Eine Verbrennung (Feuer) ist eine sehr schnell ablaufende Reaktion eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff (Oxidation) unter Flammenerscheinung. Bei dieser Art von Reaktion wird Wärme freigesetzt und an die Umgebung abgegeben (exotherme Reaktion).
Man unterscheidet zwischen bestimmungsgemäß und nicht bestimmungsgemäß brennenden Feuern. Während ein Kaminfeuer in der Regel kontrolliert werden kann, hat man Probleme, wenn das Feuer Gegenstände oder Räume betrifft, die nicht dafür vorgesehen sind.
Um ein Schadfeuer zu löschen, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten und Hilfsmittel, welche jedoch nicht immer geeignet sind oder sogar gefährlich für Feuerwehr werden können. Um ein Schadenfeuer effektiv zu bekämpfen, muss ein Gruppenführer der Feuerwehr das richtige Löschmittel zum Einsatz bringen. Hierzu müssen die Vorrausetzungen und der Verlauf einer Verbrennung beurteilt werden, um die verschiedene Löschmethoden und Löschmittel einzusetzen.
Ein Brand bzw. ein Feuer ist eine einfache chemische Reaktion. Diese kann nur stattfinden, wenn nachfolgend aufgeführten Faktoren zeitgleich und im richtigen Verhältnis zusammenfinden:
• brennbares Material
• Sauerstoff
• Zündenergie
Brennbares Material können als Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase vorhanden sein. Fast jedes Material ist brennbar – die bekanntesten sind Papiere, Kunststoffe, Öle, Fette, Lacke und Verdünnungen, Propangas usw.
Wie schnell ein Material in Brand gerät hängt von der Zusammensetzung und der Dichte ab. Ein Blatt Papier lässt sich sehr leicht entzünden – eine kompakte gepresste Papierrolle benötigt jedoch etwas mehr Energie von außen bevor sie sich entzündet.
Sauerstoff wird als Oxidationsmittel benötigt. Dieser findet sich in der Außen- und Raumluft wieder und ist fast überall vorhanden. Sauerstoff kann aber auch in Flaschen als Flüssiggas gelagert sein z. B. bei medizinischen Anlagen oder durch eine andere chemische Reaktionen entstehen.
Die Zündenergie wird über sogenannte Zündquellen eingebracht. Feuer, brennende Kerzen, Schweißbrenner sind offensichtliche Zündquellen. Häufig werden jedoch die weniger offensichtlichen zur Gefährdung. Diese sind z. B. heiße Oberflächen von Kochplatten, Bügeleisen, Föhn oder auch Wasserkocher.
Mängel an technischen Geräten führen zur Überhitzung oder zu Kurzschlüssen. D. h. Leitungen schmoren und / oder es kommt zur Funkenbildung. Diese können Auslöser für eine Explosion oder einen Brand sein.
Die Effekte Rollover, Flashover und Backdraft haben ihre Ursache darin, dass brennende oder erhitzte Materialien Gase abgeben. Diese Gase heißen Pyrolysegase und sind selbst brennbar, was beim Flashover nach Aufheizen auf die Zündtemperatur zu einem schlagartigen Entzünden des gesamten Raumes führen kann. Allerdings können Rauchgase nur zünden, wenn ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Die Gefährlichkeit von Rollover und Backdraft liegt darin, dass sich bei unzureichender Sauerstoffzufuhr brennbare Gase ansammeln können, die dann, wenn beispielsweise eine Tür geöffnet und die Luftzufuhr möglich wird, schlagartig zünden.
Insbesondere der Backdraft ist ein recht "modernes" Phänomen, denn die energiesparende Bauweise mit ihren gut abdichtenden Fenstern verringert die Luftzufuhr und moderne Materialien wie Kunststoffe geben besonders viele Pyrolysegase ab, wodurch die Voraussetzungen für eine Rauchgasexplosion gegeben sind. Ein Experiment, in dem ein Brand in einem mit Holz möblierten Zimmer verglichen wird mit einem Brand in einem mit modernen Materialien möblierten Zimmer, zeigte, dass es im modernen Zimmer nach gut 3 Minuten zum Flashover kam. Im "alten" dauerte es eine halbe Stunde, bis der ganze Raum in Flammen stand! Quelle: Freiwillige Feuerwehr Mönchhagen
Phasen der Brandentstehung
Die Entstehung eines Brandes lässt sich in mehrere Phasen unterteilen.
Zündphase:
• Ein Initialereignis wie ein Funke oder eine heiße Oberfläche bringt den Brennstoff auf seine Zündtemperatur.
• Es entsteht eine Flamme, und die Verbrennung beginnt.
Ausbreitungsphase:
• Das Feuer breitet sich auf umliegende brennbare Materialien aus.
• Temperatur und Rauchentwicklung nehmen zu.
Vollbrandphase:
• Der Brand erreicht seine maximale Intensität.
• Alle brennbaren Materialien im betroffenen Bereich tragen zur Verbrennung bei.
Abklingphase:
• Der Brand verliert an Intensität, da der Brennstoff oder der Sauerstoff aufgebraucht ist.
• Glut und Restwärme können jedoch weiterhin eine Gefahr darstellen.
Beim Rollover (Rauchgasdurchzündung) handelt es sich um das Zünden der Pyrolysegase einer Rauchschicht. Sobald sich genügend brennbare Pyrolysegase in der Rauchschicht angesammelt haben und genügend Luft (Sauerstoff) zur Zündung im Raum ist, findet eine Durchzündung der Rauchschicht statt.
Wenn es in einem Raum brennt, verbrennen dabei Materialien wie Holz, Kunststoffe und/oder andere Stoffe wie Flüssigkeiten (Öle, Fette, Lacke und Verdünnungen). Durch diesen Verbrennungsprozess entstehen Rauch bzw. Rauchgase und Wärme. Gleichzeitig wird dem Raum Sauerstoff, der für die Verbrennung nötig ist, entzogen. Bis hierhin gilt diese Beschreibung für alle drei Phänomene, teilt sich dann jedoch in feine Unterschiede auf.
Nehmen wir an, dass unser Raum, wie im Beispiel brennt. Da der heiße Brandrauch und die übrigen Gase, die beim Prozess der Verbrennung entstehen (auch als Pyrolyse-Gase bezeichnet), leichter sind als Luft, steigen sie nach oben, wo sie sich unter der Decke sammeln. Es entstehen nun zwei Zonen, eine Tief- und eine Hochdruckzone. In der Tiefdruckzone am Boden befindet sich Sauerstoff (O2), der vom Feuer angesaugt wird. Innerhalb der Hochdruckzone sammeln sich die Brandgase und wabern unter der Decke durch den Raum und ggf. in andere Räume, falls Türen geöffnet sind. Das gefährliche an dieser Situation ist, dass eben diese Rauchgase brennbar sind. Durch den aktiven Prozess der Verbrennung heizen sie sich weiter auf. Bevor es zu einer Durchzündung dieser Rauchgase kommt, sind als eine Art Vorwarnung zärtlich anmutende und tänzelnde Flammen (auch als "Tanz der Engel" bezeichnet) an der Unterseite der Rauchschicht zu sehen, denn an dieser Stelle treffen Tief- und Hochdruckzone aufeinander und es ist erster Sauerstoff für eine Reaktion vorhanden. Kurz darauf zündet meist die komplette Rauchschicht durch und eine Feuerwalze jagt mit Temperaturen um 1.000 °C an der Decke entlang. Sie soll dabei Geschwindigkeiten bis 50 km/h erreichen können. Eine besondere Gefahr beim Rollover kann sein, dass sich die Feuerwalze auch nur an der Oberseite der Rauchschicht ausbreitet, sodass man ihn durch den dichten Rauch gar nicht sieht. Quelle: Markus Schmidt
Beim Flashover (Flammenüberschlag - Raumdurchzündung - Feuersprung) handelt es sich um den Übergang vom Entstehungsbrand zum Vollbrand durch das Zünden aller brennbaren Oberflächen im Raum durch die Strahlungswärme der Rauchgasschicht.
Unter einem Flashover versteht man einen Flammenüberschlag. Dieser entsteht beim Brand in einem geschlossenen Raum, indem sich die brennbaren Pyrolysegase ansammeln können. Ab einer Temperatur von ca. 600°C entzünden sich diese Gase im gesamten Raum schlagartig. Man spricht auch vom Durchzünden. Dies ist der Übergang vom Entstehungs- zum Vollbrand, wobei schnell Temperaturen von über 1000 °C erreicht werden. Es steht nicht nur der Brandraum auf einmal schlagartig in Flammen, sondern die Flammen oder Flammenfront schlägt auch meistens mit erheblicher Wucht nach außen. Die Gefährdung für Feuerwehrleute ist auf keinen Fall zu unterschätzen.
In der Entstehungsphase brennen zunächst Einrichtungsgegenstände (z. B. Sofa, Tisch, Möbel) und bilden Verbrennungsgase und Pyrolysegase. Kann der entstandene Rauch nicht durch Raumöffnungen abgeführt werden, kommt es zu einem Wärmestau an der Decke. Die stark erwärmte Rauchschicht wirkt nun durch Wärmestrahlung auf die gesamten Einrichtungsgegenstände. Zeitgleich steigt die Temperatur im gesamten Brandraum. Die Oberflächen der noch nicht brennenden, aber brennbaren Gegenstände Pyrolyse|pyrolisieren aus und zünden dann bei 15 bis 20 kW/m² Wärmestromdichte (siehe auch Solarkonstante) oder einer Rauchgastemperatur von 500 - 600 °C schlagartig ohne Zündflamme. Die horizontale Flammenausbreitungsgeschwindigkeit im Raum (Entzünden weiteren Materials durch bereits brennende Gegenstände) beträgt dann etwa 10 m/min. Das Resultat ist ein Vollbrand des Raumes und Temperaturen von etwa 1000 °C.
Weitere Angaben zur Abbrandrate, Wärmefreisetzung, Temperaturentwicklung vor und nach dem Flashover sowie Zeiten bis zum Auftreten eines Flashovers finden sich in den Forschungsberichten Nr. 130 und 142 der Forschungsstelle für Brandschutztechnik an der Universität Karlsruhe. Quelle: Rainer Schwarz, KHK i. R.
Unter Backdraft versteht man eine Rauchgasexplosion. Diese entsteht bei einem Brand in einem Raum mit wenig Sauerstoff (O2).
Das Feuer verlischt auf Grund dessen fast von selbst. Durch Abkühlung der brennbaren Pyrolysegase, entsteht ein Unterdruck. Beim Öffnen einer Tür oder durch andere Öffnungen wird Luftsauerstoff angesogen.
Dieses Gemisch entzündet sich dann an bereits vorhandenen Zündquellen. Beim Backdraft entstehen schnell Temperaturen von über 1500 °C.
Grundsätzlich sind die Brandphänomene Backdraft, Rollover und Flashover relativ ähnlich und doch sehr verschieden. Sie gehören zu den gefährlichsten Ereignissen, auf die man in Bezug auf Feuer treffen kann.
Wenn es in einem Raum brennt, verbrennen dabei Materialien wie Holz, Kunststoffe und/oder andere Stoffe wie Flüssigkeiten (Öle, Fette, Lacke und Verdünnungen). Durch diesen Verbrennungsprozess entstehen Rauch bzw. Rauchgase und Wärme. Gleichzeitig wird dem Raum Sauerstoff, der für die Verbrennung nötig ist, entzogen.
Bis hierhin gilt diese Beschreibung für alle drei Phänomene, teilt sich dann jedoch in feine Unterschiede auf.
Gehen wir davon aus, es handelt sich um einen Raum, der in sich abgeschlossen ist. Die Fenster, falls welche vorhanden sind, halten der Hitze stand und die Türen sind geschlossen. Wände und Decke sind ebenfalls massiv, sodass es dem Feuer nicht gelingt sich hindurchzufressen. Solange der Raumsauerstoff für den Verbrennungsprozess ausreicht, schreitet die Verbrennung voran. Dabei werden sämtliche Materialien erhitzt. Ist der Sauerstoff aufgebraucht bzw. unterhalb der für die Verbrennung nötigen Menge, kommt die Verbrennung zum Erliegen. Die Gegenstände im Raum sind aber dennoch extrem heiß. Fügt man einem solchen Raum nun z. B. durch das Öffnen von Türen oder Fenstern Sauerstoff zu, kann man in der Regel für einen kurzen Augenblick eine Art pfeifendes oder zischendes Geräusch hören, sodass Sauerstoff in den Raum gesogen wird. Überschreitet die Menge an Sauerstoff nun wieder den Bereich, der nötig ist für eine Verbrennung, kommt es zu einer erneuten Entflammung und der komplette Raum zündet durch. Innerhalb von Bruchteilen von Sekunden steht man einer Feuerwand gegenüber. Diese Reaktion kann mit einer solch hohen Geschwindigkeit vonstatten gehen, dass man sie auch als Explosion bezeichnen kann. Quelle: Markus Schmidt