Untersuchung der Entrauchung von Vielraumgebäuden im Brandfall mittels gekoppelter Simulationsverfahren. Abschlußbericht.

Erscheinungsjahr 2000
ISBN: 978-3-8167-5721-4
Verlag: Fraunhofer IRB Verlag

Buch, Deutsch, 164 Seiten

Bei Bürogebäuden und Wohnhäusern, Hotels und Schulen war die Rauchausbreitung für den Brandfall bislang nur sehr vage vorhersagbar. Wegen der unsicheren Prognosen waren auch die Maßnahmen zum vorbeugenden Brandschutz oft umstritten. Jetzt liegt ein neuartiges Berechnungsmodell vor, das die vielfältigen Wechselwirkungen bei der Ausbreitung von Brandgasen in einem Gebäude, das viele Räume hat, berücksichtigt. Das Programmsystem der gekoppelten Simulation kann dazu dienen, unterschiedliche Entrauchungskonzepte zu beurteilen sowie die Rauchfreihaltung von Fluchtwegen im Fall eines möglichen Brands einzuschätzen. Weiterhin lässt sich der Einfluss voll geöffneter oder geschlossener Türen auf die Rauchausbreitung ermitteln und das Versagen von Lüftungseinrichtungen oder automatischer Verschlussanlagen simulieren. Auch die Wirkungen von Entrauchungskaminen und Installationsschächten sowie die Einflüsse unzulänglich gewarteter Feuerschutzklappen, Brandschutztüren und Rauchmelder auf die Rauchausbreitung sind einzeln oder in beliebiger Kombination berechenbar.

Autoren/Hrsg.

Bolsius, J.

Ender, T.

Kaiser, J.

Müller, I.

Perschk, A.

Rösler, M.

Wein, M.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1
2 Literaturrecherche 7
2.1. Wissenschaftliche Literatur 7
2.2. Modellarten 8
2.2.1. Vollbrandmodelle 9
2.2.2. Feldmodelle 9
2.2.3. Zonenmodelle 9
2.2.3.1. Einraum-Zonenmodelle 10
2.2.3.2. Mehrraum-Zonenmodelle 10
2.3. Kurzbeschreibung einiger Berechnungsmodelle 10
2.3.1. Zonenmodelle 10
2.3.1.1. Berechnungsprogramm RFIRES 10
2.3.1.2. Berechnungsprogramm FIRST 10
2.3.1.3. Berechnungsprogramm MRFC 11
2.3.1.4. Berechnungsprogramm AY SEN 12
2.3.1.5. Berechnungsprogramm DOB 12
2.3.1.6. Berechnungsprogramm BOHM 13
2.3.1.7. Berechnungsprogramm NILSSON 13
2.3.1.8. Berechnungsprogramm TANAKA 13
2.3.1.9. Berechnungsprogramm COMPF-2 14
2.3.1.10. Berechnungsprogramm DSLAY 1 von B Hägglund 15
2.3.1.11. Berechnungsprogramm FIGARO 16
2.3.2. Feldmodelle 17
2.3.2.1. Berechnungsprogramm UNDSAFE I1 17
2.3.2.2. Berechnungsprogramm MO SIE 2 17
2.3.3. Berechnungsprogramm JASMINE 18
2.3.4. Berechnungsprogramm SOFIE 18
2.3.5. Berechnungsprogramm FISCO-3 18
2.3.6. Berechnungsprogramm KOBRA-3D 18
3 Makromodell 19
3.1. Gebäudemodul TYPE 56 von TRNSYS 20
3.1.1. Geometrisches Modell 21
3.1.2. Ermittlung der Einstrahlzahlen 22
3.1.2.1. Allgemeine Aussagen zu den Einstrahlzahlen 22
3.1.2.2. Die analytische Berechnung von Einstrahlzahlen 23
3.1.2.3. Die numerische Berechnung von Einstrahlzahlen 24
3.1.2.4. Berücksichtigung der Verschattung 26
3.2. TRNSYS-Modul TYPE 158 zur thermischen Simulation der Wände 28
3.2.1. Allgemeines 28
3.2.2. Diskretisierung der Differentialgleichung 28
3.2.2.1. Zeitintegration 30
3.2.2.2. Lösung der Gleichungssysteme 31
3.3. 'TRNSYS-Modul TYPE 157 zur Simulation der Gebäudedurchströmung 32
3.3.1. Berechnung der Gebäudedurchströmung 32
3.3.2. Anpassung von LUMA an TRNSYS 33
3.3.3. Modell der großen Öffnungen 33
3.3.4. Besonderheiten bei Fenstern und Türen 37
3.3.5. Ventilationsöffnungen für Brandräume 39
3.3.5.1. Modellierung 40
3.3.6. Instationärer Transport von luftfremden Stoffen 47
3.4. TRNSYS-Modul TYPE 112 zur Simulation des Brandraumes 48
3.4.1. Energie- und Massebilanzen der Heiß-, Kaltgasschicht und des Plume 49
3.4.1 1. Kaltgasschicht 50
3.4.1.2. Heißgasschicht 51
3.4.2. Brandherd 52
3.4.2.1. Abbrandrate / Pyrolyserate 52
3.4.2.2. Energiefreisetzungsrate 53
3.4.3. Plume 54
3.4.3.1. Ansatz nach Thomas / Hinkley
3.4.3.2. Ansatz nach Mc Caffrey
3.4.3.3. Ansatz nach Zukoski
3.4.3.4. Transportvorgänge zwischen Heiß- und Kaltgasschicht durch Wandströmung
3.4.4. Rauchgasentstehung
3.4.4.1. Berechnung brennstoffspezifischer Bildungsraten
3.4.4.2. Konzentration der Brandgase
3.4.5. Konvektion
3.4.6. Strahlung
3.4.6.1. Strahlungsaustausch in der Kaltgasschicht
3.4.6.2. Strahlungsaustausch in der Heißgasschicht
4 Mikromodell 65
4.1. Vorbemerkungen 65
4.2. Zur Programmauswahl im Mikromodell 65
4.2.1. CFX-TASCflow 65
4.2.2. ParallelNS 66
4.2.3. FLUENT/GAMBIT 67
4.3. Geometrisches Modell und Diskretisierung des Berechnungsgebietes 67
4.4. Rauchgasmodellierung mit FLUENT 68
4.4.1. Allgemeines 68
4.4.2. Physikalische Eigenschaften 68
4.4.3. Turbulenzmodellierung 68
4.4.4. Strahlungsmodellierung 69
4.4.5. Speziesmodellierung 70
5 Kopplung der Simulationsmodelle 73
5.1. Allgemeines zur Kopplung 73
5.2. Kopplung im Makrobereich 74
5.3. Kopplung zwischen Makro- und Mikrobereich 75
5.3.1. Allgemeines 75
5.3.2. Definition der Randbedingungen 76
5.3.2.1. Ein- und Austrittsöffnungen 76
5.3.2.2. Die Umgebungswände 77
5.3.3. Organisation des Datenaustausches 77
6. Demonstrationsbeispiele 79
6.1. Vergleich von Simulationsergebnissen mit Messwerten am Beispiel eines Tunnelbrandes 79
6.1.1. Einführung 79
6.1.2. Randbedingungen 79
6.1.2.1. Tunnelkonstruktion 79
6.1.2.2. Lüftungstechnische Konzepte 80
6.1.2.3. Messwerterfassung 80
6.1.2.4. Brandobjekt 81
6.1.3. Rechnerbasierte Umsetzung der realen Randbedingungen 81
6.1.3.1. Nachbildung der Tunnelgeometrie 81
6.1.3.2. Beschreibung der Brandlast 82
6.1.4. Vergleich der Ergebnisse 82
6.1.4.1. Allgemeines 82
6.1.4.2. Variante mit freier Lüftung 83
6.1.4.3. Variante mit maschineller Be- und Entlüftung 86
6.2. Beschreibung des Brandversuches der MFPA Leipzig 88
6.2.1. Einführung 88
6.2.2. Randbedingungen 89
6.2.2.1. Gebäude 89
6.2.2.2. Messwerte Fassung 90
6.2.2.3. Brandobjekte 91
6.2.2.4. Weitere Randbedingungen 91
6.2.3. Messtechnische Ergebnisse des Brandversuches 91
6.2.3.1. Temperaturen im Brandraum 91
6.2.3.2. Temperaturen in den Teilbereichen des allgemein zugänglichen Flurs 93
6.2.3.3. Subjektive Beobachtungen während der Brandversuches 94
6.2.4. Rechnerbasierte Umsetzung der realen Randbedingungen 94
6.2.4.1. Allgemeines 94
6.2.4.2. Nachbildung der bauseitigen/gebäudespezifischen Randbedingungen 94
6.2.4.3. Beschreibung der Brandobjekte 96
6.2.4.4. Durchströmung des Gebäudes 97
6.2.4.5. Ergebnisse der Simulationsrechnungen 98
6.2.4.6. Vergleich von Messung und Simulation 101
6.2.5. Ergebnisse der Kopplung mit dem Feldmodell 103
6.2.5.1. Allgemeines 103
6.2.5.2. Konfiguration für die erste Simulationsrechnung 104
6.2.5.3. Konfiguration für die zweite Simulationsrechnung 108
6.2.5.4. Schlussfolgerungen 108
6.3. Zweiraumbeispiel 109
6.4. Brandversuches der MFPA Leipzig mit Ankopplung des Treppenhauses 112
7. Zusammenfassung 117
Literaturverzeichnis 121
A. Weitere Programme zur Brandsimulation 125
B. Simulationsbeispiel Leipzig 127