Holz und Holzwerkstoffen - Dehne, Kruse - Brandschutzingenieure
Holz und Holzwerkstoffen - Dehne, Kruse - Brandschutzingenieure
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INGENIEURMETHODEN<br />
CFD-Rauchgassimulation<br />
Zonenmodellsimulation<br />
Plumemodelle<br />
Personenstromsimulation<br />
Finite-Elemente-Methode<br />
Probabilistische Ansätze<br />
BERATUNGSLEISTUNGEN<br />
Machbarkeitsstudien<br />
Brandschutzkonzepte<br />
Rauchschutznachweise<br />
Evakuierungsnachweise<br />
Bemessung Sonderbauteile<br />
Gutachterliche Detailstellungnahmen<br />
Brandverhalten von <strong>Holz</strong> <strong>und</strong> <strong>Holz</strong>werkstoffen<br />
Dipl.-Ing. Dirk <strong>Kruse</strong><br />
Neue Regelungen <strong>und</strong> Innovationen im <strong>Holz</strong>bau – Chancen für die Praxis<br />
<strong>Dehne</strong>, <strong>Kruse</strong> & Partner<br />
<strong>Brandschutzingenieure</strong><br />
Windmühlenweg 22<br />
38518 Gifhorn<br />
Tel.: +49(0) 5371 9376059<br />
Fax: +49(0) 5371 9376061<br />
Mail: kruse@kd-brandschutz.de<br />
http://www.kd-brandschutz.de
Gliederung<br />
• Einleitung<br />
• Verbrennungsprozeß <strong>und</strong> Pyrolyseschicht<br />
• Maßnahmen zur Verbesserung des<br />
Brandverhaltens<br />
– Bemessung unter Berücksichtigung des<br />
Abbrandes<br />
– Bekleidungen<br />
– Brandgeschützte <strong>Holz</strong>werkstoffe<br />
• Zusammenfassung
Einleitung<br />
Feuer: Fre<strong>und</strong> oder Feind ?
Einleitung<br />
Brandkatastrophe der Anna<br />
Amalia Bibliothek, Weimar<br />
Ausbruch um 20:25 Uhr<br />
Erste Feuerwehrfahrzeuge<br />
innererhalb von wenigen Minuten vor<br />
Ort<br />
10 Meter hohe Flammen um 21:00<br />
30 Feuerwehrzüge / 330 FW-<br />
Männer
Verbrennungsprozess<br />
Chemie der Verbrennung<br />
• Die Verbrennung ist ein Spezialfall einer Redox-<br />
Reaktion bei der ein brennbarer Stoff durch<br />
Sauerstoff oxidiert wird<br />
– Oxidation bedeutet eine Erhöhung der Oxidationszahl<br />
eines Atoms<br />
– Reduktion ist die Abnahme der Oxidationszahl eines<br />
Atoms
Verbrennungsprozess<br />
Chemie der Verbrennung<br />
• Zwei Typen der Oxidation<br />
– Langsame Oxidation, z.B. Rosten,<br />
Fermentierung, Verrotung<br />
– Schnelle Oxidation, z.B. Feuer, Explosion
Verbrennungsprozess<br />
Chemie der Verbrennung<br />
Der Reaktionsmechanismus einer Verbrennung<br />
ist sehr schwierig zu beschreiben<br />
• Im wesentlichen Radikalkettenreaktionen<br />
• Wasserstoff: 38 Reaktionen mit 8 neuen<br />
Nebenprodukten<br />
• Weiterhin sind viele Zwischen- <strong>und</strong> Endprodukte der<br />
Pyrolyse unbekannt<br />
• Würden alle Stoffe berücksichtigt werden <br />
Tausende Reaktionen mit h<strong>und</strong>erten von<br />
Zwischenprodukten
Verbrennungsprozess<br />
Chemie der Verbrennung<br />
Die Anzahl der freien Radikale bei einer<br />
Verbrennung erhöht sich Exponential<br />
Stufe<br />
1<br />
H• + O 2<br />
OH• + O•<br />
Startradikale<br />
2<br />
2<br />
OH• + H 2<br />
H• + O 2<br />
H 2 O + H•<br />
OH• + O• O• + H 2 HO• + H•<br />
4<br />
3<br />
8<br />
4 usw. usw.<br />
16
Verbrennungsprozess<br />
Phasen der Verbrennung<br />
Aufheizung <strong>und</strong> Trocknung der<br />
Randzonen<br />
Pyrolyse des <strong>Holz</strong>es unter<br />
Freisetzung von brennbaren Gasen<br />
Verbrennung der brennbaren Gase<br />
Verbrennung des festen kohlenstoffhaltigen<br />
Rückstandes
Verbrennungsprozess<br />
Verkohlungsprozess<br />
3 Zonen bilden sich aus<br />
<strong>Holz</strong>kohleschicht wirkt isolierend<br />
Wärmeleitfähigkeit ~ 0,1 W/mK<br />
Pyrolysezone setzt weitere<br />
brennbare Gase frei /<br />
eingeschränkte Tragfähigkeit<br />
Ungeschädigtes <strong>Holz</strong> / volle<br />
Tragfähigkeit
Abbrandgeschwindigkeit<br />
Abbrandgeschwindigkeit nach DIN ENV 1995-1-2<br />
für Bauholz der Festigkeitsklassen EN 338 <strong>und</strong><br />
EN 1194
Abbrandgeschwindigkeit<br />
Abbrandgeschwindigkeit (Lingens, 2004)
Bemessung<br />
Bemessung unter Berücksichtigung<br />
des Abbrandes<br />
• Analog der DIN 4102-22 zwei<br />
Möglichkeiten:<br />
– Vereinfachtes Verfahren unter Ansatz ideeller<br />
Restquerschnitte<br />
– Genaues Verfahren unter Berücksichtigung<br />
reduzierter Festigkeiten <strong>und</strong> Steifigkeiten
Bekleidungen<br />
Bekleidungen<br />
Ziel einer Bekleidung: Verzögerung der Entzündung /<br />
Erhöhung des Feuerwiderstandes<br />
• Brennbare Bekleidungen <strong>Holz</strong>werkstoffe<br />
• Nicht-brennbare Bekleidungen Anorganische<br />
geb<strong>und</strong>ene Plattenwerkstoffe (Gips, Zement)<br />
• Unwirtschaftlich im Vergleich zur „Überbemessung“<br />
• Beplankungswerkstoff im <strong>Holz</strong>rahmenbau<br />
• Verwendung zur Ertüchtigung im Bestand, z. Bsp.<br />
Treppen
Brandgeschützte HWS<br />
Wirkung <strong>und</strong> Funktion von<br />
Flammschutzmitteln<br />
Energieverbrauchende Flammschutzmittel, z.B.<br />
Aluminium, Magnesiumhydroxid<br />
Feuererstickende Brandschutzmittel<br />
Verkohlungsfördernde, Sperrschicht- u.<br />
dämmschichtbildende Brandschutzmittel
Brandgeschützte HWS<br />
Wirkung <strong>und</strong> Funktion von<br />
Flammschutzmitteln<br />
Energieverbrauchende Flammschutzmittel<br />
Entziehen dem Brandprozess Energie durch endotherme<br />
Zersetzungsreaktion<br />
Freisetzung von Wasser<br />
Aluminiumhydroxid:<br />
Ausbildung einer Verkohlungsschicht<br />
(Substratabhängig)<br />
Verwendung: Kunststoffe / Textilien
Brandgeschützte HWS<br />
Wirkung <strong>und</strong> Funktion von<br />
Flammschutzmitteln<br />
Feuererstickende Flammschutzmittel<br />
Unterbrechung des Radikalkettenmechanismus<br />
Freisetzung von Halogenatomen<br />
Gängige Vertreter: Chlorierte Paraffine, hochchlorierte<br />
bicycl. Verbindungen, Pentabromdiphenylether, Tetrabrombisphenol<br />
A, Tetrahalogenphthalsäureanhydride,<br />
Tris(2,3-dibrompropyl)-phosphat u. a.<br />
Bromverbindungen<br />
Verwendung: Kunststoffe / <strong>Holz</strong>
Brandgeschützte HWS<br />
Wirkung <strong>und</strong> Funktion von<br />
Flammschutzmitteln<br />
Verkohlungsfördernde Flammschutzmittel<br />
Verstärken die Bildung der natürlich entstehenden,<br />
unbrennbaren <strong>und</strong> wärmeisolierenden <strong>Holz</strong>kohleschicht<br />
Abspaltung brennbarer Gase wird gleichzeitig reduziert<br />
Ammoniumphosphat + Energie → Ammoniak<br />
(feuererstickend) +Phosphorsäure (verkohlungsfördernd)<br />
Vergleichbar: roter Phosphor (Kunststoff) <strong>und</strong><br />
Trischlorpropylphosphat
Brandgeschützte HWS<br />
Vorteile brandgeschützter<br />
<strong>Holz</strong>werkstoffe<br />
Abhängig von der Primärbrandlast:<br />
Entzündung wird verzögert oder verhindert<br />
Zunächst geringe Rauchentwicklung<br />
Unter Vollbrandbedingungen:<br />
Abbrandgeschwindigkeit wird reduziert
Brandgeschützte HWS<br />
Video
Brandgeschützte HWS<br />
Bewertung von<br />
Flammschutzmitteln<br />
(Quelle: Umweltb<strong>und</strong>esamt)<br />
Bewertungszusammenfassung zu Flammschutzmitteln:<br />
I auf Anwendung sollte verzichtet werden • Decabromdiphenylether<br />
• Tetrabrombisphenol A, additiv<br />
II Minderung sinnvoll, Substitution Anzustreben • Tetrabrombisphenol A, reaktiv<br />
III problematische Eigenschaften; Minderung<br />
sinnvoll<br />
IV wegen Kenntnisdefiziten keine Empfehlung<br />
möglich<br />
• Tris(chlorpropyl)phosphat<br />
• Hexabromcyclododecan<br />
• Natriumborat-decahydrat (Borax)<br />
• Antimontrioxid<br />
• Bis(pentabromphenyl)ethan<br />
• Resorcinol-bis-diphenyl-phosphat<br />
• Pyrovatex CP neu<br />
• Melamincyanurat<br />
V Anwendung unproblematisch • Roter Phosphor<br />
• Ammoniumpolyphosphat<br />
• Aluminiumtrihydroxid
Zusammenfassung<br />
Zusammenfassung<br />
<strong>Holz</strong> ist ein brennbares Baumaterial<br />
Das Verhalten unter Brandbelastung ist gut<br />
kalkulierbar, so dass ein unerwarteter, vorzeitiger<br />
Tragfähigkeitsverlust ausgeschlossen werden kann<br />
Hohe Feuerwiderstandsdauern lassen sich unter<br />
Berücksichtigung des Abbrands realisieren<br />
Durch die Verwendung von Flammschutzmitteln<br />
lässt sich das Brandverhalten insbesondere von<br />
<strong>Holz</strong>werkstoffen verbessern
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!<br />
<strong>Dehne</strong>, <strong>Kruse</strong> & Partner<br />
<strong>Brandschutzingenieure</strong><br />
Windmühlenweg 22<br />
38518 Gifhorn<br />
http://www.kd-brandschutz.de
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