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Feuer und Rauch
   
  Thermikströmungen bewirken die Ausbreitung der Rauch- und Brandgase
   
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Rauch-
simulation
Die Ausbreitung der Rauch- und Brandgase in geschlossenen und nicht entlüfteten Räumen wird bestimmt durch die Brandquelle, die einen nach oben gerichteten Thermikstrom (engl. Plume [sprich: Plüm]) erzeugt.
Da die aus dem unteren Raumbereich durch den Verbrennungsprozess und durch Konvektion entnommene und die auf dem Strömungsweg dem Thermikstrahl durch Induktion beigemischte Raumluft auch im unteren Raumbereich ersetzt werden muss, ergibt sich bei Räumen ohne Entrauchung zwangsläufig eine Rezirkulation in den Bodenbereich.
  Ein Vergleich
 

Das heißt, in geschlossenen Räumen müssen zwangsläufig Rückströmungen aus dem Deckenbereich in den Aufenthaltsbereich stattfinden, sodass auf diesem Wege auch Brandrauch in die Aufenthaltszone zurückgeleitet wird.
Diese Rückströmung findet vornehmlich an den Raumumschließungsflächen statt.

Da der Induktionsprozess im Bereich des voll ausgebildeten Thermikstrahls die höchsten Werte erreicht, wird auch zunächst vornehmlich der obere Raumbereich verraucht. Die Verrauchung im unteren Raumbereich verläuft etwas langsamer, da zunächst die sich ausbildende Kaltluftschicht aufgelöst wird. Trotzdem beträgt die Zeitspanne, bis der Brandrauch die Aufenthaltszone erreicht, meist nur wenige Minuten.

Derartige Strömungsvorgänge sind aus der Raumlufttechnik bekannt und stellen nur hinsichtlich der Strömungsintensität eine Besonderheit dar. Die Bewertung der Rauchausbreitung kann somit direkt auf die Grundlagen und Erfahrungen der Raumlufttechnik zurückgreifen.

Anders verläuft die Rauchausbreitung in den Räumen, die Entrauchungseinrichtungen aufweisen. Wird der im unteren Bereich entnommene Luftstrom durch nachströmende Luft von außen ersetzt, bilden sich zwei Luftschichten im Raum aus. Dies wird anschaulich in einer animierten " Rauchsimulation" gezeigt, die den Verrauchungsverlauf im Brandfall zweier baulich identischer Räume simultan aber einmal ohne und einmal mit Rauchschutztechnik darstellt.


Damit sich dieser Schichtprozess ausbilden kann, sind verschiedene Voraussetzungen zu erfüllen:

Zoom
  • Es muss sich ein Strömungsgleichgewicht einstellen. Das oben abströmende Rauchvolumen muss unten durch nachströmende Luft ersetzt werden.
  • Die nachströmende Luft muss möglichst impulsarm nachgeführt werden, um Ausspülungen aus dem Thermikstrahl zu vermeiden. Dazu sollte die Eintrittsgeschwindigkeit nicht größer als 1m/s sein.
  • Die Öffnungen zur Nachströmung müssen innerhalb der raucharmen Schicht angeordnet sein.
  • Werden Rauchabschnitte durch Rauchschürzen getrennt, sollte die Höhe der Rauchschürzen nach unten mindestens 50 cm größer sein als die kalkulierte Rauchschichtdicke, um ein Unterströmen zu verhindern.
  • Rauchabzugsflächen und Nachströmflächen müssen aufeinander abgestimmt sein und dürfen nicht unabhängig voneinander gewählt werden (z. B. Faktor 2).
  • Die Rauchabzugsfläche wird bestimmt durch die zu erwartende Größe von Rauchfreisetzung und Energiefreisetzung.

Die Brandrauchableitung kann mit natürlichen Rauch- und Wärmeabzugsgeräten (NRWG) oder mit mechanischen Systemen (MRA) erfolgen.

Bei der Frage der Bemessung solcher Anlagen stehen für Standardanwendungen die Regelwerke DIN 18232 Teil 2 und Teil 5 bzw. die VdS CEA-Richtlinie 4020 zur Verfügung

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Bei Sondergebäuden empfiehlt es sich, die Dimensionierung durch Feldmodellberechnungen (CFD-Berechnungen) oder durch Modellstudien im Labor durchzuführen. Komplexere Strömungsprozesse sind mit Zonenmodellen nicht ausreichend nachzuvollziehen, daher muss der Aufwand einer Feldmodellberechnung in Kauf genommen werden. Der Nachteil derartiger Berechnungen liegt jedoch darin, dass - wenn sie ordnungsgemäß durchgeführt werden - eine große Anzahl von Volumenzellen (z. B. 3 - 5 Millionen) erforderlich sind, um den Strömungsprozess vollständig zu erfassen. Dies bedeutet einen erheblichen Zeitaufwand zur Erstellung des mathematischen Modells und zur Durchführung der Berechnung, die darüber hinaus auch instationär über einen längeren Zeitraum durchzuführen ist. Aus diesem Grund führen bei der Entwicklung von Entrauchungskonzepten Modellstudien im Allgemeinen rascher zu einem zuverlässigen Ergebnis.
In den VDI-Richtlinien 6019 Blatt 1 und 2 sind diese Verfahren und deren Anwendungsgrenzen beschrieben.