Demanega

Damit es zu einem Nrand kommt, sind 4 Grundlagen zu erfüllen:

• Ein brennbarer Stoff
• Eine ausreichende Menge an Sauerstoff (Oxidationsmittel)
• Eine ausreichend hohe Zündenergie bzw. Zündtemperatur
• Ein ausreichendes Mischverhältnis.

Die ersten drei Grundlagen werden praktisch als Brand-Dreieck bezeichnet.

Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe weisen ein grundsätzlich unterschiedliches Brandverhalten auf. Während Gase unmittelbar brennen können, insofern die Konzentration günstig ist, brennen im Falle der Flüssigkeit die gasförmigen Dämpfe, die sich bei Erreichen spezifischer Temperaturen bilden. Wesentlich ist die Entzündungstemperatur (Flash Point). Bei Feststoffen ist es zuvor notwendig, dass das Ausgangsmaterial zersetzt wird (Pyrolyse).

Ein Brand entsteht bei Feststoffen oder Flüssigkeiten dadurch, dass ein Brennstoff im (endothermen) Prozess der Pyrolyse brennbare Gase und Dämpfe freisetzt: Der feste oder flüssige Brennstoff (z. B. Holz, Papier, Kunststoff) zersetzt sich thermisch, ohne Sauerstoffbeteiligung. Dabei entstehen brennbare Gase und Dämpfe (z. B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Wasserstoff).

Die bei der Pyrolyse freigesetzten Gase mischen sich mit Luft (Sauerstoff). In der Gasphase findet die eigentliche Verbrennung statt. Diese ist exotherm. Die freiwerdende Wärme unterhält die Pyrolyse, es entstehen neue brennbare Gase. Folglich entsteht – unter Umständen und bei günstigen thermischen Verhältnissen und Sauerstoffzufuhr – eine Kettenreaktion, die den Brand am Laufen hält.

Pyrolyse (von Pyro = Feuer oder Hitze und Lyse = Auflösung oder Zersetzung) bezeichnet thermo-chemische Prozesse, in denen organische Verbindungen bei hohen Temperaturen und weitgehend unter Ausschluss von Sauerstoff gespalten werden. Die Pyrolyse ist grundsätzlich ein endothermer Vorgang.

Als thermische Stabilität wird die Abhängigkeit der relativen Zersetzungsrate von der Temperatur bezeichnet. Die Moleküle zerfallen im Rahmen der Pyrolyse in den meisten Fällen in kleinere Moleküle. Bei Flüssigkeiten entsteht dabei nicht notwendigerweise eine chemische Veränderung. Bei Feststoffen stellt sich ein endothermischer Prozess ein. Bei Feststofffeuerungen wird leicht entzündliches Material mit großer Oberfläche verwendet, um den Brennstoff bis zur Zündtemperatur zu erwärmen.

Ein endothermischer Prozess ist ein Vorgang, bei dem Energie (in der Regel Wärme) aus der Umgebung aufgenommen wird. Der Gegensatz ist ein exothermischer Prozess, bei dem Wärme abgegeben wird (ΔH < 0), z. B. Verbrennung.

Damit sich ein Brennvorgang fortsetzt, ist es notwendig, dass die im Brennprozess produzierte Energie jene Energie übersteigt, die im exothermen Vorgang an die Umgebung verloren geht. Es erklärt sich von selbst, dass das Löschen mit Wasser darauf abzielt, die Energie und Wärme zu reduzieren.

Eine Verbrennung ist eine exotherme Redoxreaktion, bei der ein brennbarer Brennstoff oxidiert. Solange eine ausreichende Sauerstoffzufuhr gegeben ist, stellen sich Kettenreaktionen ein, die die Verbrennung antreiben.

Bei einer Verbrennung handelt es sich um eine chemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und in der Regel Sauerstoff. Damit diese Reaktion stattfinden kann, müssen sich die Teilchen des Brennstoffs und des Sauerstoffs direkt berühren und miteinander reagieren können, was grundsätzlich passiert, wenn sich beide in einem gasförmigen Zustand befinden.

Wesentliche Parameter sind:

Die Zündtemperatur (Ignition temperature / temperatura di innesco): Die niedrigste Temperatur, bei der ein Stoff in Gegenwart einer Zündquelle brennbare Dämpfe/Gase bildet und sich entzündet.

Die Selbstentzündungstemperatur (Autoignition temperature / temperatura di autoignizione): Die Temperatur, bei der sich ein Stoff ohne äußere Zündquelle (also ohne Flamme oder Funken) selbst entzündet.

Der Flammpunkt (Flash point / punto di infiammabilità): Die niedrigste Temperatur, bei der eine Flüssigkeit Dämpfe erzeugt, die mit einer Zündquelle kurz aufleuchten (aber noch nicht notwendigerweise brennen).

Die Untere / Obere Brennbarkeitsgrenze (limite inferiore / superiore di infiammabilità): Konzentrationsgrenzen (Vol.-%) eines brennbaren Gases/Dampfes in der Luft, innerhalb derer Zündung/Brennen möglich ist:

• Die niedrigste brennbare Konzentration ist die untere Brennbarkeitsgrenze (Lower Flammmability Limit).
• Die höchste brennbare Konzentration ist die obere Brennbarkeitsgrenze (Upper Flammmability Limit).

Für Gase wird außerdem ein Explosionsbereich (campo di esplosività) definiert, der enger ist als der Zündbereich. Analog zum Brennbarkeitsbereich sind die beiden Grenzen definiert:

• Untere Explosionsgrenze (lower explosive limit LEL)
• Obere Explosionsgrenze (Upper explosive limit UEL)

Die Zündenergie (Ignition energy / energia di innesco): Die minimale Energiemenge (z. B. eines Funkens), um die Zündung einer brennbaren Mischung zu initiieren. Einheit: Joule (J).

Die Wärmefreisetzungsrate (Heat Release Rate HRR / tasso di rilascio di calore / potenza termica rilasciata): Die Energiemenge pro Zeit, die ein Brand freisetzt, stellt eine zentrale Größe für Brandwachstum und Gebäudeschutz dar. Einheit: kW oder kW/m².

Die Brandlast (Fire load / carico d’incendio): Die gesamte Energie in einem Raum/Objekt, die bei vollständigem Verbrennen freigesetzt werden kann. Einheit: MJ/m² oder MJ pro Raum.

Wird ein Brand durch die Ventilation kontrolliert, erreicht dieser mitunter nicht Freisetzung der maximalen Wärmeenergie, weil der dazu notwendige Sauerstoff fehlt. Kontrolliert der Zündstoff den Brand, entwickelt dieser sein volles Wärmepotential.

Ein Flashover ist der schlagartige Übergang von einem Entstehungsbrand zu einem Vollbrand in einem geschlossenen Raum, bei dem durch die stetige Wärmezufuhr die Raumtemperatur auf etwa 500 bis 600 °C ansteigt und sich unter der Decke eine heiße Rauchgasschicht bildet, die durch Konvektion immer weiter nach unten gedrückt wird, während brennbare Materialien im gesamten Raum durch Wärmestrahlung und heiße Brandgase Pyrolysegase freisetzen, bis diese Gase und die Oberflächen der Einrichtungsgegenstände gleichzeitig ihre Zündtemperatur erreichen und sich nahezu der gesamte Raum innerhalb weniger Sekunden entzündet, was zu einer extrem schnellen Temperatursteigerung, vollständiger Raumerfassung durch Feuer und akut lebensgefährlichen Bedingungen führt.

Die Evakuierung von Menschen muss sich im Brandschutz auf die Phase vor dem Flashover beziehen, weil durch den Flashover die Lebensbedingungen gegen null gehen.

Literatur:

[1] Wolfgang M. Willems: „Lehrbuch der Bauphysik“, Springer Vieweg, Wiesbaden 2017

[2] Leonardo Corbo: „Manuale di prevenzione incendi“, Tipografia del genio civile, Roma 2023