftöffnungen
- Strömungsgeschwindigkeiten der Rauchabzugsöffnungen
- Sauerstoffkonzentration.
Die Ausgabe erfolgt in graphischer Form.
In der Demo wird die Verrauchung in Abhängigkeit der Zeit in einem 5-geschossigen Atrium simuliert. Die dargestellte optische Dichte ist eine Vergleichsgröße für die vorhandene Sichtweite. Je dunkler die Färbung, desto geringer ist die vorhandene Sichtweite. Es sind deutlich die Verrauchung in den oberen Geschossen sowie die Wirkung der Entlastungsöffnungen im Dach zu erkennen. Als Besonderheit sind die Galerien im Atrium zu nennen, über welche die Rettung der Personen zu den notwendigen Treppenräumen gewährleistet sein muss.
