Annons

Du är här

Mätmetod väcker debatt

Publicerad28 februari 2014  Text Lotta Fredholm

Forskning

Mätningar med hjälp av plattermometer ger bättre värden på hur en konstruktion påverkas av brand. Enligt forskaren Ulf Wickström går det att utifrån dessa värden beräkna vilka temperaturer man får i bärande konstruktioner och hur de bör dimensioneras, men den nya metoden är inte okontroversiell.

Påverkan av brand på en konstruktion kan beräknas utifrån värmeöverföringens två parametrar: gastemperaturen som avspeglar luftens eller brandgasernas temperatur, och värmestrålning från branden. Den förstnämnda parametern är relativt enkel att avläsa medan själva värmestrålningen har varit knepigare att mäta. Nu har dock Ulf Wickström, professor vid Luleå tekniska högskola och senior scientist vid SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut i Borås, tillsammans med sina medarbetare utvecklat en metod för att mäta och beräkna termisk påverkan genom strålning och så kallad konvektion, alltså värmeöverföring från en vätska eller en gas.

Plattermometrar

Enligt honom ger denna nya metod ett korrekt värde för beräkning av värmeflöde till och temperatur i brandutsatta konstruktioner.

– Något alternativ finns faktiskt inte som är tillämpbart i praktiken, säger Ulf Wickström.

Knepet är att använda så kallade plattermometrar som istället för att mäta gastemperaturen i en punkt mäter en effektiv temperatur beroende av både gastemperatur och infallande värmestrålning mot en yta.

– Vi har presenterat metoden och hur man kan mäta brandpåverkan på en takbalk, och nu senast även hur en rund stålpelare påverkas. Våra beräkningar av ståltemperaturer baserade på dessa mätningar ger värden som överensstämmer med uppmätta temperaturer, säger Ulf Wickström.

Nytt sätt att beräkna

Han beskriver skillnaden mellan gastemperatur och värmestrålning med en liknelse: Vid en tänkt majbrasa avspeglar gastemperaturen luftens värme i en punkt, vilket innebär att denna temperaturparameter är lägesberoende.

När det gäller värmestrålning är situationen annorlunda. Den som står vid brasan känner hettan mot framsidan av kroppen, medan ryggen som är vänd från brasan upplevs som kall, vilket beror på att värmestrålningen är riktningsberoende.

Vid rumstemperatur är effekten av värmeutbyte genom strålning och värmeutbyte genom konvektion, som beror på gastemperaturen, ungefär lika. Vid högre temperaturer däremot är det värmestrålningen som bidrar med störst effekt. Enbart infallande värmestrålning går dock inte att mäta under brandförhållanden. Det är här plattermometrarna kommer in i bilden. Dessa har funnits länge (se ruta), men det nya är att använda data från plattermometrar som underlag för beräkningar av brandpåverkan och temperaturer i brandutsatta konstruktioner.

Adiabatisk yttertemperatur

– Plattermometern ger ett viktat medelvärde, alltså ett effektivt mått på värme eller bättre uttryckt termisk påverkan, säger Ulf Wickström.

Denna effektiva temperatur har han gett namnet adiabatisk yttemperatur, och denna motsvarar en temperatur som ligger mellan strålningstemperaturen och gastemperaturen. Det innebär att värmepåverkan på en konstruktion kan beräknas utifrån en temperatur istället för två, gastemperaturen och strålningstemperaturen.

Eftersom en stålkonstruktion förlorar sin bärförmåga vid temperaturer över 500 grader behöver den isoleras och frågan har varit hur mycket isolering som krävs. I ett experiment som gjorts vid SP med en stålpelare med 20 centimeters diameter mättes brandpåverkan från en cirkulär poolbrand med plattermometrar på en till fem meter upp längs pelaren. Effekten fick man fram genom att mäta bränslets viktminskning och uppmätta temperaturer jämfördes sedan med temperaturer beräknade enligt Eurocode. Genomgående visade sig värdena beräknade med Eurocode ligga över de uppmätta.

– Det innebär att man med beräkningar utifrån Eurocode överskattar temperaturen. Det leder i förlängningen till att man överdimensionerar stålkonstruktioner, säger Ulf Wickström.

Inte helt accepterad

De äldre beräkningsmetoderna stöder sig på teorier från 1970-talet. Trots att teoribildningen för den nya metoden är vederhäftig har den ännu inte fått genomslag.

– Den nya beräkningsmetoden är inte fullt ut accepterad, det tar tio år att införa något nytt i vår bransch, säger Ulf Wickström.

Han anser att detta delvis beror på en viss motvilja och tröghet till att förändra gängse inarbetade teorier och tänkesätt. Det gäller inte minst inom den akademiska världen.

– Det finns här en viss självgodhet, men även inom industrin och vid myndigheter är man nöjd med att det är som man är van – man kan sina standarder och det är jobbigt att ändra. Det är en otrolig skillnad om man jämför med exempelvis elektronikbranschen där den som inte hänger med i vad som är nytt är hopplöst ute, säger Ulf Wickström.

Kräver diskussion

Patrick Van Hees, professor i brandteknik vid Lunds Universitet, håller med om att den plattermometermetod som används i dag har varit ett genombrott för internationell standardisering i brandmotståndsprovningar.

– Det är något vi ska vara stolta över i Sverige, säger han och fortsätter:

– Det tog tyvärr lång tid att hitta en internationell kompromiss inom standardisering, något som är ganska vanligt i dessa sammanhang. Samma gäller nu för de beräkningar som har utvecklats med hjälp av den här nya metoden.

Han pekar på att det i akademiska sammanhang behövs diskussion om nya metoder och där handlar det om att publicera i vetenskapliga tidskrifter.

– Om jag har rätt för mig har man gjort det med denna nya metod eftersom den även har presenterats på konferenser, säger Patrick Van Hees.

Oavsett om en beräkningsmetod är ny eller gammal anser han att det är viktigt att bestämma dess osäkerhet, det vill säga vilka felmarginaler den ger upphov till, för att sedan kunna lägga in säkerhetsfaktorer i beräkningar. Att det tar tid att få till det i myndigheternas regelverk och inom industrin är kanske inte så märkligt, menar han.

– Vi pratar om säkerhetsarbete. Att då införa en metod som ger mindre konservativa resultat är inte direkt självklart varken för myndigheter eller för industri. Sedan får man se beräkningar som en del av helheten i en funktionsbaserad brandteknisk dimensionering av byggnader. Andra steg i denna process har kanske lika stora eller även större osäkerheter. Det får vi inte glömma, säger Patrick van Hees.

I väntan på att metoden ska vinna gehör arbetar Ulf Wickström med en ny lärobok inom värmeöverföring. Här ska det senaste rönen från området värmelära, på engelska heat transfer, appliceras på brandområdet.

– I Sverige är brandingenjörsutbildningen extremt populär och toppstudenterna söker sig till oss. Då är det viktigt att även utbildningen håller högsta klass. Här finns det utrymme för förbättringar och jag hoppas den kommande läroboken ska bli en del i det arbetet, säger Ulf Wickström.

Beräkning av brandskydd med Eurokoder

När brandskydd ska dimensioneras för bärande konstruktioner antas de utsättas för övertända bränder. I stora anläggningar är detta osannolikt, och där går det istället att dimensionera utifrån så kallade lokal brand som finns angivet i Eurokoder (Eurocodes). Dessa regler blev år 2011 obligatoriska inom EU.

Plattermometrar

  • De termometrar som använts här består av plattor som är 10 x 10 centimeter och tillverkade i 0,7 millimeter tjockt rostfritt stål, med 10 millimeters isolering på baksidan.
  • Plattermometrar utvecklades ursprungligen för drygt 20 år sedan då man harmoniserade mätmetodiken för brandprover i ugnar. De används idag inom hela Europa.
  • För provning av marina konstruktioner används de över hela världen.

Nummer 2—2014

Den här artikeln finns med i BrandSäkert № 2—2014.