Ny kunskapsöversikt om brandsäkerhet i träbyggnader

12 augusti 2021   Under de senaste decennierna har utveckling av nya konstruerade trävaror förändrat vad och hur vi kan bygga med trä och byggandet av stora trähus har verkligen tagit fart. Men trä är fortfarande ett brännbart material, vilket kräver särskild hänsyn vid utformningen av brandsäkerheten i byggnader. Detta gäller särskilt högre eller större byggnader som förväntas ha ett brandskydd som säkerställer att en brand stannar inom en brandcell och att byggnaden inte kollapsar. Även om BBR numera är materialneutralt så är branden inte det.

TEXT: Carl Pettersson och Mattias Delin

Det finns mycket bra kunskap om hur man ska hantera brandsäkerheten när man bygger i trä och Brandforsk har under 2019-2020 arbetat fram en översikt för att göra den befintliga kunskapen mer tillgänglig men också för att se vilken kunskap som saknas. Forskning och utveckling inom träbyggandet pågår för fullt runt om i världen och i Sverige har vi sysslat med det i flera decennier nu. Brandforsk har haft mycket forskning på området vilket bland annat har resulterat i handböcker. Men trots att så mycket görs och publiceras är det mycket kunskap som inte används, och en del kunskapsluckor som missas. Det är bakgrunden till att vi satsade på en sammanställning av den befintliga kunskapen, både för att den ska användas och för att luckorna ska bli lättare att se. Sammanställningen ger övergripande information om viktiga ämnesområden och vägledning till var kunskap finns att hämta, och använda. Vi har i den här artikeln valt att fördjupa oss i några ämnesområden som vi tycker är viktiga att belysa. Mer finns att läsa i rapporten på vår hemsida, som är fritt tillgänglig liksom allt annat vi publicerar.

Designmålen – embryot till byggnaden
En sak som är avgörande för en byggnads brandsäkerhet är förstås vilken målsättning man har när man ska börja projekteringen, designmålet. Det är ett ämne som, trots att det är så viktigt, inte får ett enkelt svar i vår kunskapsöversikt. Designmål kan sättas på många sätt och den naturligt första nivån är att uppfylla myndighetskrav, t.ex. BBR. Utöver det kan beställaren sätta i princip vilka mål som helst, och för brandsäkerheten kan det innebära att byggnaden ska klara av ett fullständigt brandförlopp inom en brandcell (t.ex. en lägenhet) utan att resten av byggnaden tar skada av branden, (för det är inte ett krav enligt BBR). Snart kommer vi förhoppningsvis se designmål som säger att byggnaden ska uppfylla Agenda 2030, och för det krävs betydligt mer än de minimikrav som myndigheter ställer idag. Det finns idag kunskap för att sätta designmålen högre än BBR och lösningar för det kan man hitta via vår kunskapsöversikt. Vad som är ”tillräckligt bra brandsäkerhet” kan vi dock inte uttala oss om via vår kunskapsöversikt. Det är upp till beställaren att fastställa.

När det moderna träbyggandet kom in i dagens byggande så introducerades också några nya fenomen och aspekter. Vi har valt ut några som vi tror kan vara intressanta att fördjupa sig i här.

Delaminering tillför mer bränsle, hindrar självslockning och reducerar konstruktionen
Delaminering (även kallat glue-line integrity failure, char fall off etc.) av träelement vid brandpåverkan kan definieras som när vidhäftningsförmågan hos limmet i limmade träelement tappas och det brandpåverkade träskiktet faller av. Det leder till att det kolskikt som har en låg värmeledningsförmåga, och som bromsar inbränningen i trä, förloras och nytt bränsle till branden blir exponerat. Det har studerats i flera fullskaliga brandexperiment sedan 2010 med rumskonstruktion bestående av KL-trä element. Samma resultat kan fås om skyddande beklädnad utanpå träytor inte har tillräcklig kapacitet att ge ett skydd under ett fullständigt brandförlopp och de förloras innan branden har slocknat.

Trä förkolnar vid en temperatur på ca 300 °C och träytor som inte förkolnat har därmed en lägre temperatur. I de vanligaste limmen som används i träkonstruktionselement, så som KL-trä, har vid experiment visat sig tappa vidhäftningsförmåga i temperaturer runt 90-125 °C. Det ger möjligheten till att det yttersta träskiktet delaminerar när limmet värms upp till dessa temperaturer. Sker detta innan en brand har slocknat kommer ny energi introduceras när träskiktet lossnar och brandens effekt kommer att öka igen. I fullskaliga experiment har det visat sig att i dessa rum når brandeffekten från delamineringen motsvarande en ny övertändning.

Ett normalt brandförlopp i ett mindre rum har en accelererande effektutveckling till dess branden blir fullt utvecklad och antingen blir ventilations- eller bränslekontrollerad, följt av en avsvalningsfas när bränslet börjar ta slut. Det är det brandförlopp som byggreglerna i Sverige (och övriga världen) är baserade på. Återkommande övertändningar av fullt utvecklade bränder, eller avsaknaden av en avsvalning efter en fullt utvecklad brand när nytt bränsle från kontinuerlig delaminering sker, skapar ett annorlunda brandförlopp, se Figur 1. Ett sådant brandförlopp kan ge påfrestningar och påverka de passiva byggnadstekniska brandskyddssystemen (brandcellgränser, tätningar, branddörrar, ventilationssystem, konstruktion m.m.) i en byggnad på ett annat sätt än vad vi är vana vid. Förutom konsekvenser på konstruktioner från en hög och långvarig temperaturpåverkan så reduceras dimensionerna på de brännbara byggnadsdelarna när de brinner.

Åtgärder för att minska problematiken med delaminering kan exempelvis innehålla:

• Obrännbar brandskyddande beklädnad som skyddar under hela brandförloppet så att träkonstruktionen inte blir involverad i branden.
• En automatisk vattensprinkler som reducerar brandförloppet så att träkonstruktionen inte blir involverad i branden. Eventuellt kan det behöva kombineras med viss brandskyddande beklädnad
• Lim i träelement som har kapacitet att klara hög värmepåvekan utan att delaminering sker.

Många vägar för branden att spridas
Brand sprider sig gärna i hålrum innehållande brännbart material. Det moderna träbyggandet innehåller ofta det, oavsett vilken teknik som tillämpas, för att exempelvis tillgodose krav gällande akustik. Det är en aspekt som kräver mycket omsorg i projektering och byggande.

En brand kan sprida sig på många sätt i en byggnad, se Figur 2. Konsekvenserna av brandspridning kan påverka:

• Möjligheten för personer i byggnaden att utrymma.
• Räddningstjänstens möjlighet att få branden under kontroll.
• Konstruktionens möjlighet att stå emot kollaps.
• Egendomsskador utanför den primära brandcellen.

En brännbarkonstruktion som blir involverad i en brand kommer att bidra med energi till branden vilket skapar möjlighet till ökad brandeffekt och längre brandscenarier. Detta kan påverka brandtekniska lösningar som används för att skydda mot brandspridning till närliggande brandceller (t.ex. brandstopp, brandfogar, genomföringar och tätningar). Produkter för att motverka brandspridning runt installationer, genomföringar eller i luftspalter är ofta framtagna för att klara temperaturpåverkan enligt en standardtemperaturkurva under en begränsad tid. Det är inte säkert att alla dessa lösningar är testade för användning i träkonstruktioner. I en träbyggnad kan det medföra ett begränsat skydd, som i kombination med brandpåverkan under ett längre brandförlopp kan leda till en ökad risk för brandspridning. Det är därför viktigt att de produkter som används ger ett skydd som står emot den typ av brandscenarier som byggnaden dimensioneras för. Även rörelserna i trä behöver beaktas när material och metoder för att hindra brandspridning väljs, och därmed finns behov att planera framtida kontroll och underhåll för de delar som kan påverkas.

Hålrum och luftspalter behövs i träbyggnader av hänsyn till fukt och akustik, och ibland monteringsmetod, vilket skapar vägar för brandspridning inuti konstruktionen som riskerar att leda till att branden sprids till andra brandceller. Det finns tyvärr flera exempel på bränder i träbyggnader där brandspridning i hålrum lett till totalskada av byggnaden.

För att minska risken för brandspridning inom byggnader med träkonstruktion bör följande beaktas i relation till designmålen:

• Brandcellsindelning, fukt, akustik och montage bör studeras gemensamt.
• Brandcellsgränser kan behöva anpassas till exempelvis delaminering, spridningsvägar för brand med mera.
• Brandstopp i luftspalter och hålrum behöver anpassas.
• Brännbart fasadmaterial nära fönster, balkonger eller där det finns andra öppningar, kan behöva anpassas.

Träkonstruktioner förlorar bärförmåga vid långa brandscenarier
Med brännbara konstruktioner tillkommer aspekten att konstruktionen kan brinna, till skillnad från de obrännbara konstruktioner som länge byggts. I byggnader med en ökad brandbelastning från exponerat trä kan intensiva och långa brandscenarier medföra att konstruktionen blir påverkad på ett sätt som överstiger påverkan från en standardprovning. Detta kan leda till att avskiljande eller bärande konstruktioner fallerar, dels på grund av värmepåverkan dels på grund av att konstruktionen i sig reduceras om den brinner upp. Detta kan leda till ökad brandspridning, svåra släckmöjligheter för räddningstjänsten och till och med kollaps av byggnaden. Detta är saker som bör beaktas i relation till designmålen.

Ett exempel i litteraturen är en brandprovning av en bärande limträpelare där temperaturmätningar gjordes inuti pelaren. Efter 90 minuters uppvärmning enligt standardtemperaturkurvan för standardisering av brandklass togs pelaren ut ur ugnen och självslocknade. Då (efter 90 minuters standardprovning) hade bärförmågan halverats, vilket var väntat, men efter ytterligare 90 minuter (efter att brandpåverkan avbrutits) visade mätningar att pelaren hade under 13 % av den ursprungliga bärförmågan. Detta visar på att bärförmågan i en träkonstruktion kan fortsätta att reduceras även efter att branden har slocknat. Det pågår i dagsläget flera forskningsprojekt om detta. 

För designmål där det inte accepteras att en brand ger påverkan på avskiljande eller bärande konstruktioner så att branden riskerar att skada mer än begränsade delar av byggnaden bör någon av följande saker beaktas, i den omfattning det motsvarar designmålet:

• Konstruktioner dimensioneras för ett fullständigt brandförlopp samt en fördröjd uppvärmning av träkonstruktionen efter att branden slocknat.
• Skyddsåtgärder ordnas så att branden inte blir fullt utvecklad eller att träkonstruktionen skyddas så att den inte blir involverad i branden.

Räddningstjänstens utmaningar att begränsa konsekvenser av en brand
Byggnader beter sig olika när de brinner. För räddningstjänsten spelar det stor roll att de vet hur en byggnad är byggd för att de ska kunna förstå dess egenskaper vid brand och kunna bedöma sina risker vid en insats. Det har hänt att räddningstjänsten anlänt till brinnande träbyggnad och påbörjat insats i tron om att det är en betongbyggnad och sedan förbryllats av att brandförloppet inte motsvarat vad de förutspådde. Det kan innebära risker för dem och minskar chanserna till framgångsrika insatser.

Räddningstjänstens roll vid en byggnadsbrand är i första hand att rädda människor. Därefter kan de även skydda egendom och miljö. Rökdykning och invändig släckinsats kräver bedömningar av risken i förhållande till nyttan, och en del räddningstjänster har gjort bedömningen att endast livräddning kan anses vara tillräckligt stor nytta för att ta riskerna med rökdykning. Vid riskbedömningen behöver alla de saker vi nämnt ovan beaktas. Om nyttan inte bedöms stå i proportion till riskerna med rökdykning måste skydd av egendom och miljö ske på andra sätt, t.ex. genom utvändigt arbete för att skydda intilliggande bebyggelse. Det släckvatten som används kan ta med sig miljöpåverkande ämnen varför räddningstjänsten behöver värdera även användningen av vatten och nyttan med den. Det kan alltså finnas bränder där räddningstjänsten till följd av olika avvägningar gör valet att inte släcka. Det är en viktig aspekt att beakta när designmålen bestäms för en byggnad. Hur stor får en brandskada bli? I vilken omfattning får det målet bero på räddningstjänstens insats, och i vilken omfattning ska det skyddet byggas in från början? Värt att ta i beaktande är också att släckvattnet riskerar att skada byggnaden. Studier visar på att vattenskadorna i hus som brunnit i många fall varit större om räddningstjänsten släckt branden utan hjälp av sprinkler än när sprinkler funnits i huset.

Metodmässigt finns en del forskning på släckning av bränder i hålrum i träbyggnader men de är huvudsakligen inriktade på verkan av släckmedel i hålrum och hanterar inte hur räddningstjänsten ska arbeta säkert för att få dit släckmedlet.

Några saker att tänka på
Vid projektering och uppförande av träbyggnader kan det vara bra att tänka på ett antal saker. Några av dem har vi fördjupat oss i ovan. Här kommer en liten checklista. Läs gärna mer i vår kunskapsöversikt också:

1. Fastställ designmålen och formulera dem så att de kan följas upp genom hela byggprocessen, och går att vidmakthålla i förvaltningsskedet.   
2. Involvera räddningstjänsten tidigt i er process så att de får kunskap om byggnaden ni planerar och för att de ska kunna ge inspel till projektet.
3. Olika byggnadstyper kan bete sig olika när de brinner. Var noga med hur just er byggnadstyp beter sig, och se inte bara på hur generella regelverk är skrivna.
4. Säkerställ att material och metoder är lämpade för ändamålet.
5. Tänk på att vissa produkter ger särskilda förutsättningar i förvaltningsskedet. Exempelvis medger brandskyddsbehandlat trä inte alltid att användare av byggnaden målar om sina väggar själva, och fasadbehandlingar behöver normalt förnyas efter en viss tid.
6. Kontrollen i byggprocessen behöver anpassas till hur träkonstruktionen uppförs, för att ta hänsyn till produktionsordning och säkerställa korrekta detaljlösningar.
7. Brandsäkerhet under byggtiden ställer särskilda krav eftersom en brand i det skedet kan ge en totalskada. Sträva efter att färdigställa brandskyddet så fort som möjligt vartefter bygget fortgår. 
8. Använd den kunskap som finns.  

Läs rapporten Brandsäkerhet i trähus – Kunskapsöversikt och forskningsbehov här.

Carl Pettersson
Brandingenjör och Civ Ing Riskhantering
RED Fire Engineers Sweden

Mattias Delin
Brandingenjör
Forskningsdirektör, Insamlingsstiftelsen Brandforsk