Brandschutz-Ingenieurwesen — Modenschau.

Analyse der Wirksamkeit der Brandschutzsysteme

Modellierung des Vorführsaals

Wir haben eine Entrauchungsstudie in einem Saal bei einer Modenschau durchgeführt. Sie soll die Wirksamkeit der Entrauchungssysteme wie der Öffnungen im oberen Bereich zeigen, deren Aktivierung mit den Rauchmeldern verbunden ist. Ein Brandausbruch wurde an den auf der Bühne befindlichen Scheinwerfern modelliert.

FDS ist eine vom National Institute of Standards and Technology (NIST) der Vereinigten Staaten entwickelte numerische Simulationssoftware. Sie ermöglicht es, die Entwicklung eines Brandes, die Ausbreitung des Rauchs und die Dispersion der Wärme in einer gegebenen Umgebung zu modellieren und zu simulieren. FDS gilt als eine der leistungsfähigsten Software im Bereich der Brandsicherheit.

Ein digitaler Zwilling des Vorführsaals wurde realisiert, der alle die Szenarien beeinflussenden Systeme aufgreift. Das Ziel war zu bestimmen, ob das bestehende Entrauchungssystem in der Lage war, eine Sicht und Temperaturen aufrechtzuerhalten, die für die Evakuierung der anwesenden Personen akzeptabel sind.

Analyse der Simulationsergebnisse

Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass die aktuellen Entrauchungssysteme eine angemessene Sicht sowie akzeptable Temperaturen auf Mannshöhe während mehr als 5 Minuten gewährleisten, was so eine wirksame und vollkommen sichere Evakuierung des Publikums ermöglicht.

Die Dachfenster, durch den Rauchmelder aktiviert, sowie die Sprinkler haben optimal funktioniert, indem sie die Ausbreitung der Rauchgase im Inneren des Saals verlangsamten und eine für den Durchgang der Personen angemessene Temperatur aufrechterhielten. Die Deckenhöhe des Saals hat stark dazu beigetragen, die Rauchgase und die hohen Temperaturen von den Personen fernzuhalten, was eine Evakuierung unter günstigen Bedingungen gewährleistete.

Die Verwendung von FDS für diese Studie ermöglichte es, die mit der Ausbreitung der Rauchgase und der Sicht in einer präzisen Umgebung verbundenen Phänomene zu visualisieren und zu quantifizieren. Sie zeigte auch die Wirksamkeit dieses Werkzeugs im Bereich der Brandsicherheit.

Die erzielten Ergebnisse ermöglichten es, die notwendigen Verbesserungen zu identifizieren, um die Sicherheit der anwesenden Personen im Brandfall zu gewährleisten. FDS ist somit ein wesentliches Werkzeug, um die Qualität unserer Studien und unserer Empfehlungen im Bereich der Brandsicherheit zu sichern.

Bilanz der Entrauchungsstudie

Die Brandsicherheit und die Evakuierung der Personen sind große Herausforderungen beim Bau und der Renovierung von Gebäuden. Die Entrauchung spielt eine wesentliche Rolle, indem sie es ermöglicht, die Anwesenden schnell zu evakuieren und die Ausbreitung der toxischen Rauchgase zu begrenzen. Dank des Ingenieurwesens der Brandsicherheit und der fortgeschrittenen Simulationen ist es möglich, die Phänomene der Entrauchung und der Evakuierung besser zu verstehen, die potenziellen Gefahren zu analysieren und die Auslegungslösungen zu optimieren, um die Sicherheit der Anwesenden zu gewährleisten.

Die Studie der Evakuierung der Personen, verbunden mit den informatischen Simulationen, ermöglicht es, die Bewegung der Personen im Notfall vorherzusehen und eventuelle Probleme oder Hindernisse zu identifizieren. Dies ermöglicht es, wirksame Evakuierungspläne auszuarbeiten und angepasste Entrauchungssysteme einzurichten.

Es ist ebenfalls wichtig, sich an die geltenden Vorschriften und Normen zu halten: Spezifische Bewertungsmethoden und -werkzeuge werden verwendet, um das Erreichen der Sicherheitsziele und der Leistungskriterien des Gebäudes zu überprüfen. Die Berücksichtigung all dieser Elemente ermöglicht es, eine schnelle und sichere Evakuierung im Notfall zu gewährleisten, indem die Risiken für die Anwesenden begrenzt und der Eingriff der Rettungsdienste erleichtert werden.

Die entscheidenden Herausforderungen der Entrauchung in den Gebäuden

Die Gefahren und Folgen der Rauchgase verstehen

Um die Herausforderungen der Entrauchung in den Gebäuden mit Publikums- oder Personalverkehr besser zu verstehen, ist es wesentlich, die Gefahren und die Folgen der Rauchgase zu identifizieren.

Die Gefahren für die Personen sind hauptsächlich mit dem Einatmen toxischer Rauchgase verbunden, verantwortlich für 80 % der Todesfälle bei einem Brand. Die Opazität der Rauchgase erschwert die Sicht und die Orientierung und hindert die Anwesenden daran, die Notausgänge zu finden. Die Rauchgase enthalten im Übrigen zahlreiche toxische Verbindungen: erstickende Gase (Cyanide, Kohlenstoffoxide), die das zentrale Nervensystem dämpfen, und reizende Gase (Chlor), die Läsionen der Atemschleimhäute verursachen. Die hohen Temperaturen verursachen schließlich Verbrennungen und schwere Verletzungen.

Die Rolle der Entrauchung besteht darin, die Evakuierung der Anwesenden zu erleichtern, indem eine ausreichende Luftmenge und eine minimale Sicht aufrechterhalten werden, um die Wege begehbar zu machen. Sie trägt auch dazu bei, die Ausbreitung des Brandes zu begrenzen, indem die heißen Gase und die unverbrannten Partikel nach außen abgeführt werden, und ermöglicht zugleich den Zugang der Feuerwehr zum Brandherd. Die Abführung der heißen Rauchgase begrenzt schließlich den Anstieg der Innentemperatur und verringert das Risiko eines Einsturzes des Gebäudes.

Ingenieurwesen der Brandsicherheit (ISI): Flexibilität und Innovation

Bei Renovierungs- oder Bauprojekten von Gebäuden mit Publikumsverkehr oder Hochhäusern verlassen die von den Planern vorgeschlagenen Entrauchungslösungen häufig den regulatorischen Rahmen. Das Ingenieurwesen der Brandsicherheit bietet dann eine zusätzliche Flexibilität für die Anwendung innovativer baulicher Lösungen, die von der Vorschrift nicht vorgesehen sind.

Das ISI spielt ebenfalls eine wesentliche Rolle bei der Sanierung alter Bauwerke oder historischer Denkmäler, für die bestimmte Änderungen mit den bestehenden Methoden unmöglich zu validieren wären. Es ermöglicht auch, komplexe und innovative Bauwerke wie Brücken, Stadien, Tunnel oder Hochhäuser außerhalb der üblichen Normen zu konzipieren.

Die wichtigsten Etappen des ISI-Vorgehens sind:

• Definition der Brandschutzziele, die das Bauwerk erreichen muss;
• Identifizierung und Analyse der Gefahren im Gebäude;
• Auswahl der Brandszenarien, die für die Bewertung des Sicherheitsniveaus verwendet werden;
• Wahl der Bewertungsmethoden und -werkzeuge;
• Überprüfung des Erreichens der Ziele der Sicherheit und der Leistungskriterien;
• Ausarbeitung eines Lastenhefts, das die Betriebsbedingungen festlegt.

Jede Studie hält sich an die geltenden Vorschriften: Das Bau- und Wohnungsgesetzbuch, das Arbeitsgesetzbuch und das Umweltgesetzbuch legen die für jeden Einrichtungstyp spezifischen Auslegungsregeln fest.

Numerische Modellierung der Evakuierungen im Brandfall

Definition und Normen

Die Evakuierung kann definiert werden als eine Handlung, die es ermöglicht, einen sicheren Zufluchtsort oder eine Sicherheitszone zu erreichen, gemäß der Norm NF EN ISO 13943 vom März 2011. Die Entrauchungsstudie besteht darin, die Evakuierung der in der betroffenen Zone anwesenden oder sie voraussichtlich durchquerenden Personen zu analysieren. Die informatische Modellierung der Evakuierungen ermöglicht es, die theoretische Bewegung der Personen im Brandfall zu bewerten: Indem sie eine 3D-Darstellung bietet, hilft sie, die Funktionsweise der gebauten Umgebung zu verstehen, wenn eine große Anzahl von Personen anwesend ist, und die Evakuierung in Echtzeit zu visualisieren.

Dank der mit den Rauchabführungssimulationen gekoppelten Evakuierungssimulationen ist es möglich zu bestimmen, ob die Entrauchungssysteme eine beherrschte Evakuierung ab den ersten Auslegungsetappen ermöglichen. Die Zeit der Insicherheitbringung teilt sich in mehrere Phasen; obwohl sequentiell dargestellt, sind diese Phasen in Wirklichkeit miteinander verbunden, und einige treten gleichzeitig auf.

Um die Kritikalitätskriterien des ISI DF präzise zu bewerten, ist es notwendig, die geeigneten Szenarien auszuwählen und die Zeit der Insicherheitbringung der Personen (TMSP) mit der erreichten Zeit des Kriteriums (TAC) zu vergleichen. Die TMSP muss stets unter der TAC bleiben; andernfalls müssen Zufluchtszonen vorgesehen werden, um die Sicherheit der Anwesenden zu gewährleisten.

Vereinfachter Ansatz der minimalen Evakuierungszeit

Um die für die Evakuierung einer Zone notwendige Zeit zu schätzen, kann man sich auf vereinfachte Hypothesen stützen. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren sind:

• Anzahl der zu evakuierenden Personen: Je mehr Personen, desto länger dauert die Evakuierung in Sicherheit;
• Verfügbarkeit der Ausgänge: Je mehr Ausgänge, desto weniger Zeit ist notwendig;
• Kenntnis des Evakuierungsplans: Mit den Orten vertraute Anwesende evakuieren schneller;
• Infrastruktur der Einrichtung: Anordnung, Breite der Korridore und Türen, Treppen, Aufzüge;
• Koordinationsfähigkeit: Eine gute Kommunikation beschleunigt den Prozess.

Dieser Ansatz liefert schnell eine ungefähre Schätzung, berücksichtigt aber keine wichtigen Faktoren wie die Panik, die Bevölkerungsdichte, die Hindernisse und die individuellen Verhaltensweisen.

Entwickelter Ansatz zur Bestimmung der Evakuierungszeit

Für eine detailliertere Schätzung verwendet man Software-Simulationen, die ein virtuelles Modell des Gebäudes erstellen, indem sie seine physikalischen Eigenschaften integrieren (Anordnung der Räume, Treppen, Ausgänge…). Während der Simulation werden jedem virtuellen Anwesenden Mobilitätseigenschaften zugewiesen, die auf Modellen des menschlichen Verhaltens beruhen; die Software zeichnet seine Position und seine Bewegung auf, was es ermöglicht, die für das Erreichen einer Sicherheitszone notwendige Zeit zu bestimmen.

Die Evakuierungszeit kann in verschiedenen Formen analysiert werden (mittel, median, minimal, maximal), um die Leistung der Evakuierung besser zu verstehen und die kritischen Punkte zu identifizieren. Zusätzliche Faktoren — Verstopfungen an den Ausgängen, Ortskenntnis, Sichtverlust durch den Rauch — verfeinern die Schätzung. Da diese Simulationen Näherungen bleiben, ist es weiterhin wesentlich, die Ergebnisse zu validieren mithilfe realer Daten oder Vor-Ort-Versuche.

Das Entrauchungs-Ingenieurwesen bei EOLIOS

Das Entrauchungs-Ingenieurwesen zusätzlich zur CFD

EOLIOS Ingenieurbüro ist ein auf die numerische Modellierung der aeraulischen und thermischen Phänomene sowie auf die HLK- und Belüftungssysteme spezialisiertes Unternehmen. Das Unternehmen konzentrierte sich zunächst auf die thermo-aeraulischen Studien großer Strukturen: thermischer Komfort, Innenraumluftqualität, Schutz von Kunstwerken, interne und externe Phänomene der Rechenzentren, Aeraulik der Glashütten und Stahlwerke.

Im Laufe der Zeit hat EOLIOS Studienprotokolle in zahlreichen Bereichen entwickelt: Dispersion von Schadstoffen und Stäuben, Druckverluste, Dimensionierung von Schornsteinen und statischen Belüftern, natürliche Belüftung. Das Unternehmen gilt heute als Referenz in der Strömungsmechanik, mit Realisierungen an komplexen Projekten über mehrere Kontinente.

Dank seiner Expertise in CFD und der Unterstützung von auf Brandsicherheit spezialisierten Ingenieuren hat sich EOLIOS natürlich zum Entrauchungs-Ingenieurwesen hin orientiert, indem es fortgeschrittene Simulation und regulatorisches Wissen kombiniert, um alle mit der Brandsicherheit verbundenen Herausforderungen anzunehmen.