Damit ein Feuer entstehen kann, sind 3 Faktoren notwendig:
- Brennstoff,
- Sauerstoff (in der Umgebungsatmosphäre: 21 Vol.-%),
- Zündquelle.
Diese 3 Faktoren müssen unter günstigen Bedingungen zeitlich und räumlich zusammentreffen. Ist dies der Fall, entwickelt sich ein Feuer. Das veranschaulicht der sog. Emmons-Tetraeder (Abb. 1).
Abb. 1: Emmons-Tetraeder
Wird nur einer der 3 Faktoren gestört oder entfernt, erlischt das Feuer.
Für ein Feuer wird Sauerstoff benötigt. Dieser ist in der Luft ausreichend vorhanden. Brennbare Stoffe benötigen unterschiedliche Anteile an Luftsauerstoff um eine Verbrennung zu unterhalten.
Wenn der Sauerstoffanteil in der Umgebungsluft unter 13,8 Vol.-% sinkt, erlischt ein Feuer. Ist ein Überangebot an Sauerstoff vorhanden, wird die Verbrennung intensiver.
Je feiner ein Brennstoff verteilt ist, desto leichter kann er entzündet werden. Bestes Beispiel dafür ist Holz. Mit einem Streichholz kann ein Holzklotz nicht entzündet werden. Für die Entzündung eines Hobelspans ist die Energiemenge sehr viel geringer. Hier ist ein Streichholz zur Entzündung ausreichend. Hat man feines Schleifmehl aus demselben Holz vorliegen, reicht bereits ein Funke, um eine Staubwolke zu entzünden. Diese Entzündung führt zu einer Staubexplosion. Je feiner ein brennbarer Staub ist, desto niedriger liegt die untere Explosionsgrenze. Dadurch vergrößert sich der Explosionsbereich.
Wenn ein Feuer seinen bestimmungsgemäßen Brandherd verlässt und dabei einen Schaden anrichtet, spricht man von einem Brand. Dieser Brand verhält sich dann gemäß der Brandverlaufskurve.[1]
Brennbare Flüssigkeiten und Gase
Damit brennbare Flüssigkeiten und Gas brennen können, müssen sie sich in einem optimalen Gemisch mit Sauerstoff bzw. Luft befinden. Das bedeutet, dass brennbare Gase und Dämpfe sich nicht immer und zu jederzeit entzünden können. Sollten sie die sog. Explosionsgrenzen über- bzw. unterschreiten, kann es zu keiner Verbrennung oder Explosion kommen.
Bei Unterschreitung der unteren Explosionsgrenze spricht man von einem "zu mageren Gemisch", d. h., es ist zu wenig Brennstoff für eine Verbrennung vorhanden. Bei Überschreiten der oberen Explosionsgrenze spricht man von einem "zu fetten Gemisch", d. h., es liegt ein Überangebot an Brennstoff vor.
Die Explosionsgrenzen beschreiben die niedrigste (untere Explosionsgrenze) bzw. die höchste (obere Explosionsgrenze) Grenze der Konzentration von Gasen, Stäuben, Dämpfen (brennbaren Flüssigkeiten) und Nebeln in der Umgebungsatmosphäre, bei deren Unter- bzw. Überschreitung nach der Zündung des Brennstoffs sich eine Verbrennung gerade nicht mehr selbstständig fortpflanzen kann (Abb. 2).
Abb. 2: Obere und untere Explosionsgrenze
Diese Grenzen bilden den Explosionsbereich und sind wichtige sicherheitstechnische Kennzahlen. Sie werden in Vol.-%, g/m³ oder Mol-% angegeben. Die in Sicherheitsdatenblättern oder in weiteren Tabellen angegebenen Explosionsgrenzen beziehen sich i. d. R. auf Normalbedingungen der Atmosphäre.
Bei einem Brand in einem Raum steigt durch die freigesetzte Wärme die Raumtemperatur. Das führt zu 2 Effekten:
- die im Raum vorhandenen Brandlasten werden weiter thermisch aufbereitet,
- die Aufheizung der Bauteile des Raums kann zu deren Versagen führen.
Durch die thermische Aufbereitung gasen die Brandlasten im Raum aus. Dadurch bilden sich wiederum brennbare Pyrolysegase. Wird die untere Explosionsgrenze überschritten, kann es zur befürchteten Rauchgasdurchzündung (Flash-Over) kommen – der Brand breitet sich schlagartig auf den gesamten Raum aus (Vollbrand). Durch den Flash-Over kommt es in relativ kurzer Zeit zu einem starken Temperatur- und Druckanstieg im Raum.
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