Feuerwehr Mönchhagen

Freiwillige Feuerwehr

Mönchhagen

gegr. 1924

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Rollover, Flashover und Backdraft

sind leider keine Erfindungen von Hollywood-Drehbuchschreibern, sondern kommen tatsächlich vor und können – auch und gerade für Feuerwehrleute – sehr gefährlich werden. Alle drei Effekte haben ihre Ursache letztlich darin, dass brennende oder erhitzte Materialien Gase abgeben. Diese Gase heißen Pyrolysegase und sind selbst brennbar, was beim Flash-over nach Aufheizen auf die Zündtemperatur zu einem schlagartigen Entzünden des gesamten Raumes führen kann. Allerdings können Rauchgase nur zünden, wenn ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Die Gefährlichkeit von Rollover und Backdraft liegt darin, dass sich bei unzureichender Sauerstoffzufuhr brennbare Gase ansammeln können, die dann, wenn beispielsweise eine Tür geöffnet und die Luftzufuhr möglich wird, schlagartig zünden.
Insbesondere der Backdraft ist ein recht „modernes“ Phänomen, denn die energiesparende Bauweise mit ihren gut abdichtenden Fenstern verringert die Luftzufuhr und moderne Materialien wie Kunststoffe geben besonders viele Pyrolysegase ab, wodurch die Voraussetzungen für eine Rauchgasexplosion gegeben sind. Ein Experiment, in dem ein Brand in einem mit Holz möblierten Zimmer verglichen wird mit einem Brand in einem mit modernen Materialien möblierten Zimmer, zeigte, dass es im modernen Zimmer nach gut 3 Minuten zum Flashover kam. Im „alten“ dauerte es eine halbe Stunde, bis der ganze Raum in Flammen stand!

Wenn Sie direkt zu einem bestimmten der drei Phänomene gelangen wollen, klicken Sie hier:
Flashover oder Feuerübersprung
Rollover oder Rauchgasdurchzündung
Backdraft oder Rauchgasexplosion
Backdraft im Modell

Auf der Internetseite der Forschungsstelle für Brandschutztechnik gibt es weitergehende Informationen, u. a. eine Präsentation zu Backdraft/Rollover/Flashover und ein Video eines Flashovers zum Download.

Flashover oder Feuerübersprung

Versuch zur Rauchgaszündung
Eine Rauchgaszüngung „en miniature“: Nach dem Ausblasen einer Kerze wird ein Gasfeuerzeug in den Rauch gehalten und gezündet. Man sieht, dass der Zündfunke des Feuerzeuges die Rauchgase der Kerze in Brand setzt (oben rechts), bevor die Gasflamme erscheint (unten rechts). Bei den Bildern handelt es sich um 4 aufeinanderfolgende Bilder aus einem Film, aufgenommen mit einer Digitalkamera. Diese nimmt 30 Bilder pro Sekunde auf, das heißt, die 4 Bilder folgen im Abstand von je 0,033 Sekunden aufeinander.

Onkel Otto hat vergessen, die Kerze auf dem Stubentisch auszublasen, bevor er mit seinem Mops zum Spaziergang aufgebrochen ist. Die Kerze steht dummerweise auch noch auf einem Holzteller und als Onkel Otto gerade den Stadtwald erreicht, stehen Holzteller, Kunstfasertischdecke, Plastikblumen und Tisch in Flammen. Holz und Kunststoffe sondern Gase ab, wenn sie erhitzt werden oder brennen, sogenannte Pyrolysegase. Diese Gase bilden die Hauptbestandteile des Rauchgases, also des Rauches, und sind brennbar. Der heiße Rauch steigt nach oben, sammelt sich an der Decke. Er strahlt die Hitze ab und wirkt über die abgegebene Wärmestrahlung wie eine Heizung. Der Rauch erwärmt so alle Gegenstände in Reichweite. Hat die Rauchschicht eine Temperatur von etwa 500 °C, werden alle Gegenstände im Raum so stark erhitzt, dass sie auf einmal sehr viel brennbares Pyrolysegas abgeben – die Konzentration brennbarer Gase steigt im gesamten Raum gleichzeitig fast schlagartig an. Da Onkel Otto ein Fenster offen gelassen hat, kommt genügend Sauerstoff in den Raum – die Gase, aber auch die Oberflächen der Möbel werden schlagartig entzündet und binnen Sekundenbruchteilen steht der ganze Raum in Flammen. Dieses Übergreifen des Feuers auf den gesamten Raum nennt man Flashover. Beim Flashover – bzw. nach dem Flashover – brennt alles, Gase und Gegenstände, während beim Rollover „nur“ die Rauchgase brennen.

Film zur Rauchgaszündung
Die obige Bilderfolge zur Zündung im Kerzenrauch als Film

Keine 3 Minuten später kommt es zum Flashover und der gesamte Innenraum steht in Flammen.
In einem Modellhaus aus OSB-Platten wurde aus Holzspänen ein Feuer entzündet. An den Wänden wird der Feuerschein reflektiert.

Ein YouTube-Video zu einem Brand, bei dem es zu einem Flashover kommt, haben wir unter Videos verlinkt (Video "LIDL-Brand in Berlin").

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Rollover oder Rauchgasdurchzündung

Versuch zur Konvektion
Hier steigt heißes, blau gefärbtes Wasser (aus dem kleinen Gefäß) im kalten, klaren Wasser (im großen Gefäß) nach oben. Es sammelt sich oben und bildet eine Schicht wärmeren Wassers im oberen Bereich. Genauso verhält sich auch der heiße Rauch.
Genaue Versuchsanleitung hier: http://physik.wissenstexte.de/wirbelsturm.html

Onkel Otto hat schon wieder vergessen, die Kerze auf dem Stubentisch auszublasen, bevor er mit seinem Mops zum Spaziergang aufgebrochen ist. Die Kerze steht dummerweise wieder auf einem Holzteller und als Onkel Otto gerade den Stadtwald erreicht, stehen Holzteller, Kunstfasertischdecke, Plastikblumen und Tisch in Flammen. Holz und Kunststoffe sondern Gase ab, wenn sie erhitzt werden oder brennen, sogenannte Pyrolysegase. Diese Gase bilden die Hauptbestandteile des Rauchgases, also des Rauches, und sind brennbar. Damit ein brennbares Gas auch tatsächlich brennen kann, muss Sauerstoff vorhanden sein und Sauerstoff und Gase müssen durchmischt sein, damit beide auch in Berührung kommen. Diesmal sind die Fenster geschlossen, aber Onkel Ottos Haus ist alt, es hat klapprige, undichte Fenster – von denen auch noch eins gekippt ist –, sodass Luft von außen eindringen kann. Aber natürlich nicht so sehr viel Luft, und damit auch nicht viel Sauerstoff. Sauerstoff und Rauchgase vermischen sich daher nur unzureichend und die Gase verbrennen nicht. Da Tisch, Tischdecke und Plastikblumen aber weiter brennen, entstehen mehr und mehr brennbare Gase. Diese sind heiß, was bedeutet, sie sind leichter als die Umgebungsluft, und steigen nach oben. Unter der Zimmerdecke sammeln sich nun also die überhitzten, brennbaren Gase. Es kommt lediglich an der Grenze zwischen Rauch und Luft zu kleinen Feuerzungen, dort, wo die Sauerstoffkonzentration zufällig doch hoch genug ist. Diese sogenannten „Dancing Angles“ sind ein Alarmsignal – wenn der Feuerwehrmann sie im Rauch sieht, weiß er, dass die Gefahr einer Rauchdurchzündung droht.

Animation zum Rollover
Rollover: Unverbrannte (aber brennbare) Rauchgase steigen nach oben und sammeln sich unter der Decke. Vermischen sich Rauchgase und Sauerstoff nur wenig, können die Rauchgase nicht brennen; lediglich im Grenzbereich bilden sich Flammenzungen. Plötzliche Sauerstoffzufuhr und Verwirbelung lässt die Rauchgase schlagartig zünden.
Die Animation hat eine Dateigröße von 540 kB; bei zu großer Ladezeit können Sie den Rollover hier als Bilderfolge ansehen: Rollover als Bilderfolge

Im Nachbargarten spielen einige Kinder Fußball. Neffe Otto der Kleine hat gut gefrühstückt und schießt den Ball zu kräftig – der fliegt auf Onkel Ottos Grundstück und landet in der Terrassentür. Die geht klirrend zu Bruch und nun strömt Sauerstoff in die Stube, es kommt außerdem durch den Luftzug zu Verwirbelungen und der Sauerstoff vermischt sich mit dem Rauch – der Sauerstoff, auf den die Pyrolyse-Gase gewartet haben. Das nun zündfähige Gemisch aus Rauch und Luft wird vom Tischfeuer entzündet und schlagartig brennt der gesamte Rauch. (Der deutsche Ausdruck für den Rollover ist denn auch Rauchgasdurchzündung oder kürzer Rauchdurchzündung.) Durch die Hitze dehnen die brennenden Gase sich schlagartig aus und schießen aus dem offenen Fenster. Otto der Kleine und seine Fußballfreunde beobachten, wie eine Wolke aus brennenden Rauchgasen über der Tür am Boden des Balkons entlangschießt.
Im Grunde hat Onkel Otto noch Glück gehabt, wäre er vor dem missglückten Ballschuss nach Hause gekommen und hätte ahnungslos die Stubentür geöffnet, hätte er selbst dadurch für die Sauerstoffzufuhr gesorgt, das brennende Rauchgas wäre in Sekundenbruchteilen über ihm entlang„gewalzt“.

Aus diesem Grund müssen auch Feuerwehrleute besondere Vorsichtsmaßnahmen ergreifen, wenn sie eine Tür öffnen, hinter der sie die Gefahr Rauchgasdurchzündung vermuten. Sie dürfen sich der Tür nur kriechend nähern, denn die brennenden Rauchgase schießen an der Decke entlang. (Allerdings „betreten“ sie ein verrauchtes Gebäude ohnehin kriechend, weil man – wenn überhaupt – nur in Bodennähe etwas sehen kann und es dort auch am kühlsten (oder am wenigsten heiß …) ist.) Die Tür wird nur für wenige Sekunden und nur um einen schmalen Spalt geöffnet, gerade so weit, dass das Strahlrohr hindurchpasst. Das Öffnen der Tür erfolgt „aus der Deckung“, das bedeutet, die Feuerwehrleute hocken oder liegen hinter der Tür bwz. hinter der Wand. Dann wird in den Raum hineingespritzt, und zwar nach oben an die Decke, und die Tür rasch wieder geschlossen. Man benutzt einen Sprühstrahl, denn die fein verteilten kleinen Wassertropfen haben eine große Oberfläche. Da das Verdampfen des Wassers an der Oberfläche geschieht, hat eine große Oberfläche viel Verdampfen zur Folge. Zum Verdampfen braucht das Wasser aber Energie: Diese entnimmt es der Hitze des Rauches, der dann selbst dadurch kühler wird. Das wird so oft wiederholt, bis man davon ausgehen kann, dass das Wasser die Gase hinreichend abgekühlt hat. Erst dann kann der Raum (natürlich kriechend) betreten werden.

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Backdraft oder Rauchgasexplosion

Versuch zur Wärmeaudehnung
Abkühlende Luft zieht sich zusammen: Eine Flasche wird mit kochend heißem Wasser gefüllt und einige Minuten stehen gelassen. Hat sich die Flasche erhitzt, gießt man das Wasser wieder aus (Topfhandschuhe!) und stülpt einen Luftballon über die Öffnung. Irgendwann plöppt der Ballon plötzlich in die Flasche und dehnt sich dort mehr und mehr aus. Erklärung: Beim Überstülpen des Ballons ist die Luft in der Flasche heiß. Dann kühlt sie ab und zieht sich dabei zusammen. In der Flasche entsteht ein Unterdruck, der den Ballon in die Flasche hineinzieht.

Onkel Otto hat im letzten Jahr neue Fenster und Türen einbauen lassen – die neuen modernen Fenster schließen dicht, es gibt kaum noch Ritzen, durch die Luft strömen könnte. Wieder verlässt er das Haus, um mit seinem Mops spazieren zu gehen, und vergisst die brennende Kerze. Holzteller, Tischdecke und Tisch fangen Feuer, brennbare Gase treten aus und sammeln sich im Raum. Die Rauchkonzentration ist inzwischen so hoch, dass man nichts mehr sehen könnte. Der Sauerstoff wird knapp, das Feuer hat es zunehmend schwerer.

Klein-Otto und seine Freunde beobachten von außen ein merkwürdiges Phänomen: Rauch dringt durch eine Ritze, die die Handwerker beim Fenstereinbau übersehen haben, und wird wieder zurückgesogen. Ein paar Mal beobachten die Jungs dieses Pulsieren, das an die Dampfstöße von Dampflokomtiven erinnert. (Dieses Phänomen heißt auch tatsächlich „Lokomotiveffekt“. Es kann, muss aber nicht auftreten.) Es entsteht, weil der heiße Rauch sich ausdehnt, dabei einen Überdruck erzeugt und Rauch durch die Ritze gedrückt wird. Sauerstoffmangel führt zum Abschwächen der Verbrennung und der Rauch kühlt ab. Dadurch sinkt der Druck im Raum wieder, es wird nun nicht mehr Rauch nach außen gedrückt, sondern Luft nach innen gesaugt. Verbrennung und Druck nehmen wieder zu, es wird wieder Rauch hinausgedrückt usw.
Schließlich hat das Feuer allen Sauerstoff verbraucht, seine Intensität nimmt ab und es wird zum Schwelbrand oder verlischt schließlich ganz. In der Schwelbrandphase entstehen hohe Konzentrationen brennbarer Gase. Der Rauch kühlt ab, zieht sich zusammen und ein Unterdruck entsteht im Raum.

Als Paul das Schauspiel des „Lokomotivenrauchs“ fasziniert beobachtet, gelingt es Otto dem Kleinen endlich, an den Ball zu kommen. Er schießt und – trifft die Terrassentür, die klirrend zu Bruch geht.
Sofort wird aufgrund des Unterdrucks Luft von außen in den Raum gesaugt, Rauch und Luft durchmischen sich und eine noch schwach glimmende Stelle an Onkel Ottos Tisch führt zur Katastrophe: Der Rauch entzündet sich und explodiert. Ein über 2000 °C heißer Feuerball schießt mit 70 km/h aus der Terrassentür (ja, Klein-Otto und die anderen stehen weit genug weg und Onkel Otto ist noch im Stadtwald).

Animation zum Backdraft
Backdraft: Der heiße Rauch steigt nach oben und füllt nach und nach den Raum. Das Feuer verbraucht allen Sauerstoff und verlischt. Der Raum ist voll von heißen Rauchgasen. Der Rauch kühlt ab und zieht sich dabei zusammen. Plötzliche Sauerstoffzufuhr löst eine Rauchgasexplosion aus.
(Die Animation hat eine Dateigröße von 640 kB. Bei zu langen Ladezeiten können Sie sie hier als Bilderfolge ansehen: Backdraft als Bilderfolge

Als wäre das noch nicht schlimm genug, gibt es noch einige besonders heimtückische Varianten des Backdraft.

Verlagerter Backdraft

Beim verlagerten Bckdraft ist der Brand in Onkel Ottos Stube bereits gelöscht und die Feuerwehr vertreibt die brennbaren Gase durch Belüftung. Onkel Otto hat vor einigen Jahren die Decke verkleidet, weil die alten Holzbalken so schäbig aussahen. Hinter der Verkleidung strömt der vertriebene Rauch nun entlang, bis er im Esszimmer eine Öffnung findet. Er strömt ins Esszimmer hinein und dort glüht noch ein Holzscheit im Kamin. Das reicht aus, um die Gase zu zünden und einen Backdraft im Esszimmer auszulösen.

Verzögerter Backdraft

Auch beim verzögerten Backdraft hat die Feuerwehr den Brand in der Stube gelöscht, aber die Konzentration an brennbaren Gasen ist noch hoch. Ohne Feuer kühlen die Gase ab und sinken zu Boden. Werden jetzt bei den Aufräumarbeiten Glutnester aufgewirbelt, entzünden sich die Rauchgase und ein Backdraft wird ausgelöst. Da die Feuerwehrleute in diesem Fall mitten im Zentrum des Backdraft stehen, ist dieses Szenario besonders gefährlich.

Umgekehrter Backdraft

Bevor die Rauchgase sich entzünden können, müssen sie Kontakt zu Sauerstoff haben, der Rauch muss also hinreichend mit dem Sauerstoff durchmischt sein. Das kann bis zu einige Minuten dauern. Wenn in dieser Zeit der Rauch durch eine geöffnete Tür bereits nach außen gedrungen ist, trifft er dort auf Sauerstoff in ausreichender Menge. Rauch und Sauerstoff durchmischen sich, der Rauch zündet und es kommt zum Backdraft – wohlgemerkt: außen. Das bedeutet, die Stichflamme trifft die Feuerwehrleute also von hinten.

Backdraft im Modell

Nach Abnehmen des Deckels entströmte der Öffnung für ca. 28 Sekunden Rauch, ohne dass sich Flammen gezeigt hätten.
Erst nach 28 Sekunden leuchtete das Feuer im Haus auf.
Nur 0,5 Sekunden später hatten die Flammen ihre Maximalausdehnung erreicht. Man vergleiche die Ausdehnung der Flamme mit der des Hauses!

Im Dezember 2012 hatten wir Gelegenheit, einen Backdraft live zu erleben – allerdings an einem Modellhaus, also ein paar Nummern kleiner als in Wirklichkeit. Ein Kamerad der FFw Gelbensande war vor einiger Zeit auf die Idee gekommen, ein Holzhaus zu bauen, um an diesem Effekte wie Flashover und Backdraft zeigen zu können. Das Modellhaus ist nicht aus Massivholzplatten gebaut, sondern aus OSB-Platten, damit die nötige Menge Rauchgas entsteht.
Die Maße des Hauses betrugen ca. 65 cm in Länge, Höhe und Breite; es hat eine Öffnung von ca. 30 cm Höhe und Breite. In dem Haus wurde ein Feuer entzündet, nach ca. 2,5 Minuten kam es im Haus zum Flashover. In den nächsten Versuchen wurde die Öffnung jeweils mit einem Holzdeckel verschlossen, das Feuer im Haus erlosch. Nach Entfernen des Deckels dauerte es unterschiedlich lang, aber in den meisten Fällen entzündete sich der Rauch und es kam zu einem Backdraft. Die Flammen schossen bis zu einem knappen Meter weit aus der Öffnung heraus.

Die Bildfolge und der Film zeigen ein Beispiel.

Film zum Backdraft im Modellhaus
Der Film hat eine Dateigröße von1,4 MB. Bei zu langen Ladezeiten können Sie rechts die drei wichtigsten Momente als Bilderfolge ansehen

Die Zeitangaben sind deshalb so genau bekannt, weil die Bilder aus einem Video ausgeschnitten wurden.

WS

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