Die Freisetzungsrate (Quellstärke) eines Gases/Dampfes durch eine Öffnung — quantitative Grundlage der Zonen- und Lüftungsbeurteilung nach EN IEC 60079-10-1. Verdünnungsgrad, Zonentyp und Zonen- ausdehnung berechnet der Ex-Zonen-Rechner (k-frei nach Ed. 3).
Freisetzungsrate — Verdünnung, Zonentyp & Zonenausdehnung im Ex-Zonen-Rechner
Ex-Lüftung: Freisetzungsrate (Quellstärke) nach EN IEC 60079-10-1
Die Freisetzungsrate (Quellstärke) eines Gases/Dampfes durch eine Öffnung — kompressibles, kritisches/unterkritisches Ausströmen nach EN IEC 60079-10-1, Anhang B. Sie ist die Eingangsgröße der Zonen-/Lüftungsbeurteilung; Verdünnungsgrad, Zonentyp und Zonenausdehnung berechnet der Ex-Zonen-Rechner.
Freisetzungsrate W_g:
Weiter zur Zoneneinteilung: Ex-Zonen-Rechner (Verdünnungsgrad, Zonentyp und Zonenausdehnung, k-frei nach Ed. 3).
W_g = C_d·S·p·√(γ·M/(Z·R·T)·(2/(γ+1))^((γ+1)/(γ−1))) (kritisch) ·
unterkritisch sonst; R = 8,314 J/(mol·K).
Hinweis: Das Ergebnis dient der ersten Orientierung und ersetzt keine sicherheitstechnische Beurteilung im Einzelfall; es ist kein Gutachten. Für verbindliche Aussagen sind die konkreten Stoff- und Betriebsdaten sowie die einschlägigen Regelwerke heranzuziehen.
Dokumentation & fachlicher Hintergrund
1. Freisetzungsrate (kompressibles Ausströmen)
Ausströmen eines Gases/Dampfes durch eine Öffnung — kritisch
(choked), wenn p_a/p ≤ (2/(γ+1))^(γ/(γ−1)):
W_g = C_d·S·p·√( γ·M/(Z·R·T) · (2/(γ+1))^((γ+1)/(γ−1)) )
unterkritisch sonst:
W_g = C_d·S·p·√( 2·M/(Z·R·T) · γ/(γ−1) · [ (p_a/p)^(2/γ) − (p_a/p)^((γ+1)/γ) ] )
mit Ausströmbeiwert C_d (Norm B.7.2.1: 0,99 für regelmäßige,
0,75 für unregelmäßige Öffnungen), Öffnungsfläche S, absolutem
Innendruck p und Umgebungsdruck p_a, molarer Masse
M, Isentropenexponent γ, Realgasfaktor Z
und R = 8,314 J/(mol·K). Alternativ lässt sich die
Freisetzungsrate direkt eingeben.
2. Weiter zur Zoneneinteilung
Die Freisetzungsrate ist die Eingangsgröße des Zonen-Verfahrens der
EN IEC 60079-10-1. Aus ihr folgen die Freisetzungscharakteristik
Q_c, der Verdünnungsgrad, der Zonentyp
(Tabelle D.1) und die Zonenausdehnung (Bild D.1) — vollständig im
Ex-Zonen-Rechner.
Hinweis zur Aktualisierung: Der früher hier enthaltene k-basierte „Mindest-Luftvolumenstrom" wurde entfernt. Die zugrunde liegende Gleichung mit Sicherheitsfaktor k stammt aus der Ausgabe 2015 und wurde mit der Ed. 3 (2021) ersatzlos gestrichen. An ihre Stelle tritt die Betrachtung über die Hintergrundkonzentration (erforderlicher Frischluft- volumenstrom, damit der Verdünnungsgrad nicht auf „gering" fällt) — k-frei im Ex-Zonen-Rechner.
3. Annahmen & Grenzen
- Gas-/Dampffreisetzung: Die Ausströmformeln gelten für gasförmige Freisetzung; Flüssigkeitsleckagen/Verdunstung sind gesondert zu betrachten (siehe Lachenverdampfung).
- Ideal-/Realgas: Z standardmäßig 1; bei hohen Drücken (etwa über 50 bar) ist der Realgasfaktor einzusetzen.
- Screening der Quellstärke: C_d und die effektive Öffnungsfläche sind fallabhängig; für belastbare Werte die Vorgaben der Norm (u. a. Tabelle B.1) bzw. anlagenspezifische Daten verwenden.
4. Quellen & Stand
EN IEC 60079-10-1:2021 „Explosionsgefährdete Bereiche — Teil 10-1: Einteilung der Bereiche — Gasexplosions- gefährdete Bereiche" (Ed. 3.0); Ausströmgleichungen aus Anhang B. Kompressible Ausströmung: allgemein anerkannte Strömungslehre.
Die Freisetzungsrate ist die Quellstärke für die Zonenbeurteilung; das Ergebnis dient der ersten Orientierung und ersetzt keine sicherheits- technische Beurteilung im Einzelfall.