Probabilistische Bewertung von Entrauchungsanlagen

• Probabilistic evaluation of smoke extraction systems

Wesseling, Mark Thomas; Müller, Dirk (Thesis advisor); Kriegel, Martin (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : E.ON Energy Research Center, RWTH Aachen University (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: EBC, Energy efficient buildings and indoor climate 87
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Weltweit gibt es sehr viele Todesfälle durch Brände in Gebäuden, die häufig durch den dabei entstehenden Rauch verursacht werden. Dieser stellt dabei nicht nur ein Atemgift dar, er verringert zusätzlich die Sichtweite und erschwert somit aus dem Gebäude flüchtenden Personen die Orientierung. Um den Rauch im Brandfall aus dem Gebäude abzuführen, können Rauch- und Wärmeabzugsanlagenverwendet werden. Zu diesen zählen insbesondere die natürlichen Rauchabzugsanlagen (NRA), die das Rauchgas aufgrund des hydrostatischen Drucks durch Dachöffnungen abtransportieren, und die maschinellen Rauchabzugsanlagen (MRA), die durch Ventilatoren betrieben werden. Die Leistungsfähigkeit der Anlagen ist von verschiedenen Randbedingungen abhängig, die - wie beispielsweise das Wetter - kaum vorhersagbar sind und einer großen Streuung unterliegen. Trotz dieser Abhängigkeit wird die Unsicherheit der Randbedingungen im Planungsprozess nach aktuellem Stand der Technik nicht hinreichend berücksichtigt. Zur Schließung dieser Lücke im Planungsprozess wird mit der vorliegenden Arbeit ein neues simulatives Verfahren vorgestellt, das die Randbedingungen und deren realitätsnahe Streuung bei der Berechnung von Leistungskriterien berücksichtigt. Hierzu wird ein Strömungssimulationsmodell für den CFD-Code Fire Dynamics Simulator (FDS) erstellt und mit der Monte-Carlo-Methode gekoppelt. Die durchgeführte Sensitivitätsanalyse zeigt, dass unterschiedliche Parameter zur Beschreibung des Wetters sowie des Brandherds einen besonders großen Einfluss auf die Leistungskriterien haben. Aus diesem Grund werden im probabilistischen Simulationsmodell die Windgeschwindigkeit und -richtung sowie die Außentemperatur, die maximale Brandleistung, der Brandentwicklungsfaktor, die Rußausbeute und die Position des Brandherds mit entsprechenden Verteilungsfunktionen implementiert. Um den Wind bei akzeptablen Rechenzeiten berücksichtigen zu können, wird im Modell eine Entkopplung der Umgebungssimulation von der Innenraumströmung angewendet. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Monte-Carlo-Simulation mit 1 000 Parameterkombinationen für eine einfache Gebäudegeometrie mit quadratischer Grundfläche angewendet. Für jede Parameterkombination wird jeweils eine Simulation mit NRA und MRA als Rauchfreihaltungsmaßnahme durchgeführt. Die Simulationen stellen nicht nur einen ersten Anwendungsfall für das Berechnungstool dar, sondern lassen auch einen Vergleich der Personensicherheit zwischen NRA und MRA zu. Zur Ermittlung dieser wird der Anteil der Simulationen bestimmt, bei denen die gewählten Leistungskriterien erfüllt sind. Dieser Wert stellt eine Abschätzung der Wahrscheinlichkeit dar, mit der Personen im Brandfall überleben können. Die Ergebnisse zeigen, dass die Personensicherheit im Innenraum in den ersten sechs Minuten nach Brandbeginn bei MRA im Vergleich zu NRA größer ist. Während zwei Minuten nach Brandbeginn bei MRA noch mit einer Wahrscheinlichkeit von 100 % von sicheren Bedingungen ausgegangen werden kann, liegt diese bei NRA bei 80 %. Erst ab der siebten Minute führen die gewählten Parametergrenzen zu gleichen Bedingungen bei NRA und MRA, bei denen in 50 % der Fälle von einem sicheren Zustand ausgegangen werden kann.

Einrichtungen

• E.ON Energy Research Center [080052]
• Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik [419510]