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Vandalia Avenue, Ladder 170 NYFD

Es ist der 18. Dezember 1998, Weihnachten steht vor der Tür. Das New York Fire Department wird zu einem Zimmerbrand im 10.OG in der Vandalia Avenue gerufen (Google Street View). Bei Ankunft ist Rauch zu sehen.

Lieutenant Joseph Cavalieri sowie firefighters Christopher Bopp und James Bohan, alle Ladder 170, sollen das Stockwerk nach Vermissten absuchen. Sie klettern die 10 Stockwerke hoch und machen sich an die Arbeit.

Zwar finden sie keine Opfer – alle Bewohner des Altenheimes konnten sich retten – jedoch ist die Tür zur Brandwohnung offen. Durch die Feuerhitze zerspringt ein Fenster, und der Wind drückt das Feuer in das Haus hinein. Die Situation im Gang, in dem der vorrückende Trupp sich befindet, verschlechtert sich rapide. Der Trupp kann nur ein Mayday abgeben, dann Funkstille.

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Todesursache: Thermal Shock, eine dermassen hohe Temperaturbeaufschlagung, dass der Körper einfach „zumacht“. Wie bei den meisten Todefällen haben wir auch hier eine unglückliche Verkettung von Ereignissen, die zur Katastrophe führten.

Zwei davon sind aus Taktikgründen besonders wichtig: erstens die „Wind Driven Condition“, also ein offen ventilierendes, dem Wind exponiertes Feuer und zweitens, der „Fluss“ des Feuers. Der Trupp hatte das Pech, sich im Pfad des Feuers zu befinden.

Vandalia Avenue ist nur eines – wenn auch das bekannteste – von vielen Beispielen. Hier ist eine Auswahl von „Wind Driven Conditions“-Ereignissen in New York über einen bestimmten Zeitraum:

incidents

Alleine im ersten Halbjahr 2008 wurden davon drei gezählt – man vermutet, es sind zahlenmässig nicht mehr Ereignisse geworden, sondern eher die Tatsache, dass man nun ein etwas genaueres Augenmerk darauf wirft.

Wie man sieht, handelt es sich durchwegs um höhere Gebäude bis hin zu Hochhäusern, jedoch kann ein solches Schadensereignis auch in niedrigerer Höhe stattfinden.

Diese Ereignisse waren der Auslöser dafür, dass in den USA einige Fire Departments und Behörden sich etwas intensiver mit diesem Phänomen beschäftigten. Nach einer Reihe von Versuchen, darunter dedizierte „WDC“-Versuchen auf Governor’s Island in New York (Bericht als fast 600-seitiges PDF, 55MB) die diesem Artikel als Grundlage dienen, wurden extrem wertvolle Erkenntnisse gewonnen, die unter Anderem zu radikal veränderten SERs geführt haben.

Diese Erkenntnisse sollen in diesem Artikel aufgezeigt werden. Grundsätzlich sollte jede Wehr, die Gebäude dieser Art in ihrem Einsatzgebiet zählt:

hochhaus

sich ganz dringend mit diesem Phänomen beschäftigen. Warum, dürfte hoffentlich im Laufe dieses Artikels deutlich werden.

„Wind Driven Conditions“ / Winddruck-Stichflamme

Der von Jan Südmersen vorgeschlagene Ausdruck Winddruck-Stichflamme ist durchaus geeignet um das Phänomen zu bezeichnen, bezieht er sich doch auf die größte Gefahr bei Windaufschlag: es wird eine extrem warme Stichflamme gebildet, die sich weit in ein Gebäude ausbreiten kann, Austrittstellen in 50m entfernung sind durchaus möglich. Im Vandalia-Feuer war die Austrittstelle mehr als 30 Meter von der Brandwohnung entfernt.

Diese Flamme ist mitunter so gewaltig, dass sie mit herkömmlichen Mitteln nicht zu bekämpfen ist. Im Lincoln Place-Feuer (in der Liste oben eines vor Vandalia) brauchten drei Trupps mehr als 45 Minuten, um knappe 17 Meter voranzukommen, bis schliesslich am Brandherd kein Brennstoff mehr vorhanden war.

In New York werden Smoothbore-Strahlrohre mit einer Literleistung von mehr als 1000l/min verwendet. Man kann sich also auch ausmalen, warum hier zig Trupps im wahrsten Sinne des Wortes „verbraten“ wurden.

In einem Versuch haben wir eine Dollhouse (Einweg-Flashover-Box) mit einem Turbolüfter beaufschlagt. Der waagrechte „Kamin“ soll den Hausflur bzw. Gang darstellen, in dem der Angriffstrupp vorgeht:

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Die sich ergebende Flamme wird auch als Blowtorch-Effekt (Lötlampe) bezeichnet.

„Brennstoff“: wieviel?

Bei den Untersuchungen wurde eines bestätigt: es benötigt nicht viel Brennstoff, um ein extremes Flammverhalten hervorzurufen. Ein Paar Eckdaten: um in einem „normalen“ Raum (bsp. Schlafzimmer) einen Flashover zu erzeugen, reicht eine „Heat Release Rate“, deutsch Wärmefreisetzungsrate, von 2 Megawatt (MW) eines kohlenstoffbasierten Brennmittels. Dies entspricht ungefähr einem Sofa. Mit einem Bett sind wir mit 4,3MW bereits bei mehr als dem Doppelten.

Das Brennstoff-Potenzial wurde beim berüchtigten „Watts St. Fire“ von 1994 besonders deutlich aufgezeigt:

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Weitere Infos zu diesem Ereignis sind hier zu finden.

Versuchsreihen des NIST

Durch die Komplexität von großen Gebäuden und der Brandbekämpfung, kann das Verhalten der Feuerwehr auch das Gefahrenpotenzial radikal erhöhen. Es kann zu einer nicht geplanten Ausbreitung kommen, die Menschen auch weit entfernt vom Brandherd gefährdet.

Im Vandalia-Video weiter oben wurde kurz erwähnt, dass der NYFD früher immer und grundsätzlich vertikal ventiliert, vor allem durch Öffnung der Oberlichter oder Rauchklappen über dem Treppenhaus. Ferner kann das unkoordinierte Öffnen von Türen zu unerwünschten Druckverhältnissen führen.

In den letzten Jahren wurde unter Federführung des NIST in Zusammenarbeit mit anderen Behörden und Feuerwehren, darunter New York und Chicago, eine Reihe von Experimenten durchgeführt.

Zunächst ging es darum, die Wirkung von Überdrucklüftung zu erforschen und daraus eine Taktik bzw. Taktikempfehlung für Feuerwehren abzuleiten. Im Anschluss an die ÜD-Experimente wurde schliesslich gezielt nach WDC-beeinflussten Bränden geforscht.

nistvideos

Versuche: Überdrucklüftung Toledo und Chicago

Nach einer Reihe von Laborversuchen, in denen insbesondere zwischen Überdrucklüftung und natürlicher Ventilation verglichen wurde, wurden in Toledo (Ohio) sowie Chicago (Illinois) an Gebäuden Feldversuche durchgeführt.

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Die Versuchsgebäude: links Chicago, rechts Toledo. Foto: fire.gov

In Toledo ging es darum, die optimale Aufstellung eines oder mehrerer Lüfter zu ermitteln, um den nötigen Druckunterschied von 25Pa im gesamten Treppenhaus zu erreichen. Ergebnis: ein Großlüfter oder zwei nebeneinander gestellte, größere Lüfter am Hauseingang (nicht: hinterneinander!), wichtig ist, dass der Luftkegel die Tür deckt, und nach Möglichkeit noch einen Lüfter im Treppenhaus bei besonders hohen Gebäuden. Der dabei entstehende CO-Ausstoss ist gesundheitlich unbedenklich.

Diese Erkenntnisse wurden nun in Chicago angewandt: hier wurde nicht nur der Luftdruck gemessen, sondern Brände gelegt. Dabei wurden Temperaturen gemessen, sowie Hitzefluss und Rauchausbreitung.

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Gut zu sehen: mit Überdrucklüftung lässt sich ein Treppenhaus rauchfrei halten.

Die entscheidenden Versuche: Labor und Governor Island, New York

In Chicago hatte man bei einem Versuch probehalber einen Großlüfter vor der Brandwohnung aufgestellt. Das Ergebnis war „Jaw dropping“, den Teilnehmern klappte buchstäblich die Kinnlade herunter ob der Ergebnisse. Somit nahm man sich des WDC-Phänomens an.

Die ersten Versuche führten wieder ins Labor. Hier wurde jeweils eine gleiche Brandwohnung nachgestellt, und verschiedene Szenarien durchgeführt. Dabei liess man einen Brand sich zuerst „entfalten“ – meist bis zu Flashover-Bedingungen, dann wurde eine Fensterscheibe eingeschlagen und der Wind drückte in die Wohnung.

Hier die Versuchsanordnung im Labor:

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Bereits mit diesem Versuch lässt sich einiges für uns als Feuerwehr ableiten: zuerst die Äußeren Zeichen. Augenzeugen berichten von pulsierenden Flammen, oder pulsierendem Rauch. Im NIST-Video oben lässt sich das gut erkennen, und auch mit unserer Dollhouse konnten wir das nachstellen:

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Trotz Auslass hinten entsteht in der Brennkammer so viel Druck, dass die Flammen nach vorne herausgedrückt werden (der zweite Teil des Videos soll den Druck aufzeigen). Ein „pulsieren“ ist somit ein eindeutiges Warnzeichen an die Einsatzkräfte, dass man es hier mit Wind zu tun hat und besondere Vorsicht geboten ist.

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Des Weiteren belegt der Blick durch die Wärmebildkamera sehr gut den Hitzefluss, also die Hitze, die durch Ritzen, Spalten und das Schlüsselloch gedrückt wird. Ein Angriffstrupp sollte unbedingt eine WBK mitführen, und sollte sich ihm ein solches Bild bieten, ist wiederum höchste Vorsicht geboten.

Der wichtigste Punkt jedoch zuletzt: wird die Tür geöffnet, entsteht schlagartig die Winddruck-Stichflamme, die den gesamten Korridor einhüllt. Es ist den Einsatzkräften nicht möglich, „unter“ der Hitze zu bleiben. In wenigen Sekunden wurden dabei Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius erreicht, mit einer Energieeinwirkung von bis zu 160kW/qm. Bedenkt man, dass bereits bei 30 Sekunden Beaufschlagung und 20 kW/qm die Überlebenszeit bei 30 Sekunden liegt, sind wir hier eigentlich sofort bei Null Überlebenschance: siehe Vandalia. Die Flamme hat eine Flussgeschwindigkeit von 5m/s und mehr.

Die Versuche auf Governor’s Island lassen sich grob in zwei Zielen unterteilen: zuerst der Versuch herauszufinden, welche Bedingungen zu einer Stichflamme führen und anschliessend Möglichkeiten, diese Brände niederzuschlagen, also Taktikvorschläge an die Feuerwehren.

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Versuch: Der Großlüfter bläst in die Brandwohnung. Foto: fire.gov

Die Frage, wie so eine Situation überhaupt entstehen kann, nennt sich „flow path“, also Flusspfad. Analog dem Wasser wird sich Feuer einen „einfachen“ Weg suchen, von Über- zu Unterdruck, warm zu kalt. Am Beispiel Vandalia gut zu sehen: das Feuer suchte sich den Pfad durch das Gebäude.

Ist die Tür zur Brandwohnung offen, ist die Tür (falls vorhanden) zum Treppenraum ebenfalls offen, und gibt es eine Austrittstelle, beispielsweise Rauchklappen, so schafft man einen Flusspfad: es wird sich eine Stichflamme bilden. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Kontrolle des Flusspfads: dieser darf gar nicht erst entstehen.

Taktikvorschläge, Vorgehen für Feuerwehren

Kein Feuer gleicht dem anderen, kein Gebäude dem anderen und auch wird das Wetter nicht immer das gleiche sein. Aus diesem Grund gibt es auch kein Allheilmittel. Dennoch konnten durch diese Versuchsreihen einige wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden:

1 Situation erkennen: zu allererst ist es von größter Wichtigkeit, die Potenzielle Gefahr überhaupt zu erkennen. Handelt es sich um ein höheres Haus (auch in niedrigen OG!) und herrscht Wind, so kann die Wahrscheinlichkeit einer WDC-Situation als erhöht gelten. Bereits bei Ankunft sollte die Führungskraft auf Zeichen achten:

  • Drückt der Wind auf die Brandwohnung?
  • Äußere Anzeichen, offen ventilierendes Feuer?
  • Pulsiert das Feuer?
  • Rauchentwicklung, und wenn, ja, wo? Wohnung, Dach, Eingangsbereich?

2 Brandbekämpfung „Standard„: Löschaufbau wie gehabt, inklusive Druckbelüftung des Treppenhauses. Wie die Experimente zeigen, kommt eine Druckbelüftung nicht gegen den Druck eines WDC-Feuers an, ist aber immer angebracht, insbesondere um das Treppenhaus zu „halten“.

Zudem ist zu erwarten, dass Hausbewohner flüchten, oder evakuiert werden müssen – die Treppenräume müssen rauchfrei gehalten werden. Weiterer Nachteil eines verrauchten Treppenhauses ist, dass die Rettungskräfte schon auf dem Anmarsch ihre PA-Geräte anlegen müssen, und somit effektiv keine zeit haben, um den Brand zu bekämpfen.

Der Angriffstrupp sollte erkunden, und insbesondere mit Hilfe der Wärmebildkamera feststellen, ob das Feuer bereits massiv gegen die Wohnungstür drückt. Wenn ja, alternativer Angriffweg (siehe unten). Wenn nein, oder nicht eindeutig, kann die Tür vorsichtig geöffnet werden, jedoch so, dass sie sofort wieder verschlossen werden kann.

Weitere Trupps sollten nur in äußersten Ausnahmefällen in Geschosse oberhalb des Feuers geschickt werden, am Besten gar nicht, bevor der Brand nicht unter Kontrolle ist. Der Flusspfad ist kaum vorherzusagen. Ein gutes Beispiel ist der Einsatz in der Watts St. am Anfang dieses Artikels. Denn Tatsache ist wie wir gesehen haben: eine Winddruck-Stichflamme ist nicht aufzuhalten, erst recht nicht mit den uns normalerweise zur Verfügung stehenden Mitteln, also ein C-Rohr.

Zur Wiederholung: die Feuerwehr muss den möglichen Flusspfad unter Kontrolle haben: das sind die (geschlossene) Tür zur Brandwohnung, falls vorhanden die Brandschutztür zum Treppenhaus möglichst geschlossen (sehr schwer mit Schlauch), Die Rauchklappen sollten nicht betätigt werden. All dieses solange die Situation nicht unter Kontrolle ist!

3 Das Feuer unter Kontrolle bringen. Ist man nicht in der Lage, klassisch über die Wohnungstür an das Feuer zu kommen, so muss ein alternativer Weg gewählt werden. Das Ziel soll sein, den Brandherd einzudämmen, um Bedingungen zu schaffen, die dem Angriffstrupp ermöglichen, das Feuer direkt zu löschen.

Dazu gibt es zwei Möglichkeiten, wovon nur eine für unsere Bausubstanz als realistisch zu betrachten ist: man kann das Fenster zum Brandraum abdecken, oder man kühlt die Brandgase durch Applikation von Wasser. Hier haben wir das mit dem Dollhouse simuliert:

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Im ersten Durchgang wird die Wind-Zufuhr durch schliessen der Klappe gestoppt, anschliessend mit ein Paar Spritzer Wasser die Flamme im Gang abgelöscht. Im zweiten Durchgang wird nach der Applikation von ganz wenig Wasser bereits die Winddruck-Stichflamme unterbunden.

Und in echt sieht das so aus:

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Wie gesagt, die Bauart unserer höheren Wohngebäude mit vielen Balkons macht den Einsatz eines „Deckels“ (welcher Art auch immer) sehr unwahrscheinlich. Viel mehr überzeugend ist die Applikation von Wasser. Wie man sieht, wird nicht viel benötigt, um den Brand auf ein erträgliches, und vor Allem im Innenangriff zu bewältigendes Niveau zu bringen.

Aus Taktiksicht stellt das einige Anforderungen an die Feuerwehr: wurde eine WDC-Situation erkannt, und möchte man zuerst von aussen löschen, so ist eine gute Koordinierung der eingesetzten Kräfte absolut essentiell. Im Prinzip würde ein solcher Einsatz folgendermassen ablaufen:

  • EL erkennt eine WDC-Situation
  • Bestätigung durch den ATr im Innenangriff – dieser bleibt in Bereitschaft (solange die Wohnungstür iO ist, auch vor der Tür)
  • Entschluss zur Applikation von aussen (B-Rohr, Wasserwerfer / Monitor oder über DL, je nachdem)
  • „Wasser halt“ Aussenangriff, Freigabe für den Innenangriff. Dieser sollte zügig erfolgen, damit das Feuer nicht von Neuem entfacht wird.

Problematisch wird’s in Höhen ab dem 8.OG. Eine Drehleiter darf (theoretisch) mit Monitor nur bis 70 Grad aufgerichtet werden, man würde also nicht viel höher als 7. oder 8. OG kommen.

Hat man im Einsatzgebiet richtige Hochhäuser, empfiehlt sich tatsächlich die Anschaffung eines umgelenkten Rohrs, um von unten an das Feuer zu kommen. Von Wasserabgabe vom gleichen Stockwerk aus sollte abgesehen werden, denn das würde ein Eindringen in die Nebenwohnung erforden, und ggf. eine Gefährdung des Rückzugswegs bei Verschlimmerung der Lage.

Fazit

Möchte man sich mit der Materie tiefer beschäftigen, ist diese Seite hier ein prima Startpunkt. Das WDC-Phänomen ist alt, aber die Erkenntnis erstaunlich „jung“. Die Eintrittswahrscheinlichkeit ist nicht besonders hoch, das Resultat kann jedoch schnell zur Katastrophe werden.

Auf der positiven Seite ist die Erkenntnis gewonnen, dass diese Lagen alles andere als unlösbar sind. Wichtig ist jedoch, dass man sich der Tatsache der Existenz dieses Phänomens überhaupt bewusst ist.

Es wäre wünschenswert, von solchen oder ähnlichen Fällen hierzulande zu erfahren; ein gutes Beispiel ist der in der Brandschutz 01/07 vorgestellte Einsatz der Feuerwehr Schwalbach im Taunus, der wie die Faust auf das Auge passt.

Schliesslich sollte man sich überlegen, welcher deutsche Name für WDC am passendsten sein könnte. Winddruck-Stichflamme ist die Bezeichnung des Phänomens (Blowtorch flame), aber es geht um das Übergeordnete, die Situation an sich. Auch ohne Flamme, aber mit Wind, haben wir eine WDC-Situation, die eine entsprechende Taktik erfordert.

Zuletzt sollte erwähnt werden, dass die oben vorgeschlagenen Massnahmen eine subjektive Interpretation des Themas sind. Es kann durchaus mich und meine Wehr treffen, und zwar jederzeit, und da kann es nicht schaden, zumindest ein bisschen darauf vorbereitet zu sein.

Kommentare

8 Kommentare zu “Wind Driven Conditions / Winddruck-Stichflamme” (davon )

  1. togl am 24. Dezember 2010 15:49

    Wow!
    Danke für diesen Artikel! Genau deshalb liebe ich FWnetz!
    Gut recherchiert, sehr verständlich und anschaulich dargestellt und interessant zu lesen. Perfekt zur Erweiterung des eigenen Feuerwehr-Horizonts.

  2. TBO am 24. Dezember 2010 17:08

    Hi,
    vielen Dank für den tollen Artikel. Ich hab ihn gerade mit großem Interesse gelesen!
    Ich denke, eine WDC zeichnet sich dadurch aus, dass der Wind auf die Ausbreitung des Brandes bedeutenden Einfluss nehmen kann.
    Als deutsche Übersetzung für das Phänomen bzw. die Gefahr würde ich „Windbeeinflusste Brandausbreitung“ vorschlagen.
    Viele Grüße

  3. firegyver am 24. Dezember 2010 23:47

    Hey,
    genialer Artikel. Sehr gut verständlich, umfangreich recherchiert, einprägsam. Riesengroßes Lob für so viel Mühe.
    Wie wäre es mit „Gefahr durch Luftstromgesteuerte Brandausweitung“?

  4. B.Hoeft am 25. Dezember 2010 11:53

    Der Artikel ist Bombe. Danke dafür.

  5. nibe am 26. Dezember 2010 10:45

    Sehr guter Artikel, für die Post-Weihnachtliche Lektüre genau das richtige! Danke!

  6. Sebastian Hodapp am 31. Dezember 2010 00:27

    Sehr gelungener Artikel.

    Mein Vorschlag für die Übersetzug wäre jedoch Luftstrom-Stichflamme. Denn „Wind“ könnte in diesem Zusammenhang missverständlich sein. Ursache ist ja ein Luftstrom, der vielfältig hervorgerufen werden kann (Wind, natürliche Belüftung oder durch falsch angewandte Überdruckbelüftung).

    Womit hast du die Videoanimationen gemacht?

  7. Dietmar am 11. Januar 2011 12:19
  8. Steve Homberg am 13. Januar 2011 23:14

    Sehr schöner Beitrag! Mehr davon!! Also ich habe in unserer Fw dieses Thema unter der Rubrik „Das Feuer lesen!“ mit behandelt. Als sinnvollste und am schnellsten verständliche Bezeichnung habe ich es „Horizontaler Kamineffekt“ benannt. Warum??? Den vertikalen und mindestens genauso gefährlichen Kamineffekt aufgrund von Schwerkraftströmung oder eben falscher Belüftung oder Winddruck im Treppenhaus(oder ähnlich aufgebauten Bauteilen) kennt mittlerweile jeder gut ausgebildete Feuerwehrmann. Das soetwas aber auch horizontal oder sogar kombiniert auftreten kann war den wenigsten unserer Kameraden bewußt. Das hat mir nach dem Thema das Feedback gezeigt. Mich würde mal interessieren mit vieviel millibar (mal abgesehen von Sturm) so ein Feuer durch Wind von außen überhaupt angefacht werden kann und ob eine Überdruckbelüftung als grundsätzliche Gegenmaßnahme übers Treppenhaus den effekt „horizontaler Kamineffekt“ wieder umdrehen könnte??? Meinungen gern an steve.homberg@gmx.de

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