Untersuchungen zur Bestimmung der Löschwirkung und -effizienz von Druckluftschaum

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Löscheffizienz von Druckluftschaum (engl.: Compressed Air Foam, CAF) bei der Anwendung auf definierte Brände, vor allem solche, die mit Wasser schwer zu löschen sind, untersucht. Ein wesentlicher Bestandteil der Untersuchungen war die experimentelle Bestimmung physikalischer Größen, welche den Löscherfolg bzw. die Löscheffizienz beschreiben. Diese Bestimmung erfolgte anhand von Labortests und Löschversuchen in unterschiedlichen Maßstäben. Unverschäumte Lösungen aus Wasser und Class-A-Schaummitteln, als Basis für die Erzeugung von CAF, wurden in Anlehnung an die EN 1772 auf ihr Tauchnetzvermögen und gemäß DIN 55660-6 auf ihre dynamischen Kontaktwinkel untersucht. Mit diesen Versuchen konnte eine gesteigerte Netzfähigkeit der Lösung durch eine Erhöhung der Schaummittelzumischrate und folglich ein Herabsetzen der Oberflächenspannung des Premixes herausgestellt werden. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen folgten Löschversuche mit Wasser, Netzwasser und CAF an Feststoffbemessungsbränden. Dazu wurde eine spezielle Mischbrandkrippe mit hohem Kunststoffanteil und einer komplexen Geometrie für hohe Ansprüche an die zu testenden Löschmittel entwickelt. Parallel dazu ergänzte eine Versuchsreihe mit 5A-Holzkrippenbränden in Anlehnung an die DIN EN 3-7 die Reihe der getesteten Löschmittel um strahlrohrverschäumten Schaum. Beide Versuchsreihen ergeben ein deutliches, übereinstimmendes Bild über die Wirksamkeit der einzelnen Löschmedien. Darin sind Wasser und Netzwasser im unteren Wirksamkeitsbereich einzuordnen. In Abhängigkeit ihrer Strahlform verfügen sie über vergleichsweise geringe bis mittlere Kühlkapazitäten. Strahlrohrverschäumter Schaum verstopfte die Ventilationskanäle der Krippen und drang deshalb nur schlecht bis ins Krippeninnere vor. Daher konnte er seine Wirkung unter Versuchsbedingungen nicht vollständig entfalten, weshalb seine Löscheffizienz mit der des Netzwassers vergleichbar ist. Am effizientesten ist nass- bzw. medium verschäumter CAF mit einer Schaummittelzumischrate von 0,5 %. Eine Erhöhung der Schaummittelzumischrate auf 1,0 % bedingte in den Laborversuchen zwar eine weitere Steigerung der Netzfähigkeit der Wasser-Schaummittelgemische, wirkte sich aber weder in der Bekämpfung von Feststoffbränden noch in der Bekämpfung von Flüssigkeitsbränden gemäß DIN EN 1568-3 positiv auf das Löschergebnis aus. Vielmehr war es die Verschäumungszahl des Löschmittels, welche Einfluss auf die Löscheffizienz und Stabilität des Schaumes ausübte. Die Untersuchungen ergeben, dass bei der Brandbekämpfung eine Verschäumungszahl im Bereich von 5 bis 9, idealer Weise 7, den höchsten Wirkungsgrad erreicht. Sowohl Wassergehalt, Fließfähigkeit und Schaumstabilität sind in diesem Bereich optimal für eine Brandbekämpfung von festen und flüssigen Brandstoffen. Auch ungewöhnliche Brandszenarien, wie Fließbrände bei Transformatorenbränden oder Reifenstapelbrände mit eingeschlossenen Glutnestern, konnten mit CAF erfolgreich bekämpft werden. Die Herstellung von CAF kann neben Leitungs- bzw. Brunnenwasser auch mit Meerwasser erfolgen. Sowohl Feststoff- als auch Flüssigkeitsbrände lassen sich mit Meerwasser-CAF löschen. Die Versuche zeigten, dass dabei lediglich geringe Einbußen in der Lösch- und Rückbrandzeit der Schaumdecke zu erwarten sind.

The extinguishing efficiency of compressed air foam (CAF) applied to defined fires, especially those that are difficult to extinguish with water, was investigated within the scope of this dissertation. An essential part of the investigation was the experimental determination of physical quantities which describe the extinguishing success or its efficiency. This determination was carried out on the basis of laboratory tests and extinguishing tests in different scales. The basis for the generation of CAF were unfoamed solutions consisting of water and Class A foaming agents which were examined in accordance with EN 1772 with regard to their wetting power by immersion and in accordance with DIN 55660-6 with regard to their dynamic contact angles. These tests concluded that an increased wetting power of the solution was attainable by increasing the admixing rate of the foam concentrate and consequently reducing the surface tension of the premix. In the further course of the investigation, extinguishing tests with water, water with foaming agent, and CAF on solid design fires followed. For this purpose, a special mixedmaterial burning crib with a high plastic content and a complex geometry was developed for high demands on the extinguishing agents to be tested. In parallel, a series of tests with 5A wood crib fires in accordance with DIN EN 3-7 supplemented the series of tested extinguishing agents with nozzle-aspirated foam (NAF). Both test series yielded a clear, consistent image of the effectiveness of the individual extinguishing media. Water and water with foaming agent are classified in the lower effectiveness range. Depending on their jet type, they have comparatively low to medium cooling capacities. NAF blocked the ventilation channels of the cribs and therefore did not penetrate very far inside the cribs. As a result, NAF could not fully develop its effect under the tested conditions, which is why its extinguishing efficiency is comparable to that of water with foaming agent. The most efficient is wet or medium foamed CAF with a foam concentrate admixing rate of 0.5 %. An increase in the admixing rate to 1.0 % caused a further increase in the wetting capacity of the water/foam concentrate mixtures in laboratory tests but did not have a positive effect on the extinguishing result, neither in fighting solid fires nor in fighting liquid fires according to DIN EN 1568-3. Rather, it is the foaming index of the extinguishing agent which influences the extinguishing efficiency and stability of the foam. Investigations have shown that a foaming index in the range of 5 to 9, ideally 7, achieves the highest efficiency when fighting fires. Water content, flowability and foam stability are optimal in this range for firefighting of solid and liquid fire materials. Even unusual fire scenarios, such as flowing liquid fires in transformer fires or tire pile fires with enclosed embers, can be successfully extinguished with CAF. CAF can be produced using tap or well water as well as sea water. Both solid and liquid fires can be extinguished with seawater CAF. The tests showed that only slight losses in the extinguishing and burn-back resistance of the foam blanket are to be expected.