Das Kriterium für den Rauchschutz im Gebäude ist nicht die vollständige Entfernung des Rauchs. Es ist, dass für die Dauer der Räumung vom Fußboden bis zu einer festgelegten Höhe eine begehbare Schicht erhalten bleibt: Grenzwerte für Sichtweite, Temperatur und Gaskonzentration.
Im Atrium: die Schichtung erhalten
Die vom Brand aufsteigende Auftriebsströmung reißt beim Aufsteigen Umgebungsluft mit und wächst. Je dicker die Rauchschicht an der Decke wird, desto tiefer sinkt ihre Unterkante.
Aufgabe der Entrauchungsanlage ist es, diese Unterkante über der kritischen Höhe zu halten. Hier liegt eine widersinnige Falle: Den Absaugvolumenstrom über das Erforderliche hinaus zu erhöhen schadet. Übermäßige Absaugung zieht saubere Luft von unterhalb der Rauchschicht an (Plugholing), und es wird saubere Luft statt Rauch abgesaugt; die Schicht wird nicht dünner, sie vermischt sich.
Die Zahl der Absaugstellen, ihr Abstand und der Volumenstrom je Stelle werden deshalb berechnet — eine große Öffnung ist schlechter als mehrere verteilte.
In der Tiefgarage: ein anderes Problem
Decken in Tiefgaragen sind niedrig; eine geschichtete Schicht zu erhalten ist meist nicht möglich. Das Ziel ändert sich: den Rauch in eine festgelegte Richtung treiben und den Angriffsweg der Feuerwehr frei halten.
Das ist ein Impulsproblem, das mit Strahlventilatoren gelöst wird, und gehört zur selben Familie wie die kritische Geschwindigkeit bei Tunnelbränden: zu wenig Geschwindigkeit und der Rauch strömt zurück, zu viel und die Schichtung wird vollends zerstört.
Modellierung
Die Brandentwicklungskurve ist eine Eingabe. Wie die Wärmefreisetzungsrate mit der Zeit ansteigt, legt das Szenario fest, und es bestimmt das Ergebnis unmittelbar.
Der Auftrieb beherrscht das Geschehen, Boussinesq gilt nicht. Der Temperaturunterschied beträgt Hunderte von Grad. Siehe die Notiz zur natürlichen Konvektion.
Wärmestrahlung und Ruß. Das Sichtweitenkriterium hängt von der Rußkonzentration ab, und die Strahlung bestimmt, wie schnell die Rauchschicht abkühlt. Siehe die Notiz zur Wärmestrahlung.
Die Nachströmluft nicht vergessen. Solange nicht festgelegt ist, woher die abgesaugte Luft kommt, ist die Lösung nicht physikalisch; der Weg der Frischluft gehört ins Modell.
Referenzen
- Wu, Y. & Bakar, M. Z. A. (2000). Control of smoke flow in tunnel fires using longitudinal ventilation systems — a study of the critical velocity. Fire Safety Journal, 35(4), 363–390. DOI: 10.1016/S0379-7112(00)00031-X
- National Fire Protection Association. NFPA 502 — Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways. NFPA, Quincy, MA.