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Brandkurven

04.04.2022 - Brandkurven

Titelbild

Für jede Anforderung können Brandkurven erstellt werden, welche die Temperaturabhängigkeit über die Zeit aufzeigen. Solche Kurven sind ein nützliches Instrument für die Planung des Brandschutzes. Bei der Prüfung werden die Bauteile einer Wärmebelastung ausgesetzt, welche durch die Standard-Brandkurve bestimmt wird. Sie zeigen die zeitliche Abhängigkeit der Temperatur im Brandfall nach der Analyse der Wärmeenergie (die Differenz zwischen ΔHc und den Wärmeverlusten). Die Wärmeverluste treten auf:

  • an Wänden und Gegenständen im Raum
  • durch die Erwärmung von Luftmassen
  • aufgrund von Strahlung und Konvektion durch Fenster und Türen

In den letzten Jahren wurde international viel geforscht, um die Arten von Bränden zu ermitteln, die in der bebauten Umwelt auftreten können. Auf der Grundlage der bei diesen Tests gewonnenen Daten wurde eine Reihe von Zeit-/Temperaturkurven für die verschiedenen Expositionen entwickelt, die im Folgenden beschrieben werden.

Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) - ISO 834

Bild - Cellulose

Die Standard-Brandversuche, denen Bauwerksproben unterzogen werden, basieren auf der Verwendung der Temperatur-Zeit-Kurve von Zellulose, wie sie in verschiedenen nationalen Normen definiert ist, z.B. ISO 834, BS 476: Teil 20, DIN 4102, AS 1530, usw.

Diese Kurve basiert auf der Verbrennungsgeschwindigkeit der Materialien, welche in allgemeinen Baumaterialien und -inhalten vorkommen.

Die Temperaturentwicklung der Zellulosebrandkurve (ISO 834) wird durch die folgende Gleichung beschrieben:
T = 20 + 345 * LOG (8 * t + 1).

Hydrocarbon Brandkurve

Bild - Hydrocarbon

Obwohl die Zellulosekurve seit vielen Jahren verwendet wird, stellte sich bald heraus, dass die Verbrennungsgeschwindigkeiten für bestimmte Materialien, zum Beispiel Benzin, Chemikalien usw., weit über der Verbrennungsgeschwindigkeit von z. B. Holz liegen. Es bestand daher Bedarf an einem alternativen Ansatz für die Durchführung von Tests an Strukturen und Materialien, die in der petrochemischen Industrie verwendet werden, und so wurde die Kohlenwasserstoffkurve entwickelt.

Die Kohlenwasserstoffkurve ist überall dort anwendbar, wo es zu kleinen Bränden von Erdöl kommen kann, z. B. bei Kraftstofftanks von Autos, Benzin- oder Öltankern, bestimmten Chemikalientankern, usw. Obwohl die Hydrocarbon-Kurve auf einer standardisierten Brandart basiert, gibt es zahlreiche Brandarten im Zusammenhang mit petrochemischen Brennstoffen.

Die Temperaturentwicklung der Kohlenwasserstoff (HC)-Brandkurve wird durch die folgende Gleichung beschrieben:
T = 20 + 1080 * (1 - 0,325 * e - 0,167 * t - 0,675 * e-2,5 * t).

Modifizierte Hydrocarbon Brandkurve (HCM)

Bild - Modified Hydrocarbon curve

Abgeleitet von der oben erwähnten Kohlenwasserstoff-Kurve verlangt die französische Verordnung eine erhöhte Version dieser Kurve, die so genannte modifizierte Kohlenwasserstoff-Kurve (HCM).

Die Höchsttemperatur der HCM-Kurve beträgt 1300°C anstelle von 1100°C bei der Standard-HC-Kurve.

Allerdings ist der Temperaturgradient in den ersten Minuten eines HCM-Brandes genauso stark wie bei allen Bränden auf Kohlenwasserstoffbasis (RWS, HCM, HC), was zu einem Temperaturschock für die umgebende Betonstruktur und infolgedessen zu Betonabplatzungen führen kann.

Die Temperaturentwicklung der HCM-Brandkurve wird durch die folgende Gleichung beschrieben:
T = 20 + 1280 * (1 - 0,325 * e-0,167 * t - 0,675 * e-2,5 * t).

RABT ZTV Brandkurve

Bild - RABT ZTV

Die RABT-Kurven wurden in Deutschland als Ergebnis einer Reihe von Testprogrammen wie dem Eureka-Projekt entwickelt. In den RABT-ZTV-Kurven ist der Temperaturanstieg sehr schnell, bis zu 1200°C innerhalb von 5 Minuten. Die Dauer der 1200°C-Exposition ist jedoch kürzer als bei anderen Kurven, wobei der Temperaturabfall bei Pkw-Bränden bereits nach 30 Minuten einsetzt. Bei Zugbränden beginnt der Abfall erst nach 60 Minuten. Für beide Brandkurven wird eine 110-minütige Abkühlungszeit angesetzt.

Das Versagenskriterium für Proben, die der RABT-ZTV-Zeit/Temperaturkurve ausgesetzt sind, ist, dass die Temperatur der Bewehrung 300°C nicht überschreiten sollte. Eine maximale Grenzflächentemperatur ist nicht vorgeschrieben.

Der Temperaturverlauf der RABT-ZTV-Brandkurve(n) wird durch die folgenden Werte beschrieben:

Bild - RABT-ZTV

RWS (Rijkswaterstaat) Brandkurve

Bild - RWS

Die RWS-Brandkurve wurde vom Rijkswaterstaat, dem Verkehrsministerium der Niederlande, entwickelt. Diese Kurve basiert auf der Annahme, dass in einem Worst-Case-Szenario ein 50 m³ grosser Brennstoff-, Öl- oder Benzintankbrand mit einer Brandlast von 300 MW auftreten könnte, der bis zu 120 Minuten dauert. Die RWS-Kurve basiert auf den Ergebnissen von Tests, die 1979 von TNO in den Niederlanden durchgeführt wurden.

Die Genauigkeit der RWS-Brandkurve als Bemessungsbrandkurve für Strassentunnel wurde in den im Runehamar-Tunnel in Norwegen durchgeführten Grossversuchen bestätigt.

Die Temperaturentwicklung der RWS-Brandkurve wird durch die folgenden Werte beschrieben:

Bild - RWS (1)