Weihnachtsbaumbrände

Weihnachtsbaum ­„explodiert“

Ein mit Wachskerzen geschmückter Christbaum ist in einer ­Dreizimmerwohnung in Brand geraten. Eine Druckwelle drückte die Fensterscheiben aus den Rahmen.

So oder so ähnlich lauten immer wieder Berichte über „Explosionen“ nach Christbaumbränden in den Medien.

Böse Überraschung
Die Feuerwehr musste am Samstagabend gegen 21.48 Uhr in München-Schwabing ausrücken. Im Wohnzimmer einer Drei­zimmerwohnung war ein mit Wachskerzen bestückter Christbaum in Brand geraten.
Durch den explosionsartigen Abbrand des Baums entstand eine Druckwelle, die die Wohnzimmerscheibe aus dem Rahmen drückte. Der 71-jährige Bewohner und seine 70-jährige Frau warfen kurzerhand den brennenden Baum aus dem vierten Obergeschoss und alarmierten die Feuerwehr.
Der Mann erlitt leichte Verbrennungen im Gesicht, seine Frau schwere Verbrennungen am ganzen Körper. Nach der Erstversorgung durch das Notarztteam Nymphenburg kamen beide in ein Münchner Krankenhaus.
Einsatzkräfte der Feuerwache Schwabing löschten die Brandreste und kontrollierten die Wohnung mit einer Wärmebildkamera.
Augsburger Allgemeine, 30. Dezember 2012

Doch sind die Schilderungen nach diesen Brandereignissen, dass es bei einem Christbaumabbrand zu einer Druckwelle kommt, wirklich realistisch oder gar glaubhaft? Skepsis scheint angesagt zu sein. Und so kommen Forderungen der Geschädigten an Versicherungen nicht selten vor Gericht, weil Versicherungsunternehmen die Leistungen ablehnen. Dann müssen sich auch Brandsachverständige mit dem Phänomen des explo­sionsartigen Abbrands von Christbäumen beschäftigen. In Brandversuchen wurden daher die verschiedenen Einflussfaktoren simuliert und dabei Einflussfaktoren auf das Brandverhalten wie Baum­art und Zustand eines Christbaums sowie das Abbrandverhalten von Wachskerzen untersucht.
Dabei sind die chemischen und physikalischen Vorgänge bei einem Brand von komplexer Natur. Für die Überprüfung des Wahrheitsgehalts der Schilderung von „explosionsartigen“ Erscheinungen nach Christbaumbränden wäre in jedem Fall die Erhebung von verschiedenen Informationen, Daten und Angaben notwendig, wie
– Raumgröße bzw. Raumvolumen,
– Raumgeometrie mit Position der Fenster und Zimmertüren,
– Innenaufteilung der Möbel und Art des Mobiliars,
– Position des Christbaums innerhalb des Raums,
– Art und Größe des Nadelbaums,
– Lagerungsdauer und Lagerungsbedingungen,
– Art der Wachskerzen usw.
Diese Informationen stehen den Brandermittlern oft nach derartigen Brandereignissen – wie in diesem Fall – nicht mehr oder nur unzureichend zur Verfügung. Nachfolgend muss daher mit notwendigen Verallgemeinerungen und Annahmen versucht werden, eine Antwort zu finden.

Brennbares Material – trockene Nadeln
Ergebnisse von Untersuchungen des US-amerikanischen Brandschutzforschers Vito Babrauskas mit Douglasfichten zeigten, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Baumnadeln einen entscheidenden Einfluss auf den Brandverlauf und die damit freigesetzte Wärmemenge hat. Bemerkenswert an den Ergebnissen dieser Versuche war allerdings, dass der Baum mit 20 % Wassergehalt die doppelte Wärmefreisetzungsrate von ungefähr 3.000  kW im Maximum gegenüber der Douglasfichte mit 38 % erreichte.
Hinzu kommt, dass die in den Nadeln enthaltenen ätherischen Öle den Brand eines Christbaums rasant beschleunigen. Innerhalb von 25 s wurden Temperaturen von über 600  °C gemessen. Dies lässt sich folgendermaßen erklären. Der Raum, den das verdunstete Wasser in den Nadeln eingenommen hatte, wird beim Trocknen durch Luft ausgefüllt. Durch Anzünden der trockenen Nadeln verdampfen die ätherischen Öle und bilden mit dem vorhandenen Luft-Sauerstoffgemisch eine explosive Atmosphäre. Es kommt zu einer Kettenreaktion von kleinsten Explosionen und der damit verbundenen, hohen exothermen Reaktion. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass der explosionsartige Abbrand eines Christbaums durch einen Wassergehalt von weniger als 50 % sowie durch die Anwesenheit von Sauerstoff und einer wirksamen Zündquelle begünstigt wird. Auch die große Oberfläche des Brennstoffs, also der Baumnadeln, wirkt als brandverstärkender Faktor. Zur Veranschaulichung des Einflusses des Verteilungsgrads eines Brennstoffs auf sein Zündverhalten mit einem brennenden Streichholz können
– ein Holzscheit (schwer entflammbar),
– Holzwolle (leicht brennbar) und
– Holzstaub (explosiv)
angeführt werden. Mit Zunahme der Oberfläche nimmt die zum Zünden erforderliche Energie deutlich ab. Weitere Tests mit anderen Nadelbaum­arten lassen einen Zusammenhang zwischen Baum­art und freigesetzter Wärmemenge vermuten. Diese Kausalität ist aber noch nicht hinreichend belegt. Im vorliegenden Brandfall kann von der Annahme ausgegangen werden, dass der Christbaum einen Restfeuchtegehalt von 20 % aufwies.

Zündquellen – Christbaumkerzen aus Wachs
Nach Angaben des Hauptverbands der Deutschen Holzindustrie e. V. wurden 2013 ca. 30 Mio. Christbäume verkauft. Wenn man annimmt, dass nur 25  % dieser Christbäume mit ca. 20 Stearinkerzen bestückt wurden, so brannten an deutschen Christbäumen in der Weihnachtszeit 2013 ca. 160  Mio. Kerzen. Das ist eine riesige Zahl von potenziellen Zündquellen. Daher bietet es sich an, die Stearinkerze als Zündquelle näher zu betrachten.
Der Docht einer Kerze erfüllt die Funktion, das flüssige Wachs über Kapillarwirkung anzusaugen und ein Gleichgewicht zwischen Schmelzen und Abbrennen des Wachses herzustellen. Ist das Gleichgewicht zugunsten des Schmelzvorgangs verschoben, läuft der „Brennteller“ über, die Kerze beginnt zu tropfen. Im Gegensatz dazu beginnt die Kerze zu rußen, wenn der Docht zu viel Wachs verbrennt und der Brennteller leer ist (z.  B. bei einem zu langen Docht). Der Zusatz von Ammoniumsalzen verhindert ein zu schnelles Verbrennen des Dochtes in der Flamme, eine Schmelzperle aus Borsäure und Phosphaten wiederum das Nachglühen und Veraschen des Dochtes.
Im dunklen Teil der Flamme einer Kerze liegen die Temperaturen z.  B. bei Paraffin um die 920  °C, im hellen Bereich der Flamme bei ca. 1.120  °C.

Tabelle 1: Temperaturen oberhalb einer Kerzenflamme [°C]
Abstand    Paraffin    Stearin    Bienenwachs
1 cm    300–500    400–600    400–550
5 cm    100–200     250–400    250–350
10 cm     50–100    100–200    150–200
20 cm     40– 50      50– 70      50–100

Tabelle: Temperaturen oberhalb der Flamme nach H. Gutberlet, M. Dr. Veit, B. Laudi, A. Smit und M. Prüsmann

Die Länge einer Kerze ist also bei deren Positionierung am Baum, evtl. versehentlich unter einem Zweig oder einer anderen Kerze, zu bedenken.
Versuche u.  a. bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin und von der Branddirektion Graz zeigten, dass bei einer 100  mm langen Kerze vom Kerzenfuß an gerechnet noch im Abstand von 300  mm Temperaturen von ca. 100  °C herrschen. Aus diesem Grund sind Abstände der Kerzen von ca. 400  mm zu brenn­baren Materialien erforderlich.
Auch die in den Tannennadeln vorhandenen leichtentzündlichen ätherischen Öle (Terpene) spielen eine Rolle. Terpene ist ein Überbegriff für eine große Gruppe von Substanzen, die meist in den ätherischen Ölen von Pflanzen enthalten sind. Zum Beispiel das (S)-(-)-Limonen, das in den Tannennadeln zu finden ist, hat einen Flammpunkt von 42  °C und eine Zündtemperatur von 247  °C.
Schließlich sind auch die Kerzenhalter zu betrachten. Diese sollten nicht brennbar sein und für eine sichere Befestigung der Kerzen am Baum sorgen. Hier ist auf Kunststoffhalterungen zu verweisen. Und da sich herunterbrennende Kerzen mit ihrem gefährlichen Temperaturfeld ebenfalls den Nadeln am Kerzenhalter nähern, sollte eine Kerze nicht weiter als auf eine Länge von 20 mm abgebrannt werden.

Explosionsartiger Abbrand
Bei einem angenommen Heizwert von ca. 10 kcal/kg der Stearin-Kerzen (0,1 kcal/h) beträgt die Wärmefreisetzung bei 20 Kerzen ca. 2 kcal in der Stunde, die den Christbaum und die Umgebungsluft aufheizen. Diese Wärmefreisetzung ist für die Entstehung von Verpuffungen ein wichtiger Faktor.
Bekannt ist, dass beim Abbrand von trockenen Christbäumen meterlange Stichflammen oberhalb und seitlich unter der Decke entstehen und weitere nichtbrennbare Materialien (z.  B. Baumschmuck, Gardinen, Vorhänge etc.) entzünden. Durch die Einbeziehung anderer leichtentzündlicher Brennstoffe kommt es – zusammen mit der schlagartigen Wärmefreisetzung der Nadeln – zu einer sehr plötzlichen und massiven Aufheizung der Luft im Brandraum. Diese schlagartige Aufheizung führt zu einer Volumenausdehnung der Raumluft. Diese schnelle Volumenvergrößerung wird jedoch durch Wände, Decke und Boden behindert. In der Folge entsteht ein Überdruck mit Druckwellen. Es kommt zu Verpuffungen bzw. explosionsartigen Erscheinungen.
Unter Verwendung der bisherigen Annahmen (z.  B. von V. Babrauskas für Douglasfichten) und der „Thermische Zustandsgleichung idealer Gase“ (gleichmäßige Ausbreitung des auftretenden Drucks in alle Richtungen etc.) sowie der willkürlichen Festsetzung der Integrationszeit auf 5  s kann für den Abbrand des Christbaums als Schätzwert eine Druckdifferenz von 400  mbar errechnet werden. Ein Vergleich dieses Schätzwerts mit entsprechenden Tabellenwerten der Zerstörungswirkungen von Druckdifferenzen würde zu einem Schadenbild der nahezu vollständigen Zerstörung des Gebäudes (350 bis 500  mbar) führen.

Tabelle 2: Wirkung von Überdruck in Räumen
Druckdifferenz [mbar]     Zerstörungswirkung
2                                       Glasbruch von unter Spannung stehenden Fenstern
3                                       Glasbruch durch Schalldruck von mehr als 140 dB
30                                     leichte Schäden an Dächern; Glasbruch an 10 % der Fenster
30–100                             Zerstörung von Fenstern; erste Schäden an Fensterrahmen
50                                     kleine Schäden an Häusern
70                                     teilweise Zerstörung von Häusern
70                                     Verletzungen durch umherfliegende Splitter
70–140                             Zerstörung von Wellblech und Holzwänden
90–500                             Schäden an Stahlkonstruktionen
140                                   massive Schäden an Häusern und Dächern
140–200                           Einsturz von Mauerwerk
160                                  Trommelfellruptur
170                                  Zerstörung von 50 % der Ziegelhäuser
200–280                          Zerstörung von Stahlgerüsten
350–500                          nahezu vollständige Zerstörung von Gebäuden
480                                  Umwerfen von Autos
480–550                          Versagen von 20–30 cm dicken Ziegelwänden
620                                  Zerstörung von Autos
700                                  vollständige Zerstörung von Gebäuden

Tabelle: Zerstörungswirkung von Druckdifferenzen nach Governmental Nuclear Regulatory Commission (NRC)

Die abgeschätzte Druckdifferenz von bis zu 400 mbar erscheint im Hinblick auf die Angaben in der Tabelle viel zu hoch und vermutlich war die Druckänderung deutlich niedriger.
Große Christbäume, Baumschmuck (zunehmend aus Kunststoffen), Geschenke und Verpackungsmaterial unterm Christbaum, leicht brennbare Gegenstände in der unmittelbaren Nähe zum Christbaum sowie kleine Wohnräume begünstigen die Raumzerstörungen.
Ein schnell abbrennender Christbaum kann also ohne weiteres eine Raumexplosion mit Zerstörung der Fensterscheiben, Wände und Decken verursachen. Die Gefahr einer derartigen Raumexplo­sion besteht besonders dann, wenn große Christbäume in kleinen Räumen aufgestellt werden. D.  h. umgekehrt wird durch kleine Christbäume in großen Räumen diese Gefahr erheblich vermindert.

Fenster im Brandfall
Im Fall München-Schwabing ist nicht auszuschließen, dass die Druckdifferenz im Bereich von 30 bis 100 mbar gelegen hat. Das im Zeitungs­artikel beschriebene Spurenbild des herausgedrückten Fensters ist mit der Schadentabelle (Tabelle 2) vereinbar. D.  h., dass es sich bei der Schilderung um eine realistische Angabe handeln könnte.
Wenn Fensterscheiben einseitig Temperaturen größer als ca. 327 °C ausgesetzt sind, kommt es zu einem Bimetall-Effekt. Das Glas dehnt sich auf der inneren, heißen Seite aus. Durch das Temperaturgefälle zwischen der Innen- und Außenscheibe wölbt es sich in Richtung der Hitzeein­wirkung. In den Randbereichen der Scheibe treten dadurch Spannungen und Materialermüdung auf, das Glas bricht und fällt „in der Regel“ nach Innen.
Bei Verpuffungen, Explosionen oder einem Flash-over wird durch den hohen Temperaturanstieg pro Zeiteinheit, verbunden mit einem abrupten Druckanstieg, die Glasscheibe nach außen gedrückt. Bei der Zerstörung der Fenster und der damit verbundenen Luftzuführung kommt es zu einem erneuten Aufflammen der Brandreste. In der Folge kann es zu einem schnell aufflammenden Zimmerbrand kommen.

Verletzungen von Personen
Als typische Brandverletzungsmuster sind insbesondere
– okale Hitzeschäden (Hautwunden, akuter Verbrennungstod etc.),
– allgemeine Hitzeschäden (Hitzekollaps usw.),
– Erstickung durch Rauchgase,
– Vergiftung durch Kohlenmonoxid u.  a. toxische Pyrolysegase sowie
– Schock und Kreislaufversagen
während des Brandes zu nennen.
Verletzungsbilder, die durch eine Explosion hervorgerufen wurden, können die oben beschriebenen Verbrennungen mit einschließen. Nach einer Raumexplosion kann es infolge eines Brandes oder aber eines geringen Abstand des Opfers zum „Explosionszentrum“ zu einer Hitzeüberstrahlung mit kurzer Einwirkdauer des ganzen Körpers kommen. Dabei ist auch der akute Verbrennungstod oder Hitzeschock, ein unmittelbarer Atemstillstand oder ein Reflextod möglich.
Wenn man in dem vorliegenden Fall von einem explosionsartigen Abbrand des Christbaums ausgeht, dann lassen sich die schweren Verbrennungen der Frau evtl. dadurch erklären, dass diese sich vermutlich im Moment der Zündung des Gas-/Luftgemisches in unmittelbarer Nähe des Baums befand. Vorstellbar ist ebenfalls, dass die beim Abbrand des Weihnachtsbaums freigesetzte Wärmemenge in der Nähe befindliches, brennbares Material über Wärmestrahlung in Brand gesetzt hat. Wenn es sich hierbei um Kunststoffe, z.  B. als Polsterfüllung in Sofas oder Sesseln, gehandelt hat, könnte es mit dem erneuten Sauerstoffzutritt durch die Zerstörung der Fensterscheibe durch Freisetzung von Rauchgasen und Konvektion zur weiteren Ausbreitung des Brandes gekommen sein. Es ist nicht bestätigt, ob die Bewohner Schäden durch eine Druckwirkung davon getragen haben. Aber wenn man von einer viel geringeren Druckwirkung als in der oben durchgeführten rechnerischen Abschätzung ausgeht, ist dies unter Umständen auch plausibel.

Fazit zum Nachdenken
Christbäume sind ebenso brandgefährlich wie ­Adventskränze. Doch Christbäume werden mit ihrer zunehmenden Austrocknung nicht nur brandgefährlicher, sondern auch explosions- und ggf. verletzungsgefährlicher. Christbäume (Tannen und Fichten, keine Kiefern), deren Nadeln ausgetrocknet sind, geraten bei der Entzündung schlagartig an der Oberfläche unter Entstehung langer Flammen bzw. Stichflammen in Brand. Der Vorgang des vollständigen Abbrands der ausgetrockneten Nadeln dauert nur Bruchteile einer Minute.
Nach zwei bis drei Minuten bleibt vom gesamten Christbaum mit Schmuck nur noch der kahle, an­gekohlte Stamm stehen. Diesem schnellen und schlagartigen (explosionsartigen) Brandverlauf können im Raum Anwesende mit den üblichen Löschmitteln nicht begegnen. Daher sollten sie schon bei der Brandentstehung umgehend den Brandraum verlassen. Wenn dies nicht mehr möglich ist, sollten sie sich auf dem Fußboden legen, bis nach kurzer Zeit der Baum abgebrannt ist.
Der Einfluss der Bauweise und von Baumaterialien bei Niedrigenergiehäusern sowie das Abbrandverhalten von Kunststoffen bei diesen Bränden, insbesondere bei der Zerstörung benachbarter Räume, müssen noch weiter untersucht werden.

Frank D. Stolt
Brandsachverständiger und Kriminologe
Mannheim