Aktivering av boendesprinkler: Försök med olika glasbulber
Magnus Arvidson Safety - Fire Research
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut
magnus.arvidson@sp.se 010-516 56 90
www.sp.se
Brandskydd 2016, Upplands Väsby, 23-24 november 2016
Målsättning
Målsättning med försöken
§ Bestämma aktiveringstiden (=> brandeffekten) för olika typer av sprinklerbulber vid en bostadsbrand.
§ Bestämma detektionstiden (=> brandeffekten) för en kommersiell branddetektor.
Långsiktig målsättning
§ Effektivare boendesprinkler => aktivering i ett tidigare skede av ett brandförlopp.
§ Se på möjligheten att reducera vattenflödet för boendesprinkler.
Normalt används 3 mm|68°C glasbulber i boendesprinkler
Försöksrum
§ 3.66 m x 3.66 m (13.4 m2).
§ Takhöjd: 2.5 m.
§ Byggt av 12 mm obrännbara skivor.
§ Antingen helt slutet eller endast två väggar.
§ Sandbäddbrännare placerad vid ett av hörnen.
Tre olika ‘standardiserade’ brandförlopp
0 50 100 150 200 250 300
0 50 100 150 200 250 300 350
Standard scenarios
Slow, Qstart = 6 kW Medium, Qstart = 10 kW Fast, Qstart = 25 kW
Heat Release Rate (kW)
Time (s)
Brandsimulator
Nio olika kombinationer av Response Time Index (RTI) och nominell aktiveringstemperatur
No. Type of bulb
RTI*
[(ms)1/2]
Bulb diameter
[mm]
Nominal operating temperature [°C]
Color code
1 F3 32 3 68 Red
2 F3 32 3 57 Orange
3 F3 32 3 47 Transparent
4 F3-F 24 3** 68 Red
5 F3-F 24 3** 57 Orange
6 F3-F 24 3** 47 Transparent
7 F1.5 14 1.5 68 Red
8 F1.5 14 1.5 57 Orange
9 F1.5 14 1.5 47 Transparent
*) Provided by the manufacturer and calculated using a C-factor of 0.5.
**) By using a specific fluid, the RTI of the glass bulb was similar to a 2.5 mm glass bulb.
Montering av glasbulber
112
20
20 72
112
32 2
23 23
Electrical micro switch
T/C
Branddetektorer
§ Två likadana, kommersiella ‘multi-kriteria’ detektorer installerades.
§ Varje detektor har två termosensorer, placerade mitt emot varandra på den cylindriska kroppen.
§ Branddetektorerna orienterades 90° relativt varandra.
§ Larmkriterium 40°C - inget kriterium för rök.
Mätutrustning
§ Aktiveringstid glasbulber (mikrobrytare).
§ Temperatur detektor.
§ Gastemperatur nära bulberna.
§ Massflödet gasol (brandeffekt).
§ Varje scenarie repeterades tre gånger.
Compartment condition RTI [(ms)1/2]
Nominal operating temp. [°C]
Open Closed
32 24
14 32
24 14
68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Heat release rate [kW]
90
61
42 79
60
41 71
57
34 52 43 32 50
38 30 46
34 24
Slow fire growth rate scenario
Compartment condition RTI [(ms)1/2]
Nominal operating temp. [°C]
Open Closed
32 24
14 32
24 14
68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40
Heat release rate [kW]
128
96
69 117
90
67 103
83
50 88 77
58 84
66
50 75 60 46
Medium fire growth rate scenario
Compartment condition RTI [(ms)1/2]
Nominal operating temp. [°C]
Open Closed
32 24
14 32
24 14
68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 68 57 47 230 220 200 180 160 140 120
100 90
Heat release rate [kW]
215
178
138 193
162
123 174
149
102 186
161
134 175
141
118 143
120 107
Fast fire growth rate scenario
Observationer: Glasbulber
§ Rummet (slutet eller öppet) hade stor inverkan på aktiveringstiden - särskilt för glasbulberna med högre RTI.
§ Större variation i resultat för det öppna rummet - särskilt för det ‘mellan-snabba’ och
‘snabba’ brandförloppen.
§ Den nominella aktiveringstemperaturen ger en större effekt än RTI-värdet.
Observationer: Branddetektorer
§ Detektionskriterium = 40°C.
§ Tiden till detektion påverkades inte av rummet.
§ Liten skillnad i detektionstid mellan detektorerna = orienteringen spelar mindre roll.
§ Detektion innan aktivering av glasbulberna i det ‘långsamma’ brandförloppet.
§ Vissa glasbulber aktivererar tidigare i de ‘mellan-snabba’ och ‘snabba’ brandförloppen.
Praktiska aspekter: Glasbulber
Praktiska aspekter
§ Sämre mekanisk styrka med tunnare bulber.
§ Nominella aktiveringstemperatur vs. värmepåverkan vid transport, installation och drift.
Kommentarer
§ Finns 3 mm bulber med samma RTI-värde som 2.5 mm bulber = direkt utbytbarhet.
§ 1.5 mm bulber används i många vattendimmunstycken.
§ 57°C fungerar troligen i de allra flesta bostäder.
§ 47°C kan troligen användas i många fall.
3 mm glasbulb med 57°C eller 47°C aktiveringstemperatur istället för 3 mm|68°C.
§ 57°C: 15% till 30% mindre brand.
§ 47°C: 30% till 50% mindre brand.
“2.5 mm” glasbulb med 57°C eller 47°C aktiveringstemperatur istället för 3 mm|68°C.
§ 57°C: 25% till 30% mindre brand.
§ 47°C: 40% till 50% mindre brand.
1.5 mm glasbulb med 57°C eller 47°C aktiveringstemperatur istället för 3 mm|68°C.
§ 57°C: 30% till 35% mindre brand.
§ 47°C: minst 50% mindre brand.
Förbättringspotential: Glasbulber
Praktiska aspekter: Aktivering av branddetektorer
§ Fellarm => oavsiktlig aktivering => ‘multi-kriteria’ detektorer krävs.
§ Ökad komplexitet => lägre tillförlitlighet.
§ Viktigt att täckningsytan för branddetektorn inte överskrider sprinklernas täckningsyta.
§ Viktig att reducera transporttiden för vattnet i sprinklerrören.
Jämfört med 3 mm|68°C glasbulb
§ 20% till 60% mindre brand i det slutna rummet.
§ 30% till 80% mindre brand i det öppna rummet.
Jämfört med “2.5 mm”|57°C glasbulb
§ Ingen till 45% mindre brand i det slutna rummet.
§ 10% till 65% mindre brand i det öppna rummet.
Den relativa skillnaden var som störst för det ‘långsamma’ brandförloppet och som minst för det ‘snabba’ brandförloppet.
Förbättringspotential: Branddetektorer
Slutsats: Mest realistiska alternativen för automatiska sprinkler
§ 15% till 30% mindre brand med 3 mm|57°C istället för 3 mm|68°C bulb.
§ 25% till 30% mindre brand med “2.5 mm”|57°C istället för 3 mm|68°C bulb.
§ 30% till 35% mindre brand med 1.5 mm|57°C istället för 3 mm|68°C bulb. Används redan idag för vattendimma.
Ytterligare förbättringspotential med 47°C nominell aktiveringstemperatur.
Slutsats: Aktivering med hjälp av branddetektorer
§ Störst effekt vid ‘långsamma’ eller ‘mellan-snabba’ förlopp i stora rum. Upp till 80% mindre brand vid detektering.
§ För snabba brandförlopp i små rum är fördelen jämfört med glasbulb betydligt mindre.
§ Viktigt att täckningsytan för branddetektorn inte överskrider sprinklernas täckningsyta.
§ Transporttiden för vattnet i sprinklerrören behöver minimeras.
Tack!
Material och direkta arbetsinsatser
§ Jürgen Teschner, Job GmbH (glasbulber)
§ Bernhard Abels, Tyco Fire Protection Products (sprinklerkomponenter)
§ Jan Blomqvist, Siemens AB (branddetektionsutrustning och dataloggning).
Personal vid SP
§ Morgan Lehtinen, mätutrustning.
§ Mikael Björnram, tillverkade hållarna för glasbulberna.
§ Tekniker vid SP Fire Research.
Försöken finansierades av Myndigheten för samhällsskydd och beredskap, MSB, i projektet “Analys av brandsäkerhetens fysiska bestämningsfaktorer och tekniska åtgärder som stöd till nollvisionen”.
