Der Zonentyp sagt, welche Zone vorliegt; die Zonenausdehnung sagt, wie weit sie reicht. Beide Fragen beantwortet die EN IEC 60079-10-1 getrennt. Dieser Artikel erklärt die Größe, aus der die Ausdehnung folgt, die vier Kurvenarten und ihre Grenzen. Rechnen lässt sich das mit dem Ex-Zonen-Rechner.
Die Freisetzungscharakteristik Q_c
Ausgangsgröße ist die Freisetzungscharakteristik Q_c — ein Volumenstrom, der die Freisetzungsrate auf die Dampfdichte und die UEG bezieht. Anschaulich: Q_c ist der Luftvolumenstrom, der nötig wäre, um den freigesetzten Stoff gerade auf die UEG zu verdünnen. Aus derselben Größe folgen sowohl der Verdünnungsgrad als auch die Ausdehnung. Wichtig: Q_c wird ohne den früheren Sicherheitsfaktor k gebildet — die Kurven der aktuellen Norm setzen das voraus.
Vier Kurvenarten — und wann welche gilt
Bild D.1 der Norm ordnet der Freisetzungscharakteristik einen gefährlichen Abstand zu, abhängig von der Art der Freisetzung. In der Praxis sind vier Fälle zu unterscheiden:
- Strahl (Jet) — ein unbehinderter Freistrahl mit hoher Geschwindigkeit, typisch bei kritischer (schallschneller) Ausströmung. Die Norm mahnt ausdrücklich zur Vorsicht: viele Anwendungen sind mit der diffusiven Kurve besser beschrieben.
- diffusiv — ein Freistrahl mit niedriger Geschwindigkeit (unterkritisch) oder ein Strahl, der durch Geometrie oder Aufprall auf angrenzende Flächen seinen Impuls verliert.
- behinderter Strahl — ein praxisnaher Zwischenfall zwischen Strahl und diffusiv; im Rechner als Mittelwert beider Kurven umgesetzt. Im Zweifel ist die konservativere (weiter reichende) Kurve zu wählen.
- Schwergas — schwere Gase oder Dämpfe, die sich entlang horizontaler Flächen ausbreiten; maßgeblich bei bodennaher Freisetzung und einer relativen Dichte über 1.
Bei einer verdunstenden Lache gibt der Rechner zwei Abstände aus: den horizontalen (Schwergas) und den vertikalen (diffusiv) — so rechnet auch das Normbeispiel.
Warum die Zone nur langsam wächst
Der gefährliche Abstand wächst nicht proportional zu Q_c, sondern nur etwa mit dessen Wurzel. Ein Beispiel macht den Unterschied deutlich: Verdoppelt man den angenommenen Lochquerschnitt, verdoppelt sich näherungsweise die Freisetzungsrate und damit Q_c — der Abstand nimmt aber nur um rund 40 % zu, weil er mit etwa Q_c^0,5 steigt. Der Lochquerschnitt bleibt trotzdem die folgenreichste Annahme, weil er der einzige frei gewählte Faktor mit so großem Hebel ist.
Grenzen der Abschätzung
Die Kurvengleichungen im Rechner sind eine Anpassung an die Normkurven aus einer ACS-Arbeitsmappe, gegen die Rechenbeispiele in Anhang E der Norm validiert — sie sind keine Normangabe. Die Kurven selbst beruhen auf CFD-Simulationen und liefern eine bewusst konservative, grobe Abschätzung für großmaßstäbliche Situationen. Daraus folgen mehrere harte Grenzen:
- Ergebnisse werden auf 0,1 m aufgerundet — die reale Unsicherheit liegt eher bei ±10 %, die zweite Nachkommastelle ist Darstellung, keine Präzision.
- Außerhalb des Diagrammbereichs (Q_c 0,01–70 m³/s) wird nicht extrapoliert.
- Für Zonen vernachlässigbarer Ausdehnung und für Innenräume mit geringer Verdünnung ist Bild D.1 nicht anwendbar.
- Im kleinen Maßstab sind die Kurven nicht belastbar.
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Welche Stoffwerte für Q_c und die Ausströmung nötig sind, steht unter Stoffkennwerte für Ex-Berechnungen; den vollständigen Ablauf führt der Ex-Zonen-Rechner.