FORFATTER(E) Kristen Opstad OPPDRAGSGIVER(E) Statens vegvesen, veglaboratoriet GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG

Transkript

1 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Bygg og miljøteknikk Norges branntekniske laboratorium Brannteknisk prøving og dokumentasjon av vann- og frostsikringsmaterialer i vegtunneler Postadresse: 7034 Trondheim Besøksadresse: Tiller bru, Tiller Telefon: Telefaks: Foretaksregisteret: NO MVA FORFATTER(E) Kristen Opstad OPPDRAGSGIVER(E) Statens vegvesen, veglaboratoriet RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF22 A98839 Åpen Kjell Inge Davik GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) i:\pro\846158\rapport_stf22_a98839 Kristen Opstad Petter Aune ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) Kjell Schmidt Pedersen, Direktør SAMMENDRAG Denne vurderingen omhandler tiltak for å redusere eventuell eskalering av brann i kjøretøy til eventuell brennbar innvendig kledning i en tunnel. Dette innbefatter også byggetekniske innredninger som har til hensikt å beskytte underliggende brennbart materiale. Dette for å bestemme personsikkerheten for de som befinner seg i tunneler under brann. Metoder beskrevet i denne rapporten innefatter ikke sikkerhetsvurdering mht. bærevene og integritet av konstruksjoner. For dette formål kan etablerte normer fra byggeforskrifter eller eventuelt regelverk fra petroleumsindustrien benyttes. Prosjektet foreslår bl.a. å bestemme beskyttelsesnivå (BN) basert på beregning av ulykkespotensiale (U P ). Tre nivåer er foreslått, som faller godt sammen med Statens Vegvesen sine tunnelklasser. Branntekniske krav til utforming av selve tunnelkonstruksjon bestemmes på grunnlag av det gitte beskyttelsesnivå. Ved direkte bruk av brennbare overflater foreslås å benytte eksisterende testmetoder for å dokumentere brannsikkerhet av disse. For løsninger som beskytter brennbart materiale med ubrennbart materiale (og/eller begrenset brennbare materialer), er det foreslått å etablere en ny test metode. Kriterier til selve prøvingsresultatene er ennå ikke foreslått, og det bør ses i sammenheng med prøving av virkelige produkt. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Sikkerhet Safety GRUPPE 2 Brann Fire EGENVALGTE Tunnel Tunnel Vann og frostsikringsmaterialer Water and frost protection materials Prøvingsmetoder Test methods

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. BRANNTEKNISK PRØVING OG DOKUMENTASJON AV VANN- OG FROSTSIKRINGSMATERIALER I VEGTUNNELER Bakgrunn Målsetting MODELL FOR Å KUNNE BEREGNE BESKYTTELSESNIVÅER (BN) BRANNTEKNISK PRØVING Generelt Produkter som ikke er brennbare Generelt om ubrennbare produkter ISO 1182:1990: prøving av ubrennbarhet Brennbare produkter brukt som overflater Generelt om brennbare overflater Brann i rom ISO 9705:1993(E) ISO :1993: Prøving i konkalorimeteret PRODUKTERS EVNE TIL Å BESKYTTE UNDERLIGGENDE BRENNBART MATERIALE Prøvingsmetode for å teste beskyttet brennbart materiale Instrumentering REFERANSER APPENDIX...17

3 3 1. BRANNTEKNISK PRØVING OG DOKUMENTASJON AV VANN- OG FROSTSIKRINGSMATERIALER I VEGTUNNELER 1.1 Bakgrunn Med bakgrunn i bruk av brennbare vann- og frostsikringsmaterialer for tunneler, er det behov for å komme fram til felles metode/standard for å dokumentere brannsikkerheten. SINTEF Bygg og miljøteknikk, Norges branntekniske laboratorium (NBL) er bedt om å komme med et forslag til hvordan nødvendig sikkerhetsnivå i tunneler kan fastsettes. Dette gis ved identifikasjon av faktorer som er viktige ved gruppering i ulike beskyttelsesnivåer. Denne rapporten gir også en oversikt over de branntekniske prøvingsmetoder som er tilgjengelige for å dokumentere at de branntekniske kravene til sikkerhetsnivået blir overholdt, når vann- og frostsikringsmaterialer anvendes. Der det ikke finnes relevante prøvingsmetoder, er det foreslått mulige måter å prøve produktene på. Bakgrunnen for denne rapporten er ønsket om å komme fram til enhetlige bedømmelseskriterier for brannteknisk dokumentasjon av tekniske løsninger for vann- og frostsikring. Dette dokumentet begrenser seg til å omhandle installasjon av faste brennbare produkter som innvendig kledning i tunneler. 1.2 Målsetting Hensikten med prosjektet er å identifisere ulike beskyttelsesnivåer for veitunneler, og hvordan det bør dokumenteres at materialer til vann- og frostsikring vil tilfredsstille de branntekniske kravene gitt i henhold til ulykkespotensiale.

4 4 2. MODELL FOR Å KUNNE BEREGNE BESKYTTELSESNIVÅER (BN) Beskyttelsesnivåene (BN) har til hensikt å dokumentere og å kontrollere/redusere eventuell eskalering av brann i kjøretøy til eventuell brennbar innvendig kledning i vegtunneler. Dette innbefatter også byggetekniske innredninger som har til hensikt å beskytte underliggende brennbart materiale. En eventuell eskalering av en brann vil være med på å øke risikoen for branneksponering av eventuelle andre trafikkanter i en tunnel. Risikoen vil øke med ÅDT (Årsdøgntrafikk), tunnellengde, stigningsgrad og om en tunnel er enveis eller toveis trafikkert. Samtidig vil risikoen for faretruende eksponering gå ned med størrelse på tunneltverrsnitt og ventilasjonsgraden i en tunnel. Ulik risiko for branneksponering av trafikanter i ulike tunneler, kan også gjenspeiles i forskjellige branntekniske krav til innvendige kledninger ved hjelp av faktorene gitt ovenfor. Normalt vil det ikke være mulig å beskytte seg mot alle typer hendelser, det vil dermed være nødvendig å definere en akseptabel risiko. Dimensjonering av passive brannsikringstiltak tar ikke høyde for å kunne motstå og å sikre alle som måtte være i en tunnel, der det oppstår brann i større kjøretøy. En hver brann i et større kjøretøy vil være en reell trusel mot alle som måtte befinne seg i en tunnel, og utfallet vil variere fra brann til brann. Dette fordi den mengde brennbart materiale som bringes inn ved kjøretøy, og eventuelt last, er i seg selv en trusel i tilfelle brann. Det samme vil gjelde i tilfelle noen blir fastklemt i et kjøretøy etter en ulykke og bilen tar fyr. I slike tilfeller vil brannen være en reell trussel for alle som ikke kan komme seg bort fra et brennende kjøretøy. Dette gjelder generelt, og er ikke spesielt for tunneler. I dette arbeidet forutsettes at tunneler ønskes utformet slik, at ved en eventuelt brann i et vanlig kjøretøy (personbil) ikke skal eskalere til å bli en brann som kan true atmosfæren i en tunnel, og dermed representere en vesentlig fare for andre trafikanter. Spesielt ønskes det å unngå at en slik brann sprer seg til brennbare konstruksjonsdeler i selve tunnelen og dermed medføre en trussel for andre trafikanter. Det er derfor lagt vekt på å finne fram til rimelige krav til brennbare tunnelkledninger og eventuelt beskyttelse av brennbar isolasjon benyttet i tunnelvelvingen, avhengig av trafikktetthet og tunnelutforming. For korte tunneler med lav ÅDT og lav største timetrafikk, er sannsynligheten for at flere biler oppholder seg i tunnelen samtidig lav. Hvis man kan anta at det er minimale sjanser for kødannelse, kan man tillate noe bruk av brennbart materiale, hvis man sikrer at bidraget til varmeutviklingen er begrenset i tilfelle en bilbrann. Ved å beregne en ulykkespotensiale (U P ), kan man bestemme et hensiktsmessig beskyttelsesnivå (BN). Beskyttelsesnivået (BN) vil være bestemmende for hvilke krav som stilles til vann og frostsikringsmaterialer, og beskyttelse av den. Hvis man setter krav til selve tunnelkonstruksjonen, slik at bidraget til varme og røykutvikling i tilfelle brann blir minimalt, blir hovedeksponeringen røyk og giftige gasser til personell som befinner seg i tunnelen under en eventuell ulykke. Generell eksponering av røyk og giftighet, ved gitt brannstørrelse, er sterkt avhengig av tunnelventilasjon og tunneltverrsnitt. Ut fra dette kan man bestemme beskyttelsesnivåer ved å benytte risiko for eksponering og eksponeringsmengde

5 5 delt på konsekvensreduserende tiltak. Dette kan uttrykkes matematisk som ulykkespotensiale (U P ) som er bygd opp slik at den øker proporsjonalt med risikoen: U p k ÅDT L S f ( qkjøret. qkonst. ) A ( u v) n der: U P - Ulykkespotensiale k - Konstant (justeringsfaktor) settes lik 1/250 ÅDT - Årsdøgntrafikk- [Antall/døgn] L - Tunnellengde [km] q kjøret. - Varemeutvikling i kjøretøy (dimensjonerende brann) [MW] q konst. - Bidrag til varmeutvikling fra tunnelkonstruksjon [MW] A - Tunneltverrsnitt [m 2 ] u - Naturlig trekk indusert luftstrøm i tunnel [m/s] = 1 v - Ventilasjons indusert luft hastighet i tunnel [m/s] n - Antall tunnelløp S f - Stigningsfaktor (se nedenfor) Typiske verdier for u og verdien for k er gitt i notasjonen ovenfor. (Hvis det antas at indusert ventilasjon er omlag 1 m/s (u=1m/s), kan ligningen for U p ovenfor forenkles). Stigningsfaktor uttrykker økt risiko for antennelse ved at antennelsessannsynligheten i kjøretøy øker med belastning og varmegang i motor og drivverk. Dette kan uttrykkes ved hjelp av stigningsgrad og stigningslengde. Ullykkespotensiale justeres i forhold til statistiske data /Amundsen/. Dette gir følgende uttrykk for S f. S f S S 1 40 ( L ) der: S f - Stigningsfaktor S - Stigningsgrad S L - Stigningslengde I Appendix finnes en del regneeksempler, hvor U p tabulert i tabell A1 og brannfrekvens i ulike kjøretøy i tabell A2. I uttrykket for ulykkespotensiale (U p ), inngår en vurdering/beregning av mulig energibidrag fra brennende kjøretøy. For tunneler med liten trafikk er sannsynligheten for at flere biler blir involvert liten, slik at der anbefales å bruke 5 MW som representerer en vanlig personbil. For tunneler i klasse C og D er det rimelig å ta høyde for at inntil 4 personbiler eller et noe tyngre kjøretøy er involvert, dvs. 20 MW. I den høyeste tunnelklassen, E med høy trafikktetthet, anbefales å ta høyde for at bidraget fra kjøretøyer kan bli inntil 100 MW. Dette representer omlag 20 personbiler eller et tyngre kjøretøy med brennbar last.

6 6 Tabell 1 Sammenheng mellom tunnelklasse og dimensjonerende brann. Anbefalte verdier. Økning i dimensjonerende brann gjenspeiler risiko for at flere biler kan bli innvolvert i brann. Tunnelklasse dimensjonerende brann q kjøret. A og B 5 MW C og D 20 MW E 100 MW Med forutsetningene gitt i tabell 1 og verdiene beregnet i tabell A1, foreslår SINTEF å definere beskyttelsesnivåer (BN) på følgende måte (BN1 er laveste klasse): BN 1 når U p 3 BN 2 når 3 < U p 30 BN 3 når U p > 30 I følge tunnelklasser definert av Statens Vegvesen (Vegtunneler Nr. 021, gjengitt i Appendix figur A1), er tunnelklassene bestemt av Årsdøgntrafikk, største timetrafikk og tunnellengde. Tunnelklassene er delt i fem, der klasse A er den laveste, og E er den høyeste. Sammenlignet med beskyttelseses nivåer (BN) gitt ovenfor, vil de tilnærmet tilsvare det som vist i tabellen nedenfor. Tabell 2 Gir en grov sammenligning mellom beskyttelsesnivå (BN) og tunnelklasser gitt av Vegvesenet. ( avh. t.l. betyr at klassene også er avhengig av tunnellengde, for fullstendig informasjon, se referanse: Vegtunneler Nr. 021) Årsdøgntrafikk Tunnelkl. BN = x Beskyttelsesnivå ÅDT 2500 A x 3 BN 1 ÅDT 5000, avg. t.l. B 3 < x 30 BN < ÅDT 10000, avh. t.l. C 3 < x 30 BN < ÅDT 15000, avh. t.l. D x > 30 BN 3 ÅDT > 15000, avg. t.l. E x > 30 BN 3 Når verdien på BN er bestemt, gir den direkte hvilke krav som stilles til bruk av mengde brennbart materiale. Når høy risiko og tilsvarende høyt beskyttelsesnivå er beregnet, må det gjenspeiles i kravene som stilles til de enkelte byggetekniske løsninger. I grove trekk vil det være naturlig å tilstrebe følgende nivåer (dette må anses som foreløpig og vil kreve noe mer utdyping i forbindelse med utvikling av en eventuell prøvingsmetode): BN 3 Varmebidrag til brannen fra konstruksjon skal være ubetydelig BN 2 Varmebidrag til brann skal være vesentlig mindre enn 5 MW (størrelsesorden 1 MW) BN 1 Varmebidrag til brann kan være i størrelsesorden 5 MW Tilsvarende kan slike spesifikke krav gi en indikasjon på hvor store plater av udekket PE-skum som kan benyttes i de forskjellige tunnelklassene. De vil naturlig få de samme krav som ovenfor.

7 7 3. BRANNTEKNISK PRØVING 3.1 Generelt Brannteknisk prøving utføres i henhold til standard metoder for å dokumentere egenskaper relatert til egenskaper til produkter definert i nasjonale og internasjonale standarder. Det fleste standarder som benyttes i Norge er ISO (International Standardisation Organisation) eller NordTest (som er underlagt Nordisk ministerråd). Nye standarder er under veis via CEN for å bli tilpasset Europeisk harmonisering. Mange av disse nye standardene er mindre modifikasjoner av eksisterende ISO standarder. For brennbarhet av materialer introduseres noen helt nye metoder, beregnet for brennbare kledninger og overflater. Noen av disse standardene kan på sikt erstatte slik som f.eks Brannromsprøving (ISO 9705), som er foreslått i denne rapporten. En slik overgang vil ikke by på store konsekvenser, hvis dette blir ønskelig når prøving etter ny standard blir tilgjengelig etter år Brannteknisk prøving deles i to hovedgrupper; en for å bestemme produkters bidrag (varmeavgivelse og røykproduksjon) til brann (brennbarhet av materialer - materialprøving), og en for å bestemme respons i konstruksjoner som utsettes for branneksponering. Brannmotstand til konstruksjoner måles i produktenes stabilitet, isolasjonsevne og integritet (brannmotstand av konstruksjoner - konstruksjonsprøving). I den sistnevnte inngår det å måle evnen til å beskytte brennbart materiale for å unngå spredning til bakomliggende materiale. Konstruksjonsprøving er relativt ensartet og lik internasjonalt. Standardene begrenses til i hovedsak å benytte to typer prøvingsovner, en vertikalt- og en horisontaltstilt ovn. Eksponering er vanligvis gitt av en tid-temperaturkurve definert i ISO 834. Denne tid-temperaturkurven representerer en eksponering som forventes i et overtent rom. En eksponering i henhold til ISO-834 er vesentlig høyere enn eksponering fra en bilbrann i en tunnel. For å dimensjonere eksponering mot PE-skum (Poluretylenskum) og lignende produkt vil slik eksponering være for kraftig. Standarder relatert til konstruksjonsprøving, er kun relevant hvis man ønsker å se på konsekvensen av branner som har gått i overtenning. For tunneler, er brannmotstand aktuelt for å se på integritet av konstruksjon og av branntekniske skiller (f.eks. tunnelskall i løsmasse og dører til rømningsvei). Det er mulig å etablere ny standarder basert på prøvingsovner, som benyttes i konstruksjonsprøving, ved å definere andre tid-temperaturkurver. Men denne type prøvingsovn er ikke egnet til å teste kledningskonstruksjoner for tunneler med tilhørende festesystem. Dette fordi tunge tunnelkledninger kan falle sammen inne i selve ovnen, og påføre store skader på prøveutrustningen. Brannteknisk prøving i henhold til konstruksjonsprøving er ikke videre behandlet i denne rapporten. Materialers bidrag til brann og isolasjonsevnen til produkter benyttet til å dekke over PE-skum er behandlet videre i rapporten. Det er også henvist til gjeldende standarder i den utstrekning dette er hensiktsmessig.

8 8 3.2 Produkter som ikke er brennbare Generelt om ubrennbare produkter Hvis et produkt kan defineres som ikke brennbart (ubrennbart), er det ikke nødvendig med ytterligere dokumentasjon på eventuelt bidrag til brann ved varmeeksponering. Brannteknisk definisjon på ikke brennbart er gitt i henhold til ISO 1182 (Ubrennbarhetstest), se nedenfor. ISO 1182 er internasjonalt annerkjent testmetode for å dokumentere ubrennbarhet. Den er utformet slik at de fleste typer mineralprodukter passerer, forutsatt at ikke for mye bindemiddel eller polymerprodukter er tilsatt. For betongprodukter kan det maksimalt tilsettes noen få prosent med polymerprodukter, for fortsatt å kunne betegnes som et ubrennbart produkt. Vanlig sprøytebetong o.l. produkt vil komme i klasse sammen ubrennbare produkter. Stein og rene metaller er ikke gjenstand for prøving i og med at de er definert som ubrennbare. I norske vegtunneler er det vanlig å benytte sprøytebetong som beskyttelse av brennbare frost og vannsikringsmaterialer. For at slike produkter skal kunne defineres som ikke å bidra til brann ved eksponering, forutsetter det at de er mekanisk stabile og termiske isolerende, slik at dekomponering av bakenforliggende brennbart materiale unngås. Dette kan dokumenteres enten ved prøving eller beregning ISO 1182:1990: prøving av ubrennbarhet Prinsipp for prøvingsmetoden Prøvingen utføres i en vertikalstilt, åpen elektrisk rørovn. Prøvestykkene er sylindriske, med diameter 45 mm og høyde 50 mm. Ovnen forvarmes til 750 o C før prøvestykkene plasseres i ovnen. Under prøvingen måles temperaturen i ovnen, på siden av prøvestykket og i sentrum av prøvestykket. Varigheten av vedvarende flamme (flammetiden) observeres. Prøvestykkene veies før og etter prøving, og vekttapet noteres. Det utføres 5 parallelle prøvinger. Rapport fra prøvingen Rapporten gir opplysninger om følgende: - prøvestykkenes massetap - eventuelle vedvarende flammer - temperaturer i ovn og prøvestykker før, under og på slutten av prøvingen Kriteriene for ubrennbarhet er gitt under. Prøvestykket Prøvestykkene skal være sylindriske med diameter 45 mm og høyde 50 mm. Dersom materialets tykkelse er mindre enn 50 mm, kan prøvestykket lages ved å sette sammen flere lag av produktet.

9 9 Ildfast rør Termopar i ovn Varmetrådsviklinger Isolasjon Termopar i prøvestykke Holder for prøvestykke Figur 1 prøvingsmetode ISO 1182 Kriterier for ubrennbarhet i henhold til ISO 1182 Prøving Kriteriene under gjelder for gjennomsnittsverdiene av de fem parallelle prøvingene. Et produkt bedømmes som ubrennbart dersom følgende kriterier er tilfredsstilt: 1. Den gjennomsnittlige økningen i temperaturen i ovnen skal ikke overstige 50 o C. Temperaturøkningen måles i forhold til sluttemperaturen i ovnen. 2. Varigheten av vedvarende flammer skal i gjennomsnitt ikke overstige 20 sekunder. 3. Det gjennomsnittlige massetapet skal etter avkjøling ikke overstige 50% av den gjennomsnittlige utgangsmassen. 3.3 Brennbare produkter brukt som overflater Generelt om brennbare overflater Brennbare produkter er her produkter som ikke tilfredsstiller kravene til ubrennbarhet i henhold til ISO Denne vurderingen omhandler ikke transport av brennbare produkter, og hvilke branntekniske farer som er forbundet med det, men forholder seg til brennbare konstruksjonsløsninger i tunneler. Bidrag til brann prøves og klassifiseres i henhold til produktklasser. Det benyttes forskjellige prøvingsmetoder avhengig av hvilket produkt som skal klassifiseres. I bygningsbrannklasser benyttes det forskjellige kriterier og metoder for f.eks. gulvbelegg i forhold til (vegg)kledninger. Hvis et produkt kan defineres som ikke brennbart, er det ikke nødvendig med ytterligere dokumentasjon på bidrag til brann.

10 10 Hvis overflatematerialet er brennbart i seg selv, finnes storskala metoder som kan benyttes for å dokumentere branntekniske egenskaper. Den mest nærliggende metoden er stor skala brannromstest ISO 9705 eller småskala Konkalorimenter ISO Begge metodene er beskrevet nedenfor, og vil kunne måle bidrag til brann avhengig av eksponering. Hvordan de skal testes, og hvilke krav som bør settes for å tilfredsstille de ovenforstående beskyttelsesnivåer, er gjenstand for vurdering. Dette bør ses i sammenheng med hele konseptet for dokumentasjon av ulike tunnel kledninger. Det derfor ikke foreslått noen endelige kriterier her Brann i rom ISO 9705:1993(E) Prøving i brannrom er en avansert storskala metode for å bestemme materialers branntekniske egenskaper. Resultater fra prøvingen gir mulighet til å evaluere: - flammespredning i overflaten - røykproduksjon - produksjon av giftige røykgasser Sideveggene, bakveggen og taket i et rom med lengde 3.6 m, bredde 2.4 m og høyde 2.4 m kles med materialet som skal prøves. I alt behøves det minst 32 m 2 overflatemateriale til prøvingen. Antennelseskilden er en propanbrenner plassert i det ene bakre hjørnet i rommet, og varmeeffekten er 100 kw i de første 10 minuttene av prøvingen, og 300 kw i de neste 10 minuttene. Total prøvingstid er 20 minutter. Forbrenningsgasser samles ved hjelp av en avtrekkshette i løpet av prøvingen, og blir deretter nærmere undersøkt. Analyse av røykgassene gjør det mulig å beregne varmeavgivelsen fra produktet, og til å vurdere produksjon av giftige gasser under forbrenningen av prøvematerialet. Røykproduksjon bestemmes ved å måle demping av en lysstråle i røyken i avtrekksrøret. Dempningen blir relatert til volumstrømmen i avtrekket, og resulterende enhet for røyktetthet blir da [m 2 /s] - også kalt røykens lysdempningsareal. Optisk røyktetthet måles her Gassprøver til analyse tas her (O2, CO, CO2, HCN) Avtrekkshette Propanbrenner Figur 2 Brann i rom; ISO 9705:1993(E)

11 11 Prøvingsrapporten inneholder informasjon om dimensjoner, forbehandling og montering av prøvematerialene, og opplysninger om prøvingsforholdene. Følgende prøvingsresultater oppgis i tabellform: - Tid til overtenning [s] - Total avgitt varme [MJ] - Maksimal avgitt varmeeffekt [kw] - Gjennomsnittlig avgitt varmeeffekt [kw] - Maksimal røykproduksjon [m 2 /s] - Gjennomsnittlig røykproduksjon [m 2 /s] - Total CO-produksjon (karbonmonoksid) [g] - Total HCN-produksjon (blåsyre) [g] Følgende prøvingsresultater blir gitt i kurveform: - Varmeavgivelse som funksjon av tid [kw] - Røykproduksjon som funksjon av tid [m 2 /s] - CO-produksjon som funksjon av tid [g/s] - CO 2 -produksjon som funksjon av tid [g/s] - HCN-produksjon som funksjon av tid [g/s] - Varmestrålingstetthet til senter av gulv som funksjon av tid [kw/m 2 ] - Massestrømmen i avtrekksrøret som funksjon av tid [kg/s] ISO :1993: Prøving i konkalorimeteret Prøving i Konkalorimeteret er i dag den mest avanserte småskalametoden for å bestemme materialers branntekniske egenskaper. Metoden følger internasjonal standard gitt i ISO :1993 (E). I tillegg kan det gjøres målinger av røykproduksjon og produksjon av giftige røykgasser. Prøvingen gir grunnlag for å evaluere: antennelighet brennbarhet røykproduksjon dannelse av giftige gasskomponenter Prinsipp for prøvingsmetoden Prøvestykkets overflate utsettes for en konstant varmefluks fra en konisk ovn (mellom 0 og 100 kw/m 2 ). Når prøvestykket når antennelsestemperaturen, antennes de flyktige gassene av en elektrisk gnist. Avgassene samles i et avtrekk for videre gassanalyse. Gassanalysen gir grunnlag for å beregne avgitt varmeeffekt og for å bestemme mengde giftige gasser produsert under forbrenningen. Røykproduksjon måles ved å bestemme hvor mye en laserstråle dempes av røyken i avtrekket. Dette relateres så til volumstrøm i avtrekket slik at resulterende enhet for gjennomsnittlig røykproduksjon (også kalt røykens lysdempningsareal) blir m 2 /s.

12 12 Prøvestykket er montert på en veiecelle som registrerer massetapet som funksjon av tid. En grundig analyse krever prøving ved flere nivåer for varmeflukstetthet, normalt tre nivåer. Typiske fluksnivåer er 25, 35, 50 og 75 kw/m 2. ISO :1993 (E) krever at det kjøres tre paralleller ved samme varmefluksnivå. Foreløpig er prøving i konkalorimeteret ikke tatt inn i norske regelverk for klassifisering, men den er velegnet til å kvantifisere materialers reaksjon i en brann. En prøving kan gi verdifull dokumentasjon av branntekniske egenskaper, og kan gi grunnlag for å bestemme hvordan man kan forbedre et produkt. Rapport fra prøvingen Rapporten inneholder opplysninger om forbehandling av prøvestykket, prøvestykkets dimensjoner, og opplysninger om ulike forhold ved selve prøvingen. I tabellform oppgis blant annet: Tid til antennelse [s] Total avgitt varme [MJ/m 2 ] Maksimal avgitt varmeeffekt [kw/m 2 ] Gjennomsnittlig varmeeffekt etter 180 s og etter 300 s [kw/m 2 ] Effektiv forbrenningsvarme [MJ/kg] Gjennomsnittlig røykproduksjon [m 2 /s] Produksjon av CO (karbonmonoksid, kullos) [g] Gjennomsnittlig massetap fra prøvestykket [g/m 2 s] Flere gasskomponenter, slik som HCN (blåsyre) kan også måles. For de ulike varmefluksnivåene gis blant annet kurver for: Varmeutvikling som funksjon av tid [kw/m 2 ] Røykproduksjon som funksjon av tid [m 2 /s] Produksjon av CO og HCN som funksjon av tid [g/s] Prøvens masse som funksjon av tid [g/s] Enheten m 2 henviser til prøvestykkets overflate. Prøvestykket Normalt skal overflaten på prøvestykket være plan. Prøvestykket skal så langt som mulig tilsvare det som brukes i praksis. En prøving krever at minst 12 prøvestykker er tilgjengelige. Prøvestykkenes dimensjoner: Flatemål: 100mm x 100mm Tykkelse: maksimum 50mm

13 13 Prøving Ved prøving i Konkalorimeteret finnes det ikke kriterier for godkjennelse av produkter. Dette avgjøres avhengig av aktuelle applikasjoner. Resultatene fra metoden er velegnet til å brukes sammen med beregningsprogrammer for å bestemme tilnærmet realistiske brannforløp. Exhaust blower Temperature and pressure measurements taken here Smoke and temperature measurements taken here Soot collection filter Optional retainer frame Gas samples taken here Exhaust hood Cone heater Spark igniter Sample Sample Aluminum foil Low density ceramic wool Load cell Sample pan Figur 3 Konkalorimenter ISO; ISO :1993 (E)

14 14 4. PRODUKTERS EVNE TIL Å BESKYTTE UNDERLIGGENDE BRENNBART MATERIALE 4.1 Prøvingsmetode for å teste beskyttet brennbart materiale Når overflatene ikke er brennbare, men er beskyttet av et ubrennbart produkt, er det nødvendig med kraftigere eksponering enn den som oppnås i Brannrom (ISO 9705). Småskala Konkalorimenter (ISO 5660) benytter for små prøvestykker for å kunne teste denne type løsninger. For å teste beskyttelsesprodukter, som f.eks. sprøytebetong på PE-skum, anbefaler SINTEF å utvikle en ny metode. Internasjonalt finnes ingen velegnet metode for denne type prøving. Tidligere hadde SINTEF en nedskalert tunnel, der man testet isolasjonsevnen til beskyttelseslaget. Eksponeringen var langt lavere enn de man kan forvente fra en bilbrann plassert inntil tunnelhvelvingen. Med utgangspunkt i ønsket eksponering, kostnader i forbindelse med oppbygging av prøverigg og gjennomføring av prøving, anbefaler vi en nedskalert modell som vist i figuren nedenfor. Figur 4 Skisse av forsøksapparatur for brannteknisk prøving av beskyttelsesprodukter av brennbart materiale brukt i vegtunneler. Forsøksapparaturen er utformet som en sektor som tilsvarer en 1/4 sylinder med radius på ca. 2 m. Modellen er foreslått åpen i fronten og ellers bestående av lukkede flater. Prøvematerialet legges på den buete delen som utgjør en sidevegg og tak. En propanbrenner foreslås for å simulere

15 15 eksponering fra en bilbrann og denne dimensjoneres til å gi tilsvarende termisk eksponering. I en nedskalert tunnel vil brennereffekten bli mindre enn tilsvarende effekt i virkelig skala. Eksakt verdi må beregnes for å finne ønsket eksponering. Endelig utforming av en slik testmetode og med tilhørende prøvingskriterier må bestemmes på grunnlag av overslagsberegninger og utprøving av virkelige produkter. I hovedprinsipp vil den ligne brannrommet (ISO 9705) i utforming, men den er utformet for å kunne ta kraftigere eksponering. 4.2 Instrumentering Forsøksapparaturen kan kombineres med måleutrustning som brannrom (ISO 9705) og på den måten gjøre det mulig å måle bidraget fra selve prøveobjektet. Dvs. man måler direkte varmeutvikling i antall kw som forbrennes, i tillegg til effekt avgitt fra tennkilden (gassbrenner). Varmeavgivelse kan da benyttes som akseptkriterie for produktene. Dette kan også eventuelt kombineres med temperaturmålinger.

16 16 5. REFERANSER Aune, Petter og Opstad, Kristen: Enkle korrelasjoner for brannventilasjon i tunneler, kortversjon. SINTEF rapport STF84 F96614, Trondheim Aune, Petter og Opstad, Kristen: Brannsikring av PE-skum, SINTEF rapport STF25 A94027, Trondheim Vegtunneler: Nr. 021 i Vegvesenets håndbokserie, ISBN Amundsen, Finn Harald, Vegdirektoratet, Statistiske data utlevert pr

17 17 6. APPENDIX For å teste effekten av U p, er resultatene i tabell A1 utarbeidet. Dimensjonerede brannlast er beregnet i henhold til tabell 1. Tunneltverrsnitt og ventilasjonsgrad er omtrentlige verdier, som vanligvis benyttes i norske vegtunneler. Tabell A1 Noen eksempler på verdier av ulykkespotensiale U p i henhold til likningen ovenfor. Konstanten k er satt lik 1/250 (enhet er satt slik at U p blir dimensjonsløst) Ulykkespotensiale UP 0,9 2,3 3,0 3,6 16,5 34,7 29,3 9,2 64,2 250,0 687,5 25,0 Tunnel klasse TK A A B B C C C D D E E E Bidrag fra kjøretøy [MW] Q kjørt Tunnel legnde [km] L ,5 2, , ,5 Årsdøgntrafikk [ÅDT] ÅDT Stigningsgrad [%] S Stigningsintervall [km] SL Stigningsfaktor SF 2,25 2,25 1,25 1 1,25 1,3 1,4 1 1, Tunnel tversnitt [m 2 ] A Tunnelventilasjon [m/s] v Indusert ventilasjon [m/s] u Antall løp (1 eller 2) n Bidrag fra tunnel [MW] Q tunnelk 5,0 5,0 5,0 1,0 1,0 0,0 1,0 1,0 0,0 0,0 0,0 1,0 Tabell A2 Brannfrekvens som funksjon av type kjøretøy og stigningsgrad fra Amundsen, Finn Harald, Vegdirektoratet, Statistiske data utlevert pr

18 18 Figur A1 Tunnelklasser i henhol til Vegtunneler: Nr. 021 i Vegvesenets håndbokserie, ISBN