Så bestäms antändning och brandtillväxt

20 maj 2015 Bränder innebär återkommande problematik när det gäller dimensionering och utvärdering av brandmotstånd och beteende vid brand. Antändning och brandtillväxt ett eget problemområde, avsett materialslag i stommen, då bränder vanligtvis initialt inte berör stommen, utan uppstår i kompletterande byggnadsdelar, detaljer och materialslag.  Brandförlopp skiljer sig åt, på grund av mångfalden av inverkande parametrar, men standarder och referensscenarion för bedömning finns. Läs hela artikeln här som pdf.

Text: Robert Jansson och Björn Sundström, SP Fire Research

Inledning

I den tidigare publicerade artikeln ”Så bestäms brandmotståndet”, publicerad i Husbyggaren nr 1 2014 , beskrivs hur byggnaders och byggnadsdelars brandmotstånd bestäms. En byggnadsdels brandmotstånd anger under hur lång tid den kan bära en last eller stänga inne en övertänd brand och därigenom hindra den från att spridas till ytterligare utrymmen i byggnaden. Bäst är dock att en brand inte uppstår och i de fall den gör det inte går till övertändning. Det finns europeiska standarder och brandklasser som anger en produkts antändlighet och benägenhet att medverka till övertändning. Produktegenskaperna sammanfattas under begreppet ”reaction to fire” och önskvärda egenskaper regleras i våra byggregler.

Bakgrund

Många av de produkter och material som används vid husbyggande är brännbara. Likaså fyller vi våra hus med många olika sorters brännbara nyttiga ting. Då en brand initierats och går till övertändning utgör den en betydande risk för personer i närheten. Den kan sprida sig till andra delar av byggnaden som kan brinna ner till fullo. Förenklat sett kan man säga att övertändning sker när den initiala lokala branden övergår till att involvera hela rummet.  Detta sker primärt genom att brandeffekten ökat så mycket att strålningen från rökgaslagret under taket tänder allt brännbart i rummet. Rumsbranden blir då ventilationskontrollerad dvs. brandeffekten styrs till stora delar av tillgången på syre. Ofta följs det här av att fönster går sönder och de heta brännbara gaserna kommer ut i frisk luft. De brinner då och vi ser de karaktäristiska stora lågorna från en fullt utvecklad brand som slår ut ur byggnadens öppningar.  I figur 1 visas ett exempel på en brand som går till övertändning samt en brand som självdör utan att utvecklas till en övertänd brand.

Figur 1. Om en liten lokal brand i ett rum växer till sig kan den komma in i en mycket snabb tillväxtfas som leder till övertändning av hela rummet.

Rumsbränders utveckling styrs av det brännbara innehållet; hur lätt den kan antända, flamspridningens hastighet över stora ytor och den avgivna värmeeffekten per ytenhet. Under åren har det utvecklats en hel del olika provningsmetoder med syfte att bestämma viktiga nyckelparametrar som leder till brandtillväxt. Redan 1902 utvecklades det en provmetod i USA för att kvantifiera brandegenskaperna hos flamskyddsbehandlat trä och några år senare började man efter ett antal teaterbränder med tragisk utgång att testa brandegenskaperna hos tyg som fanns i draperier. Men det var först på 30- och 40-talen som det utvecklades mer generella, dock ganska grovhuggna testmetoder, för att karakterisera antändning och brandspridning. Nu har vi ett mer genomtänkt europeiskt system för att testa och kvalificera brännbara material och produkter.

Olika ytskikt i rummet kan avgöra om vi får en snabb övertändning inom loppet av minuter eller om en liten initial brand inte sprider sig. Detta illustreras i filmen ”The Room Fire”, vilken tagits fram av SP Fire Research, där vi visar övertändningsförlopp för olika ytskikt. Samtidigt förklarar vi det europeiska klassifikationssystem som vi använder i Sverige och som SP i samarbete med en rad andra länder har skapat.

Övertändning av ett standardrum är referensscenario för klassifikation av ytskikt

I figur 2 visas den generella principen för det europeiska klassifikationssystemet för ytskiktsmaterial. Referensscenariot man valt är en brand i ett rum med dimensionerna 3,6 x 2,4 x 2,4 m försett med en dörröppning. Rummet, det så kallade ”Room Corner” rummet, finns beskrivet i detalj i standarden EN 14390. Standarden representerar ett mindre rum i en bostad vilket är ett tufft scenario när det gäller brandtillväxt och visar hur lätt ett rum kan gå till övertändning. Under provningen påverkas ytskiktet av en brännare i det ena inre hörnet. De första 10 minuterna är effekten på brännaren 100 kW vilket följs av en 10 minuter lång fas med effekten 300 kW. Effekten 300 kW är ungefär en tredjedel av vad som behövs för att branden skall bli övertänd. Då övertändning inträffar sker det alltså på grund av att branden har spridit sig i testmaterialet som väggar och tak är inklädda med.  I figur 3 ses ett exempel på hur ett test i Room Corner-rummet går till övertändning.

Figur 2. I det europeiska systemet har man valt ett referensscenario. Detta referensscenario är Room Corner-rummet EN 14390. Klassifikation av produkten sker sedan enligt europeiska provningsmetoder i mindre skala.

Figur 3. Övertändning i ett Room Corner-test.

Room Corner-testet är referensscenario för det Europeiska systemet för brand i ytskikt invändigt i byggnader. Testet är inte avsett för fasader. För fasader använder vi i Sverige ett fullskaleförsök då man bygger upp en hel fasad som utsätts för en kraftig brand enligt metoden SP Brand 105.

Baserat på ytskiktsmaterials värmeutvecklingsegenskaper delas ytskikt in i sju olika klasser, A1, A2, B, C, D, E och F. Den bästa klassen är A1 då ytskiktsmaterialet inte alls bidrar till brandspridningen sedan blir materialet sämre och sämre ju lägre klass det har. Mer information finns i tabell 1.

Tabell 1: Euroklasser för ytskikt. Klass s och d betecknar kompletterande rök respektive droppegenskaper. Notera att klass F är ett ej testat material!

Euroklass, BBR	Gamla svenska klasser	Provning i full skala (Room Corner)	Exempel
A1	Obrännbart	Ej övertänding med antändningskälla 300 kW	Mineralull med låg bindemedelshalt
A2-s1, d0	Obrännbart	Ej övertänding med antändningskälla 300 kW	Gipsskiva av speciell kvalitet
B-s1,d0	Klass I	Ej övertänding med antändningskälla 300 kW	Färg på ordinär gipsskiva
C-s2,d0	Klass II	Ej övertänding med antändningskälla 100 kW	Papperstapet på gipsskiva
D-s2, d0	Klass III	Ej övertänding de första två minuterna med antändningskälla 100 kW	Vanligt trä
E	Ej godkänt ytskikt	Övertändning inom 2 minuter med antändningskälla 100 kW.
F	Ej testat	Ej testat	Ej testat

Klasserna A1, A2 och B ger ej övertändning men skiljer sig åt genom den mängd energi som den klassade produkten kan avge. Klassen A1 är därvid närmast att jämföra med betong, sten och dylikt.

Tester i reducerad skala

Så som illustreras i figur 2 används provningsmetoder i reducerad skala för att klassificera produkter. I den så kallade ”Single Buring Item” (SBI) , EN 13823, mäter man värmeeffekten från en produkt. Vid detta test bygger man ett hörn av testmaterialet som i nederkant påverkas av en gasbrännare på 30 kW. Hörnet man bygger består av två skivor av materialet, en med dimensionerna 1 x 1,5 m och en med dimensionerna 0,49 x 1,5 m. Provet pågår i 21 minuter då man kontinuerligt mäter värmeeffekten som alstras från materialet samt rökproduktionen.

Genom att utvärdera resultaten från SBI testerna, se figur 4, kan man med parametern FIGRA (FIre GRowth RAte) klassificera produkten i en ytskiktsklass. Denna klass korrelerar då till resultaten med samma ytskikt i referensrumsbranden. Parametern FIGRA får ett större värde ju större branden är och ju snabbare den växer och korrelerar till brandtillväxten i rumsbranden.

Figur 4. Den uppmätta effektutvecklingen i SBI testet är den röda kurvan. Brandtillväxten utvärderas med parametern FIGRA som är den linje med högst lutning som tangerar effektutvecklingskurvan. FIGRAvärdet som fås fram här är i sin tur spårbart till resultat i referensscenariot i Room Corner-test.

Riktiga bränder är inte standardiserade. När man testar produkters känslighet för brandtillväxt har man bestämt sig för referensscenarier som alla produkter testas mot. Provningsmetoderna både när det gäller ”reaction to fire” och brandmotstånd är utformade för att innehålla relevanta fenomen. Riktiga bränder ser sällan ut som i de idealiserade förhållandena vid provningsmetoderna men med detta system kan beslutsfattare sätta relevanta kravnivåer som leder till ett säkrare samhälle.

Läs hela artikeln här som pdf.