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F. Breitler:
"Spill-Plumes - praxisrelevante Modellansätze zur Bewertung der Rauchausbreitung in Atrien und atrienähnlichen Gebäuden, Einflussgrößen und numerische Validierung";
Supervisor: U. Schneider, M. Oswald; Institut für Hochbau und Technologie, Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie und Brandsicherheit, E206-1, 2009; final examination: 2009-05.

Over the last decades, large undivided volume buildings such as atrium buildings and covered shopping malls have become increasingly popular. In the event of a fire atrium buildings violate the fundamental approach in terms of horizontal compartmentation and vertical separation. Smoke and hot gases flowing from a communicating space can move unimpededly into an atrium space, possibly affecting other areas of the building.
In addition to limiting the spread of smoke the use of smoke control systems in atrium buildings is important to provide safe escape.
Based on the hazards of smoke and hot toxic gases for people and property the possible objectives for smoke control systems in atrium buildings are discussed in this thesis.
Characterictics, appearance and the governing influences of the balcony spill plume are described.
Currently, there are several calculation methods available to designers of smoke and heat exhaust ventilation systems for atrium buildings involving the balcony spill plume.
A literature review was conducted in order to get an overview how these correlations had been derived and to discuss uncertainties and limitations in the methods available.
CFD modeling with the code FDS (Fire Dynamics Simulator) has been used to analyze the accuracy of these correlations in case of missing channeling-screens under the balcony and to predict the entrainment of air flowing out from a compartment opening to a higher projecting balcony, and hence, the mass flow rate of gases at the spill edge.

Atrien oder atrienähnliche Bereiche sind zentraler Bestandteil moderner Büro- und Geschäftsbauten. Da durch solche, über mehrere Geschoße reichenden Räume, der Grundgedanke der geschoßweisen, baulichen Brand- bzw. Rauchabschnittsbildung verletzt wird, stellen diese Bereiche im Brandfall ein Sicherheitsrisiko dar, das es durch entsprechende Maßnahmen zu kompensieren gilt. Methoden zur Rauchkontrolle spielen dabei eine zentrale Rolle, müssen doch durch Atrien führende Fluchtwege in allen Geschossen für Personen im Gefahrenfall zur Selbstrettung benutzbar, also rauchfrei bleiben.
Ausgehend von den Gefahren des Brandrauches auf Gebäudeinsassen und Bauwerk beschreibt diese Arbeit vorhandene Möglichkeiten, die Rauchausbreitung in Atrien zu verhindern bzw. entstandenen Brandrauch aus ihnen abzuführen. Entstehungsweise, Erscheinungsformen und die bestimmenden Einflussgrößen des Balcony-Spill-Plumes (Überlaufplume) sind im Weiteren angeführt.
Zahlreiche Methoden zur Berechnung der entstehenden Rauchgasmengen entwickelte man bislang, um Entrauchungsmaßnahmen für derartige Gebäude dimensionieren zu können. Ein Vergleich der Herleitung und Anwendungsgrenzen dieser Berechnungsansätze ist Bestandteil dieser Arbeit.
Ergebnisse aus CFD-Simulationen mit dem Programm Fire Dynamics Simulator wurden mit den vorhandenen BSP-Formeln nachgerechnet. Dies hatte zum Ziel, die Anwendungsmöglichkeit der bestehenden Formeln bei Szenarien ohne Rauchschürzen unter dem Balkon zu untersuchen bzw. für diesen Bemessungsfall etwaige Modifikationen in den Berechnungsmethoden vorzuschlagen. Diese Modifikationen betreffen die Bestimmung der Strömungsbreite an der Spill-Kante und die Quantifizierung der Einmischung von Umgebungsluft in die Rauchgasströmung, die aus einer Brandraumöffnung austritt und dann bis zum Erreichen der Kante von einer horizontalen Platte am Aufsteigen gehindert wird.

Spill-Plumes / Rauchausbreitung / Rauchkontrolle / Atrien; Spill-plumes / smokecontrol / atria