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HERAUSFORDERUNG FÜR
DIE FEUERWEHR Früher waren die Phänomene Backdraft
und Flashover vielleicht überzogene Illusionen aus
utopischen Katastrophenschutzfilmen. Heute sind sie im
Feuerwehralltag schon harte Realität und halten viele
unserer Führungskräfte in Atem. Und immer wieder hören wir,
da und dort wäre es zu einem schlagartigen
Ausbreitungsphänomen im Zuge eines Brandgeschehens gekommen.
Doch nur die wenigsten dieser gefährlichen Ereignisse werden
auch fachlich sauber dokumentiert. Außerdem herrschen über
diesen Problemkreis viele Missverständnisse und
Fehlmeinungen vor. BLAULICHT will Licht ins Dunkel dieses
Meinungswirrwarrs bringen.
Von LFR
Univ.-Lektor Dr. Otto Widetschek, Graz
Wollen sie mitreden? Dann lesen sie diese
Dokumentation, in welcher wir die Phänomene Backdraft &
Flashover erstmals unter Beachtung aller
naturwissenschaftlich bekannten Fakten genauer unter die
Lupe nehmen! |
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| TEIL 3: WARUM BRANDRAUCH BRENNBAR IST: |
| Um den
Mechanismus eines Feuersprungs zu verstehen, müssen wir uns einige
elementare Grundkenntnisse des Verbrennungsvorganges in Erinnerung
rufen. Es ist eine Binsenweisheit: Ein Streichholz selbst brennt
nicht, sondern wird durch den Zündvorgang thermisch so aufbereitet,
dass brennbare Gase und Dämpfe entstehen. Erst diese brennen nun und
erzeugen eine Flamme. |
| AM BEISPIEL EINER KERZE |
| Am Beispiel einer Kerze kann dies, wie folgt, genauer
veranschaulicht werden. Man unterscheidet dabei drei wichtige
Flammenzonen: |
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Gaszone |
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Diese
bildet sich um den Docht der Kerze. Sie stellt die Zone der
thermischen Aufbereitung des Brennstoffes (hier:
Paraffin-Moleküle = Kohlenwasserstoff-Verbindung) dar und
ist als dunkler Kern sichtbar. Hier herrschen Temperaturen
zwischen 300 und 500 °C. Die Gaszone besitzt einen blauen
Rand. Das ist die Zone der unvollständigen Verbrennung, da
in diesem Bereich Sauerstoffmangel herrscht. |
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Glühzone |
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In der
Glühzone werden die Brennstoff-Moleküle in Kohlenstoff (C)
und Wasserstoff (H) bzw. niedermolekulare Bruchstücke des
Paraffins zerlegt. Der entstandene Kohlenstoff (Ruß) glüht
charakteristisch und gibt dieser Zone ihren Namen. |
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Verbrennungszone |
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Sie
stellt einen unsichtbaren Flammensaum dar
(Sauerstoffüberschuss) in welchem Kohlenstoff (C) und
Wasserstoff (H) mit dem Luftsauerstoff (O) verbrannt werden.
Hier herrschen Temperaturen bis 1.100 °C. |
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AUCH DER RAUCH IST
WICHTIG! Was jedoch lange Zeit nicht mit der
erforderlichen Sorgfalt beachtet wurde, ist der Brandrauch.
Man wusste zwar, dass er äußerst giftig und ätzend sein kann
und die Sicht der Einsatzkräfte vor allem bei Innenangriffen
stört. Darüber hinaus aber machte man sich keine Gedanken.
Zurück zu unserer brennenden Kerze: Es entsteht also nicht
nur eine Flamme, sondern es ist - je nach Sauerstoffangebot
- eine mehr oder weniger intensive Rauchentwicklung
festzustellen. In diesen Rauchgasen befinden sich neben
Brandrauchaerosolen (Ruß) und diversen Verbrennungsprodukten
auch teilweise verbrannte Substanzen (Pyrolyseprodukte) und
unverbrannte Brennstoff-Moleküle. Dies ist grundsätzlich
auch bei anderen brennbaren Stoffen so.
Feuer & Rauch: Am Beispiel einer Kerze |
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CHAOS-REAKTION Ein Brand kann als
„Chaosreaktion“ beschrieben werden, bei welcher der
vorhandene brennbare Stoff in eine nicht unmittelbar
überschaubare Zahl von Umwandlungsprodukten überführt wird.
Der dabei entstehende physikalisch-chemische „stoffliche
Cocktail“ kann in allen Einzelheiten nicht nachvollzogen
werden. Der Verbrennungsvorgang läuft im Grunde nach
folgender allgemeiner Formel ab: |
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Brennbarer Stoff + Luftsauerstoff > Verbrennungsprodukte +
Energie |
| Ein Teil der Verbrennungsenergie wird für Pyrolyse- und
Crackvorgänge verbraucht, bei denen die brennbare Substanz
zu niedermolekularen Bruchstücken abgebaut wird. Letztere
können wiederum in der Flammenhitze über Radikalmechanismen
zu neuen Verbindungen weiterreagieren (De-Novo-Synthese).
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| EXPLOSIVE
PYROLYSEPRODUKTE
Die wichtigsten Pyrolysegase
und Kohlenmonoxid |
Was für die Möglichkeit einer Rauchdurchzündung wichtig
ist: Die bei der Verbrennung entstehende Wärme kann Gas-
oder Dampfmoleküle in Abhängigkeit von der vorhandenen
Temperatur mehr oder weniger spalten. Wenn dies unter
Abwesenheit von Sauerstoff bzw. Sauerstoffmangel
stattfindet, spricht man von einer Pyrolyse. Dabei werden,
wie beim Erdöl, langkettige Moleküle gecrackt, wobei
kurzkettige Pyrolysegase wie Methan, Ethan, Propan und Butan
entstehen. Dieser Vorgang ist nicht nur bei Kunststoffen
feststellbar, sondern in ähnlicher Weise auch bei Kohle und
Holz. Damit hat man beispielsweise früher Stadtgas bzw.
Holzgas erzeugt. Pyrolysegase werden bei Anwesenheit von
Sauerstoff sofort vollständig verbrannt. Wenn jedoch ein
Sauerstoffmangel eintritt, sind sie im Verein mit dem dann
ebenfalls in verstärktem Maße gebildeten Kohlenmonoxid die
beste Voraussetzung für ein zündfähiges und sogar
explosibles Brandgasgemisch. |
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| GEFÄHRLICHER RAUCHCOCKTAIL |
| Früher habe
ich einmal, um die Toxizität des Brandrauches anschaulich zu
beschreiben, das Bild des „Giftcocktails“ kreiert. Nach neueren
Erkenntnissen muss diese Darstellung jedoch erweitert werden. Ich
spreche nun von einem „gefährlichen Rauchcocktail“, in welchem sich
folgende Hauptkomponenten befinden können: |
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Oxide und diverse flüchtige Verbrennungsprodukte (CO2,
CO, SO2, NOX, HCN, HCl, NH3 etc.). Diese Substanzen sind in
erster Linie für die Toxizität des Brandrauches
verantwortlich. |
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Pyrolyse(Crack)produkte, das sind durch thermische Spaltung
unter Sauerstoffmangel erzeugte Substanzen (CH4,
C2H6, C3H8, C4H10
etc.). Diese sind mit CO vor allem für die
Brennbarkeit des Rauches zuständig. |
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Langzeitgifte (PAK, Dioxine, Furane etc.).
Kontaminationsgefahr (Sanierungsmaßnahmen sind
erforderlich)! |
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Brandaerosole, Ruß etc. |
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Wie ein Flashover entsteht! |
| Mit fortlaufender Zeit heizen sich die Rauchgase auf und werden
durch die bis über 1.000 °C hohen Temperaturen im Deckenbereich
thermisch aufbereitet (aus größeren Molekülen entstehen besser
brennbare kleinere Moleküle). Dann kommt bei Sauerstoffzufuhr die
kritische Phase, in welcher bestimmte lokale Rauchgasströme zu
brennen beginnen: Es bilden sich Flammenzungen, die sich an der
Decke des Raums entlang schlängeln. Im Englischen spricht man von so
genannten dancing angels (tanzenden Engeln). Damit verbunden ist in
der Regel ein plötzliches Entflammen von brennbaren
Einrichtungsgegenständen (Tische, Sessel, Polstermöbel, Textilien
etc.), wenn diese auf Zündtemperaturen von über 300 °C aufgeheizt
sind (tritt vor allem durch Rückstrahlung der heißen Brandgase ein).
Jetzt sind alle Voraussetzungen für den Feuersprung (Flashover)
gegeben: Die Rauchgase entzünden sich und die
Einrichtungsgegenstände entflammen innerhalb kürzester Zeit. Dadurch
entsteht eine Flammenwalze, vor der es kein entrinnen gibt! |
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Der „Gefährliche
Rauchcocktail“ kann auch brennen! |
Durch vielfachen
„Molekülbruch“ wird der Brandrauch brennbarer. |
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| DAMOKLESSCHWERT BRANDRAUCH! |
| Zusammenfassend können wir daher sagen: Nicht die Stoffe selbst
brennen, sondern die aus ihnen durch die Wärme austretenden Gas-
bzw. Dampfmoleküle. Bei Holz, Textilien aber vor allem bei
Kunststoffen können langkettige Moleküle freigesetzt werden, welche
jedoch erst thermisch aufbereitet werden müssen. Weiter spielt auch
der vorhandene Sauerstoffgehalt eine dominante Rolle, denn es kommt
meist erst bei Luftzufuhr zum richtigen Gemisch. Dadurch zündet der
Brandrauch auch nicht sofort, er schwebt jedoch wie ein explosives
Damoklesschwert über den Köpfen unserer Einsatzkräfte, welche im
Innenangriff ins Gebäude vorgehen. Daraus folgt aber eine wichtige
Erkenntnis: Es kann bei Einsätzen in Bauwerken faktisch überall und
zu jeder Zeit zu einer Rauchdurchzündung kommen! Um mit STS zu
sprechen: Das „Böse“ ist immer und überall! |
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Der Brandrauch ist brennbar
(zu erkennen an den links und rechts hochschlagenden
Flammenzungen). |
Phänomen Flashover
(schematische Darstellung). |
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| Stand 2005 |
LITERATURHINWEISE
CIMOLINO U. u. a.: Atemschutz – Sicheres und effizientes Vorgehen,
Suchverfahren, Notfalltraining, Kapitel 1.5 Brandbekämpfung im
Innenangriff von SÜDMERSEN J.; Ecomed-Verlag, 4. Auflage, Landsberg,
2004.
Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft: Richtlinien zur
Brandschadensanierung (VdS 2357); VdS Schadenverhütung, Köln, 2002.
MESSER GRIESHEIM, Gase-Handbuch, 3. Auflage, 1989.
WIDETSCHEK O.: Flashover – Herausforderung für die Feuerwehr;
BLAULICHT, Heft 10/1996, Graz. |
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