24) Brandgasspridning

Transkript

1 24) Brandgasspridning Luftbehandlingsinstallationer ska utformas så att ett TILLFREDSSTÄLLANDE skydd mot spridning av brandgas MELLAN brandceller erhålls. Vad detta betyder och lösningar på detta går noggrannare igenom efter lunch. Nu skall vi titta på hur spridning kan ske. 1

2 24) Förhindra spridning Att i praktiken åstadkomma 0-spridning i en anläggning med gemensamt ventilationssystem för olika brandceller är knappast möjligt. Även om man väljer en säker lösning måste man beakta händelseförloppet under tidrymden från begynnande brandförlopp till dess att skyddssystem är aktiverat. Brandtiden, Ställtider, Systemdelar och komponenter får lov att läcka 2

3 24) Varför skydda mot brandgasspridning? Människor som omkommer i samband med brand, så är död pga rökförgiftning ca 80% av fallen. 3

4 24) Avskiljning E En avskiljande byggnadsdel i brandteknisk klass E betraktas alltså ofta som tät, även om provningsmetodiken för klass E medger att byggnadsdelen vid brandpåverkan kan ha förekomst av sprickor och springor i icke försumbar omfattning. I praktiken betraktas ändå brandteknisk klass E som flamavskiljande och brandgasavskiljande. 4

5 24) Avskiljning E En rimlig följd av detta blir att ventilationssystemet bör utföras med skydd mot spridning via ventilationskanaler mellan lokaler eller lokaldelar inom brandcell avskilda med brandavskiljande byggnadsdelar klass E och att genomföringen i den brandavskiljande byggnadsdelen bör tätas. 5

6 24) Avskiljning E Däremot behöver kanalgenomföringen inte brandisoleras eftersom klass E inte ställer krav på begränsad temperaturstegring på den från brand vända väggytan. 6

7 24) Spridning i princip Gränsfallet för brandgasspridning via ventilationssystem kan beskrivas med att ett flöde i en kritisk anslutningskanal blir noll. eller Då kanalbrandflödet överstiger normalflödet i ventilationskanalsystemet finns risk för brandgasspridning 7

8 24) Spridning F-system Brandcell 1 Brandcell 2 Brandcell 3 8

9 24) Spridning F-system Brandgas sprids via ett f-system till den främmande brandcell vars frånluftsflöde genom anslutningskanal i gränsfallet blir noll. Brandcell 1 Brandcell 2 Brandcell 3 9

10 24) Spridning FT-system Brandcell 1 Brandcell 2 Brandcell 3 10

11 24) Spridning FT-system Brandgas sprids via ett tilluftssysetm när tilluftsflödet genom anslutningskanal för det brandutsatta rummet i gränsfallet blir noll Brandcell 1 Brandcell 2 Brandcell 3 11

12 24) Gränsfall för spridning av brandgaser 12

13 24) Gränsfall för spridning av brandgaser 13

14 24) Gränsfall för spridning av brandgaser 14

15 24) Förenklad överslagsberäkning Vilket brandtryck klarar detta system? -antal lgh 2 injusterat tryckfall över don Exempel 6 lgh och 100Pa = =3600 Pa 15

16 24) Gränsfall för spridning av brandgaser 16

17 24) Gränsfall för spridning av brandgaser Då behövs följande parametrar vara kända: att kanalsystemet är dimensionerat att fläktens karakteristik (fläktkurva) är given att brandrummets läckagenivå är fixerad, flöde och tryckfall enligt BBR att frånluftsdon är fixerat till flöde och tryckfall att uteluftsdon är fixerat till flöde och tryckfall 17

18 24) Beräkning av gränsfall F Överslagsberäkning Alexander metoden Manuell beräkning (Lars Jensen) PFS Datoriserad beräkning (Lars Jensen) 18

19 24) Beräkning av gränsfall VISA PFS BERÄKNING F-System 19

20 24) Beräkning av gränsfall FT Eftersom branden har gett ett något förhöjt tryck i brandrummet vid gränsfall så är frånluftsflödet i gränsfallet högre än normalt frånluftsflöde. q bt = 0 och q bf = q bi (m 3 /s) q bt är tilluftsflöde för gränsfall q bf är frånluftsflöde vid brand- vid gränsfallet betecknat q bi 20

21 24) Beräkning av gränsfall FT För gränsfallet gäller: Brandflöde = q bi + q bl (q bt = 0) (m 3 /s) q bl är läckage genom sprickor och springor vid brandtryck gränsfall 21

22 24) Beräkning av gränsfall FT Gränsfallets brandflöde kan uppskattas utifrån följande uppgifter och med antagande av kvadratiska tryckfall. q n m 3 /s normalt ventilationsflöde p t Pa tryckfall för tilluftsdon + tilluftens anslutningskanal fram till anslutningspunkt p f Pa tryckfall för frånluftsdon + frånluftens anslutningskanal fram till anslutningspunkt q l m3/s läckflöde vid läcktryckfall p l (norm läckage) p l Pa läcktryckfall vid läckflöde q l q bi m3/s kanalbrandflöde vid gränsfall q bl m3/s läckbrandflöde ρ n kg/m3 densitet normal temp ρ b kg/m3 densitet brandgastemperatur 22

23 24) Beräkning av gränsfall Kanalbrandflödet i frånluftens anslutningskanal kan beräknas med antagande att trycket i de två anslutningspunkter där tilluft och frånluft ansluter i respektive kanalsystem inte ändras. Kanalbrandflödet ges av q bi = (ρ n /ρ b ) 0,5 q n (1 + p t / p f ) 0,5 (m 3 /s) Om tryckfallen är lika i T- och F-systemen blir kanalbrandflödet en faktor 2 0,5 = 1,4 gånger det normala ventilationsflödet 23

24 24) Beräkning av gränsfall Ovanstående beräknade kanalbrandflöde kan utökas med läckflödet som alltid finns i normala byggnader. q bl = (ρ n / ρ b ) 0,5 q l ( p t / p l ) 0,5 (m 3 /s) Bestämning av q l se avsnitt Gränsfallets brandflöde blir q b = q bfg + q bl (m 3 /s) 24

25 24) Kvantifiering av brandgasspridning Som påpekat tidigare är skyddsnivå avsevärt försvåra inte kvantifierad i BBR 5:653. Det avsedda syftet med nivån kan vara att den brandgasspridning, som kan ske inom ramen för avsevärt försvåra, inte skadar människor som vistas i av brand opåverkad brandcell. 25

26 24) Funktionskrav brandgasspridning Lars Jensens nya dimensioneringsmetodik avser spridning mellan rumsvolymer som inte är underindelade i skilda rum, det kan vara t.ex. mellan en-volymsbrandceller eller mellan avskilda rum inom en större brandcell. 26

27 24) Funktionskrav brandgasspridning Metodiken öppnar alltså för att påvisa skäl för och ge förutsättningar för att åstadkomma en högre ambitionsnivå än enligt BBR inte bara mellan brandceller utan även mellan rum inom brandcell om detta kan anses befogat. 27

28 24) Funktionskrav brandgasspridning Varför? Om man betraktar två flerrumsbrandceller med säg 10 rum i varje, så kan man sannolikt räkna hem att spridningen av CO mellan brandcellerna inte ger farliga doser. Men inom den branddrabbade brandcellen kan spridningen mellan rum orsaka dödliga skador! 28

29 24) Kortvarig spridning Det innebär att föroreningsnivån med antagande att ventilationssystemet fungerar med fullständig omblandning kan beräknas som c s = V c / V s (ppm) c s = föroreningsnivå i spridd föroreningsvolym V c = spridd föroreningsvolym m 3 V s = mottagande volym m 3 29

30 24) Kortvarig spridning Med förutsättning att c s är startvärde kan föroreningsnivån C(t) beräknas för den mottagande lokalen med volymen V s och ventilationsflödet q s m 3 /s genom ren avklingning med antagande om fullständig omblandning på formen C(t) = c s e t/t (ppm) t är exponeringstiden och T är ventilationens luftomsättningstid. T = V s / q s (s) 30

31 24) Föroreningsdosen C(t) Föroreningsdosen C(t) från starten upp till tiden t kan beräknas genom integration av föroreningsnivån enligt uttrycket ovan vilket blir C(t) = C s (1 e t/t ) C s = c s T (ppms) (ppms) 31

32 24) Beräkning av spridning från brandrum i FT-system s t = A t / (A t + A f + A i + A y ) ( ) s t är spridningsandel till tilluft A t är effektiv öppningsarea för tilluftsdon A f är effektiv öppningsarea för frånluftsdon A i är effektiv öppningsarea för läckage innerväggar A y är effektiv öppningsarea för läckage ytterväggar 32

33 24) Beräkning av spridning från brandrum i FT-system Hur stor del av brandrummets volym som sprids bestäms av den normala temperaturen före branden T n, den lägsta temperatur vid vilken spridning startar T s och den högsta temperatur T b som brandrummet uppnår innan brandförloppet avtar. Spridningsandelen för (brandrums) volymen anges med parametern s V som är ett dimensionslöst tal mellan 0 och 1. 33

34 24) Beräkning av spridning från brandrum i FT-system 34

35 24) Beräkning av spridning från brandrum i FT-system Med kännedom om parametrarna s t och s V samt brandrumsvolymen V kan den brandgasvolym som sprids till tilluftssystemet efter avsvalning till normal temperatur anges som produkten s t s V V (m 3 ) med föroreningsnivån c ppm erhålls s t s V V c(m 3 ) förorenad spridningsvolym. 35

36 24) Exponeringsandel s e Exponeringstiden t är ställd i relation till luftomsättningstiden T. Vid spridningsberäkningar som redovisas nedan anses exponeringstiden t vara obegränsad och normalvärdet för s e vid beräkningar sätts till 1, jfr figur nedan 36

37 24) Exponeringsandel s e 37

38 24) Grundekvation för doskravet - FT Doskravet kan skrivas som följer där föroreningens mätsort, c, har satts till ppm, uttryckt som decimalbråk. C k > C s = s e s t s V V c/ q s (ppms) C k högsta tillåtna föroreningsdos ppms (ppmsekunder) C s spridd föroreningsdos ppms s e exponeringsandel, dimensionslös s t spridningsandel till tilluft, dimensionslös s V spridningsandel för brandrumsvolym V, dimensionslös V brandrumsvolym, m 3 c medelföroreningsnivå i spridda brandgaser, uttryckt som decimalbråk ppm q s tilluftsflöde spridningsutsatt rum, m 3 /s 38

39 24) Grundekvation för nivå kravet - FT Nivå kravet kan skrivas som följer c k > c s = s s s t s V V c / V s (ppm) c k högsta tillåtna föroreningsnivå ppm (ppm) c s beräknad föroreningsnivå efter spridning ppm s s V s nivåreduktion mht spridningstid mottagande volym 39

40 24) Sikt Brandgasfyllnad i brandrummet sker i regel mycket snabbt och förekomsten av sotpariklar i brandgasskiktet är ofta så hög att sikten blir mycket nedsatt eller tom obefintlig. Detta påverkar självklart utrymningssäkerheten. Från brandrummet kan sotspridning ske via ventilationssystemet, t.ex. via tilluftskanal i ett FTsystem. Sotkoncentrationen i det mottagande rummet får inte bli högre än att siktsträckan är minst 10 m, i välbekant miljö 5 m (BBR 5:361). 40

41 24) Sikt Vid anläggningar där frånluftsfläkt förutsätts vara i drift i en brandsituation måste hänsyn tas till sotalstring i brandrummet. Förekomst av filter i luftströmmen till fläkten kan äventyra fläktens kapacitet att transportera bort inträngande brandgaser om filtret sätts igen. 41

42 24) Sikt Siktsträckan l s (m) är omvänt proportionell mot sothalten c s (kg/m 3 ) En sothalt på0,3 g/m 3 ger en siktsträcka på 1 m. En siktsträcka på 10 m innebär att sothalten är 0,03 g/m 3 en halverad siktsträcka på 5 m fås för en fördubblad sothalt på 0,06 g/m3. 42

43 24) Igensättning av filter Om ett ventilationssystem är utrustat med filter rekommenderas i första hand att utföra en bypass som aktiveras i samband med brand Överslagsberäkning görs 43

44 24) Igensättning av filter En brandcell med arean 15 m 2 kan schablonmässigt antas innehålla ca 10 g/m 3 sot inom rummet. Med ett ventilationsflöde om ca 15 l/s i 60 min erhålls en sotmängd ca 0,9 kg. För area 50 m 2 antas 9 g/m 3, flöde 100 l/s vilket ger en sotmängd på 60 min ca 3,2 kg. För area 100 m 2 antas 8 g/m 3, flöde 500 l/s vilket ger en sotmängd på 60 min ca 14,4 kg. 44

45 24) Spridningsfall flerrumsbrandceller OM q b < 2q n föreligger ingen risk för spridning MEN stora brandceller ger stort q b. Varför det är stor sannolikhet att q b > 2q n vilket ger risk för spridning av brandgaser. 45

46 24) Spridningsfall flerrumsbrandceller OM q b < 2q n föreligger ingen risk för spridning. Små rum i stora brandceller ger mindre q b. Varför det är stor sannolikhet att q b < 2q n vilket ger liten risk för spridning av brandgaser. 46

47 24) Spridningsfall flerrumsbrandceller OM q b < q n + q l föreligger ingen risk för spridning MEN stora brandceller ger stort q b. Varför det är stor sannolikhet att q b > q n vilket ger risk för spridning av brandgaser. 47

48 24) Spridningsfall flerrumsbrandceller OM q b < q n + q l föreligger ingen risk för spridning. Små rum i stora brandceller ger mindre q b. Varför det är stor sannolikhet att q b < q n vilket ger liten risk för spridning av brandgaser. 48