Untersuchung der Prognosefähigkeit von deterministischen Brandsimulationsmodellen

Die Untersuchung und Bewertung der Prognosefähigkeit von deterministischen Brandsimulationsmodellen ist im Zusammenhang mit der wachsenden Bedeutung der Ingenieurmethoden im Brandschutz von zentralem Interesse. In diesem Beitrag werden die Auswertemethodik EMVANEMED zur Validierung von Brandsimulationsmodellen beschrieben und Ergebnisse, die auf Grundlage der Methodik gewonnen wurden, an einem Beispiel verdeutlicht. Die Auswertung wurde auf Basis von berechneten Medianwerten der zentralen Bewertungsgrößen PEAK und PEACOCK durchgeführt. Diese Größen lassen die Bewertung sowohl lokaler als auch globaler Kriterien zweier kompletter Zeitreihen zu. Als Beispiel wurden Versuchsdaten zweier Großversuche herangezogen, bei denen ein Brandraum mit einem Zielraum durch kleine Leckagen bzw. über einen geschlossenen Kanal miteinander in Verbindung stand. Da sowohl umfangreiche Messdaten im Brandraum als auch im Zielraum vorlagen, soll eine Bewertung der Simulationsergebnisse für die Übertragung von brandschutztechnisch relevanten Größen von einem zum anderen Raum möglich sein. Zur Validierung wurde das international am weitesten verbreitete CFD-Brandsimulationsmodell Fire Dynamics Simulator (FDS) in der Version 5 eingesetzt. Für die Simulation wurde der Verlauf der Energiefreisetzungsrate auf Grund der Ergebnisse der Versuche vorgegeben. Die Vorgabe der Energiefreisetzungsrate entspricht dem Stand der Technik und lässt daher eine Bewertung der Eignung von Brandsimulationsprogrammen durch Quantifizierung der Abweichung zwischen Versuchs- und Simulationsergebnissen zu. Auffällig gut können die Sauerstoffkonzentration (O₂) und die Gastemperaturen außerhalb des Plumes durch die Simulation wiedergegeben werden. Auch die Ergebnisse für die Peakwerte der Temperaturen von Zielobjekten sind vergleichsweise gut. Bei den anderen Gaskonzentrationen (CO und CO₂) sind die Medianwerte größer und die Schwankungen deutlich größer. Für den Brandraum werden die Gaskonzentrationen CO und CO₂, die radiativen Wärmestromdichten und die Temperaturen im Inneren der Kabel durch die Simulation niedriger, die anderen Größen höher als die Versuchsdaten berechnet. Die Ergebnisse im Brandraum sind insgesamt besser als die im Zielraum. Wird eine Bewertung auf Grundlage von einem lokalen Parametern (Peak-Vergleich) durchgeführt, können wichtige Informationen zum zeitlichen Verlauf der Zeitreihen nicht bewertet werden. Bei der zusätzlichen Auswertung globaler Parameter zeigt sich eine Tendenz, dass der Wärmetransfer in Bauteile in den Submodellen nicht ausreichend gelöst wird.