Gemensam analys

är proportionell mot brandbelastningen och denna ökar därför genomgående med

brandbelastningen. Dock blir ökningen inte exakt då även påverkas av öppningsfaktorn. De andra faktorerna påverkas även då de till viss del beror på , dock blir skillnaden

Analys

65

Då branden är bränslekontrollerad används det tabulerade värdet för . Brandbelastningen

används istället för att ta fram den reducerade öppningsfaktorn som används i kvadrat i den korrigerade tiden. Med hjälp av den korrigerade tiden beräknas den maximala

gastemperaturen. används fortfarande för att ta fram avsvalningsfasen. Beroende på dess

storlek får den olika stor betydelse för längden.

5.2.3 Konstantskillnad

1. Den ursprungliga konstanten på 0,13 skulle gett värdena 0,497 timmar (25 minuter), 813 °C och 2,05 timmar (2 timmar 3 minuter) för tid till maximal gastemperatur, maximal temperatur och totala brandförloppets längd. Konstanten 0,2 ger värdena 0,764 timmar (46 minuter), 872 °C och 2,52 timmar (2 timmar 31 minuter). Detta blir ökningar på 53,7 %, 7,3 % respektive 22,9 %. Bränderna är ventilationskontrollerade.

2. Då branden blir bränslekontrollerad och då för båda beräkningarna hamnar inom samma spann inverkar konstantbytet ej.

5.3 Temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar (Bilaga B)

Placeringen av de utvändiga konstruktionsdelarna kan ha en stor betydelse vid en brand eftersom lågorna även kan påverka bärigheten hos dessa partier. Därför är det viktigt att analysera flammornas utseende och dess inverkan.

5.3.1 Utan påtvingad ventilation

För att utvändiga flammor skall uppstå då ingen påtvingad ventilation råder krävs det att branden är ventilationskontrollerad, vilket gäller för alla nedanstående exempel.

5.3.1.1 Effektutveckling

Då effektutvecklingen blev högre, ökade även flamhöjden från överkarmen. Avståndet mellan flamtopp och fasaden förblev dock konstant i och med att vägg fanns ovan fönstren i alla tre fallen samt att medelhöjdvärdet understeg 1,25 .

Temperaturer för 10 MW är felaktiga då i detta fall inte understiger ett, vilket är nödvändigt för att ekvationerna skall vara gilltiga. Detta kan urskiljas i att temperaturen är lägre i brandcellen än i fönstret.

För 20 och 30 MW bli temperaturen, både i brandcellen och på samma avstånd från fönstret, lägre för den högre effektutvecklingen. I fönstret är temperaturen för 30 MW 8,0 % lägre än för 20 MW. På avståndet 1,5 meter från fönstret är skillnaden 2,9 %. Samma temperatur erhålls dock i flamtoppen vid de båda effektutvecklingarna.

5.3.1.2 Eurokod vs. Boverket

Utan påtvingad ventilation utgör brandbelastningen ingen påverkan på effektutvecklingen och därmed inte heller för flamlängden. Brandbelastningen har dock en mindre påverkan på brandcellstemperaturen som faktor i Ω. Även i detta fall är temperaturerna felaktiga då

är större än ett. Dock skulle temperaturerna ändå vara lika. Öppningsfaktorn blev 0,036 m1/2.

66

5.3.1.3 Fönsterpremisser

När samma exempel som ovan används, med undantaget att 1 m2 av ytterväggen inte innehar REI-motstånd, erhölls en högre effektutveckling, Detta då effektutvecklingen är beroende av öppningsfaktorn, vilken fick värdet 0,044 m1/2. Dock medförde REI-klassningen att

flamhöjden minskade till följd av den ökade öppningsarean.

Då även brandcellstemperaturen är en funktion av öppningsfaktorn ökade denna 4,1 %. understiger ett och ekvationerna för fönster- och flamtemperaturerna ger därför valida värden.

5.3.2 Påtvingad ventilation

Till följd av den påtvingade ventilation är bränderna bränslekontrollerade, vilket ökar förbränningshastigheten.

5.3.2.1 Effektutveckling

Precis som då ingen påtvingad ventilation användes, ökar flamhöjden från överkarmen vid ökad effektutveckling. Tillika ökar avståndet mellan flamtopp och fasad. Detta beror på att denna är en funktion av flamhöjden. Naturligt ökar även flamlängden längs centrumlinjen, vilken beräknas enligt Pythagoras sats. Flambredden beror på avståndet mellan flamtopp och fasad.

Temperaturen i fönstret ökar något med den ökade effektutvecklingen. Då effektutvecklingen dubbleras ökar temperaturen med 3,1 %. Vid en tredubbling av den ursprungliga

effektutvecklingen ökar temperaturen med ytterligare 1,3 %. På det absoluta avståndet blir ökningen istället 1,2 % respektive 1,7 %.

Brandcellstemperaturen analyseras under rubriken Brandcellstemperatur nedan.

5.3.2.2 Eurokod vs. Boverket

För fall 1 och fall 2 har de karaktäristiska värdena på brandbelastningen använts och i fall 3 används den dimensionerande brandbelastningen.

Fall 1 – Bostad

Den effektutveckling som Boverket ger är 15,6 % lägre än den som erhålls genom Eurokoden. Om den variabla brandbelastningen adderas till Boverkets karaktäristiska värde blir värdet istället 3,1 % högre.

Avståndet mellan topp och fasad blir för Boverkets 1,63 meter, det vill säga 15,6 %, kortare än för Eurokoden. Används den variabla brandbelastningen blir flamman 3,5 % längre. Temperaturen i fönstret och på samma absoluta avstånd varierar endast ett par grader.

Fall 2 – Sjukhus (rum)

För ett sjukhusrum ger Boverket 3 MW högre effektutveckling. Detta motsvarar 33,3 % högre effekt. Flammans avstånd från fasaden blir 0,88 meter (28,6 %) längre. Flamhöjden blir 57 % längre för Boverket. Boverket ger även 0,53 meter bredare flamma.

Analys

67

Temperaturen på det absoluta avståndet skiljer 4 grader, vilket är 0,6 % skillnad. I fönstret är differensen 10 grader, det vill säga 1,3 %.

Fall 3 – Sjukhus (rum)

Inklusive angivna reduktionsfaktorer minskade Eurokodens effekt från 9 MW till 4 MW. De fem stegen motsvarar en minskning av 55,6 %. För Boverkets effektutveckling minskades värdet från 12 MW till 7 MW. Minskningen motsvarar 41,7 %. Den nya differensen mellan Eurokoden och Boverket är 3 MW (75 %).

Vid låga effektutvecklingar, precis som för Eurokoden, erhålls negativa värden på

flamhöjden. Detta innebär att flammans topp inte når över fönstrets övre karm. Om detta är ett giltigt värde framgår inte i Eurokoden. Skillnaden i avstånd mellan fasad och flamtoppen är 1,17 meter och 93,6 %. Flammas bredd är 21,3 % större för Boverkets värde.

Fönstertemperaturen skiljer 1,0 % och på det absoluta avståndet är skillnaden 0,2 %.

5.3.2.3 Brandcellstemperatur

Beräkningar av brandcellstemperaturen enligt Eurokoden medförde att en temperatur på 2691391 °C erhölls. Detta motsvarar 443 gånger solens yttemperatur, vilken är 6078 °C. [28] På samma sätt är brandcellstemperaturerna i Tabell 23 135, 271 respektive 406 gånger varmare än solens yta.

Temperaturen som erhölls enligt fullskaleberäkningarna ger ett mer realistiskt resultat med 726 °C.

Diskussion

69

6 Diskussion

Eurokod 1991-1-2 redovisas beräkningsmodeller för bland annat brandförlopp,

temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar samt brandbelastningar. Dock är det viktigt att inse att modeller inte avspeglar verkligheten. Bränders komplexitet och byggnaders olika uppbyggnad och innehåll gör att modellerna faktiskt bara är just modeller.

6.1 Brandbelastning

I det stora hela skiljer sig inte de föreskrivna värdena på den karakteristiska brandbelastningen nämnvärt åt, med undantaget bostäder och sjukhus. Troligen har Boverket valt att klassificera sjukhus högre än Eurokoden på grund av den samhällsnyttiga funktionen. Reduktionsfaktorer medför att differensen blir ännu mer markant.

Vid beräkning av den dimensionerade brandbelastningen, enligt det europeiska regelverket, medför förbränningsfaktorn ett lägre värde på brandbelastningen än det karakteristiska värdet. Detta gäller dock endast vid mindre golvareor, vilket kan urskiljas i fall 1 för bostäder. Vid större areor gör reduktionsfaktorn med hänsyn till brandcellens storlek att värdet ökar, som i fall 2.

Även verksamheten har en betydande inverkan på brandbelastningen enligt Eurokod 1. Emellertid antas faktorn som tar hänsyn till risk för brand på grund av den bedrivna verksamheten vara ett för alla de verksamheter som det finns tabulerade värden för i Eurokoden. I Boverkets handbok finns även tabulerade värden för industriell verksamhet. Eurokodens uppsjö av reduktionsfaktorer för aktiva brandbekämpningsmetoder speglar ej Boverkets föreskrifter. Enligt EKS 8 får ”fast installerade tekniska system som minskar sannolikheten för övertändning, begränsar temperaturen i brandrummet eller på annat sätt begränsar eller släcker branden tillämpas vid dimensionering under förutsättning att den totala sannolikheten för brott inte ökar.” Dock skall driftsäkerheten säkerställas. Här nämns endast sprinkler som alternativ, men andra system utesluts ej då ovanstående uppfylls. Att andra metoder kan reducera brandbelastningen, så samma sätt som i Eurokoden, nämns inte då kraven på dessa redan finns eller att osäkerheten i metoderna förmodligen anses betydande. Krav på sprinkler finns endast i vårdanläggningar, vilket är nytt sedan BBR 19. Att många verksamheter ändå väljer att uppföra sprinkler beror till stor del på att detta ofta ses som krav från försäkringsbolagen. Kravet gäller dock framförallt verksamheter såsom

70

träbearbetningsindustri, lager med stora värden och stora brandceller.1 Sprinkler anses även ha en hög tillförlitlighet, har en snabb aktivering samt skall stå emot termisk åverkan. Säkerheten i en byggnad dimensionerad med sprinkler anses sannolikhetsmässigt likvärdig med en

osprinklad byggnad.

Boverket är utgivare av både handboken Brandbelastning och EKS. EKS 8 hänvisar även till handboken för beräkningar av brandbelastning. I de båda publikationerna anges olika

reduktionsfaktorer för sprinkler, där handboken anger 0,61 och 0,6. Skillnaden är obetydlig, men inger ett professionellt intryck.

6.2 Parameterberoende temperatur-tidförlopp (Bilaga A)

Då brandförloppet beräknas med hjälp av Bilaga A är det stora frågetecknet hur väl beräkningarna för den bränslekontrollerade branden stämmer överens med verkligheten. Parameterberoende temperatur-tidförlopp är baserade på Magnusson och Thelanderssons brandkurvor, vilka bygger på modell- samt några få fullskaliga brandförsök med

ventilationskontrollerade bränder. I Eurokoden försöker man ”omvandla” den ventilationskontrollerade branden till en bränslekontrollerad genom att modifiera

öppningsfaktorn och den korrigerade tiden. Omvandlingen leder till en osäkerhet angående resultatet. Även om beräkningarna för den bränslekontrollerade branden skulle följa modellen är detta inte fysiskt möjligt. Metoden baseras på en enzonsmodell, men då branden är

bränslekontrollerad bildas ett övre brandgaslager och ett nedre där luft från omgivningen sugs in till plymen – en tvåzonsmodell. Temperaturen kommer därför inte vara homogen som modellen anger utan skilja sig åt vid taket och vid golvet. De temperaturerna som erhållits i beräkningarna påvisar även att en fullt utvecklad brand inte kan vara bränslekontrollerad, då temperaturen för en sådan är betydligt högre än 600-700°C.

Då och ligger nära varandra, det vill säga i gränslandet mellan de två brandtyperna, bör man vara vaksam då brandcellstemperaturerna skiljer sig betydligt. Den brand som ger störst strukturell påverkan bör användas som dimensionerande förlopp. Här kan Eurokodens reduktionsfaktorer ha en stor påverkan.

När branden är ventilationskontrollerad medför ändringar av brandbelastning eller i

brandcellens utformning främst att längden på förloppet ändras. Temperaturen ändras överlag inte drastiskt. Detta gäller inte den bränslekontrollerade branden där ändringar påverkar både brandförloppets längd och temperaturen nämnvärt.

Andra faktorer som kan påverka resultatet är brandcellens materialegenskaper samt

ventilationsförhållanden. Eftersom medelhöjdvärdet och därmed öppningsfaktorn är fiktiv bör beräkningarna genomföras med ett flertal olika värden. Det är även oklart vilka öppningar som skall användas. Om alla vertikala öppningar, det vill säga både fönster och dörrar, skall användas vid framtagning av Av varför skall då endast fönsterhöjderna användas i

medelhöjdvärdet?

1 _{Svensk Försäkring. URL: http://www.svenskforsakring.se/Huvudmeny/Branschsamarbete/Tekniska-}

normer/Undersidor2/Tekniska-rekommendationer/Undersidor/Sprinklerkrav-fran-forsakringsbolagen-/ (Läst 2012-07-11)

Diskussion

71

Vid framtagning av det parameterberoende temperatur-tidförloppet används brandtillväxten för att avgöra längden på den bränslekontrollerade brandens upphettningsfas samt för att avgöra om huruvida branden blir bränsle- eller ventilationskontrollerad. I EKS föreskriver Boverket att Bilaga E i Eurokoden ej får tillämpas. Det är dock i denna bilaga det anges om verksamhetens brandtillväxt är långsam, normal eller snabb. Problemet kan även tillämpas vid beräkningar enligt Eurokodens Bilaga C.

Värt att notera är även att denna modell ej tar någon hänsyn till bränslets placering i rummet, vilket har stor betydelse för hur branden utvecklas i och med luftinblandning i plymen och flamspridning.

6.3 Temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar (Bilaga B)

Vid beräkningar enligt Bilaga B, för att få fram flammans utseende och temperatur skall förhållandet D/W beräknas beroende på om fönster finns i en eller flera väggar eller om brandcellen innehåller en kärna. Förhållandet då det finns fönster i flera väggar används överhuvudtaget inte vid beräkningar för påtvingad ventilation, det vill säga då flera fönster finns i brandcellen, och dess involvering ifrågasätts därför.

De punkter som beskriver den totala arean av alla vertikala öppningar i Bilaga B är svårtydlig. Vad som egentligen innefattas av delar som inte fodras för byggnadens stabilitet beskrivs ej. Det antas dock att fönsterkarmar och fasadmaterial hamnar under denna punkt.

Då fönster finns i flera väggar är det viktigt att summan av fönsterbredderna, wt, endast

används för en vägg i taget. Flambredden är beroende av fönsterbredden och då all

fönsterbredd adderas, vilket det har gjorts i resultatdelen, ges ett missvisande resultat. Det är istället intressant att veta flambredden varje vägg för sig eller helst för varje fönster då flammans bredd inte är ekvivalent med fönsterbredden vid påtvinga ventilation. Alla fönster antas vara spruckna i metoden.

Då ingen påtvingad ventilation råder påverkar brandbelastningen effektutvecklingen för den bränslekontrollerade branden, men eftersom inga utvändiga flammor uppstår för denna brand bortses denna. För den ventilationskontrollerade branden påverkar brandbelastningen inte effektutvecklingen och därmed inte plymens längd eller dess temperatur. Att effekten inte påverkas beror på att branden endast begränsas av syretillgången. Däremot påverkas

brandcellstemperaturen. Dock endast i en mindre mängd då brandbelastningen endast inverkar som en produkt i Ω, vilken exponentialfunktionen är en funktion av. Vid påtvingad ventilation medför däremot en ökad brandbelastning till att även effektutvecklingen ökar, då branden styrs av bränsletillgången. Att branden för påtvingad ventilation endast kan vara

bränslekontrollerad ifrågasätts dock då det är just syretillgången som styr detta. Bara för att fönster finns i flera väggar behöver inte det innebära att branden får tillräckligt med syre för att bli bränslekontrollerad.

Både då branden styrs av naturlig (ej påtvingad) ventilation och då drag förekommer påverkar en ökad effektutveckling även flammans parametrar. Effektutvecklingen är en påverkande

72

faktor i flamhöjden, vilken i sin tur påverkar den horisontella projektionen och längden längs centrumlinjen. Flammans längd längs centrumlinjen är i sin tur en påverkande parameter tillsammans med effektutvecklingen för beräkningar av temperaturen i fönstret.

Temperaturen längs centrumlinjen, på valfritt avstånd, påverkas endast av effektutvecklingen. Vid en första anblick verkar en ökad effektutveckling medföra en högre temperatur i

flamman. Detta gäller dock endast om jämförelsen sker vid samma avstånd från fönstret. Då jämförelsen istället sker på samma absoluta avstånd erhålls temperaturer med endast ett par graders differens. Skillnaden kan dock vara större då jämförelsen sker närmre fönstret. Detta gäller främst påtvingad ventilation. Vid påtvingad ventilation ökar temperaturen i fönstret. Då det gäller fallet utan påverkad ventilation

Brandcellstemperaturen för den bränslekontrollerade branden beräknas enligt ekvation (73) eller (B.19) i Eurokod 1, del 1-2. Temperaturen påverkas av exponentialfunktion som funktion av Ω. En exponentialfunktion upphöjt i noll är lika med ett. Då funktionen har en negativ exponent kommer resultatet bli mindre än ett och exponenten är positiv kommer resultatet bli större än ett. För att exponentialfunktionen i ekvation (73) skall kunna ge ett positivt resultat och därmed ha någon inverkan på temperaturen måste Ω bli negativ. Då detta inte är fallet har denna faktor ingen effekt. Brandbelastningen multiplicerat med golvaren blir ett stort tal och även om det divideras med 17,5 så kommer resultatet bli orimligt stort då det multipliceras med 1200.

Vägg ovan fönstren har funnits i alla beräkningar och hur denna påverkar resultatet har inte undersökts. Dock bör en närvarande vägg medföra att energi går åt att värma upp väggen och en flamma nära fasaden bör därför vara svalare än en som brinner en bit ifrån väggen. Detta trots att mer luft kan blandas in i plymen.

Slutsats

73

7 Slutsats

Ett antal slutsatser har dragits rörande den gällande problemställningen och funderingar som dykt upp under arbetets gång.

7.1 Brandbelastning

Boverket bör uppdatera sin handbok Brandbelastning. Detta gäller särskilt avsnittet om bestämning av brandbelastning genom beräkning. I avsnittet önskas stundvis tydligare beskrivningar av faktorer samt beräkningarna. Ekvationernas skärpa är även mycket dålig. I EKS bör det inte stå att Eurokodens Bilaga E ej får användas när information ur denna krävs vid beräkningar enligt andra tillåtna bilagor, såsom Bilaga A och Bilaga C. Istället bör EKS ange att brandbelastning inte får beräknas enligt Bilaga E. Informationen bör även vara enhetlig i publikationerna.

Reduktionsfaktorer i Eurokoden kan medföra stora skillnader i brandbelastning mellan det europeiska regelverket och Boverkets föreskrifter.

7.2 Parameterberoende temperatur-tidförlopp (Bilaga A)

En ökning av brandbelastningen medför större påverkan under det bränslekontrollerade förloppet än det ventilationskontrollerade vid beräkning enligt Bilaga A. Detta då

brandbelastningen bidar till att mängden bränsle ökar och det är just bränslet som begränsar den bränslekontrollerade branden.

Hoppet som uppstår i temperatur-tidförloppet beror på konstantskillnaden med en faktor två mellan Eurokodens ekvationer (A.7) och (A.9). Detta är en konstruerad faktor för att kunna omvandla den ventilationskontrollerade branden till en bränslekontrollerad och därmed möjliggöra att beräkningsmodellen i Bilaga A kan tillämpas för de båda brandfallen.

I gränslandet mellan ventilations- och bränslekontrollerat brandförlopp för den brand som ger störst strukturella åverkan väljas.

Beräkningar av ventilationskontrollerade bränder sker enligt enzonsmodell, medan

bränslekontrollerade bränder blir en tvåzonsmodell. Då bränslekontrollerade bränder beräknas med en enzonsmodell krävs analys av det erhållna resultatet då temperaturen i verkligen skiljer sig åt i tak- och markhöjd.

74

Ett flertal beräkningar bör genomföras där öppningsfaktorn varieras för att säkerställa resultatet. Detta då öppningsfaktorn är en fiktiv faktor.

7.3 Temperaturpåverkan på utvändiga konstruktionsdelar (Bilaga B)

För att utvändiga flammor skall uppstå måste branden vara ventilationskontrollerad då det inte finns någon påtvingad ventilation. Vid påtvingad ventilation blir branden istället

bränslekontrollerad, enligt Law och Eurokoden. Trots detta skall utvändiga flammor uppstå till följd av drag genom brandcellen. Huruvida väl det stämmer att branden inte blir

ventilationskontrollerad kan undersökas.

För ventilationskontrollerade bränder påverkar brandbelastningen inte flamlängd och temperaturer. Detta är dock inte fallet för den bränslekontrollerade branden. En ökad brandbelastning ger en högre effektutveckling och därmed längre flammor.

Då effektutvecklingen ökas minskar temperaturen i fönstret samt i flamman. Detta gäller både den ventilations- och den bränslekontrollerade branden. Temperatursänkningen är en följd av längre flammor och därmed större luftinblandning. Temperaturen i fönstret påverkas mer av flammans längd än vad temperaturen i flamman gör och sänkningen blir därför större i fönstret än i flamman.

Forskning på flamlängder har inte genomförts i någon större utsträckning sedan exempelvis Webster, Thomas, Siegel och Law. Det är denna forskning som Eurokodens ekvationer är baserade på. Några felaktigheter i dessa har inte kunnat upptäckas. Att påtvingad ventilation ger ytterst långa flammor vid höga brandbelastningar har därför inte kunnat förklaras. Beräkningar av brandcellstemperaturen vid påtvingad ventilation ger orimliga resultat och borde ses över, då exponentialfunktionen inte påverkar resultatet i närheten av vad det borde.