Vergleich der Anwendbarkeit verschiedener CFD Modelle zur Simulation von Brandereignissen

Wie in den meisten Bereichen des Ingenieurwesens werden auch in der Planung von Um- und Neubauten von Gebäuden ingenieurmäßige Verfahren zur Optimierung eingesetzt. Im Bereich des Bauingenieurwesens finden solche Verfahren vor allem bei der Bemessung von Tragwerken und in der Brandschutzplanung Anwendung. Hier werden mithilfe von CFD Programmen Nachweise erstellt, dass trotz vorhandener Abweichungen zum geltenden Regelwerk keine Gefährdung der Schutzziele besteht. Die Schutzziele sind in den meisten Fällen eine raucharme Schicht, in der Grenzwerte für Temperatur, O2, CO und CO2 Konzentration nicht über- bzw. unterschritten werden dürfen und der Nachweis, dass sich Feuer und Rauch nicht über definierte Grenzen hinweg ausbreiten können.
Da sowohl die Anzahl als auch die Komplexität neuer Sonderbauten, wie Multifunktionshallen und Einkaufcentern zunehmen, steigt die Nachfrage nach immer größer werdenden Computersimulationen. Gefördert wird dies zusätzlich durch die rasant steigende Verfügbarkeit an Rechenleistung, die CFD Simulationen flexibler, schneller und auch preiswerter macht. Da sich in diesem stetig wachsenden Bereich noch keine Standardisierung der Eingabedaten und Lösungsverfahren etabliert hat, gehen hier Meinungen und Verfahren oft weit auseinander.
Ziel der Arbeit ist die Abgrenzung der Einsatzgebiete von CFD Programmen bei der Simulation von Brandereignissen. Untersucht werden die Programme Fire Dynamics Simulator (FDS) und Ansys CFX. Beide sind prinzipiell in der Lage Brände und die daraus resultierenden Rauchgasströmungen nachzustellen und abzubilden. Während Ansys CFX eine kommerzielle Strömungssimulationssoftware ist, mit der Strömungen aller Art berechnet werden können, wurde FDS vom National Institute of Standards and Technology1 (NIST) speziell für die durch Brände verursachten Rauchgasströmungen entwickelt. Der Vergleich der beiden CFD Codes soll zeigen, in welchen Fällen der Einsatz eines der beiden Programmpakete Probleme bereitet oder auch Vorteile bietet. Die Untersuchung wird nach einer kurzen Beschreibung der Programme hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion auf Grundlage der Simulation eines bekannten Brandszenarios durchgeführt.