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.

Investigation of the prognosis ability from deterministic fire simulation models.
The investigation and evaluation of the prognosis ability from deterministic fire simulation models is of central interest in connection with the increasing acceptation of the engineering methods in the field of fire protection. In this report an evaluation methodology for the validation of fire simulation models called EMVANEMED is described and results given on basis of the methodology are clarified by an example. The evaluation was accomplished on basis of computed medians of the central evaluation sizes PEAK and PEACOCK. These values permit the evaluation of both local and global criteria of two complete time series. As an example data of two full-scale fire tests were consulted, in which a fire room was connected with a target room by small leakages and/or over a closed channel. Since both extensive measuring data in the fire room and in the target room were present, an evaluation of the simulation results should be possible for the transmission of fire protection-technically relevant values from one room to another room. For validation, the internationally accepted CFD fire simulation model Fire Dynamics simulator (FDS) in version 5 has been used. For simulation the energy release rate due to the results of the tests were given as an input. The default value of the energy release rate corresponds to the state of the art and permits an evaluation of the suitability of fire simulation codes by quantification of the deviation between experimental and simulation results. Remarkably well is the prediction of the oxygen concentration (O2) and the gas temperatures outside of the plume by simulation. Also the results for the peak values of the temperatures of target objects are comparatively good. With the other gas concentrations (CO and CO2) the medians are more largely and the fluctuations are clearly larger. For the fire room the gas concentrations CO and CO2, the radiative heat flow densities and the temperatures inside the cables are computed lower, the other values higher than the test data. The results in the fire room are altogether better than in the target room. If an evaluation is accomplished on basis of local parameters (PEAK comparison) important information cannot be evaluated for the course of the time series. During the additional evaluation of global parameters, a tendency shows up that the heat transfer into construction units is not sufficiently solved by the sub models.