virtuelles Verfahren der Brandsimulation

Beschreibung

Wegen ihrer Komplexität werden Simulationen i. d. R. mit einzelnen oder Netzwerken von Computern durchgeführt. Diese theoretischen Berechnungen werden oft zusätzlich durch reale Brandversuche verifiziert. Auf diese Weise wird z. B. die Ausbreitung von Feuer und Rauch unter authentischen Bedingungen ermittelt.

Gerade bei bestehenden Gebäuden sind Simulationen oder Brandversuche in kleinem Maßstab oft die einzige Möglichkeit, den Nachweis zu führen, dass die erforderlichen Schutzziele des Baurechts erfüllt werden. Auf Basis solcher numerischer und physikalischer Simulationen erhält man realitätsnahe und sichere Ergebnisse.

Die erforderlichen Maßnahmen des Brandschutzes lassen sich so gezielt planen. Die Bemessung bzw. Auslegung z. B. von anlagentechnischen Maßnahmen zur Rauchableitung oder zur Löschung lassen sich ebenso optimieren wie die Gestaltung der Fluchtwege im Gebäude.

Mit Hilfe von Tragwerksbemessungen, z. B. nach Ingenieurmethoden bzw. nach Eurocodes, kann ermittelt werden, wie lange ein Bauteil den Temperaturen im Brandfall standhält. Gleichzeitig sind durch rechnergestützten Personenstromanalysen in Verbindung mit Evakuierungsszenarien die notwendigen Zeiten für eine Evakuierung von Gebäuden genau bestimmbar.

Simulation eines Brandes in einem Gebäude Grafik_Ing. Michael Pulker_MSc
Simulation eines Brandes in einem Gebäude Grafik: Ing. Michael Pulker, MSc

Ingenieurtechnische Nachweise

Computergestützte Simulationen bieten u. a. folgende Möglichkeiten:

  • Brandsimulationen
  • Brand- und Rauchversuche
  • Tragwerksbemessung, z. B. nach Eurocode 1 (DIN EN 1991), Eurocode 2 (DIN EN 1992) usw.
  • Personenstromanalysen und Evakuierungsnachweise
  • Ermittlung der Brandlasten und Brandgefährdungen, z. B. nach der DIN 18230-1 u. a.

Beschreibung der Verfahren

1. Brandsimulationen

Computermodelle bilden komplexe Gebäudestrukturen und die Auswirkungen eines möglichen Brandes dreidimensional und realitätsnah ab. Dabei kann z. B. die Verrauchung eines Bereiches detailliert untersucht werden.

2. Evakuierungssimulationen

Sie beschreiben in dreidimensionalen Animationen die bei einer Gefahr zu erwartenden Personenbewegungen in räumlich komplexen Gebäudestrukturen. Die geplanten Wege und Maßnahmen zur Evakuierung können so verifiziert werden.

3. Heißbemessungen des Tragwerkes

Durch die Heißbemessung von Bauteilen oder Tragwerken auf Basis der Finite-Elemente-Methode kann ihr Feuerwiderstand ermittelt werden. Alternativ dazu können die Belastungsgrenzen berechnet werden. Neben der tatsächlichen Einbausituation des Bauteils werden bei der Simulation die Raumgeometrie, die Ventilationsverhältnisse und das wahrscheinliche Brandszenario berücksichtigt. Die mit dem Berechnungsverfahren ermittelten Temperaturen sind individuell und demzufolge genauer als bei der Betrachtung über die Einheitstemperaturkurve (ETK).

Vergleichende und schutzzielorientierte Simulationsnachweise

Zum Nachweis konzeptioneller Abweichungen (z. B. Fassadengestaltung ohne Berücksichtigung des Brandüberschlags) kann eine vergleichende Simulation (computergestützte Brandsimulation) zwischen dem abweichenden Entwurf und der bauordnungsrechtlich korrekten Variante durchgeführt werden. Die Analyse und Interpretation der simulierten Temperaturen dient als dann als Beleg, dass die Schutzziele des abweichenden Entwurfs eingehalten werden. Schutzzielorientierte Simulationsnachweise werden insbesondere bei komplexen Industriebauten angewendet. Sie stellen z. B. sicher, dass innerhalb eines erforderlichen Zeitraums Rettungswege benutzbar oder wirksame Löscharbeiten möglich sind.

Der Nachweis kann z. B. über das Handrechenverfahren gemäß Muster-Industriebaurichtlinie (M-IndBauRL) Abschnitt 7 geführt werden. Dabei wird ermittelt, wie lange ein Vollbrand in einem Brandbekämpfungsabschnitt dauern kann, wenn die vorhandene Brandlast vollständig verbrennen würde.

Andererseits kann der Nachweis über eine Computersimulation gemäß Anhang I M-IndBauRL erfolgen. Dabei wird an einer bestimmten Stelle ein virtueller Brand entwickelt, der entsprechend Temperatur- und Rauchverlauf nachfolgende Konsequenzen ableiten lässt.

 

Validierte und verifizierte Programme

Die Durchführung von Simulationen ist mit nachweislich validierten und verifizierten Programmen zulässig, die das Brandgeschehen dynamisch beschreiben sowie anerkannte Rechenverfahren, deren physikalische Grundlagen bereits vollständig veröffentlicht sind. Der für eine Simulation erforderliche Zeitaufwand ist vom gewählten Rechenmodell, den Abmessungen und Besonderheiten des Gebäudes sowie der Anzahl der erforderlichen Brandszenarien abhängig. Bei einem ingenieurtechnischen Nachweis können eine Vielzahl von Varianten für die Simulation desselben Objektes zusammen-kommen.

Entscheidend für die erfolgreiche Anwendung einer Simulation ist vor allem fundierte ingenieur- und brandschutztechnische Erfahrung, auf deren Grundlage Ergebnisse interpretiert und Schlussfolgerungen formuliert werden können.

Die Anwendung von Brandsimulationen muss mit der genehmigenden Behörde, dem Prüfingenieur oder dem Prüfsachverständigen im Voraus abgestimmt werden.