DS/INF Anvendelse af parametrisk brandpåvirkning ved dimensionering af bærende konstruktioner. Version: Høringsudgave

Transkript

1 DS/INF Anvendelse af parametrisk brandpåvirkning ved dimensionering af bærende konstruktioner Version: Høringsudgave

2 Indhold Forord... 3 Indledning Emne og anvendelsesområde Normative referencer Termer og definitioner Symboler Den parametriske brandpåvirkning Modelbegrænsninger Bestemmelse af inputværdier Brandrummet Åbningsfaktoren Brandlasten Beklædningernes termiske inerti Dokumentation Bibliografi Appendiks 1 Inputværdier for figur Appendiks 2 Beregningseksempel Brandrummet Åbningsfaktor Brandbelastningen Termisk inerti Gastemperaturen Bilag Baggrundsdokumentation

3 Forord Denne DS/INF , Anvendelse af parametrisk brandpåvirkning ved dimensionering af bærende konstruktioner er udarbejdet af Dansk Standard og beskriver anvendelse af den parametriske brandpåvirkning som beskrevet i DS/EN :2007 Eurocode 1: Last på bærende konstruktioner Del 1-2 Generelle laster brandlast, Anneks A, Parametriske brandforløb med tilføjelser jf. det nationale anneks DS/EN DK NA:2012. Retningslinjer for brug af paramteriske brande der fremgår af Vejledning i dimensionering af bygningskonstruktioner for fuldt udviklet brand [1] udarbejdet af Kristian Hertz er tillige indarbejdet i revideret form. Indledning Det har været muligt at dimensionere bærende konstruktioner for brand gennem flere årtier. Tidligere kunne dette ske via DS normkompleks og med indførslen af Eurocodes, giver Eurocodes rammerne for hvorledes bærende konstruktioner dimensioneres for brand. DS/EN anviser to fundamentalt forskellige typer brandpåvirkninger af bærende konstruktioner. Disse er nominelle brandforløb og naturlige brandforløb. I Danmark anvendes nominelle brandforløb i form af standardbranden og i enkelte tilfælde også hydrocarbon kurven. De nominelle brandforløb beskriver hver ét temperatur-tidforløb, der relaterer sig til en overtændt brand, Brandpåvirkningen forløber som et opvarmningsforløb i et konkret tidsrum, der er uafhængigt af bygningens design og anvendelse. Varigheden af brandforløbet, og dermed den periode en bygningsdel skal bevare sin bæreevne under brand, er angivet i nationale regler. I Danmark er der givet retningslinjer for valg af tidsummet for standardbrandpåvirkning i regler og vejledninger, der understøtter bygge- og beredskabslovgivningen. Standardbrandpåvirkningen anvendes tillige til typeprøvning. Naturlige brande består af brandforløb, der er defineret ud fra bygningens design og anvendelse. Disse brande beskriver det fuldtudviklede brandforløb omfattende både et opvarmningsforløb og et afkølingsforløb. Ved dimensionering af bærende konstruktioner bæreevne udsat for naturlige brandforløb eftervises, at bæreevnen er til stede for det fulde brandforløb (både opvarmnings- og afkølingsforløb) jf. bygningsreglementet (5.3. stk.1) og DS/EN DK NA:2012. Parametriske brandpåvirkninger, som beskrevet i DS/EN , anneks A med tilhørende nationalt anneks tilhører gruppen af naturlige brandforløb. I Figur 1 er der vist en sammenligning mellem gastemperaturen for standardbranden og 4 forskellige paramteriske brande. Som det ses af figuren giver ændringer af henholdsvis rummets åbninger og beklædnings termiske inerti anledning til væsentlige forskelle i brandens udvikling for samme brandlast. Standardbranden er ikke en funktion af rummets udformning og varierer derfor ikke. Note: for yderligere grundlag for bestemmelse af gastemperaturkurverne angivet i Figur 1 henvises til appendiks 1 Da de nominelle og naturlige brandpåvirkninger fundamentalt er forskellige, er det derfor ikke umiddelbart muligt at foretage en sammenligning eller korrelation mellem resultater opnået ved de to typer brandpåvirkning 3

4 Gastemperatur ( C) Standardbrand 120 min Åbningsfaktor, O = 0,02 Åbningsfaktor O = 0,10 Termis inerti, b = 400 Termisk inerti, b = Tid (min) Figur 1 Relation mellem forskellige parametriske brande og standardbranden. Åbningsfaktoren er angivet i m ½ og den termiske inerti er angivet i J/m 2 s ½ K. Da de parametriske brandforløb er baseret på bygnings design og anvendelse, er det nødvendigt løbende, at opdatere vejledninger for brug af denne type brandpåvirkning som følge af ændringer i byggetraditioner og andre funktionskrav til bygningen. Gennem de senere årtier har krav til energiforbrug i bygninger betydet at valg af byggematerialer og design af facader i nogen grad har ændret sig. Dette kan ligeledes påvirke brandens udvikling. Det er derfor fundet relevant at justere tidligere anbefalinger for at tilgodese disse ændringer. Afslutningsvis skal det nævnes, at det forudsættes, at brugeren af denne DS INF på anden vis har tilegnet sig grundlæggende teknisk viden om naturlige brandforløb, og overordnede faktorer der måtte påvirke brandens udvikling. 1 Emne og anvendelsesområde Denne DS/INF beskriver hvorledes parametriske brande jf. DS/EN anneks A med tilføjelser fra det nationale anneks (DS/EN DK NA:2012) kan anvendes ved brandteknisk dimensionering af bærende bygningskonstruktioner. Metoden kan anvendes for bestemmelse af brandpåvirkning af bl.a. bærende konstruktioner i brandrum i én etage, der maksimalt har en rumhøjde på 4 m og et etageareal på indtil 500 m 2. Dog kan rum med større etageareal ligeledes omfattes af metoden forudsat at en række symmetribetragtning kan tilgodeses. Metoden er tillige begrænset til at omfatte en sammensætning af brændslet på mindst 80 % træ/cellulose og maksimalt 20 % plast el. lignende materialer. Udover at sammenfatte metoden giver denne DS/INF en nærmere uddybning af modellens begrænsninger, og der gives anbefaledes værdier for inputdata som supplement til værdierne beskrevet i DS/EN og DS/EN DK NA:2012. Afslutningsvis gives kort nogle retningslinjer for dokumentation i relation til byggeansøgningen. 4

5 2 Normative referencer Bygningsreglement 2010, Energistyrelsen DS/EN 1990:2007 Eurocode 0: Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner DS/EN 1990 DK NA:2012 Nationalt anneks til Eurocode 0: Projekteringsgrundlag for bærende konstruktioner DS/EN :2007 Eurocode 1: Last på bærende konstruktioner Del 1-2 Generelle laster Brandlast DS/EN DK NA:2012 Nationalt anneks til Eurocode 1: Last på bygværker Del 1-2: Generelle laster Brandlast DS/EN ISO 1716:2010 Prøvning af byggevarers brandreaktion - Bestemmelse af bruttobrændværdi DS/EN :2003 Brandventilation - Del 2: Specifikation for naturlige røg- og varmeudsugningsventilatorer DS/EN :2009 Brandklassifikation af byggevarer og bygningsdele - Del 2: Klassifikation ud fra resultater opnået ved prøvning af brandmodstandsevne, eksklusive ventilationssystemer 3 Termer og definitioner. Brandbelastning Brandforløb Brandlast Brandrum Fuldt udviklet brand Gastemperaturen Overtænding Åbningsfaktor Brandlast pr. arealenhed (omsluttende areal) Det tidsmæssige forløb af temperaturen af de brandgasser der omgiver en konstruktion. Den samlede termiske energi der kan afgives ved forbrænding af alle brændbare materialer i et brandrum (såvel bygning som inventar) Et eller flere rum, der er omgivet af brandadskillende konstruktionselementer, der sikre at branden ikke vil sprede sig til andre brandrum under det pågældende brandforløbet Stadium af brandforløbet, hvor alle brændbare objekter er involveret i en brand indenfor et specificeret område Temperaturen i brandrummet En overgangsfase i brandforløbet hvor størstedelen af de brændbare materialer i rummet antænder spontant Faktor, som karakteriserer brandrummets ventilationsforhold, og som er afhængigt af arealet af åbninger i brandrummets vægge, af disse åbninger højde og af de omsluttende fladers samlede areal 4 Symboler A v Samlet areal af vertikale åbninger i alle vægge [m 2 ] A t Det samlede areal af de omsluttende bygningsdele (inkl. åbninger) [m 2 ] O Åbningsfaktor [m ½ ] 5

6 ΔH u Netto brændværdi [MJ/kg] b Termisk inerti [J/m 2 s ½ K] c Specifik varmekapacitet [J/kgK] h Højde af åbning [m] h eq Den samlede arealvægtede middelhøjde af de vertikale åbninger [m] m Masse [kg] q t,d Den regningsmæssige brandbelastning fordelt på de omsluttende flader svarende til A t [MJ/m 2 ] s Tykkelse af grænselag [m] t Tid [min] t max Tid for opvarmningsforløbets ophør [min] w Bredde af åbning [m] Θ g Gastemperaturene i brandrummet [ C] Tidsfaktor [-] ρ Densitet [kg/m 3 ] Λ Varmeledningsevne [W/mK] 5 Den parametriske brandpåvirkning Den parametriske brandpåvirkning beskriver temperatur- tidsforløbet for en fuldt udviklet brand, der er ventilationskontrolleret. Metoden baserer sig på en energibalance for brandrummet, hvor gastemperaturen i rummet varierer med tiden. Gastemperaturen forudsættes at være ensartet konstant i hele rummet for hvert enkelt tidsstep (en-zonemodel). Energien, der afgives ved branden, er ved denne metode en funktion af hvor meget ilt, der kan strømme til branden via åbningerne og den konkrete brandlast i rummet. Temperaturen er tillige en funktion af det mulige varmetab via strømning ud af åbninger og ved varmetransport til de omgivende bygningsdele. Modellen er dermed en funktion af størrelsen af åbningerne til rummet beskrevet ved åbningsfaktoren O, brandbelastingen, q t,d, den termiske inerti, b af de omgivende bygningsdele samt rummets omsluttende areal A t. DS/EN og DS/EN DK NA:2012 anviser følgende beregningsprocesdure for bestemmelse af gastemperaturen Θ g som funktion af tiden, t: [ ( )] [ ( ) ] (1) Her kan tidsfaktoren bestemmes af formel (2) og tiden for opvarmningsforløbets ophør i minutter t max kan bestemmes af formel (3) 6

7 [ ] ( ) (2) (3) Åbningsfaktoren O kan bestemmes af formel (4) Den termiske inerti b bestemmes af formel (5) som (4) (5) Når brandrummets omsluttende bygningsdele har forskellig termisk inerti bestemmes rummet termiske inerti som den arealvægtede termiske inerti for alle bygningsdele uanset placering (loft, væg eller gulv) som beskrevet i formel (6) ( ( )) ( ) Her er b j og A j henholdsvis den termiske inerti og arealet (uden åbninger) af fladen j. Når en bygningsdel består af flere lag i kan den termiske inerti bestemmes ud fra følgende betragtninger. Hvis er Hvis beregnes en grænselagstykkelse s lim for den brandpåvirkede bygningsdel som: (6) (7) - Hvis er - Hvis beregnes b som: ( ) (8) Hvor indeks 1 repræsenterer det lag, der påvirkes direkte af branden og indeks 2 det næste lag. Note: s lim beskriver den dybde som varmen forventes at trænge ind i konstruktionen. Derfor er det vigtigt, at den rigtige rækkefølge af materialerne benyttes 6 Modelbegrænsninger Iht. DS/EN kan modellen anvendes for brandrum med et etageareal på indtil 500 m 2 og en højde på indtil 4 m kan. Det gælder endvidere, at modellen kun kan finde anvendelse for brandlast bestående hovedsageligt af cellulose/træ. Disse modelbegrænsninger skal ses i relation til at modellen baserer sig på en én-zonemodel, hvor temperaturen er ensartet fordelt over rummet til hvert tidsstep og at de forsøg, der oprindeligt ligger til grund for modellen var udført med brændsel af træ (wood cribs). 7

8 DS/EN DK NA:2012, præcisere endvidere at der ikke må være indskudte etager i rummet af hensyn til at tilgodese én-zonemodellen. Brandforsøg med brændsel af en kombination af plast og træ [3] har vist, at variationen i brandens udvikling ikke påvirkes væsentlig i forhold til brændsel af rent træ. Derfor kan det jf. DS/EN DK NA:2012 tillades, at den parametriske brandpåvirkning anvendes for en sammensætning af brændslet på mindst 80 % træ/cellulose og maksimalt 20 % plast el. lignende materialer. For så vidt angår rummets størrelse kan der afviges herfra, hvis brugen af én-zonemodellen kan godtgøres. Analyser af brandforsøg [1,2] har vist, at det kan tillades, at modellen anvendes for rum med et større gulvareal under forudsætning af at rummet er symmetrisk om længde- eller breddeaksen både hvad angår geometri og varmetab. Dette gælder f.eks. for rum der er: Rektangulære Højden af rummet er konstant Vægge og lofters termiske inerti ikke varierer over længden af rummet Åbningerne er ensartet fordelt over rummets længde Hvor denne symmetribetragtning kan opfyldes, opdeles brandrummet i mindre symmetriske rum, hvor den fiktive væg der opstår mellem rummene har en termisk inerti på 0. Disse mindre rum må maksimalt have et gulvareal på 500 m 2. 7 Bestemmelse af inputværdier Dette afsnit beskriver grundlaget for bestemmelse af inputværdier for den parametriske brandpåvirkning samt en række anbefaledes værdier. Der kan til enhver tid afviges fra de anbefalede værdier, såfremt andet kan dokumenteres. 7.1 Brandrummet DS/EN beskriver ikke hvorledes et brandrum vælges i relation til en parametrisk brand. Et brandrum er som udgangspunkt et eller flere rum, hvorfra branden ikke vil sprede sig til andre brandrum under hele brandens forløb. Dette udelukker ikke en mindre spredning af varme og røg til andre brandrum så længe, der ikke kan ske antændelse af brændbart materiale i andre brandrum. Brandrummets størrelse og udformning vælges herefter under hensyntagen til den brandmæssige opdeling af bygningen baseret på den passive brandsikring. Et brandrum kan som udgangspunkt bestemmes som den enkelte brandsektion i en bygning, såfremt brandsektionen kun er i én etage. Dette kan f.eks. være et traditionelt udformet kontorafsnit, der eventuelt kan være underopdelt med gange og cellekontorer. I nogle situationer kan brandrummet også vælges som en brandcelle. I så fald bør det overvejes, om der er åbninger (f.eks. døre eller lignende), der kan give anledning til brandspredning til andre brandceller. Et eksempel er traditionelt udformet etageboliger, der er udført som selvstændig brandceller, og som kun har åbninger (døre) til en flugtvejstrappe. Her vil døren normalt være lukket, og der vil ikke være brandbelastning i trapperummet, der kan antændes. I dette tilfælde vil den enkelte bolig kunne udgøre brandrummet. 7.2 Åbningsfaktoren Åbningsfaktoren bestemmes som en funktion af arealet af de åbninger, A v, der kan ventilere varme væk fra rummet og det totale omsluttende overflade areal af rummet (inklusive åbningsarealet) A t som kan bidrage til varmetab. Åbningsfaktoren, O bestemmes iht. formel (4). Hvor der er flere åbninger til 8

9 rummet som f.eks. vist på Figur 2 bestemmes åbningsarealet som summen af åbningerne og højden af åbningerne bestemmes som den arealvægtede højde bestemt som beskrevet i formel (9) (9) Figur 2 Illustration af brandrum med åbninger Arealet af åbningerne fra brandrummet kan findes ud fra en konkret bestemmelse af hvor store åbninger, der forventes at være for den fuldt udviklede brand i det pågældende brandrum. Arealet bestemmes som det fri åbningsareal. Det omsluttende areal bestemmes som arealet af de bygningsdele (væg, loft og gulv inklusive åbninger) der afgrænser brandrummet. Som alternativ kan åbningsfaktoren bestemmes som den åbningsfaktor, der giver anledning til den mest kritiske opvarmning af det enkelte konstruktionselement, hvorved bestemmelsen af brandforløbet frigøres fra eventuelle usikkerheder i bestemmelsen af åbningsfaktoren og eventuelle fremtidige ændringer i bygningsdesign, der måtte ændre åbningsfaktoren. Analyser [1,2] har vist, at anvendelse af en åbningsfaktor på 0,02 m ½ typisk vil give det kritiske brandforløb for bestemmelse af brandmodstandevnen for bærende konstruktioner udført at beton og træ samt brandisolerede stålkonstruktioner. Derfor kan denne åbningsfaktor for disse typer konstruktioner anvendes uden yderligere bestemmelse af åbningsfaktoren. For ubeskyttede stålkonstruktioner, kan der foretages en følsomhedsanalyse over en variation af åbningsfaktorer, for på denne baggrund at bestemme hvilken åbningsfaktor der er kritisk. Foretages en konkret bestemmelse af åbningsarealet kan permanente åbninger medtages i sit totale frie åbningsareal. Åbninger for brandventilation kan også indgå med det frie åbningsareal såfremt de er udført iht. DS/EN og tilgodeser kriterierne angivet i Eksempelsamlingen om brandsikring af byggeri [4]. Det bemærkes, at modellen kun tager vertikale åbninger i betragtning, se dog sidst i dette afsnit. Der gøres opmærksom på, at åbninger for erstatningsluft for brandventilation ikke nødvendigvis opfylder disse kriterier. Anvendelse af åbninger for erstatningsluft vil kræve, at det dokumenteres, at åbningerne kan åbne under brand, og at de forbliver åbne i brandsituationen. Dette kan f.eks. ske ved, at lemmene automatisk åbnes på detektering af brand og tilgodeser kriterierne angivet i Eksempelsamlingen om brandsikring af byggeri [4] for så vidt angår: 9

10 pålidelighed, evne til at bære og virke ved snelast, funktion ved lave temperaturer, evne til at modstå og virke ved vindlast (sug), funktion under brand og reaktion på brand. Andre åbninger kan også indgå i bestemmelsen af åbningsfaktoren. Disse åbninger kan f.eks. være vinduer, døre, facadepartier, tagelementer eller andre bygningsdele, hvor det kan dokumenteres at de bryder, når der sker overtænding i et rum. Traditionelt set har vinduer indgået i bestemmelsen af åbningernes areal med det fulde areal af glaspartierne. Med udviklingen af nye typer energieffektive facader og dermed vinduer, er der sket væsentlige ændringer i opbygningen af facaderne. I dag består vinduer f.eks. af flere lag glas og i væsentlig større tykkelser end den type vinduer, der traditionelt blev anvendt i 1950 erne, hvor åbningsfaktor metoden blev introduceret. I tilfælde af brand er brud i glas afhængigt af både tykkelse og typen af glasset (float, hærdet, lamineret mv.) samt samspillet mellem glas og ramme. Hertil kommer, at vinduer kan revne som følge af brand uden at alt glasset falder bort. Der foreligger imidlertid ikke præcise metoder (prøvning eller beregning) til bestemmelse af hvilke åbninger, der opstår for glas udsat for brand, hvorfor bestemmelsen af åbningsarealet må bero på en konkret vurdering i den enkelte situation. En vurdering af om der opstår brud og åbningernes størrelse, kan f.eks. baseres på erfaringer fra brandforsøg på repræsentative bygningsdele, hvor der har været gastemperaturen er nået op på C svarende til det temperaturniveau, hvor det må forventes at overtænding indtræffer. Der henvises endvidere til reference [5]. Tilsvarende gælder, at andre tagelementer og facadepartier også lovligt kan opføres uden krav om brandmodstandsevne, ligesom døre til andre rum i nogen situationer kan være åbne uanset brandmodstandsevne. Om disse bygningsdele forsvinder/er åbne ved brand, og dermed kan indgå i åbningsarealet, må ligeledes bero på en konkret vurdering. Da der er nogen usikkerhed forbundet med en konkret vurdering af åbningernes størrelse ved brud i glas og andre bygningsdele, bør der foretages en følsomhedsanalyse af konsekvensen af en variation af størrelsen for de anvendte åbninger, f.eks. i form af en halvering af arealet.. En følsomhedsanalyse kan også omfatte en bestemmelse af brandens udvikling, når oplukkelige partier som døre og vinduer er åbne eller lukkede. Herigennem kan det også belyses, hvis enkelte elementer f.eks. en trædør brænder igennem som følge af brandpåvirkningen. I nogle brandrum vil der tillige være horisontale åbninger i loftet f.eks. i form af brandventilation. Disse åbninger kan i nogen grad indarbejdes i åbningsfaktoren f.eks. som beskrevet i [6]. 7.3 Brandlasten Brandlasten q t,d, er den totale brandlast i brandrummet omfatter alt brændbart materiale i brandrummet inklusive inventar, bygningsdele, tekniske installationer mv. Brandlasten bestemmes endvidere under hensyn til mulige ændringer i bygnings levetid. Brandlasten kan bestemmes som: (10) 10

11 Her er den nedre brændværdi for det i te materiale, og m i er massen der indgår i forbrændingen. kan bestemmes ved prøvning udført efter DS/EN ISO 1716 eller via litteraturen f.eks. SFPE håndbogen [7]. I Tabel 1 er der angivet en række eksempler på brændværdier. Brandværdien kan reduceres til den effektive brandværdi, hvis forbrændingseffektiviteten kan godtgøres for det fuldt udviklede brandforløb. Materiale Brændværdi [MJ/kg] Træ 18 Andre cellulosematerialer (bomuld, pap, silke, halm, uld) 20 Kul 30 Paraffin (metan, ethan, propan, butan) 50 Olefine (ethylen, propylen, buten) 45 Aromatiske stoffer 40 Alkoholer 30 Olieprodukter 45 Polyetylen, polystyren, polypropylen 40 ABS (plast) 35 Polyester 30 Polyisocyanat, polyuretan 25 PVC 20 Bitumen, asfalt 40 Læder 20 Linoleum 20 Hjuldæk 30 Tabel 1 Eksempler på brændværdier Brandlasten bestemmes som summen af den permanente brandlast og den variable brandlast. Den permanente brandlast består af brændbare materialer, der ikke varierer væsentlig i bygningens levetid og den variable brandlast er den øvrige del af brandlast i brandrummet. Alle byggevarer som bærende konstruktioner, beklædninger, gulvopbygninger, isoleringsmaterialer, tekniske installationer mv. kan anses som værende permanent last. Her bestemmes brandlasten direkte ved beregning iht. formel (10). Der kan dog ses bort fra bidraget fra byggevarer og installationer der ikke opvarmes til over deres antændelsestemperatur ved flammepåvirkning. Det kan f.eks. være installationer, der er beskyttet af en foranliggende betonvæg, hvor tykkelsen af betonen gør at installationen ikke opvarmes til antændelsestemperaturen. For ydervægge og tage gælder tillige, at den yderste beklædning ofte er brændbar i noget omfang. Da disse beklædninger typisk vil forbrænde i det fri, kan der også ses bort fra bidraget fra den yderste beklædning. 11

12 Den variable brandlast vil typisk udgøres af inventaret i rummet. Eksempler på variabel brandlast kan findes i Tabel 2. De variable brandlaste, der fremgår af Tabel 2, tilgodeser endvidere modelbegrænsningen om maksimalt 20 % plast og mindst 80 % cellulose. Af litteraturen kan der findes data fra andre typer anvendelser for brandrummet. Disse data kan anvendes, når brandlasten bestemmes som 80 % fraktilen ud fra en Gumbel fordeling, og det kan dokumenteres, at de anvendte data er repræsentative for den pågældende anvendes af brandrummet. Den variable brandlast bør dog mindst sættes til 50 MJ/m 2 omgivende overflade. Brandrummets anvendelse Brandlast [MJ/m 2 ] Kontor og bolig 200 Hospitaler, undervisningslokaler, biografer, teatre og hoteller Tabel 2 Eksempler på variabel brandlast Beklædningernes termiske inerti Beklædningernes termiske inerti indgår som en del af bestemmelsen af hvor meget varme det kan ledes væk fra branden. Selve bestemmelsen kan foretages iht. formel (5). Ved denne bestemmelse bør der anvendes materiale parametre bestemt for den konkrete temperatur af det brandeksponerede materiale. Eksempler på data, der kan anvendes fremgår af Tabel 3. Materiale ρ [kg/m 3 ] c [J/kgK] λ [W/mK] Teglmurværk ,5 Beton ,8 Klinkerbeton ,55 Porrebeton ,2 Træ ,15 Mineraluld ,1 Gips ,15 Stål Glas ,8 Tabel 3 Termiske materialedata for udvalgte materialer Ved bestemmelse af den termiske inerti bør bygningsdele, der kan absorbere/bortlede varmen fra branden tages i regning. Her kan alle omgivende bygningsdele (etageadskillelser og vægge) indgå i bestemmelsen eksklusive de partier der indgår i bestemmelse af åbningsarealet i åbningsfaktoren. Dermed bør f.eks. vinduer, der ikke indgår i åbningsarealet, indgå i bestemmelsen af den termiske inerti, uanset brandmodstandsevnen af disse bygningsdele. Hvor de forskellige omsluttende bygningsdele har forskellig termisk inerti, bestemmes rummets termiske inerti som den arealvægtede termiske inerti jf. formel (8), og hvor den enkelte bygningsdel er opdelt i flere lag bestemmes den termiske inerti jf. formel (10). Formel (10) er angivet for 2 lag som vis t 12

13 på Figur 3. Ved flere lag bestemmes den termiske inerti, vægtet ud fra tykkelsen af det enkelte lag dog indtil dybden. Figur 3 Illustration af input parametre til bestemmelse af den termiske inerti Interne vægge i et brandrum bør normalt ikke tages i betragtning. Der kan dog være undtagelser så som bygningsdele, der er stabile under hele brandforløbet og hvor det kan dokumenteres at varmen kan absorberes af bygningsdelen. Det vil normalt være tilfældet for ensidet brandpåvirkede bygningsdele såfremt og for tosidet påvirkede bygningsdele såfremt I praksis kan der forekomme nedhængte lofter i bygninger. Hvor disse nedhængte lofter er udført således, at varmen let kan strømme igennem dem, f.eks. grundet mange gennembrydninger for tekniske installationer, eller fordi de er perforerede, kan der ses bort fra den termiske inerti af de nedhægte lofter. Tilsvarende gælder for betragtninger kan gøres for andre belægninger f.eks. gulve. Der kan også forekomme tynde brændbare belægninger f.eks. på gulvet, der hurtigt vil brænde væk som f.eks. vinylbelægninger. Der kan ligeledes ses bort fra disse ved bestemmelsen af den termiske inerti. Disse belægninger bør dog indgå i bestemmelsen af brandlasten. 8 Dokumentation Dokumentation for bestemmelse af den parametriske brandpåvirkning følger til enhver tid regler for dokumentation, projekteringskontrol mv. af bæreevne af konstruktioner, herunder også eventuelle krav om 3. partskontrol. Krav til dokumentation af bærende konstruktioner fremgår af bygningsreglementet stk. 3 nr. 4 og DS/EN 1990 med tilhørende nationalt anneks (DS/EN 1990 DK:NA 2012). Nærmere beskrivelse heraf fremgår af SBI anvisning 223, Dokumentation af bærende konstruktioner [8]. Der gøres endvidere opmærksom på, at det skal sikres, at bygningens brandsikkerhed skal opretholdes i hele bygnings levetid jf. bygningsreglementet 5.1 stk. 2. Derfor bør de brandtekniske installationer og bygningsdele løbende kontrolleres og vedligeholdes. Det gælder tillige, at ombygninger eller andre forandringer i bebyggelsen ikke må medføre ulovlig forringelse af brandsikkerheden jf. bygningsreglementet (5.1 stk. 2). I relation til bestemmelse af den parametriske brandpåvirkning gælder således også, at enhver ombygning skal tilgodese de forudsætninger, der er gjort for bestemmelse af den parametriske brandpåvirkning, med mindre en ny dimensionering foretages. Dokumentationen for den parametriske brandpåvirkning bør derfor omfatte alle forhold der relaterer sig til valg af brandrum, inputværdier til modellen og eventuelle konkrete vurderinger der kan påvirke brandudviklingen. Dette kan f.eks. være en vurdering af åbningsarealet, hvor udskiftning af glas i vinduer på sigt vil kunne påvirke brandudviklingen eller en vurdering af brandlasten, hvor f.eks. udskiftning af gulvbelægningen fra f.eks. vinyl til træ vil kunne forøge brandlasten. Hvor der indgår brandteknisk installationer f.eks. brandventilation eller erstatningsluft for brandventilation, bør det også sikres, at der er tilstrækkelig kontrol og vedligehold af disse. 13

14 Såfremt der udarbejdes en kontrol- og vedligeholdelsesplan for brandsikringen af bygningen kan det være hensigtsmæssigt at indarbejde kontrol og vedligeholdelsesforanstaltningerne heri. Tilsvarende kan det være hensigtsmæssigt at tilføje eventuelle begrænsninger på ændringer af bygningen, specielt forhold der normalt ikke vil kræve en fornyet byggesagsbehandling som f.eks. udskiftning af gulvbelægninger eller vinduer. 9 Bibliografi 1. Hertz KD (2006) Vejledning i dimensionering af bygningskonstruktioner for fuldt udviklet brand. Byg rapport R-277, Danmarks Tekniske Universitet, Institut for Byggeri og Anlæg, Kgs. Lyngby, Danmark 2. Hertz KD (2011) Parametric Fires for Structural Design. Fire Technology, 48: Bøhm B, Hadvig S Nonconventional Fully Developed Polyethylene and Wood Compartment Fires (1982) Combustion and Flame, 44: Eksempelsamling om brandsikring af byggeri (2012) Energistyrelsen, Danmark Pettersson O, Magnusson SE, Thor J (1976) Fire Engineering of Steel Structures. Bulletin 52, Division of Structural Mechanics and Concrete Constructions, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden. 7. DiNenno PE (editor) (2008) The SFPE handbook of fire protection engineering, 4 th edition, National Fire Protection Association, Quincy, MA, USA 8. Aagaard NJ, Feddersen B (2009) SBi anvsining 223 Dokumentation af bærende konstruktioner. Statens Byggeforsknings Institut, Hørsholm, Danmark 9. Magnusson SE, Thelandersson S (1970) Temperature-Time Curves of Complete Process of Fire Development. Bulletin 16, Division of Structural Mechanics and Concrete Constructions, Lund Institute of Technology, Lund, Sweden. 10. DS 410:1998 Norm for last på konstruktioner. 11. Karlsson B, Quintiere JG (2002) Enclosure fire dynamics, CRC Press, Boca Raton, FL, USA 14

15 Appendiks 1 Inputværdier for figur 1 Gastemperaturene for de paramteriske brandforløb vist i Figur 1 er bestem ved brug af inputværdierne angivet i Tabel 4. Standardbrandforløbet et bestemt i henhold til DS/EN Termisk inerti Termisk inerti Åbningsfaktor Åbningsfaktor b = 400 b = 2600 O = 0,02 O = 0,10 O (m ½ ) 0,04 0,04 0,02 0,10 b (J/m 2 s ½ K) q (MJ/m 2 ) Tabel 4 Inputværdier for bestemmelse af brandforløb i figur 1 15

16 Appendiks 2 Beregningseksempel Dette eksempel omhandler bestemmelse af den parametriske brand for en ét værelses lejlighed i et etageboligbyggeri. Her ønskes det at finde den gastemperatur, der påvirker lejlighedens bærende betonvægge og dæk. Lejlighedens geometri og materialevalg fremgår af Figur D. Det bemærkes, at gulvbelægningen udgøres af 2,5 mm vinyl, og at trædøren forudsættes, at være udført som EI 2 30, jf. Eksempelsamling om brandsikring af byggeri [4]. Figur D, Plan over lejlighed Brandrummet Lejligheden er udført som én selvstændig brandcelle, og dermed udgør hele lejligheden ét brandrum. Det bemærkes, at etagearealet er under 500 m 2 og rumhøjden er under 4,0 m. Dermed kan modellen umiddelbart anvendes. Åbningsfaktor Åbningsfaktoren bestemmes indledningsvist ved hjælp af formel (4). Det samlede omsluttende areal A t (inklusive åbninger) bestemmes til 125 m 2. Åbningsarealet A v bestemmes som det fulde areal af vindue og glasdør til 3,5 m 2. Da begge åbninger har samme højde er den arealvægtede middelhøjde h eq = 2,2 m. Adgangsdøren tages ikke betragtning, da døren forventes at være lukket og brandmodstandsevnen gør, at den først sent i brandforløbet evt. kan give anledning til at forøges ventilation af branden. Hertil kommer at betonkonstruktioner er følsomme overfor små åbningsfaktorer (jf. afsnit 7.2), dermed er det på den sikre side at se bort fra døren. Åbningsfaktoren O bestemmes til: Der foreligge imidlertid ikke konkret dokumentation, der viser, at alle glasfelter vil falde ud ved brand. Derfor sættes åbningsfaktoren til 0,02 m ½, da betonkonstruktioner som tidligere nævnt er følsomme for små åbningsfaktorer. 16

17 Brandbelastningen Da brandrummet er indrettet til bolig kan den variable brandlast sættes 200 MJ/m 2 jf. tabel 2. Den permanente brandlast er bestemt i Tabel E som bidraget fra trædøren, vinyl gulvbelægning og tekniske installationer. Det bemærkes, at køkken elementer og baderumselementer ses som en del af den variable brandlast. Tabel E, Bestemmelse af permanent brandlast Materiale Vægt (kg) Brændværdi (MJ/kg) Brandlast (MJ) Vinylgulv (PVC) Installationer (PE, PP) Trædør Total permanent brandlast 3720 Fordelt på arealet af de omsluttende flader fås den permanente brandbelastning til 30 MJ/m 2, dermed bliver den totale regningsmæssige brandbelastning q t,d = 230 MJ/m 2. Termisk inerti Brandrummets termiske inerti bestemmes som den termiske inerti af de bygningsdele der omslutter brandrummet, se Tabel F. Dermed ses der bort fra væggene omkring toilettet. Da åbningsfaktoren er reduceret til 0,02 m ½, indgår den del af glasset, der forudsættes ikke at falde ud, i brandrummets termiske inerti. Der ses bort fra gulvbelægningen, da belægningen er tynd og hurtigt forventes at brænde bort. Den termiske inerti for den enkelte bygningsdel angivet i Tabel F. Den termiske inerti er bestemmes jævnfør formel (5) og materialedata er fundet i tabel 3. Tabel F, Bestemmelse af termisk inerti Bygningsdel Termisk inerti, b [J/m 2 s ½ K] Areal [m 2 ] Beton Træ 387 2,3 Gips 424 6,7 Glas ,8 Herefter bestemmes den samlede termiske inerti jævnfør formel (6) til 1287 J/m 2 s ½ K. Gipsvæggen (ydervæggen) er lagdelt og består inderst af 2 lag 13 mm gips med bagvedliggende mineraluld. Da den termiske inerti for mineraluld er mindre end for gips bestemmes tykkelsen af grænselaget, der påvirkes af branden jævnfør formel (7). Først bestemmes tiden til opvarmningsforløbet ophør t max jævnfør formel (3) som: 17

18 Gastemperatur ( C) Herefter bestemmes tykkelsen af grænselaget, s lim jævnfør formel (7) til: Da s lim t gips tages der ikke højde for den bagvedliggende mineraluld ved bestemmelsen af den termiske inerti for ydervæggen. Gastemperaturen Herefter kan gastemperaturen Θ g som funktion af tiden, t bestemmes som jævnfør formel (1) som: [ ( )] [ ( ) ] Hvor t max = 90 minutter som bestemt ovenfor og tidsfaktoren bestemmes af formel (2) som: [ ] ( ) [ ] ( ) Udviklingen af gastemperaturen for den parametriske brand i de første 240 minutter og standardbranden i 120 minutter fremgår af Figur D Parametrisk brand Standardbrand 120 minutter Tid (min) Figur E, Gastemperatur som funktion af tiden Det bemærkes, at den parametriske brand vist i figuren er begrænset til 240 minutter. I praksis skal hele afkølingsforløbet bestemmes og anvendes ved bestemmelse af temperaturen i det betontværsnit, der ønskes undersøgt. 18

19 Bilag Baggrundsdokumentation Kommer ikke med i den endelige version. Brandlaste af andre materialer end cellulose (6) Den oprindelige model udviklet af Magnusson og Thelandersson [9] baserer sig på forsøg med brande med rent træ som brandlast. Derfor er denne del af modellen begrænset til træ. I praksis forekommer der ikke brandlaste, der kun er sammensat af træ, idet der også vil være plastprodukter i langt størstedelen af de brandlaste der forekommer i praksis. Det gælder også de brandbelastninger der allerede fremgår af DS/EN NA:DK. En analyse af brandforsøg udført af Bøhm og Hadvig [3] viser imidlertid at hvor brandlasten er udført udelukkende af PE var gastemperaturen kun 10 % højere end hvor brandlasten var udført af rent træ, og varigheden af disse brande var sammenlignelig. Der er derfor i DS/EN DK NA:2012 og dermed DS/INF åbnet op for at brandlasten kan have indtil 20 % plast. Denne grænse er sat ud fra en vurdering af hvor meget plast der i praksis maksimalt forventes at forekomme for traditionelt indrettet boliger, kontorer mv. Bestemmelser af brandrummet (7.1): Den passive brandsikring (adskillende funktion, EI) vil typisk være bestemt for standardbrandpåvirkning og kan ikke direkte omsættes til brandmodstandsevne for en parametrisk brand. For de fleste typer adskillende bygningsdele, er det ligeledes sjældent muligt at beregne den adskillende funktion (EI) for en parametrisk brandpåvirkning. BR 10 beskriver imidlertid, at en brandsektion er en bygning eller en del af en bygning, der er udformet, så en brand ikke spredes til andre brandsektioner i den tid, der kræves til evakuering og for redningsberedskabets redning af personer og slukningsarbejdet. Derfor er det valgt at benytte brandsektionsafgræsninger til at definere brandrummet ud fra. Når der i eksemplerne er henvist til traditionelt udformende kontorer og boliger er det for at sikre at brandsektionsadskillelserne udføres iht. Eksempelsamlingen [4], med mindre andet godtgøres. Det er også besluttet at tillade at traditionelle boligenheder udført som egen brandcelle kan være et brandrum. I relation til denne beslutning skal det også bemærkes at DS 428 foreskriver at en boligenhed skal behandles som en sektionsadskillelse. Åbningsfaktor for horisontalledet (7.2) I den oprindelige model udarbejdet af Magnusson og Thelanderson [8] fremgik et horisontallet for åbningsfaktoren. Dette led er af ukendte årsager ikke indarbejdet i DS/EN Princippet i bestemmelsen af horisontallet er stadig valid. Det er dog sjældent at dette led benyttes i praksis. Det er derfor valgt ikke at tilføje dette led, men give henvisning til litteraturen, hvor grundlaget for bestemmelsen af horisontalledet fremgår. Det er valgt at benytte [6] som formel reference til brug af horisontalledet, da denne publikation er den mest udbredte og tilgængelig på internettet. Beskrivelsen af horisontalledet er uændret i forhold til den oprindelige publikation. Beregning af brandlasten i rummet (7.3): De oprindelige værdier for brandlasten er bestemt uden at tage højde for forbrændingseffektiviteten jf Petterson O, Magnussin SE, Thor J [6] Vi ved jo i praksis ikke så meget om hvad forbrændingseffektiviteten er under den fuldt udviklede brand, idet det meste af vores viden om forbrændingseffektiviteten relatere sig til brandudviklingen før overtænding. Derfor anvendes den nedre brandværdi hvilket svarer til tidligere praksis. Det er også dette niveau der er angivet i DS/EN og det grundlag der er anvendt for tabelværdierne angivet i Tabel 1. Det bemærkes i øvrigt at værdierne i Tabel 1 stammer fra DS/EN anneks E. 21

20 Den anbefalede nedre værdi for den variable brandbelastning på 50 MJ/m 2 er sat for at sikre en fleksibilitet i forhold til fremtidige ændrede anvendelser, ligesom det i praksis sjældent kan sikres at der ikke er brandlast i et rum. Bestemmelse af termisk inerti (7.4) Referencerne for tabellen med anbefalede værdier er beskrevet i Tabel 7, hvor indeks a refererer til DS410 [10]og b refererer til EFD [11]. Materiale ρ [kg/m 3 ] c [J/kgK] λ [W/mK] Teglmurværk a ,5 Beton a ,8 Klinkerbeton a ,55 Porrebeton a ,2 Træ a ,15 Mineraluld b ,1 Gips a ,15 Stål a Glas b ,8 Tabel 7 grundlag for bestemmelse af termisk inerti med referencer 22