EXAMENSARBETE
Lekland
Utrymningsmöjligheter och möjlig brand
Tobias Ullmark
2013
Brandingenjörsexamen Brandingenjör
Luleå tekniska universitet
Titel: Lekland – utrymningsmöjligheter och möjlig brand Title: Funland – evacuation possibilities and possible fire
Författare: Tobias Ullmark Handledare: Björn Sundström
Brandingenjörsprogrammet 2013
i
Förord
Jag vill i och med detta förord tacka personer som hjälpt mig i samband med detta examensarbete.
- Leif Fällman, Tyréns AB Sundsvall, för möjligheten att använda resurser och arbetsplats vid Tyréns AB Sundsvall i mitt examensarbete.
- Björn Sundström, adjungerad professor Luleå Tekniska Universitet, enhetschef SP Brandteknik Borås och min handledare i detta arbete.
- Madelene Nordkvist, Johannes Olofsson och David Tonegran, Tyréns AB, för hjälp med simuleringsprogram och bollande av idéer.
- Björn Evers, Briab – Brand- och riskingenjörerna AB, för nyttiga åsikter och synpunkter om rapporten vid färdigställande.
Jag hoppas att det arbete jag har gjort i denna rapport kommer föra forskningen kring utrymning och bränder i lekland framåt. Det är ett väldigt komplext problem som kommer kräva mycket forskning.
Tobias Ullmark
iii
Sammanfattning
Under 2010 brann ett så kallat lekland ner i Borlänge. Brandförloppet var snabbt och kritiska förhållanden för utrymning infann sig inom kort tid. Det var ett fåtal besökare på leklandet och alla klarade sig oskadda. Lekland är ofta byggda i gamla industri- eller affärslokaler och innehåller ofta stora lekställningar av stålkonstruktion med stora mängder plast i rutschbanor, fallskydd och andra detaljer..
Syftet med rapporten är att belysa problem som kan uppstå vid utrymning av lekland. Delar i detta består i att undersöka barns beteende vid utrymning, möjlig brand i lekland och möjligheter till dimensioneringen av lekland.
I denna rapport studeras två olika lekland. Det ena leklandet byggdes i en gammal klädbutik under 2013 och det andra leklandet byggdes i en gammal industrilokal under 2008.
För att undersöka möjligheten till utrymning har i första skedet litteraturstudier gjorts. Dessa litteraturstudier har involverat barns beteende vid utrymning samt studier i scenarioanalyser, kriterier för säker utrymning och utrymningsanalyser enligt författningen Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering av byggnaders brandskydd (BBRAD).
Scenarioanalyserna och utrymningsberäkningar har gjorts på de befintliga leklanden. För att göra dessa analyser har datorprogrammen Fire Dynamics Simulator (FDS) använts för brandsimuleringar och Simulex samt handberäkningsmetoder från BBRAD har använts för utrymningsberäkningar.
En identifiering av plasterna i lekställningarna utfördes för att avgöra möjlig brand i ett lekland. Känslighetsanalyser med avseende på de identifierade parametrarna gjordes och jämfördes med en referenssimulering enligt givna värden från BBRAD. En brand med ultrasnabb brandtillväxthastighet är möjlig med de involverade plasterna.
Resultatet av utrymningsanalyserna gav att en fullständig utrymning av lekland kommer ta väldigt lång tid. En viktig del som skapar de långa utrymningstiderna är barnens beteende vid utrymning där det inte går att förutsätta att de kan sköta utrymningen själva utan assistans. Den andra delen är lekställningarna som finns i leklanden. De är imponerande byggen med många skrymslen och vrår som försvårar utrymning.
iv
Abstract
During the year of 2010, a funland in Borlänge was burned to the ground. The development of the fire was fast and critical condition for evacuation happened fast. There were few visitors in the funland at this time and they all managed to evacuate without any harm. Funlands often contains large play structures with plastic coated steel pipes and a large amount of the plastics in a funland are contained within large slides, protections in case of falling and other details. Funlands are often built in old industry locals or warehouses.
The report aims to highlight the problems that can occur during evacuation of funland. Portions of this are to examine the behavior of children during evacuation, possible fire in the funland and opportunities for the design of the funland.
Two different funlands are studied in this report. One of them was built in an old clothes shop during 2013 and the other one was built in an old industry local during 2008.
To investigate the possibility of evacuation a literature study was to be made. These literature studies have involved studies of children's behavior during evacuation and studies in scenario analysis, criteria for safe egress and evacuation analysis according to the Constitution Board's guidelines on analytical design of fire protection of buildings (Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering av byggnaders brandskydd (BBRAD)).
The scenario analysis and evacuation calculations have been made on the existing funlands. To do these analysis, computer programs such as Fire Dynamics Simulator (FDS) has been used for the fire simulations and Simulex and hand calculation methods from BBRAD has been used for evacuation calculations.
An identification of plastics in the play structures was done to determine a possible fire in a funland. Sensitivity analysis for the identified parameters was performed and was compared to a reference simulation according to given values from BBRAD. A fire with ultra-fast fire growth rate is possible with respect the involved plastics.
The result of the evacuation analysis gave that a complete evacuation of a funland will take a very long time. An important part that creates the long evacuation time is the children’s behavior during evacuation where it isn’t possible to assume that they can manage the evacuation by themselves without assistance. The other part is the play structures available in the funlands. They are impressive structures with many nooks and crannies that impede evacuation.
v
Innehållsförteckning
Förord ... i Sammanfattning ... iii Abstract ... iv Innehållsförteckning ... v 1. Inledning ... 1 1.1. Bakgrund ... 1 1.2. Syfte ... 1 1.3. Avgränsningar ... 1 2. Beskrivning av objekt ... 3 2.1. Lekland 1 ... 3 2.2. Lekland 2 ... 4 2.3. Material ... 4 2.4. Lekställningarna ... 53. Barn och utrymning ... 7
3.1. Beteende och rörelsemönster ... 7
3.2. Rörelseparametrar ... 7
3.3. Behov av assistans ... 8
3.4. Förberedelsetid ... 8
3.5. Barn som gömmer sig ... 9
3.6. Föräldrars beteende ... 9
4. Boverkets allmänna råd för analytisk dimensionering ... 10
4.1. Utrymningskriterier ... 10
4.2. Brandscenarier ... 11
4.3. Dimensionerande brandförlopp ... 11
4.4. Handberäkningsmodell för utrymningstid ... 12
5. Simuleringsprogram ... 14
5.1. Fire Dynamics Simulator ... 14
5.1.1. Geometri och mesh ... 14
5.1.2. Devices och slicefiler ... 16
vi 5.1.4. Modellerna i FDS ... 19 5.2. Simulex ... 23 5.2.1. Modellerna i Simulex ... 24 5.2.2. Utrymningsscenarion ... 25 6. Plasterna i leklanden ... 26 7. Utrymningsmodell för lekland ... 27 7.1. tvarseblivning ... 27 7.2. tförberedelse ... 27 7.3. tförflyttning, lekställning ... 27 7.3.1. Lekland 1 ... 28 7.3.2. Lekland 2 ... 29 7.4. tförflyttning, golv ... 29 8. Resultat ... 30 8.1. Brandscenarion ... 30 8.1.1. Lekland 1 ... 30 8.1.2. Lekland 2 ... 31 8.2. Känslighetsanalyser ... 33 8.2.1. Gridoberoende ... 33
8.2.2. Med avseende på plastparametrar ... 33
vii
11.2. Förslag till fortsatta studier ... 51 Referenser ... 53 Bilagor ... 55
Bilaga A: Ritningar av leklanden
Bilaga B: Inputfiler till Fire Dynamics Simulator
1
1. Inledning
1.1. Bakgrund
Under 2010 brann ett så kallat lekland ner i Borlänge. Brandförloppet var snabbt i leklandet som tidigare varit en stor affärslokal i markplan. I leklandet befann sig vid tillfället endast ett fåtal personer och alla klarade sig oskadda. Lekland kan ta emot stora mängder personer och huvuddelen av besökarna är barn. Leklanden tillhandahåller olika aktiviteter som exempelvis barnkalas. Inträffar en brand i ett lekland vid full beläggning skulle konsekvenserna kunna vara katastrofala på grund av det snabba brandförloppet och mängden involverade personer vid utrymning [1].
I lekland finns många olika sorters plaster. Plasterna finns i exempelvis bollhav, som skydd i klätterställningar och i rutschkanor. Plasterna finns i stora mängder och bidrar därför till en hög brandbelastning. Plastartiklar är också placerade så att de möjliggör vidarespridning av branden [1].
Det största problemet med lekland är att merparten av aktörerna vid en utrymning i händelse av brand är barn. I nuläget görs utrymningsanalyser med rörelseparametrar och utrymningsbeteende med avseende på hur vuxna personer beter sig. Det finns lite information om hur barn beter sig vid utrymning och barnen kan bete sig väldigt olika mot vuxna.
I nuläget kan lekland dimensioneras med förenklad dimensionering då det inte finns någon författning som säger att dimensioneringen och verifiering av brandskyddet i en byggnad ska, eller bör, ske med analytiska medel.
1.2. Syfte
Syftet med denna rapport är att med hjälp av scenarioanalyser, utrymningsanalyser och en studie i barns utrymningsbeteende åskådliggöra problem med utrymning av lekland. Simuleringsprogram och handberäkningsmodeller kommer att användas för att analysera möjligheten till utrymning av lekland. Som en del i detta kommer plasterna i leklanden att studeras för att undersöka möjlig brand i lekland. Delar i analysen kommer innefatta möjlig brand i lekland, tid för utrymning av lekland och möjligheten till att klara utrymning av lekland inom den tillgängliga tiden som ges genom scenarioanalyser enligt författningar från Boverket.
Denna rapport kommer att fungera som en förstudie och belysa problematiken som kan uppstå vid brand och utrymning av lekland. En diskussion kommer att tas kring klassningen av lekland och förslag på fortsatta studier inom området kommer att presenteras.
1.3. Avgränsningar
2
D. A. Samoshin och A. P. Parfenko [3]. I dessa rapporter behandlas barns beteende vid utrymning i händelse av brand på förskolor. Forskningen kring barns beteende vid utrymning är knapphändig. Därför används dessa två rapporter som referenser och de beteenden presenteras i rapporterna antas även gälla i lekland.
I denna rapport tas viss hänsyn till föräldrars och vuxnas beteende vid utrymning av lekland. Den huvudsakliga vikten kommer att ligga på barnens beteende vid utrymning och deras möjlighet till utrymning diskuteras vid analys av utrymningstider och möjligheter till utrymning av lekland.
Beräkningar av möjlig plastbrand har begränsats. På grund av den komplexa uppbyggnaden av lekställningarna och svårigheten att finna exakta materialparametrar för plasterna i leklanden görs känslighetsanalyser med avseende på funna parametrar för identifierade plaster. Vilken dimensionerande brand som kan tänkas användas vid analys av lekland kommer att diskuteras efter resultaten som utförda känslighetsanalyser ger.
3
2. Beskrivning av objekt
Informationen i beskrivningarna nedan har hämtats från brandtekniska utlåtanden och brandskyddsdokumentationer gjorda för leklanden. Platsbesök på leklanden har genomförts och ritningar av leklanden har studerats. I samband med platsbesök har personal på leklanden intervjuats. Leklandens namn, deras placeringar och namn på ansvariga och personal kommer ej att nämnas i rapporten.
2.1. Lekland 1
Det första exempelobjektet är ett befintligt lekland. Lokalerna innehöll tidigare försäljningsytor och under 2013 byggdes lokalerna om för att inrymma ett lekland. I samband med detta gjordes ett brandtekniskt utlåtande.
Byggnaden har två våningsplan och båda våningsplanen ligger ovan mark. Leklandet som finns på våningsplan två har en area om 800 m2. Brandbelastningen i lokalen har ansatts till mindre än 800 MJ/m2 och hela våningsplan två ses som en sammanhängande brandcell. Takhöjden i lokalen varierar. Vid lekställningen som finns i leklandet är takhöjden som högst 7,5 meter för att sedan slutta ner till en takhöjd på 3,6 meter. I högdelen av lokalen vid lekställningen finns fyra ventilationsluckor för att ventilera brandgaser. Dessa ventilationsluckor öppnas manuellt av räddningstjänsten i entréhallen och räddningstjänstens insatstid till leklandet är 5-10 minuter. I lokalen finns automatisk brandlarm med informativt, talat meddelande.
I högdelen finns förstärkt belysning för att skapa bättre belysning i området där huvuddelen av lekställningen är placerad.
När lokalen byggdes om från att innehålla försäljningslokaler för att innefatta ett lekland projekterades lokalen enligt verksamhetsklass 2B (Vk2B) enligt Boverkets byggregler (BBR). Byggnaden är uppförd i byggnadsklass Br1. I lokalen får max 400 personer vistas och förhållandet barn/vuxna är ungefär 2:1 enligt ansvariga på leklandet. Persontätheten när leklandet är fulbelagt är 0,5 pers/m2.
Ritningar på lokalen finns i bilaga A och nedan finns en översiktsbild av leklandet:
4
I anslutning till huvudentrén finns ett område med bord och stolar. I övre vänster hörn av figur 1 finns kapprum och i nedre högra hörnet finns rum för amning och barnkalas. Övriga ytor täcks till största del av lekställningen och har en åldersgräns på fyra år. Vid kapprummet i övre vänstra hörn i figur 1 finns en mindre lekställning för de yngre barnen under fyra år.
2.2. Lekland 2
Det andra exempelobjektet i rapporten är även det ett befintligt lekland. Denna lokal var tidigare en industrilokal som under 2008 byggdes om till ett lekland. I samband med bygglovet för ombyggnationen gjordes en brandskyddsdokumentation.
Byggnaden har två våningsplan där personer vistas och ett tredje våningsplan med fläktrum. Alla våningsplan är placerade ovan mark. Våningsplan två består av ett avgränsat entresolplan som inrymmer kontor och diverse aktivitetsrum för exempelvis kalas. Våningsplan ett inrymmer leklandet och i anslutning till detta finns kök, kontor och omklädningsrum. Leklandet har en total golvyta om cirka 1600 m2 och takhöjden i denna del av lokalen varierar från 4,6 meter i entrédelen till 8,4 meters höjd i den högsta delen av lokalen.
Dimensionerat personantal på våningsplan ett har bestämts till 450 personer. Detta ger en persontäthet om 0,25 pers/m2. Byggnaden har projekterats enligt byggnadsklass Br2.
I leklandet finns en lekställning likt den lekställning som visas i figur 1.
Räddningstjänstens insatstid till lokalen är 10 minuter. I lokalen finns tre brandgasluckor om totalt 6,9 m2 som öppnas automatiskt via brandlarmet. Brandlarmet är ett automatiskt larm med informativt, talat meddelande.
Ritning av lokalen kan ses i bilaga A.
2.3. Material
Material i väggar, golv och tak är detsamma i båda leklanden. Golven i lokalerna består av betong och väggarna är konstruerade enligt sandwichmodell av gips, isolering, isoleringsboard och plåt. Taket är konstruerat även det efter sandwichmodell. I taket finns takboards av icke brännbart material i enlighet BBR och därefter består taket av isolering, isoleringsboard och plåttak. Egenskaper för materialen i väggar, golv och tak har identifierats och presenteras nedan:
Tabell 1. Materialegenskaper material i väggar, golv och tak [4]
Material Specifik värmekapacitet (kJ/kgK) Densitet (kg/m3) Emissivitet [ε] Konduktivitet (W/mK) Betong 0,88 2300 0,85 1,40 Glas 0,84 2600 0,93 0,8 Stål 0,46 7820 0,80 45,00 Gips 0,84 1440 0,85 0,48 Isoleringsboard 2,09 229 0,85 0,041 Isolering 0,8 100 0,85 0,041
5
2.4. Lekställningarna
I lekland finns ofta stora lekställningar likt den som visas i figurerna nedan. Lekställningarna är ofta imponerande konstruktioner med många våningsplan, stora rutschkanor, bollhav och ytterligare ett flertal detaljer som varierar mellan leklanden. Dessa lekställningar är ofta specialbyggda för det specifika leklandet. Lekställningarna som finns i de lekland som denna rapport behandlar har tillverkats i Kina och Kanada.
Bilderna nedan visar lekställningen i lekland 1 och denna lekställning är specialtillverkad i Kina för just detta lekland. Bilderna är hämtade från hemsidan för lekland 1.
Figur 2. Bild av lekställning, sned vy
6
7
3. Barn och utrymning
Vid utrymningsdimensionering används utrymningsparametrar som gånghastigheter och flöde genom dörrar för vuxna. Problemet som uppkommer vid dimensionering av lekland är att den största delen av de involverade personerna i lokalen är barn. Det är därför viktigt att förstå hur barn beter sig vid utrymning.
3.1. Beteende och rörelsemönster
Vuxna styrs främst av olika motiv dvs. de förstår varför de ska bete sig på ett visst sätt. Vuxnas beteende utgör ett visst system beroende på vad som är mer eller mindre viktiga för dem. Till skillnad mot de vuxnas beteende är inte barns beteendemotiv lika målmedvetet. Typiska kännetecken för förskolebarn är att agera utan att tänka och känslor och önskningar styr deras beteenden. Dessa känslor och önskningar beror på den direkta omgivningen som därför styr barns beteende vid utrymning. Problem detta ger är att barnen tenderar att ignorera varningssystem om vuxna inte agerar [3].
Barnens kroppar utvecklas under deras första levnadsår och det gör att deras gångfysiologi ändras mycket mellan 2-7 år. Mellan 2-5 år utvecklar barn sina motoriska kunskaper. Barn mellan 3-4 år har inte utvecklat sin motorik till den grad att de kan gå ostört. Barn mellan 5-6 år har förbättrat sin motorik med 70 % och deras gånghastighet blir mer regelbunden. Barn från 7 år och uppåt har utvecklat motoriken så pass att de kan gå längre och snabbare och de liknar vuxna i gånghastigheter men de kan inte gå lika långa sträckor som en vuxen [3]. Vid utrymning beter sig äldre och yngre barn på olika sätt. De äldre barnen kan bli uppspelta och börjar springa för att tävla till utgången medan de yngre barnen kan tveka vid utrymning och verka förvirrade och förvånade [2].
Barn uppvisar klassiska utrymningsbeteenden. En del av barn tenderar att ta sig till huvuddörren in till ett rum, likt vuxna gör vid utrymning. De söker den dörr där de vet att de kommer in/ut. De gör detta fast det finns andra dörrar till det fria men på grund av igenkänning väljs den dörr via de kom in i rummet. [2].
3.2. Rörelseparametrar
Larusdottir och Dederichs [2] visade följande hastigheter för barnen i åldrarna 0-2 år och 3-6 år. Persondensiteten vid rörelse på plan yta i denna studie var 0,5 pers/m2 vilket är en låg persondensitet och barnen kunde då röra sig fritt och oberoende av andra [2].
Tabell 2. Gång- och löphastigheter för barn 0-2 år och 3-6 år. [2]
Parameter 0-2 år 3-6 år
Medel Min. Max. Medel Min. Max.
8
3.3. Behov av assistans
Från studien av Larusdottir och Dederichs utvärderades vilken nivå av assistans barnen behövde vid utrymning. Assistansen delades upp i tre delar. Barnen som behövde bli burna krävde mycket assistans. En del barn behövde medelmycket hjälp och det innebar att hålla handen på en vuxen, bli lätt puttad mot utgångar eller hjälp att hålla balansen. Den tredje delen var endast att barnen fick hjälp via muntliga kommandon vilket gjorde att de inte behövde någon fysisk assistans. [2]
Barn i åldrarna 0-2 år klarar sig till största del med lite fysisk hjälp. Detta kunde då vara hjälp att hålla balansen eller att hålla handen på en vuxen. En del av barnen i denna ålder kommer att behöva bli burna och kräver mycket assistans och en del barn behöver endast muntliga kommandon för att utrymma. För barnen i åldrarna 3-6 år behövde merparten endast muntliga kommandon för att utrymma. Det fanns även en del barn i denna ålder som att kommer behöva viss fysisk assistans och även bli burna [2].
Barnen som deltog i studien av Larusdottir och Dederichs hade tidigare inte övat utrymning. Möjligheten finns att deras behov av hjälp minskar ju mer de övar [2].
3.4. Förberedelsetid
I ett initialt skede av utrymningsförloppet måste branden upptäckas, beslut om utrymning ska tas och förberedelse för utrymning måste ske. Först måste de involverade individerna i utrymningen bli varse om branden och tiden från branden uppkomst till dess att individerna har upptäckt branden kallas varseblivningstid. När individerna upptäckt branden infaller förberedelsetiden då beslut om utrymning ska tas, påklädnad ska ske och så vidare.
Barn förstår ofta inte innebörden av ett brandlarm utan det krävs ofta att en vuxen agerar för att en utrymning ska ske (se avsnitt 3.1.) och därför behövs en god organisation kring utrymning för att denna ska fungera tillfredsställande.
En studie av Kholshevnikov m.fl. [5] gjordes i Ryssland på förskolor och där testades bland annat förberedelsetiden. Studien visade att när brandlarmet ljöd gick läraren ut i korridoren för att undersöka vad som hänt. När läraren sedan gick in för att varna barnen var lärare tvungen att fysisk vidröra barnen för att en utrymning skulle starta. Detta gör att lärarens reaktionstid på larmet kommer spela in på barnens förberedelsetid. Förberedelsetiden var ungefär en minut vid dessa försök [5].
Förberedelsetiden varierar även med avseende på årstiden. Under sommaren är förberedelsetiden runt en minut, under vår och höst ligger den runt 5 min medan under vintern ligger den på 7,5 min. Anledningen till denna stora variation är påklädnad som behövs under dessa årstider [5].
9
3.5. Barn som gömmer sig
Barn som utsätts för fara kan ha en tendens att gömma sig. Det man inte ser det är inte farligt. Detta gäller även vid brand. Enligt Myndigheten för samhällsskydd och beredskap (MSB) har rökdykare som gått in i hus efter bränder funnit barn som har gömt sig i garderober eller under sängar [6], [7]. Det skapar stora problem om barn behöver hjälp av vuxna för att kunna utrymma om man ser till avsnitt 3.4. som visar att barn kan behöva assistans för att påbörja utrymning.
3.6. Föräldrars beteende
10
4. Boverkets allmänna råd för analytisk dimensionering
År 2011 släppte Boverket en ny författningssamling, Boverkets byggregler 2012 (BBR 2012). I och med denna nyutgåva av BBR släpptes en författningssamling som skulle underlätta en analytisk dimensionering av brandskyddet i byggnader. Den nya författningen kallad Boverkets allmänna råd om analytisk dimensionering av byggnaders brandskydd (BBRAD) innehåller allmänna råd med metoder och kriterier för analytisk dimensionering av brandskyddet i byggnader [9].
I BBRAD finns modeller för att beräkna utrymningstider med handberäkningar, olika brandscenarier finns listade samt hur resultaten från scenarioanalyser ska verifieras. För säker utrymning ska kunna ske finns det i BBRAD kriterier listade som måste uppfyllas för säker utrymning. Resultaten från scenarioanalyser som görs med BBRAD som bakgrund verifieras med hjälp av dessa kriterier. [10]
4.1. Utrymningskriterier
Den tillgängliga tiden för utrymning bestäms enligt kriterier som finns listade i BBRAD. Förhållanden för utrymning ses som icke-kritiska om kriterium 1 eller kriterium 2 samt kriterierna 3-6 uppfylls och utrymning kan då antas ske säkert [10]. När något av dessa kriterier inte längre uppfylls har kritiska förhållanden för utrymning infunnit sig och säker utrymning kan inte förutsättas. Tidpunkten för när detta inträffar är den tillgängliga tiden för utrymning.
Tabell 3. Kriterier som listas i BBRAD för en godkänd verifiering av utrymningsanalys [10]
Kriterium Nivå
1. Brandgaslagrets nivå ovan golv Lägst 1,6+0,1*rumshöjden
2. Siktbarhet, 2 m ovan golv 10 m i okänd miljö (rum > 100 m2)
5 m i utrymmen < 100 m2. Kriteriet kan även tillämpas för situationer där köbildning inträffar i ett tidigt skede vid den plats kön uppstår
3. Värmedos max 60 kJ/m2 utöver energin från en strålningsnivå på 1 kW/m2
4. Temperatur max 80 °C
5. Värmestrålning max 2,5 kW/m2
6. Toxicitet, 2,0 m ovan golv kolmonoxidkoncentration (CO) < 2000 ppm
koldioxidkoncentration (CO2) < 5 %
11
4.2. Brandscenarier
BBRAD anger tre brandscenarion som ska följas vid utrymningsanalys. Scenarierna kan behöva upprepas på olika ställen i byggnaden om det inte går att förutsäga var i byggnaden den mest ogynnsamma placeringen är [10]:
Erfordrat brandscenario 1: Ett allvarligt brandförlopp med snabb utveckling och hög brandeffekt. Installerade tekniska skyddssystem antas fungera som avsett.
Erfordrat brandscenario 2: Används om byggnaden i fråga inte är försedd med heltäckande brand- och utrymningslarm. Branden i detta scenario finns i ett utrymme där det inte vistas några personer men som ligger i anslutning till utrymme där det finns ett stort antal personer.
Erfordrat brandscenario 3: Brandförloppet i detta brandscenario har mindre påfrestning på byggnadens brandskydd men enskilda system fungerar inte som avsett. De tekniska systemen ska göras otillgängliga var för sig.
4.3. Dimensionerande brandförlopp
BBRAD anger värden för ett dimensionerande brandförlopp. Beroende på verksamheten som byggnaden ska dimensioneras för används olika dimensionerande brandförlopp. De dimensionerande brandförloppen följer en kvadratisk tillväxtmodell för att karakterisera brandens tillväxt kallad αt2-kurvan [10].
αt (2)
är brandens effektutveckling i kW, α är brandens tillväxthastighet i kW/s2
och t är tiden i sekunder.
Tabell 4. Exempel på olika tillväxthastigheter för en brand[10]
Tid till 1000 kW Tillväxthastighet, kW/s2
Långsam 600 s 0,003
Medelsnabb 300 s 0,012
Snabb 150 s 0,047
Ultrasnabb 75 s 0,19
Rapporten behandlar lekland vilket i nuläget kan ses som samlingslokal för >150 personer. Verksamheten valdes därför till ”samlingslokal” från BBRAD. BBRAD anger följande värden på brandens tillväxthastighet, maximal effektutveckling, förbränningsvärme, sotproduktion och CO-produktion för de olika brandscenarierna definierade i avsnitt 5.2.
Tabell 5. Angivna värden för brand i samlingslokal[10]
Erfordrat
Brandscenario Tillväxthastighet Effektutveckling Förbränningsvärme Sotproduktion CO-produktion 1 & 2 0,047 kW/s2 10,0 MW 20 MJ/kg 0,10 g/g 0,10 g/g
12
4.4. Handberäkningsmodell för utrymningstid
Handberäkningsmodellen för utrymningstiden utgår från att utrymningsförloppet är uppdelat i tre faser där varje fas kommer ta olika lång tid beroende på gångavstånd, varseblivningstid, dörrbredder osv. Den totala utrymningstiden skrivs enligt följande ekvation [11]:
tutr mning tvarseblivning tf rberedelse tf rfl ttning (3)
Varseblivningstiden är tiden från brandens start till dess att personen upptäcker att branden har startat. Denna tid varierar beroende på utrymningslarm, brandlarm och annan branddetektion. Faktorer som spelar in på denna tid är lokalen överblickbarhet, vilka som vistas i lokalen och om personerna är mottagliga för signalen att brand har utbrutit [11]. Förberedelsetiden består av tiden från det att personen ska förstå att det brinner, lyssna på utrymningslarmet, hjälpa andra att utrymma, förbereda sig att utrymma och försöka bekämpa branden. Denna tid är den tid det tar för en person att besluta och reagera på den information som personen får i händelse av brand [11].
Tabell 6. Förberedelsetider för diverse verksamheter [10]
Verksamhet
Personen ser
branden Förberedelsetid Offentlig miljö, skola, kontor, varuhus,
butik Ja 1 minut
Varuhus, inget larm Nej 4 minuter
Varuhus, ringklocka Nej 3,5 minuter
Varuhus, enkelt talat meddelande Nej 2 minuter Varuhus, informativt talat meddelande Nej 1 minut Mindre lokal med larm don i aktuell lokal,
mindre biograf, butik, kyrka Nej 1 minut Sjukhus (god överblickbarhet), personal,
ringklocka Nej 2 minuter
Sjukhus (god överblickbarhet), personal,
ljudsignal och textmeddelande Nej 1 minut
Nattklubb, personal Nej 1-1,5 minuter
Nattklubb, gäster Nej 3-5 minuter
Förberedelsetiden bestämms efter de listade tiderna i tabell 6. Utrymningslarm minskar förberedelsetiden, framförallt gäller det utrymningslarm med ett informativt intalat meddelande. Tydliga och synliga utgångar minskar förberedelsetiden ytterligare. Förberedelsetiden beror även på om personerna är vid medvetande och vakna [11].
13
tg ng vl (4)
td rr b fn (5)
l är avståndet i meter till utgången, v är personens gånghastighet, n är antalet personer som ska passera genom dörren, b är dörrens bredd i meter och f är det dimensionerade personflödet genom dörren i personer per sekund och meter.
Vid beräkningar på individnivå används
Gäller beräkningarna en grupp människor kan följande beräkningar göras för tförflyttning [12]
Och
Kötiden bör inte överstiga 8 minuter. [11]
Följande värden finns listade i BBRAD vad gäller gånghastigheter och flöden genom dörrar för låg och hög persontäthet.
Tabell 7. Gånghastigheter för personer vid låg persontäthet [10]
Förbindelse
Gånghastighet längs
lutande planet Minsta bredd Personflöde
Horisontell 1,5 m/s 0,9 m
Uppför trappa 0,6 m/s 0,9 m
Nedför trappa 0,75 m/s 0,9 m
Dörr - 0,8 m 0,75 p/sm för okänd dörr
1,1 p/sm för känd dörr
Tabell 8. Gånghastigheter för personer vid hög persontäthet (högst 2 pers/m2) [10]
Förbindelse
Gånghastighet längs
lutande planet Minsta bredd Personflöde
Horisontell 0,6 m/s 0,9 m 1,2 p/sm
Uppför trappa 0,5 m/s 0,9 m
Nedför trappa 0,5 m/s 0,9 m 1,1 p/sm
Dörr - 0,8 m 0,75 p/sm för okänd dörr
1,1 p/sm för känd dörr Tiden som är tillgänglig för att utrymning ska ske kan tecknas som ttillgänglig och denna kan
beräknas med scenarioanalys med hjälp av simuleringsprogram. Tiden för utrymning bör inte överstiga 10 minuter. När tiden för utrymningen tutrymning har beräknats kan dessa jämföras och
14
5. Simuleringsprogram
I detta avsnitt kommer de använda simuleringsprogrammen i denna rapport att presenteras. Först kommer bakgrunden till programmen att gås igenom för att sedan visa hur modeller av leklanden har skapats i programmen.
5.1. Fire Dynamics Simulator
Brandsimuleringsprogrammet som använts är ett program av typen Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD-program används inom strömningsmekanik för att med hjälp av numeriska metoder och algortimer lösa problem med strömningar. Brand är ett problem som involverar strömningsproblem då det sker transporter av gaser och värme.
Inom brand finns egna modeller av CFD-program. Ett av dessa program är Fire Dynamics Simulator (FDS). FDS är en simuleringskod för flöden med låga hastigheter och tyngdpunkten i denna kod ligger på gas- och värmetransport från bränder [13].
FDS arbetar likt andra CFD-program med att beräkna temperaturer och flöden i små volymer med hjälp av Navier-Stokes ekvationer och invecklade algoritmer [13].
FDS är framtaget av National institute of standards and technology (NIST) i USA. FDS har en öppen källkod och har funnits gratis på NIST:s hemsida sedan februari 2000. I nuläget finns version 5.5.3. av FDS att ladda ner från NIST:s hemsida. Nu pågår arbetet med den nya versionen av FDS, nämligen version 6 [14]. Innan denna version kan släppas måste den betatestas och det har pågått sedan hösten 2012 och därför användes version 5.5.3. för brandsimuleringarna i denna rapport.
FDS fungerar bra för beräkning av brandgasfyllnad [15]. Denna rapport behandlar tid till kritiska förhållanden för utrymning och brandgasfyllnaden av lokalen är då av stor vikt. FDS används vid de flesta konsultföretag för att simulera exempelvis brandgasspridning.
Till FDS behövs en input-fil med information om material, geometrier och brandeffekt. Inputfilen till FDS skrivs som textdokument i program som Notepad. För att underlätta uppbyggnaden av dessa inputfiler kan program som exempelvis Pyrosim användas. I Pyrosim laddas CAD-ritningar in och med hjälp av verktyg i Pyrosim kan en inputfil skapas för användande i FDS [16].
Smokeview är ett tilläggsprogram till FDS som används för att åskådliggöra de beräkningar som utförts av FDS. Smokeview visar i grundinställning brandgaserna och flammorna. Det finns möjlighet att med hjälp av utdata från FDS kunna åskådliggöra variabler som siktbarhet och temperatur [13] [17].
5.1.1. Geometri och mesh
15 D* beräknas enligt följande:
c g (6)
är brandens effekt i kW, är luftens densitet vid 20°C i kg/m3, är luftens specifika värmekapacitet i kJ/(kg*K), är omgivande luftens temperatur i kelvin och g är tyngdaccelerationen i m/s2. [13].
Uttrycket bör ligga mellan 5-20 för att resultatet ska kunna ses som tillförlitligt vad det gäller storleken på gridcellerna [15].
I FDS finns möjligheten att använda olika storlekar på gridcellerna. Denna funktion används när en viss del av beräkningsrummet är extra intressant och för att beräkningen ska ha störst chans att ge ett trovärdigt resultat behövs en liten mesh storlek. Vid användning av olika gridcellsstorlekar bör följande faktorer tas i beaktning [13] [15]:
Volymerna ska vara kubiska (1:1:1)
Gridcellsgränserna ska placeras kant i kant, dvs. de får inte överlappa varandra Gränserna får inte placeras i områden med höga strömningshastigheter
Figur 5. Korrekt användning av olika gridcellsstorlekar (vänster) och felaktig användning (höger) [15]
För simulering av exempelvis Erfordrat brandscenario 1 och verksamheten Samlingslokal från BBRAD används följande gridcellsstorlek för att ligga inom det angivna intervallet för D*/dx. Detta beräknas med (6)
Tabell 9. Gridcellsstorlekarna för att uppfylla 5<D*/dx<20 vid 10 MW brand.
D*/dx Gridcellsstorlek
5 0,48 m
20 0,12 m
16
Figur 6 Exempel på gridcellsfördelning vid brand mitt i lokalen, lekland 1.
5.1.2. Devices och slicefiler
Devices (&DEVC) är mätpunkter som skrivs in i inputfilen för att mäta exempelvis siktbarhet, värmestrålning och gastemperatur. Mätpunkterna kan placeras vart som helst i rummet beroende på vilken variabel de ska mäta [13]. Resultaten presenteras i ett Exceldokument som visar de beräknade värdena för utdatavariablerna över tid.
Slicefiler (&SLCF) används för att åskådliggöra vissa utdatavariabler i Smokeview. Exempelvis kan siktbarheten vid 2,0 meter ovan golvet skrivas in som en slicefil. Detta gör det sedan lättare att visualisera resultatet i Smokeview vid olika tidpunkter [13].
Med dessa två funktioner i FDS kan de angivna utrymningskriterierna i tabell 3 mätas. Nedan följer exempel på hur dessa olika kriterier har skrivits i inputfilerna. Inputfilerna kan ses i bilaga B.
5.1.2.1. Siktbarhet
Siktbarheten ska inte understiga tio meter för utrymmen >100 m2 enligt tabell 3. För att visualisera siktbarheten på höjden 2,0 meter ovan golvet (z=2,0) användes följande kommando i FDS [18]:
&SLCF PBZ=2.0, QUANTITY='VISIBILITY' /
Siktbarheten runt utrymningsdörrarna mättes med hjälp av volymmätningar. Detta gav möjligheten att visa förloppet över tid och ska omfattade ett område om 4 x 4 x 2 m3 runt var utrymningsdörr. Detta skrevs i FDS-inputfilen:
&DEVC XB = 5.8, 9.8, 18.80, 22.80, 0.0, 2.0, QUANTITY = 'visibility', STATISTICS = 'MIN', ID = 'UTRVÄG 1 sikt' / I lekställningarna används punktmätningar för att mäta siktbarheten. Dessa placerades på olika höjder i lekställningen. Kommando för detta är följande:
17 5.1.2.2. Temperatur
Temperaturen får inte överstiga 80°C enligt tabell 3. Mätning av detta kan gjordes på samma sätt som mätningar av siktbarheten. QUANTITY ändras i de båda fallen och skrivs på detta sätt [18]:
&SLCF PBZ=2.0, QUANTITY='TEMPERATURE' /
&DEVC XB = 5.8, 8.0, 19.80, 22.80, 0.0, 2.0, QUANTITY = 'TEMPERATURE', STATISTICS = 'MAX', ID = 'UTRVÄG 1 TEMP' / Samt
&DEVC XYZ = 2.6, 2.0, 5.0, QUANTITY = ”TEMPERATURE”, ID = 'TEMP1 5’
5.1.2.3. Värmedos och strålning
Värmedosen får inte överstiga 60 kJ/m2 utöver strålningsnivån på 1 kW/m2 och strålningsnivån får inte överstiga 2,5 kW/m2 enligt tabell 3. Detta ska mätas likt siktbarheten med volymmätning vid utrymningsdörrarna. I script-filen skrivs detta [18]:
&DEVC XB = 5.8, 8.0, 19.80, 22.80, 0.0, 2.0, QUANTITY = 'INCIDENT HEAT FLUX', STATISTICS = 'MAX', ID = 'UTRVÄG 1 VÄRME' /
5.1.2.4. Toxicitet
De kritiska värden som anges för toxicitet är att kolmonoxidkoncentrationen ska understiga 2000 ppm, koldioxidkoncentrationen ska understiga 5 % och syrgaskoncentrationen ska vara större än 15 % enligt tabell 3. Det mest intressanta av dessa kriterier är kolmonoxidkoncentrationen och den mättes med volymmätning runt utrymningsdörrarna och med punktmätningar i lekställningen [18]:
&DEVC XB= 5.8, 8.0, 19.80, 22.80, 0.0, 2.0, QUANTITY=’VOLUME FRACTION’, SPEC_ID=’carbon monoxide’, ID=’CO UTRVÄG 1’/
18
5.1.3. Branden
De bränder som användes i analyserna har effektutveckling enligt -kurvan. För att följa den kvadratiska tillväxten hos en sådan brand anges det i inputfilen med hjälp av kommandot &RAMP [13]. Exempel på detta är:
&RAMP ID='burner', T=105.0, F=0.0518175/
Efter 105 sekunder kommer branden att ha uppnått 5 % av dess maxeffekt och det följer en -kurva med snabb brandtillväxt.
Brandkällans storlek har betydelse. Brandkällans storlek beräknas med hjälp av ekvation 7 där en dimensionslös effektutveckling beräknas
c g (7)
är brandens effekt i kW, är luften densitet vid 20 C, är luftens specifika värmekapacitet, är omgivande luftens temperatur i K, g är tyngdaccelerationen i m/s2 och D är brandkällans diameter.
Brandkällans diameter beräknades genom att ansätta att branden till en pölbrand. I detta läge kan den kvadratiska brandkällan på exempelvis tio m2 antas vara en cirkulär brandkälla på tio m2 [4]. Den dimensionslösa effekten ska ha ett värde mellan 0,3-2,5 för att effekten på branden ska vara proportionerlig mot ytan på branden [15]. En brand på 10 MW behöver en brandutsatt yta på 4-10 m2 för att uppfylla kriteriet för den dimensionslösa effekten.
I FDS anges bränslets sammansättning med kommandot &REAC. I detta kommando anges bränslets sammansättning, förbränningsvärmet, sotproduktion och kolmonoxidproduktion. Det bränslet som ska användes för brandscenario 1 och samlingslokal är en blandning av 60 % mol trä och 40 % mol plast. Enligt BBRAD ska sotproduktion (soot_yield) för denna brand vara 0,1 g/g samt 0,1 g/g för kolmonoxidproduktionen (CO_yield). [18].
19
5.1.4. Modellerna i FDS
I modellerna i FDS kommer en brand att placeras på två ställen i leklanden för att visa vid vilken placering som en brand orsakar kritiska förhållanden snabbast. Detta görs för att bland annat visa hur skillnader i utformning av lokalerna påverkar tiden till kritiska förhållanden då lokalerna för dessa lekland skiljer sig i utformning med takhöjder och volymer. Den största vikten kommer att läggas på den brand som placeras i huvuddelen av vardera lekställningen. Denna placering är mest intressant då känslighetanalyser kommer göras med avseende på plastparametrar för plasterna i lekställningarna.
5.1.4.1. Lekland 1
Mätpunkterna och utrymningsdörrarna (UTR) sattes ut och numrerades. I senare delar av rapporten kommer mätpunkterna att numreras enligt figuren nedan.
Figur 7 Placering och numrering av utrymningsdörrar, detektorer, mätpunkter (siffror) och rumsförklaring, lekland 1
Vid de numrerade punkterna i figur 7 placerades mätpunkter för temperatur, siktbarhet och kolmonoxidkoncentration på olika höjder. Placeringen av mätpunkterna beror på att det är i dessa punkter som lekställningen i detta lekland är som högst. Runt utrymningsdörrarna gjordes volymmätningar. Variabler som mättes vid utrymningsdörrarna var siktbarhet, temperatur, värmedos och kolmonoxidkoncentrationen.
20 Dessa brandscenarion simulerades:
Brandscenario 1: placering: i lekställningsytan. Erfordrat brandscenario från BBRAD: 1. Brandscenario 2: placering: vid UTR 4. Erfordrat brandscenario från BBRAD: 1.
Brandscenario 1 och 2 simulerades med blandade gridcellsstorlekar. Tid till kritiska förhållanden för utrymning bedöms enligt utrymningskriterierna i tabell 3. För att finna varseblivningstiden för brandscenario 1 och 2 placerades rökdetektorer ut i lokalen enligt befintliga placeringar, se figur 7.
Modellen i FDS såg ut som följande:
Figur 8 Vy från ovan, modell av lekland 1 i FDS
21 5.1.4.2. Lekland 2
Figur 10 Placering och numrering av utrymningsdörrar, detektorer, mätpunkter (siffror) och rumsförklaring, lekland 2
Vid punkterna som numrerats med siffror ovan placerades mätpunker för siktbarhet, temperatur och CO-koncentration. Lekställningen har delar som sträcker sig till mätpunkt 3 och 4. Dessa punkter placerades på olika höjder ovan golvet. Vid varje utrymningsdörr placerades volymmätningar som mätte variablerna siktbarhet, temperatur, värmedos och kolmonoxidkoncentration.
På höjderna 2,0 m, 3,2 m, 4,6 m, 6,0 m och 8,0 meter över golvet placerades slicefiler som visade kolmonoxidkoncentration, koldioxidkoncentration, syrekoncentration, temperatur och siktbarhet.
Likt scenarioanalysen för lekland 1 simulerades två brandscenarion. Dessa brandscenarion var
22 Modellen i FDS såg ut som följande:
Figur 11. Vy från ovan, modell av lekland 2 i FDS
23
5.2. Simulex
Simulex är ett datorprogram framtaget för PC för att simulera utrymning av stora byggnader som kan vara mer eller mindre komplexa. I Simulex kan tredimensionella byggnader skapas genom att användaren skapar CAD-ritade golvplan och kopplar ihop dessa med trappor. Användaren definierar utgångarna från byggnaden och Simulex kommer automatiskt beräkna avstånden till utgångarna. Simulex beräknar möjliga gångvägar genom lokalen för att välja den närmaste vägen [19].
I Simulex skapas distanskartor för att beräkna avstånd till närmaste utrymningsdörr. Distanskartan består av en mesh med 0,2 x 0,2 m stora block. Varje block får sedan ett numeriskt värde beroende på det totala avståndet till en utgång från blocket. Exempel på en sådan distanskarta kan ses nedan [19]:
Figur 13. Exempel på distanskarta från Simulex
För att kunna efterlikna naturlig utrymning finns möjligheten att skapa upp till tio olika distanskartor i Simulex. Detta görs genom att skapa en defaultkarta som använder alla utgångar. Därefter skapas distanskartor där individerna bara kan används någon eller några av utrymningsdörrarna. Användaren kan sedan välja vilken distanskarta individerna ska ”se” [19]. Användaren placerar ut de olika individerna i lokalen och detta kan göras genom att placera ut individ för individ eller att placera ut individerna som en grupp. Användaren kan definiera reaktionstider, antal individer och placering. När individerna har placerats ut i lokalen och distanskartorna har beräknats kan simuleringen köras [19].
24
5.2.1. Modellerna i Simulex
I Simulex läggs CAD-ritning in för de våningsplan i byggnaden som ska vara med i utrymningssimuleringen. I detta fall finns även en lekställning som kommer ha inverkan på utrymningstiden. I Simulex beräknas förflyttningstiden från olika placeringar i lokalen. Förflyttningstiden beräknas som tid från punkt A till punkt B när individerna i fråga har tagit sig ner från lekställningen dvs. tförflyttning, golv (se avsnitt 7). Efter att individen tagit sig ner från
lekställningen kommer de inte att ta sig in i lekställningen igen utan de antas söka sig mot utgångarna och därför ritas lekställningen som boxar där personer inte vistas eller går vid utrymning. Nedan visas CAD-ritningar av leklanden. Utseendet är detsamma i Simulex.
Figur 14 CAD-ritning av lekland 1 inklusive lekställning som boxar.
25
5.2.2. Utrymningsscenarion
I samband med utrymningssimulering måste olika scenarier användas för att få en bild av hur utrymningen kan gå till i en lokal. På de två berörda leklanden är barn/vuxen-förhållandet ungefär 2:1. I Simulex finns en fördefinierad grupp kallad School population. Fördelningen i den gruppen är 70 % barn, 10 % kvinnor, 10 % män och 10 % äldre [19]. Barn/vuxen-förhållandet blir 2,3/1 och representerar fördelningen i de två leklanden. Maxantalet personer i leklanden är 400 personer för lekland 1 och 450 personer för lekland 2.
Nedan följer en beskrivning av scenarierna:
Utrymningsscenario 1:
Alla utgångar antas fungera som avsett. Barn och vuxna placeras slumpmässigt på alla öppna ytor. Det skapas endast en distanskarta i Simulex vilket gör att individer i modellen går till närmaste utgången.
Utrymningsscenario 2:
Placeringen av individerna i lokalen liknar placeringen i utrymningsscenario 1. Huvudentrén (UTR 2, figur 7 och UTR 4, figur 10) ses som blockerad vilket gör att individerna i lokalen kommer söka sig till de andra utrymningsdörrarna.
Utrymningsscenario 3:
Placeringen av individerna liknar utrymningsscenario 1 och 2. I detta scenario kommer 75 % av individerna i lokalen att söka sig till huvudentrén (UTR 2, figur 7 och UTR 4, figur 10) och resterande 25 % kommer att söka sig till närmaste utrymningsväg.
26
6. Plasterna i leklanden
I leklanden består största delen av det brännbara materialet av plaster. Plasterna finns i lekställningarna som har stora rutschkanor, skyddsnät, skydd på ställningen och ett antal ytterligare föremål som varierar från lekland till lekland.
Identifiering av plasterna som ingår i ett lekland gjordes genom platsbesök och sökning på tillverkares hemsidor. De plaster som det rör sig om är polyvinylklorid (PVC), polyeten (PE), polyuretan (PU) och nylon. Rutschkanor, diverse rör och detaljer är tillverkade av PE. Skyddsnäten runt och i lekställningarna var gjorda av nylon. I grund och botten är lekställningarna uppbyggda av stålramar och dessa har klätts in med PU-skum som har ett utanpåliggande skikt av PVC.
Tabell 10. Materialparametrar de identifierade plasterna.
Material Tillväxthastighet [4] Sotproduktion [20] Kolmonoxid-produktion [20] Förbränningsvärme (X*) Densitet [kg/dm3] (X*) Polyeten Ultrasnabb 0,060 g/g 0,024 g/g 38 - 44 MJ/kg 0,9 – 1,2 Polyuretan Snabb 0,23 g/g 0,031 g/g 23 - 28 MJ/kg 0,1 - 1 PVC Snabb 0,14 g/g 0,063 g/g 16 - 20 MJ/kg 1 - 1,4 Nylon Medelsnabb/snabb 0,075 g/g 0,038 g/g 25 - 28 MJ/kg 0,8 – 1,4
*(X) i tabell 10 anger att det fanns olika källor som angav olika värden för parametrarna. Högsta och lägsta är listade.
Specifika materialparametrar för de involverade plasterna kunde inte erhållas från tillverkarna av lekställningarna. På grund av detta kommer känslighetsanalyser med avseende på materialparametrarna ovan att simuleras. Dessa känslighetsanalyser kommer sedan att ligga som grund till ett resonemang kring potentiell brand i lekland att föras.
Mätningar och beräkningar gav följande mått på mängden brännbara plaster som ingår i lekställningen.
Tabell 11. Uppmätta och beräknade volymer av plasterna
Material Volym Polyeten 6 m3 Polyuretanskum 7 m3
PVC 1 m3
Nylon -
Följande känslighetsanalyser simulerades där variabel ändrades var för sig:
Tabell 12. Känslighetsanalyser som utförs med avseende på plasternas egenskaper
Parameter som ändras BBRAD (referens) Känslighetsanalys
Tillväxthastighet Snabb Ultrasnabb
Sotproduktion 0,1 g/g 0,2 g/g
Bränsle Trä & plast Polyuretan
Förbränningsvärmet 20 MJ/kg 35 MJ/kg
27
7. Utrymningsmodell för lekland
I handberäkningsmodellen i avsnitt 4.4. består utrymningen av tre olika delar. Skillnaden gentemot utrymning av en normal samlingslokal är lekställningen som finns i respektive lekland. Lekställningen har en betydande inverkan på utrymningstid. Det gör att en fjärde del måste läggas till i ekvation 3 för att få en ekvation som beskriver utrymningsförloppet i ett lekland, nämligen tförflyttning, lekställning. Tiden kan matematiskt skrivas som:
(8)
7.1. t
varseblivningtvarseblivning beror hur individerna i lokalen upptäcker branden. Finns utrymningslarm kommer
individerna upptäcka att det brinner genom att larmet ljuder. Finns inget larm måste personerna se branden eller brandröken. Denna term är den samma som finns i ekvation 3.
7.2. t
förberedelsetförberedelse beror på de förberedelsetider som anges i tabell 6. I de två lekland som har studerats
finns det utrymningslarm installerat med informativt talat meddelande. Denna term är den samma som finns i ekvation 3.
7.3. t
förflyttning, lekställningtförflyttning, lekställning är tiden det tar att förflytta sig från en punkt i lekställningen till golvnivå.
Om leklandet är utrustat med informativt talat meddelande vid utrymning kan en del av barnen i lekställningen påbörja utrymningen själva. Detta gäller barn äldre än 6 år. Problem uppstår för barn yngre än 6 år då de kan ignorera utrymningslarm. I detta fall krävs vuxna för att starta en utrymning och det kan krävas muntlig eller fysisk assistans.
Barn kan gömma sig i händelse av brand och i lekställningen finns många gömställen. Assistans kommer då att krävas för utrymning av lekställningen. En utrymningsstrategi i leklanden som behandlas i rapporten var att de ansvariga på plats vid brand tar sig in i lekställningen, söker igenom lekställningen och leder barnen till närmaste utgång från lekställningen. Denna utgång kan exempelvis vara en stor rutschkana som i lekland 1. De ansvariga ska med hjälp av knivar skära upp skyddsnäten för att skapa genvägar till utgångar från lekställningen och evakuera barnen från lekställningen [21].
Ett mönster från platsbesök på leklanden var att barnens förflyttningshastigheter överträffade vuxnas förflyttningshastigheter i lekställningen. Lekställningarnas trånga utrymmen och passager har betydelse för detta. En begränsning i tiden för utrymningen av lekställningen vid behov av assistans är hastigheten för vuxna i lekställningen om rutinerna för utrymning av lekställningen hos leklanden följs.
28
Försöken gjordes i två fall där olika förutsättningar för barns förmåga att utrymma ansattes. Fall 1: Utrymningstiden mättes från varje våningsplan av lekställningarna.
Utrymningen startade från det längsta avståndet till en utgång från våningsplanet i lekställningen och ner till golvnivå. Detta gjordes för att visa hur lång tid en utrymning skulle ta från varje våningsplan om barnen själva startade utrymningen och tog sig ut från lekställningen.
Fall 2: Tiden mättes för en vuxen att söka igenom lekställningen. Detta gjordes för att få en bild av tiden det tar för en vuxen att röra sig igenom hela lekställningen för att söka efter barn. Tiden startades vid en ingång till lekställningen, sedan klättrades det upp till högsta våningsplanet och på vägen ner besöktes varje del av våningsplanen för att leta efter barn och fortsatte sedan på nästa våningsplan. Klockan stoppades när alla våningsplanen var genomsökta och en utrymning som inte involverade lekställningen kunde påbörjas.
Möjligheten fanns inte att låta barn utföra försöken. Detta beror enbart på föräldrarnas ovilja att låta deras barn hjälpa till i försöken. För att få något att söka efter i fall 2 ovan placerades fem papperslappar ut på varje våningsplan. När alla papperslappar på ett våningsplan i lekställningen samlats in sågs genomsökningen av just det våningsplanet som färdigt och försöken kunde fortsätta på nästa våningsplan.
Fall 1 med enbart utr mningstid fr n varje v nings lan är ett ”bästa-m jliga”-fall. Det antas att barnen påbörjar utrymning själva och att de kan ta sig till golvnivå själva. Det andra fallet är ett ”värsta-m jliga”-fall där vuxna måste ta sig in i lekställningen för att söka upp barnen då det antas att några barn inte kommer starta utrymning själva. Barnen i lekställningarna ska vara äldre än fyra år enligt uppsatta regler på leklanden. Genom beteenden och behov av assistans som ges i avsnitt 3 antogs det att när en vuxen tagit sig till en vrå där ett barn skulle kunnat gömma sig, startade barnet utrymning då den vuxne sagt till eller puttat barnet i rätt riktning för utrymning.
Vid besöken på leklanden var de välbesökta med en stor mängd barn som lekte i lekställningarna. På leklanden fanns regler om att inte lämna barnen ensamma. Detta gjorde att det i lekställningarna befann sig vissa föräldrar och vuxna för att ha barnen under uppsikt.
7.3.1. Lekland 1
Lekställningen i lekland 1 har en höjd i gångarna på ungefär 1,2 meter. Det finns en del trånga passager där en vuxen behöver krypa för att ta sig framåt. Några av dessa passager var i hårdplast vilket gör att dessa inte kan skäras upp. I delar av lekställningen kommer barnen med god marginal att ha en högre förflyttningshastighet än vad en vuxen kan ha vilket observerades vid platsbesök. Lekställningen har sammanlagt fem våningsplan. Huvudingången till lekställningen är en trappa som är den närmaste ingången till lekställningen i förhållande till entrén.
29
resulterar i en utrymningstid från våningsplan 5 som är kortare än från övriga våningsplan. Däremot ingick våningsplan 5 i genomsökstiden i fall 2 då det antas att barnen inte kan utrymma själva.
7.3.2. Lekland 2
Vid platsbesök på lekland 2 genomfördes liknande försök som ovan. En av skillnaderna i detta lekland var att det inte fanns en ingång till leklandet som kan ses som huvudingång utan det finns ett flertal ingångar som kan fungera som huvudingång.
Lekställningen i lekland 2 har en höjd i gångarna på 2 meter. Utrymmen i lekställningen var lättillgängliga för vuxna och det var lättare att få en överblick av lekställningen då den inte var lika trång. Det fanns även här vissa partier som var trånga för vuxna men till skillnad mot lekställningen i lekland 1 finns här möjligheten att skär upp dessa passager med kniv [21]. Våningsplan tre i lekställningen i lekland 2 är uppdelat i två olika delar som inte är förbundna på annat sätt än våningsplan två. Dessa kommer senare att benämnas våningsplan 3.1 och 3.2.
7.4. t
förflyttning, golvtförflyttning, golv är tiden som det tar att förflytta sig på golvet till närmaste utrymningsväg och ut
genom denna. Denna term är den samma som finns i ekv 3. I denna term ingår tiden att gå från punkt A till punkt B och sedan ut genom en utrymningsdörr. Denna faktor beräknas med simuleringsprogrammet Simulex (avsnitt 5.2) och med handberäkningsmetoder från BBRAD (avsnitt 4.4).
30
8. Resultat
I följande del kommer resultaten för simuleringarna i FDS och utrymningssimuleringarna att presenteras. Simuleringstiden valdes till 15 minuter (900 sekunder) för båda leklanden. Valet gjordes sett till räddningstjänstens insatstider till byggnaderna. Efter 15 minuter kommer räddningstjänsten att vara på plats i händelse av brand och då kommer räddningstjänsten att bistå med hjälp vid utrymning.
8.1. Brandscenarion
Graferna som visar resultaten finns i bilaga C. Graferna i denna del visar siktbarhet, temperatur och kolmonoxidkoncentration. Brandgaslagrets höjd har bestämts från Smokeview och kommer inte att visas i rapporten och detta förklaras i avsnitt 9.1. Kriterierna gällande koldioxidkoncentration, syrekoncentration och värmedos har inte beaktats i resultatet då dessa kriterier inte når kritiska nivåer under simuleringstiden. Tid till kritiska förhållanden kommer därför att ges av siktbarhet, temperatur och kolmonoxidkoncentration. Har ingen tid angetts i tabellerna nedan betyder det att det kriteriet inte har nått kritiska nivåer under simuleringstiden.
8.1.1. Lekland 1
8.1.1.1. Heat release rate
För att verifiera att rätt heat release rate (HRR) har använts av FDS plottas detta mot tiden.
Figur 16 HRR för de olika brandscenarierna, lekland 1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 He at R e le ase Ra te [ kW ] Tid [s]
Heat Release Rate
31
8.1.1.2. Sammanfattning resultat för lekland 1
Nedan anges tiden till dess att de listade kriterierna i tabell 3 inte längre uppfylls. Tabell 13 anger när kriterierna inte längre uppfylls vid utrymningsdörrarna och tabell 14 anger när kriterierna inte längre uppfylls på 4,6 meters höjd i lekställningen.
Tabell 13. Tid till kritiska förhållanden vid utrymningsdörrar
Vid utrymningsdörrar Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager (1,96 m) Brandscenario 1 126 sek 345 sek 474 sek 120 sek
Brandscenario 2 78 sek 237 sek 372 sek 87 sek
Tabell 14. Tid till kritiska förhållanden vid 4,6 meters höjd i lekställningen.
I lekställning (4,6 m) Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager Brandscenario 1 84 sek 180 sek 400 sek 40 sek
Brandscenario 2 111 sek 285 sek 444 sek 90 sek
8.1.2. Lekland 2
8.1.2.1. Heat Release Rate
Figur 17 HRR för de olika brandscenarierna, lekland 2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Hea t R el ease Ra te [kW ] Tid [sek]
Heat Release Rate
32
8.1.2.2. Sammanfattning av resultat för lekland 2
Nedan anges tiden till dess att de listade kriterierna i tabell 3 inte längre uppfylls. Tabell 15 anger när kriterierna inte längre uppfylls vid utrymningsdörrarna och tabell 16 anger när kriterierna inte längre uppfylls på 5 meters höjd i lekställningen.
Tabell 15 Tid till kritiska förhållanden vid utrymningsdörrar
Vid utrymningsdörrar Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager (2,5 m) Brandscenario 3 220 sek 560 sek 755 sek 165 sek
Brandscenario 4 295 sek 715 sek - 210 sek
Tabell 16 Tid till kritiska förhållanden vid 5 meters höjd i lekställningen.
I lekställning (5,0 m) Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager (vid 5 m) Brandscenario 3 200 sek 435 sek - 100 sek
33
8.2. Känslighetsanalyser
8.2.1. Gridoberoende
En känslighetsanalys gjordes med avseende på gridcellsstorlek. Resultatet av detta kan ses i tabell 17 som anger tiden till dess att kriterierna i tabell 3 inte längre uppfylls vid utrymningsdörrarna:
Tabell 17. Jämförelse för känslighetsanalys av gridcellsstorlek.
Vid utrymningsdörrar Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager (1,96 m) Brandscenario 1 126 sek 345 sek 474 sek 120 sek
Mindre gridstorlek 124 sek 348 sek 470 sek 124 sek
8.2.2. Med avseende på plastparametrar
Figur 18 visar HRR för känslighetsanalyserna med avseende på plastparametrar. Denna kontroll görs för att se om rätt HRR använts av FDS.
Figur 18 Kontroll att rätt HRR använts i känslighetsanalyserna
Nedan presenteras resultaten från simuleringarna som anges i tabell 10. Excelgrafer finns presenterade i bilaga C. Tabell 18 anger när kriterierna i tabell 3 inte längre uppfylls vid utrymningsdörrarna och tabell 19 anger när kriterierna inte uppfylls på fem meters höjd i lekställningen. Resultaten i tabell 18 och 19 kommer från simuleringar i lekland 2.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 He at R e le ase Ra te [ kW ] Tid [sek]
Heat Release Rate
Brandscenario 3 Ultrasnabb Sotproduktion Polyuretan
34
Tabell 18 Sammanfattning av känslighetsanalyserna vid utrymningsdörrarna
Vid utrymningsdörrar Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager Brandscenario 3 220 sek 560 sek 755 sek 170 sek Snabbare brandtillväxt 165 sek 395 sek 650 sek 120 sek Högre sotproduktion 215 sek 535 sek 785 sek 160 sek Annat bränsle 225 sek 540 sek 770 sek 170 sek Högre förbränningsvärme 275 sek 600 sek - 185 sek
Tabell 19 Sammanfattning av känslighetsanalyserna i lekställningen, 5,0 meter ovan golv
I lekställningen (5,0 m) Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager Brandscenario 3 200 sek 435 sek - 100 sek Snabbare brandtillväxt 135 sek 265 sek - 70 sek Högre sotproduktion 185 sek 440 sek - 95 sek Annat bränsle 200 sek 430 sek - 105 sek Högre förbränningsvärme 210 sek 435 sek - 115 sek
En simulering gjordes med en ultrasnabb brandtillväxt även i lekland 1. Resultaten ses nedan och grafer återfinns i bilaga C.
Tabell 20. Jämförelse med snabbare brandtillväxt, lekland 1, utrymningsdörrar
Vid utrymningsdörrar Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager Brandscenario 1 126 sek 345 sek 474 sek 120 sek Snabbare brandtillväxt 96 sek 195 sek 315 sek 102 sek
Tabell 21. Jämförelse med snabbare brandtillväxt, lekland 1, lekställningen
I lekställningen (4,6 m) Sikt Temperatur CO-koncentration Brandgaslager Brandscenario 1 84 sek 174 sek 400 sek 40 sek
35
8.3. Utrymningsscenarion
8.3.1. t
varseblivningTiden till varseblivning har bestämts med hjälp av rökdetektorer i lokalerna. I lekland 1 löste detektor 2 ut efter 30 sekunder vid simulering av brandscenario 1. Placeringen för denna detektor kan ses i figur 7.
I lekland 2 löste detektor 7 ut efter 30 sekunder för brandscenario 3. Placering kan ses i figur 10.
8.3.2. t
förberedelsetförberedelse beror på förberedelsetiderna i tabell 6. I båda leklanden finns utrymningslarm
installerat med informativt talat meddelande. Vid plastbesöken visade det sig att några föräldrar och vuxna befann sig i närheten av lekställningen. Då bör någon eller några personer se och uppfatta att det brinner. Förberedelsetiden bestämdes till 60 sekunder via verksamheterna Varuhus, informativt talat meddelande och Offentlig lokal, person ser
branden i tabell 6.
8.3.3. t
förflyttning, lekställningNedan presenteras resultaten från försöken som förklaras i avsnitt 7.1.3. I tabelltexterna finns angivet vilket fall av Tförflyttning, lekställning som tiderna gäller.
8.3.3.1. Lekland 1
Tabell 22 Uppmätta tider för längsta förflyttningsavstånd inom våningsplanet och ut från lekställningen, fall 1
Våningsplan 1 2 3 4 5
Tid 20 sek 60 sek 50 sek 100 sek -
Tabell 23 Uppmätta tider för fullständig genomsökning av lekställningen, fall 2
Genomsök 1 2
Tid 455 sek 435 sek
8.3.3.2. Lekland 2
Tabell 24 Uppmätta tider för längsta förflyttningsavstånd inom våningsplanet och ut från lekställningen, fall 1
Våningsplan 1 2 3.1 3.2
Tid 20 sek 80 sek 70 sek 90 sek
Tabell 25 Uppmätta tider för fullständig genomsökning av lekställningen, fall 2
Genomsök 1 2
36
8.3.4. t
förflyttning, golv8.3.4.1. Lekland 1
Följande resultat erhölls från simuleringarna i Simulex och från handberäkningar enligt avsnitt 4.4. Utrymningstiden kommer i handberäkningarna att beräknas enligt gruppberäkningar som beskrivs i avsnitt 4.4.
Tabell 26. Värden från handberäkningar och simuleringar av lekland 1
Utrymningsscenario Längsta avstånd Personer per dörr Tid till dörr Tid genom dörr Handberäknad tförflyttning, golv Simulex tförflyttning, golv
1 24 meter 100 st 40 sek 92 sek 92 sek 57 sek 2 28 meter 133 st 47 sek 133 sek 133 sek 95 sek 3 - 300 st
(UTR 2)
- 222 sek 222 sek 107 sek
8.3.4.2. Lekland 2
Tabell 27 Värden från handberäkningar och simuleringar av lekland 2
Utrymningsscenario Längsta avstånd Personer per dörr Tid till dörr Tid genom dörr Handberäknad tförflyttning, golv Simulex tförflyttning, golv
1 31 meter 75 st 52 sek 84 sek 84 sek 73 sek 2 34 meter 90 st 57 sek 100 sek 100 sek 87 sek 3 - 300 st
(UTR 4)
