D4 Physik des Risikos und der Sicherheit

Thema

Bei einem Brand wird ein Gebäude über zwei gleichzeitige Wege erhitzt: durch den Kontakt mit den umgebenden heißen Gasen und durch die direkte Strahlung der Flammen und nahegelegener heißer Oberflächen. Dieser zweite Weg gewinnt mit zunehmender Temperatur der Brandquelle an Bedeutung, da die Strahlung mit der Temperatur sehr schnell ansteigt. Dies entspricht der im Wärmeleitmodul beschriebenen Temperaturabhängigkeit der Strahlung.

Die Temperatur eines dem Feuer ausgesetzten Bauteils erreicht nicht sofort die Brandtemperatur, sondern nähert sich ihr allmählich und immer langsamer an. Die Anstiegsgeschwindigkeit hängt von der Masse des Bauteils und seiner Fähigkeit ab, Wärme pro Temperatureinheit zu absorbieren – dieselbe thermische Trägheit, die im Wärmeleitmodul beschrieben wird, wirkt hier jedoch der Struktur zu Gunsten statt zu Ungunsten. Baustahl verliert jedoch oberhalb einer bestimmten kritischen Temperatur einen erheblichen Teil seiner Festigkeit. Diese Temperatur kann bei unkontrollierten Bränden innerhalb weniger Minuten erreicht werden, wenn der Stahl nicht durch Brandschutzanstriche oder isolierende Beschichtungen geschützt ist, die den Anstieg der Brandtemperatur verzögern.

Aus Sicht der Menschen hängt die Zeit, die für die Evakuierung eines Gebäudes benötigt wird, von der Entfernung zum Ausgang und der Geschwindigkeit der Personen ab. Diese Geschwindigkeit sinkt drastisch, sobald die Personendichte in Fluren und Treppenhäusern bestimmte Grenzwerte überschreitet. Dadurch entstehen Engpässe, die die Evakuierung genau dann verlängern, wenn die Zeit am knappsten ist. Jedes Bauteil besitzt zudem eine standardisierte Feuerwiderstandsklasse – die Zeit, die es seine strukturelle oder raumtrennende Funktion unter einem Standardbrand aufrechterhält –, die in gesetzliche Klassen eingeteilt ist und direkt mit der Evakuierungszeit konkurriert.

Dieses Modul, das zunächst zwei Wege der Wärmeübertragung im Brandfall untersucht, zeigt abschließend, dass Brandschutz ein Wettlauf gegen die Zeit ist: Wie lange dauert es, bis das Gebäude an Festigkeit verliert, im Vergleich dazu, wie lange die Evakuierung der Personen dauert. Beide Zeiten hängen von physikalischen Mechanismen ab, die im Voraus geplant werden können.

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