Zimmerbrand bei Luftmangel: Versuche des KIT 2022

Der Aufbau

• Ort und Zeit: Brandversuchshalle der Forschungsstelle für Brandschutztechnik in Karlsruhe, Versuche im September und Oktober 2021.
• Brandlast: preiswerte, weit verbreitete Möbel moderner Bauart in vierfach identischer Ausführung. Moderne Möbel haben mehr Spanplatte und Kunststoff als ältere, robustere Möbel. Das führt zu schnellerer Brandentwicklung und zu mehr CO und Blausäure.
• Messung: Temperatur in vier Messketten, Druck, Sauerstoff, CO₂, CO, Gesamtkohlenstoff (unverbrannte Kohlenwasserstoffe) und Blausäure.
• Was die Versuche zeigen sollen: Wie ändert sich das Brandregime (ventiliert oder unterventiliert), und wie hängen Schadstoffe, Sauerstoff und Temperaturen von der Belüftung ab.

Versuch 1: Fenster offen

• Ablauf: Matratze nach etwa 40 Sekunden entzündet, Bett nach etwa 1:50 Minuten im Vollbrand, die Rauchschicht erreicht nach etwa 2:35 Minuten ihren tiefsten Stand. Nach etwa 3:40 Minuten entzünden sich Rauchgase am Fenster, nach etwa 4 Minuten gibt es einen Rollover. Nach etwa 7 Minuten steht der Raum im Vollbrand.
• Wichtig: Auch mit offenem Fenster gab es eine Phase mit Luftmangel, weil nur eine Öffnung da war. Die Temperatur bleibt nach etwa 2 Minuten auf einem Plateau, die heißen Rauchgase liegen über ihrer Zündgrenze und zünden, sobald sie Außenluft erreichen.
• Schadstoffe: CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe stiegen in der Phase des Luftmangels stark an. Mit einer beweglichen Sonde wurden etwa 23.400 ppm CO gemessen, die festen Sonden erreichten technisch nur 5.000 ppm. Nach etwa sieben Minuten sinken die Werte, der Brand wechselt zurück zum brandlastgesteuerten Regime.
• Lehre: Ein Fenster allein reicht für einen größeren Zimmerbrand nicht aus, der Raum wird innerhalb weniger Minuten zu einem Brand mit Luftmangel.
• Versuch 2: gleicher Aufbau, die Werte waren sehr ähnlich. Die Ergebnisse gelten als gut wiederholbar, weitere Versuche wären nötig, um das sicher zu sagen.

Versuch 3: Fenster zu

• Ablauf: Matratze nach etwa 27 Sekunden entzündet, Vollbrand der unteren Matratze nach 1:00, oberes Bett nach 1:32. Die Rauchschicht erreicht nach 2:42 ihren Tiefststand. Nach etwa 5 Minuten verlischt der Brand wegen Sauerstoffmangels nahezu, nur eine kleine Flamme am Boden blieb wegen Undichtigkeiten im Raum.
• Schwelen mit Rückfällen: Über mehr als eine Stunde gab es immer wieder Durchzündungen an Bett und Regal (zum Beispiel nach etwa 18:41 Minuten, 45:42 Minuten und nach über einer Stunde), jeweils mit anschließender Drosselung.
• Werte: niedrigste Höchsttemperatur (824 °C), CO bis 47.800 ppm.
• Lehre: Ein unterventilierter Brand kann lange weiterschwelen und mit jeder neuen Luftzufuhr erneut aufflammen. Die Ruhe im Raum täuscht.

Versuch 4: Fenster wird mehrfach geöffnet und geschlossen

• Start: Fenster zu, nach 2:30 Minuten hat die Rauchschicht den Boden erreicht, keine Flamme mehr sichtbar. Der Raum steht unter Überdruck (etwa 39 Pa) und ist voller kalter Brandgase: Die mittlere Temperatur liegt unter der Zündtemperatur, eine Rauchgasdurchzündung ist nicht möglich.
• Fenster auf (2:30 bis 7:40 Minuten): Rollover am Fensterrand, die Wärmefreisetzung steigt wieder.
• Fenster zu (ab 7:40 Minuten): Der Raum heizt sich auf, 450 bis 600 °C. Bei diesen Temperaturen liegen die meisten Brandgase über ihrer Zündtemperatur.
• Fenster auf (13:22 Minuten): Der Brand wird sofort beschleunigt, es folgt eine Rauchgasdurchzündung im ganzen Raum und bei 13:56 Minuten der Flashover.
• Werte: Höchsttemperatur 942 °C, CO bis 98.700 ppm (das sind fast 10 Vol.-%), Blausäure 36,2 mg/m³, Sauerstoff zeitweise 0 Vol.-%. Die CO-Spitzen treten beim Übergang zwischen ventilierter und unterventilierter Phase auf.
• Lehre: Das Öffnen einer Tür oder eines Fensters ist ein Eingriff in den Brandverlauf, der Wirkung hat. Heißer Raum plus plötzlich Luft ergibt Durchzündung und Flashover.

Wann zünden Brandgase?

Die Zündtemperatur der Brandgase erklärt, warum die Rauchgastemperatur so wichtig ist. Ausgewählte Werte aus dem Bericht:

• Kohlenmonoxid: Zündbereich 10,9 bis 76,0 Vol.-%, Zündtemperatur 605 °C
• Methan: 4,4 bis 17,0 Vol.-%, 595 °C
• Wasserstoff: 4,0 bis 77,0 Vol.-%, 560 °C
• Blausäure (HCN): 5,5 bis 46,6 Vol.-%, 535 °C
• Ethan: 2,4 bis 14,8 Vol.-%, 515 °C
• Ethen: 2,4 bis 32,6 Vol.-%, 440 °C
• Acetylen: 2,3 bis 100 Vol.-%, 305 °C
• Schwefelwasserstoff: 3,9 bis 45,5 Vol.-%, 220 °C

Die Mischung im Raum ist beim Luftmangel meist zu fett zum Brennen. Frischluft macht sie zündfähig, wenn die Temperatur reicht.

Was heißt das für den Einsatz

Der Bericht fasst es aus feuerwehrtechnischer Sicht so zusammen:

• Auch „ventilierte“ Brände können Phasen mit Luftmangel haben. Das hängt von Brandlast (moderne Möbel), Raumvolumen (Sauerstoffangebot) und Größe der Öffnung ab.
• Beim unterventilierten Brand ist der Verlauf deutlich komplexer. Ist die Verbrennungsluft verbraucht, sinken Intensität und Ausbreitung, die Flammen können erlöschen, Glutnester bleiben.
• Wichtig beim Eintreffen: die Abgastemperatur, also ob die Zündtemperatur erreicht ist. Davon hängt ab, ob beim Öffnen Rauchgasdurchzündung oder Backdraft und danach Flashover folgen.
• Maximale Temperaturen sind bei Luftmangel meist niedriger als beim ventilierten Brand, die Schadstoffe (Pyrolysegase, Blausäure, CO) sind höher.
• Zur Taktik: Die Versuche begründen, warum dieses Portal vor dem Öffnen Rauch lesen und den Tür-4-Punkte-Check verlangt und Rauchverschluss und gesteuerte Belüftung nutzt. Details auf den Seiten Unterventilierte Brände, Türöffnung: 4-Punkte-Check, Rauch lesen, Rauchverschluss und Innenangriff.
• Atemschutz und Messen: CO und Blausäure erreichen in solchen Räumen tödliche Konzentrationen. Nach dem Brand bleibt der Raum gefährlich, siehe Atemgifte.

Was heißt das für dich?

• Ein ruhiger, dunkler, verrauchter Raum ist nicht „aus“. Es kann gleich heiß sein und durchzünden, sobald Luft kommt.
• Jede Öffnung zählt: Tür, Fenster, Dach, Lüfter. Erst planen, dann öffnen.
• Zeit ist knapp: Schon nach 2 bis 3 Minuten ist die Luft im Zimmer weitgehend verbraucht. Beim Eintreffen ist der Brand häufig unterventiliert.

Siehe auch: Vorgehen im Rauch, Belüftung und Lüfter, Moderne Bauweise, Gefahren der Einsatzstelle.

Versuchsraum

25 m² Grundfläche, 2,70 m hoch, Kinderzimmer nachgestellt (Etagenbett, Regal, Schreibtisch)

Öffnungen

Fenster 1,0 m × 1,0 m als einzige steuerbare Öffnung, Tür immer geschlossen

Zündung

Isopropanol-Wanne unter dem Bett

Versuch 1 und 2

Fenster dauerhaft offen (Wiederholung)

Versuch 3

Fenster geschlossen

Versuch 4

Fenster mehrfach geöffnet und geschlossen

Höchsttemperatur

Versuch 1: 1.089 °C, Versuch 3: 824 °C, Versuch 4: 942 °C

Höchstwert CO

23.000 ppm (V1), 47.800 ppm (V3), 98.700 ppm (V4)

Blausäure (HCN)

28,7 mg/m³ (V1), 10,6 mg/m³ (V3), 36,2 mg/m³ (V4)

Niedrigster Sauerstoff

2,08 Vol.-% (V1), 2,71 Vol.-% (V3), 0,00 Vol.-% (V4)

Raumdruck

bis 32,5 Pa (V1), 25,6 Pa (V3), 38,8 Pa (V4)