Grabeneffekt

Der Grabeneffekt (engl. trench effect) ist eine Überlagerung von zwei gut bekannten aber verschieden Phänomenen: dem Coandă-Effekt aus der Flussdynamik und dem Flashover aus der Branddynamik.

Beschreibung des Phänomens

Der Coandă-Effekt ist die Tendenz eines schnellbewegten Stromes von Luft, von einer nahe gelegenen Oberfläche abgelenkt zu werden. Der Luftstrom bewegt sich dadurch gebunden an die Oberflächenausrichtung.

Der Flashover ist eine plötzliche Durchzündung von Pyrolysegasen, die durch die Erhitzung verschiedener Materialien bei einem Brand entstehen. Wenn das richtige Verhältnis aus stöchiometrischem Gas/Sauerstoffgemisch und Temperatur besteht, kommt es zu einem Flammsprung mit Druckerhöhung (also eine Art Explosion). Bei dieser Durchzündung stehen dann alle entzündlichen Flächen eines Brandraumes spontan in Flammen.

Der Grabeneffekt tritt auf, wenn ein Feuer in der Nähe einer steilen Oberfläche brennt. Die Flammen streben nicht, wie man es erwarten würde, nach oben, sondern legen sich gemäß dem Coandă-Effekt auf die Oberfläche. Die Flammen heizen die Oberfläche oberhalb des Brandes so weit auf, dass es einerseits zum Ausschwitzen von Pyrolysegasen kommt, andererseits die Entzündungstemperatur der Oberfläche erreicht wird. Dann kommt es in Übereinstimmung mit der Flashover-Theorie zu einer Durchzündung, bei der schlagartig die gesamte schräge Oberfläche in Flammen steht. Die Flammen schießen wie aus einem Flammenwerfer über das obere Ende der schiefen Ebene hinaus, wobei enorme Temperaturen entstehen. Dadurch kann es zum Entzünden des Raumes oberhalb der Schrägen kommen. Der Grabeneffekt wurde bei den Ermittlungen zu einem Brand des Bahnhofs King's Cross entdeckt, bei dem 31 Menschen ums Leben kamen.

Erkenntnisgewinnung

Der Grabeneffekt ist noch nicht sehr lange bekannt. Als es 1987 zu dem verheerenden Feuer in der Londoner King’s Cross St. Pancras-Underground-Station kam, konnte man sich nicht erklären, wie ein zunächst kleines Feuer auf einer Rolltreppe mit Holzstufen zu einem plötzlichen Flammstoß führen konnte, der die Halle oberhalb entzündete und viele Menschen das Leben kostete. Eine Computersimulation zeigte den bisher unbekannten Grabeneffekt auf, was die Programmierer aber zunächst als Simulationsfehler sahen. Erst verschiedene Modellaufbauten der Rolltreppe konnten beweisen, dass es einen bis damals unbekannten Durchzündungseffekt gibt.

Quellen

• Y. Wu & D. Drysdale, Study of upward flame spread on inclined surfaces HSE contract research report no. 122, 1996. ISBN 0-7176-1289-9
• K. Moodie, The King's Cross Fire: Damage Assessment and Overview of the Technical Investigation Fire Safety Journal, vol 18 (1992) 13-33
• S. Simcox, N.S. Wilkes & I.P. Jones, Computer Simulation of the Flows of Hot Gases from the Fire at King's Cross Underground Station Fire Safety Journal, vol 18 (1992) 49-73
• K. Moodie & S.F. Jagger, Results and analysis from the scale model tests Paper presented at I Mech E seminar, The King's Cross Underground Fire: fire dynamics and the organisation of safety 1 June 1989; ISBN 0-85298-705-6
• A.F. Roberts, The King's Cross Fire: a correlation of the eyewitness accounts and results of the scientific investigation Paper presented at I Mech E seminar,The King's Cross Underground Fire: fire dynamics and the organisation of safety 1 June 1989; ISBN 0-85298-705-6