1. Brandsimulation - Ein Überblick

Die Simulation von Bränden in Gebäuden oder technischen Anlagen, respektive die Berechnung der Rauch- und Wärmeausbreitung, gehört zu den schwierigeren Aufgaben der numerischen Simulation. Neben speziellen Kenntnissen der physikalisch-chemischen Prozesse, bedarf es hierbei auch vertiefender Kenntnisse über die eingesetzten numerischen Verfahren.

Gerade diese Verflechtungen von brandschutzspezifischen Know-How mit Strömungsdynamik, Verbrennungskinetik und numerischer Mathematik führt dazu, dass die Simulationsanwendung und die Interpretation der Ergebnisse für viele Brandschutz-Sachverständige eine nicht oder nur schwer einschätzbare Black-Box ist.

Gleichzeitig werden mit Hilfe der Simulationstechnik Lösungsansätze begründet, die mit der Anwendung anderer Methoden nicht möglich sind. Die Simulationsrechnungen sollen hierbei die Auswirkungen eines mutmaßlichen Brandereignisses vorhersagen, so zum Beispiel:

• die Rauchausbreitung bzw. die wirksame Entrauchung
  Die Benutzbarkeit von Fluchtwegen über einen hinreichend langen Zeitraum für die Flucht von Menschen aus dem Gefahrenbereich. Mit Hilfe von Simulationen zur Rauchausbreitung werden Menge und Verteilung der Schadstoffkonzentrationen sowie die optische Rauchdichte vorhergesagt und die geplanten Entrauchungsmaßnahmen bewertet.
  
  
• die Temperaturbeanspruchung von Bauteilen
  Sowohl für die Flucht von Menschen, als auch für die Rettungs- und Löschmaßnahmen der Feuerwehren dürfen die Temperaturen in den Flucht- und Rettungswegen nicht zu hoch sein. Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die durch den Brand entstehende Temperaturbelastung an tragenden Bauteilen. Diese dürfen für die Dauer der Rettungs- und Löschmaßnahmen nicht versagen.
  
  
• das Ansprechverhalten von Branddetektoren
  Damit der anlagentechnische Brandschutz in Form von Brandmeldeanlagen, Sprinkleranlagen oder Rauchabzügen wirksam werden kann, müssen diese den Brand zunächst detektieren. Diese Ansprechzeiten werden unter anderem mit Hilfe von Simulationsrechnungen ermittelt und so Aussagen über den Zeitraum getroffen, in dem sich ein Brand ungestört entwickeln kann. Dies ist nicht nur in Gebäuden, sondern auch in technischen Anlagen oder Verkehrsmitteln von Interesse.
  
  
• die Wirksamkeit von Fluchtwegsplanungen
  In noch komplexeren Ansätzen wird die von der Brandsimulation berechnete Brand- und Rauchausbreitung mit Simulationsmodellen für die Berechnung des Evakuierungsverhaltens gekoppelt. Auf diese Weise wird die Evakuierung eines Bauwerks fallbezogen simuliert und die Wirksamkeit der Fluchtwegsgestaltung nachgewiesen.
  
  

Die Simulationstechnik ermöglicht somit einen Wechsel in der Sicherheitsbetrachtung. Anstatt durch starre technische Regelungen die Entwicklung neuer Architektur bzw. die Realisierung neuer benötigter Bauformen zu verzögern, beziehungsweise diese Regeln immer erst nach Schadensereignissen und erlittenem Leid zu verbessern, können durch den sorgsamen Einsatz der Simulationstechnik mögliche Probleme im Vorfeld erkannt und vermieden werden.

Hierfür ist allerdings eine sorgfältige Plausibilitätsprüfung derartiger sicherheitsrelevanter Brandsimulationen notwendig. Diese Prüfungen sind Gegenstand des Leistungsangebotes der INURI GmbH.

2. Plausibilitätsprüfung

Die den Brandsimulationen zugrunde liegende Technologie bedarf großer Sorgfalt. Weder Computergläubigkeit, blindes Vertrauen in die immer realistischere grafische Darstellung der Rechenergebnisse, noch die kategorische Ablehnung sind gerechtfertigt. Vielmehr muss für jeden Anwendungsfall geprüft werden, ob die in dem Rechenprogramm genutzten numerischen Rechenverfahren mit ihren  Vereinfachungen und Annahmen die erforderliche Aussagefähigkeit und -genauigkeit besitzen. Diese Beurteilung erfordert eine Gesamtbetrachtung der in dem Programm implementierten physikalischen aber auch numerisch-mathematischen Modelle im Kontext der jeweiligen Anwendung. Allgemein für jeden Anwendungsfall geeignete Softwareprogramme kann es aus diesem Grund nicht geben.

Detaillierte Informationen zu diesem Zusammenwirken aus vereinfachten physikalischen Modellen, ihren numerisch-mathematischen Lösungsalgorithmen und den damit verbundenen Schwierigkeiten und Kontrollaufgaben, haben wir in den nachfolgenden Literaturstellen ausführlich beschrieben.

• Münch, M.:
  Konzept zur Absicherung von CFD-Simulationen im Brandschutz und in der Gefahrenabwehr
  Verlag INURI GmbH Berlin, ISBN 978-3-944809-00-7, 2013
  (zugleich Dissertation Otto-von-Guericke Universität Magdeburg)
  (Bezugsquelle)
  
  
  
  
  
• Münch, M.; Klein, R. :
  CFD at its Limits: Scaling Issues, Uncertain Data, and the User's Role.
  in Process and Plant Safety, Applying Computational Fluid Dynamics, p. 189 - 212, Ed. J. Schmidt, April 2012, 1. Edition, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA
  ISBN 978-3-527-33027-0 ( Summary )
  
  
  
  
  
  
  
• Münch, M.; Belaschk, H.; Klein, R.:
  Grundlagen der Brandsimulation - Einführung in die übergeordneten Zusammenhänge.
  Kapitel C4, S. 227 - 248, Bauphysik-Kalender 2015: Schwerpunkt: Simulations- und Berechnungsverfahren, Hrsg. A. Fouad, 15. Jahrgang, 1. Auflage, Berlin : Ernst, Wilhelm & Sohn, ISBN 978-3-433-03105-6
• Münch, M.:
  Absicherung von CFD-Simulationen im Brandschutz.
  Kapitel C5, S. 249 - 267, Bauphysik-Kalender 2015: Schwerpunkt: Simulations- und Berechnungsverfahren, Hrsg. A. Fouad, 15. Jahrgang, 1. Auflage, Berlin : Ernst, Wilhelm & Sohn, ISBN 978-3-433-03105-6
  
  
  
  

3. Einführung in die Brandsimulation

Auf den nachfolgend verlinkten Seiten finden Sie eine kurze Einführung in die grundlegenden Techniken und Herausforderungen der Brandsimulation.

Einführung in die Brandsimulation