title: Einfluss des Sauerstoffangebots auf die Wärmefreisetzung und Brandrauchzusammensetzung im Controlled-atmosphere Cone Calorimeter
title: Vitiation-effects and Ventilation-effects on the Heat Release and Smoke Production in a Controlled-atmosphere Cone Calorimeter
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Werrel, Martin
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2022

description: Intoxikationen durch Brandrauch sind in der Bundesrepublik Deutschland mit 58% der Fälle die häufigste Ursache tödlicher Verletzungen durch Brände in Gebäuden. Sie sind vor allem festzustellen, wenn ein Brandverlauf die Vollbrandphase erreicht hat - eine Situation hoher Brandleistung, hoher Brandraumtemperaturen und begrenzter Frischluftzufuhr. Insbesondere die Höhe des Sauerstoffangebots für die Brandreaktion beeinflusst die Qualität und Quantität der Brandrauchzusammensetzung. Da labormaßstäbliche Apparaturen die Ventilationsbedingungen natürlicher Brände nicht hinreichend präzise abbilden, mangelt es an Daten über Produktionsraten von Brandgasen und -rauch für Risikoanalysen entlang relevanter Brandphasen. Diese Arbeit beurteilt die Eignung eines um eine Atmosphärenkammer ergänzten Cone Calorimeter hinsichtlich der Realisierung ventilationsgesteuerter Brandbedingungen, unerwünschter apparativer Artefakte und geeigneter Berechnungsgleichungen relevanter Brandkenngrößen. Sie schlussfolgert, dass eine offene Konfiguration des Controlled-atmosphere ConeCalorimeter geeignet ist, die Bedingungen ventilationsgesteuerter Vollbrände im Labormaßstab systematisch darzustellen. Merkmal der offenen Konfiguration ist eine freistehende Atmosphärenkammer unter der mit Messtechnik ausgestatteten Abzugshaube. Apparate- und messtechnische Einflüsse der Verdünnungsluft, die der Apparatur durch die offene Bauweise aus der Laborumgebung stromabwärts der Atmosphärenkammer zuströmt, werden aufgezeigt, quantifiziert und Lösungen zu deren Berücksichtigungwerden präsentiert. Eine alternative geschlossene Konfiguration dichtet die Atmosphärenkammer gegen die Abzugshaube ab und begrenzt dadurch die Einstellmöglichkeiten der Versuchsparameter. Mit ihr lassen sich ventilationsgesteuerte Brandbedingungen nicht in dem Maß erzeugen, das für ganzheitliche Brandrisikoanalysen von Interesse ist.
description: Smoke inhalation and sublethal effects of carbon monoxide (CO) and other toxic fire effluents produced from enclosure fires are the most frequent cause of fire deaths in the United States, the United Kingdom and Germany. It is key to assess toxicity hazards carefully and as accurately as possible within fire hazard and risk assessments. Primarily post-flashover fires with vitiated and under-ventilated conditions are relevant as they yield large amounts of partially burned toxic fire effluents. This study evaluates capabilities, limitations, and appropriate procedures of the controlled-atmosphere cone calorimeter approach. It emphasizes the representation of relevant test and combustion conditions along different fire stages, errors from the test setup, and heat release rate as well as species yield equations. It concludes that the open controlled-atmosphere cone calorimeter is capable of representing different fire stages and combustion conditions. It allows vitiation and ventilation conditions to be controlled, and thus under ventilated post-flashover fires to be replicated in a bench-scale fire test setup. The error of secondary burning outside and inside the controlled-atmosphere attachment, the impact of varying dilution ratios as well as procedural details is analysed. Modified equations for heat release and species generation rate calculations as well as mitigations for secondary burning are proposed. A closed configuration of a controlled-atmosphere cone calorimeter provides limited flexibility to limit the enclosure gas flow rate. It is not capable of representing underventilated combustion conditions as expected for fire risk analyses. Vitiation effects in the open controlled-atmosphere cone calorimeter seem to have a smaller effect than ventilation effects have. Thus, under-ventilation seems to be responsible for the production of large amounts of unburne++