Pyrotekniskt genererade aerosoler vid konstruktionsbränder

(1)

Pyrotekniskt genererade aerosoler vid

konstruktionsbränder

Jens Andersson

2016

Brandingenjörsexamen Brandingenjör

Luleå tekniska universitet

(2)

1

Pyrotekniskt genererade aerosoler vid

konstruktionsbränder

Jens Andersson

Brandingenjörsprogrammet

Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser Luleå tekniska universitet

(3)

(4)

I

Förord

Denna rapport är resultatet av mitt examensarbete för brandingenjörsexamen vid Luleå tekniska universitet. Examensarbetet är genomfört i samarbete med räddningstjänsten Luleå och med MSB (Myndigheten för Samhällskydd och Beredskap) som finansiär. Denna rapport omfattar ett arbete motsvarande 15 högskolepoäng.

Jag vill rikta ett tack till min handledare Ronnie Lindberg vid räddningstjänsten Luleå och min examinator Michael Försth vid Luleå Tekniska Universitet, för all hjälp och rådgivning genom projekts gång.

Jag vill även tacka Henrik Fredriksson, tekniker på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut i Borås, för ditt engagemang i mitt arbete och många goda tankar. Slutligen vill jag tacka all personal på RUC Luleå (Räddningstjänstens Utbildningscentrum Luleå) för ert varma mottagande och all hjälp med att bygga testkonstruktionerna i detta projekt.

Luleå, december 2015. Jens Andersson

(5)

II

Varje år genomför den kommunala räddningstjänsten i Sverige flera insatser vid bränder i bostäder. Vid en del av dessa bränder kan branden leta sig in i konstruktionen. Räddningstjänsten har idag inget gemensamt tillvägagångssätt för att hantera dessa konstruktionsbränder och använder därför flera olika tekniker och släckmetoder. Den gemensamma nämnaren är att de flesta av dessa metoder leder till sekundära skador i konstruktionen.

Ett släckmedel som idag inte används vid konstruktionsbränder, men som används inom andra områden som flyg, båtar och verksamheter som är känsliga mot vatten, är pyrotekniskt genererade aerosoler. Detta är ett släckmedel som antänds och därefter producerar mycket finfördelade partiklar och inerta gaser. Pyrotekniskt genererade aerosoler har därmed möjlighet att stoppa de fria radikalerna i branden, absorbera värmen genom partiklarnas stora specifika yta och verka kvävande mot branden.

Den goda släckförmågan gör det intressant att studera förmågan att släcka en konstruktionsbrand med hjälp av aerosoler och hur återantändningsskyddet ter sig. Detta undersöktes med hjälp av släckstavar. För att undersöka detta har fyra konstruktioner byggts upp för att simulera ett regelfack i en väggkonstruktion. En konstruktion användes som testkonstruktion. Övriga tre konstruktioner antändes i det nedre högra hörnet med hjälp av glödande kol. I två av konstruktionerna applicerades aerosolerna mitt på konstruktionen för att undersöka möjligheten till aerosolspridning inne i konstruktionen. I den tredje konstruktionen applicerades aerosolerna direkt i branden. Temperaturen inne i samtliga tre konstruktioner mättes med hjälp av fem stycken utplacerade termoelement i vardera konstruktion.

I de två första konstruktionerna var det möjligt att se temperaturförändringar när släckstavarna aktiverades. Temperaturförändringarna i konstruktionerna var både stigande och sjunkande. I den tredje konstruktionen uppmättes inga liknande temperaturförändringar när aerosolerna applicerades mitt i branden. Gemensamt för alla tre konstruktioner var att initialbranden inte släcktes i konstruktionen. Istället kunde en temperatur omkring 510 – 860 ℃ uppmätas på de ingående aerosolerna, vilket var cirka 280 – 500 ℃ högre än temperaturen i konstruktionen innan aktivering.

En trend för samtliga tre konstruktioner var att en tid efter båda aktiveringarna av släckstavarna så började temperaturen stiga i konstruktionen igen. Detta indikerar på att aerosolerna inte är närvarande i branden en längre tid och att återantändningsskyddet i konstruktionen är låg. I de fall där temperatursänkning uppmättes efter aktivering av släckstav återgick temperaturen snabbt till ursprungstemperatur.

Med aerosolernas höga ingångstemperatur och mycket låga släckförmåga är slutsatsen av studien att släckstavar inte är optimala att använda vid släckning av konstruktionsbränder.

(6)

III

Abstract

Every year the local rescue services in Sweden makes several efforts in fires in homes. Some of these fires are able to find a way into the building constructions and today the local rescue services in Sweden doesn´t have a common approach how to handles these types of fires. They use several different techniques and extinguish methods. Most of these techniques and methods cause secondary damage in constructions.

Pyrotechnically generated aerosols are today not used as an extinguisher at structural fires, but it is used as an extinguisher in the airline industry, maritime shipping and in operations that are sensitive to water. The fire-extinguishing medium lights up and then produces dispersed particles and inert gases. With these properties pyrotechnically generated aerosols are able to stop the free radicals in the fire, absorb the heat from the environment by the particles large specific surface and inert the environment.

It is interesting to study the ability of pyrotechnically generated aerosols to extinguish structural fires and handheld extinguisher devices tested it. Four constructions were built as a part of a wall to examine this. One construction was used as a test construction. The other three constructions were lit up in the downer corner to the left by ember. In two of the constructions the aerosols were placed in the centre of the construction and in the third construction the aerosols were placed directly on to the fire. The temperatures inside all of the three constructions were measured by five thermocouples.

It was possible to see a temperature differences in the first two constructions when the handheld extinguishing devices were activated. The temperature differences inside the construction were both increasing and decreasing. In the third construction there were no temperature differences to study. A common thing for all three constructions was that the initial fire in the structure wasn´t extinguished. Instead a temperature around 510 – 860 ℃ was measured when the aerosols entered the construction, which was about 280 – 500 ℃ higher compared to the initial structural temperature.

For all of the three constructions the temperature started to increase a few minutes after the handheld extinguishing devices were activated. This indicates that the time of presence of aerosols were limited. In those cases were the temperatures were decreasing after the activation of the handheld extinguishing device the temperature returned very fast to the initial temperature inside the structural.

The conclusion of this report is that it is not optimal to use handheld extinguishing devices to extinguish structural fires because of the high temperature of the entering aerosols together with low extinguishing ability.

(7)

IV 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Syfte ... 2 1.3 Avgränsningar ... 2 2. Metod ... 3 2.1 Byggandet av testkonstruktionerna ... 3 2.2 Installation av termoelement ... 5 2.3 Testets genomförande ... 7 2.3.1 Konstruktion 1 och 2 ... 7 2.3.2 Konstruktion 3 ... 8 3. Teori ... 9

3.1 Pyrotekniskt genererade aerosoler ... 9

3.2 Släckstav ... 11 4. Resultat ... 14 4.1 Testkonstruktionen ... 14 4.2 Konstruktion 1 ... 15 4.3 Konstruktion 2 ... 19 4.4 Konstruktion 3 ... 24 4.5 Aerosolernas temperatur ... 28 5. Analys ... 30 5.1 Testkonstruktionen ... 30 5.2 Konstruktion 1 ... 30 5.3 Konstruktion 2 ... 32 5.4 Konstruktion 3 ... 33 5.5 Aerosolernas temperatur ... 34 6. Diskussion ... 35 6.1 Felkällor ... 36

6.2 Förslag till framtida forskning ... 36

7. Slutsats ... 37

(8)

1

1. Inledning

I inledningen ges en bakgrund om rapportens innehåll. Bakgrunden följs därefter av syftet med rapporten och vilka avgränsningar som är aktuella för detta projekt.

1.1 Bakgrund

Under 2014 genomförde räddningstjänsten i Sverige 9 661 insatser vid brand i bostäder1_{. Av}

dessa bränder är flerbostadshus och villor överrepresenterade2. Flera av dessa bränder letar sig in i byggnadens konstruktion och branden sprids till andra delar av byggnaden.

Dagens byggregler ställer i princip inga krav på egendomsskydd, utan byggreglernas uppgift är att tillse att människor kan ta sig ut i tid, d.v.s. kunna utrymma innan branden eller röken blivit för kraftig, spridits eller att byggnaden kollapsar. Om det brinner inne i en konstruktion finns det endast krav i byggreglerna på brandspridning i ytterväggarna. Därmed behandlar inte byggreglerna brandspridning i övriga konstruktioner. Detta gör att flera bärande konstruktioner utgörs av brännbara material såsom bjälklag i trä och att isoleringen i konstruktioner är brännbar och utgörs av exempelvis cellplast.

Räddningstjänsten i Sverige har inget gemensamt tillvägagångssätt för hur brandspridning i konstruktioner ska begränsas. Med hjälp av värmekamera kan branden lokaliseras och bekämpas på ett traditionellt sätt med vatten och skum som släckmedel. Med dimspik3 kan räddningstjänsten få en finfördelad vattenspridning inne i konstruktionen och på så vis begränsa brandspridningen. På senare tid har en del räddningstjänster börjat använda nya släckmedel och släckmetoder så som CAFS (compressed air foam system) och skärsläckare4. Alla dessa släckmedel och släckmetoder har den gemensamma nämnaren att vatten är basen i släckmedlet. Vattnet begränsar den primära skadan, men ger upphov till sekundära skador som vattenskador och mögel i konstruktionen. Dessa sekundära skador är direkt kopplade till egendomsskador. För att minska de ekonomiska förlusterna till följd av brand bör de sekundära skadorna minimeras.

PGA (pyrotekniskt genererade aerosoler) är ett fast ämne som antänds och där de överhettade ångorna kondenseras och bildar ett finkornigt släckmedel som idag används på flygplan, båtar och i utrymmen med verksamhet som är känslig mot vatten. Även en del svenska räddningstjänster har PGA i utrustningen i form av så kallade släckgranater, och som används som en första släckinsats. Fördelen med PGA är den att släckmedlet inte har vatten som bas och orsakar därför inte vattenskador. PGA släcker branden genom att reagera med brandens fria radikaler och absorbera värmen från branden. De små partiklarna gör PGA till ett mer 1_{Bränder i byggnader 1998-2014, MSB. Hämtat från http://ida.msb.se/ida2#page=a0109}_11 maj 2015 2_{Bränder i byggnader 1998-2014, MSB. Hämtat från http://ida.msb.se/ida2#page=a0080}_11 maj 2015 2_{Bränder i byggnader 1998-2014, MSB. Hämtat från http://ida.msb.se/ida2#page=a0080}_11 maj 2015 3_{Särdqvist. S. Vatten och andra släckmedel. Räddningsverket. Hämtat från} https://www.msb.se/RibData/Filer/pdf/21712.pdf 16 januari 2016 4_{Lindström, J. Appel, G. Palmkvist, K. Bialas, K.O. MSB. Förmåga och begränsningar av förekommande} släcksystem vid brand i byggnad – fokus på miljöarbete. Hämtat från https://www.msb.se/RibData/Filer/pdf/27261.pdf 16 januari 2016

(9)

2

effektivt släckmedel än pulver.5 Om PGA kan påvisas vara effektiv vid konstruktionsbränder kan sekundära skador minimeras. Målsättningen med detta arbete är att redovisa förmågan hos PGA att släcka konstruktionsbränder.

1.2 Syfte

Syftet med studien är att utreda huruvida pyrotekniskt genererade aerosoler är effektivt som släckmedel inne i väggkonstruktioner. Studien avser att besvara frågeställningarna:

- Är PGA ett effektivt släckmedel att använda för att släcka den primära branden i konstruktionen?

- Kan PGA begränsa återantändning i konstruktionen?

1.3 Avgränsningar

Släckeffekten mäts enbart i väggkonstruktioner med trä som konstruktionsmaterial. Väggarna är inte en del av en större konstruktion, utan enbart fritt uppställda. Isoleringen i väggkonstruktionen består endast av mineralull.

Det är enbart PGA som används som släckmedel vid försöken.

Studien undersöker inte huruvida PGA är ett kostnadseffektivt släckmedel vid konstruktionsbränder.

5_{Ekström, J. Gudmundsson, A. Hees, P. Holmstedt, G. Nilsson, B. Åqvist, J. (2008). Pyrotekniskt genererade} aerosoler, Lunds tekniska högskola. Hämtat från http://www.brandposten.se/pdf/lund_rapport.pdf 11 maj 2015

(10)

3

2. Metod

Detta kapitel redovisar de metoder som använts under projektets gång för att samla information och genomföra undersökningar.

Projektet inleddes med en litteratursökning för att finna relevant fakta inom området. Vid litteratursökningen har enbart Google Scholar använts. Syftet med litteratursökningen var att finna de tekniska egenskaperna för PGA och undersöka om det tidigare genomförts tester med PGA vid konstruktionsbränder. Detta för att därefter kunna skapa en testuppställning baserad på relevant forskning.

Litteratursökningen resulterade i att inga tidigare släckförsök med PGA vid

konstruktionsbränder kunde hittas. Detta medförde en bekräftelse på behov av släckförsök med PGA vid konstruktionsbränder. Litteratursökningen gav dock mer resultat vad gällde de tekniska egenskaperna för PGA. Detta då en tidigare litteraturstudie om PGA hittades och som finansierats av Brandforsk projekt 507-991, Pyrotekniskt genererade aerosoler för

brandsläckning – en litteraturstudie6. En del av den rapportens originalkällor utgör en grund i

denna rapport.

Studien bestod av tre stycken empiriska undersökningar. I dessa undersöktes PGA:s förmåga att släcka konstruktionsbränder. Målsättningen med undersökningarna var att skapa ett underlag för redovisning av släckförmågan hos PGA.

2.1 Byggandet av testkonstruktionerna

Till försöket byggdes fyra likadana väggkonstruktioner av trä med syftet att likna de träkonstruktioner som byggs idag. Varje konstruktion byggdes upp med två regelfack av den typ som återfinns i figur 1. De vertikala reglarna hade enbart längden 2000 millimeter istället för 2400 millimeter vilket är mer vanligt i konstruktioner. Detta då takhöjden i testcontainern var en begränsande faktor. De horisontella reglerna hade längden 600 millimeter. Samtliga reglar hade bredden 45 millimeter och djupet 95 millimeter.

6_{Kangedal, P. Hertzberg, T. Arvidsson, M. Pyrotekniskt genererade aerosoler för brandsläckning – en} litteraturstudie. Brandforskprojekt 507-991 SP Brandteknik, 2001.

(11)

4

Figur 1 Måtten på de regelfack som används i konstruktionen. Varje konstruktion bestod av två stycken regelfack fastskruvade i varandra. Konstruktionerna mätte höjden 2000 mm och bredden 600 mm.

På det första regelfacket häftades vindpapp på den ena sidan och därefter skruvades de två regelfacken samman så att vindpappen installerades mitt emellan regelfacken. På varje sida om vindpappen placerades mineralull. I det nedre högra hörnet skars ett område på 200 x 150 millimeter ut i mineralullen, tvärs igenom vindpappen. Detsamma gjordes i det övre vänstra hörnet. Anledningen till detta var att skapa ett område inne i konstruktionen där en brand kunde anläggas. För att underlätta brandspridning inne i konstruktionen upprättades en luftspalt på tre centimeter mellan den högra vertikala regeln och mineralullen, längs hela regeln (läs mer under avsnittet 4.3). De termoelement som användes under försöket fästes i mineralullen, se avsnitt 4.2 Installation av termoelement.

På den ena sidan av konstruktionen installerades en ångspärr av plast som häftades fast på reglarna. Ångspärren skars ut med samma dimension i det ena hörnet som för mineralullen. Därefter skruvades plyfaskiva fast på vardera sidan om regelkonstruktionen. Konstruktionens alla delar är schematiskt beskrivna i figur 2. På framsidan av konstruktionen borrades ett hål med diametern 5 centimeter i mitten av konstruktionen där släckmedlet skulle appliceras. Även två hål med diametern 8 centimeter borrades i det övre vänstra hörnet och det nedre högra hörnet för att ge möjlighet till att anlägga en brand inne i konstruktionen. Framför de två större hålen placerades en lucka av plyfa för att göra väggen intakt efter att branden applicerats i konstruktionen.

(12)

METOD

5

Figur 2 Schematisk ritning över konstruktionens olika delar. Genom att sätta samman alla dessa delar skapas de konstruktioner som användes vid försöken.

2.2 Installation av termoelement

Under bygget av konstruktionerna installerades termoelement av typ K 1.5 mm i tre av konstruktionerna. Detta då den fjärde konstruktionen enbart var en testkonstruktion för påföringsteknik av släckmedel och brandapplicering. Positioneringen av termoelement gjordes i samråd med examinator Michael Försth och tekniker från SP, Henrik Fredriksson7_.

Termoelementen placerades i mineralullen med ståltråd. I den övre delen av konstruktionen installerade två termoelement och placeringen av termoelementen kan ses i figur 3. Termoelement 1 placerades 10 centimeter från den vänstra regeln och 30 centimeter nedanför den övre horisontella regeln. Termoelement 2 placerades 30 centimeter från den vänstra regeln och 5 centimeter nedanför den övre horisontella regeln.

I figur 4 visas placeringen av termoelementen i den nedre delen av konstruktionen. Termoelement 3 är placerat 10 centimeter från den högra regeln och 30 centimeter ovan den nedre horisontella regeln. Termoelement 4 är placerat 30 centimeter från den högra regeln och 5 centimeter ovan den nedre horisontella regeln.

Termoelement 5 i både figur 3 och 4 är samma termoelement och det placerades i det förborrade hålet i samband med att släckmedlet skulle appliceras. Termoelement 5 hade syftet

7_{Försth, M. och Fredriksson, H. Forskningschef och Tekniker vid SP Borås. Telefonsamtal.}

(13)

6

att mäta den ingående temperaturen på aerosolerna, medan övriga termoelement hade syftet att mäta brandens temperatur inne i konstruktionen.

Figur 3 Termoelementens placering i den övre halvan av konstruktionen. Tanken var att konstruktionen även skulle brinna i det övre vänstra hörnet, men det valdes bort efter att testkonstruktionen observerats. I konstruktion 1 och 2 påfördes PGA konstruktionen i punkt 5 och i konstruktion 3 påfördes PGA konstruktionen i brandens bas.

Figur 4 Termoelementens placering i den nedre halvan av väggkonstruktionen. Branden placerades i det nedre högra hörnet och konstruktionen antändes med hjälp av glödande kol. I konstruktion 1 och 2 påfördes PGA konstruktionen i punkt 5 och i konstruktion 3 påfördes PGA konstruktionen i brandens bas.

(14)

METOD

7

2.3 Testets genomförande

Konstruktionerna antändes med hjälp av kolbriketter, vilka antändes i en stålhink. När kolbriketterna glödde applicerades de i den nedre delen av konstruktionen i det förborrade hålet och luckan stängdes. Branden hade svårt att få fäste i testkonstruktionen och brann därmed med en låg intensitet. För att branden lättare skulle få fäste i de konstruktioner där mätningarna skulle genomföras beslutades det att skapa en luftspalt på tre centimeter mellan mineralullsisoleringen och den högra vertikala regeln. Svårigheterna att antända konstruktionen gjorde också att beslut fattades att enbart antända konstruktionen i det nedre hörnet. Dock valdes det att låta samtliga termoelement registrera data inne i konstruktionen under hela försöket.

2.3.1 Konstruktion 1 och 2

Samtliga termoelement i konstruktionen anslöts till dator och därefter applicerades glödande kol i den nedre delen av konstruktionen och hålet förslöts. Någon minut efter antändning började temperaturen inne i konstruktionen att loggas. Temperaturen loggades varje sekund. Emellanåt under försökets gång tillsattes branden mer syre genom att luckan öppnades lite och stängdes därefter igen.

Sex minuter in i försöket brann det igenom luckan, gjord av plyfa, och branden började leta sig uppför utsidan av konstruktionen. Då försöket var tänkt att simulera en brand inne i konstruktionen, d.v.s. ingen brand på utsidan av konstruktionen, dämpades branden på utsidan med vatten. Termoelementen inne i konstruktionen registrerade ingen temperatursänkning när vatten applicerades på utsidan. Släckning på utsidan med vatten upprepades varje gång branden smet ut från konstruktionen.

När temperaturen inne i konstruktionen uppnått 300 grader påbörjades förberedelserna inför släckningen (detta då temperaturen i konstruktionen började sjunka). Då luckan som var tänkt att försluta väggen hade brunnit upp skruvades en ny plyfa fast på utsidan av konstruktionen som förslöt konstruktionen. Det femte termoelementet, se figur 4, placerades i det förborrade hålet (50 mm

diameter) i mitten av konstruktionen och därefter placerades ett en meter långt rör i hålet. Anledningen till att termoelement 5 placerades i efterhand berodde på att termoelementet inte skulle skadas när hålet i konstruktionen borrades. De mellanrum som uppstod mellan röret

Figur 5 Fritt uppställd konstruktion som användes vid testet. Bilden visar de luckor som användes för att släppa in syre till branden. Även hålet, som användes för att applicera aerosolerna, syns mitt i bilden.

(15)

8

och släckstaven tätades med mineralull, se figur 6 Släckstaven aktiverades genom att klicka på aktiveringsknappen invid handtaget. Släckstaven producerade aerosoler i cirka 15 sekunder och därefter placerades en ny släckstav i röret och aktiverades. Totalt användes två släckstavar per släckförsök.

2.3.2 Konstruktion 3

Konstruktion 3 antändes på samma sätt som konstruktion 1 och 2 med hjälp av kolbriketter. Efterhand som branden letade sig utanför konstruktionen dämpades branden på utsidan med vatten. När branden i konstruktionen uppnådde 300 grader inne i konstruktionen påbörjades släckningen med hjälp av släckstavar. Tillskillnad från konstruktion 1 och 2 så riktades släckstavarna direkt mot brandens bas, i det nedre högra hörnet av konstruktionen. Syftet med termoelement 5 var att mäta temperaturen på ingående aerosoler,

vilket gjorde att termoelement 5 placerades i nedre högra hörnet, mitt i branden, för konstruktion 3. Plyfan som satt för det förborrade

hålet i detta hörn på konstruktionen hade brunnit upp och släckstaven kunde därmed placeras direkt i hålet. Släckstaven aktiverades och producerade aerosoler i cirka 15 sekunder och därefter aktiverade ytterligare en släckstav.

Figur 6 Släckstaven placerades i röret och mellanrum mellan släckstaven och röret tätades med mineralull. Detta gjorde så att aerosolerna spreds in i konstruktionen, med en förhoppning på att aerosoltemperaturen skulle hinna svalna något.

(16)

9

3. Teori

Detta kapitel beskriver teori om pyrotekniskt genererade aerosoler som släckmedel och dess dynamik, men ger även information om släckstaven som aerosolgenerator.

3.1 Pyrotekniskt genererade aerosoler

I Sverige förbjöds nyinstallationer av halon vid årsskiftet 1997/1998. Det var Montrealprotokollet som reglerade användandet av halon och Sverige anslöt sig till detta år 1987. Anledningen till regleringen var att halon visade sig ha ozonnedbrytande egenskaper och var därmed skadlig för miljön.8 Efter förbudet av halon blev intresset stort att försöka hitta ett alternativt släckmedel som skulle ha samma släckeffekt. Intresse väcktes att ersätta halon med pyrotekniskt genererade aerosoler (PGA).

PGA består av mycket små partiklar med en storlek på mellan 1 till 50 µm och den lilla partikelstorleken gör det möjligt för aerosolen att befinna sig i luften under en längre tid. I de flesta fall skapas PGA av ett fast ämne som antänds, men kan även förekomma som pulver och gel. Den fasta substans som antänds består av ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel. Dessa är tillsammans sammansatta med ett fyllningsmaterial. Samtliga produkter mals därefter ner och blandas med ett bindemedel för att skapa ett fast material. När det fasta materialet antänds, med hjälp av en elektrisk gnista, frigörs mycket små partiklar med mikrometerstorlek.9

Tabell 1 Kornstorleksfördelningen för de bildade aerosolerna10.

Kornstorlek [𝛍m] Förekomst [%]

< 2 42

2 – 5 43

5 – 10 13

> 10 2

En aerosolpartikel med diametern 10 µm faller ungefär 5 mm/s mot marken, medan en partikel med diametern 1 µm faller med en ungefärlig hastighet på 0,05 mm/s. I detta fall ger en 10 gånger mindre partikel en fallande hastighet som är 100 gånger lägre. Detta resulterar i att den mindre partikeln har förmåga att sväva i luften en längre tid, vilket i sin tur ger möjlighet för en längre släckförmåga och ett effektivare återantändningsskydd11_.

Aerosolpartiklarna som bildas består av en specifik saltkristall, beroende på vilken saltkristallbas det fasta ämnet utgörs av vid antändning. De vanligaste saltkristallerna i PGA är kalium (K), natrium (Na), cesium (Cs), rubidium (Rb) och strontium (Sr). Det är inte enbart fasta aerosolpartiklar som bildas när det fasta materialet antänds, utan 60 % av förbränningsmaterialen utgörs av olika typer av gaser. De vanligaste gasprodukterna som bildas vid förbränningen är kvävgas (N2), koldioxid (CO2), kolmonoxid (CO), vatten (H2O)

och syre (O2).

8

Dafo. Halon och HFC. http://www.dafo.se/Produkter/Slackmedel/Halon--HFC/ (hämtad 2015-10-18) 9

Heininen, E.W. Tapscott, R. Kibert, C.J. Peng, C-L. Aerosol technology overview and bibliography. 10-1995. 10

Kangedal, P. Hertzberg, T. Arvidsson, M. Pyrotekniskt genererade aerosoler för brandsläckning – en litteraturstudie. Brandforskprojekt 507-991 SP Brandteknik, 2001.

(17)

10

För att en brand ska kunna släckas krävs det att minst en av de fyra beståndsdelarna syre, värme, bränsle och fria radikaler begränsas, enligt brandtetraedern.12_{PGA:s initiala}

släckningsmetodik ligger i att stoppa de fria radikalerna som uppstår vid en förbränning. Då inerta gaser som exempelvis koldioxid och kolmonoxid skapas vid bildandet av PGA har släckmedlet även förmåga att begränsa syretillgången till branden. Detta då de inerta gaserna sänker syrekoncentrationen runt branden. De små aerosolpartiklarna som bildas vid förbränningen har en stor specifik yta som absorberar värmen från branden och på sätt har PGA även förmågan att kyla omgivningen runt branden. Detta under förutsättning att temperaturen på aerosolpartiklarna är lägre än brandtemperaturen.13 Ju större specifik yta per massenhet som aerosolen har, desto mer effektiv är den på att sänka den omgivande temperaturen kring branden14.

För att aerosolpartiklarna ska kunna stoppa de fria radikalerna vid förbränningen måste saltkristallerna sönderdelas till alkalihydroxider. Denna sönderdelning sker i flamman vilket kräver att aerosolpartiklarna inte faller för fort genom flamman på grund av dess massa. Aerosolpartiklarna som bildas vid förbränning av PGA måste därmed ha en så liten diameter som möjligt för att sönderdelning ska hinna ske i flamman.

PGA har förmåga att kunna fylla ett rum med aerosoler och hindras inte av möbler, då aerosolerna har möjlighet att sväva både under och över hinder. Det är även möjligt att styra aerosolerna i den riktning som önskas med hjälp av fläktar. De aerosolerna som frigörs är oberoende av syretillgång och därmed är det möjligt att använda PGA i syrefattiga miljöer.15 Den pyrotekniska reaktionen som uppstår är mycket exoterm (avger värme) och kan generera en flamma16. Reaktionstemperaturen kan variera mellan 700 – 1400 ℃ . Denna höga temperatur får aerosolen och gaserna att stiga i rummet och släckmedlets effektivitet minskar om branden är lågt placerad17. Dock har experiment visat att ju mer turbulent branden är, desto snabbare går det att släcka branden. Detta då turbulensen från branden hjälper till att sprida aerosolerna.18 Experiment har även visat att temperaturen hos aerosolerna har kunnat sjunka till omgivande temperatur redan en halv meter från aerosolgeneratorn (det objekt som producerar aerosoler, exempelvis släckstav). På så vis utgör den höga temperaturen hos aerosolerna inte någon hälsofara.19

12_{National Fire Protection Association (NFPA)}

http://www.nfpa.org/press-room/reporters-guide-to-fire-and-nfpa/all-about-fire (Hämtad 2016-01-11)

13_{Heininen, E.W. Tapscott, R. Kibert, C.J. Peng, C-L. Aerosol technology overview and bibliography. 10-1995.} 14_{Spring, D.J. Ball, D.N. Alkali metal salt aerosols as fire extinguishants.}

15

Heininen, E.W. Tapscott, R. Kibert, C.J. Peng, C-L. Aerosol technology overview and bibliography. 10-1995. 16

Chattaway, A. Dunster, R.G. Gall, R. Spring, R.J. The evaluation of non-pyrotechnically generated aerosols. 17_{Kangedal, P. Hertzberg, T. Arvidsson, M. Pyrotekniskt genererade aerosoler för brandsläckning – en} litteraturstudie. Brandforskprojekt 507-991 SP Brandteknik, 2001.

18_{Kibert, C.J. Dierdorf. D. Solid particulate aerosol fire suppressants.} 19

Kangedal, P. Hertzberg, T. Arvidsson, M. Pyrotekniskt genererade aerosoler för brandsläckning – en litteraturstudie. Brandforskprojekt 507-991 SP Brandteknik, 2001.

(18)

TEORI

11

Aerosolernas temperatur kan sänkas med olika typer av kylsystem kopplade till aerosolgeneratorn. Dock ökar aerosolernas specifika yta efterhand som de kyls, vilket leder till att aerosolernas släckeffekt minskar.20

En stor fördel med PGA är att inga rör och ledningar måste installeras i jämförelse med andra fasta släcksystem och på så vis kan underhållskostnader minskas. Enligt litteraturuppgifter gör effektiviteten hos PGA att 4 kg PGA kan ersätta 150 kg koldioxid.21

3.2 Släckstav

Den släckstav som användes i försöket var en släckstav av typen PSE-2, se figur 7. Släckstaven har möjlighet att släcka brand upp till klass 8B, men den har möjlighet att släcka bränder i klasserna A, B, C och E22_{(A = glödbrand, B = Vätskebrand, C = Gasbrand, E =}

Elektrisk apparatur)23. Siffran framför klassningen anger storleken på ett provbål. För klass 8B innebär det att släckstaven kan släcka en brand innehållande 8 liter vätska24. Den innehåller totalt 80 gram fast substans för produktion av aerosoler. Beståndsdelarna i släckstaven redovisas i tabell 2 och en genomskärning av släckstaven visas i figur 8. Släcktiden för staven uppgår till över 15 sekunder. Släckstaven antänds genom att trycka på en knapp på handtaget, vilken skapar en elektrisk gnista som antänder släckmedlet.25

Figur 7 Släckstav av typen PSE-2 som användes i försöken. Den röda knappen på handtaget visar aktiveringsknappen som trycks ned för att aerosolerna ska börja produceras.

20_{Kangedal, P. Hertzberg, T. Arvidsson, M. Pyrotekniskt genererade aerosoler för brandsläckning – en} litteraturstudie. Brandforskprojekt 507-991 SP Brandteknik, 2001.

21_{Spring, D.J. Ball, D.N. Alkali metal salt aerosols as fire extinguishants} 22_{Instruktionsmanual PSE-2 släckstav}

23_{Dafo. Brandtyper.}

http://www.dafo.se/Arkiv/Faktabank/Brandrisker-och-riskhantering/Brandteori/Brannbart-amne/Brandtyper/ (Hämtad 2016-01-11) 24_{MSB. Lundberg, A.}

https://www.msb.se/sv/Forebyggande/Brandskydd/Brandskyddsutrustning/Brandslackare/Effe ktivitetsklassning-och-provbal/ (Hämtad 2016-01-11)

(19)

12

Tabell 2 Beståndsdelarna i släckstaven PSE-2 och hur dess koncentrationer förhåller sig.26

Beståndsdel Koncentration [%]

Strontiumnitrat 45 – 65

Fenolharts 5 – 10

Katalysatormedel 2 – 5

Bindemedel 10 – 20

Figur 8 Genomskärning av släckstav PSE-2 och dess olika delar. Släckmedlet är placerat direkt invid utloppet.

26

Säkerhetsdatablad. Aerosol brandsläckningsutrustning. Utfärdat 2014-10-22.

http://www.brandposten.se/produktblad/Sakerhetsdatablad_Cleansol.pdf (hämtad 2015-09-10). 1. Gummimatta 2. Släckmedel 3. Låsring 4. Isolering 5. Utlopp

(20)

(21)

14

4. Resultat

Under denna rubrik sammanställs alla mätresultat för var och en av konstruktionerna. Resultatet presenteras i diagram och tabeller, som beskriver temperaturförändringen inne i konstruktionen.

4.1 Testkonstruktionen

En av konstruktionerna som byggdes användes som testkonstruktion där både appliceringsmetod av aerosoler och antändning testades. När appliceringsmetoden testades antändes inte konstruktionen i förväg (med hjälp av glödande kol), det vill säga att konstruktionen inte var brandhärjad. Det var heller inga termoelement installerade i denna konstruktion. En släckstav användes och den producerade aerosoler i cirka 15 sekunder. Släckstaven placerades direkt i det förborrade hålet i konstruktionen och värmeutvecklingen från släckstaven gav upphov till brand i konstruktionen. Efter att släckstaven tagits ut ur konstruktionen slog det lågor ut från det hål där släckstaven varit placerad, se figur 9. Branden i konstruktionen var så väl rotad att den inte självslocknade.

Efter att branden släckts med vattensläckare öppnades konstruktionen upp för okulärbesiktning, och det framgick tydligt att släckstaven antänt vindpappen i konstruktionen som var placerad mellan mineralullen, se figur 10. För att minska risken för antändning i övriga konstruktioner användes ett avstånd på 1 meter mellan konstruktionen och släckstaven med hjälp av ett stålrör. Syftet med detta var att låta aerosolerna svalna innan de nådde konstruktionen. Figur 10 Aerosolerna antände vindpappen i konstruktionen. I bilden syns det tydligt hur det har brunnit i konstruktionen runt släckstavens mynning. Figur 9 Testkonstruktionen antändes när släckstaven användes. Tydliga lågor slog ut från konstruktionen när släckstaven drogs ut.

(22)

RESULTAT

15

Efter att vindpappen och mineralullsskivorna i testkonstruktionen bytts ut användes konstruktionen för att undersöka möjligheten att antända konstruktionen. Detta resulterade i observationen att branden hade svårt att få fäste i konstruktionen. Mineralullen hindrade branden från att spridas i konstruktionen och därmed var brandens intensitet låg. Observationen resulterade i att de konstruktioner där mätningar skulle genomföras fick en luftspalt på tre centimeter mellan högra regeln och mineralullen. Detta för att öka brandens intensitet i konstruktionen.

4.2 Konstruktion 1

Med hjälp av luftspalten i konstruktionen kunde branden växa sig större än den brand som erhölls i testkonstruktionen. Enligt figur 11 registrerade termoelement 3 en temperatur på 385 ℃ när släckstav 1 aktiverades. Vid samma tidpunkt registrerade termoelement 4 en temperatur på 332 ℃ . Termoelement 3 registrerade en temperatur på 384 ℃ och termoelement 4 registrerade temperaturen 323 ℃ när släckstav 2 aktiverades (se även tabell 3 och 4).

Figur 11 Temperaturkurvan i konstruktionen för termoelement 1-4. Tidpunkterna då släckstav 1 och 2 aktiveras är utmärkta. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 1 Termoelement 2 Termoelement 3 Termoelement 4 Släckstav 1 Släckstav 2

(23)

16

Termoelement 1 och 2 var placerade i det övre vänstra hörnet, det vill säga på ett diagonalt avstånd från termoelement 3 och 4. Avståndet från branden gav en svag temperaturökning och stabiliserade sig på en temperatur på cirka 60 ℃. Temperaturen i denna del av konstruktionen påverkades inte nämnvärt när släckstavarna aktiverades.

I figur 11 är tidpunkterna för aktivering av de två släckstavarna utmärkta och det är enbart termoelement 3 och 4 som registrerar en temperaturförändring. I figur 12 är temperaturkurvan för termoelement 3 och 4 förstorad. Då Termoelement 1 och 2 inte gav upphov till någon temperaturförändring är de ej inkluderade i figur 12. Termoelement 3 får en svag temperatursänkning när släckstav 1 aktiveras, men vid tidpunkten då släckstav 2 aktiveras återfås en temperaturökning. Termoelement 4 registrerar temperatursänkningar både när släckstav 1 och 2 aktiveras.

Figur 12 Förstorad bild av figur 11 i tidsintervallet 1000-2000 sekunder för termoelement 3 och 4. Tidpunkerna för aktivering av släckstav 1 och 2 är utmärtka.

I figur 13 redovisas temperaturkurvorna för termoelement 3, 4 och 5 (det termoelement som mätte temperaturen på ingående aerosoler). I diagrammet framgår det tydligt den höga

280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

(24)

RESULTAT

17

ingångstemperaturen som aerosolerna har innan de tränger in i konstruktionen. Temperaturen hos aerosolerna uppgår till över 850 ℃, men temperaturen sjunker snabbt.

Figur 13 Temperaturkurvan för termoelement 3, 4 och 5. Visar förhållandet mellan aerosolernas ingångstemperatur och temperaturen i konstruktionen.

Tabell 3 redovisar både den lägsta uppmätta temperaturen och medeltemperaturen i konstruktion 1för termoelement 3 och 4. Tidsintervallet för mätserien är tidpunkten mellan att släckstav 1 aktiverats och släckstav 2 aktiverats. Denna tabell redovisar även temperaturskillnaden i konstruktionen 200 sekunder efter att släckstav 1 aktiverats. Anledningen till att 200 sekunder valdes berodde på att temperaturen inte loggades längre än 200 sekunder efter att släckstav 2 aktiverats.

Temperaturskillnaden mellan lägsta temperaturen, medeltemperaturen och ursprungstemperaturen (temperaturen i konstruktionen när släckstav 1 aktiverades) redovisas för att kunna bestämma om en temperaturökning eller temperatursänkning skett. Denna temperaturskillnad presenteras i tabell 3 och 4, där tabell 4 redovisar samma typ av data som tabell 3, men utgår från släckstav 2. Tidsintervallet efter att släckstav 2 aktiverats är detsamma som tidsintervallet mellan aktiveringen av släckstav 1 och släckstav 2.

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 5 Termoelement 3 Termoelement 4 Släckstav 1 Släckstav 2

(25)

18

Tabell 3 Redovisar temperaturskillnaden mellan lägsta uppmätta temperaturen i konstruktionen och

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperaturen och ursprungstemperaturen, för släckstav 1. Temperatur när släckstav 1 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 1789 - 1845 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 1789 - 1845 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 3 386 382 384 - 4 - 2 Termoelement 4 333 319 324 - 14 - 9

200 sekunder efter aktivering av släckstav 1

Termoelement 3

386 - 395 - + 9

Termoelement 4

333 - 316 - - 17

Rött = temperaturökning Grönt = temperatursänkning

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperaturen och ursprungstemperaturen, för släckstav 2. Temperatur när släckstav 2 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 1789 - 1845 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 1789 - 1845 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 3 384 382 397 - 2 + 13 Termoelement 4 324 299 309 - 25 - 15

Termoelement 3 384 - 407 - + 6,0 % Termoelement 4 324 - 320 - - 1,2 % Rött = temperaturökning Grönt = temperatursänkning

(26)

RESULTAT

19

För konstruktion 2 tog det längre tid för branden att växa och öka temperaturen i konstruktionen jämfört med konstruktion 1, se figur 14. När släckstav 1 aktiverades uppmätte termoelement 3 en temperatur på 344 ℃ och termoelement 4 en temperatur på 289 ℃. Temperaturen i konstruktionen var relativt oförändrad när släckstav 2 aktiverades. Termoelement 3 uppmätte då en temperatur på 340 ℃ och termoelement 4 uppmätte temperaturen 292 ℃. De högsta temperaturerna för termoelement 3 och 4 registrerades efter att de båda släckstavarna aktiverats.

Figur 14 Temperaturkurvan i konstruktionen för termoelement 1-4. Tidpunkterna då släckstav 1 och 2 aktiveras är utmärkta.

Termoelement 3 registrerade en temperatursänkning när första släckstaven aktiverades och registrerade ytterligare en temperatursänkning när släckstav 2 aktiverades, enligt figur 15. I samma figur syns det att termoelement 4 inte registrerade någon temperatursänkning efter aktivering av varken släckstav 1 eller släckstav 2. Till skillnad från konstruktion 1 så gav termoelement 1 utslag i konstruktion 2, se figur 16. Termoelement 1 registrerade en temperatursänkning efter både aktivering av släckstav 1 och 2. Efter appliceringen av aerosolerna i konstruktionen fortsatte temperaturen att stiga inne i konstruktionen.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelemnt 1 Termoelement 2 Termoelement 3 Termoelement 4 Släckstav 1 Släckstav 2

(27)

20

Figur 15 Förstorad bild av figur 14 i tidsintervallet 2300-3300 sekunder för termoelement 3 och 4.Tidpunkerna för aktivering av släckstav 1 och 2 är utmärtka.

Figur 16 Förstorad bild av figur 14 i tidsintervallet 2300-3300 sekunder för termoelement 1 och 2.

Tidpunkterna för aktivering av släckstav 1 och 2 är utmärkta.

Figur 17 visar temperaturen hos aerosolerna (termoelement 5) som tränger in i konstruktionen tillsammans med termoelement 1, 2, 3 och 4. Temperaturen kring termoelement 5 stiger

250 270 290 310 330 350 370 390 2300 2700 3100 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 3 Termoelement 4 Släckstav 1 Släckstav 2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 2300 2700 3100 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

(28)

RESULTAT

21

snabbt och ger en högsta temperatur på cirka 520 ℃, 70 sekunder efter att första släckstaven aktiverats.

Figur 17 Temperaturkurvan för termoelement 1, 2, 3, 4 och 5 tidsintervallet 2300-3300 sekunder. Visar förhållandet mellan aerosolernas ingångstemperatur och temperaturen i konstruktionen.

I tabell 5 redovisas den lägsta uppmätta temperaturen och medeltemperaturen i konstruktion 2 vid tidsintervallet mellan aktiveringen av släckstav 1 och 2, för termoelement 1, 3 och 4. Termoelement 2 resulterade i att ingen temperaturändring registrerades. Därför inkluderas inte termoelement 2 i tabell 5 och 6, där huvudsyftet är att presentera resultat huruvida temperaturförändringen, för de termoelement som gett utslag, har gett en temperatursänkning eller temperaturökning.

Temperaturskillnaden mellan lägsta temperatur och ursprungstemperatur, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperatur och ursprungstemperatur, har beräknats för termoelement 1, 3 och 4 och redovisas i tabell 5 och 6. Samma typ av data redovisas i tabell 6, men för släckstav 2. Tidsintervallet efter aktivering av släckstav 2 är detsamma som tidsintervallet mellan aktivering av släckstav 1 och aktivering av släckstav 2.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 2300 2700 3100 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 1 Termoelement 2 Termoelement 3 Termoelement 4 Termoelement 5 Släckstav 1 Släckstav 2

(29)

22

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperatruen och ursprungstemperaturen, för släckstav 1. Temperatur när släckstav 1 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 2750 - 2785 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 2750 - 2785 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 1 44 38 40 - 6 - 4 Termoelement 3 344 340 342 - 4 - 2 Termoelement 4 289 289 291 0 + 2

Termoelement 1 44 - 40 - - 4 Termoelement 3 344 - 342 - - 2 Termoelement 4 289 - 298 - + 9 Rött = temperaturökning Grönt = temperatursänkning

(30)

RESULTAT

23

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperatruen och ursprungstemperaturen, för släckstav 2. Temperatur när släckstav 2 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 2750 - 2785 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 2750 - 2785 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 1 40 37 38 - 3 - 2 Termoelement 3 341 337 339 - 4 - 2 Termoelement 4 292 292 294 0 + 2

Termoelement 1 40 - 40 - 0 Termoelement 3 341 - 343 - + 2 Termoelement 4 292 - 302 - + 10 Rött = temperaturökning Grönt = temperatursänkning

(31)

24

Likt både konstruktion 1 och 2 stabiliserades temperaturen för termoelement 1 och 2 mellan 60 – 80 ℃. Den stora skillnaden i konstruktion 3 var att termoelement 4 hade en högre temperatur än termoelement 3 genom större delen av testet, se figur 18.

Temperaturen vid termoelement 3 varierade ungefär 3 ℃ mellan tidpunkterna för aktivering av släckstav 1 och släckstav 2, det vill säga den uppmätta temperaturen var 280 ℃ respektive 283 ℃ . För termoelement 4 var temperaturen den samma vid båda tidpunkterna för aktivering, 386 ℃.

Figur 18 Temperaturkurvan i konstruktionen för termoelement 1-4 tidsintervallet 0-3500 sekunder. Tidpunkterna då släckstav 1 och 2 aktiveras är utmärkta.

Enligt figur 18 är det enbart termoelement 4 som registrerar en temperatursänkning och en förstorad bild av detta område syns i figur 19. Vid båda tidpunkterna där aerosoler tillförs konstruktionen återfås en mycket liten temperaturökning, i termoelement 4, som därefter återgår till temperaturen innan aktivering av släckstaven. Termoelement 3 registrerar inte någon temperaturförändring när konstruktionen tillförs aerosoler.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 1 Termoelement 2 Termoelement 3 Termoelement 4 Släckstav 1 Släckstav 2

(32)

RESULTAT

25

Figur 19 Förstorad bild av figur 18 i tidsintervallet 2500-3500 sekunder för termoelement 3 och 4.Tidpunkerna för aktivering av släckstav 1 och 2 är utmärtka.

Termoelement 5 var placerat i centrum av branden och uppmätte en temperatur omkring 700 ℃. När släckstavarna används registrerar termoelement 5 en temperaturökning på ungefär 50 ℃ som efter några sekunder återgick till samma temperatur som innan aktiveringen av släckstavarna, se figur 20. Brandens temperatur ökar därefter.

200 250 300 350 400 450 2500 3000 3500 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

(33)

26

Figur 20 Temperaturkurvan för termoelement 3, 4 och 5 tidsintervallet 2500-3500 sekunder. Visar förhållandet mellan aerosolernas ingångstemperatur och temperaturen i konstruktionen. Termoelement placeras i branden efter 2900 sekunder och påbörjar mätning, en stund innan släckningen genomförs.

Den lägsta uppmätta temperaturen och medeltemperaturen i konstruktion 3 i tidsintervallet mellan aktivering av släckstav 1 och 2, redovisas i tabell 7. Temperaturskillnaden mellan lägsta temperaturen och ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperaturen och ursprungstemperaturen har beräknats, för att kunna bestämma om temperaturökning eller temperatursänkning skett.

Temperaturskillnaderna redovisas i tabell 7 och 8. Anledningen till att enbart termoelement 3 och 4 redovisas beror på att endast dessa två termoelement registrerade en temperaturförändring vid aktivering av släckstav 1 och 2. I tabell 8 redovisas samma typ av data som för tabell 1, men med släckstav 2 som utgångspunkt.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 2500 3000 3500 Temp eratu r [ ℃ ] Tid [sekunder]

Temperaturkurva i konstruk:onen

Termoelement 3 Termoelement 4 Termoelement 5 Släckstav 1 Släckstav 2

(34)

RESULTAT

27

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperatruen och ursprungstemperaturen, för släckstav 1. Temperatur när släckstav 1 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 3035 - 3071 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 1. (tidsintervall 3035 - 3071 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 3 280 280 282 0 + 2 Termoelement 4 387 386 387 - 1 0

Termoelement 3

280 - 286 - + 6

Termoelement 4

387 - 385 - - 2

Rött = temperaturökning Grönt = temperatursänkning

ursprungstemperaturen, samt temperaturskillnaden mellan medeltemperatruen och ursprungstemperaturen, för släckstav 2. Temperatur när släckstav 2 aktiveras, ursprungstemp. [℃] Lägsta uppmätta temperatur efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 3035 - 3071 sek) [℃] Medel-temperaturen efter aktivering släckstav 2. (tidsintervall 3035 - 3071 sek) [℃] Temperaturskillnad mellan lägsta temperatur och ursprungstemp. [℃] Temperaturskillnad mellan medeltemp. och ursprungstemp. [℃] Termoelement 3 283 283 284 0 + 1 Termoelement 4 386 386 386 0 0

Termoelement 3

283 - 288 - + 5

Termoelement 4

386 - 383 - - 3

(35)

28

4.5 Aerosolernas temperatur

Den högsta uppmätta temperaturen som registrerats av termoelement 5 i samtliga konstruktioner, presenteras i figur 21. Den högsta registrerade temperaturen uppnådde 860 ℃, medan den lägsta maxtemperaturen uppnådde 514 ℃. Skillnaden mellan maxtemperaturerna skiljer ett par hundra grader.

För att tydligare åskådliggöra hur maxtemperaturen förhöll sig till temperaturen i konstruktionen, har en medeltemperatur mellan termoelement 3 och 4 bestämts i samtliga konstruktioner (medeltemperaturen som bestämts här är ej korrekt med avseende på hela konstruktionen). Denna medeltemperatur har beräknats vid de två tidpunkterna då släckstav 1 och 2 aktiverades, för termoelement 3 och 4. Förhållandet mellan maxtemperaturen och medeltemperaturen i konstruktionen redovisas i figur 21.

Syftet med jämförelsen är att belysa risken med den mängd värme som tillförs konstruktionen när aerosolerna appliceras. Maxtemperaturen på aerosolerna i appliceringspunkten är som mest cirka 500 ℃ högre än temperaturen i punkterna för termoelement 3 och 4 som är placerade närmre branden. Detta visar på att aerosolerna kan ge upphov till en högre temperatur i konstruktionen än den temperatur som uppmätts i punkter närmre branden innan aerosolerna applicerades. Figur 21 ger en bild över varför aerosolerna gav upphov till brand i testkonstruktionen, samt risken för sekundära bränder i aerosolernas appliceringspunkter.

Figur 21 Jämförelse mellan maxtemperaturen i konstruktionen och medeltemperaturen vid aktivering av släckstav 1 och 2. Figuren visar att aersolernas ingångtemperatur är högre än den temperatur som uppmätts i konstruktionen precis innan släckstavarna aktiverats.

860 356 514 226 725 334 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temp eratu r [ ℃ ]

Maxtemperatur på ingående aerosoler

Konstrukaon 1 Medeltemperatur (1) Konstrukaon 2 Medeltemperatur (2) Konstrukaon 3 Medeltemperatur (3)

(36)

RESULTAT

29

I figur 21 går det att utläsa att temperaturskillnaden mellan maxtemperaturen och

medeltemperaturen i konstruktionen uppgår till att vara mellan 280 – 500 ℃. Konstruktion 1 ger den högsta maxtemperaturen i konstruktionen, 860 ℃, och även den största skillnaden mellan maxtemperaturen och medeltemperaturen som råder mellan termoelement 3 och 4.

(37)

30

5. Analys

I detta avsnitt analyseras mätresultateten och förklarar testets utfall. Analysen ställer olika påståenden mot varandra för att utreda vilket scenario som är mest troligt.

5.1 Testkonstruktionen

Eftersom testkonstruktionen antände när appliceringsmetod testades stod det klart att aerosolernas ingångtemperatur är mycket hög. I fallet med testkonstruktionen förekom det ingen brand i konstruktionen innan släckstaven aktiverades, vilket innebär att konsekvensen av släckstaven är mycket stor. På grund av den mycket exoterma reaktionen som uppstår när pyrotekniskt genererade aerosoler bildas kan en låga i släckstavens mynning uppstå. Denna låga tillsammans med aerosolernas höga temperatur är en trolig orsak till att brand i konstruktionen uppstod.

Som syns i figur 10 har aerosolernas höga temperatur antänt vindpappen, som var placerad mellan de båda isoleringsskivorna i konstruktionen. Det hål som var förborrat i konstruktionen, där aerosolerna skulle appliceras, var borrat fram till vindpappen. Detta innebar att vindpappen var det första hindret som aerosolerna stötte på när de trängde in i konstruktionen. Anledningen till detta var att försöka få aerosolerna att spridas i den smala luftspalt som uppstod mellan isoleringsskivorna och vindpappen. Att aerosolernas temperatur skulle bli så hög att de skulle antända vindpappen i konstruktionen var inget som förutsågs. Testkonstruktionen gav insikt i att appliceringsmetoden behövde justeras och resulterade i att ett rör på en meter mellan konstruktionen och släckstaven installerades.Tanken med röret var att temperaturen hos aerosolerna skulle hinna sänkas till omgivande temperatur innan de trängde in i konstruktionen. Aerosolernas temperatur i rörets mynning mättes aldrig men testresultaten från testkonstruktionen visar tydligt att aerosolernas temperatur inte hann sjunka tillräckligt.

När testkonstruktionen antändes visade det sig att konstruktionen var mycket tät, vilket resulterade i att branden hade svårt att få fäste i konstruktionen. Då en konstruktionsbrand skulle simuleras var det av nödvändigt att branden var placerad inne i konstruktionen. För att öka brandens spridningsförutsättningar i konstruktionen skapades en luftspalt på tre centimeter mellan isoleringsskivorna och den högra vertikala regeln. Detta visade sig ge resultat i de konstruktioner där mätningar genomfördes, då en snabbare temperaturstegring skedde inne i konstruktionen.

Enligt figur 11 erhålls en temperaturstegring inne i konstruktionen där både termoelement 3 och 4 har en temperatur över 300 ℃ när släckstav 1 aktiveras. Termoelement 3 och 4 är båda placerade i närheten av branden och bör därför ge en temperaturkurva likt den i figur 11. När släckstav 1 aktiveras registrerar både termoelement 3 och 4 en temperaturförändring och i figur 12 kan det ses att termoelement 4 ger den största temperaturförändringen, med en temperatursänkning på 14 ℃. Även termoelement 3 registrerar en temperatursänkning, om än mycket liten. Dessa temperatursänkningar kan indikera på att aerosolerna har påverkat

(38)

ANALYS

31

brandens intensitet, vilket därefter har gett utslag i temperatursänkning hos termoelement 3 och 4.

Genom att jämföra temperaturkurvan för termoelement 3 och 4 efter att släckstav 1 aktiverats syns det att termoelement 3 följer samma mönster som termoelement 4. Skillnaden är att temperaturförändringen är lägre för termoelement 3 än för termoelement 4. Detta mönster kan stärka indikationen på att aerosolerna påverkat brandens intensitet.

Det som skulle kunna stjälpa denna indikation är skillnaden på temperaturkurvorna för termoelement 3 och 4 efter att släckstav 2 aktiverats. Här ökar temperaturen i termoelement 3, medan temperaturen sänks för termoelement 4. Denna skillnad på temperaturkurvorna skapar en motsägelse för att brandens intensitet ska ha påverkats av aerosolerna.

En möjlig förklaring till detta kan vara att luftspalten mellan isoleringsskivorna och den högra vertikala regeln har agerat transportväg för de varma aerosolerna i konstruktionen. Som syns i figur 4 så uppgår de ingående aerosolernas temperatur i konstruktionen till över 850 ℃. Temperaturskillnaden mellan termoelement 3 och de ingående aerosolerna är därmed cirka 500 ℃. Med denna temperaturskillnad kan värmestrålningen från aerosolerna ha påverkat termoelement 3 i sin framfart genom luftspalten och på så vis gett upphov till en temperaturökning.

Aerosolerna kan därefter ha fortsatt sin färd mot brandens bas i konstruktionen. Väl där har aerosolerna minskat brandens intensitet och därmed har värmestrålningen från branden minskat. Denna minskade värmestrålning har registrerats av termoelement 4 som därför redovisar en temperatursänkning. När aerosolernas maxtemperatur uppnås börjar termoelement 4 att registrera en temperaturökning, enligt figur 13. Detta gäller både efter aktivering av släckstav 1 och 2. Anledningen till detta kan bero på att aerosolernas temperatur är mycket högre än brandens temperatur, vilket gör att aerosolernas släckningsförmåga minskar inne i konstruktionen. Alternativt att aerosolernas värmestrålning påverkar termoelement 4.

Efter att den högsta registrerade temperaturen för termoelement 5 uppnåtts sjunker temperaturen på de ingående aerosolerna mycket snabbt. Efterhand som detta sker minskar förändringshastigheten för temperaturkurvorna som registrerats av termoelement 3 och 4. Dock fortsätter förändringshastigheten att vara positiv vilket innebär att temperaturen i konstruktionen ökar. Detta innebär att aerosolerna inte lyckats dämpat branden tillräckligt mycket för att den inte ska få nytt fäste, samt att aerosolerna inte längre återfinns i branden. I både tabell 3 och 4 beskrivs det tydligt hur aerosolerna har påverkat temperaturen i konstruktionen efter att släckstav 1 och 2 aktiverats. I samtliga fall har en temperatursänkning skett utifrån lägsta uppmätta temperatur sett, inom valt intervall. Dock är det viktigt att framhäva att temperatursänkningar på mellan 2 – 3 ℃ kan bero på förhållanden som inte påverkats av aerosolerna. Medeltemperaturen inom valt intervall redovisar huruvida temperatursänkningen varit regelbunden. Sett till medeltemperaturen har aerosolerna inte fört

(39)

32

med sig en temperatursänkning i punkten för termoelement 3. Anledningen till detta kan bero av tidigare analys av aerosolernas flöde genom luftspalten.

Däremot har en betydande temperatursänkning skett i punkten för termoelement 4. Lägsta uppmätta temperatursänkning uppgick till 14 ℃ och för samtliga intervall med avsikt på medeltemperaturen har temperaturen sjunkit. Detta innebär att aerosolerna har påverkat brandens intensitet på ett sådant vis att en temperatursänkning kunnat uppmätas.

Det lägsta förhållandet mellan medeltemperaturen och ursprungstemperaturen, för termoelement 4, redovisas 200 sekunder efter att släckstav 2 aktiverats, enligt tabell 4. Detta innebär en stigande temperatur i konstruktionen i punkten för termoelement 4 och resulterar även till att tiden för aerosolernas närvaro i branden är begränsad. Aerosolernas närvaro i branden är av stor vikt för att aerosolerna ska kunna stoppa de fria radikalerna, men även för att de ska kunna absorbera så mycket värme som möjligt från branden.

Då branden inte släckts helt i konstruktionen med hjälp av aerosolerna är det inte möjligt att studera återantändningsskyddet i konstruktionen. Med hänvisningen till föregående stycke finns det en indikation på att aerosolerna är lättflyktiga ut ur konstruktionen och att återantändningsskyddet därmed inte är fullgott.

I jämförelse med konstruktion 1 tog det längre tid för konstruktion 2 att bygga upp temperaturen inne i konstruktionen, enligt figur 14. Temperaturkurvorna för samtliga termoelement följer trots detta ett förväntat mönster. När släckstav 1 och 2 aktiveras registrerar termoelement 3 en temperatursänkning. Till skillnad från konstruktion 1 registrerade termoelement 4 inte någon temperatursänkning, men istället gav termoelement 1 utslag.

I figur 15 och 16 är temperaturkurvorna för termoelement 1, 3 och 4 presenterade. I dessa två figurer syns det att termoelement 1 och 4 registrerar samma temperaturmönster. Efter att både släckstav 1 och 2 aktiverats sker först en temperatursänkning, som därefter följs av en temperaturökning. Intressant är att en temperaturförändring sker i punkten för termoelement 3, men inte i punkten för termoelement 4. Detta skulle kunna innebära att branden i konstruktionen letat sig upp genom luftspalten och att aerosolerna som har trängt in i konstruktionen därefter har dämpat branden i detta område. Värmestrålningen från branden i luftspalten har minskat och termoelement 3 har därmed registrerat en temperaturförändring. Branden längst ner i konstruktionen har inte påverkats av aerosolerna och brann därför med samma intensitet, vilket resulterar i att termoelement 4 inte ger någon temperaturförändring. Om detta är fallet skulle beskrivet händelseförlopp kunna förklara skillnaden i mönster på temperaturkurvorna för termoelement 3 och 4.

Termoelement 1 och 2 är placerade på ett diagonalt avstånd från branden och den uppmätta temperaturen i dessa termoelement är relativt låg ur brandsynpunkt. Att termoelement 1 registrerar en temperaturförändring kan bero på samma sak som i föregående stycke att branden har spridit sig i luftspalten. När aerosolerna tränger in i konstruktionen dämpas