Beräkningsmetod i sakkunnigutlåtande vid bilbränder med fokus på vindpåverkan. Karin Abrahamsson Avdelning för brandteknik LTH LUNDS UNIVERSITET

Beräkningsmetod i sakkunnigutlåtande vid bilbränder med fokus på vindpåverkan

Karin Abrahamsson | Avdelning för brandteknik |

LTH | LUNDS UNIVERSITET

Beräkningsmetod i sakkunnigutlåtande vid bilbränder med fokus på vindpåverkan

Karin Abrahamsson

Lund 2020

Titel: Beräkningsmetod i sakkunnigutlåtande vid bilbränder med fokus på vindpåverkan Title: Calculation method in expert assessment for car fires with focus on the impact of wind Författare/Author: Karin Abrahamsson

Rapport / Report: 5617

ISRN: LUTVDG/TVBB--5617--SE

Antal sidor/Number of pages: 49 (exklusive bilagor / excluding appendices) Sökord/Keywords

Brandutredning, sakkunnig, sakkunnigutlåtande, spridningsutlåtande, spridningsyttrande, riskbedömning, räddningstjänst, bilbrand, vindförhållanden

Abstract

If there is suspicion of a crime in the event of a car fire, a legal assessment of the incident is made by an expert within the field. This assessment is a type of risk analysis where the assessment is based on the absence of any fire departments efforts. The assessment can be used as written evidence at a trial and thus form the basis for a decision in court. It is therefore important that these expert assessments are correct since they can be decisive whether a prosecutor chooses to proceed or not and what the possible verdict will be. When it comes to taking wind conditions into account in expert assessments regarding car fires a problem arises as to how important it is to include wind conditions in the assessment or not, and if so, in what way the wind should be considered. In order to ensure a legally secure basis, it is important that all key parameters are included and therefore this work has studied the parameter wind. The conclusion is that the wind's effect on the risk for fire spreading via radiant heat is of importance at distance about 0-3 m from the car. At present, wind is not considered in all expert assessments for a car fire outside.

Consideration is taken mainly through qualitative reasoning. A need for a calculation method to simplify the use of quantitative reasoning emerged during the interview study with experts in the field. A first draft of a calculation method for radiation levels from a car fire towards an object with or without wind impact has developed within this thesis. This first version of the method should not be used due to limitations within the method and incomplete validation. Further development of the method should be done before any use of the method.

Författaren ansvarar för innehållet i rapporten. Alla illustrationer, där inget annat anges, är gjorda av författaren.

© Copyright: Division of Fire Safety Engineering, Faculty of Engineering, Lund University, Lund 2020

Avdelningen för Brandteknik, Lunds tekniska högskola, Lunds universitet, Lund 2020.

Division of Fire Safety Engineering Faculty of Engineering

Lund University P.O. Box 118 SE-221 00 Lund

Sweden www.brand.lth.se Brandteknik

Lunds tekniska högskola Lunds universitet

Box 118 221 00 Lund www.brand.lth.se

Förord

Följande är ett examensarbete för examen till Brandingenjör och Civilingenjör i Riskhantering vid Lunds Tekniska Högskola. Arbetet utfördes under höstterminen 2020.

Jag vill tacka min handledare Marcus Runefors, Universitetsadjunkt vid avdelningen för Brandteknik för en strålande handledning under arbetet med många värdefulla tankar och idéer.

Jag vill även tacka de räddningstjänster som bidragit med underlag till arbetet och de personer som ställt upp på intervju.

Slutligen vill jag rikta ett stort tack till min familj och mina vänner som stöttat mig genom utbildningen samt till Karl Borg för korrekturläsning samt värdefulla kommentarer.

Karin Abrahamsson Lund 2020

Sammanfattning

Dagens samhälle är mer komplext än någonsin tidigare och därför finns det ett ökat behov av riskhantering för att kunna skydda människor och egendom. Riskhanteringsprocessen används främst för att förebygga olyckor från att inträffa, men kan även användas i efterhand för att undersöka ifall en händelse som inträffat hade kunnat bli ännu allvarligare än vad den blev, och i så fall om åtgärder behöver vidtas för att höja skyddet för egendom samt personer. Vid misstanke om brott efter en brand görs ett expertutlåtande kring spridningsrisken av brand och brandgaser som en del i förundersökningen genom ett så kallat sakkunnigutlåtande. Ett sakkunnigutlåtande är en typ av riskanalys där bedömning av risken för brand- och rökspridning samt risken för uppkomst av farlig miljö för människor att vistas i baseras på att räddningstjänstens insats uteblivit och att branden hade fortlöpt. Utlåtandet kan användas som skriftligt bevis vid en rättegång och därmed ligga som grund till ett avgörande i domstol. Det är därför viktigt att dessa sakkunnigutlåtanden är korrekta då de kan vara avgörande ifall åtal väcks eller inte samt vad eventuell dom blir. När det gäller att ta hänsyn till vindförhållanden i sakkunnigutlåtanden uppstår en problematik om det är viktigt att ha med vindförhållanden i bedömningen eller inte, och om ja, på vilket sätt bör vinden betraktas. Detta med anledning av att vind är en stokastisk osäkerhet som inte kan elimineras eller reduceras utan som alltid kommer ha en naturlig variation. För att säkerställa ett rättssäkert underlag är det av yttersta vikt att samtliga avgörande parametrar ingår och där ingår inte alltid vindens påverkan på brandförloppet i dagsläget.

Syftet med examensarbetet var att undersöka huruvida hänsyn till vindförhållanden vid bilbränder bör tas med i bedömningen av risken för brand- och rökspridningen i sakkunnigutlåtanden och i så fall hur. Arbetet syftade vidare till att undersöka möjligheten att ta fram en beräkningsmetod för att stödja sakkunnig inom brand vid genomförande av sakkunnigutlåtande. I arbetet har följande frågeställningar undersökts och besvarats:

• På vilket sätt behandlas vindpåverkan i sakkunnigutlåtande kring brand- och rökspridning vid bilbränder idag?

• Påverkar olika vindförhållanden vid bilbränder risken för brandspridning till ett objekt? Om ja, på vilket sätt och hur kan hänsyn tas i praktiken?

Genom analys av gjorda sakkunnigutlåtande och intervjuer med personer som någon gång agerat sakkunniga inom brand kunde det konstateras att det i praktiken tas hänsyn till vindpåverkan i viss utsträckning. En indikation på att det främst förs kvalitativa resonemang kring vindens påverkan på branden kunde ses. Från intervjustudien framkom att det finns en positiv inställning till att använda kvantitativa resonemang. För att underlätta genomförandet av kvantitativa beräkningar som en del i ett resonemang vid vindförhållanden togs ett första utkast av en beräkningsmetod fram där infallande strålningen från en bilbrand till ett mål kan beräknas. I metoden gjordes flertal antaganden, bland annat följande:

• 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

Metoden är enbart giltig för fritt brinnande bilar av typ sedan. Vidare är även metoden enbart giltig för de förutsättningar som används i flamlängdskorrelation av Shintani et. al (2004), vilket bland annat innebär att metoden begränsades till en vikt på bilen mellan 1162–1920 kg. Vindhastigheten i metoden är begränsad mellan 1–10 m/s. Vindens riktning är från bilbranden mot objektet.

Ytterligare utveckling av metoden behöver göras innan metoden kan appliceras på andra fall än de som använd flamlängdskorrelation fungerar för.

Vid validering av metod erhölls att metoden stämmer väl överens med uppmätta strålningsnivåer från gjorda försök för vindstilla förhållanden. På grund av bristande data kunde inte validering genomföras för vindförhållanden vilket bidrar till en osäkerhet i metoden. Känslighetsanalys visade på att brandens effekt hade högst påverkan på resultatet, följt av andelen energi som avges via strålning. Lägst påverkan hade bilens vikt och lutningsvinkeln för flamman vid en given vindhastighet.

Slutsatsen är att vindens påverkan på risken för brandspridning via infallande strålning är av betydelse, främst för avstånd på 0–3 m från bilen. Bland de studerade sakkunnigutlåtanden för brand i personbil utomhus togs hänsyn till de rådande vindförhållanden vid brandtillfället i cirka en tredjedel. Hänsyn tas generellt genom kvalitativa resonemang baserade på erfarenhet och kunskap. 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.

Detta första utkast av 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 behöver genomföras innan metoden kan användas i praktiken.

Summary

Today's society is more complex than ever before which results in a need for increased risk management. The risk management process is mainly used to prevent accidents from occurring but can also be used afterwards to investigate whether an incident that occurred could have been even more serious than it was, and if so, whether measures need to be taken to increase protection of people and property. If there is suspicion of a crime in the event of a fire, a legal assessment of the incident is made by an expert within the field. This assessment is a type of risk analysis where the assessment is based on the absence of any fire department efforts. The assessment can be used as written evidence at a trial and thus form the basis for a decision in court. It is therefore important that these expert assessments are correct since they can be decisive whether a prosecutor chooses to proceed or not and what the possible verdict will be. When it comes to taking wind conditions into account in expert assessments, a problem arises as to how important it is to include wind conditions in the assessment or not, and if so, in what way the wind should be considered. This is due to the fact that wind is a stochastic uncertainty that cannot be eliminated or reduced but will always have a natural variation. In order to ensure a legally secure basis, it is important that all key parameters are included, and this does not always include the wind's impact on the fire at present.

The purpose of the thesis was to investigate whether wind conditions in car fires should be considered in the legal assessment of fire and smoke spread in an expert statement and, if so, how.

The work aimed to investigate the possibility to develop a calculation method for the radiation level towards a target from a car fire. In the work, the following questions have been investigated and answered:

• In what way is the wind impact treated in an expert assessment on the spread of fire and smoke in a car fire today?

• Do different wind conditions in car fires affect the risk of fire spread? If so, in what way and how can wind be taken into account in practice?

By analysing expert assessments and interviewing experts in the field, it could be concluded that in practice wind impact is not considered in every assessment today. An indication that qualitative reasoning is normally used to consider the effect of wind on the fire was spotted. There is however a positive attitude towards using quantitative methods in addition to qualitative reasoning. To simplify the use of quantitative reasoning in wind conditions, a first draft of a calculation method was developed where the radiation level from a car fire to a target can be calculated. In the method several assumptions were made, for instance the following:

• Free burning car

• The risk of fire spreading to objects on the side of the car is of interest rather than the risk of fire spreading to objects in front of or behind the car

• The car's side doors and hood are closed

• Calculation takes place at the time when the fire is fully developed

• In windless conditions it is assumed that the flame does not tilt

The method is only valid for free-burning cars of the saloon type. Furthermore, the method is also only valid for the conditions used in the flame length correlation of Shintani et. al (2004), which for instance means that the method is limited to a weight of the car between 1162–1920 kg. The wind speed in the method is limited between 1–10 m/s. The direction of the wind is from the car fire towards the object. Further development of the method needs to be done before the method can be applied to cases other than those for which the used flame length correlation works.

When validating the method, a comparison was made against experiments in which there was no wind impact. The validation showed that the radiation levels where similar to the ones measured

in the experiment. Due to lack of data, validation could not be performed for windy conditions, which contributes to an uncertainty in the method. Sensitivity analysis showed that the effect of the fire had the highest correlation with the result, followed by the proportion of energy emitted via radiation. The lowest correlation was the car's weight and the flame tilt for a given windspeed.

The conclusion is that the wind's impact on the risk of fire spreading via radiation is important, mainly for distances of 0–3 m from the car. Among the study expert opinion for fire in a car outdoors, the current wind conditions at the time of the fire were taken into account in about one third through qualitative reasoning. During the interview study, it emerged that there was a need for a calculation method to facilitate quantitative reasoning.

The developed calculation method is a first draft in developing a fast and simple calculation method for radiation from a car fire in different wind conditions to an object. This first draft of the method should however not be used in practice due to several limitations of the method and because the method is not sufficiently validated. Further development and validation of the calculation method needs to be carried out before the method can be used in practice.

Förkortningar

MSB Myndigheten för samhällsskydd och beredskap LSO Lag (2003:778) om skydd mot olyckor

SKL Statens kriminaltekniska laboratorium, numera NFC (nationellt forensiskt centrum) SMHI Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut

Nomenklatur

𝐿_𝐷 Flamlängd

𝛽 Flammans lutningsvinkel

𝜒_𝑟 Andel energi som avges via strålning 𝑄̇ Brandens effekt

𝐴_𝑖 Area på flamregion

𝐴_𝑡𝑜𝑡 Totala arean för samtliga flamregioner 𝑄̇_𝑟,𝑖 Strålningseffekt på flamregion

𝑅_𝑝,𝑖 Diagonalt avstånd från strålningspunkt på flamregion till mål

Innehållsförteckning

1 INLEDNING ... 1

1.1 SYFTE ... 1

1.2 MÅL ... 1

1.3 FRÅGESTÄLLNINGAR ... 2

1.4 AVGRÄNSNINGAR ... 2

1.5 BEGRÄNSNINGAR ... 2

2 METOD ... 3

3 TEORI... 5

3.1 STATISTIK ÖVER BRAND ELLER BRANDTILLBUD I PERSONBIL ... 5

3.2 OLYCKS- OCH BRANDUTREDNING ... 6

3.3 BRAND I PERSONBIL ... 7

3.3.1 Materialinnehåll i personbil ... 7

3.3.2 Brand- och spridningsförlopp ... 7

3.3.3 Ventilationsförhållanden i kupén ... 8

3.3.4 Effektutveckling ... 9

3.3.5 Temperatur ... 9

3.3.6 Strålningsnivåer... 9

3.3.7 Flamlängd ... 10

3.3.8 Avgiven energi via strålning ... 11

3.4 VINDPÅVERKAN ... 11

3.4.1 Vindens påverkan på brandspridning och brandskador vid en bilbrand ... 11

3.4.2 Flammans geometri vid vindpåverkan ... 12

3.5 MÄTNING AV VINDFÖRHÅLLANDEN ... 13

3.6 BERÄKNINGSMETODER FÖR INFALLANDE STRÅLNING ... 13

3.6.1 Avgiven strålning ... 14

3.6.2 Punkt till punkt... 14

3.6.3 Platta till element dA ... 15

3.6.4 Cylinder till element dA ... 16

4 SAKKUNNIGUTLÅTANDE I PRAKTIKEN ... 19

4.1 HÄNSYN TILL VINDFÖRHÅLLANDEN I SAKKUNNIGUTLÅTANDE ... 19

4.2 INTERVJUER MED SAKKUNNIG INOM BRAND ... 21

5 FRAMTAGEN BERÄKNINGSMETOD FÖR HÄNSYN TILL VINDPÅVERKAN ... 23

5.1 STEG 1–DEFINITION AV KOORDINATSYSTEM ... 24

5.2 STEG 2–INDELNING AV FLAMREGIONER ... 24

5.3 STEG 3–INDATA ... 25

5.4 STEG 4–BERÄKNING AV KOORDINATER FÖR STRÅLNINGSKÄLLA ... 26

5.5 STEG 5-AVSTÅND TILL MÅLET ... 30

5.6 STEG 6-INFALLANDE STRÅLNING ... 30

6 VALIDERING OCH KÄNSLIGHETSANALYS... 31

6.1 VALIDERING ... 31

6.2 KÄNSLIGHETSANALYS ... 33

7 FALLSTUDIE ... 35

7.1 STEG 1–DEFINITION AV KOORDINATSYSTEM ... 35

7.2 STEG 2–INDELNING AV BIL ... 35

7.3 STEG 3–INDATA ... 35

7.4 STEG 4-PLACERING AV STRÅLNINGSPUNKT ... 36

7.5 STEG 5-AVSTÅND TILL MÅLET ... 37

7.6 STEG 6-INFALLANDE STRÅLNING ... 37

8 DISKUSSION ... 39

8.1 SAKKUNNIGUTLÅTANDE I PRAKTIKEN ... 39

8.2 BERÄKNINGSMETOD... 39

9 SLUTSATSER ... 45 10 FÖRSLAG TILL FRAMTIDA STUDIER ... 47 11 REFERENSER ... 49 BILAGA A – INTERVJUER MED SAKKUNNIGA INOM BRAND ... I 11.1 SVAR PÅ INTERVJUER ... I 11.1.1 Person A ... I 11.1.2 Person B ... II 11.1.3 Person C ... II 11.1.4 Person D ... III 11.1.5 Person E... III BILAGA B – KONTAKTADE RÄDDNINGSTJÄNSTER ... V

1 Inledning

Dagens samhälle är mer komplext än någonsin tidigare och därför finns det ett ökat behov av riskhantering för att kunna skydda människor och egendom. Riskhantering handlar normalt om att initialt förutse tänkbara oönskade scenarier genom att utföra en riskanalys. Efter avslutad riskanalys tas förslag på åtgärder fram för att kunna minska sannolikheten och/eller konsekvensen av analyserade scenarier och därmed höja skyddet för egendom och människor.

Riskhanteringsprocessen består av fem steg; fastställande av mål, riskidentifiering, riskvärdering, riskhantering och uppföljning samt granskning (Räddningsverket, 2003). Första steget i processen är att definiera mål och avgränsningar. Därefter identifieras och analyseras möjliga risker. Efter analysen tas ett tillvägagångssätt fram för att reducera alternativt eliminera de risker som i analysen bedömdes vara oacceptabla. Sista steget i processen är uppföljning och granskning av genomförd process. Processen används främst för att förebygga olyckor från att inträffa, men kan även användas i efterhand för att undersöka ifall en händelse som inträffat hade kunnat bli ännu allvarligare än vad den blev, och i så fall om åtgärder behöver vidtas för att höja skyddet för egendom samt personer (Räddningsverket, 2003).

Efter en brand vid misstanke om brott görs ett expertutlåtande kring spridningsrisken av brand och brandgaser som en del i förundersökningen genom ett så kallat sakkunnigutlåtande (Erlandsson & Bengtsson, 2005). Ett sakkunnigutlåtande är en typ av riskanalys där bedömningen baseras på att räddningstjänstens insats uteblivit och att branden hade fortlöpt (SKL, 2012).

Bedömning av risken för brand- och rökgasspridning samt farlig miljö för människor att vistas i görs. Dessa sakkunnigutlåtanden utförs av en sakkunnig inom ämnet, vilket normalt är personal anställda inom den kommunala räddningstjänsten, för att bistå med fackkunskap till personer i rättsprocessen (SKL, 2012). Utlåtandet kan användas som skriftligt bevis vid en rättegång och därmed ligga som grund till ett avgörande i domstol. Det är därför viktigt att dessa sakkunnigutlåtanden är korrekta då de kan vara avgörande ifall åtal väcks eller inte samt vad eventuell dom blir (SKL, 2012). För att säkerställa ett rättssäkert underlag är det därför av yttersta vikt att samtliga avgörande parametrar ingår.

Detta examensarbete kommer därför fokusera på om, och i så fall, hur vindförhållanden behandlas i sakkunnigutlåtanden samt ifall vinden är en viktig faktor som bör betraktas i bedömningen av en brands allvarlighet. Varje år sker flera bilbränder och av insatsstatistik för bränder med brandobjekt personbil som inte skett i byggnad mellan år 2010–2019 var avsiktlig brand den näst vanligaste brandorsaken under perioden (MSB, 2020b). Fokus kommer därför att ligga på sakkunnigutlåtanden som behandlar brand i personbil utomhus. De sakkunnigutlåtanden som använts i arbetet har av sekretesskäl anonymiserats på grund av känsligt innehåll. Vidare har även intervjuade sakkunniga inom brand valts att hållas anonyma.

1.1 Syfte

Syftet med examensarbetet är att undersöka huruvida hänsyn till vindförhållanden vid bilbränder bör tas med i bedömningen av brand- och rökspridningen i ett sakkunnigutlåtande och i så fall hur.

Arbetet syftar vidare till att undersöka möjligheten att ta fram en beräkningsmetod för att stödja sakkunnig inom brand vid genomförande av sakkunnigutlåtande. Genom en bättre förståelse av händelseförloppet kan åtgärder vidtas vilket bidrar till att riskerna kan reduceras eller elimineras, och en säkrare vardag uppnås.

1.2 Mål

Målet med examensarbetet är att undersöka på vilket sätt som vindförhållanden behandlas i

vid bilbränder påverkar risken för brandspridning. Vidare är även målet att undersöka hur hänsyn till vind kan tas i praktiken vid bedömning av brandspridning vid bilbränder.

1.3 Frågeställningar

I arbetet kommer nedanstående frågeställningar att behandlas och besvaras.

• På vilket sätt behandlas vindpåverkan i sakkunnigutlåtande kring brand- och rökspridning vid bilbränder idag?

Påverkar olika vindförhållanden vid bilbränder risken för brandspridning till ett objekt? Om ja, på vilket sätt och hur kan hänsyn tas i praktiken?

1.4 Avgränsningar

Denna rapport avgränsas till att enbart undersöka bilbränder med personbilar utomhus. Studerad biltyp har avgränsats till sedan med drivmedel av bensin eller diesel. Vidare har arbetet avgränsats till att enbart undersöka bedömning av risken för brand- och rökspridning i analysen av det skriftliga i sakkunnigutlåtande, inte eventuell muntlig information i domstol. Beräkningsmetod avgränsades till att enbart undersöka risken för vidare brandspridning från bilen via infallande strålning. Hänsyn till eventuell påverkan av acceleratorer som exempelvis brännbar vätska har inte tagits i arbetet.

1.5 Begränsningar

Tillgången av sakkunnigutlåtanden från olika räddningstjänster var begränsad på grund av uteblivna svar alternativt att utlåtande inte kunde ges ut på grund av sekretess. Vidare var data kring flamlängden och flammans beteende vid vind över lägre än 1 m/s och över 10 m/s bristande.

2 Metod

Innan arbetet påbörjades upprättades ett måldokument där problematiken förklarades, frågeställningar formulerades och en tidsplan för arbetet sattes upp. Därefter arbetades en metod fram för att besvara frågeställningarna.

Inledningsvis genomfördes en litteraturgenomgång för att studera relevant litteratur kopplad till ämnet. Syftet med genomgången var att skapa en övergripande uppfattning kring vad som var gjort inom området och därför bör litteraturgenomgången inte betraktas som en fullständig litteraturstudie. I litteraturgenomgången genomförd under september månad år 2020 användes databasen LubSearch för att söka på publikationer gjorda inom området. Sökorden ”car fire”, ”car radiation”, ”arson fire”, ”fire passenger car”, ”burning behavior car”, ”wind speed”, ”fire automobiles”, ”flame spread”, ”flame spread pool fire”, ”wind-aided-flames” och “flame tilt pool fire” användes vid sökningen. Vidare användes även källor funna i läst litteratur.

För att skapa en uppfattning ifall vind behandlas i sakkunnigutlåtande vid brand i personbil utomhus eller inte analyserades insamlade sakkunnigutlåtande. Om vindförhållanden betraktades undersöktes även på vilket sätt det gjordes. Totalt kontaktades 115 räddningstjänster runt om i Sverige via e-mail för att samla in underlag till denna analys och av dess erhölls 63 svar. Syftet med analysen var att skapa en bild kring hur det i praktiken arbetas med vindpåverkan. Som ett komplement till sakkunnigutlåtandena intervjuades fem sakkunniga inom brand för att få en bättre förståelse av problematiken i praktiken. I samråd med handledare togs intervjufrågor fram, se Bilaga A – Intervju. Intervjuerna genomfördes enligt trattmodellen (Kylén, 2004), vilket innebar att intervjun inleddes med öppna och breda frågor som sedan smalnades av till mer detaljerade frågor och till slut kontrollfrågor. Efter intervjun skickades en sammanfattning till den intervjuade för att granska och kommentera för att säkerställa att informationen var korrekt. Ett bekvämlighetsurval (så kallat ”convenience sample”) av intervjuade personerna gjordes där personerna avsiktligt valdes ut. En person valdes från tidigare kontakt och de andra fyra från mejlkontakt vid förfrågan av gjorda sakkunnigutlåtande då de visat stort engagemang för problematiken. Nackdelen med denna urvalsmetod är att urvalet kanske inte blir representativt för hur det ser ut i praktiken, dock är fördelen att ett urval snabbt och enkelt kan göras.

En beräkningsmetod utformades med syfte att kunna undersöka den maximala infallande strålningen till ett mål för en brand i personbil vid olika vindförhållanden. Metoden togs fram med hjälp av underlag från litteraturgenomgången, intervjuer med sakkunniga inom brand och ingenjörsmässiga bedömningar. En fallstudie genomfördes därefter med hjälp av framtagen beräkningsmetod för att illustrera tillämpningen av beräkningsmetoden. En validering av beräkningsmetoden noggrannhet gjordes genom en jämförelse med gjorda försök från litteraturen.

Vidare genomfördes en simulering i @Risk för att visa på variablers påverkan på resultatet (Bon- Gang, 2018). Programvaran @Risk är ett tilläggsprogram till Microsoft Excel. I programmet kan risker analyseras med hjälp av Monte Carlo-simulering, där risker och deras sannolikheter belys (Palisade, 2020).

Avslutningsvis fördes en diskussion kring resultaten i arbetet och undersökningsförslag till framtida studier inom ämnet föreslogs. Sammanfattning av arbetsgången i arbetet ses i Figur 1.

Figur 1. Arbetsgången i arbetet.

Frågeställning Litteratur- genomgång

Intervjustudie

&

Analys av sakkunnigut-

låtande

Beräknings- metod

Validering

&

Känslighets- analys

Fallstudie

Diskussion

&

Slutsatser

3 Teori

I kapitlet presenteras resultatet av den genomförda litteraturgenomgången. Kapitlet inleds med statistik över brand och brandtillbud i personbil samt olycks- och brandutredning. Därefter förklaras teori kopplat till brand i personbil samt hur och på vilket sätt vind påverkar flamman vid en brand. Avslutningsvis beskrivs hur vindförhållande mäts och vart historik över vindförhållanden i Sverige kan ses.

3.1 Statistik över brand eller brandtillbud i personbil

Myndigheten för samhällsskydd och beredskap samlar bland annat in statistik från räddningstjänsterna avseende deras insatser. Statistiken kan sorteras efter bland annat brandorsak, startutrymme och olika uppgifter om platsen.

Under år 2019 skedde 3437 räddningsinsatser för bränder i personbil (MSB, 2020a), där minst 1000 av bränderna var avsiktliga (MSB, 2020b). Övergripande sett över alla insatser som varit med brandobjekt personbil som inte skett i byggnad mellan år 2010–2019 har brandorsaken främst varit okänd vilket kan ses i Figur 2 (MSB, 2020b). Näst största brandorsaken under perioden var avsiktlig brand följt av fel i utrustningen.

Figur 2. Fördelning mellan brandorsaker för brandobjekt personbil mellan år 2010–2019. Insprirerad av MSB (2020b).

I Figur 3 ses statistik från MSB över totala antalet räddningsinsatser till brand eller brandtillbud i personbil utomhus per år samt antal avsiktliga bränder per år (MSB, 2020a). Varje år har avsiktlig brand fastställts som brandorsaken i 10–30 % av insatserna.

Figur 3. Antal räddningsinsatser för personbil utomhus under år 1998–2019 samt antalet insatser med brandorsak avsiktlig brand. Insprirerad av MSB (2020a).

Statistik mellan åren 2010–2019 visar på att större delen av de avsiktliga bränderna sker mellan kl.

23-04 på dygnet (MSB, 2020b), se Figur 4. Statistiken baseras på insatser för brand och brandtillbud med brandobjekt personbil i annat än byggnad.

Figur 4. Andel insatser för avsiktliga bränder i personbilar över dygnet. Insprirerad av MSB (2020b).

3.2 Olycks- och brandutredning

Olycks- och brandutredning görs med anledning av lag (2003:778) om skydd mot olyckor 3 kap.

10 § där det bland annat står att kommunen har ansvar att ta tillvara på erfarenheter från räddningstjänsternas insatser. Målet är att kunna åtgärda återkommande olycksorsaker eller brandrisker. Vid misstanke om brott kopplat till en olycka eller brand startar polisen en parallell utredning och en förundersökning inleds (Erlandsson & Bengtsson, 2005). I förundersökningen kan polisen välja att åtalsrubricera händelsen enligt brottsbalken. De tre vanligaste åtalsrubrikerna vid en brand beskriver Erlandsson och Bengtsson är mordbrand (13 kap. 1 § brottsbalken), allmänfarlig vårdslöshet (13 kap. 6 § brottsbalken) och skadegörelse (12 kap. 1 § brottsbalken). I förundersökningen kan polisen, åklagare och försvar behöva ta in en partssakkunnig med särskild fackkunskap inom ett område för att kunna utreda händelsen (SKL, 2012). Domstolen kan även redan under förundersökningen förordna en sakkunnig att bistå rätten med sakkunskap inom ett visst område. Personen kallas för domstolssakkunnig.

Rättegångsbalkens 40:e kapitlet redogör att en sakkunnig är en person med fackkunskaper inom ett visst område. Rättsbalken beskriver även de krav som ställs på den sakkunnige och vilka skyldigheter som hen har. Ett krav är att den sakkunnige måste ha dokumenterad kunskap om det hen ska uttala sig (SKL, 2012). Den sakkunnige behöver inte vara anställd inom det offentliga, dock tillfrågas vanligen den kommunala räddningstjänsten att göra ett utlåtande (SKL, 2012).

Den sakkunniges uppgift i brandmål är att göra en brandteknisk bedömning av riskerna kring brand- och rökspridning samt risken för farlig miljö för människor att vistas i, vilket sammanfattas i ett skriftligt sakkunnigutlåtande (SKL, 2012). Bedömningen baseras på vad som skulle kunna hända om en släckinsats mot branden hade uteblivit. Ett sakkunnigutlåtande rekommenderas innehålla en bakgrundsbeskrivning till varför utlåtandet görs, beskrivning av brandobjekt, brandplats, omgivningen, händelsen, räddningstjänstens insats, faktiska brand- och rökskador samt personskador (SKL, 2012). Vidare en bedömning av risken för brand- och rökspridning samt risken för uppkomst av farlig miljö för personer att vistas i. Slutligen en samlad bedömning, underlag för utlåtande och handläggning. Utlåtandet blir en juridisk handling som kan komma att användas som skriftligt bevis vid en rättegång och därmed ligga som grund till ett avgörande i domstol. Om den slutliga bedömningen mynnar ut i slutsatser som är avgörande eller av stor betydelse för utredningen kan den sakkunnige kallas till domstolen för att höras som vittne.

3.3 Brand i personbil

I detta avsnitt presenteras den litteraturgenomgång av befintlig litteratur gjorts där materialinnehåll i en personbil, brand- och spridningsförlopp, effektutvecklingskurva, temperatur, strålningsnivåer, flamlängd och andel energi som avges via strålning studerats.

3.3.1 Materialinnehåll i personbil

De mest betydande brännbara delarna på en bil är motorhuven, sätena i kupén, höljet på mittkonsolen och däcken (Li, o.a., 2017). Utöver dessa delar är även drivmedlet brännbart. I Tabell 1 ses materielinnehållet för delarna. Drivmedel för en bil är exempelvis bensin eller diesel.

Tabell 1. Vanliga materialinnehåll i en personbil och dess antändningstemperatur (Li, o.a., 2017).

Brännbara delar Huvudmaterialet

Motorhuv Polypropen

Bilsäte Polyuretanskum

Hölje på mittkonsolen Polyvinylklorid (PVC)

Bildäck Gummi

En modern bil består av mer plast än en äldre bil. Mängden plast i en bil från år 2010 är 18 gånger mer än för en bil från år 1960 (Emilsson, Dahllöf, & Ljunggren Söderman, 2019). I framtiden förutspås att en typisk bil kommer innehålla ännu mer plast (Modi & Vadhavkar, 2019). År 2020 innehåller en typisk bil 6 % plast medan år 2040 förutspås en typisk bil innehålla 15 % plast.

3.3.2 Brand- och spridningsförlopp

I ett försök utfört av Park, Ryu och Ryou (2019) på bilmodellen Hyundai EF sonata av årsmodell 1998 undersöktes brand- och spridningsförloppet. Bränslet i bilen var urtappat för att undvika explosion under försöket. I försöket var samtliga bildörrar stängda men vindrutorna i förar- och passagerardörren var helt öppna (Park, Ryu, & Ryou, 2019). Antändning skedde i passagerarsätet.

Brandförloppet som observerades var:

• 0 s: antändning

• Ca 300 s: brandspridning till fram- och baksätena

• Ca 700 s: brandspridning till bränsletanken

• Ca 1000 s: brandspridning till motorutrymmet

• Ca 1500 s: brandspridning till stötfångarna

• 3600 s: försöket avslutades

Liknande experiment på fyra bilar av typen sedan och samma modell genomfördes av Okamoto et. al (2009) i syfte att simulera en anlagd brand i bil. Antändning skedde vid högra bakdäcket med hjälp av alkoholgel i tre av försöken. I det fjärde försöket skedde antändning i förarsätet med hjälp av 2 L utspilld bensin (Okamoto et. al, 2009). Totalt genomfördes fyra försök där ventilationsförhållanden i kupén och mängden drivmedel i tanken varierades. Se Tabell 2 för varje försöks förutsättningar.

Tabell 2. Förutsättningar för försöken (Okamoto et. al, 2009).

Försök Fönster i kupén Mängd drivmedel i

tanken [L] Antändning

A Öppna (totalt 1 m²) 10 Höger bakdäck

B Stängda 10 Höger bakdäck

C Stängda 20 Höger bakdäck

D Vänster framruta öppen (0,28 m²)

resterande fönster stängda 10 Vänsterframsäte

Personbilarna som användes i försöken hade fyra dörrar, var framhjulsdrivna och tillverkade i början på 1990-talet (Okamoto et. al, 2009). I samtliga bilar fanns ett reservhjul. Bilarnas drivmedelstank var placerad bak på högra sidan. Spridningsförlopp för olika delar på bilen som observerades i försöken ses i Tabell 3.

Tabell 3. Spridningsförlopp inom bilen för försök A-D (Okamoto et. al, 2009).

Experiment A Experiment B Experiment C Experiment D Motorutrymmet ca 45-70 min ca 47-78 min ca 55-83 min ca 20-45 min Passagerarutrymmet ca 25-50 min ca 23-50 min ca 30-70 min ca 0-63 min Bränsletanken ca 17-38 min ca 17-38 min ca 13-35 min ca 18-29 min Högra framhjulet ca 48-65 min ca 50-68 min ca 65-78 min ca 25-43 min Vänstra framhjulet ca 45-60 min ca 48-60 min ca 63-77 min ca 18-38 min Högra bakhjulet ca 20-38 min ca 20-40 min ca 13-30 min ca 48-68 min Vänstra bakhjulet ca 30-45 min ca 27-43 min ca 18-35 min ca 50-72 min Jiang et. al (2018) och Li et. al (2017) genomförde ett fullskaligt försök med två personbilar av typen sedan. Bilarna var av märket Volkswagen och tillverkade år 2008. Vid försökstillfället hade bilarna inte använts på väldigt länge men bedömdes var nästintill helt intakta. Bilarna var parkerade i motsatt riktning bredvid varandra med ett avstånd på 0,8 m. Antändning skedde i motorutrymmet på ena bilen med hjälp av en svamp med bensin och en kortslutning i motorn. Fönstret vid passagerarsätet på bägge bilarna var 10 cm öppna under försöket. I övrigt var dörrar och fönster på bilarna stängda. Brandförloppet som observerades var:

• 0 min: antändning i motorutrymmet

• Ca 3 min: brandspridning till motorhuven

• Ca 16 min: brandspridning till vänstra framhjulet

• Ca 18 min: brandspridning till förarutrymmet

• Ca 22 min: brandspridning till passagerarutrymmet

• Ca 26 min: brandspridning till vänstra bakhjulet

• Ca 30 min: brandspridning till bakluckan

• 35 min: försöket avslutades

Efter 20,5 min spred sig branden till den andra bilen. Därefter spred sig branden succesivt tills hela bil C brann.

I ett liknande försök där två bilar var parkerade i samma riktning med ett avstånd på 0,5 m från varandra skedde brandspridning till den andra bilen genom strålning efter 500 s (Park, Ryu, &

Ryou, 2019). Antändning av den första bilen skedde i passagerarsätet.

Av dessa fyra försöksserier kan det konstateras att brand- och spridningsförlopp påverkas av många parametrar, exempelvis antändningsställe och om hur öppna fönster är eller stängda. Varje bilbrand är unik och därför kommer brand- och spridningsförloppet skilja sig mellan olika bilbränder.

3.3.3 Ventilationsförhållanden i kupén

En parameter om styr tillväxten av en brand är tillgången på syre. Vid begränsad syretillgång blir branden ventilationskontrollerad. Om däremot syretillgången är god, blir bränslet den faktor som begränsar brandens tillväxt. I ett brandförlopp där bilens fönster och/eller dörrar är helt eller delvis öppna från antändning har branden god syretillgång inne i kupén. Resultatet blir en bränslekontrollerad brand. I ett försök av Jiang et. al (2018) var dörrfönster och förardörren öppen vilket resulterade i att branden växte snabbt och efter 15 min brann samtliga delar utom de bakre delarna på bilen. Antändning skedde i motorutrymmet.

När dörrar och fönster är helt eller nästintill helt stängda vid antändning sker flam- och rökspridning in till kupén via bilens ventilationssystem vilket resulterat i en ventilationskontrollerad brand inne i kupén. I ett brandspridningsförlopp från ett annat försök där antändning skedde i motorutrymmet och fönstret i passagerardörren var 10 cm öppet medan resterande dörrar samt fönster var stängda, spred sig branden först in i kupén efter cirka 18 min (Li, o.a., 2017). Efter 20 min inträffade övertändning i kupén.

3.3.4 Effektutveckling

Effektutveckling för en personbil undersöktes av Park, Ryu och Ryou (2019) genom ett försök.

Resultatet av försöket visade att tillväxtfasen för en personbil, det vill säga tidpunkten från antändning fram tills dess att övertändning sker, överensstämde väl med en tillväxthastighet på

”medium” till ”fast” i en alfa-t² kurva. Maximal effekt för en personbil låg på strax över 3,5 MW och den frigjorda energin låg runt 5000 MJ. Zhang et. al (2019) kom till en liknande slutsats kring effektutvecklingen vid en bilbrand. Tillväxthastigheten låg på 0,019 kW/s² vilket är strax över

”medium” i en alfa-t² kurva. Maximala effekten var strax över 4 MW och den frigjorda energin runt 5000 MJ. Den uppmätt effektkurva stämmer bra överens med liknande studier.

Beroende på exempelvis biltyp, årsmodell, innehåll av material, antändningsmetod och ventilationsförhållanden under branden skiljer sig effektutvecklingskurvorna för olika bilbränder åt (Okamoto, o.a., 2009). Försök A-D beskrivna i Tabell 2 resulterade i maximala effekter på A: ca 3,5 MW, B: ca 3,5 MW, C: ca 2 MW och D: ca 3 MW.

3.3.5 Temperatur

I ett försök genomfört av Okamoto et. al (2009) uppmättes maximal temperatur till cirka 1000 °C när både drivmedlet och kupén brann i en sedanbil. Typisk temperatur under ett brandförlopp för en sedanbil ligger mellan 800–1000 °C (Jiang, Zhu, Zhu, & Li, 2018).

3.3.6 Strålningsnivåer

I ett försök gjort av Li et. al (2017) med två personbilar parkerade bredvid varandra med ett avstånd på 0,8 m uppmättes strålning på 5 m avstånd under brandförloppet. Strålningsmätaren var placerad 0,75 m från marken. Vilken typ eller modell av strålningsmätaren som användes i försöket framgår inte. Bilens vikt i försöket var 1360 kg. Den maximala uppmätta strålningsnivån i försöket var 2,5 kW/m² och uppnåddes vid 1800 s då branden var fullt utvecklad.

I försök av Mangs och Keski-Rahkonen (1994) genomförda på personbilar av typen sedan tillverkade sent 1970-tal uppmättes strålningsnivåer på uppemot 40 kW/m². Strålningsmätarna R1 och R2 var placerade vid mitten på främre dörrfönster på varsin sida om bilen med ett avstånd på 0,58 m respektive 1 m från bilen (Mangs & Keski-Rahkonen, 1994). Vilken typ eller modell av strålningsmätaren som användes i försöket framgår inte. I försöken användes bilar med vikten 990, 918 och 1102 kg vägda utan bränsle i tanken. I tanken av stål hade bilarna 30 L bensin under försöken. I första försöket skedde antändning med hjälp av 1,5 L heptan i ett kärl placerat under det vänstra framsätet. I andra och tredje försöket skedde antändning genom att kärl med 3 L heptan placerat under bilen vid motorn. Dörrar och fönster till kupén varierades mellan att vara öppna och stängda i de olika försöken. Under försöken uppmättes en maximal effekt för branden på runt 2 MW. I Tabell 4 ses den maximala uppmätta strålningen för strålningsmätarna R1 och R2 för de tre försöken.

Tabell 4. Maximal uppmätt strålningsnivå för de tre försöken (Mangs & Keski-Rahkonen, 1994).

Strålningsmätare R1 Strålningsmätare R2

Försök 1 Ca 35 kW/m² Ca 20 kW/m²

Försök 2 Ca 40 kW/m² Ca 25 kW/m²

Försök 3 Ca 45 kW/m² Ca 25 kW/m²

3.3.7 Flamlängd

Under en brand fluktuerar flamman vilket innebär att flammans längd ständigt ändras (Karlsson &

Quintiere, 2000). En indelning av flamman i två delar kan göras; den kontinuerliga respektive intermittenta delen.

I fem försök med personbil av typen sedan där antändning skedde på förarsätet observerades den kontinuerliga och intermittenta flamlängden för olika delar av bilen (Shintani, Kakae, Harada, Masuda, & Takahashi, 2004). Ett av försöken gjordes utomhus och resterande försök gjordes inomhus, där tre av försöken gjordes under ett tak monterat på 2,47 m ovan marknivå. Under försöken var dörrfönsterna fram i bilen 10 cm öppna. Från försöken bestämdes en korrelation mellan flamlängden för olika delar av bilen och bilens vikt (Shintani, Kakae, Harada, Masuda, &

Takahashi, 2004). I Figur 5 ses de studerade delarna på bilen.

Figur 5. Delar på bilen där den kontinuerliga och intermittenta flamlängden studerades. Inspirerad av Hansson (2008).

Korrelationen för olika delar samt för kontinuerliga och intermittenta flamman ses i Tabell 5. Ett tydligt samband för vissa delar på bilen kunde inte urskiljas vilket är varför en del värden i tabellen inte beror på bilens vikt utan är konstanta. Sambandet för de övriga delarna är ganska svagt eftersom sambandet enbart bygger på fem försök vilket inte är statistiskt säkert. Förkortningarna i Tabell 5 står för följande:

• h: flamlängd [mm]

• W: bilens vikt [kg]

• fg: framruta

• rg: bakruta

• fsg: dörrfönster bildörr fram

• rsg: dörrfönster bildörr bak

• er: motorutrymme

• tr: baklucka

• ft: framhjul

• rt: bakhjul

• fob: objekt fram

• rob: objekt bak

Tabell 5. Samband mellan flamlängd för olika delar av bilen och bilens vikt (Shintani, Kakae, Harada, Masuda, & Takahashi, 2004).

Kontinuerlig flamlängd [mm] Intermittent flamlängd [mm]

hfg 0.5519W 1580

hfg+fsg 0.5546W 1700

hfsg 440 600

hfsg+fg 0.5278W 1.05W

hrsg 0.3602W 0.630W

her 0.3499W 0.526W

her+fob 0.7628W 1.16W

htr+rob 0.5765W 0.836W

hft 620 870

hft+er 1170 2060

hrt 590 940

hrt+rg 1580 2620

3.3.8 Avgiven energi via strålning

Den andel energi från branden som avges via strålning betecknas vanligtvis som 𝜒_𝑟. I en studie gjord av Hu et. al (2020) på en minibuss beräknades andelen energi som avgavs under försöket via strålning till 0,469 för motorutrymmet och 0,589 för kupén. Dessa värden stämmer väl överens för värden på polymera material (Hu, o.a., 2020).

3.4 Vindpåverkan

Nedan beskrivs vindens påverkan på brandspridningen och de brandskador som bildas vid bilbränder. Vidare beskrivs hur vinden påverkar flammans geometri.

3.4.1 Vindens påverkan på brandspridning och brandskador vid en bilbrand

I ett experiment där fyra nästintill identiska bilar antändes och olika vindförhållanden anordnades undersökte Leffert (2017) vindens påverkan på brandförloppet. Experimentet skedde ute i de fria utan några närliggande föremål. Inredningen var nästintill identisk på samtliga bilar (Leffert, 2017).

Av säkerhetsskäl plockades bland annat spärrar på fordonshuven och bakluckan bort. Bilarna hade mellan ¼-½ tank med bensin. Hälften av bilarna utsattes för låg vindstyrka och andra hälften för hög vindstyrka (Leffert, 2017). Den låga vindstyrkan varierande mellan 0–11 m/s med en medelhastighet på 5–6 m/s och var artificiell. Den höga vindstyrkan varierade mellan 8–29 m/s med en medelhastighet på 19 m/s och var artificiell.

Av experimenten kunde slutsatsen dras att vindhastighet och vindriktning har en signifikant påverkan på brandförloppet. Beroende på rådande vindförhållanden vid en bilbrand kan olika mönster uttydas och en skillnad i konsumerat material ses vilket är användbart i en brandutredning.

Ett sätt att ta reda på rådande vindhastigheter vid brandtillfälle är genom att använda lokala

att vindförhållandena skiljer sig från lokala vinddata och därmed göra informationen otillförlitlig. I Tabell 6 ses sammanställningen av brandskadan på bilarna uppdelat på exteriör, interiör och under motorhuven rankade från 1–4, där 1 är minst skada och 4 mest skada (Leffert, 2017).

Tabell 6. Skaderanking för bil A-D, där 1 = minst och 4 = mest (Leffert, 2017).

Bil Vindhastighet Vindriktning Exteriör Interiör Under motorhuven

A Låg Bakifrån 2 2 3

B Låg Framifrån 3 3 2

C Hög Bakifrån 1 1 4

D Hög Framifrån 4 4 1

3.4.2 Flammans geometri vid vindpåverkan

Vid vindpåverkan Uw [m/s] ändras en flammas geometri (Beyler, 2016). En lutningsvinkel 𝛽 [rad]

mellan normalen och flammans centrumlinje bildas samt att flamlängden LD [m] ökar, se Figur 6.

Ett riktmärke för lutningsvinkeln är att vid en vindhastighet på 2 m/s är lutningsvinkeln 45 grader (Drysdale, 2011).

Figur 6. Vindens påverkan på flammans geometri. Inspirerad av Beyler (2016).

Hu et. al (2016) genomförde försök för pölbränder med heptan i vind med syfte att undersöka hur flamman beter sig vid påverkan av vind. Försöken genomfördes för kvadratiska pölbränder med sidorna 25 cm, 35 cm, 45 cm, 60 cm och 70 cm. Lutningsvinkeln för flamman och hur massavbrinning förändrades vid olika vindhastigheter studerades. Lam och Weckman (2015) gjorde liknande försök men för kraftigare vind. I experimentet undersöktes vindhastigheter på 3 m/s, 5 m/s, 7 m/s och 10 m/s för en pölbrand. Behållaren hade en diameter på 1,97 m (Lam & Weckman, 2015). En signifikant skillnad i flamlängd märktes först mellan vindstyrkorna 7 m/s och 10 m/s (Lam & Weckman, 2015). Vid lägre hastigheter var flamlängden i princip densamma. I ett annat experiment av Lin et. al (2019) undersöktes hur en propanbrännare påverkades vid olika vindhastigheter. Försök genomfördes för pölbränder med diametrarna 8 cm, 10 cm, 15 cm och 20 cm diametrar (Lin, Delichatsios, Zhanf, & Hu, 2019). Effekten varierades mellan 9,24 kW, 13.86 kW, 18,48 kW, 23,10 kW och 27,72 kW och vindhastigheten varierades mellan 0,5 m/s till 6,0 m/s.

I Figur 7 ses en översiktlig sammanställning av flammans lutningsvinkel 𝛽 vid olika vindhastigheter från de tre olika experimenten, där ett medelvärde av flammans lutningsvinkel vid olika vindhastigheter från experimenten ritats upp.

Figur 7. Flammans lutningsvinkel vid olika vindhastigheter från tre olika experimenten.

3.5 Mätning av vindförhållanden

Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut, SMHI för statistisk över väderförhållandena i Sverige. I dagsläget finns 191 aktiva mätstationer i Sverige som mäter vindhastighet och vindriktning (SMHI, 2020a). Mätning sker var tredje timme, där ett medelvärde under tio minuters mätning tas för hastighet och riktning. Vindriktning mäts från 0 till 360 grader, där 360 grader representerar norr, 90 grader öster, 180 grader söder och 270 grader väster (SMHI, 2020a). När vindriktningen är 0 grader är det antingen växlande vind eller vindstilla (SMHI, 2020b).

Vindriktningen anger ifrån vilket håll vinden kommer ifrån, dvs en nordlig vind kommer ifrån norr och blåser mot söder. Uppmätta värden från exempelvis SMHIs mätstationer kan användas efter en brand för att ta reda på hur vindförhållanden under brandtillfället var.

Vindstyrka kan graderas enligt Beufort-skalan från 1–12, där 1 motsvarar en lugn vindhastighet och 12 orkan (SMHI, 2019). I Tabell 7 presenteras benämning på ett antal olika vindstyrkor tillsammans med dess vindhastighet, gradering på Beaufort-skalan och exempel på effekt (SMHI, 2019).

Tabell 7. Vindstyrka på Beaufort-skala och dess effekt (SMHI, 2019).

Benämning Vindhastighet

[m/s] Beaufort Exempel på effekt Lugnt/

Svag vind

0,0–3,3 0–2 En vindflöjel kan visa vinden riktning Måttlig vind 3,4–7,9 3–4 Blad, kvistar och tunnare grenar i rörelse Frisk vind 8,0–13,8 5–6 Mindre lövträd svajar och större trädgrenar

rör sig

Hård vind 13,9–24,4 7–9 Hela träd svajar, kvistar bryts av och takpannor blåser ner

3.6 Beräkningsmetoder för infallande strålning

Nedan beskrivs hur infallande strålning och flamlängd kan beräknas. Vidare beskrivs även några geometriska approximationer som kan användas vid beräkning av infallande strålning till ett mål.

Metoderna som beskrivs är punkt till punkt, platta till element och cylinder till element. En punkt har inte en riktning medan ett element antas ha det. Utöver dessa finns flera andra geometriska approximationer som inte beskrivs närmare men som finns tillgängliga i litteraturen (Martínez, 2020), till exempel cylinder till punkt.

3.6.1 Avgiven strålning

Det är flera variabler som påverkar hur mycket strålning som ett objekt avger och mottager.

Avgiven strålning från ett objekt kan beskrivas med hjälp av Stefan-Boltzmanns lag, se Ekvation 1 där avgiven strålning 𝑞̇^′′ mäts i W/m². Emissivitet 𝜀 beskriver hur effektivt ett material strålar.

Variabeln är dimensionslös och varierar mellan 0,0 till 1,0 i teorin. En så kallad svart kropp anses vara den perfekta strålningskällan med en emissivitet på 1,0. Objektets temperatur 𝑇 anges i Kelvin och Stefan-Boltzmanns konstant 𝜎 är lika med 5,67·10^-8 W/m² K⁴.

𝑞̇^′′ = 𝜀𝜎𝑇⁴ Ekvation 1

För att beräkna hur mycket strålning som ett objekt mottager behöver hänsyn tas till objektens geometri och förhållandet mellan dem. Detta görs med hjälp av synfaktorn 𝐹_1→2 som beskriver hur mycket det mottagande objektet ser av det strålande objektet. Synfaktorn är dimensionslös och varierar mellan 0,0 till 1,0 i teorin. Den infallande strålningen för det mottagande objektet beskrivs enligt Ekvation 2.

𝑞̇1→2,𝑖𝑛𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎𝑛𝑑𝑒′′ = 𝐹_1→2𝜀𝜎𝑇⁴ Ekvation 2 Den effekt per kvadratmeter som en brand maximalt kan avge genom strålning kan beräknas med hjälp av Ekvation 3, där 𝜒_𝑟 [-] är andel av energin som avges via strålning, 𝑄̇ [kW] är branden effekt och 𝐴 [m²] är arean av den momentana flamman (eng. flame sheet). Den momentana flamman kan förenklas till en cylinder eller kon. Ekvationen tar inte hänsyn till avstånd till objekt utan gäller för 0 cm från flamman.

𝑞̇_𝑟^′′ = 𝜒_𝑟𝑄̇

𝐴 Ekvation 3

3.6.2 Punkt till punkt

En förenklad metod är att beräkna infallande strålning från en punkt vid medelflamlängden till en annan punkt på målet, se Figur 8 för nomenklatur till beräkning. Metoden är känd att underskatta infallande strålning vid korta avstånd från flamman och bedöms därför inte vara tillämpbar på korta avstånd, dock vad som definieras som ett kort avstånd framgår inte (Drysdale, 2011).

Figur 8. Nomenklatur för beräkning av strålning från en punkt vid medelflamlängden till en annan punkt. Inspirerad av Beyler (2016).

Vid infallande strålning över 5 kW/m² erhålls icke-konservativa resultat och därför bör inte metoden användas vid beräkning av infallande strålning för antändning av material (Beyler, 2016).

Se Figur 9 för jämförelse mellan beräknad och uppmätta infallande strålning för pölbränder. Om

flamman däremot delas upp i flera punkter kan metoden fungera väl vid beräkning av infallande strålning för antändning av material.

Figur 9. Jämförelse mellan beräknad och uppmätt infallande strålning för pölbränder. Inspirerad av Beyler (2016).

Med hjälp av Ekvation 4 kan infallande strålning 𝑞̇_𝑟^´´ [kW/m²] beräknas (Beyler, 2016). Variabeln 𝐿 [m] är det horisontella avståndet mellan punkterna, 𝑅 [m] där diagonala avståndet mellan punkter och 𝑄̇_𝑟 [kW] strålningseffekten. Vinkeln cos 𝜃 kan genom trigonometri ersättas med L/R, vilket den senare delen i ekvationen visar.

𝑞̇_𝑟^´´ = 𝑄̇_𝑟cos 𝜃

4𝜋𝑅² = 𝑄̇_𝑟𝐿

4𝜋𝑅³ Ekvation 4

Avståndet 𝑅 kan beräknas med hjälp av Pythagoras sats, se Ekvation 5 (Beyler, 2016). Variabeln ^𝐿𝐷 [m] är det vertikala avståndet mellan punkterna. 2

𝑅 = √𝐿²+𝐿_𝐷 2

2 Ekvation 5

Strålningseffekten 𝑄̇_𝑟 kan beräknas med hjälp av Ekvation 6, där 𝜒_𝑟 är andelen av effektutvecklingen som avges genom strålning [-] och 𝑄̇ är brandens effekt [kW] (Beyler, 2016).

𝑄̇_𝑟 = 𝜒_𝑟𝑄̇ Ekvation 6

3.6.3 Platta till element dA

Ett sätt att approximera en flamma är till en platta där den infallande strålningen till ett parallellt element dA1 beräknas. Element dA1 är placerad på ett avstånd 𝑐 [m] från plattan. I metoden delas plattan in i fyra rektanglar där strålningen antas utgå jämt fördelat över respektive rektangel, se Figur 10. Variabeln 𝐿_𝐷 [m] är längden och 𝑍 [m] är bredden på flamman samt 𝑏 [m] och 𝑎 [m] är mått på rektangeln (Karlsson & Quintiere, 2000).

Figur 10. Indelning av plattan i fyra rektanglar med sidorna a och b. Plattan är placerad på ett avstånd c från element dA1.

Synfaktor för en rektangel 𝐹_{𝑟𝑒𝑘𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙} [-] beräknas med hjälp av Ekvation 7 (Karlsson & Quintiere, 2000). Totala synfaktorn för plattan 𝐹_1→2 [-] blir summa av synfaktorerna för samtliga rektanglar.

𝐹_{𝑟𝑒𝑘𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙} =1

2[ 𝑎

√𝑎²+ 𝑐²tan⁻¹( 𝑏

√𝑎²+ 𝑐²) + 𝑏

√𝑏²+ 𝑐²tan⁻¹( 𝑎

√𝑏²+ 𝑐²)] Ekvation 7 3.6.4 Cylinder till element dA

En metod för att beräkna synfaktorn till ett element dA (Beyler, 2016). I metoden approximeras flamman till en cylinder och infallande strålning sker mot ett element dA beläget i eller ovan marknivå. Metoden är bäst tillämpad för en infallande strålning över 5 kW/m², se Figur 11 för jämförelse mellan beräknad och uppmätta infallande strålning för pölbränder.

Figur 11. Jämförelse mellan beräknad och uppmätt infallande strålning för pölbränder. Inspirerad av Beyler (2016).

Metoden förutsätter att branden är cirkulär. Om branden inte är cirkulär kan en ekvivalent diameter 𝐷 [m] beräknas med hjälp av Ekvation 8, där 𝐴 [m²] är arean på branden (Beyler, 2016).

𝐷 = 2√𝐴

𝜋 Ekvation 8

Synfaktorn kan beräknas med hjälp av Ekvation 9 och Ekvation 10 beroende på om det mottagande elementet dA är horisontellt eller vertikalt vinklat mot cylindern (Beyler, 2016).

𝐹_1→2,𝐻 =^{(𝐵−1 𝑆)⁄}

𝜋√𝐵²−1tan⁻¹√^{(𝐵+1)(𝑆−1)}_{(𝐵−1)(𝑆−1)}−^{(𝐴−1 𝑆)⁄}

𝜋√𝐴²−1tan⁻¹√^{(𝐴+1)(𝑆−1)}

(𝐴−1)(𝑆−1) Ekvation 9 𝐹_1→2,𝑉 = ¹

𝜋𝑆tan⁻¹( ^ℎ

√𝑆²−1) − ^ℎ

𝜋𝑆tan⁻¹√^(𝑆−1)_(𝑆+1)+ ^𝐴ℎ

𝜋𝑆√𝐴²−1tan⁻¹√^{(𝐴+1)(𝑆−1)}_{(𝐴−1)(𝑆+1)} Ekvation 10 Där 𝐴, 𝐵, 𝑆 och ℎ är enligt nedanstående. Variabeln 𝐷 [m] är diametern på branden, 𝐿_𝐷 [m] är flamlängden och 𝐿 [m] är det horisontella avståndet mellan mitten på cylindern och mottagande elementet dA (Beyler, 2016).

𝐴 =ℎ²+ 𝑆²+ 1

2𝑆 𝐵 =1 + 𝑆²

2𝑆 𝑆 =2𝐿

𝐷 ℎ =2𝐿_𝐷

𝐷

Den totala synfaktorn för ett horisontellt respektive vertikalt mottagande element dA kan beräknas med hjälp av Ekvation 11 (Beyler, 2016).

𝐹_1→2,𝑉 = 𝐹𝐶𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 1,𝑉+ 𝐹𝐶𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 2,𝑉

𝐹_1→2,𝐻 = 𝐹𝐶𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 1,𝐻+ 𝐹𝐶𝑦𝑙𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟 2,𝐻

Ekvation 11 Den maximala synfaktorn 𝐹_{1→2,𝑚𝑎𝑥} kan beräknas med hjälp av Ekvation 12 (Beyler, 2016).

𝐹_{1→2,𝑚𝑎𝑥} = √(𝐹1→2,𝑉)²+ (𝐹_1→2,𝐻)² Ekvation 12 Beräknad infallande strålning till element dA i marknivå bör användas med försiktighet eftersom strålning från flamman är som högst vid medelflamlängden vilket innebär att all strålning ovan marknivå kommer överstiga beräknad infallande strålning (Beyler, 2016). Om mottagande element dA är ovan marknivå delas cylindern i in två mindre cylindrar, där ena cylindern representerar flamman under mottagande element dA och andra cylindern representerar flamman över element dA, se Figur 12. Flamlängden 𝐿_𝐷 [m] delas upp i 𝐿_𝐷1 [m] och 𝐿_𝐷2 [m].

Figur 12. Uppdelning av flamman i två delar vid cylinderapproximation med ett element dA ovan flammans underkant. Inspirerad av Beyler (2016).

4 Sakkunnigutlåtande i praktiken

I avsnittet presenteras om och i så fall, hur det i praktiken tas hänsyn till vindförhållanden. En analys av gjorda sakkunnigutlåtande för brand i personbil utomhus har gjorts. Vidare har även intervjuer med personer verksamma inom brandutredning genomförts.

4.1 Hänsyn till vindförhållanden i sakkunnigutlåtande

För att kunna analysera hur vindförhållanden arbetas med i praktiken kontaktades 115 räddningstjänster runt om i Sverige med förfrågan om att kunna ta del av gjorda sakkunnigutlåtande för brand i personbil utomhus. Förfrågan var inte avgränsad mellan några speciella år utan samtliga gjorda sakkunnigutlåtande enligt ovan var av intresse. Totalt svarade 63 räddningstjänster. Antal sakkunnigutlåtande som samlades var 34. Dessa utlåtande kom från 13 av Sveriges räddningstjänster, där en räddningstjänst stod för 38 % av utlåtandena och övriga mellan 3–12 % vardera. Sakkunnigutlåtandena var utförda av personer med olika bakgrunder, exempelvis en del personer var brandingenjörer medan andra var brandinspektörer. Av de granskade sakkunnigutlåtande togs hänsyn till vindförhållanden i bedömningen av brand- och/eller rökspridning i 11 av dem, se Figur 13.

Figur 13. Fördelning mellan hänsynstagande av vind i sakkunnigutlåtanden.

I samtliga utlåtanden startade branden initialt i en personbil utomhus och i merparten av utlåtandena var brandplatsen en parkering. Utformningen på utlåtandena varierade från mycket informationsrika till knapphändig information om händelsen. I flera av utlåtandena användes illustrationer för att visa bilens placering samt inbördes avstånd mellan bilen och objekt på brandplatsen. I ett utlåtande beskrevs mer ingående hur bilens olika förutsättningar kan påverka risken för brand- och rökspridning, till exempel skillnaden mellan om bilen drivits av bensin eller gas. I flera utlåtande beskrevs hur bedömning av risken för brand- och rökspridning görs, se utdrag ur ett sakkunnigutlåtande nedan. De främsta faktorerna som påverkar beskrevs vara brandens intensitet, avstånd till objekt samt objektets materialinnehåll.

”Risken för brand- och rökspridning i samband med en fordonsbrand avgörs främst av brandens intensitet, avståndet till närliggande fordon eller byggnader, samt vilket material dessa närliggande objekt består av.

Vidare förklarades även att brandens intensitet beror på flera olika faktorer bland annat storleken på bilen, typ av drivmedel och materialinnehåll. Se utdrag ur ett sakkunnigutlåtande nedan.

”Intensiteten av en brand i ett fordon beror av fordonets storlek, energimängden i fordonets inredning samt mängd och typ av drivmedel som finns i fordonets tank. Generellt kan sägas att många nyare fordon innehåller mer plastbaserade material jämfört med äldre fordon och därmed har ett högre