Dimensionerande bränder i tåg och bussar - Status report - Brandforsk projekt 401-051 Michael Försth Jesper Axelsson SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Brandteknik
2 Sammanfattning Projektets start blev fördröjt men pågår nu för fullt. Projektet beräknas vara avslutat 2008-05-31. Målet med projektet är att förbättra möjligheten att skapa dimensionerande bränder för tåg och bussar under olika brandscenarier. För att uppnå detta mål krävs kunskap om brandegenskaper hos de material som används i fordonen samt en korrekt implementering av dessa materialdata i en beräkningsmodell. När materialdata och implementeringen i en datormodell är på plats kan dimensionerande bränder för olika scenarier bestämmas. För bussar har materialdata undersökts och resultaten har implementerats i en datormodell. För tåg har en beställning av material gjorts för fullskaligt brandförsök i tågkupé, och implementering i en datormodell kommer att göras under kommande vinter. Utveckling av dimensionerande bränder kommer slutligen att ske under våren 2008. 1 Bussbränder 1.1 Status Brandförloppet i bussar har studerats ingående. Brandegenskaper hos material som typiskt används i bussar har undersökts i åtskilliga småskaleförsök och simuleringar av rök- och brandspridning har gjorts, se nedan. Projektet samverkar med ett annat projekt om bussbränder som vi har tillsammans med Vägverket i Sverige och Statens Vegvesen i Norge. Detta gör att vi har haft stora resurser tillgängliga för att göra brandtester med resultat som kan användas till utvecklandet av modeller för dimensionerande bränder, vilket är slutmålet med projektet. 1.2 Exempel på uppnådda resultat Den datormodell som används i projektet heter FDS vilket är en förkortning för Fire Dynamics Simulator. Detta är en modell utvecklad av NIST (National Institute of Standard and Technology) i USA i samarbete med VTT i Finland. Programmet är en fri mjukvara och kan laddas ner från NIST:s hemsida. Figurerserien nedan visar hur brandspridningen simuleras i en buss där ett av de bakre sätena används som tändkälla. Tanken är att ett säte fattar eld, avsiktligt eller oavsiktligt, och att branden sedan sprider sig i bussen. Effekten från brinnande bussäten har mätts i brandförsök och värmeavgivningen uppgår till cirka 250 kw. Det som är mest intressant i beräkningsexemplet nedan är hur viktigt takmaterialet är för brandspridningen. Mätdata från brandförsök på en nålfiltsmatta har använts som materialparametrar för bussens tak. Eftersom busstak oftast inte är helt täckta av nålfiltsmatta har denna distribuerats över takytan så att halva ytan är täckt av nålfilt medan den andra halvan består av obrännbart material. Nålfiltsmattan motsvaras av de mörka ränderna i taket medan de ljusa ränderna motsvara icke brännbart material.
3 Efter 2 min. Flammorna från det brinnande sätet längst bak i bussen har just spritt sig till tak och väggar ovanför det bakre fönstret. Efter 3 min. Branden sprider sig längst taket. Projektionen är gjord uppifrån för att tydligt visa att inga flammor uppkommer i andra delar av bussen.
4 Efter 4 min. Branden sprider sig över hela bakre delen av taket. Inga övriga säten har ännu antänts. Efter 5 min. Flammorna sticker ut från takluckor och dörrar. Nästan hela taket brinner medan endast sätet som är närmast det antändande sätet brinner, inga andra säten brinner. Efter 6 min. Bussen är övertänd. Tak, säten, väggar och golv brinner. Från figurerna ovan är det tydligt att takmaterialet spelar en stor roll i hur snabbt branden sprider sig i bussen. Notera också att endast flammorna har visualiserats. Naturligtvis produceras också stora mängder rök och sot men detta visas inte i figurerna ovan.
5 Detta beräkningsexempel sammanfattar i princip allt arbete som gjorts på bussbränder. För att simulera flamspridning är det nödvändigt att göra brandförsök på alla brännbara material i bussen. Resultaten från dessa försök har sedan implementerats i FDS tillsammans med värmeavgivningen från det brinnande sätet. En stor grad av försiktighet bör iakttas vid analys av resultat från simulering av brandspridning. Detta är ett mycket komplext fenomen och det finns ingen entydig vetenskaplig modell för hur spridningen av branden sker. Resultaten från den genomförda undersökningen av bussmaterials brandegenskaper samt resultat från datorsimuleringarna presenterades vid en internationell konferens i Paris 2007-12-06. SP Brandteknik bjöds in av LNE (Laboratoire national de métrologie et d essais) för att presentera resultaten under deras endagskonferens med temat Application of Fire Safety Engineering (FSE) to Transportation. 1.3 Aktiviteter under 2008 Några ytterligare kontroller av datormodellen skall göras. Bland annat kommer resultatens känslighet för rumsupplösningen i modellen att studeras. Slutligen kommer anvisningar om framtagandet av dimensionerande bränder att skrivas. 2 Tågbränder 2.1 Status Vi samarbetar med Euromaint som renoverar tågvagnar i Luleå. Vi kommer att erhålla material från tåg för att göra såväl stor- som småskaliga tester för att undersöka hur materialen beter sig vid brand. En beställning av material har gjorts och leverans till SP förväntas ske i slutet av januari eller början av februari nästa år. 2.2 Aktiviteter under 2008 Brandförsök kommer att ske under februari och mars. Vi förväntar oss att brandegenskaperna hos inredningsmaterial i tåg är bättre än motsvarande egenskaper hos material i bussar. Detta beror på att olika krav ställs på tåg och bussar. De erhållna resultaten från brandförsöken kommer sedan att användas för att utveckla datormodeller som simulerar brandutveckling i tåg, på samma sätt som redan gjorts för bussar. 3 Dimensionerande bränder Under våren 2008 kommer dimensionerande bränder för olika brandscenarier att bestämmas med hjälp av de materialdata och datormodeller som tagits fram under den första delen av projektet. Projektet kommer nu in i en fas då det blir en fortsättning på det avslutade Brandforsk-projektet 404-011, Design Fires for Enclosures. Erfarenheterna från utvecklandet av dimensionerande rumsbränder kommer att nyttiggöras då dimensionerande bränder för mer komplexa lokaler såsom bussar och tåg skall bestämmas. Projektet beräknas vara avslutat 2008-05-31.
SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut utvecklar och förmedlar teknik för näringslivets utveckling och konkurrenskraft och för säkerhet, hållbar tillväxt och god miljö i samhället. Vi har Sveriges bredaste och mest kvalificerade resurser för teknisk utvärdering, mätteknik, forskning och utveckling. Vår forskning sker i nära samverkan med högskola, universitet och internationella kolleger. Vi är drygt 850 medarbetare som bygger våra tjänster på kompetens, effektivitet, opartiskhet och internationell acceptans. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Box 857, 501 15 BORÅS Telefon: 010-516 50 00, Telefax: 033-13 55 02 E-post: info@sp.se, Internet: www.sp.se www.sp.se Brandteknik