Voraussetzungen der Verbrennung

Das Wichtigste in Kürze

Brennen ist eine exotherme Reaktion (gibt Wärme ab) zwischen einem brennbaren Stoff und Sauerstoff, die selbstständig mit Flamme oder Glut abläuft. Dafür braucht es drei Dinge gleichzeitig: Brennstoff, Sauerstoff und Zündenergie (Verbrennungsdreieck), in einem passenden Mischungsverhältnis.
Löschen heißt, eine Voraussetzung dauerhaft wegzunehmen: abkühlen, Sauerstoff entziehen, Brennstoff entfernen oder die Reaktion stören (Inhibition).
Flammpunkt gilt nur für Flüssigkeiten (Dampf entzündet sich an einer Zündquelle), Zündtemperatur für alle Stoffe (entzündet sich an heißer Fläche, ohne Flamme). Beide sind Stoffwerte und nicht vergleichbar.
Brandverlauf: Entstehungsbrand, Entwicklung, Raumdurchzündung (Flashover), Vollbrand, Abklingen. Im Entstehungsbrand ist Löschen leicht, später gefährlich.
Unvollständige Verbrennung erzeugt Kohlenmonoxid und Ruß. Der Brandrauch ist selbst brennbar und giftig.

Luft: etwa 21 % Sauerstoff, 78 % Stickstoff, 1 % Argon; unter etwa 15 % Sauerstoff brennen die meisten Stoffe kaum noch
Holz: Verkohlung ab etwa 150 °C; trockene feste Brennstoffe entzünden sich oft über 200 °C
Hinweis: Theorie zum Nachlesen. Praktisch geübt wird in der Wache (Strahlrohrführung, Feuerlöscher, Schaumerzeugung). Bei Abweichungen gelten die Weisungen deines Trägers und die Herstellerangaben.

Grundlagen

Das Verbrennungsdreieck

Es brennt nur, wenn alle drei Seiten vorhanden sind:

Brennbarer Stoff: fest, flüssig oder gasförmig, auch Dampf, Nebel und Staub. Er muss mit Luft oder Sauerstoff zum Brennen angeregt werden können.
Sauerstoff: meist aus der Luft (etwa 21 %). Oxidierende Stoffe liefern ihn selbst (zum Beispiel Peroxide, siehe Gefahrgut).
Zündenergie: Flamme, Funke, heiße Fläche, Reibung, elektrischer Strom, Selbsterhitzung, Blitz.

Zusätzlich muss das Mischungsverhältnis stimmen: Zu wenig oder zu viel Brennstoff in der Luft, und es brennt nicht (siehe Zündgrenzen).
Jede Löschmaßnahme nimmt eine der Seiten weg. Brandschutz (Vorbeugen) heißt: ihr Zusammentreffen verhindern.

Fachbegriffe nach DIN 14011

Brennen: eine mit Flamme und/oder Glut selbstständig ablaufende exotherme Reaktion zwischen brennbarem Stoff und Sauerstoff.
Feuer: Oberbegriff für gewolltes Brennen (Nutzfeuer) und ungewolltes (Schadenfeuer).
Brand: nicht bestimmungsgemäßes Brennen, das sich unkontrolliert ausbreiten kann.
Löschen: Unterbinden des Brennens. Entzünden: Einleiten des Brennens.
Zündquelle: Energiequelle, die das Brennen einleitet. Mindestentzündungsenergie: niedrigste Zündenergie, die einen Stoff entzünden kann. Entzündet wird durch Fremdzündung (von außen) oder Selbstentzündung.
Flammpunkt: niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit, bei der sich so viele Dämpfe bilden, dass sich das Dampf-Luft-Gemisch bei Kontakt mit einer Zündquelle sofort entzündet. Je niedriger, desto gefährlicher.
Brennpunkt: niedrigste Temperatur, bei der nach der Entzündung ein ständiges Brennen bleibt.
Zündtemperatur: niedrigste Temperatur, bei der ein Stoff von selbst (an einer heißen Oberfläche, ohne äußere Zündquelle) zu brennen beginnt. Gilt für alle brennbaren Stoffe.

Wichtig: Flammpunkt und Brennpunkt gibt es nur für Flüssigkeiten, die Zündtemperatur für alle Stoffe. Es sind Stoffwerte, die man nicht direkt vergleichen kann. Einen Brennpunkt von Holz gibt es nicht.

Brandgase: gasförmige Bestandteile der Verbrennungsprodukte. Rauch: sichtbarer Teil der Gase und Aerosole (inklusive Partikel).
Pyrolyse: irreversible Zersetzung eines Stoffes durch Hitze ohne Oxidation. Dabei entstehen brennbare Pyrolysegase und Schwelgase.
Brandlast: Menge und Art der brennbaren Stoffe in einem Bereich.

Verbrennungsarten und Brandprodukte

Flammenverbrennung: Gase und Dämpfe brennen mit Flamme. Feststoffe brennen meist erst, nachdem sie durch Hitze Pyrolysegase abgeben.
Glimmen und Glut: Verbrennung an der Oberfläche ohne Flamme (Holzkohle, Glutnester). Glutnester halten sich lange und flammen bei Luftzufuhr wieder auf, deshalb gründlich nachlöschen.
Vollständige Verbrennung liefert vor allem Wasser und Kohlendioxid.
Unvollständige Verbrennung (Sauerstoffmangel, zu wenig Hitze) liefert Ruß, Kohlenmonoxid (CO) und weitere Schadstoffe, bei sehr hohen Temperaturen (über 1.300 °C) auch Stickoxide. CO ist farb-, geruch- und geschmacklos und der gefährlichste Bestandteil des Brandrauchs (siehe Atemgifte).
Rauch ist brennbar und giftig: Er enthält Pyrolysegase, die sich entzünden können (siehe Rauchdurchzündung).

Zündgrenzen und Explosion

Zündgrenzen (Explosionsgrenzen)

Gase, Dämpfe, Nebel und Stäube sind in Luft nur in einem Konzentrationsbereich zündfähig, dem Explosionsbereich.

Untere Explosionsgrenze (UEG): darunter ist das Gemisch zu mager.
Obere Explosionsgrenze (OEG): darüber ist es zu fett.
Zwischen UEG und OEG zündet es und brennt oder explodiert. Je breiter der Bereich, desto gefährlicher der Stoff.

Merke: „Zu fett“ ist nicht sicher. Strömt mehr Luft hinzu (zum Beispiel beim Türöffnen), kann das Gemisch in den Explosionsbereich fallen (Rauchexplosion).

Explosion, Deflagration, Detonation

Explosion: plötzliche Oxidationsreaktion eines zündfähigen Gemisches mit Temperatur- und/oder Druckerhöhung.
Deflagration: Zündung durch Wärmeübertragung, Flammenausbreitung unter Schallgeschwindigkeit, geringer Druckanstieg (typisch bei Gas-Luft- und Staubexplosionen).
Detonation: Zündung durch Stoßwelle, Flamme und Druckwelle laufen mit Überschallgeschwindigkeit.
Rauchexplosion (Backdraft): Explosion von Pyrolyse- und Schwelgasen in einem Brandraum mit zu wenig Sauerstoff, wenn plötzlich Luft zutritt.
Raumdurchzündung (Flashover): schlagartige Ausbreitung des Brandes auf alle thermisch aufbereiteten Oberflächen brennbarer Stoffe im Raum.
Rauchdurchzündung (Rollover): Durchzündung der Rauchschicht unter der Decke.

Wie man sie erkennt und was man tut, steht auf der Seite „Innenangriff unter Atemschutz“.

Brandverlauf und Wärme

Phasen eines Brandes im Raum

Zündphase: Eine Zündquelle liefert die Mindestzündenergie (zum Beispiel ein Streichholz).
Entwicklungsphase (Entstehungsbrand): kleiner, örtlich begrenzter Brand mit zunächst niedriger, aber steil ansteigender Temperatur. Hier löscht man mit einfachen Mitteln (Feuerlöscher, Kübelspritze).
Feuerübersprung (Raumdurchzündung): schlagartige Brandausbreitung auf fast alle brennbaren Stoffe des Raums. Lebensgefahr für jeden im Raum.
Vollbrandphase: Höchstwerte von Temperatur und Energiefreisetzung, stärkste Hitze- und Rauchentwicklung.
Endphase: Temperatur und Brandgeschwindigkeit sinken, meist wegen Brennstoffmangel (oder Sauerstoffmangel).

Einflussgrößen: Brandgut (Art, Menge, Ausdehnung), Brandort (Raumgröße, Lage), Luftzufuhr (Fenster, Türen, Wind, Lüftung). Ein Brand mit Luftmangel (unterventiliert) hält sich klein, bis Luft zutritt.

Wie sich Wärme ausbreitet

Wärmeleitung: Wärme geht in einem Stoff von Teilchen zu Teilchen (zum Beispiel durch einen Stahlträger, eine Wand oder ein Rohr). So können Brände in andere Räume überspringen.
Wärmemitführung (Konvektion): Wärme wird mit strömenden Gasen oder Flüssigkeiten transportiert (heiße Rauchgase steigen nach oben, Kamineffekt in Treppenräumen und Schächten).
Wärmestrahlung: Wärme geht als elektromagnetische Welle ohne Träger weiter, auf Abstand (Funkenflug, Strahlungswärme auf Nachbargebäude und Einsatzkräfte).
Wärmeübergang ist die Wärmeabgabe von Gas oder Flüssigkeit auf eine feste Oberfläche (oder umgekehrt), Wärmedurchgang die Übertragung durch eine Wand.

Warum das im Einsatz zählt: Man schützt Nachbargebäude und Einsatzkräfte vor Strahlung (Abstand, Wasserschleier), kühlt Bauteile (Leitung) und beachtet Rauchwege (Mitführung).