I snart ett år har jag på uppdrag av NCC tittat på möjligheter att använda aktiva system som en del av brandskyddet för bärande konstruktioner. Arbetet påbörjades strax innan Johan Lundins omdebatterade insändare i Sirenen. I början av sommaren fastställde vi principerna för metodiken och på sistone har jag varit fokuserad på att besvara följande frågor:

1. Vilken dimensionerande brand ska användas för att avgöra om övertändning kan inträffa eller inte?
2. Hur ska övertändningsbegreppet anpassas till förhållandena i stora lokaler där temperaturen i brandgaslagret varierar stort med avståndet från branden?
3. Vilken beräkningsmodell ska användas för att avgöra om den dimensionerande branden leder till övertändning? Vilka antagande beträffande materialparametrar, öppningsförhållanden etc. är rimliga?

Nu har det äntligen lossnat. Jag har med litteraturstudier av framförallt australiska tester i köpcentra funnit en lämplig dimensionerande brand för påverkan på bärverket. Det handlar inte om några fjuttiga MW, utan det är en rejäl brand motsvarande den som kan fås vid lokal övertändning av exempelvis ett skolager. När det gäller beräkningsmodellen så utgick jag från att försöka jobba enkelt med MQH-metoden. Men, som ni har förstått på förra veckans inlägg så har det inte gått särskilt lysande.  Jag har därför varit tvungen att byta till en fältmodell, både pga inkonsekvent resultat med MQH-metoden, men också då mitt kriterium för övertändning (med hänsyn till påverkan på bärverk) inte alls är det samma som någon ”medeltemperatur” i det övre brandgaslagret. En hel del arbete har lagts ner på att optimera FDS-beräkningarna så att de görs med tillräcklig precision och tillförlitlighet, till minsta möjliga beräkningstid.

Det är alltid behagligt när man äntligen kan se slutet på ett långt och komplicerat utvecklingsuppdrag. Nu väntar jag på resultatet av nattens 12 simuleringar och därefter kommer jag använda intervallhalveringsmetoden för att avgöra om ytterligare beräkningar än de hitintills 57 utförda simuleringarna behövs. Jag har c:a två veckor kvar innan årsdagen. Förhoppningsvis är rapporten färdig då…

Helgen spenderades i Stockholm och lördagen ägnades åt självplågan i backarna på Lidingö. Den vänstra vaden bråkade som förväntat och med en mil kvar blev det en del promenader i nedförsbackarna. Tog mig i mål och är allämnt nöjd med det. Frun briljerande som vanligt med nytt personbästa.

Måndag: Jobbar med Samarkand i Växjö och åker till Grontmij för ett kort möte om en sakkunnigkontroll.
Tisdag: Gästföreläser på kursen i Samhällsplanering om hur det är att arbeta som konsult.
Onsdag: Jobbar med kv. Gurkan i Landskrona. Ett äldreboende där sprinkler används för att optimera brandskyddet.
Torsdag: träffar FSD i Helsingborg för att avrapportera ”Gurkan”.
Fredag: Åker till Växjö för projekteringsmöte om Nya Samarkand.

Veckans kaffe: Njuter av FTO från Johan & Nyström.

För några veckor sedan började jag använda funktionen ”STATISTICS” i FDS och kan med den ta fram t.ex. medeltemperaturen i en viss volym av byggnaden. Funktionen kan också kopplas till ett ”CTRL” kommando där FDS kan avbryta simuleringen om ett visst värde på exempelvis medeltemperaturen överskrids.

För närvarande använder jag dessa funktioner när jag försöker se hur vida en viss brand kan ge övertändning eller inte. I mitt fall handlar det om att avgöra om en viss brandstorlek kan orsaka en övergång till en okontrollerad brandspridning. För att detta ska kunna ske krävs att brandspridning också sker genom att brandgaslagret får en temperatur där strålningen mot golv överstiger 20 kW/m2. Jag använder statistikfunktionen i FDS för att logga medeltemperaturen i en volym längs med taket (ganska nära branden). Om medeltemperaturen i denna volym överstiger 500 C så blir strålningen mot golvet för stor och brandspridning sker. När temperaturen överskrids skapas en restartfil och FDS stänger ner. Syntaxen i FDS kan se ut som följer:

DEVC ID=’Temperature_MEAN’, QUANTITY=’TEMPERATURE’, STATISTICS=’MEAN’, SETPOINT=500., XB=x1,x2,y1,y2,z1,z2 /
&CTRL ID=’Kill’, FUNCTION_TYPE=’KILL’, INPUT_ID=’Temperature_MEAN’ /

Jag vill också passa på att nämna att aktuell version av Pyrosim (2008.1) har en bugg som gör att indata till FDS för STATISTICS blir felaktig. För att komma runt detta så använd syntax enligt ovan och lägg in del i ”Additional Records” i ”Record View” i Pyrosim.

Jobbet är tufft nu. Inte nog med att jag ska skriva en handbok i analytisk dimensionering som ska bli tydlig, lättläst, konkret och ha en uppenbar avsaknad på flosker. Jag har också gett mig in i en till synes omöjlig kamp mot McCaffreys, Quintieres och Harkleroads numera 27 år gamla ekvation för att beräkna brandgaslagrets temperatur, den s.k. MQH-metoden. I morgon väntar föreläsningar i BTR-kursen, tills dess…

Förra veckan ägnade jag mycket tid åt att försöka förstå varför MQH-metoden krånglar när rummen blir större. Jag har läst artiklar och jobbat med datorsimuleringar. I veckan hoppas jag kunna delge er mer detaljer…

Måndag: Heldagsmöte i Lund med arbetsgruppen för BBR 20XX.
Tisdag: På kontoret förbereder onsdagens föreläsningar.
Onsdag: Föreläser i BTR-kursen både om brandscenarier och tvåzonsmodeller.
Torsdag: På kontoret.
Fredag: Åker till Stockholm för att försöka springa Lidingöloppet.

Veckans kaffe: Njuter av Idido Misty Valley från Johan & Nyström. Jag hann med en påse ”Trip” av Haugaard i förra veckan som var en finfin njutning.

Just nu ägnar jag en hel del tid åt att försöka finna ett ”enkelt” sätt att uppskatta om övertändning kan inträffa i en lokal. Den mest välkända metoden är den s.k. MQH-metoden för att beräkna temperaturen i det övre brandgaslagret som en funktion av brandens effektutveckling, lokalens geometri, öppningarnas storlek och omslutande konstruktioners värmeledningsegenskaper. MQH-metoden finns dokumenterad i ”Estimating Room Temperatures and the Likelihood of Flashover” och ser i sin enklaste form ut så här:
 
Ekvationen togs fram genom att analysera c:a 100 försök och bedöms korrelera väl mot dessa vilket visas i figuren nedan:

Jag tror det är många som tycker att metoden ger ganska konstiga resultat, framförallt för material med goda värmeisolerande egenskaper. Helt plötsligt krävs hundratals kvadratmeter öppningar för att undvika övertändning i en hyfsad stor lokal, ett resultat som inte är helt överensstämmande med den uppfattning man får av att använda andra modeller som t.ex FAST eller FDS. De försök som ligger bakom MQH-metoden gjordes i huvudsak i rum med en storlek på 20-30 m3, vilka många ser ut som det rum som används för ISO 9705 (room corner test). Vad händer i rum som har en volym på 1000-tals m3, exempelvis livsmedelsbutiker på 3000 m2 med en takhöjd på 4 m?

Ekvationen för att beräkna brandgaslagrets temperatur bygger på försök där kvoten mellan omgivande ytor och rummets volym är ligger kring 2,0. I större lokaler närmar sig denna kvot ganska snart värden mindre än 0,10 pch ner mot 0,05. Något måste hända med korrelationen då omgivande ytors ”betydelse” för minskar med en faktor 20-40. Min teori är att betydelsen av omgivande ytors värmeledningsegenskaper minskar efterhand som lokalerna blir större och den enkla anledningen till detta är förhållandet mellan omgivande ytor och rummets volym minskar kraftigt efter hand som lokalen blir större. För dessa lokaler är sambandet helt enkelt svagare än vad MQH-metoden anger.

Ett enkelt räkneexempel kan illustrera vad jag menar. Om vi antar att 1000 kW är en tillräckligt stor brand för att orsaka övertändning i ett rum med en viss storlek och omgivande ytor är av betong. Då skulle det endast krävas kring 130 kW för att orsaka övertändning om omgivande ytor är av mineralull. På samma sätt skulle det krävas 3600 kW om väggarna var av aluminium.

I stora lokaler tror jag att värmeledningen in i omslutande konstruktioner har mindre betydelse än den ”lagring” av värme som sker i brandgaserna. Kan jag ha rätt?

Kommentera & diskutera gärna…

Spana in den senaste testen på badcoffee.com. Denna gång behandlas vattnets betydelse för kaffets smak. Många intressanta erfarenheter redovisas…

Jag måste få veta… Vem av er i brandingenjörsvärlden kan man föra en seriös diskussion om kaffe med!?!

Simo Hostikka, en av de tyngre namnen i utvecklingen av FDS har skrivit en doktorsavhandling med den tunga titeln ”Development of fire simulation models for radiative heat transfer and probabilistic risk assessment”. Simo skriver nästan lättläst om skillnader mellan RANS och LES samt en hel del matnyttigt om de submodeller som bygger upp en CFD-kod. Det är defintivt en ”bör läsa”-varning på denna nätta avhandling på 108 sidor.

Nu finns min artikel i senaste Bygg & Teknik att läsa här. Kommentera gärna…