Riskbaserat ventilationsbrandskydd För knappt två tusen år sedan varnade biskop Augustinus för matematiker eftersom det enligt honom fanns en risk att dessa ingått en pakt med djävulen. Syftet med denna pakt var enligt Augustinus att förmörka människans själ och försegla människan i helvetets bojor. I trots mot Augustinus tydliga varningar utvecklades en matematisk analysmetod för att verifiera ett alternativt utformat ventilationsbrandskydd vid projektering av ett flerfamiljshus. Genom att kombinera olika analysmetoder som används inom brandteknisk projektering i en övergripande analys var det möjligt att motivera avsteg från de allmänna råden i de funktionsbaserade svenska byggreglerna. Eftersom metoden är generell finns det möjlighet att anpassa analysen till olika brandtekniska frågeställningar. Enligt Boverkets byggregler (BBR) ska det säkerställas att spridning av brand och brandgaser förhindras mellan olika lägenheter i ett flerfamiljshus. Skyddet ska motsvara brandteknisk klass EI 60. Detta ställer bland annat krav på en korrekt utförd brandcellsindelning, vilket även inkluderar ett brandtekniskt skydd av byggnadens ventilationssystem. Enligt Boverkets allmänna råd kan skydd av ventilationssystem erhållas genom att utforma byggnaden med separata kanaler till samtliga brandceller, speciella tryckavlastande anordningar, brandgasspjäll eller genom att tillåta brandgaser att komma in i ventilationssystemet, men att utforma systemet så att ingen spridning av brand-
Artikelförfattare är Björn Yndemark, brandingenjör, och David Tonegran, brandingenjör/civilingenjör inom riskhantering, Tyréns AB, Malmö.
46
gas kan ske trots att brandgaser tar sig in i systemet. Ett vanligt och allmänt accepterat sätt att lösa det sistnämnda alternativet för ett till- och frånluftssystem är att konvertera tilluften till frånluft i brandfallet. Syftet med detta är att ventilera ut brandgaser genom såväl till- samt frånluftskanaler. Detta görs genom att dimensionera kapaciteten på fläktarna analytiskt. Vid projekteringen av ett större flerfamiljshus bedömdes att en praktiskt genomförbar brandteknisk lösning för att skydda ventilationssystemet var att installera backspjäll i byggnadens tilluftskanaler. Dessa spjäll stängs om riktningen på luftflödet i kanalen ändras, fördelen med detta är att spjällen inte kräver motor samt reglering via rökdetektorer. Vid tidpunkten för analysen användes främst motorstyrda spjäll i detta syfte eftersom det fanns farhågor kring backspjällens täthet, temperaturtålighet samt tillförlitlighet. Vid analystillfället fanns heller inte brandklassade backspjäll. Eftersom den föreslagna lösningen inte var allmänt accepterad ställdes särskilda krav på att lösningen skulle verifieras.
Metod
Enligt BBR 5:11 får brandskyddet i en byggnad utformas på annat sätt än vad som anges i avsnitt 5 i BBR ”om det i särskild utredning visas att byggnadens totala brandskydd därigenom inte blir sämre än om samtliga aktuella krav i avsnittet uppfyllts”. För att verifiera lösningen med backspjäll genomfördes därför en riskbaserad brandteknisk analys som jämförde den relativa risknivån i den aktuella byggnaden (med backspjäll) med risknivån i en teoretisk referensbyggnad som utformats enligt den allmänt accepterade lösningen med konverterad tilluft i brandfallet. Med risknivå avses i denna analys en sammanvägning av sannolikheten för olika händelser vid en brand samt konsekvensen med avseende på exponerade personers hälsa vid respektive händelse. Analysen och risknivåerna konkretiserades närmare i följande tre jämförande frågeställningar: ● Jämföra eventuella skillnader med avseende på liv och hälsa för personer som inte lämnar sin lägenhet under de inledande 60 minuterna av en brand. I analysen tas särskild hänsyn till fallerande aktiva system såsom sprinkler. ● Jämföra eventuella skillnader med avseende på liv och hälsa för den lägenhet med högst risknivå under förutsättning att
samtliga aktiva system fungerar. Detta scenario representerar det mest sannolika scenariot. ● Jämföra eventuella skillnader med avseende på utrymningssäkerhet för personer som påbörjar en utrymning när byggnadens automatiska utrymningslarm aktiverar. Analysen bedömer särskilt siktbarhet och toxicitet vid en utrymning. För att besvara dessa frågor på ett logiskt strukturerat sätt skapades en teoretisk analysmodell som redovisas i figur 1. I denna artikel fokuseras främst på den första frågeställningen ovan, men analysmodellen tillämpades på samtliga frågeställningar. Eftersom det fanns oklarheter kring backspjällens funktion vid höga temperaturer och tryck genomfördes även ett antal fullskaleförsök som en del av analysen. Dessa försök diskuteras även i denna artikel.
Steg 1. Spridningsmodell
Det första steget i analysen är att bedöma hur mycket brandgaser som kan spridas via ventilationssystemet i respektive byggnad. Beräkningarna baseras på antagandet att flödet av brandgaser som skapas vid en brand kan delas upp i tre typer av läckage; spridning via tilluftskanaler, spridning via frånluftskanaler samt spridning via otätheter i byggnadens klimatskal. Flödet av brandgaser bedöms genom att beräkna maximala brandflöden i respektive brandrum (uttryckt i enheten m3/s) med hjälp av beräkningsprogrammet PFS (Program Flow Software) utvecklat av Jenssen [1] samt ekvation (1), hämtad från Backvik [2]. Som framgår av ekvationen är det maximala brandflödet en funktion av brandtillväxthastighet samt lägenhetsvolym. Ekvation (1) beräknades därför för samtliga lägenhetstyper och allmänt vedertagna brandtillväxthastigheter (slow, medium, fast, ultrafast). qf = 0,28 • V 0,53 • α 0,43
(1)
där qf = brandflöde (m3/s) V = volym på lägenhet (m3) α = brandtillväxthastighet (kW/s2) Med kunskap om maximala brandflöden konverteras respektive brandflöde till tidsberoende spridningskurvor genom att koppla det maximala brandflödet till kurvor som beskriver effektutveckling som en funktion av tid. Detta görs med hjälp av ekvationerna (2) och (3). Ekvation (3) baseras på en regressionsanalys av tillgängliga data som återfinns i Backvik [2]. Bygg & teknik 6/09