Dem gesellschaftlichen Sicherheitsbedürfnis Rechnung zu tragen und sichere nachhaltige Gebäude und Produkte gestalten zu können, hat sich das Zentrum für Brandforschung (ZeBra) zum Ziel gesetzt, das Brandverhalten und das Gefährdungspotenzial zu erforschen. Denn die Entwicklung neuartiger Bauweisen kann nur gelingen, wenn die Brandgefahr minimiert wird und die Brandeinwirkungen präzise durch effiziente und belastbare Prognosemodelle vorhergesagt werden können. Das ZeBra verfolgt dazu einen ganzheitlichen Ansatz: Zum einen ermöglicht das Zentrum die effiziente Modellierung und Simulation von Bränden, um Prognosen für Brandverläufe zu erstellen und zum anderen experimentelle Großbrandversuche, um entsprechende Daten für die numerische Modellierung zu gewinnen. Die daraus gewonnenen Brandforschungsergebnisse fließen zum Beispiel in Risikoanalysen und Sicherheitskonzepte ein und sind unter anderem eine der wesentlichen Voraussetzung für eine sichere Gestaltung der Stadt der Zukunft.
Forschungsbau mit europaweit einzigartiger Ausstattung
Der maßgeschneiderte Forschungsbau des ZeBra gliedert sich in drei Gebäudeteile: ein zweigeschossiger Büro- und Messraumriegel, eine 23 Meter hohe Experimentierhalle, und die 16 Meter hohe Halle für die Rauchgasreinigung. Die Experimentierhalle –Advanced Firelab – ist das Herzstück des neuen Forschungsbaus. Hier können Brände bis zu 20 Megawatt untersucht werden. Die Halle ist mit zwei Großkalorimetern ausgestattet. Sie bestehen aus einer 12 mal 12 Meter großen, verschiebbaren Haube, über die alle Brandgase aufgefangen und mit bis zu 70 Kubikmetern pro Sekunde abgesaugt werden können. Die dort freigesetzten Gase werden analysiert und über die Messung des Sauerstoffgehalts kann auf die freigesetzte Wärme geschlossen werden.
Im Freikalorimeter untersuchen die Wissenschaftler*innen beliebige Brandlasten – beispielsweise ganze Wohnungseinrichtungen, Fahrzeuge und Busse, aber auch Hochvoltspeicher, wie dicht gelagerte Antriebsbatterien mit Lithium-Ionen-Technologie, die in der Produktion und Lagerung vorkommen. Das zweite Kalorimeter ist mit einem viergeschossigen Brandhaus gekoppelt. Hier können verschiedene Bauweisen von Fassadenkonstruktionen mit bis zu zwölf Metern Höhe und vertikale Brandausbreitungen über mehrere Geschosse vermessen und erforscht werden. Zudem werden auch neue Löschanlagen oder Brandbekämpfungsstrategien und -methoden von Feuerwehren im Realmaßstab erprobt.
So wurde jetzt im ersten Großversuch des ZeBra mit der Feuerwehr Hamburg untersucht, wie sich ein Brand bei einer mehrgeschossigen Holzfassade in Verbindung mit brennbaren, nachwachsenden Dämmstoffen entwickelt und wie das Feuer am besten gelöscht werden kann. Dafür haben die Mitarbeiter*innen des Zentrums für Brandforschung über drei Stockwerke des vierstöckigen Fassadenprüfstandes eine Fassade mit unterschiedlichen Holzkonstruktionen angebracht und einen Brand im ersten Obergeschoss entfacht, der sich über die weiteren Geschosse ausbreitete. Für die Feuerwehr sind diese Experimente wichtig, da der Holzbau im urbanen Raum zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Interdisziplinärer Ansatz
Das Bauwesen steht im Zuge des Klimawandels und der Energiewende vor einer großen Transformation. Hier werden neuartige Bauweisen unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen entwickelt, die unter anderem durch die digitale Fertigung von Bauteilen materialsparender und ressourceneffizient erstellt werden. Antworten auf die Frage, wie sich diese neuen Bauteile und Produkte im Falle eines Brandes verhalten, sind unter anderem eine der wesentlichen Voraussetzung für eine sichere Gestaltung der Stadt der Zukunft. Diesen Forschungsfragen gehen nun interdisziplinär Wissenschaftler*innen des Bauingenieurwesens, der Chemie, der Umweltwissenschaften, der rechnergestützten Modellierung, der Verfahrenstechnik sowie des Maschinenbaus zusammen am neuen Forschungsbau des ZeBra nach, damit neue Bauweisen, aber auch Energiespeichersysteme und Photovoltaikanlagen sicher gestaltet werden können.
Experimentelle und theoretische Forschung gehen Hand in Hand
Neben der experimentellen Forschung im Rahmen von Großbrandversuchen im Realmaßstab ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des Forschungszentrums die Brandmodellierung – mit dem Ziel, effizient und genau rechnende Modelle zu entwickeln. Die aus den Brandversuchen gewonnenen thermophysikalisch-chemischen Daten fließen in die Computermodelle ein, mit denen dann beliebige Bände mit großen Parameterdimensionen berechnet werden können. Die Großversuche im Realmaßstab dienen auch dazu, diese numerischen Modelle immer wieder zu überprüfen und immer besser beschreiben zu können. Hier gehen im Forschungszentrum experimentelle und theoretische Forschung Hand in Hand. Diese Möglichkeiten machen das Forschungszentrum besonders.
