Wirtschaftliche Lösungen mittels moderner Ingenieurmethoden im Brandschutz

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Brandschutzingenieuren stehen heute moderne computergestützte Methoden, die sogenannten Ingenieurmethoden, als wirksame Werkzeuge zur Verfügung. Durch die Anwendung dieser Ingenieurmethoden besteht die Möglichkeit, die Einhaltung des geforderten Sicherheitsniveaus schutzzielorientiert im Rahmen des Brandschutzkonzepts nachzuweisen – auch für den Fall, dass präskriptive Anforderungen der entsprechenden Brandschutzvorschriften nicht eingehalten werden können. Die Ingenieurmethoden erlauben somit nachhaltige Brandschutzlösungen für Neu- und Altbauten objektspezifisch und maßgeschneidert auszuarbeiten.

Insbesondere bei der Sanierung von Bestandsgebäuden lassen sich dadurch oftmals umfangreiche Ertüchtigungsmaßnahmen vermeiden, Kosten- und Zeiteinsparungen erzielen und somit wirtschaftliche Lösungen realisieren.

Obwohl die Ingenieurmethoden den Stand der Technik darstellen und steigende Baukosten öffentlicher Gebäude aktuell im Fokus der Medien stehen, ist festzustellen, dass die vielseitigen Möglichkeiten der Anwendung von modernen Ingenieurmethoden und die daraus resultierenden Vorteile und Einsparpotenziale der Öffentlichkeit nicht immer präsent sind.

Im Folgenden werden diese Ingenieurmethoden und typische Fragestellungen kurz vorgestellt. Je nach Komplexität der Fragestellung werden die Ingenieurmethoden einzeln oder kombiniert angewendet.

Brand- und Entrauchungssimulationen

Ein Hauptkriterium bezüglich der Wirksamkeit von Brandschutzkonzepten ist die Sicherstellung der sicheren Begehbarkeit der Flucht- und Rettungswege im Falle eines Brandereignisses. Sichergestellt werden muss, dass durch die sich bei einem Brandereignis einstellende Verrauchungssituation und Temperaturverteilung die Begehbarkeit der Flucht- und Rettungswege (Nachweis der Personensicherheit, Sicherstellung wirksamer Löschmaßnahmen) gewährleistet bleibt.

Zur Beurteilung der Rauchausbreitung bei Brandereignissen im Gebäude kommen computerbasierte Brandsimulationen zur Anwendung. Die speziell für die Brandsimulation entwickelten Programme modellieren die strömungsmechanischen und thermodynamischen Vorgänge eines Gebäudebrandes. Dadurch wird die Berechnung der Rauchausbreitung im Gebäude zur Beurteilung der resultierenden Verrauchungssituation und die Berechnung der resultierenden Temperaturverteilung bzw. der Wärmestrombeanspruchung möglich.

Bei welchen Fragestellungen werden Brandsimulationen eingesetzt?

• Zur Überprüfung der Wirksamkeit bzw. Optimierung der Wärme- und Rauchableitungskonzeption
• Wie lange ist die Begehbarkeit der Flucht- und Rettungswege (Selbstrettung und Intervention) sichergestellt?
• Welche Temperaturbelastung resultiert an der Verglasung? / Kann die Forderung der brandschutztechnischen Qualität der Verglasung reduziert werden?

Räumungssimulationen

Hierbei handelt es sich um Personenstromanalysen mit dem Fokus auf der Gebäuderäumung. Dabei kann unter Berücksichtigung der Gebäudegeometrie, der gegebenen Anlagentechnik und des zu erwartenden Verhaltens der flüchtenden Gebäudenutzer eine Prüfung von Flucht- und Rettungswegen mittels eines Computermodells erfolgen. Problematische Staustellen können hier analysiert und die Räumungszeit von Gebäuden ermittelt werden. Computergestützte Räumungssimulationen stellen ein anerkanntes ingenieurmäßiges Prüfverfahren zum Nachweis ausreichender Flucht- und Rettungswegdimensionierung bei Abweichung vom Bauordnungsrecht dar.

Bei welchen Fragestellungen werden Räumungssimulationen eingesetzt?

• Bei abweichenden Rettungswegen im Bestand zur Begründung von Abweichungen
• Bei komplexen Gebäuden zur Identifizierung von Engstellen und zur Optimierung des Räumungskonzepts
• Zu Untersuchung der Dauer einer Gebäuderäumung/einer Räumung von Teilbereichen.

Thermische Analyse

Mit thermischen Analysen wird die thermische Auswirkung eines Brandereignisses auf die tragenden Bauteile untersucht. Zunächst wird die resultierende zeitabhängige Temperaturverteilung im Bauteil berechnet. Hierzu werden unter Berücksichtigung der objektspezifischen Nutzung und vorhandenen Brandlasten ein Bemessungsbrandszenarium definiert und die resultierenden Rauchgastemperaturen mittels computergestützter Brandsimulation berechnet. In einem weiteren Schritt erfolgt anhand der Rauchgastemperaturen die Berechnung des Wärmestroms in das Bauteil und die resultierende Temperaturverteilung im Bauteil. Auf Basis der berechneten zeitabhängigen Temperaturverteilung im Bauteilquerschnitt lassen sich Aussagen treffen, ob die resultierenden Temperaturen für das zu untersuchende Bauteil (z. B. Unterzüge) in einem kritischen Bereich liegen oder unkritisch sind.

Bei welchen Fragestellungen werden thermische Analysen eingesetzt?

• Bei Sanierungen von Bestandsgebäuden (z. B. Schulen etc.) oder der Umnutzung von Bestandsgebäuden kann relativ häufig die Situation auftreten, dass Bauteile bzw. Teile der Tragwerkskonstruktion nicht
  • den präskriptiven Vorgaben der gültigen Baugenehmigung,
  • der Bauordnung oder
  • der aktuellen Normung entsprechen (z. B. zu geringe Betondeckung bei Betonrippendecken).
  • Ist die brandschutztechnische Qualität der Bauteile im Hinblick auf die Einhaltung der Schutzziele ausreichend?

Zusammenfassung und Fazit

Die Anwendung von Ingenieurmethoden im Brandschutz ermöglicht die Untersuchung einer Vielzahl an brandschutztechnischen Fragestellungen. Die Praxis zeigt, dass es auf vielen Ebenen lohnend sein kann, Ingenieurmethoden als modernes und zeitgemäßes Werkzeug (stärker) mit einzubeziehen.

Durch einen Ingenieurmäßigen Nachweis und der Einhaltung der objektspezifischen Schutzziele mittels Ingenieurmethoden können beispielsweise

• bei Sanierungen von Bestandsgebäuden umfangreiche Ertüchtigungsmaßnahmen durch einen rechnerischen Nachweis oftmals vermieden,
• bessere Entscheidungsgrundlagen (durch Gegenüberstellung der etwaigen Maßnahmen) für alle an der Planung Beteiligten geschaffen und
• somit ressourcenschonende, nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen bei Neu- und Bestandsbauten realisiert werden.

 Autoren:

Dipl.-Ing. Patrick Frey
Bereichsleiter Ingenieurmethoden
Sinfiro GmbH & Co. KG

David Binder
Bachelor of Engineering (Luft- und Raumfahrttechnik)
Sinfiro GmbH & Co. KG

Dipl.-Ing. (FH) Ralf Galster
Sachverständiger für Brandschutz gemäß VwV Brandschutzprüfung
Geschäftsführer Sinfiro GmbH & Co. KG