A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Simulation eines Tunnelbrandes und Optimierung der Lüftungsanlage mittels numerischer Strömungsmechanik
Mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD = Computational Fluid Dynamics) wurde ein Brand in einer Tunneldoppelröhre simuliert, um die Kapazität der Lüftungsanlage und die daraus resultierenden Voraussetzungen zur sicheren Evakuierung von Personen aus den vom Brand betroffenen Bereichen zu ermitteln. Basis waren das Brandverhalten eines brennenden PKW (LKW) und die gemäß PIRAC-Empfehlungen ermittelten Betriebsarten der Lüftungsanlage. Bei einem Brand ohne Lüftungsanlage steigen die heißen Verbrennungsprodukte aufgrund unterschiedlicher Dichte nach oben und umschließen die kühlere Umgebungsluft, so dass sich eine Rauchwolke bildet. Diese steigt an die Decke und bildet zwei Strömungen in entgegen gesetzte Richtungen. Ventilatoren in Längsrichtung stören die Symmetrie, die aufsteigende Rauchwolke neigt sich und die Länge der gegen die Lüftungsrichtung strömenden Rauchschicht schrumpft. Die Umkehr der Strömungsrichtung (Backlayering) zu berechnen, ist Voraussetzung für eine Strategie zur Rettung von Passanten. Der Frischluftzustrom muss dabei ausreichen, die Entstehung einer rückströmenden geschichteten Rauchwolke zu unterbinden (kritische Strömungsgeschwindigkeit) Bislang wurde diese nach einer auf der Froude-Zahl basierenden Gleichung berechnet und angepasst. Die durch den Betrieb der Ventilatoren verursachten Phänomene wie ein heterogenes Strömungsfeld, Ausstoß und andere durch Luftentweichen verursachte Effekte sowie sämtliche Gegebenheiten der Tunnelgeometrie werden bei diesem Ansatz nicht berücksichtigt. Die Folge sind überdimensionierte und damit unnötig teure Lüftungsanlagen. Die vorgestellten Strömungsberechnungen zeigen, dass bei einem PKW-Brand weder Rauch noch Verbrennungsprodukte in die Fluchtwege gelangen, wenn die Lüftungsanlage mit der maximalen für die Lüftung errechneten Strömungsrate betrieben wird. Bei einem Bus- oder LKW-Brand genügt eine um 1,6 höhere Strömungsrate. Diese Werte liegen rund 20 % unter den PIRAC-Empfehlungen, was als angemessene Sicherheitsmarge betrachtet werden kann.
Simulation eines Tunnelbrandes und Optimierung der Lüftungsanlage mittels numerischer Strömungsmechanik
Mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik (CFD = Computational Fluid Dynamics) wurde ein Brand in einer Tunneldoppelröhre simuliert, um die Kapazität der Lüftungsanlage und die daraus resultierenden Voraussetzungen zur sicheren Evakuierung von Personen aus den vom Brand betroffenen Bereichen zu ermitteln. Basis waren das Brandverhalten eines brennenden PKW (LKW) und die gemäß PIRAC-Empfehlungen ermittelten Betriebsarten der Lüftungsanlage. Bei einem Brand ohne Lüftungsanlage steigen die heißen Verbrennungsprodukte aufgrund unterschiedlicher Dichte nach oben und umschließen die kühlere Umgebungsluft, so dass sich eine Rauchwolke bildet. Diese steigt an die Decke und bildet zwei Strömungen in entgegen gesetzte Richtungen. Ventilatoren in Längsrichtung stören die Symmetrie, die aufsteigende Rauchwolke neigt sich und die Länge der gegen die Lüftungsrichtung strömenden Rauchschicht schrumpft. Die Umkehr der Strömungsrichtung (Backlayering) zu berechnen, ist Voraussetzung für eine Strategie zur Rettung von Passanten. Der Frischluftzustrom muss dabei ausreichen, die Entstehung einer rückströmenden geschichteten Rauchwolke zu unterbinden (kritische Strömungsgeschwindigkeit) Bislang wurde diese nach einer auf der Froude-Zahl basierenden Gleichung berechnet und angepasst. Die durch den Betrieb der Ventilatoren verursachten Phänomene wie ein heterogenes Strömungsfeld, Ausstoß und andere durch Luftentweichen verursachte Effekte sowie sämtliche Gegebenheiten der Tunnelgeometrie werden bei diesem Ansatz nicht berücksichtigt. Die Folge sind überdimensionierte und damit unnötig teure Lüftungsanlagen. Die vorgestellten Strömungsberechnungen zeigen, dass bei einem PKW-Brand weder Rauch noch Verbrennungsprodukte in die Fluchtwege gelangen, wenn die Lüftungsanlage mit der maximalen für die Lüftung errechneten Strömungsrate betrieben wird. Bei einem Bus- oder LKW-Brand genügt eine um 1,6 höhere Strömungsrate. Diese Werte liegen rund 20 % unter den PIRAC-Empfehlungen, was als angemessene Sicherheitsmarge betrachtet werden kann.
Simulation eines Tunnelbrandes und Optimierung der Lüftungsanlage mittels numerischer Strömungsmechanik
Banjac, Milos (author) / Nikolic, Barbara (author)
2009
5 Seiten, 7 Bilder, 4 Tabellen, 7 Quellen
Article (Journal)
German
Luftreiniger versus Lüftungsanlage
| Springer Verlag | 2022
Komplexe Lüftungsanlage energieeffizient gesteuert
| Online Contents | 2010