Theater sind Veranstaltungsorte, die je nach Größe zwischen 30 und 700 Zuschauern Platz bieten. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass bei Problemen wie Bränden die plötzliche Evakuierung einer großen Anzahl von Menschen vorgesehen wird. Im Falle eines Brandes wird der Rauch zunehmen und sich ausbreiten. Dies kann dazu führen, dass Fluchtwege aufgrund von Hitze, Rauchentwicklung und schlechter Sicht blockiert werden.

Mithilfe der numerischen Strömungsdynamik (CFD) wird sichergestellt, dass Fluchtwege frei sind und Rauchabzugssysteme effektiv gestaltet werden, um zur Rettung von Menschenleben beizutragen und den Brand oder seine Ausbreitung zu bekämpfen. Das Ziel unserer Entrauchungsstudie ist es, die Ausbreitung des Rauchs zu modellieren, um im Brandfall den Abzug von Rauch, Verbrennungsprodukten und Personen aus dem Theater unteroptimalen Bedingungen zu ermöglichen.

Simulation des Windes um das Gebäude

Der gesamte Standort wurde von unseren EOLIOS-Ingenieuren mit einer 3D-Software nachgebildet. Dieses Modell wird aus dem 3D-Modell des Gebäudes und der Systeme erstellt.

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3D-Modell des Theaters, das in der Entrauchungstechnik untersucht wurde

Diese Modellierung ermöglicht es später, die CFD-Simulation für jedes Szenario durchzuführen.

Da es nicht das Ziel ist, das Modell mit unangemessenen Details zu überladen, um die Rechenleistung für die sensiblen Bereiche der Studie innerhalb des Volumens zu maximieren, wird die Volumetrie so durchgeführt, dass alle Elemente berücksichtigt werden, die sich auf die Aeraulik des Volumens auswirken.

Erstellen eines digitalen Studienmodells

Software ermöglicht Fluidstudien, kann aber nicht vorhersagen, ob brennbare Objekte gezündet werden und wie sie verbrennen (Energie und erzeugte Abwässer). Daher wird das Phänomen der Verbrennung in dieser Studie nicht modelliert. Der Brand wird mithilfe eines volumetrischen Wärmemodells modelliert, d. h. es werden nur die thermischen und toxischen Auswirkungen der Verbrennung in einem Volumen berücksichtigt, das als die Zone definiert ist, in der die Verbrennung stattfindet.

Es liegt dann in der Verantwortung des Nutzers, dieEingabedaten für die Vorlage sorgfältig auszuwählen. Eine Verbrennung ist eine Reaktion, bei der Wärme freigesetzt wird. Diese Wärmemenge pro Zeiteinheit, die als Wärmefluss oder Feuerkraft bezeichnet wird, ist zeitlich nicht konstant (kleine Flammen, dann helle Flammen, dann allmähliches Erlöschen) und daher kompliziert zu definieren. Daher werden Vorstudien durchgeführt, um diezeitliche Entwicklung der Wärmemenge und die Emissionsraten der Verbrennungsprodukte zu bestimmen, die dann als Inputdaten dienen. EOLIOS verfügt über eine Datenbank, mit der die Bedingungen für die Rauchentwicklung für die gängigsten Materialien definiert werden können.

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Modell des Theaters in der Entrauchungstechnik -Flammengeschwindigkeiten

Geplante Szenarien

Es ist sehr schwierig, die genaue Position eines zukünftigen Brandherdes vorherzusagen. Aus diesem Grund werden mehrere Studien mit unterschiedlichen Szenarien durchgeführt. Die Standorte der untersuchten Feuerstellen wurden für den ungünstigsten Fall angenommen, um die Entrauchungsanlagen bestmöglich zu dimensionieren. Diese ungünstigen Fälle erfüllen mehrere Einschränkungen:

Maximierung des Rauchwegs zwischen dem Herd und dem nächstgelegenen Auslass
Maximierung der Erfassungszeit
Die Entdeckung des Feuers verzögern
Blockieren der Nutzung eines Notausgangs oder eines Fluchtwegs
Förderung der Ansammlung von Hitze und Rauch in einem bestimmten Bereich

In der Phase der Modellentwicklung geht es darum, verschiedene wesentliche Parameter für jedes Brandszenario zu definieren. Diese Einstellungen sind :

Die Position des Fokus
Die Charakterisierung des Ausbruchs
Bauelemente, Systeme und Maßnahmen, die sich auf die Entwicklung und Ausbreitung eines Brandes auswirken

Mit diesen verschiedenen Szenarien soll sichergestellt werden, dass die Entrauchungsanlagen angemessen dimensioniert sind, um die Schutzziele zu erfüllen. Die ideale Lage von Notausgängen, Brandschutztüren und Entrauchungssystemen lässt sich also bestimmen, indem man den Weg beobachtet, den der Rauch durch das Theater nimmt.

CFD-Simulation des Modells

In technischen Studien zur Entrauchung kann die Gasdiffusion in Raum und Zeit dargestellt werden. Sie ist mit einer multiphysikalischen Modellierung gekoppelt, die die Phänomene aus der Rauchbildung berücksichtigt. Das Fachwissen von EOLIOS in den Bereichen Thermik und Aeraulik bietet innovative und relevante Lösungen für Klima- und Brandrisiken. Die Umsetzung von CFD-Simulationen erfordert Experten in den Bereichen Strömungsmechanik, Thermik und numerische Simulationen.

EOLIOS Ingenieure, die auf Thermo-Aeraulik und Strömungsmechanik spezialisiert sind, arbeiten eng mit anderen EOLIOS Ingenieuren zusammen, die auf Brandrisiken und Systeme spezialisiert sind.

Für unsere Studie wird für jedes betrachtete Szenario eine CFD-Simulation durchgeführt. Es ist notwendig, die Randbedingungen vorab zu bestimmen, um die partiellen Differentialgleichungen des Modells zu lösen. Ein passendes Netz wird dann automatisch aus der Modellgeometrie generiert, kann aber an Stellen, an denen mehr Genauigkeit gewünscht wird, auch feiner gemacht werden.

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3D-Modell des Theaters in der Entrauchungstechnik - Temperaturen

Mit den verschiedenen Simulationen kann man die Bewegung von Hitze und Rauch untersuchen, die der Bewegung der durch den Brand erzeugten Luft folgen. Es muss festgestellt werden, wie lange die verschiedenen Zugänge zu den Notausgängen durch Rauch blockiert gewesen wären, wodurch eine Evakuierung unter guten Bedingungen ganz oder teilweise verhindert worden wäre.

Untersuchung des Windpotenzials

Die Ergebnisse ermöglichen es, die thermischen Bedingungen und den Wärmefluss zu erfassen, denen Menschen während ihrer Evakuierung und Feuerwehrleute während ihres Einsatzes ausgesetzt sein können. So kann eine Lösung zur Verbesserung der bestehenden Entrauchungssysteme erarbeitet werden. EOLIOS schlägt ein neues System vor, das die Sicherheit der Menschen, die geltenden Vorschriften sowie die Umweltbedingungen berücksichtigt. Vorschläge zur Gestaltung des Geländes, z. B. zur Lage von Notausgängen und Brandschutztüren, werden auch unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der sich der Rauch in den Räumen ausbreitet, der Temperaturen im Theater und der Sichtbarkeit des Rauchs gemacht, die die größte Entfernung ist, aus der ein Objekt gesehen werden kann.