Die Ausbreitung der Rauch- und Brandgase in geschlossenen und nicht entlüfteten
Räumen wird bestimmt durch die Brandquelle, die einen nach oben gerichteten Thermikstrom (engl. Plume [sprich: Plüm]) erzeugt.
Da die aus dem unteren Raumbereich durch den Verbrennungsprozess und durch Konvektion entnommene und die auf dem Strömungsweg
dem Thermikstrahl durch Induktion beigemischte Raumluft auch im unteren Raumbereich ersetzt werden muss, ergibt sich bei Räumen ohne Entrauchung zwangsläufig
eine Rezirkulation in den Bodenbereich.
Das heißt, in geschlossenen Räumen müssen zwangsläufig Rückströmungen aus dem Deckenbereich in den
Aufenthaltsbereich stattfinden, sodass auf diesem Wege auch Brandrauch in die Aufenthaltszone zurückgeleitet wird.
Diese Rückströmung findet vornehmlich an den Raumumschließungsflächen statt.
Da der Induktionsprozess im Bereich des voll ausgebildeten Thermikstrahls die höchsten Werte erreicht, wird
auch zunächst vornehmlich der obere Raumbereich verraucht. Die Verrauchung im unteren Raumbereich verläuft
etwas langsamer, da zunächst die sich ausbildende Kaltluftschicht aufgelöst wird. Trotzdem beträgt die Zeitspanne,
bis der Brandrauch die Aufenthaltszone erreicht, meist nur wenige Minuten.
Derartige Strömungsvorgänge sind aus der Raumlufttechnik bekannt und stellen nur hinsichtlich der Strömungsintensität
eine Besonderheit dar. Die Bewertung der Rauchausbreitung kann somit direkt auf die Grundlagen und Erfahrungen der Raumlufttechnik zurückgreifen.
Anders verläuft die Rauchausbreitung in den Räumen, die
Entrauchungseinrichtungen aufweisen. Wird der im unteren Bereich
entnommene Luftstrom durch nachströmende Luft von außen
ersetzt, bilden sich zwei Luftschichten im Raum aus. Dies wird anschaulich
in einer animierten "
Rauchsimulation" gezeigt, die den Verrauchungsverlauf im Brandfall zweier baulich
identischer Räume simultan aber einmal ohne und einmal mit
Rauchschutztechnik darstellt.
Damit sich dieser Schichtprozess ausbilden kann, sind verschiedene
Voraussetzungen zu erfüllen:
Es muss sich ein Strömungsgleichgewicht einstellen. Das oben abströmende Rauchvolumen muss unten durch
nachströmende Luft ersetzt werden.
Die nachströmende Luft muss möglichst impulsarm nachgeführt werden, um Ausspülungen aus dem
Thermikstrahl zu vermeiden. Dazu sollte die Eintrittsgeschwindigkeit nicht größer als 1m/s sein.
Die Öffnungen zur Nachströmung müssen innerhalb der raucharmen Schicht angeordnet sein.
Werden Rauchabschnitte durch Rauchschürzen getrennt, sollte
die Höhe der Rauchschürzen nach unten mindestens 50
cm größer sein als die kalkulierte Rauchschichtdicke,
um ein Unterströmen zu verhindern.
Rauchabzugsflächen und Nachströmflächen müssen
aufeinander abgestimmt sein und dürfen nicht unabhängig
voneinander gewählt werden (z. B. Faktor 2).
Die Rauchabzugsfläche wird bestimmt durch die zu erwartende Größe von Rauchfreisetzung und Energiefreisetzung.
Die Brandrauchableitung kann mit natürlichen Rauch- und Wärmeabzugsgeräten
(NRWG) oder mit mechanischen Systemen (MRA) erfolgen.
Bei der Frage der Bemessung solcher Anlagen stehen für Standardanwendungen
die Regelwerke DIN 18232 Teil 2 und Teil 5 bzw. die VdS-Richtlinie
2098 zur Verfügung
Bei Sondergebäuden empfiehlt es sich, die Dimensionierung
durch Feldmodellberechnungen (CFD-Berechnungen) oder durch Modellstudien
im Labor durchzuführen. Komplexere Strömungsprozesse sind
mit Zonenmodellen nicht ausreichend nachzuvollziehen, daher muss
der Aufwand einer Feldmodellberechnung in Kauf genommen werden.
Der Nachteil derartiger Berechnungen liegt jedoch darin, dass -
wenn sie ordnungsgemäß durchgeführt werden - eine
große Anzahl von Volumenzellen (z. B. 3 - 5 Millionen) erforderlich
sind, um den Strömungsprozess vollständig zu erfassen.
Dies bedeutet einen erheblichen Zeitaufwand zur Erstellung des mathematischen
Modells und zur Durchführung der Berechnung, die darüber
hinaus auch instationär über einen längeren Zeitraum
durchzuführen ist. Aus diesem Grund führen bei der Entwicklung
von Entrauchungskonzepten Modellstudien im Allgemeinen rascher zu
einem zuverlässigen Ergebnis.
In den VDI-Richtlinien 6019 Blatt 1 und 2 sind diese Verfahren und deren Anwendungsgrenzen beschrieben.