Värmestrålningssköldar som brandskydd av stålelement : En teoretisk undersökning

• Main Authors: Lindqvist, Elias, Mäcs, Sebastian
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Uppsala universitet, Byggteknik 2015
• Subjects: Värmestrålningssköld; Brandskydd; Brand; Stålkonstruktioner; Strålning; Stål; Stålpelare; Emissivitet; Aluminiserad stålplåt
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-257580

I samband med ett brandförsök i Australien ämnat att undersöka sprinklersystem, testades även några enklare värmestrålningssköldar av olika högreflekterande material. I försöket placerades tre obelastade pelare ut och utsattes för full brand. Två av pelarna avskärmades med förzinkad stålplåt respektive aluminiserad stålplåt och en pelare var helt oskyddad och användes som referens. Mätningar från brandförsöket visar att den maximala ståltemperaturen, i de tre olika pelarna, uppmättes till 580°C, 427°C respektive 1064°C. Även då resultaten var positiva har få vidare undersökningar utförts, vilket har motiverat denna rapport. Rapportens huvudmål har varit att med hjälp av teoretiska experiment påvisa att värmestrålningssköldar kan användas som brandskydd för stålkonstruktioner. Metoden för genomförandet av arbetet har varit att sätta sig in i den bakomliggande teorin och bygga upp ett enklare beräkningsprogram där, utifrån givna materialegenskaper, olika sorters sköldars förmåga att brandskydda ett ståltvärsnitt beräknas. De första kapitlen beskriver bakomliggande teori rörande brand och termofysik. Detta följs upp av några exempel på tänkbara värmestrålningssköldar, en enklare kostnadskalkyl där jämförelse av andra brandskyddsmetoder har gjorts och slutligen ett förslag på hur sköldar ska dimensioneras. För att skydda en VKR-profil 200x200x10 i 30 minuter måste en 1 millimeter tjock sköld med en luftspalt på 20 millimeter, mellan pelare och sköld, bestå av ett material som reflekterar minst 80 procent av all värmeenergi som strålar mot den under hela brandförloppet. Skölden ska även ha en hög densitet, specifik värmekapacitet och smältpunkt. Detta kan jämföras med aluminiumfolie som reflekterar omkring 95 procent, men varken har den densitet eller smältpunkt som krävs för att hantera de extrema förhållandena vid brand. Det visar sig även att i dagsläget är brandskydd med hjälp av värmestrålningssköldar relativt dyrt jämtemot traditionella brandskyddsmetoder. === In fire tests performed in Australia meant to examine the effectivity of sprinkler systems, a few simple heat radiation shields made of highly reflective materials were also tested. In the trials three identical steel columns were exposed to fire in an office building. One of those columns were shielded with a galvanized steel sheet, the second with an aluminized steel sheet while the third was left unprotected. Data from the trial shows that the temperature of the steel columns was measured to 580°C and 427°C for the protected columns and 1064°C for the unprotected. Despite the positive results hardly any further studies has been made on this subject, which have motivated this report. The main goal of this report is to, with the help of theoretical experiments, prove that heat radiation shields can be used as a fire protection system for steel profiles. By implementing the underlying theory of heat transfer into a program capable of calculating a certain material’s ability to protect a steel profile from radiant heat, the temperature of the profile could be estimated. Results show that in order to sufficiently protect a VKR 200x200x10 millimeter steel profile exposed to 30 minutes of fire, a 1 millimeter heat radiation shield made out of a material with no less than 80 percent heat reflectivity has to be used. The material must also contain its reflectivity during the entire period, have a high enough density and not melt at a temperature lower than 1000°C.