Dazu gehören auch Brand- und Rauchsimulationen unter Berücksichtigung von Rauchmeldern und brandhemmenden Mitteln, um die Brandabläufe in einem Wohnhaus in Zukunft noch besser verstehen zu können.

Wohnhausbrand wird immer tückischer

Vergleicht man die Entstehung und Entwicklung von Wohnhausbränden vor dreißig Jahren mit der Situation, auf die Einsatzkräfte heute treffen, werden massive Unterschiede deutlich. Die Entwicklung der Brände erfolgt wesentlich schneller. Oft bleiben nur wenige Minuten nach Ausbruch des Brandes, um das Gebäude noch verlassen zu können.

Die Gründe für die schnelle Brandentwicklung liegen auf der Hand. In den modernen Haushalten befindet sich jede Menge Plastik und andere leicht entflammbare Materialien. Viele Brände beginnen mit einer Fehlfunktion des Fernsehers oder einem einfachen Teelicht im Kinderzimmer. Doch die Folgen sind verheerend.

Vorbeugender Brandschutz antwortet auf neue Materialien

Der moderne Brandschutz geht deshalb nicht mehr von der Situation aus, die vor Jahrzehnten herrschte, sondern nimmt gerade die neuen Materialien im Haushalt ins Visier.

Da die meisten der Todesfälle bei Hausbränden auf die Rauchentwicklung zurückzuführen sind, steht neben dem baulichen Brandschutz und der Standfestigkeit, dem Feuerwiderstand der Konstruktion und der Entflammbarkeit der Materialien gerade die Ausbreitung des Rauchs auf die Liste der Forschungsaktivitäten bei der Fachgruppe Brandingenieurwesen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). So lauten dort die Arbeitsschwerpunkte Brandverhalten von Materialien und von Konstruktionen sowie die Modellierung von Brandszenarien.

Brandexperimente für mehr Sicherheit

Die Brandingenieure der BAM führen dabei zahlreiche Experimente und Prüfungen durch zu

• den Brandeinwirkungen auf Materialien, also dem thermomechanischen und thermochemischen Verhalten von unterschiedlichen Bau- und Werkstoffen und Gebrauchsgegenständen
• den Brandeinwirkungen auf Konstruktionen, insbesondere die Untersuchung von Bauteilen und Konstruktionen unter Brandlast mit Tragfähigkeitsbewertung unter der Anwendung verschiedener Modellierungskonzepte
• der Brandentstehung und -ausbreitung und Rauchausbreitung unter Berücksichtigung brandhemmender Mittel und Maßnahmen unter Anwendung verschiedener Modellierungskonzepte
• zusätzlich zur Gewinnung von experimentellen Daten kommen auch Simulationen am Computer zum Einsatz, um verschiedene Brandszenarien in ihren wahrscheinlichen Abläufen nachvollziehen zu können.

Die Brandsimulation hilft bei der Lösungssuche

Um die Ausbreitung von Rauch und Feuer besser zu verstehen, müssen die physikalischen Prozesse, die sich dabei abspielen, genau analysiert werden.

Das ist allerdings bei komplexen Problemen wie der Dynamik von Gasen oder der Verteilung der Temperatur an der Oberfläche eines Gegenstandes gar nicht so einfach. Manchmal ist es gar nicht möglich, eine explizite Lösung zu der mathematischen Formel zu finden, die den Abläufen bei Bränden zugrunde liegt.

Oder aber die Berechnung ist sehr umfangreich und würde selbst an leistungsstarken Computern für die praktische Forschungsarbeit zu lange dauern.

Näherungen zeigen den Weg

Um die Strömungen bei der Rauchentwicklung besser nachvollziehen zu können, nutzen die BAM-Forscher Methoden der numerischen Strömungsmechanik (CFD, Computational fluid dynamics). Diese Methoden liefern sehr gute Näherungen für komplexe Probleme, verbrauchen weniger Rechenzeit und können mit den experimentellen Ergebnissen meist erfolgreich verglichen werden:

• Bei der Brandsimulation unterteilen die Wissenschaftler das Haus oder den Raum, in dem der simulierte Brand ausbricht, gedanklich und rechnerisch in kleine Einheiten.
• Sie berücksichtigen die physikalischen Grundsätze zur Energie- und Massenerhaltung.
• Sie bilden chemische Reaktionen, Strahlungen, Turbulenzen und verschiedene Materialien ab.
• Zudem berücksichtigen sie, ob zum Beispiel ein Fenster geschlossen, geöffnet oder zerbrochen ist.
• Die Simulationen werden dann durchgeführt unter der Annahme, dass einmal ein Feuer im Beisein von und einmal ohne brandhemmende Substanzen ausbricht.
• Ebenso werden die Ansprechgeschwindigkeit und die Wirkung von Brandmeldern auf die Reaktion der Bewohner simuliert.

Als Ergebnis erhalten die Forscher jeweils die Temperaturverläufe, die Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Gaskonzentrationen im Raum sowie die Rauchentstehung und -ausbreitung im Gebäude.

Experimente belegen den Wert der Brandsimulation

Solche Simulationen zeigen dann den Brandschutzforschern, wie sich zum Beispiel der Temperaturanstieg bei Verwendung brandhemmender Materialien verlangsamt, wie viel Zeit zusätzlich bleibt, bevor es zu einem Flashover kommt und wie lange die zusätzliche Zeit ist, die zur Flucht bleibt.

Experimente belegen dabei, dass die Brandsimulation den richtigen Weg weisen und dabei helfen kann, den Brandschutz immer weiter zu optimieren. Die Gefahren der modernen Haushalte müssen eben mit modernen Mitteln und Versuchen beantwortet werden.

Autor: Oliver Schonschek, Diplom-Physiker und Fachjournalist