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| Thema | Skalieren von Brandversuchen im Modellmaßstab | 13 Beträge | |||
| Rubrik | Übung | ||||
| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 825743 | |||
| Datum | 14.12.2016 09:19 | 4559 x gelesen | |||
| Hallo Forum! Ich habe vor kurzem bei einem Übungsabend Brandversuche im Modellmaßstab mit verschiedenen Löschmitteln durchgeführt. Die Ergebnisse will ich mit euch diskutieren. Auch bräuchte ich Hilfe bei der Skalierung der Daten auf normale Durchflussmengen und den entsprechenden Brandlasten. Es waren drei Versuche mit jeweils 16 unbehandelter Kanthölzer (Gesamtgewicht: 2 kg; Oberfläche: 0,613 m²) mit je 25 cm Länge in Lagen (2-3-3-3-3-2) aufeinander gestapelt. Zuvor habe ich ein wenig gerechnet: Setzt man eine Abbrandrate von 54 kg/m²/h zugrunde, würden pro Minute 0,552 kg Holz abbrennen und 8,27 MJ freigesetzt werden. Mit dieser Energiemenge könnte man 3,19 Liter/Minute vollständig verdampfen. Das Ergebnis fand ich unrealistisch hoch, denn es widersprach meinem Gefühl, dass bei einem kleinen "Lagerfeuer" 2 kg Holz in 4 Minuten weg ist. Andererseits kenne ich den Wert, dass der Querschnitt von Holz mit 1mm/min abnimmt. Rechnet man damit, dann verbrennen pro Minute 306,4 cm³ bzw. 0,144 kg, was 2,16 MJ freisetzen und 0,83 Liter verdampfen würde. Das Ergebnis fand ich schon realistischer. Folgende Literaturwerte habe ich verwendet: Heizwert Holz (Buche): 15 MJ/kg Spezifisches Gewicht: 0,47 gr/cm³ Abbrandrate: 54 kg/m²/h bzw. 1mm/min Querschnittsverringerung Energiebedarf um 1 Liter Wasser um 1 K zu erwärmen: 4,19 kJ/(kg*K) Energiebedarf um 1 Liter Wasser vollständig zu verdampfen: 2257 kJ/kg Energieaufnahme bei vollständiger Verdampfung: 2592.2 kJ (1 Liter, 20°C) Nun zu den Versuchen: Entzündet wurde mit 4 Grillanzünder in den Ecken auf der untersten Lage. Gelöscht wurde mit Wasser (Versuch1), Netzwasser (Versuch2, 0,2 % STHAMEXclass A) aus einer Sprühflasche (Durchfluss: 0,166 Liter/Minute) und Schwerschaum (Versuch3, 0,7 % STHAMEXclass A) aus einer Schaumsprühflasche (Durchfluss: 0,194 Liter/Minute; Verschäumungszahl: 5,6). Der "Strahlrohrführer" hat jeweils gewechselt. Die Versuche wurden in einer großen Wanne durchgeführt, um nichtverdampftes Wasser aufzufangen und die Löscheffektivität erfassen zu können. Dies gelang bei allen 3 Versuchen nicht, denn die Wanne war nur leicht befeuchtet. Erfasst wurde: Vorbrenndauer, Löschdauer bis "Feuer unter Kontrolle", Gesamtlöschdauer, Löschmittelverbrauch bis "Feuer unter Kontrolle", Gesamtlöschmittelverbrauch, Abbrand. Berechnet wurde die Gesamtenergiefreisetzung durch das verbrennende Holz und die Energieaufnahme durch das verdampfende Wasser. Versuch1: Vorbrenndauer: 7 min 51 sec Löschdauer bis "Feuer unter Kontrolle": 2 min 7 sec Gesamtlöschdauer: 5 min 24 sec Löschmittelverbrauch bis "Feuer unter Kontrolle": 0,268 Liter Gesamtlöschmittelverbrauch: 0,521 Liter Abbrand: 1,01 kg Gesamtenergiefreisetzung: 15,15 MJ Energieaufnahme durch Löschmittel: 1,351 MJ Versuch2: Vorbrenndauer: 7 min 54 sec Löschdauer bis "Feuer unter Kontrolle": 2 min 17 sec Gesamtlöschdauer: 5 min 30 sec Löschmittelverbrauch bis "Feuer unter Kontrolle": 0,266 Liter Gesamtlöschmittelverbrauch: 0,518 Liter Abbrand: 1,21 kg Gesamtenergiefreisetzung: 18,15 MJ Energieaufnahme durch Löschmittel: 1,343 MJ Versuch3: Vorbrenndauer: 10 min 0 sec Löschdauer bis "Feuer unter Kontrolle": 3 min 0 sec Gesamtlöschdauer: 6 min 50 sec Löschmittelverbrauch bis "Feuer unter Kontrolle": 0,221 Liter Gesamtlöschmittelverbrauch: 0,526 Liter Abbrand: 1,21 kg Gesamtenergiefreisetzung: 18,15 MJ Energieaufnahme durch Löschmittel: 1,363 MJ Bei den Versuchen fällt auf, dass unabhängig vom Löschmittel der Gesamtlöschmittelverbrauch identisch war. Auch die Löschdauer sind bei Versuch 1 und 2 vergleichbar. Lediglich bei Versuch3 mit Schwerschaum sind sie etwas höher. Hierbei war es gefühlt allerding schwieriger, den Brand unter Kontrolle zu bringen und der Stapel hat auch wieder während der kurzen Zeit zum Wiegen der Schausprühflasche rückgezündet, was bei den beiden anderen Löschmitteln nicht passiert ist. Der identische Gesamtlöschmittelverbrauch lässt sich wohl dadurch erklären, dass durch die geringe Applikationsrate und durch das durch die Konstruktion der Sprühflasche vorgegebene "Impulslöschverfahren" nahezu das komplette Löschmittel verdampft und zum Löscherfolg beigetragen hat. Was ich jetzt noch nicht ganz verstehe, ist die Diskrepanz zwischen der Energiefreisetzung durch das verbrennende Holz und die Energieaufnahme durch das Löschmittel. In anderen Worten, warum löscht das Wasser, wenn anscheinend weniger Energie abgeführt, als neu freigesetzt wird? Und wie kann ich die Ergebnisse aus den Versuchen auf den Durchfluss eines C-Rohrs z.B. mit 100l/min hochrechnen und um was für ein Brand würde dem entsprechen. Vielen Dank für eure Hilfe. Viele Grüße Rainer | |||||
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| Autor | Ulri8ch 8C., Düsseldorf / NRW | 825744 | |||
| Datum | 14.12.2016 09:38 | 3255 x gelesen | |||
| Hallo, interessant, allerdings kommt Dr. de Vries zu anderen Ergebnissen, seine Doktorarbeit bekannt bzw. http://einsatzpraxis.org/buecher/brandbekaempfung-mit-wasser-und-schaum/ ----- mit privaten und kommunikativen Grüßen Cimolino | |||||
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| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 825748 | |||
| Datum | 14.12.2016 14:41 | 2766 x gelesen | |||
| Hallo Ulrich, danke für die Antwort und ja, das Buch habe ich gelesen (hatte das bei der BKK Fachinformationsstelle ausgeliehen; tolle Sache übrigens!), allerdings ist das schon eine Weile her und hab nicht mehr jedes Detail präsent. Wie lauten die anderen Ergebnisse auf meine Versuche übertragen? Besten Dank Rainer | |||||
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| Autor | Jost8 L.8, Ennigerloh / NRW | 825756 | |||
| Datum | 15.12.2016 00:39 | 2430 x gelesen | |||
Geschrieben von Rainer W.warum löscht das Wasser, wenn anscheinend weniger Energie abgeführt, als neu freigesetzt wird? Der Großteil der Brennstoffenergie wird von der Brandstelle abgeführt. Dies passiert in verschiedenster Form: Zum Beispiel als heißes Rauchgas, durch unvollständige Verbrennung oder in Form von Wärmestrahlung. Für den Löscherfolg mit Wasser ist (vereinfacht gesagt) erforderlich, dass während der Zeitspanne, in der das Löschmittel tatsächlich aufgebracht wird, die dadurch abführbare Wärmemenge größer als die freigesetzte Wärmemenge ist. Und das ist nur soviel, wie eben in dieser kurzen Zeitspanne an der beaufschlagten Stelle durch Verbrennung und gespeicherte Wärme freigesetzt wird. Gruß Jost Gruß Jost Lemke | |||||
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| Autor | Ulri8ch 8C., Düsseldorf / NRW | 825769 | |||
| Datum | 15.12.2016 12:16 | 2484 x gelesen | |||
Geschrieben von Rainer W.Wie lauten die anderen Ergebnisse auf meine Versuche übertragen? Netzmitteleinsatz bringt signifikante Verbesserung des Löscherfolgs! ----- mit privaten und kommunikativen Grüßen Cimolino | |||||
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| Autor | Adri8an 8R., Utting / Bayern | 825770 | |||
| Datum | 15.12.2016 13:07 | 2035 x gelesen | |||
| Servus Rainer, Geschrieben von Rainer W. Was ich jetzt noch nicht ganz verstehe, ist die Diskrepanz zwischen der Energiefreisetzung durch das verbrennende Holz und die Energieaufnahme durch das Löschmittel. In anderen Worten, warum löscht das Wasser, wenn anscheinend weniger Energie abgeführt, als neu freigesetzt wird? Die Wärme wird ja größtenteils von der Umgebung abgeführt. Würdest du dein Feuer teilweise einhausen, z.B. mit Gasbetonsteinen hat das Wasser deutlich mehr zu Arbeiten. Geschrieben von Rainer W. Lediglich bei Versuch3 mit Schwerschaum sind sie etwas höher. Hierbei war es gefühlt allerding schwieriger, den Brand unter Kontrolle zu bringen und der Stapel hat auch wieder während der kurzen Zeit zum Wiegen der Schausprühflasche rückgezündet, was bei den beiden anderen Löschmitteln nicht passiert ist. Es ist eben deutlich aufwendiger Feuer mit einem punktuellen Strahl wie aus einem Schwerschaumrohr zu bekämpfen. Deswegen hat sich allgemein der Sprühstrahl durchgesetzt. MfG Adrian Alles meine eigene Meinung, diese muss nicht mit meiner Dienststelle übereinstimmen. | |||||
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| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 825771 | |||
| Datum | 15.12.2016 13:43 | 2170 x gelesen | |||
Geschrieben von Ulrich C.Netzmitteleinsatz bringt signifikante Verbesserung des Löscherfolgs! Genau DAS habe ich auch erwartet. Aber warum ist dieser Effekt nicht eingetreten? Geschrieben von Rainer W. Netzwasser (Versuch2, 0,2 % STHAMEXclass A) Dabei habe ich das Schaummittel für Netzmitteleinsatz sogar etwas überdosiert. 0,1% hätte laut Datenblatt auch gereicht. Geschrieben von Rainer W. Der identische Gesamtlöschmittelverbrauch lässt sich wohl dadurch erklären, dass durch die geringe Applikationsrate und durch das durch die Konstruktion der Sprühflasche vorgegebene "Impulslöschverfahren" nahezu das komplette Löschmittel verdampft und zum Löscherfolg beigetragen hat. Ich habe ja bereits einen Erklärungsversuch in meinem Anfangspost. Gelöscht wurde bei den beiden Versuchen mit Wasser und Netzwasser mit feinem vernebeltem Löschmittel aus der gleichen Sprühflasche, der impulsweise aus geringer Distanz zum Feuer (10-20 cm) abgegeben wurde. Diese Weise das Löschmittel aufzutragen unterscheidet sich ja grundlegend von der eines Hohlstrahlrohrs im realen Einsatz. Ich vermute mal, dass das Netzwasser, wenn es aus einer Sprühflasche aufgetragen wird, seine Hauptvorteile (verringern der Oberflächenspannung -> kleinere Tropfen -> besserer Eindringtiefe -> mehr Wasser verdampft) nicht ausspielen kann. In beiden Fällen ist halt gleich viel Wasser verdampft, denn auch beim Einsatz von Netzwasser wird der Brand vom darin enthaltenen Wasser gelöscht. Allerdings habe ich den Versuch nur einmal durchgeführt. Für wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse wären einige dutzend Versuche unter identischen Bedingungen notwendig. Vielleicht habe ich zufällig mit den 16 Holzstücken mit insgesamt 2 kg Masse gerade ein Oberflächen-zu-Masse-Verhältnis erwischt, bei dem es keine signifikanten Unterschiede zwischen Netzwasser und reinem Wasser gibt ??? | |||||
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| Autor | Adri8an 8R., Utting / Bayern | 825772 | |||
| Datum | 15.12.2016 13:49 | 1958 x gelesen | |||
| Entschuldige den Doppelpost, aber ein weiterer Gedanke: Geschrieben von Rainer W. Was ich jetzt noch nicht ganz verstehe, ist die Diskrepanz zwischen der Energiefreisetzung durch das verbrennende Holz und die Energieaufnahme durch das Löschmittel. In anderen Worten, warum löscht das Wasser, wenn anscheinend weniger Energie abgeführt, als neu freigesetzt wird? Ein brennender Holzstapel ist in der Praxis kein physikalischer "Kugelstrahler" (=> Raumpunkt mit konstanter Wärmefreisetzungsrate). Es ist möglich ausgedehnte Holzstapel zu löschen auch wenn die physikalische Energiefreisetzungsrate des gesamten Stapels deutlich über der maximalen Verdunstungsenergie liegt. Die Energiefreisetzung verteilt sich räumlich auf den gesamten Stapel. Für den Löscherfolg entscheidend ist dass die lokale Energiesumme [Energiefreisetzung + Energiezufuhr aus anderen Bereichen] an jedem Punkt im Holzstoß geringer ist als die Energieabfuhr durch das Löschmittel. Wird nun begonnen den Stapel vom Rand aus zu löschen muss nur die an diesem Punkt vorhandene Energiesumme überwunden werden. Beim Löschvorgang sinkt dann die Gesamtenergiefreisetzung stetig bis auf 0. Ein offener Holzstoß kann als räumlich sehr ausgedehnt betrachtet werden da die Energie durch den Holzstoß vertikal nur sehr langsam weitergegeben wird. Fast die gesamte Konvektion zieht nach oben ab. Die lokale Energiesumme beträgt nur einen Bruchteil der Gesamtenergie. Problematisch wird es nur einen Holzstoß von oben nach unten zu löschen ;-) Beim Brand im geschlossenen Raum ist der Energieausgleich durch die verschiedenen Wärmeübertragungsmechanismen sehr viel stärker ausgeprägt. Wird an einer Stelle gelöscht wird sehr schnell Energie aus anderen Bereichen nachgeführt, dadurch kommt dieser Brand dem Kugelmodell schon deutlich näher. Ich hoffe ich habe meine Gedanken halbwegs verständlich dargelegt =) MfG Adrian Alles meine eigene Meinung, diese muss nicht mit meiner Dienststelle übereinstimmen. | |||||
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| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 825773 | |||
| Datum | 15.12.2016 14:00 | 1917 x gelesen | |||
Geschrieben von Adrian R.Die Wärme wird ja größtenteils von der Umgebung abgeführt. Geschrieben von Jost L. Der Großteil der Brennstoffenergie wird von der Brandstelle abgeführt. Danke für den Hinweis. Das leuchtet mir ein. Geschrieben von Rainer W. Gesamtenergiefreisetzung: 18,15 MJ Und zum Löscherfolg hat dann ein deutlich geringere Energieaufnahme durch das Löschmittel gereicht. Aber wie lässt sich das auf z.B. ein Hohlstrahlrohr mit 100l/min hochrechnen? Wäre der Holzstapel dann rund 600 Mal so groß? -> 1200 kg Holz, Abbrand 76 kg/min, Energiefreisetzung 1140.8 MJ/min, Gesamtlöschmittelverbrauch 312 Liter | |||||
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| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 825774 | |||
| Datum | 15.12.2016 14:04 | 1856 x gelesen | |||
| Danke Adrian. Deine Antwort gefällt mir. Das Ganze leuchtet ein, denn wenn ich davon ausgehe, dass das Löschmittel dem Feuer genausoviel Energie entzieht, wie in diesem Augenblick entsteht, dann müsste der Brand ja augenblicklich gelöscht sein. Und das entspricht nur wirklich nicht meiner Erfahrung ;) | |||||
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| Autor | Adri8an 8R., Utting / Bayern | 825775 | |||
| Datum | 15.12.2016 14:30 | 1997 x gelesen | |||
Geschrieben von Rainer W.Ich habe ja bereits einen Erklärungsversuch in meinem Anfangspost. Gelöscht wurde bei den beiden Versuchen mit Wasser und Netzwasser mit feinem vernebeltem Löschmittel aus der gleichen Sprühflasche, der impulsweise aus geringer Distanz zum Feuer (10-20 cm) abgegeben wurde. Diese Weise das Löschmittel aufzutragen unterscheidet sich ja grundlegend von der eines Hohlstrahlrohrs im realen Einsatz. Ich vermute mal, dass das Netzwasser, wenn es aus einer Sprühflasche aufgetragen wird, seine Hauptvorteile (verringern der Oberflächenspannung -> kleinere Tropfen -> besserer Eindringtiefe -> mehr Wasser verdampft) nicht ausspielen kann. In beiden Fällen ist halt gleich viel Wasser verdampft, denn auch beim Einsatz von Netzwasser wird der Brand vom darin enthaltenen Wasser gelöscht. Ich denke auch dass hier das Problem liegt. Meine Gedankenkette: Betrachtung des Kaltzustandes: Fein vernebeltes Wasser legt sich gleichmäßig um die Holzbalken wärend der relativ grobe Sprühstrahl größtenteils abläuft. Erster Schluss => Feinstvernebeltes Wasser löscht besser. Betrachtung der Praxiserfahrungen (u.A. aus dem genannten Buch): - Feinstvernebeltes Wasser verdampft bei voll ausgeprägten Bränden nach sehr kurzer Strecke - Sprühstrahl dringt dabei immernoch bis zum Brandgut vor Ich vermute die Vorteile von Netzwasser kommen beim klassischen Sprühstrahl deutlich stärker zum Tragen als bei Feinstvernebeltem Wasser (welches eh kaum abfließen wird). Um dessen Vorteile aufzuzeigen wäre ein weiterer Löschversuch mit klassischem Sprühstrahl bzw. geringerer Zerstäubung interessant. Eventuell ist bei dieser Branditensität der Sprühstrahl allgemein schon dem Wassernebel überlegen. MfG Adrian Alles meine eigene Meinung, diese muss nicht mit meiner Dienststelle übereinstimmen. | |||||
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| Autor | Adri8an 8R., Utting / Bayern | 825776 | |||
| Datum | 15.12.2016 14:40 | 2098 x gelesen | |||
Geschrieben von Rainer W.Aber wie lässt sich das auf z.B. ein Hohlstrahlrohr mit 100l/min hochrechnen? Wäre der Holzstapel dann rund 600 Mal so groß? -> 1200 kg Holz, Abbrand 76 kg/min, Energiefreisetzung 1140.8 MJ/min, Gesamtlöschmittelverbrauch 312 Liter 1140.8 MJ/min => 19MW So aus dem Bauch heraus würde ich die Werte als recht realistisch ansehen. Dürfte in etwa einem mittleren bis großen Zimmerbrand entsprechen. Der Wasserverbrauch wird allerdings bei einem geschlossenen Raum aus genannten Gründen deutlich steigen. MfG Adrian Alles meine eigene Meinung, diese muss nicht mit meiner Dienststelle übereinstimmen. | |||||
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| Autor | Rain8er 8W., Hohberg / Baden-Würtemberg | 826539 | |||
| Datum | 11.01.2017 14:46 | 1220 x gelesen | |||
Geschrieben von Rainer W.16 unbehandelter Kanthölzer (Gesamtgewicht: 2 kg; Oberfläche: 0,613 m²) mit je 25 cm Länge in Lagen (2-3-3-3-3-2) aufeinander gestapelt ...kommt zwar etwas spät, aber so sah das aus...  | |||||
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