Beräkningsmetoden är framtagen i syfte att ge användaren en uppfattning om infallande strålningsnivå från en bilbrand mot ett mål, med eller utan vindpåverkan. Metoden baseras på litteratur från gjorda försök där förutsättningarna varit varierande exempelvis olika årsmodeller på bilarna och antändnings metoder. Vid en bilbrand utomhus är det många faktorer som påverkar brandförloppet bland annat:
Alla dessa olika faktorer bidrar till att varje bilbrand är unik och behöver behandlas därefter vid beräkning. Dock är detta inte möjligt i praktiken på grund av begränsad tidsram vid genomförandet av sakkunnigutlåtande. Därför behöver vissa antagande och förenklingar göras för att på ett snabbt och enkelt sätt kunna genomföra en strålningsberäkning. Varje förenkling och antagande kan bidra till en osäkerhet i resultatet eftersom branden generaliseras. Detta är en viktig aspekt att tänka på vid användande av beräkningsmetoden och exempelvis bör ingående parametrar såsom brandens effekt varieras i metoden för att få en bättre förståelse kring osäkerheterna i metoden.
Metoden har avgränsats till att enbart undersöka brandspridning via infallande strålning. Vid korta avstånd mellan exempelvis två parkerade bilar kan direkt flampåverkan vara av betydelse vilket beräkningsmetoden inte betraktar. Det är viktigt att ha i åtanke att enbart infallande strålning betraktas och inte direkt flampåverkan vid användning av beräkningsmetoden på korta avstånd.
Validering och känslighetsanalys
Validering av beräkningsmetoden gjordes genom att jämföra beräknad maximal infallande strålning med hjälp av beräkningsmetoden mot uppmätta nivåer i gjorda försök. Jämförelsen visade på att beräknad maximal infallande strålning med hjälp av beräkningsmetoden stämmer väl överens med uppmätta nivåer i gjorda försök. Dock finns det osäkerheter i uppmätta mätdata från försöken eftersom typ och modell av använda strålningsmätare inte uppges. Detta gör det osäkert om det är infallande strålning eller nettostrålning som anges. Även är ett av försöken genomförda på 70-talet vilket kan medföra att strålningsmätarna kanske inte var lika noggranna som dagens strålningsmätare är. I det andra försöket var inte brandeffekten känd utan varierades mellan 2000–4500 kW och det bidrar med osäkerhet i resultatet av valideringen. Därför behöver vidare validering av framtagen beräkningsmetod genomföras både med och utan vindpåverkan innan beräkningsmetod kan användas i praktiken.
Som nämnt i teorin kan punktapproximation underskatta den infallande strålning mot en punkt på ett objekt vid över 5 kW/m2 men genom att beräkna infallande strålning mot flera punkter på målet kunde detta hanteras och en representativ infallande strålning erhållas.
Känslighetsanalysen visade att brandens effekt följt av andelen energi som avges via strålning starkast korrelerar med resultatet, vilket inte är överraskande med tanke på uppbyggnaden av Ekvation 4. Detta innebär att vid användning av beräkningsmetoden är det viktigt att uppskatta brandens effekt på ett så bra sätt som möjligt eftersom variabeln har en stor inverkan på resultatet.
Dock kan detta vara problematiskt eftersom uppmätt brandeffekt i experiment varierat mycket.
Vindens påverkan på den infallande strålningen visade sig i beräkningarna gjorda i arbetet vara av betydelse. I Figur 26 ses den maximala infallande strålningen för olika vindhastigheter och avstånd från bilen. Från diagrammet kan det konstateras att vinden påverkar den maximala infallande strålningen främst vid nära avstånd mellan 0–3 m från bilen. För avstånd längre än 3 m från bilen är den maximala infallande strålningen i princip densamma för vindstilla förhållanden och vindhastigheter mellan 1–10 m/s. Detta indikerar att den påverkan vinden har bidrar till en ökad risk för brandspridning genom strålningsvärme vid nära avstånd från bilen men vid längre avstånd från bilen minskar vindens påverkan på risken för brandspridning.
I metoden togs ingen hänsyn till eventuell påverkan från vinden genom bilens kupé med anledning av att metoden skulle vara snabb och enkel att använda. Vindpåverkan genom kupén innebär att flammorna från dörrfönsterna kommer sträcka sig ut från bilen. Detta innebär att den infallande strålningen i metoden eventuellt underskattas.
Bilens indelning
Baserat på tillgänglig litteratur kring flamlängden delades bilen in i sju flamregioner. Flamregionerna täckte merparten av bilen men inte fullständigt exempelvis inte bakrutan och bakluckan. Bakrutan och bakluckan har inte tagits i indelningen med anledning av att flamlängden för dess två delar på bilen är konstant i den använda flamlängdskorrelationen från Shintani et. al (2004). Detta ansågs inte vara representativt i praktiken eftersom mängd brännbart material i bakluckan troligtvis kommer påverka flammans geometri. Hur hänsyn till bakrutan och bakluckan kan tas behöver undersökas vidare innan beräkningsmetoden eventuellt kan användas i praktiken. Hur generaliserbar indelningen är för andra typer av bilar har inte undersökts i arbete och är därför svårt att säga.
I beräkningsmetoden antas branden sprida sig från respektive punkt fördelat utifrån hur flamman uppfattas från sidan. Vidare undersökning av hur en mer representativ fördelning av brandens spridning kan göras behövs.
Punktapproximation
I litteraturen identifierades flera olika geometriska approximationer av en flamma, varav en approximation var som en punkt. Denna approximation valdes att användas i metoden av flera anledningar, där främsta anledningen var att den är lätt att använda vilket var ett viktigt kriterium för att metoden skulle användas i praktiken. Approximationen valdes även för att den stämde väl överens med uppmätta strålningsnivåer upp till 5 kW/m2 och över 5 kW/m2 kunde underskattningen av den infallande strålningen hanteras genom att beräkna infallande strålning mot flera punkter på målet. Approximationen visade sig i valideringen ge resultat som överensstämmer i alla fall för vindstilla förhållanden. Dock finns det osäkerhet i de experimentellt uppmätta värdena från litteraturen och i den indata som använts för att beräkna infallande strålning med hjälp av framtagen beräkningsmetod. Samtliga beräkningar med hjälp av framtagen beräkningsmetod genomfördes a posteriori. Detta innebär att vidare validering av framtagen beräkningsmetod behövs för att noggrannare kunna avgöra hur väl vald approximations återspeglar verkligheten. I litteratur hittades inga gjorda försök där infallande strålning uppmätts för en vindpåverkad brand och därför kunde inte en validering av metoden vid vindpåverkan genomföras. Detta bidrar till en osäkerhet i metodens resultat vid vindpåverkan eftersom en validering inte kunnat göras. I litteraturen nämndes att approximationen inte var tillämpbar för korta avstånd, dock definierades aldrig vad som menades med korta avstånd men enligt validering verkar approximationen fungera bra för ett avstånd på 0,58 m, 1 m och 5 m från bilen. Dock är flamma betydligt större än avståndet vilket medföra svårigheter att betrakta flamman som en punkt.
Flamlängd
I metoden baseras flamlängden för respektive flamregion på en korrelation med bilens vikt framtagen av Shintani, et. al (2004). Vid vilken tidpunkt i brandförloppet som korrelationen är framtagen för framgår inte men förmodligen vid den tidpunkt som ger de längsta flammorna och därmed det värsta fallet. Korrelationen bygger på uppmätta värden från fem gjorda försök för en brand i bil inomhus och utomhus. Att bygga en korrelation på enbart fem värden är inte statistiskt säkert, men på grund av bristande data kring beräkning av flamlängden från en bilbrand användes korrelationen i beräkningsmetoden. Detta medförde att metoden endast blev giltig inom viktspannet för de testade bilarna i korrelationen. Inom viktspannet finns även en osäkerhet eftersom korrelationen är ganska svag. Vidare är bilens vikt ett väldigt grovt mått på tillgången av brännbart material vilket medför en osäkerhet i beräknad flamlängd som måste betraktas. Ju längre flamlängden är, desto större blir strålningsarean vilket resulterar i att mer stålning träffar målet och därför kan flamlängden i metoden anses bidra med en viss osäkerhet till resultatet. Dock är korrelationen framtagen för brand i bil, till skillnad från andra flamlängdsekvationer som till
exempel är framtagna för pölbränder. Dessa ekvationer ansågs inte vara mer representativa än korrelationen och valdes därför bort.
Flambredd
Flambredden bestämdes genom att mäta bredden för respektive flamregion på bil i Figur 16.
Vänstra framdäckets höjd sattes som referensmått med en antagen höjd på 65 cm. Antagandet baseras på att ett bildäck exempelvis ett 16 tum bildäck kan varierar mellan 59–74,3 cm i höjd och därför antogs en höjd på 65 cm. Mätningen bidrar till osäkerhet i resultatet eftersom bredden för flamregionerna kan variera från bil till bil samt för att flambredden antas vara konstant över flamregionens höjd. Dock för en typisk bil av med utseende likt bilen i metoden anses flambredden vara tillförlitlig. Om flamman utanför dörrfönstret är bredare än själva dörrfönstret är inte så viktigt så länge den är symmetrisk vilket flamman kan förväntas vara. Ju bredare flambredden är, desto större blir strålningsarean vilket resulterar i att mer stålning träffar målet och därför ska den infallande strålningen ses som en fingervisning och inte som ett precist värde.
Lutningsvinkel
I beräkningsmetoden antas att den mätdata som ligger till grund för de två framtagna funktion för beräkning av flammans lutningsvinkel är oberoende av andra faktorer utöver vindens hastighet.
Vidare undersökning om hur hänsyn till andra faktorer som kan påverka flammans lutningsvinkel exempelvis bilens utseende kan tas bör genomföras innan metoden används i praktiken.
Två funktioner togs fram med hjälp av experimentell data i litteraturen för lutningsvinklar vid olika vindhastigheter för pölbränder. Att funktionerna baserades på data för pölbränder var på grund av bristande data över hur flammorna i en bilbrand beter sig vid vindpåverkan. En bilbrand antogs kunna likställas med en pölbrand från den höjd där vinden blåser i x-led mot objektet kunde påverka flamman. Bland litteraturen fanns tre försök gjorda på pölbränder. I ett av försöken var pölbränderna små med diametrar mellan 8–20 cm och där uppmättes en större lutningsvinkel jämfört med de två andra. I de två andra försöken testades större pölbränder med ett kvadratiskt kärl mellan 25–70 cm och ett cirkulärt kärl med diametern 1,97 m. Skillnaden i resultat kan förklaras av att flamman vid en mindre pölbrand inte har samma motståndskraft mot vind som vid en större pölbrand eftersom bränsleytan är mindre.
Antagande och förenklingar
I metoden har följande antaganden gjorts:
• Fritt brinnande bil
• Risken för brandspridning till objekt på sidan av bilen är av intresse snarare än risken för brandspridning till objekt framför eller bakom bilen
• Bilens sidodörrar och motorhuv är stängda
• Beräkning sker vid den tidpunkt då branden har som högst effekt
• Vid vindstilla förhållanden antas flamman inte luta
Att bilens dörrar var stängda antogs var eftersom litteraturen visar att så ofta är fallet vid anlagda bränder. Detta antagande medför att metoden inte är representativ för de fall när en eller flera dörrar är öppna eftersom strålningsarean kommer bli större än vad beräkningsmetoden förutsätter.
Anledning till antagandet var bristande litteratur kring flamlängden när bildörrar är öppna samt att det är mer sannolikt att dörrarna är stängda än öppna vid en anlagd brand.
Vidare gjordes förenklingen av att flamman har samma dimensioner och enbart lutar vid påverkan av vind. Denna förenkling gjordes för att göra metoden användarvänlig vilket kan bidra med osäkerhet vid vindhastigheter över 7 m/s då beräknad infallande strålning eventuellt över- eller underskattas eftersom flamman enligt litteratur egentligen sträcker sig närmare målet i x-led. Den
infallande strålningen i resultatet bör därför inte användas som ett exakt värde utan som en uppskattning som ger en fingervisning kring vilken strålning som målet kan förväntas att utsättas för. Vidare bör en noggrannare undersökning om hur hänsyn till ökad flamlängd kan tas samt validering mot gjorda försök genomföras innan beräkningsmetoden används i praktiken.
I beräkningsmetoden antas bilens utseende vara enligt Figur 14, vilket är en viktig aspekt vid användning av metoden då skillnad i utseende på bil kan innebära att den beräknade infallande strålningen underskattas eller överskattas. Hänsyn till eventuella skillnader i utseende från den typiska bilen behöver tas för att få ett representativ värde. Vidare behövs även skillnad i material betraktas. I försöken för flamlängdskorrelationen framgång det inte vilken årsmodell som bilarna var av, men då konferensdokumentet publicerades år 2004 kan slutsatsen dras att bilarna inte kan varit tillverkade senare än mars år 2004. Detta innebär att material innehållet kan skilja sig, speciellt för nyare bilar som innehåller mer plast. Metoden är enbart giltig för de förutsättningar som använd flamlängdskorrelation av Shintani et. al (2004) är giltig för. Avvikelser från angivna dimensioner i metoden exempelvis dimensioner på fönster ger att metoden inte giltig. Även avvikelser i exempelvis energiinnehåll, placering av objekt och omgivning vid branden innebär att metoden inte är giltig. Vidare utveckling av metoden behöver göras innan metoden kan appliceras på andra fall än de som använd flamlängdskorrelation fungerar för.
Framtagen beräkningsmetod är enbart giltig för fritt brinnande bilar. Risken för brandspridning till objekt på sidan av bilen antogs vara av intresse snarare än risken för brandspridning till objekt framför eller bakom bilen. Anledning till antagandet är att strålningsytan för bilens långsida är större än bilens kortsidor vilket ger en högre infallande strålning och därmed en större risk för brandspridning.
I metoden antas andelen energi som avges via strålning vara runt 0,5 vilket inte är representativt för samtliga bilar eftersom materialinnehållet i bilar varierar mellan bland annat modell, märke och tillverkningsår. För att erhålla ett mer tillförlitligt resultat från den framtagna beräkningsmetoden bör strålningsandelen från bränder med olika bilar undersökas vidare.
Vid en vindhastighet på över 5 m/s erhålls en lutningsvinkel på flamman på nästan 90° i metoden.
Koordinaten för strålningskällan i x-led för flamregion 1–3 antas vara placerad på halva flamlängden oavsett vindhastighet. Detta är en förenkling som gjorts för att erhålla en snabb och enkel metod. Förenklingen innebär att ett längre avstånd mellan flamregionernas strålningskälla och objekt erhålls vilket resulterar i en underskattning av den infallande strålningen mot objektet.
Därför bör det undersökas i framtida studier hur hänsyn till placering av strålningskälla för flamregionerna vid olika vindhastigheter i x-led kan tas.
9 Slutsatser
De frågeställningar som undersökts i arbetet besvaras nedan.
• På vilket sätt behandlas vindpåverkan i sakkunnigutlåtande kring brand- och rökspridning vid bilbränder idag?
Bland de studerande sakkunnigutlåtande för brand i personbil utomhus togs tas hänsyn till de rådande vindförhållanden vid brandtillfället i cirka en tredjedel. Hänsyn tas generellt genom kvalitativa resonemang baserade på erfarenhet och kunskap, där bedömning görs huruvida den rådande vinden vid brandtillfället skulle kunna påverka brand- och rökspridning till vidare objekt.
Trots att samtliga granskade sakkunnigutlåtanden baserats på kvalitativa resonemang, framkom i intervjustudien att ett behov av en kvantitativ beräkningsmetod för infallande strålning i praktiken finns.
• Påverkar olika vindförhållanden vid bilbränder risken för brandspridning? Om ja, på vilket sätt och hur kan hänsyn tas i praktiken?
Vid vindpåverkan lägger sig flamman i vindriktningens håll vilket innebär att avståndet från flamman till närliggande objekt i vindriktningens håll minskar. Detta resulterar i en högre infallande strålning mot objektet. Med hjälp av den framtagna beräkningsmetoden kunde det konstateras att störst påverkan verkar vinden ha vid nära avstånd cirka 0–3 m från bilen.
Under intervjustudien framkom att det fanns ett behov av en beräkningsmetod för att underlätta kvantitativa resonemang. Framtagen beräkningsmetod är ett första steg till framtagande av en snabb och enkel beräkningsmetod för infallande strålning från en bilbrand vid olika vindförhållanden till ett objekt. Metoden bör inte användas i praktiken på grund av flera begränsningar med metoden samt för att metoden inte är tillräckligt validerad. Vidare utveckling och validering av beräkningsmetoden behövs genomföras innan metoden kan användas i praktiken.
10 Förslag till framtida studier
Under arbetets gång har lösa trådar funnits där mer undersökning behöver göras. Följande förslag till framtida studier har framkommit under arbetets gång:
• Simulering i FDS med validering av flammans beteende vid vindpåverkan i en bilbrand för olika geometriska approximation i avsikt att förbättra beräkningsmetoden. Med anledning av att enbart kvalitativa resonemang fördes vid val av geometrisk approximation för beräkning av infallande strålning vid vindpåverkan, är det i dagsläget är okänt huruvida andra geometriska approximationer hade varit bättre lämpade.
• En internationell jämförelse av hur andra länder arbetar med vindpåverkan i brandutredningar och sakkunnigutlåtande. Syftet är att kunna dra lärdom av hur andra resonerar och arbetar för att på ett så bra sätt som möjligt återspela verkligheten. Ett sätt vore att göra en kunskapssammanställning med intervjuer från brandutredare och sakkunniga inom brand utanför Sverige.
• Undersöka hur beräkningsmetoden kan anpassas för gas, el- och hybrid bilar. Idag finns många bilar som drivs på annat än bensin och diesel och därför finns ett behöv att undersöka hur infallande strålning från en brand i en gas-, el- och hybridbil påverkas av olika vindförhållanden.
• Vidare validering av framtagen beräkningsmetod med och utan vindpåverkan
• Undersöka hur bilens utseende påverkar flammorna i en bilbrand
• Undersöka osäkerheter i framtagen beräkningsmetod
• Undersöka hur framtagen beräkningsmetod kan utvecklas för att ta hänsyn till andra typer av bilar
• Vidareutveckla framtagen beräkningsmetod användbarhet. Skapa en enklare metod, kanske med tumregler
• Ta fram ungefärlig infallande strålning på olika avstånd från olika bilbränder
• Undersöka användbarheten genom att låta utredare använda framtagen beräkningsmetod för att förbättra metoden och se hur användbar den är
• Undersöka om och i så fall hur strålningsmodell för bilar av Noordijk och Lemaire (2005) kan användas för att utveckla framtagen beräkningsmodell
• Undersöka hur använd flamlängdskorrelation i framtagen beräkningsmetod skiljer sig från flamlängdsekvationer för exempelvis pölbränder och fönster.
• Undersöka om och i så fall hur vinden genom bilens kupé påverkar brandförloppet och risken för brandspridning från branden i bilen till objekt.
• Vid en vindhastighet på över 5 m/s erhålls en lutningsvinkel på flamman på nästan 90° i metoden. Koordinaten för strålningskällan i x-led för flamregion 1–3 antas vara placerad på halva flamlängden oavsett vindhastighet. Detta innebär att ett längre avstånd mellan flamregionernas strålningskälla och objekt erhålls vilket resulterar i en underskattning av den infallande strålningen mot objektet. Därför bör det undersökas hur hänsyn till placering av strålningskälla för flamregionerna vid olika vindhastigheter i x-led kan tas.
• I beräkningsmetoden antas branden sprida sig från respektive punkt fördelat utifrån hur flamman uppfattas från sidan. Vidare undersökning av hur en mer representativ fördelning av brandens spridning kan göras behövs.
11 Referenser
Beyler, C. L. (2016). Fire Hazard Calculations for Large, Open Hydrocarbon Fires. i M. J. Hurley, SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (ss. 2591-2663). New York: Springer.
Björnfot, J. (September 2008). Skydd mot brandspridning mellan småhus. Boverket.
Bonde, J. (u.d.). BMW 3-serie Sedan E90 2005 - 2010. Hämtat från Car.info:
https://www.car.info/sv-se/bmw/3-series/3-series-sedan-145344/specs Oktober 2020 Bonde, J. (u.d.). Volvo S60. Hämtat från Car.info:
https://www.car.info/sv-se/volvo/s60/s60-184218/specs Oktober 2020
Bon-Gang, H. (2018). Performance and Improvement of Green Construction Projects. Butterworth-Heinemann.
Castro, J. (u.d.). HUR HÖGT ÄR ETT DÄCK? Hämtat från ABS Wheels:
https://www.abswheels.se/blog/hur-hogt-ar-ett-dack/ Oktober 2020
CFDyna. (u.d.). View Factors. Hämtat från CFDyna:
http://www.cfdyna.com/Notes/ViewFactors.pdf September 2020
Drysdale, D. (2011). An Introduction to Fire Dynamics (3:e uppl.). John Wiley & Sons, Ltd.
Drysdale, D. (2011). An Introduction to Fire Dynamics (3:e uppl.). John Wiley & Sons, Ltd.