Dezember 2015
Dezember 2015

Brände am PC simulieren

BRANDSCHUTZ

Erfüllt ein Neubau die Brandschutzanforderungen nicht, fallen teure Nachbesserungen an. Simulationen würden oft schon vor Baubeginn zeigen, wo das Problem liegt. Zudem können die Simulationen genutzt werden, um verschiedene Varianten durchzuspielen und beispielsweise die Platzierung von Brandschutzklappen und Sensoren, aber auch von Brandschutztüren zu optimieren.


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Zuerst glimmt die Zigarette nur, die unachtsam in den Papierkorb geworfen wurde. Langsam beginnt der Plastiksack daneben zu motten. Doch plötzlich entflammt die Gratiszeitung darunter. Der Papierkorb brennt nun lichterloh. Das Feuer greift rasch auf die Kartons im Lager der Kleiderboutique über und schon verteilt sich der Rauch im Einkaufszentrum. Solche Szenarien müssen beim Bau von Einkaufszentren, Bürogebäuden und weiteren Bauwerken mit Publikumsverkehr berücksichtigt werden. Ein Brand muss rasch detektiert und der Rauch effizient abgeführt werden können, damit die Personen aus dem Haus flüchten können. Bevor ein grosses Gebäude in Betrieb genommen wird, testen die Brandexperten deshalb auch den Rauchabzug mit Nebelpetarden oder kleinen, kontrollierten Bränden. Nur wenn der Rauch abzieht und für Personen keine Gefahr besteht, darf das Gebäude für das Publikum geöffnet werden.Berliner FlughafenIn Berlin im brandenburgischen Schönefeld wird zurzeit der neue Flughafen für die Grossstadt gebaut. 2006 war der Spatenstich, 2012 hätte der internationale Flughafen eröffnet werden sollen. Er ist aber immer noch eine Baustelle, ein Termin für die Eröffnung ist nicht in Sicht. Eines der grösseren Probleme: Der Rauch würde sich bei einem Brand in den Ankunfts- und Abflughallen stauen, die Leute würden rasch die Orientierung verlieren und ersticken. Wo liegt der Fehler? Das Brandschutzkonzept sah vor, den Rauch nach unten in den Keller abzuziehen und mehrere hundert Meter weiter auf der Seite der Gebäude ins Freie zu blasen. Nur, das funktioniert nicht. Der Rauch steigt nach oben und verteilt sich in den Hallen.Am PC simulierenNicht immer sind die Fehler so gravierend, aber bei jedem Gebäude wird es teuer, wenn nach der Fertigstellung zusätzliche Abluftschächte installiert werden müssen. Dabei gäbe es die Möglichkeit, schon vor dem Rohbau die Brandschutzmassnahmen zu testen: In der Simulation auf dem Computer. Die Räume werden digital nachgebildet und der Brand durchgerechnet. Wie bei einem echten Brand mottet das digitale Feuer erst einmal nur. Dann entstehen offene Flammen, der Brand wird heisser und es entsteht immer mehr Rauch. Dieser verteilt sich nun in den simulierten Räumen, die Rauchausbreitung und die Hitzeverteilung lassen sich verfolgen. Die Software simuliert auch die Entlüftungsklappen und Ventilatoren - der Bauherr sieht rasch, ob das Brandschutzkonzept hält, was es verspricht.Welche Rauchgase entstehen?Die Simulation kann aber noch mehr: Ein Brand mottet meist zuerst eine Zeit lang - es «stinkt» nur, ohne dass man eine offene Flamme sieht. Der PC simuliert auch diese Phase des Brandausbruchs und berechnet, welche chemischen Stoffe bei der unvollständigen Verbrennung bei tiefen Temperaturen entstehen. Das sind die Stoffe, die man riecht - und die man rechtzeitig mit Feuermeldern erkennen könnte. So liesse sich ein Brand frühzeitig erkennen, bevor der grosse Schaden angerichtet wird. Auch bei der Simulation muss deshalb zuerst festgelegt werden, was brennt. Ein Ölfass, ein Papierkorb, Karton oder ein Schreibtisch? Heute ist bei praktisch jedem Feuer auch Plastik drin. Die Simulationen zeigen, dass in einem frühen Stadium, wenn der Brand erst mottet, Wasserstoffgas (H2) entsteht. Das ist erstaunlich, denn man würde meinen, dass der hochreaktive Wasserstoff gleich verbrennt. Aber Messungen an realen Bränden zeigen, dass der Wasserstoff tatsächlich entsteht und zuverlässig detektiert werden kann. Das ist darauf zurückzuführen, dass das Plastik aus Kohlenwasserstoffketten besteht und am Anfang bei den noch relativ tiefen Temperaturen unvollständig verbrennt. Die langen Kohlenwasserstoffketten werden zerstückelt in kleinere Moleküle und H2.Da Wasserstoffgas sonst nicht in der Luft vorkommt, würde sich ein Brand schon in einem sehr frühen Stadium erkennen lassen. Die Hersteller von Brandsensoren entwickeln bereits solche Sensoren. Entsprechende Prototypen konnten evaluiert werden, werden allerdings momentan noch nicht eingesetzt. Sie funktionieren zuverlässig, sind aber relativ teuer, da sie kleinste Konzentrationen von Wasserstoff detektieren müssen.Auch Kohlenmonoxid (CO) entsteht früh bei einem Brand und kann einfach detektiert werden - Sensoren dazu gibt es auf dem Markt. Allerdings erkennen sie auch das CO, das beim Zigarettenrauchen entsteht. Je nach Standort sind also Fehlalarme zu erwarten. Die üblichen Brandmelder wiederum detektieren die Russpartikel im Rauch. Nun ist der Brand aber schon in einem fortgeschrittenen Stadium und hat bereits Schaden angerichtet.