FORFATTER(E) Jan P. Stensaas, Petter Aune OPPDRAGSGIVER(E) GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG

Transkript

1 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Bygg og miljøteknikk Norges branntekniske laboratorium Simulering av brann i tunnel under driving Postadresse: 734 Trondheim Besøksadresse: Tiller bru, Tiller Telefon: Telefaks: Foretaksregisteret: NO MVA FORFATTER(E) Jan P. Stensaas, Petter Aune OPPDRAGSGIVER(E) Byggenæringens landsforening (BNL) RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF22 A9887 Åpen Josef F. Heszlein GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG 22N ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) i:\pro\22n125\rapport Simulering av brann i tunnel under driving.doc Jan P. Stensaas Petter Aune ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) SAMMENDRAG Kristen Opstad, gruppeleder SINTEF Bygg og miljøteknikk, Norges branntekniske laboratorium (SINTEF NBL) gjennomførte i juni 1997 et prosjekt for Byggenæringens landsforening (BNL) som omfattet en eksperimentell studie av røykeksponeringen på stuffen ved en brann i en 5 m plan, rett tunnel under driving i redusert skala (1:1- skala). Hovedkonklusjonen i rapporten fra SINTEF NBL var at forholdene for personer på stuffen med hensyn til eksponeringen av varme og giftige røykgasser, samt redusert sikt, blir betydelig bedre med ventilasjon enn uten ventilasjon av stuffen. Det ble imidlertid understreket at disse konklusjonene kun gjaldt for en plan og rett tunnel. Det ble videre stilt spørsmål ved om ikke konklusjonene vil bli forskjellige hvis tunnelen har stigning mot stuffen eller om brannen befinner seg temmelig nært stuffen. Denne rapporten beskriver simulering av brann i tunnel under driving ved hjelp av programmet KAMELEON FireEx. Målsetningen for prosjektet har vært å bestemme graden av røykeksponering på stuffen ved følgende varierende betingelser: Graden av stigning i veibanen mot stuffen:, 5 og 1 % Varierende tunnellengde: 5, 15 og 3 m Varierende plassering av brannstedet: 5 m fra tunnelåpningen, midt i tunnelen og 5 m fra stuffen. Videre er det foreslått løsninger som hindrer at ventilasjonen opphører ved brann i en tunnel under driving, eventuelt andre metoder som sikrer akseptable forhold for personer på stuffen. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Brann Fire GRUPPE 2 Tunnel Tunnel EGENVALGTE CFD-Simulering CFD Simulation Driving av tunnel Tunnelling

2 2 INNHOLDSFORTEGNELSE 1. INNLEDNING Bakgrunn Målsetting SIMULERING AV BRANN OG RØYKSPREDNING Kort om beregningsmetoden Betydningen av variasjon i forskjellige parametere Generelt Betydningen av tunnelhelningen ved brann midt i en 5 m lang tunnel Betydningen av varierende tunnellengder ved brann midt i tunnelen Betydningen av plasseringen av brannstedet i forhold til stuffen Sammenligning med småskalaforsøkene Generelt Temperaturbelastningen Røykeksponeringen LØSNINGER SOM HINDRER AT VENTILASJONEN BRYTER SAMMEN Generelt Løsninger Generelt Brannbeskyttelse av ventilasjonskanalene Redningskammer Røykdykkerutstyr HOVEDKONKLUSJONER...31 REFERANSER...32 STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

3 3 INNLEDNING 1.1 Bakgrunn SINTEF NBL gjennomførte i juni 1997 et prosjekt for Byggenæringens landsforening (BNL) som blant annet gikk ut på å studere røykeksponeringen på stuffen for en brann i en plan og rett tunnel under driving. Dette ble gjennomført ved hjelp av 1:1-skala eksperimentelle forsøk i SINTEF NBLs laboratorium. Denne forsøksserien og konklusjonene er beskrevet i SINTEF-rapport nr. STF84 F :1-skala eksperimentelle forsøk med brann i tunnel under driving utgitt av SINTEF NBL i Juli 1997 /1/. Prosjektet ble, i likhet med dette prosjektet, finansielt støttet av NHOs arbeidsmiljøfond, NSB ved Jernbaneverket, Prosessindustriens Landsforening og BNLs Opplysnings og utviklingsfond. Hovedkonklusjonen i rapporten fra SINTEF NBL var at forholdene for personer på stuffen med hensyn til røykeksponering blir betydelig bedre med ventilasjon av stuffen enn uten ventilasjon. Det ble konkludert med at ved ventilasjon av brannstedet, kan personer på stuffen oppholde seg der i 2-3 timer før forholdene blir kritiske som følge av røykgassforgiftning. Dette til tross for at ventilasjon av brannstedet medførte at brannintensiteten ble 2-3 ganger større. Med avstengt ventilasjon ble forholdene på stuffen kritiske etter bare 1-15 minutter. Ved ventilasjon av stuffen kan personer oppholde seg på stuffen relativt lenge (opptil flere timer), før de får problemer i forbindelse med røykeksponeringen. Det ble understreket i rapporten fra 1:1 skala forsøkene at disse konklusjonene kun gjaldt for en plan og rett tunnel, uten noen form for stigning eller svinger, og ved brann midt i tunnelen. Eksperimentelle forsøk hvor en også inkluderer forskjellige lengder og stigning mot stuffen, forskjellige grader av svinger i tunnelen samt forskjellig avstand mellom brannstedet og stuffen, vil imidlertid bli vesentlig mer kostnadskrevende sammenlignet med de allerede utførte småskalaforsøkene. Datasimulering vil derimot bli relativt rimelig i forhold til eksperimentelle forsøk og en kan inkludere de ovennevnte parametervariasjonene relativt enkelt og billig. En brann i tunnelen vil, i de aller fleste tilfeller, medføre at ventilasjonsen uansett stopper etter en viss tid. Dette på grunn av brannbelastningen som medfører at ventilasjonskanalen eller ventilasjonsduken i taket ødelegges på brannstedet, eller at strømforsyningen brytes. På grunnlag av hovedkonklusjonen fra de ovennevnte småskalaforsøkene, vil det derfor være viktig å komme frem til løsninger som hindrer at ventilasjonen opphører ved en brann i en tunnel under driving, eller andre metoder som sikrer akseptable forhold for personene på stuffen. 1.2 Målsetting Dette prosjektet har som målsetting å ved hjelp av datasimulering bestemme graden av røykeksponering på stuffen i tilfelle brann i en tunnel under driving ved følgende forhold: 1. Varierende grad av helning for en rett tunnel under driving. 2. Varierende lengder for en rett tunnel under driving. 3. Varierende plassering av brannstedet i forhold til stuffen. I tillegg vil det bli forslått løsninger som hindrer at ventilasjonen opphører ved brann i en tunnel under driving, eventuelt andre løsninger som medfører at personer kan oppholde seg trygt på stuffen, inntil de blir reddet ut av tunnelen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

4 4 2. SIMULERING AV BRANN OG RØYKSPREDNING 2.1 Kort om beregningsmetoden Simuleringene av brann i tunnel under driving er gjennomført ved hjelp av programmet KAMELEON FireEx. Programmet er utviklet ved avdeling for Varme- og strømningslære ved SINTEF Energiforskning A/S, i nært samarbeid med Institutt for Mekanikk, termo- og fluiddynamikk, NTNU (Norges teknisk naturvitenskapelige universitet i Trondheim), ved professor Bjørn F. Magnussen. KAMELEON FireEx er et avansert simuleringsverktøy for gasspredning, brannutvikling og gasseksplosjoner. Utviklingen av regneprogrammet har vært finansiert i sin helhet av industrien hvor klientgruppen har bestått av Statoil, Ruhrgas, Gaz de France, Elf og Agip. KAMELEON FireEx er i dag i omfattende bruk blant annet i sikkerhetsanalyser i forbindelse med feltutbygginger offshore, til gass og røykspredningsstudier, fakkelstudier, brannsimuleringer etc. SINTEF NBL har i en årrekke brukt KAMELEON i brannsikkerhetsanalyser offshore og i prosessindustrien på land, samt i forbindelse med simulering av branner i tunneler og i etterforskning av inntrufne branner, som for eksempel Scandinavian Star-ulykken i KAMELEON FireEx løser numerisk følgende fundamentale ligninger fra fluiddynamikken 1 og brannfysikken: Masse (kontinuitetsligningen) Energi (energiligningen) Impuls (Navier-Stokes ligninger) Disse ligningene er alle såkalte kvasilineære, partielle differensialligninger, som løses ved hjelp av numeriske metoder på alt fra standard PC er til kraftige superdatamaskiner, avhengig av simuleringens kompleksitet. I KAMELEON FireEx ligger det inne blant annet spesielle modeller som beskriver turbulens ( kε-modellen ), forbrenning (B.F. Magnussens Eddy Dissipation Concept ) og dannelsen av sot (B.F. Magnussens sotmodell), samt varmestråling ( The Discrete Transfer Model ). På grunnlag av numerisk løsning av de ovennevnte ligninger kan KAMELEON FireEx presentere resultatene i tid og rom. For eksempel i form av en tredimensjonal fordeling av temperatur, varmebelastning, sikt og røykkonsentrasjon på stuffen eller langs tunnelen, som funksjon av tiden etter brannstart. Slike presentasjoner viser branntilstanden i et bestemt valgt øyeblikk i brannen. Alternativt kan en presentere resultatene sum kurver over tid, fra brannstart til brannen er slokket (jfr kapittel 2). 1 Denne metoden for å beregne eller simulere brannutviklingen i tid og rom benevnes ofte som CFD-simulering. Der CFD står for Computional Fluid Dynamics. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

5 5 2.2 Betydningen av variasjon i forskjellige parametere Generelt I denne simuleringsanalysen har en prøvd å bestemme røyk- og temperatur- eksponeringen på stuffen ved variasjon av følgende parametre: Tunnelhelning Tunnellengde Plassering av brannen i forhold til stuffen Tabell 2.1 viser en oversikt over antall simuleringer som er gjennomført ved hjelp av brannsimuleringsprogrammet KAMELEON FireEx, og hvilke parametervariasjoner som er gjennomført. Tabell 2.1: En oversikt over brannsimuleringer utført med KAMELEON FireEx. Alle simuleringer med ventilasjon er kun med ventilasjon av stuffen. Parameter Tunnelhelning for en 5 m lang tunnel med brann midt i tunnelen (%): Tunnellengde med og 5 % helning med brann midt i tunnelen (m): Plassering av brannstedet i en 3 m lang tunnel med 5 % helning. Verdi på den aktuelle parameter Antall simuler -inger starten av tunnelen midt i tunnelen 5 m fra stuffen Simulering med 5 % helning, lengde 15 m, brann midt i tunnelen og ingen ventilasjon 1 Simulering med ingen helning, lengde 5 m, brann midt i tunnelen og ingen ventilasjon 1 Totalt antall simuleringer 3 : I de etterfølgende deler av dette kapittelet vil resultatene fra simuleringene med hensyn til røykeksponering av stuffen bli diskutert for en 6 og 2 4 MW brann i tunnelen både med en ventilasjonsrate på 9. m 3 /t og uten ventilasjon. Diskusjonen er foretatt etter følgende skjema: 1. Graden av tunnelstigning mot stuffen:, 5 og 1 %. Både med og uten ventilasjon ved brann midt i en 5 m lang tunnel. 2. Tunnellengde. 5, 15 og 3 meter, med og uten ventilasjon og brann midt i tunnelen. 3. Plassering av brannstedet. Ved start av tunnelen, midt i tunnelen og 5 m fra stuffen, avhengig av tunnelstigning og tunnellengde: Eksklusive to simuleringer for en 5 m lang tunnel inkludert i variasjonen av tunnelhelningen. Eksklusive en simulering for en 3 km lang tunnel med 5 % helning og brann midt i tunnelen, som er inkludert i variasjonen av tunnellengden. Alle disse simuleringene er gjennomført, men bare de simuleringene som bidrar med nye opplysninger, er vist og diskutert i denne rapporten. Alle brannene med 2 MW branneffekt slokket av seg selv etter ca 25 sekunder eller ca 42 minutter på grunn av at alt brennbart materiale var brent opp på brannstedet. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

6 6 Tabell 2.2 viser en oversikt over de simuleringer som er gjennomført med KAMELEON FireEx. Tabell 2.2: Simulering nr. Oversikt over gjennomførte simuleringer. Tunnellengde [m] Branneffekt [MW] Plassering av brannen Ventilasjon av stuffen [m 3 /t] Stigning [%] LBA MW Midt i tunnelen. 9 LBA MW Midt i tunnelen. 9 5 LBA MW Midt i tunnelen. 9 1 LBA MW Midt i tunnelen. 9 LBA MW Midt i tunnelen. 9 5 LBA MW Midt i tunnelen. 9 LBA MW Midt i tunnelen. 9 5 LBA MW 5 meter fra tunnelåpningen. 9 5 LBA MW 5 meter fra stuffen 9 5 LBA MW Midt i tunnelen. 5 LBA MW Midt i tunnelen. LBA MW Midt i tunnelen. 5 LBA MW Midt i tunnelen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

7 Betydningen av tunnelhelningen ved brann midt i en 5 m lang tunnel Temperaturbelastning Med ventilasjon av stuffen: Vi ser av figur 2.1, som viser temperaturen 1,74 meter over gulvnivå fra brannstedet og inn mot stuffen, at temperaturbelastningen på stuffen blir moderat ved 9 m 3 /t ventilasjon og 2 MW brann midt i tunnelen. Dette gjelder selv ved 1 % tunnelstigning. Temperaturen på stuffen stiger praktisk talt ikke, selv ved 1 % tunnelstigning, ventilasjon av stuffen og brann midt i en 5 m lang tunnel med T8-profil. Det fremgår av kurvene i figur 2.1 at temperaturen faller meget raskt når avstanden fra brannstedet mot stuffen øker med 5 m. Ved 1 % tunnelstigning ser en at temperaturen på selve brannstedet er ca 75 C, mens bare 5 m nærmere stuffen har den falt til under 1 C. Temperaturen på røykgassene fortsetter å falle, selv om reduksjonen i temperaturen ikke på langt nær er like rask de neste 2 m til stuffen. Dette skyldes at tunnelveggen kjøler ned røykgassene, på grunn av effektiv varmetransport til og i tunnelveggen. Avstengt ventilasjon: Av figur 2.2b fremgår det at temperaturfallet fra brannstedet mot stuffen ved en 2 MW brann, er vesentlig langsommere ved avstengt ventilasjon. På grunn av at brannen i dette tilfellet blir sterkt underventilert, blir maksimaltemperaturen på brannstedet vesentlig lavere enn med ventilasjon. Dermed blir heller ikke temperaturbelastningen på stuffen særlig kritisk i dette tilfellet. Temperaturen på stuffen en time etter at brannen har startet stiger maksimalt 1 C i en flat tunnel med avstengt ventilasjon. Temperaturbelastningen vil nok stige noe ved 1 % tunnelstigning mot stuffen, men temperaturbelastningen vil neppe bli kritisk. På grunn av varmetapet til fjellveggen, ser det ut for at temperaturbelastningen ved brann midt i en 5 m lang tunnel, uansett tunnelstigning mot stuffen, ikke vil bli kritisk for personer på stuffen, selv med ventilasjonen er avstengt. Det forutsettes at enden av tunnelen er helt tett i forhold til omgivelsene med hensyn til lufttilførsel. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

8 8 25 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA1 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW a) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA2 * Lengde: 5m * Brann: 2MW 3 b) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA3 * Lengde: 5m * Stigning: 1% * Brann: 2MW c) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.1: Temperaturfordelingen langs tunnelen mellom stuffen og brannstedet 1,74 m over bakkenivå. Brann: 2 MW midt i en 5 m lang tunnel med a) %, b) 5 % og c) 1 % stigning mot stuffen. Ventilasjon av stuffen: 9 m 3 /t. Kurvene viser temperaturfordelingen ved 5, 1, 2, 3, 4, 5 og 6 minutter etter brannstart. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

9 9 7 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA11 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 6MW * Ventilasjon: Av 6 a) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA15 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av b) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.2: Temperaturbelastningen mellom stuffen og brannstedet ved avstengt ventilasjon i en 5 m lang tunnel med a) 6 MW brann og b) 2 MW brann midt i tunnelen. Kurvene viser temperaturfordelingen ved 5, 1, 2, 3, 4, 5 og 6 minutter etter brannstart Røykeksponeringen 1. Ventilasjon av stuffen: Av kurvene for sikt og røykkonsentrasjoner med hensyn til O 2 og CO 2 i tunnelen, i henholdsvis figur 2.3, 2.4 og 2.5, ser en at, ved ventilasjon av stuffen, vil både sikten og røykkonsentrasjonen på stuffen være godt under kritiske verdier for en 5 m lang tunnel, når graden av stigning mot stuffen varierer fra til 1 %. Stuffen blir praktisk talt ikke røykeksponert. Simuleringene indikerer at konsentrasjonene av karbonmonoksid (CO) blir ubetydelige, og disse blir derfor ikke presentert i denne rapporten. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

10 1 1 Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA1 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW a) Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA2 * Lengde: 5m * Brann: 2MW b) Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA3 * Lengde: 5m * Stigning: 1% * Brann: 2MW c) Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.3: Sikten mellom stuffen og brannstedet ved ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i en 5 m lang tunnel med a) %, b) 5 % og c) 1 % stigning mot stuffen. Kurvene viser temperaturfordelingen ved 5, 1, 2, 3, 4, 5 og 6 minutter etter brannstart. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

11 11 O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA1 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW 2 a) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA2 * Lengde: 5m * Brann: 2MW 2 b) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA3 * Lengde: 5m * Stigning: 1% * Brann: 2MW 2 c) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.4: Oksygenkonsentrasjonen mellom brannstedet og stuffen ved ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i en 5 m lang tunnel og med a) %, b) 5 % og c) 1 % stigning mot stuffen. Kurvene viser temperaturfordelingen ved 5, 1, 2, 3, 4, 5 og 6 minutter etter brannstart. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

12 12 1 CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA1 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW a) CO2 [Vol%] min 2min 3min 4min 6min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA2 * Lengde: 5m * Brann: 2MW b) CO2 [Vol%] min 2min 3min 4min 6min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA3 * Lengde: 5m * Stigning: 1% * Brann: 2MW c) CO2 [Vol%] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.5: Karbondioksidkonsentrasjonen mellom brannstedet og stuffen ved ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i en 5 m lang tunnel og med a) %, b) 5 % og c) 1 % stigning mot stuffen STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

13 13 2. Avstengt ventilasjon: Av figur 2.6 ser en at med ventilasjonen avstengt kommer sikten ned mot kritiske verdier i nesten hele tunnelens lengde mellom brannstedet (midt i tunnelen) og stuffen. Ved en 6 og 2 MW brann midt i tunnelen blir sikten på stuffen henholdsvis bare 4 og 2 meter en time etter at brannen har startet. 1 Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA11 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 6MW * Ventilasjon: Av a) Sikt [m] min 2min 3min 4min 2 6min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA15 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av b) Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.6: Sikten mellom stuffen og brannstedet ved avstengt ventilasjon i en 5 m lang tunnel uten stigning med a) 6 MW brann og b) 2 MW brann midt i tunnelen. Av figur 2.7 ser en at ved avstengt ventilasjon, vil røykkonsentrasjonen med hensyn til O 2 og CO 2 oppnå tilsvarende kritiske forhold som for temperatur og sikt. I en flat tunnel og 2 MW brann ser en at oksygenkonsentrasjonen faller ned mot ca 13 % en time etter brannstart for en 5 m lang tunnel og brann midt i tunnelen (25 m fra stuffen). Samtidig kommer karbondioksidkonsentrasjonen opp i ca 5 %. Tilsvarende for en 6 MW brann (ikke vist her) blir disse konsentrasjonene henholdsvis 18 og 2 %. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

14 14 En kan slå fast at for en 2 MW brann (typisk for brann i en lastebil), vil utviklingen i røykeksponeringen (vist i figur 2.7) begynne å bli kritisk 1 grovt anslått ca en time etter at brannen startet. For en tunnel med stigning opp mot stuffen vil det ta noe kortere tid før tilstanden blir kritisk på stuffen. O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA15 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av 2 a) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA15 * Lengde: 5m * Stigning: % * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av b) CO2 [Vol%] min 2min 3min 4min 2 6min Figur 2.7: a) Oksygenkonsentrasjonen og b) karbondioksidkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet ved avstengt ventilasjon i en 5 m lang tunnel uten stigning ved en 2 MW brann midt i tunnelen. 1 Kritisk verdi for sikten i forbindelse med rømning blir vanligvis satt til ca 1 m, mens kritiske verdier for O 2 og CO 2 blir ofte satt til henholdsvis ca 15 og 5 %, når en forutsetter at personene ikke evakuerer tunnelen ved egen hjelp. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

15 Diskusjon med hensyn til betydningen av tunnelstigningen For en 5 m lang tunnel med en brann midt i tunnelen kan en trekke følgende konklusjoner: 1. Ventilasjon av stuffen: Med 9 m 3 /t ventilasjon av stuffen i en tunnel med T8-profil, vil hverken sikten på stuffen eller røykeksponeringen komme i nærheten av kritiske verdier en time etter at brannen har startet når stigningen mot stuffen varierer mellom og 1 %. På grunnlag av beregningsresultatene kan en slå fast at samme konklusjon også gjelder for vesentlig lengre branntid, det vil si branntid på flere timer. Ved ventilasjon av stuffen vil personer som oppholder seg der praktisk talt ikke bli røykeksponert. Ventilasjonen fører til at stuffen får et overtrykk i forhold til resten av tunnelen som effektivt hindrer spredning av røykgassene til stuffen. Dette selv ved en såpass betydelig tunnelstigning som 1 %. Samtidig har en den effekten at stuffen får en kontinuerlig tilførsel av friskluft, som medfører effektiv uttynning av røykgassene. Ventilasjon av stuffen (9. m 3 /t i beregningene) i en tunnel med T8-profil er en meget effektiv form for røykkontroll. Ventilasjon sørger effektivt for at personer på stuffen ikke blir røykeksponert, selv ved en 2 MW brann midt i tunnelen og opptil 1 % tunnelstigning. Effektiviteten av ventilasjonen vil imidlertid avta med avtagende tilluftsmengde. 2. Avstengt ventilasjon: Når derimot stuffen ikke er ventilert, vil en ved en brann midt i tunnelen trolig oppnå kritisk tilstand for personer med hensyn til giftighet innen en time etter brannstart. Videre viser simuleringene, som forventet, at tiden til udyktiggjøring av personer blir kortere ved økende tunnelstigning. Til tross for at de varme branngassene avkjøles av tunnelveggen, vil de likevel ha en viss oppdrift, slik at de strømmer mer effektivt sammenlignet med en flat tunnel. Det ser ut til at det er den effektive avkjølingen av røykgassene som er hovedårsaken til at røykspredningen til stuffen likevel ikke blir så mye verre ved økende tunnelstigning enn det en kanskje hadde forventet Betydningen av varierende tunnellengder ved brann midt i tunnelen Temperaturbelastning 1. Ventilasjon av stuffen: Figur 2.8 og 2.9 viser temperaturbelastningen mellom brannstedet og stuffen ved en 2 MW brann midt i en a) 15 m og b) 3 m lang tunnel med henholdsvis og 5 % stigning mot stuffen. Som figuren viser, blir det praktisk talt ikke noen temperaturstigning på stuffen, hverken for en 15 m eller 3 m lang tunnel med og 5 % tunnelstigning. På grunnlag av det som hittil er diskutert i forbindelse med betydningen av tunnelstigning for en 5 m lang tunnel, kan en også konkludere med at temperaturbelastningen vil bli ubetydelig for en 15 og 3 m lang tunnel ved 1 % stigning mot stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

16 16 3 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA4 * Lengde: 15m * Stigning: % * Brann: 2MW a) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA6 * Lengde: 3m * Stigning: % * Brann: 2MW b) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.8: Temperaturbelastningen mellom brannstedet og stuffen ved en 2 MW brann midt i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med % stigning mot stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

17 17 6 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA5 * Lengde: 15m * Brann: 2MW a) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA7 * Lengde: 3m * Brann: 2MW b) Temperatur [ C] min 3min 4min Figur 2.9: Temperaturbelastningen mellom brannstedet og stuffen ved en 2 MW brann midt i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

18 Røykeksponeringen Når det gjelder røykeksponeringen, er det her valgt å bare vise resultatene ved 5 % stigning mot stuffen. Hvis røykeksponeringen ikke er kritisk ved 5 % stigning, vil den heller ikke være det for en tunnel uten stigning. Hvis tilstanden på stuffen er relativt langt fra kritisk verdi ved 5 % tunnelstigning, vil en kunne konkludere med at forholdene høyst sannsynlig også vil være akseptable ved 1 % stigning. Dette fordi beregningene for en 5 m lang tunnel viste at røykeksponeringen på stuffen ikke økte nevneverdig når tunnelhelningen økte fra 5 % til 1 %. Figur 2.1, 2.11 og 2.12 viser henholdsvis sikt, oksygen- og karbondioksidkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med 5 % tunnelstigning, ventilasjon (9 m 3 /t) av stuffen og 2 MW brann midt i tunnelen. 1 Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA5 * Lengde: 15m * Brann: 2MW a) Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA7 * Lengde: 3m * Brann: 2MW 8 b) Sikt [m] 6 4 1min 3min 4min Figur 2.1: Sikten mellom stuffen og brannstedet i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med 5 % stigning, ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i tunnelen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

19 19 O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA5 * Lengde: 15m * Brann: 2MW 2 a) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA7 * Lengde: 3m * Brann: 2MW 2 b) O2 [Vol %] min 3min 4min Figur 2.11: Oksygenkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med 5% stigning, ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i tunnelen. Figur 2.11 viser at vi ikke får noen reduksjon i oksygenkonsentrasjonen på stuffen ved 5 % tunnelstigning i en 15 og 3 m lang tunnel, med 2 MW brann midt i tunnelen og ventilasjon av stuffen på 9 m 3 /t. Av dette kan vi sammen med konklusjonen med hensyn til tunnelstigningen mot stuffen i forrige avsnitt, slutte at oksygenkonsentrasjonen heller ikke vil være noe problem for personer som oppholder seg på stuffen, selv ved 1 % stigning mot stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

20 2 1 CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA5 * Lengde: 15m * Brann: 2MW a) CO2 [Vol%] min 2min 3min 4min 6min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA7 * Lengde: 3m * Brann: 2MW 8 b) CO2 [Vol%] 6 4 1min 3min 4min Figur 2.12: Karbondioksidkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet i en a) 15 og b) 3 m lang tunnel med 5 % stigning, ventilasjon av stuffen (9 m 3 /t) og 2 MW brann midt i tunnelen. Karbondioksidkonsentrasjonen på stuffen vil som det fremgår av figuren over, heller ikke være et problem for personer på stuffen. Resultatene i figur viser at stuffen så og si ikke blir røykeksponert når ventilasjonen (9 m 3 /t) er i drift, hverken i en 15 eller 3 m lang tunnel. Det fremgår også av kurvene, at sikten ikke på noen måte vil bli redusert de nærmeste hundre meterene før stuffen. På grunnlag av dette og konklusjonene i avsnitt (vedrørende betydningen av tunnelhelningen) kan en slutte at røykeksponeringen av stuffen heller ikke vil være noe problem ved 1 % stigning mot stuffen i en 15 og 3 m lang tunnel. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

21 21 2. Avstengt ventilasjon: Figur 2.13 viser a) temperaturen og b) sikten mellom stuffen og brannstedet i tilfelle en 2 MW brann midt i en 15 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og avstengt ventilasjon. Figur 2.14 viser a) oksygenkonsentrasjonen og b) karbondioksidkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet i tilfelle en 2 MW brann midt i en 15 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og avstengt ventilasjon. 35 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA14 * Lengde: 15m * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av 3 a) Temperatur [ C] min 2min 3min 4min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA14 * Lengde: 15m * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av 8 b) Sikt [m] 6 4 1min 2min 3min 4min Figur 2.13: a) temperaturen og b) sikten mellom stuffen og brannstedet i en 15 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og avstengt ventilasjon. Temperaturbelastningen ved en 15 m lang tunnel med 5 % stigning og avstengt ventilasjon blir ca 6 C en time etter brannstart i tilfelle en 2 MW brann midt i tunnelen, mens sikten blir ca 1,6 m. Dette er ikke kritisk med hensyn til opphold på stuffen, men sikten er for liten med hensyn til evakuering. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

22 22 O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA14 * Lengde: 15m * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av 2 a) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA14 * Lengde: 15m * Brann: 2MW * Ventilasjon: Av 8 b) CO2 [Vol%] 6 4 1min 2min 3min 4min Figur 2.14: a) oksygenkonsentrasjonen og b) karbondioksidkonsentrasjonen mellom stuffen og brannstedet i en 15 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og avstengt ventilasjon. Av figurene over fremgår det at oksygenkonsentrasjonen på stuffen faller til ca 12 % og karbondioksidkonsentrasjonen stiger til ca 6 %, en time etter at en 2 MW brann startet midt i tunnelen. Dette nærmer seg kritiske verdier for opphold på stuffen og hvis en sammenholder det med temperaturbelastningen og sikten på stuffen i figur 2.13, kan en slutte at stuffen blir sterkt røykeksponert i tilfelle en 2 MW brann midt i tunnelen med 5 % stigning mot stuffen og avstengt ventilasjon. Tilstanden blir noe verre enn i en 5 m lang tunnel uten stigning mot stuffen. Sannsynligvis blir tilstanden kritisk for personer på stuffen grovt anslått en time etter en 2 MW brann startet midt i tunnelen, dersom stuffen ikke har tilstrekkelig ventilasjon. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

23 Diskusjon med hensyn til betydningen av tunnellengden 1. Ventilasjon av stuffen: Simuleringene så langt har vist at for en 5, 15 og 3 m lang tunnel med 9 m 3 /t ventilasjon av stuffen, vil personer på stuffen praktisk talt ikke bli røykeksponert. Hverken temperatur, sikt eller røykkonsentrasjoner med hensyn til O 2 og CO 2 en time etter en brann midt i tunnelen startet, viser verdier som kan antyde at røyk av betydning kommer frem til stuffen. Lufttilførselen til stuffen vil fungere som en effektiv form for røykkontroll siden stuffen får et overtrykk i forhold til resten av tunnelen som hindrer spredning av røykgasser til området. I tillegg blir røyken avkjølt av tunnelveggene, slik at den mister oppdrift i god avstand fra stuffen. 2. Avstengt ventilasjon: Ved avstengt ventilasjon blir derimot stuffen betydelig røykeksponert ved 5 % stigning mot stuffen. Forholdene på stuffen blir uakseptable trolig ca en halv til en time etter at brannen startet. Dette indikerer at det er ventilasjonen og dermed trykksettingen av stuffen som er hovedårsaken til at stuffen ikke blir røykeksponert når den har tilstrekkelig ventilasjon Betydningen av plasseringen av brannstedet i forhold til stuffen Røykeksponeringen av stuffen Når det gjelder plasseringen av brannstedet, er det utført en simulering med brann 5 m fra tunnelåpningen, en med brann midt i tunnelen og en med brann 5 m fra stuffen i en 3 m lang tunnel. Alle med ventilasjon av stuffen. Diskusjonen i foregående avsnitt beskriver hvordan røykbelastningen blir ved brann midt i tunnelen. Ettersom det praktisk talt ikke blir røyeksponering av stuffen ved brann midt i tunnelen og ventilasjon av stuffen, vil det heller ikke bli det ved brann i starten av tunnelen. Av interesse gjenstår da om ventilasjon av stuffen er i stand til å hindre røykspredning i tilfelle en 6-2 MW brann bare 5 m fra stuffen. Røykeksponeringen av stuffen ved en brann så nært stuffen vil være nokså uavhengig av om tunnellengden er 5 eller 3 m. og røykeksponeringen vil trolig bare bli svakt forverret ved økende tunnellengde. Figur 2.15 viser a) temperaturen og b) sikten i en 3 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og 9. m 3 /t ventilasjon av stuffen. Figur 2.16 viser a) oksygenkonsentrasjonen og b) karbondioksidkonsentrasjonen i en 3 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen og ventilasjon av stuffen. Brannen er plassert 5 m fra stuffen. Det fremgår også av figur 2.15 at temperaturen og sikten i tidsrommet mellom 5 og 6 min etter brannstart varierer mellom henholdsvis 4-7 C og m. Tilsvarende fremgår det av figur 2.16 at oksygenkonsentrasjonen og karbondioksidkonsentrasjonen på stuffen varierer mellom henholdsvis 18,8-19,7 % og 1-1,5 %. Stort sett inntreffer den verste røykeksponeringen etter 6 min., men dette behøver ikke alltid å være tilfelle. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

24 24 Man kan altså trekke den konklusjon at med ventilasjon av stuffen (9. m 3 /t), 5 % tunnelstigning og brann nær stuffen (minst 5 m fra stuffen), vil stuffen til en viss grad bli røykeksponert. Forholdene på stuffen blir imidlertid neppe kritiske slik at det er fare for at mennesker omkommer, innenfor en til to timer etter brannstart. Ved 1 % tunnelstigning kan røykeksponeringen trolig bli kritisk før en time har gått etter at brannen har startet. Ventilasjon av stuffen er altså ikke en fullgod metode med hensyn til å hindre kritisk røykeksponering av stuffen ved brann i for eksempel en lastebil, hvis brannstedet er nært stuffen. Ved en betydelig økning i ventilasjonsluftmengden kan forholdene på stuffen bli akseptable, men slike tilluftsmengder vil trolig være lite hensiktsmessig, både rent praktisk og kostnadsmessig. 3 Temperaturer 1.74 meter over gulvnivå LBA9 (Brann 5 m fra stuffen) * Lengde: 3m * Brann: 2MW Temperatur [ C] min 2min 3min 4min 6min Sikt 1.74 meter over gulvnivå LBA9 (Brann 5 m fra stuffen) * Lengde: 3m * Brann: 2MW Sikt [m] min 2min 3min 4min 6min Figur 2.15: a) temperaturen og b) sikten i en 3 m lang tunnel med 5 % stigning og ventilasjon (9 m 3 /t) av stuffen. Brannen er plassert 5 meter fra stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

25 25 O2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA9 (Brann 5 m fra stuffen) * Lengde: 3m * Brann: 2MW 2 a) O2 [Vol %] min 2min 3min 4min 6min CO2-konsentrasjon 1.74 meter over gulvnivå LBA9 (Brann 5 m fra stuffen) * Lengde: 3m * Brann: 2MW 8 b) CO2 [Vol%] 6 4 1min 2min 3min 4min 2 6min Figur 2.16: a) oksygenkonsentrasjonen og b) karbondioksidkonsentrasjonen i en 3 m lang tunnel med 5 % stigning og ventilasjon (9 m 3 /t) av stuffen. Brannen er plassert 5 meter fra stuffen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

26 Sammenligning med småskalaforsøkene Generelt Det er her foretatt en sammenligning av resultatene fra småskalaforsøkene (1:1-skala) (SINTEFrapport STF84 F97619 /1/) med resultatene fra brannsimuleringene presentert i denne rapporten. Sammenligningen er foretatt for en flat, 5 m lang tunnel under driving, med brann midt i tunnelen. I småskalaforsøkene var brannen plassert midt i et 5 m langt spirorør med diameter,8 m, som representerte en 1:1-skalamodell av en 5 m lang tunnel med T8-profil Temperaturbelastningen Ventilasjon av stuffen: Ved å sammenligne figur 2.1 i denne rapporten med figur 4.8 i rapporten fra småskala forsøkene /1/, ser en at mens simuleringene praktisk talt ikke gir temperaturstigning på stuffen, ble temperaturen ca 5 C på stuffen i småskalaforsøkene. Det fremgår av figur 4.8 /1/ at temperaturen stiger brått akkurat like før eller på stuffen. Dette er funnet å ha sammenheng med at ventilasjonskanalen i tunnelen i småskalaforsøkene bestod av et 5 m langt spirorør med diameter.1 meter, som var montert langs taket av tunnelen. Tilluften ble dermed varmet opp eller forvarmet av brannen midt i tunnelen, som mer eller mindre omhyllet ventilasjonskanalen. Denne effekten ble imidlertid ikke inkludert i brannsimuleringene, hvor tilluften på stuffen ble gitt samme temperatur som omgivelsene (5 C). Avstengt ventilasjon: Figur 4.1 i rapporten fra småskalaforsøkene /1/ viser at temperaturen etter 1 min. er ca 3 C ved avstengt ventilasjon, mens temperaturen på stuffen ble bare ca 1 C i brannsimuleringene. Her må en imidlertid være oppmerksom på at mens starttemperaturen i tunnelen i småskalaforsøkene var ca 2 C, ble den definert til bare 5 C i brannsimuleringene Røykeksponeringen Ventilasjon av stuffen: Ved å sammenligne figur 4.15 i rapporten fra småskalaforsøkene /1/, som viser sikten på stuffen de første 1 min. etter brannstart, med figur 2.3, ser en at sikten er 1 % i begge tilfellene. Ved å sammenligne figur 4.11 i rapporten fra småskalaforsøkene /1/ med figur 2.4 og 2.5, ser en at det samme gjelder også for O 2 - og CO 2 -konsentrasjonen, nemlig at resultatene fra småskalaforsøkene og simuleringene stemmer godt overens med hverandre. Begge viser at stuffen praktisk talt ikke blir eksponert for redusert oksygen eller karbondioksid. Av figur 4.11 /1/ fremgår det at CO-konsentrasjonen på stuffen også praktisk talt ble lik null i småskalaforsøkene. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

27 27 Avstengt ventilasjon: Av figur 4.16 rapporten fra småskalaforsøkene /1/ ser en at sikten på stuffen 2-3 minutter etter brannstart er ca,2 meter, mens den i simuleringene ble beregnet til ca 1,6 meter. En annen forskjell mellom småskalaforsøkene og simuleringene ved avstengt ventilasjon, er at mens en i 1:1-skalaforsøkene kunne måle en CO-konsentrasjon på ca,1 % eller 1 ppm, ble denne konsentrasjonen beregnet til bare ca,1 ppm i datasimuleringene. Ettersom CO (kullos) er den klart mest giftige gassen, vil dette kunne ha betydning for vurdering av overlevelsesevnen til personer på stuffen. I denne rapporten er det derfor inkludert i vurderingene at konsentrasjonen av karbonmonoksid til dels er noe underestimert i brannsimuleringene. Tiden til tilstanden ble kritisk for personer på stuffen i småskalaforsøkene var vesentlig kortere (1-15 min.) sammenlignet med 1/2-1 time som resultatene fra brannsimuleringene synes å antyde. Generelt kan en slå fast at resultatene med hensyn til røykeksponeringen på stuffen samt O 2 -, CO- og CO 2 -konsentrasjonene i brannsimuleringene, var noe mindre kritiske enn i småskalaforsøkene STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

28 28 3. LØSNINGER SOM HINDRER AT VENTILASJONEN BRYTER SAMMEN 3.1 Generelt Simuleringene har vist at en 6-2 MW brann i en tunnel under driving vil medføre temmelig intens varmebelastning på brannstedet. En slik brann vil føre til at ventilasjonskanalen raskt bryter sammen hvis den ikke har tilstrekkelig brannmotstand. Dette gjelder spesielt hvis ventilasjonskanalen består av en ventilasjonsduk langs taket av tunnelen. Ventilasjonen vil i dette tilfellet bryte sammen så og si umiddelbart etter brannstart. Dermed får brannstedet lufttilførsel i stedet for stuffen, noe som vil medføre en enda kraftigere brann enn ellers. De eksperimentelle forsøkene i 1:1-skal ved SINTEF NBL /1/ har vist at brannintensiteten blir tre ganger større med ventilasjon av brannstedet sammenlignet med avstengt ventilasjon. 3.2 Løsninger Generelt Til tross for den relativt lange overlevelsestiden som en fant i småskalaforsøkene og simuleringene, ved en brann midt i tunnelen og ventilasjon av brannstedet (dvs 1,5-3 timer), er det likevel et klart behov for at personellet er vesentlig bedre beskyttet mot røykeksponering. Et effektivt tiltak, bortsett fra ved branner nær stuffen, vil være å opprettholde ventilasjonen på stuffen. Hvis derimot ventilasjonen skal hindre røykeksponering ved en brann nær stuffen, må trolig lufttilførselen økes betydelig. Hvis ventilasjonen skal opprettholdes, kreves det at ventilasjonskanalen er tilstrekkelig brannbeskyttet i hele tunnelens lengde frem til stuffen, slik at den tåler en dimensjonerende brann i tunnelen uansett hvor den måtte oppstå. Dimensjonerende brann er i dette tilfelle trolig at to lastebiler kolliderer med en typisk brann på 4-5 MW som resultat dersom de antennes. Dette setter store krav til brannisolasjon av ventilasjonskanalene dersom ventilasjon helt frem til stuffen skal sikres Brannbeskyttelse av ventilasjonskanalene I praksis har en følgende to metoder for brannisolering av ventilasjonskanalene: 1. Isolasjonsmatter rundt kanalene - Festet med netting i kombinasjon med aluminiumsfolie - Skålformede matter - Lamellmatter 2. Epoxy- eller sementbaserte sprøyteisolasjonsmaterialer - Chartec - Pyrocrete Ved å isolere kanalene med tilstrekkelig isolasjonstykkelse ved hjelp av en av metodene nevnt over, vil kanalene kunne motstå en dimensjonerende brann i typisk 1-2 timer. Det er imidlertid sterk tvil om slik brannisolering vil være gjennomførbar i praksis. Dessuten har simuleringene vist at ved brann nært stuffen, vil opprettholdelse av ventilasjonen ikke være en tilstrekkelig metode STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

29 29 med vanlige ventilasjonsluftmengder. Lufttilførselen må i dette tilfellet trolig økes utover det som er hensiktsmessig, både rent økonomisk og praktisk Redningskammer Det markedsføres blant annet i Sverige et redningskammer, hvor personer på stuffen kan søke tilflukt i tilfelle brann i tunnelen. Et eksempel på et slikt redningskammer er vist i figur 3.1. Det fremgår av figuren at dimensjonene (høyde x bredde x lengde) er 1,8 m x 1,8 m x 2,7 m. med plass til 6-1 personer. Redningskammeret leveres med friskluftsmasker og dimensjonert luftmengde, avhengig av nødvendig brukstid og antall personer. Systemet reduserer lufttrykket i flaskene fra ca 2 bar til det trykk man innstiller trykkreduksjonsventilen, det vil si mellom 6 og 7 bar. Luftbehovet pr person er ca 24 liter pr time i sittende stilling. Som et eksempel på nødvendig luftbehov kan en her nevne at et kammer beregnet for ti personer, må ha syv 5 liters flasker (ved 2 bar) for luft i tre timer. Hvis friskluftmengden økes, kan personer oppholde seg der enda lengre, det vil si til det tidspunkt hvor en forventer å ha fått kontroll over brannen, og reddet ut personene på stuffen ut av tunnelen Røykdykkerutstyr Et redningskammer vil strengt tatt temmelig sjelden være nødvendig i forbindelse med røykeksponering av stuffen i tilfelle brann i tunnelen. Dette på grunn av at temperatureksponeringen sjelden vil være et problem i tunnelen, bortsett temmelig nært brannstedet. Derfor kan det være tilstrekkelig å bare bruke røykdykkerutstyr med luftflasker. I denne forbindelse kan en nevne at det i Norge er utviklet røykdykkerapparat med lukket kretsløp og gjenbruk av pusteluft, som renses for CO 2, samtidig som det får tilført nytt oksygen. Dette systemet, som også inkluderer nedkjøling av pustelufta, er i tillegg svært lettpustet. Ved delvis gjenbruk av pustelufta kan operasjonstiden for dette røykdykkerapparatet bli på hele 4 timer ved vanlig arbeid, med bare 2 liter oksygen. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

30 3 Figur 3.1: Skisse av et redningskammer med plass til inntil 1 personer. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

31 31 4. HOVEDKONKLUSJONER Følgende hovedkonklusjoner kan trekkes på grunnlag av denne analysen: 1. Under forutsetning av at brannen ikke inntreffer for nært stuffen, ser ventilasjon av stuffen ut til å være en meget effektiv metode for å hindre at personer på stuffen blir røykeksponert. 2. Når ventilasjonsluft tilføres stuffen, dannes det et overtrykk i forhold til resten av tunnelen som hindrer at røykgasser spres til stuffen, selv ved en så betydelig stigning mot stuffen som 1 %. Ved en brann vil trykket på stuffen øke med økende brannstørrelse og økende høydeforskjell mellom brannstedet og tunnelåpningen. Dette kan medføre en alvorlig reduksjon i ventilasjonsluftmengden, avhengig av kapasiteten på viftene. Denne effekten er imidlertid inkludert i brannsimuleringene for en 5 m lang tunnel med 1 % stigning mot stuffen, samt for en 3 m lang tunnel med 5 % stigning mot stuffen. 3. Hvis det oppstår en brann relativt nært stuffen, kan ventilasjonsluftmengden bli for liten til å forhindre at noe røykgass spres til stuffen. Dette er imidlertid avhengig av blant annet brannintensiteten, hvor nært brannen er stuffen og ventilasjonsluftmengden tilført stuffen. 4. På grunn av effektivt varmetap fra branngassene til tunnelveggen, vil temperaturbelastningen sjelden bli et problem for personer på stuffen. 5. Sammenligning mellom resultatene fra småskalaforsøkene og brannsimuleringer presentert i denne rapporten, viser at de stemmer godt overens med hensyn til hovedkonklusjonene. Røykeksponeringen i simuleringene blir imidlertid noe mindre alvorlig sammenlignet med småskalaforsøkene. 6. Det eksisterer neppe noen hensiktsmessig metode, hverken rent praktisk eller kostnadsmessig, som kan sikre ventilasjonen av stuffen i tilfelle brann i en tunnel under driving. SINTEF NBL foreslår i stedet å anvende et redningskammer, som er utstyrt med nødvendige mengder friskluft for å gi tilstrekkelig beskyttelse i for eksempel tre timer for 6-1 personer. En annen løsning er å anvende bare røykdykkerutstyr med lang operasjonstid, hvor en anvender prinsippet med delvis gjenbruk av pustelufta, som renses for CO 2. STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving

32 32 REFERANSER /1/ Stensaas, J.P.: 1:1-skala eksperimentelle forsøk med brann i tunnel under driving, SINTEF Energi, Norges branntekniske laboratorium, juli SINTEF rapport nr. STF84 F STF22 A9887, Simulering av brann i tunnel under driving