Brannfysikk : fra teori til praksis - brannutvikling, brannspredning, slokking og utlufting

189 Pages·1995·107.408 MB·Norwegian

by  Liebe, Guttorm

© Norsk Brannvern Forening og Norges brannskole 1995
1. utgave 1. opplag 1995
Utgitt av: Norsk Brannvern Forening
Wesselsgt. 8.
Postboks 6703, St.Olavs plass
0130 OSLO
Tlf: 22 20 01 54
Fax: [phone]
for: Norges brannskole
Postboks A
9441 FJELLDAL
Illustrasjoner: Sivilingeniør Ole Torleif Bommen
Fotografier: Brannsjef Guttorm Liebe med flere.
Printed in Norway by John Grieg a/s, Bergen.
Foto og tegninger forsiden:
Tegninger: Ole T. Bommen
Foto: Jan Erik Vinnem. Ola Hålien og G. Liebe
Det må ikke kopieres fra denne boka utover det som er tillatt etter bestemmelsene i
«Lov om opphavsrett til åndsverk», «Lov om rett til fotografi» og «Avtale mellom staten og rettighetshavernes
organisasjoner om kopiering av opphavsrettslig beskyttet verk i undervisningsvirksomhet».
ISBN 82-7485-199-4
4
FORORD
Forord
Boka er hovedsakelig utarbeidet for å være læremiddelet i faget «Brannfysikk» på Norges brannskole. Men den
kan også brukes ved andre skoler og i kurssammenheng.
Kap. 1 inneholder grunnleggende kunnskap om først og fremst fysikk, men også litt kjemi og fysiologi. Stoffet er
valgt ut i fra egen erfaring om den vanlige brannmanns kunnskaper og behov for grunnleggende kunnskaper
innenfor disse fagene.
Rekkefølgen av stoffet er slik at det som skjer inne i et rom beskrives først (kap.2), deretter hvordan brann og
røyk sprer seg (kap. 3 og 4). De to siste kapitlene omhandler tiltak i form av slokking (kap.5) og utlufting (kap.6).
Jeg har valgt å forsøke og innføre en faglig terminologi, derfor er det tatt med endel definisjoner og begreper
som ikke nødvendigvis benyttes seinere i denne boka. Et internt fagspråk er i seg selv ikke ønskelig, fordi det stri­
der mot målet om at brannkunnskap bør spres mest mulig. Men på den annen side er det nødvendig for de som
arbeider med brannfaget, å kunne uttrykke seg presist.
Brannfaget er komplisert, noe som ikke bør underslåes, og skillet mellom det fysiske og kjemiske er ikke alltid
like enkelt i brannsammenheng. Læreren forutsettes å være klar over dette.
Pensumsutvalg må gjøres i henhold til brannskolens fagplaner, og boka forutsetter at studiet suppleres med tra­
disjonell undervisning.
Boka er gjennomillustrert, noe som er gjort for å gjøre den mer studievennlig.
Tegneren er sivilingeniør Ole Torleif Bommen, som fortjener en særdeles stor takk for sine bidrag.
Professor Jostein Hovde, NTH, takkes for faglig gjennomgang og faglige råd.
Jeg vil også benytte anledningen til å takke følgende for faglig og pedagogisk korrektiv:
Forsker Ragnar Wighus, SINTEF-NBL, og varabrannsjef Nicolay Underthun, underbrannmester Finn
Kristiansen og brannkonstabel Thor Holt ved Skien brannvesen.
Skien 2. juli 1995
Guttorm Liebe
Forord til utgave 2:
Benyttede ord og uttrykk har vært gjenstand for gjennomgang i «Kollegium for brannfaglig terminologi». Det er
foretatt rettelser og korrekturer i henhold til denne gjennomgangen, og kap. 2.4 «Overtenning» er skrevet helt
om.
Siviling. Magne Eikanger takkes spesielt for hans korrektur av Ist. utgave.
Skien 14. juni 1998
Guttorm Liebe
5

INNHOLD
BRANNFYSIKK
Innhold:
Side
FORORD .................................................................................................................................... 5
KAP. 1 GRUNNLAGET......................................................................................................... 9
1. Forutsetning for brann og slokkemetoder .......................................................... 11
2. Forbrenningsprosessen ......................................................................................... 15
3. Termiske egenskaper.............................................................................................. 20
4. Varmetransport........................................................................................................ 27
5. Brannrøyk ............................................................................................................... 32
6. Eksplosjonsområde/flammepunkt ....................................................................... 36
7. Trykk og strømning i gasser ................................................................................. 42
8. Virkning av varme og brannrøyk på mennesker................................................ 46
KAP. 2 BRANNUTVIKLING I ROM.................................................................................. 51
1. Glødebrann/ulmebrann ......................................................................................... 53
2. Flammebrannutvikling........................................................................................... 58
3. Overmetting ............................................................................................................ 66
4. Overtenning ............................................................................................................ 70
5. Branntekniske beregninger ................................................................................... 75
KAP. 3 BRANNSPREDNING............................................................................................... 83
1. Brannspredning....................................................................................................... 85
2. Brannspredning ved ledning ................................................................................. 86
3. Brannspredning ved stråling ................................................................................. 88
4. Strømningsvarme................................................................................................... 91
5. Brannmotstand........................................................................................................ 93
6. Flammespredning .................................................................................................. 97
KAP. 4 RØYKSPREDNING ................................................................................................. 101
1. Drivkreftene............................................................................................................ 103
2. Trykkfordeling og røykspredning ........................................................................ 108
3. Røykspredning i korridorer .................................................................................. 114
4. Røykspredning i høye rom .................................................................................. 118
KAP. 5 SLOKKING AV OVERTENT ROM ....................................................................... 121
1. Overtenningssignaler ............................................................................................. 123
2. Varmefølelse ........................................................................................................... 126
3. Slokkekriterier ........................................................................................................ 128
4. Vann som slokkemiddel ........................................................................................ 132
5. Optimal manuell slokking .................................................................................... 138
6. Slokketeknikk ......................................................................................................... 143
KAP. 6 UTLUFTING............................................................................................................... 149
1. Hensikten med utlufting ....................................................................................... 151
2. Vindtrykket ............................................................................................................. 154
7
INNHOLD
3. Termisk utlufting..................................................................................................... 156
4. Trykkavlastning ...................................................................................................... 159
5. Mekanisk utlufting................................................................................................. 161
6. Bruk av spredt stråle .............................................................................................. 165
VEDLEGG:
1. Symboler.................................................................................................................. 169
2. Begreper/definisjoner ............................................................................................ 171
3. Litteratur .................................................................................................................. 187
8
KAP. 1 GRUNNLAGET
KAP. 1 GRUNNLAGET
Innhold:
1. FORUTSETNING FOR BRANN OG SLOKKEMETODER ...................................... 11
- forbrenningsprosessen ............................................................................................
- slokkemetoder..........................................................................................................
2. FORBRENNINGSPROSESSEN...................................................................................... 15
- oksidasjon .................................................................................................................
- selvantennelse ..........................................................................................................
- flammebrann ............................................................................................................
- flammens natur ........................................................................................................
- glødebrann ................................................................................................................
3. TERMISKE EGENSKAPER 20
- varme = energi .........................................................................................................
- antennelsestemperatur ............................................................................................
- antennelsesenergi ....................................................................................................
- forbrenningsvarme...................................................................................................
- forbrenningsintensitet .............................................................................................
- varmeutvidelse .........................................................................................................
- aggregattilstander.....................................................................................................
- varmeutvidelse ved fordampning .........................................................................
- varmekapasitet .........................................................................................................
4. VARMETRANSPORT........................................................................................................ 27
- ledning ......................................................................................................................
- stråling ......................................................................................................................
- strømning ..................................................................................................................
- varmetransport .........................................................................................................
5. BRANNRØYK ...................................................................................................................... 32
- røykens innhold .......................................................................................................
- røykmengde/-tetthet................................................................................................
6. EKSPLOSJONSOMRADE/FLAMMEPUNKT 36
- gassbrann ..................................................................................................................
- eksplosjonsgrenser...................................................................................................
- væskebrann/flammepunkt......................................................................................
- brannrøyk..................................................................................................................
9
KAP.l GRUNNLAGETKAP.
7. TRYKK OG STRØMNING I GASSER .......................................................................... 42
- begreper ....................................................................................................................
- strømning og trykkavlastning over åpninger .....................................................
8. VIRKNING AV VARME OG BRANNRØYK PÅ MENNESKER............................. 46
- CO-forgiftning .........................................................................................................
- oksygenmangel ........................................................................................................
- andre branngasser ....................................................................................................
- varmepåvirkning ......................................................................................................
- brannskader ...............................................................................................................
10
KAP. 1.1 FORUTSETNING FOR BRANN OG SLOKKEMETODER
Kap. 1.1 Forutsetning for brann og
slokkemetoder
Sammendrag
BRANN er ild, varme og/eller røyk som ikke er under kontroll.
BRANN er en forbrenningsprosess som for å kunne starte, krever at et brennbart
materiale får tilstrekkelig høy temperatur og samtidig har tilgang på nok oksygen (O2).
Forbrenning er som hovedregel kompliserte kjemiske kjedereaksjoner, og for at den skal
kunne fortsette, må ikke de katalytiske reaksjonene forstyrres.
SLOKKEMETODER:
Brann kan slokkes på fire måter:
-fjerne det brennbare materialet
- senke temperaturen til under materialets antennelsestemperatur
- redusere tilgangen på oksygen til under materialets oksygenbehov ved den aktuelle temperatur
- tilføre kjemiske stoffer som virker antikatalytisk («forgiftende») på forbrenningsprosessen.
BRANN er en forbrenningsprosess som ikke er under
kontroll. Som oftest vil varmen være stor nok til at vi
kan se forbrenningsprosessen som ild og/eller røyk.
FORBRENNING er vanligvis en meget komplisert
kjemisk prosess, bestående av en kjede kjemiske reak­
sjoner.
Det er tre grunnleggende forutsetninger for at vi skal
kunne få en forbrenningsprosess :
Et brennbart materiale
Tilstrekkelig oksygen
Høy nok temperatur
Brennbart materiale.
Fig.1.1 BRANN !! Foto: Nils Opstadmoe
Det må finnes noe som kan brenne. Det vil si at mate­
rialet eller stoffet, er slik satt sammen kjemisk, at det
kan reagere med oksygen (O2) med derav følgende ut­
vikling av varme.
Tilstrekkelig oksygen.
En forbrenningsprosess er en kjemisk reaksjon hvor
oksygen (O2) (oftest det oksygenet som finnes i lufta)
reagerer med et stoff, slik at det oppstår spaltningspro-
11
KAP. 1.1 FORUTSETNING FOR BRANN OG SLOKKEMETODER
dukter og varme. Det må derfor være nok oksygen til­
stede for at en forbrenningsprosess skal kunne skje.
Hvor stor mengde oksygen som er tilstrekkelig, er av­
hengig av hvilket stoff eller materiale vi har, og hvor
høy temperaturen er.
Oksygenbehovet blir mindre ved høyere temperaturer.
Årsaken til dette er at ved økende temperatur, øker
molekylenes innbyrdes bevegelser. Når bevegelsene
øker, øker sansynligheten for at oksygen treffer andre
Fig. 1.2 Branntrekanten
molekyler med tilstrekkelig fart, slik at det kan skje en
forbrenningsreaksjon. Se også kap. 1.2 angående for-
brenningsprosessen.
Polyester: 18 % O2
Polyetylen: 17 % O2
Oksygenindeksen
Polyurethanskum: 15 % O2
Denne gjelder for alle brennbare materialer. For faste Polycarbonat: 24 % O2
stoffer kan minste oksygenbehov beskrives ved å måle Polyvinylklorid (PVC): 50 % O2
den såkalte oksygenindeksen. Tre - gran: 22 % O2
Fig. 1.3 Tabell over oksygenindeksen til noen aktuelle stoffer.
Oksygenindeksen måles i %-O2-innhold i nitrogen
(N2), og gjøres etter standard prøvemetoder.
Eks.:
Tre (gran) har:
O2-indeks 22% ved t=20 °C.
Tre (gran) har:
«O2-indeks» 16-17 % ved t=200 °C
og samme fuktinnhold. (ref. [21])
Dette kan vi se når vi må forvarme kompakt treverk
før det kan brenne videre av seg selv.
Forklaringen er at det i vanlig luft er ca. 20,9 % oksy­
gen, noe som er litt for lavt til at treverk kan brenne.
Det er nødvendig med forvarming, slik at kravet til ok- Fig. 1.4 Treverk trenger forvarming for å kunne antenne i
sygenmengde blir lavt nok. vanlig luft.
Eksplosjonsområde
Brennbare gasser må ha et blandingsforhold med luft
som er innenfor deres eksplosjonsområde, for å kunne
brenne. Nedre eksplosjonsgrense (NE) angir minste
luft (oksygen)behov. NE synker med økende tempe­
ratur. Mer om dette i kap. 1.6.
Dette er meget viktig i brannsammenheng, fordi det
forteller at:
Forvarmede materialer har lettere for å
antenne enn kaldere, fordi behovet for
oksygen er mindre.
12