Undersökning om fasta släcksystem i vägtunnlar

I rapporten Model Scale Tunnel Fire Tests Sprinkler Brandforskprojekt 406-021 kan man läsa en litteraturstudie som visar att det har funnits ett generellt motstånd mot användning av vattenbaserade släcksystem i tunnlar trots att de används med stor framgång i vägtunnlar i Japan. De argument som används mot användning av sprinkler i vägtunnlar bygger till stor del på försök som genomfördes 1965 med ett stort bensinbål i en relativt liten tunnel.
Att man har börjat diskutera användningen av vattendimma system i tunnlar i dag har i
huvudsak med att göra att det har inträffat stora brandolyckor i vägtunnlar och att
vattenmängden och vattendropparna är betydligt mindre jämfört med konventionella
sprinklersystem. Det finns också många företag som ser möjligheter att etablera sig på marknaden. Runehamar försöken som genomfördes 2003 är också en bidragande orsak
till det ökade intresset för vattenbaserade släcksystem i vägtunnlar.
Litteraturstudien visar att det finns ett antal fullskaliga experiment med sprinkler
genomförda men det finns inga systematiska försök där man har undersökt inverkan av
olika grundläggande parametrar så som lufthastighet, brandstorlek och kritiska
påföringshastigheter som krävs för att förhindra brandspridningen. Därför genomfördes
försök i modellskala där dessa parametrar undersöktes.

Själva försöken utfördes i modellskale för att öka förståelsen med sprinkler i samband med ventilationsförhållanden i tunnlar.

Runehamar försöken och fullskale brandtesterna vid San Pedro de Anes Test Tunnel facility

För att förstå Runehamar försöken så finns en sammanfattning av dessa i SP arbetsrapport 2004:33.

Det var vid dessa försök som "världsrekord" i uppmätt brandeffekt i tunnel sattes, över 200MW. Det motsvarar ungefär brandeffekten från en tankbilsbrand.

Det som påvisades i försöken var bl.a. att värmestrålningen från branden utgör problem och faror på flera sett. Dels så sätter det höga krav på det passiva skyddet för att klara av tunnelkonstruktionen i sig, temperaturer över 1200grader uppmättes ovanför brandcentrum och det gör att tunnel i sig kan skadas vilket kanleda till långa och kostsamma reperationsarbeten då tunneln inte kan användas. Detta gör också att man utsätter räddningspersonal för risker vid en släckningsinsats eftersom delar av taket kan ras in. Värmestrålningen från branden gör också att räddningstjänstens personal har svårt att komma nära branden utan speciell skyddsutrustning vilket försvårar släckningsinsatsen samt att det kan vara svårt att ens få vatten på branden överhuvudtaget. Mätningar och beräkningar 458meter nedströms branden visade också att oskyddade personer inte skulle överlevt någon av bränderna. Tiden tills någon förlorar medvetandet nedströms brand varierade mellan 2 - 6 minuter från det att röken nådde fram till den plats de befann sig.

Om ett rätt dimesionerat aktivt släcksystem installeras så ökar möjligheten dels att överleva en liknade brand men även så underlättar det räddningstjänstens möjlighet att göra en aktiv insats samtidigt som tunnelkonstruktionen skyddas eftersom värmen inte når samma kritiska nivåer.

Vid tester utförda vid San Pedro de Anes Test Tunnel facility i Spanien 2006, vilka bevittnades av Hughes Associates, Inc. utförde Marioff Corporation Oy fullskaliga brandtester vilka motsvarar brand i långtradare. Vid testerna visade man att värmeeffekterna effektivt reducerades av vattendimman.

En sammanfattning av en presentation hållen vid NFPA Suppression and Detection (SUP-DET) Technical Working Conference, Orlando, Florida, February 25-27, 2009 finns här.

Hela rapporten vilken dels behandlar CDF beräkningar av dessa bränder med resultaten från fullskale bränderna finns att läsa i COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS MODELLING OF WATER MIST SYSTEMS ON
LARGE HGV FIRES IN TUNNELS.
Jack R. Mawhinney, Senior Engineer, Hughes Associates, Inc.
Javier Trelles, PhD., Hughes Associates, Inc

Modell brandtester för brand i tågvagnar

När man designar ett släcksystem så är en viktig faktor att ta reda på hur stor den förvänta branden kan bli som man skall kontrolera, reducera eller släcka.

Även om brandbelastningen kan vara stor så kommer det ta tid innan branden är fullt utvecklad så även om en brand t.ex. kan bli 75MW stor så kan man kontrollera den med ett system som är designat mot en brand för t.ex. 35MW om man aktiverar det innan branden har hunnit utvecklats fullt.

Det är därför som man ofta pratar om den dimensionerande branden, i tunnelsäkerhetssammanhang så verkar den branden vara ca 35MW för närvarande.

För att titta på brandbelastningen i en tågvagn så utförde SP fem stycken brandtester i en modell skala 1:10. Detta ger ett underlag för beräkning av brandlaster som sen kan verifierias i fullskaliga brandtester, detta görs för att det är mycket billigare med modell försök än fullskaliga försök.

Rapporten Model Scale Railcar Fire Tests. BRANDFORSKPROJEKT 404-011 beskriver testerna.
Alla brandtester simulerade brand inne i tågvagnen och beroende på hur många fönster som var öppna under försöken så varierade brandbelastningen mellan 35,8MW - 46,8MW om man översätter värdena matematiskt till fullskaliga värden. Tiden för att uppnå dessa effekter varierade mellan 12 - 35,1 minuter.

I projektet så gjorde man även CFD beräkningar för att se vilken effekt ventilationssystemen har vid tunnelbränder med dessa förutsättningar och det kan man läsa mer om i rapporten Numerical simulation of a model scale tunnel fire test Brandforskprojekt 404-011

Vattendimma: Teori, Fysik och simulering

SP Rapport 2004:15 tillika BRANDFORSK projekt 514-021 är en kunskapssammanställning vilken på en detaljerad nivå beskiver teori och fysik kring vattendimma.

Den tidigare SP-Rapport 2001:26 Vattendimma en kunskapssammanställning var en mer lättförståelig rapport men den verkar inte finns tillgänglig längre utan det enda som jag hittar är den sammanfattning vilken jag länkt mot.

Vattensprays effektivitet vid pool och spraybränder

I rapporten SP report 2005:33 Measurement of the efficiency of a water spray system against diesel oil pool and spray fires står det beskrivet om brandtester med vattenspraysystem. Försöken gjordes med 5mm respektive 7,5mm påföringshastighet.

Själva rapportens syfte var att ta fram provningsmetoder och installationsanvisningar för vattenbaserad släcksystem i stora fartygsmaskinrum.

Det som är lite intressant är hur vattensparysystemen fungerade vid brandtesterna.

Hela sammanfattningen ser ut som följer

Sammanfattning
Projektets långsiktiga målsättning är att ta fram provningsmetoder och installationsanvisningar för vattenbaserade släcksystem i stora fartygsmaskinrum. I nuläget används oftast koldioxidsystem men koldioxidsystemens vara eller icke vara diskuteras mycket och många redare söker miljö- och personsäkra alternativ.
Statistik visar att en brand innebär höga skadekostnader. Ett vattenbaserat släcksystem har fördelen att det kan aktiveras i ett tidigt skede av brandförloppet och därmed minska skadorna.
Målsättningen med de försök som redovisas här har varit att utvärdera hur effektiviteten hos olika vattenspraysystem kan mätas. Därför genomfördes en serie försök där ett vattenspraysystem provades mot flera olika dieselpoolbränder respektive flera dieselspraybränder. Två vattenflöden användes. Antingen ett vattenflöde som motsvarade en vattentäthet om 5,0 mm/min eller 7,5 mm/min. Den förstnämnda vattentätheten stipuleras i kapitel 7 i den så kallade Fire Safety
Systems koden (tidigare i SOLAS II-2, regel 10) för fartygsmaskinrum.
Under försöken mättes brandeffekten med hjälp av den så kallade Industrikalorimetern. Dessutom användes annan typ av mätutrustning, såsom mätning av gastemperaturen ovanför brandkällan, värmestrålningen och ett nyutvecklat mätinstrument, en s.k. ”Pipe Thermometer”.
Utvärderingen visar att mätning av gastemperatur bäst korrelerar mot den uppmätta
brandeffekten.
Vad gäller systemens effektivitet kan man konstatera att det högre vattenflödet motsvarande 7,5 mm/min dämpar omedelbart poolbränderna (”fire suppression”), men släcker inte. Det lägre vattenflödet motsvarande 5,0 mm/min kontrollerar branden (”fire control”).
Denna trend går igen i alla poolbrandförsök. En annan slutsats var att reduktionen av
brandeffekten ökar med ökad diameter på baljan. Det kan tolkas så att inverkan av baljornas kanter fick mindre och mindre inverkan med ökande diameter.
En av spraybränderna släcktes, den minsta 1 MW branden vid 7,5 mm/min vattenflöde. För de högre brandeffekterna har inget av det två vattenflödena någon nämnvärd inverkan på branden, vilket kan sägas vara nästan typiskt för en spraybrand, antingen brinner de med full effekt eller så släcks de.

Det verkar med andra ord som att vattenspray inte är särskillt effektivt mot spraybränder.

I de brandtester enligt IMO 1165 som vi utfört för godkännadnen för fartygsmaskinrum upp till 3300m3 skall man släcka både poolbränder och även spraybränder. Spraybränderna har visat sig vara enkla att släcka med högtrycksvattendimma men det beror nog på att de små vattendropparna sugs in till basen av flamman och förångas och på så vis släcker de bränderna effektivt.

Det verkar som om att droppstorleken måste vara mindre än vid vattenspray för att vara effektivt vid denna typ av brand.

lag sfs 2006:418 om säkerhet i vägtunnlar

Vad jag har hittat så är det följande lag SFS 2006:418 som berör säkerhet i vägtunnlar.

Det är 18 punkter som skall uppfyllas.

Säkerhetskrav
3 § En tunnel skall uppfylla föreskrivna säkerhetskrav i fråga om

1. antal tunnelrör och körfält,
2. tunnelgeometri,
3. utrymningsvägar och nödutgångar,
4. tillträde för räddningspersonal,
5. nödfickor,
6. dränering,
7. brandmotstånd,
8. belysning,
9. ventilation,
10. räddningsstationer,
11. vattenförsörjning,
12. vägmärken, skyltar och information,
13. övervakningssystem,
14. utrustning för stängning av tunneln,
15. kommunikationssystem,
16. strömförsörjning och elkretsar,
17. brandsäker utrustning, och
18. trafiken i tunneln.

För att fördjupa sig kring vad gäller kan man hitta mycket information i Vägverkets publikation 2004:124

Vad jag förstår så skall fasta släcksystem installeras om detta medför uppenbart ökad personsäkerhet i tunneln enligt genomförd riskanalys eller om det är en förutsättning för erforderlig bärförmåga vid brand.

I kapitel 4.5.5 Sprinkleranläggning kan man läsa

Vid utförande av eventuell sprinkleranläggning skall utformning av systemet utredas.
De råd och anvisningar som anges i NFPA 502, Standard for road tunnels, bridges and other limited access highways, Appendix D (National fire protection association) bör följas.

UPTUN vägledning för installation av sprinklersystem för vägtunnlar

Rapporten från UPTUN projektet kan du ladda ner här Engineering Guidance for
Water Based Fire Fighting Systems for the Protection of Tunnels and Subsurface Facilities