Innhold I Brann og samfunn 1 1 Brann og samfunn 3 1.1 Introduksjon............................ 3 1.2 Brannstatistikk: Tap av menneskeliv.............. 3 1.2.1 Antall døde........................ 3 1.2.2 Kjønnsforskjeller..................... 5 1.2.3 Barn og brann....................... 5 1.2.4 Aldersfordeling...................... 8 1.2.5 Eldre og uføre....................... 8 1.3 Brannstatistikk: Økonomiske tap................ 9 1.3.1 Verditap.......................... 9 1.3.2 Sammenligning med andre land............. 9 1.3.3 Bakgrunn for verditapene................ 10 II Brannutvikling 15 2 Brann- og røykspredning 17 2.1 Mekanismer for brannspredning................. 17 2.1.1 Brannspredning via varmeledning............ 17 2.1.2 Brannspredning via konveksjon............. 18 2.1.3 Brannspredning via varmestråling............ 19 2.1.4 Brannspredning via flyvebrann.............. 19 2.2 Brann - og røykspredning.................... 21 2.2.1 Spredning i et rom.................... 21 2.2.2 Spredning til andre rom og etasjer............ 25 2.2.3 Spredning til andre bygninger.............. 26 3 Brannforløp i et rom 31 3.1 Brann i rom............................ 32 3.2 Fasene i en brann......................... 34 xi
xii INNHOLD 3.2.1 Antennelsesfasen..................... 34 3.2.2 Vekstfasen......................... 36 3.2.3 Fullt utviklet brann.................... 37 3.2.4 Utbrenningsfasen..................... 38 3.3 Overtenning............................ 39 3.4 Backdraft og pulsering...................... 40 3.4.1 Pulsering......................... 41 4 Standardbrann 43 III Varmelære 47 5 Varmelære og brann 49 5.1 Introduksjon............................ 49 5.2 Energi og varme.......................... 50 5.2.1 Kinetisk energi...................... 50 5.2.2 Potensiell energi...................... 50 5.2.3 Indre energi........................ 51 5.3 Termodynamikk.......................... 51 5.3.1 Termodynamikkens første lov.............. 52 5.3.2 Termodynamikkens andre lov.............. 54 5.4 Varmetransport.......................... 56 6 Varmeledning 59 6.1 Generell ligning.......................... 59 6.1.1 Endimensjonal varmeledning............... 59 6.1.2 Flerdimensjonal varmeledning.............. 61 6.2 Stasjonær varmeledning..................... 63 6.3 Temperaturavhengig varmeledningsevne............ 66 6.4 Komplekse konstruksjoner.................... 67 6.4.1 Material i serie...................... 67 6.4.2 Parallelle materialer................... 71 6.4.3 Sammensatte konstruksjoner............... 78 7 Varmekonveksjon 85 7.1 Newtons lov for kjøling...................... 85 7.2 Reynolds tall........................... 88 7.3 Tvungen konveksjon....................... 91 7.4 Naturlig konveksjon........................ 94
INNHOLD xiii 8 Varmestråling 99 8.1 Beskrivelse av varmestråling................... 100 8.2 Materialer............................. 101 8.2.1 Egenskaper........................ 101 8.2.2 Svarte legemer...................... 102 8.2.3 Grå legemer........................ 103 8.3 Varmestråling mellom objekter................. 105 8.3.1 Intensitet......................... 105 8.3.2 Varmestråling mellom svarte legemer.......... 110 8.4 Geometrisk synsfaktor...................... 113 8.4.1 Synsfaktorligninger.................... 113 8.4.2 Synsfaktordiagram.................... 113 8.4.3 Beregning av synsfaktorer................ 119 8.5 Varmestråling mellom grå legemer................ 121 8.6 Praktiske eksempler........................ 124 8.6.1 Stråling fra en flamme.................. 124 8.6.2 Stråling fra en husbrann................. 125 9 Kombinasjoner av varmetransport 131 9.1 Varmeledning og konveksjon................... 131 9.2 Varmeledning, konveksjon og stråling.............. 136 10 Transient varmeledning 141 10.1 Oppvarming av et objekt..................... 141 10.2 Termisk tynne objekter...................... 142 10.3 Transient varmeledning for semi-uendelig objekt........ 147 IV Brann og røykproduksjon 153 11 Generell kjemi 155 11.1 Kjemiske reaksjonsligninger................... 155 11.2 Gasslover............................. 160 11.2.1 Den ideelle gassloven................... 160 11.2.2 Avogadros lov....................... 162 11.2.3 Daltons lov........................ 164 11.3 Gasstetthet............................ 166 11.4 Damptrykk............................ 170
xiv INNHOLD 12 Brannkjemi 175 12.1 Brannfirkanten.......................... 175 12.1.1 Brensel........................... 177 12.1.2 Oksygen og energi.................... 178 12.1.3 Kjedereaksjon....................... 178 12.2 Forbrenning av gasser....................... 179 12.2.1 Fullstendig forbrenning.................. 180 12.2.2 Brenselsfattig....................... 180 12.2.3 Brenselsrik......................... 181 12.3 Brennbarhetsgrense........................ 182 12.3.1 Brennbarhetsgrenser under normale forhold...... 183 12.3.2 Brennbarhetsgrenser ved elevert temperatur og trykk. 186 12.3.3 Brennbarhetsdiagram................... 189 12.4 Flamme.............................. 192 12.4.1 Forblandet flamme.................... 193 12.4.2 Diffusjonsflamme..................... 195 12.5 Varmeproduksjon......................... 199 12.5.1 Formasjonsvarme H f.................. 199 12.5.2 Forbrenningsvarme H C................. 202 12.5.3 Forbrenningsvarme H C fra kalorimetri........ 202 12.5.4 Massetapsrate....................... 206 12.5.5 Beregning av varmeproduksjon............. 209 12.6 Adiabatisk flammetemperatur.................. 210 12.6.1 Teoretisk utledning.................... 211 12.6.2 Beregningseksempler................... 212 13 Antennelse 217 13.1 Termisk eksplosjon........................ 217 13.2 Antennelse med tennkilde.................... 224 13.2.1 Antennelse av gass.................... 225 13.2.2 Antennelse av væske................... 225 13.2.3 Antennelse av fast stoff.................. 227 13.3 Antennelse uten tennkilde.................... 228 13.3.1 Selvantennelse....................... 229 13.3.2 Spontanantennelse.................... 229 14 Røyk 233 14.1 Definisjon av røyk......................... 233 14.2 Røykskader............................ 234 14.2.1 Røykskade på person................... 235 14.2.2 Røykskade på objektet.................. 236
INNHOLD xv 14.3 Forbrenningsprodukt fra brann................. 238 14.3.1 Massetapsrate....................... 238 14.3.2 Forbrenningsgasser.................... 239 14.3.3 Energi........................... 241 14.4 Røykproduksjon.......................... 242 14.4.1 Røyksøyleteori....................... 242 14.4.2 Ligning for røykproduksjon............... 243 14.4.3 Røykproduksjon over den begrensende høyden..... 247 14.4.4 Røykproduksjon under den begrensende høyden.... 248 14.5 Gjennomgående eksempler av røykproduksjon......... 249 14.5.1 Eksempel med varmeproduksjon på 1500 kw...... 249 14.5.2 Eksempel med varmeproduksjon på 250 kw...... 251 V Brannvern 253 15 Brannteknisk perspektiv 255 15.1 Introduksjon............................ 255 15.2 Forebyggende brannvern..................... 255 15.2.1 Offentlig brannvern.................... 257 15.2.2 Privat brannvern..................... 257 15.3 Teknisk brannvern........................ 258 15.4 Oppsummering.......................... 259 16 Branndeteksjon 261 16.1 Automatisk brannalarmanlegg (ABA).............. 261 16.2 Varmedetektor.......................... 263 16.3 Røykdetektor........................... 266 16.3.1 Ionisk røykdetektor.................... 266 16.3.2 Optisk røykdetektor................... 267 16.3.3 Praktiske forhold ved røykdeteksjon........... 269 16.4 Flammedetektor.......................... 269 16.4.1 Infrarød flammedetektor................. 269 16.4.2 Ultrafiolett flammedetektor............... 270 17 Brannslukking 271 17.1 Slukketeori............................. 271 17.2 Valg av slukkemiddel....................... 272 17.2.1 Vurdere branntype.................... 272 17.2.2 Sekundærskader...................... 273 17.2.3 Vurdere person- og miljøsikkerhet............ 273
xvi INNHOLD 17.2.4 Tilgjengelighet av slukkemiddel............. 274 17.3 Vann................................ 274 17.3.1 Sprinklersystem...................... 275 17.3.2 Vanntåkesystem...................... 275 17.4 Skum................................ 276 17.5 Gass................................ 278 17.5.1 Karbondioksid....................... 278 17.5.2 Halon........................... 278 17.6 Pulver............................... 279 18 Røykkontroll 283 18.1 Røykspredning.......................... 284 18.2 Drivkrefter............................. 284 18.2.1 Skorsteinseffekt...................... 284 18.2.2 Termisk oppdrift av varm røyk............. 285 18.2.3 Termisk ekspansjon av varm røyk............ 285 18.2.4 Vindkrefter........................ 286 18.3 Ventilasjonsåpninger....................... 286 18.4 Prinsipp for røykkontroll..................... 287 18.4.1 Aktiv røykkontroll.................... 289 18.4.2 Passiv røykkontroll.................... 293 19 Passivt brannvern 297 19.1 Begrep............................... 298 19.1.1 Brannmotstand...................... 298 19.1.2 Nye betegnelser...................... 298 19.1.3 Gamle betegnelser.................... 299 19.2 Faktorer som påvirker brannmotstanden............ 299 19.2.1 Beskyttelsesmekanismer................. 299 19.2.2 Harmathys regler..................... 302 19.3 Beskyttelse av bygningsdeler................... 308 19.3.1 Metoder.......................... 308 19.3.2 Tre............................. 309 19.3.3 Stål............................ 309 19.3.4 Betong........................... 310 19.4 Seksjonering............................ 311 19.5 Hindre brannsmitte mellom bygg................ 312
INNHOLD xvii VI Tillegg 315 A Tabeller 317 A.1 SI-systemet............................ 318 A.2 SI-prefikser............................ 319 A.3 Greske bokstaver......................... 319 A.4 Omregningsfaktorer........................ 320 B Varmeledning i semi-uendelige materialer 321 B.1 Utledning............................. 321 B.2 Error-funksjonen......................... 324 C Materialverdier 325 D Kort om romvinkel 329 Bibliografi 333 Register 339