Abwehrender Brandschutz: Brennen und Löschen

Zusammenfassung

Überblick

Ausgangspunkt für die Wahl des richtigen Löschmittels im Brandfall ist die Kenntnis der physikalischen Grundlagen des Brennens und der unterschiedlichen Brandklassen. Unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften unterschiedlicher Löschmittel kann darauf aufbauend entschieden werden, welches Löschmittel für welche Brandsituation geeignet ist.

1 Brennen

Das Brennen ist eine mit Flamme und/oder Glut selbstständig ablaufende Reaktion zwischen einem brennbaren Stoff und Sauerstoff (z. B. Luftsauerstoff).

Stoffe sind unter bestimmten Bedingungen, wie Luftdruck, Sauerstoffgehalt der Umgebungsatmosphäre und Temperatur, brennbar oder nicht brennbar. Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der sich ein brennbarer Stoff mit Sauerstoff verbindet. Dabei entsteht ein neuer Stoff, das Verbrennungsprodukt. Gleichzeitig findet eine exotherme Reaktion statt, d. h., es wird Wärmeenergie freigesetzt.

1.1 Verbrennungsarten

Schwelen (Schwelbrand)

Dies ist ein Brand mit unvollständiger Verbrennung aufgrund von Sauerstoffmangel. Die durch den Schwelbrand frei werdende Energie reicht gerade aus, um den Verbrennungsprozess aufrecht zu erhalten. Dabei werden i. d. R. keine Flammen sichtbar. Allerdings sind große Mengen flüchtiger, unverbrannter Zersetzungsprodukte zu beobachten (z. B. CO), die bei Zufuhr von Luft (und damit von Sauerstoff) ein explosionsfähiges Gemisch bilden können. Dies kann mit einer Stichflamme (dem sog. Backdraft, der Rauchgasexplosion) erfolgen. Bei einer langsamen, kontinuierlichen Erhöhung des Luftsauerstoffs im Raum geht der Schwelbrand in einen Flammenbrand über.

Verbrennung

Die Verbrennung ist eine selbstständig ablaufende Reaktion eines brennbaren Stoffs mit einem Oxidationsmittel (z. B. Luftsauerstoff). Diese läuft mit einer hohen Geschwindigkeit ab. Dabei werden große Energiemengen in Form von Wärme und Licht (Flamme und Glut) freigesetzt. Die Verbrennung beginnt durch eine Zündung und verläuft danach in einer Art Kettenreaktion selbstständig weiter. Die Fortpflanzung des Brands auf noch nicht von der Verbrennung betroffene Stoffe erfolgt mittels Wärmeübertragung.

Schnell verlaufende Verbrennungen

• Stichflamme: Ein bis zu mehrere Meter erreichender, kurzfristig auftretender gerichteter Flammenstrahl. Die Stichflamme tritt bei der explosionsartigen Verbrennung von Gasen und Dampf-/Luftgemischen sowie bei der plötzlichen Luftzufuhr bei einem Schwelbrand auf.
• Verpuffung (Deflagration): Sonderfall einer Raumexplosion. Die Abgrenzung zur Explosion ist physikalisch nicht definiert. Der Unterschied ist der geringere Druckanstieg (und somit der Explosionsdruck) sowie eine geringere Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit.
• Explosion: Eine Explosion ist eine schnell verlaufende, heftige exotherme chemische Reaktion. Diese muss in einem explosionsfähigen Gemisch bzw. in explosionsfähiger Atmosphäre stattfinden. Dabei darf sie sich allerdings nicht zur Detonation ausweiten. Es werden sehr hohe Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten erreicht, die unterhalb der Schallgeschwindigkeit ablaufen. Gleichzeitig werden hohe Gas- und Wärmemengen freigesetzt, wodurch ein hoher Explosionsdruck entsteht. Durch eine Explosion können auch Folgebrände entstehen und ausgelöst werden. Eine Explosion kann auch das Bersten von Druckbehältern bzw. von unter Druck stehenden Leitungen und Armaturen darstellen.
• Detonation: Die Detonation ist ein Sonderfall der Explosion. Sie ist eine durch eine Stoßwelle ausgelöste Flammenreaktion, die sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten ausbreitet. Dabei können die Gase, die sich in Richtung der Flammenfortpflanzung mit Überschallgeschwindigkeit ausbreiten, große Zerstörungen verursachen. Die entstehenden Drücke sind enorm (Tab. 1). Schutzeinrichtungen (z. B. Druckentlastungseinrichtungen) sind aufgrund der hohen Drücke meist wirkungslos.

Art der Detonation	Ungefähr zu erwartende Drücke [MPa]
Gas-Luft-Gemisch	1-7
Sprengstoffe	1-10

Tab. 1: Drücke bei Detonationen

1.2 Grundlagen des Brennens

Damit ein Feuer entstehen kann, sind 3 Faktoren notwendig:

1. Brennstoff,
2. Sauerstoff (in der Umgebungsatmosphäre: 21 Vol.-%),
3. 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...