Brannen spredte seg raskere enn ventet – kunnskapen om brann i massivtre er mangelfull

Etter at det er tent på, tar det ikke lang tid før hele konstruksjonen er overtent, flammene står høyt, heten fra brannen er så intens at det er vanskelig å beskrive.

Plutselig ser jeg at et av kameraene som er satt opp for å dokumentere forløpet, er i full fyr. Etter kort tid er det ikke bare brent opp eller smeltet – det er rett og slett borte. Andre kameraer, med vannkjøling, overlever forsøket og gir nyttig informasjon til senere analyser.

Med tall er det lettere å få frem hvor mye energi som faktisk frigis under en slik brann. Massivtreelementene har en brennverdi på ca. 17 MJ/kg, det tilsvarer 4,7 kWh/kg. Her brukes 2000 kilo tre som opptenningsved. Brannforskerne er også opptatt av hastigheten for varmeavgivelsen (HRR), som er et mål på intensiteten til brannen. De to brannene er ventet å oppnå en HRR på 35-45 MW.

Kostbare forsøk

Det er også verdt å merke seg at det ikke er installert noe sprinkleranlegg i disse forsøkene, og brannen får utvikle seg fritt i opptil fire timer.

Teknisk Ukeblad er på testområdet til RISE Fire Research en mils vei utenfor Trondheim sentrum. Der gjennomføres den andre av to fullskala-eksperimenter av brannspredning i store rom med konstruksjon av krysslimte massivtreelementer. Ansvarlig for forsøkene er stipendiat Andreas Sæter Bøe ved Institutt for bygg- og miljøteknikk på NTNU. Forskningen er finansiert av forskningssenteret Fire Research and Innovation Centre, hvor RISE Fire Research, NTNU og Sintef er forskningspartnere, og 18 partnere fra det offentlige, rådgivere og industrien er med.

Bøe forteller at de fleste brannforsøk med massivtre er gjennomført med forholdsvis små konstruksjoner og tilsvarende små ventilasjonsåpninger. Slike forsøk har svakheter fordi de ikke gjenspeiler forholdene i et moderne massivtrebygg, der det gjerne er større rom, store åpne flater og store vindusåpninger, som gir god tilgang til oksygen under en brann.

– For doktorgraden min ønsker jeg å gjennomføre to eksperimenter som i større grad representerer hvordan moderne bygg faktisk bygges, sier Bøe.

Kathinka Leikanger Friquin, seniorforsker på Sintef og NTNU, anslår at forsøkene kommer på fem til seks millioner kroner, alt inkludert. Det er en viktig årsak til at det er gjort så få av dem. Det har tatt to år å planlegge forsøkene. Nå skal Bøe bruke ett år på å oppsummere, analysere og formidle resultatene.

Mangelen på forsøk, forskning og god dokumentasjon er årsaken til at det fortsatt ikke finnes preaksepterte løsninger for massivtre og brannsikkerhet i høye bygg (se faktaboks).

To tonn opptenningsved

På testområdet til RISE Fire Research er det bygget et lokale som tilsvarer hva man kan vente i et moderne næringsbygg. Åpent landskap, store vindusflater. Vinduene er ikke der, de er representert ved fire store åpninger i den ene langveggen.

Anne Steen-Hansen, professor på NTNU og sjefforsker på RISE er også hovedveilederen til Bøe. Hun forteller at de vurderte å sette inn glass, men valgte ikke å gjøre det.

Årsaken er at glasset trolig ville knust forholdsvis raskt, og den eneste effekten det ville hatt, utenom å gjøre forsøkene dyrere, ville være økt usikkerhet knyttet til å ha så like forhold som mulig under begge forsøkene.

På gulvet er det laget en såkalt trekrybbe, bestående av ca. 2000 kilo med 48x48 trelekter i kryss i fire lag. Mengden skal tilsvare energien i det som er av brennbart interiør i et typisk kontorlandskap. Brannen antennes i enden av trekrybben ved hjelp av heptan plassert på gulvet i en rekke metallformer. Heptan er et hydrokarbon med formel C₇H₁₆.

– Nærmest som bensin, men med mindre soting, sier Bøe.

Testkontoret har tak, to kortvegger og den ene langveggen i krysslimt massivtre. Målene er 18,8 x 5,0 x 2,5 meter (lengde, bredde, høyde). Hver av de fire åpne flatene der vinduene skulle vært, måler 4,3 x 2 meter. Dette gir en åpningsfaktor på 0,16 m^½, som beskriver ventilasjonsforholdene i rommet ved en brann.

Rask brannutvikling med eksponert tre

I det første forsøket var veggene dekket med to lag gips, mens det var ubeskyttet massivtre i taket. I det andre forsøket, som vi var med på, var både langveggen og taket eksponert massivtre.

Fagfolk venter at en brann i store åpne rom, som et moderne kontorlandskap, vil utvikle seg som det som på engelsk omtales som en «travelling fire». Brannen forflytter seg bortover i rommet, og størrelsen av brannen bestemmes av hastigheten til flammefronten i forhold til hvor raskt brannen konsumerer det brennbare materiale.

I det første forsøket forflyttet brannen seg relativt langsomt. Brannen i forsøk nummer to spredte seg svært raskt.

– Vi ser her at store overflater med eksponert tre gir en rask brannutvikling. Dette var en vesentlig raskere utvikling enn i forsøk 1, noe som trolig skyldes bidraget fra den eksponerte veggen og samspillet mellom brann i flatene i vegg og tak. Det understreker viktigheten av å forstå hvordan eksponerte treoverflater påvirker en brann, sier Bøe.

Han legger til at takhøyden også vil ha mye å si for hvor raskt eksponert tre i taket påvirker brannspredningen.

I det første forsøket sloknet brannen i taket da trekrybben hadde brent ut. Dette skyldes at når det er dannet et forkullingslag på treoverflaten, kreves det en nokså sterk varmestråling for å opprettholde synlige flammer. Slik så det lenge ut til å bli for forsøk 2 også, Etter forholdsvis kort tid var en kullsvart forkullet vegg synlig bak flammene fra trekrybben på gulvet, med lite flammer. Da forsøket i praksis var over, ulmet og småbrant det fortsatt på gulvet, og både vegg og tak var uten synlige flammer.

Delaminering fikk brannen til å blusse opp

Men etter godt over en time ut i brannforløpet, i løpet av bare noen minutter, slo flammene plutselig opp igjen, og brannen fikk nytt liv. Flammene slo ut av vinduene og opp langs fasaden. Da var det massivtreelementene som brant. Brannen holdt det gående frem til den ble slokket etter nesten tre timer.

Grunnen til at brannen ikke sloknet av seg selv her, skyldes et fenomen som kalles delaminering, der biter av treverket faller av på grunn av at limet mellom lamellene varmes opp og mister festeegenskapene sine. Når en forkullet lamellbit faller av, får brannen tilgang på friskt, uforkullet treverk, og brannen kan da holdes i gang over en lang periode ettersom den stadig får «påfyll» av nytt trevirke.

Problemet med delaminering av massivtreelementer har vært kjent lenge, og det oppstår i tilfeller der man har flere overflater av eksponert massivtre som kan gi tilbakestråling til hverandre og på den måten opprettholde brannen. Tykkelsen på lamellene vil også ha en påvirkning på hvor rask delaminering skjer. For å unngå delaminering forskes det på ulike limtyper som tåler oppvarming bedre.

At treelementene i forsøket blusset opp igjen, bekymrer ikke Steen-Hansen.

– Det var ingen sikkerhetsrisiko. Brannvesenet hadde dratt sin vei, men om dette hadde vært en reell brann og ikke et forsøk, ville det vært gjort etterslukking. Så lenge man er klar over faren, er dette håndterbart, sier Steen-Hansen.

Akseptabel mengde eksponert tre

Endelige konklusjoner er på langt nær klare. Bøe skal nå analysere hele brannforløpet og innsamlede data. Han er tydelig på at å bygge med tre har mange fordeler, men at det ikke bør brukes ukritisk uten at man forstår hvordan dette påvirker brannrisikoen.

– På den ene siden er det veldig lett å beskytte seg mot uønsket påvirkning fra eksponert massivtre, nemlig ved å dekke til overflatene med gips. Samtidig er dette en løsning som både gir et dyrere bygg, et dårligere klimaregnskap og et mindre estetisk uttrykk. Så jobben vår fremover er å finne balansegangen for hva som er en akseptabel mengde eksponert tre, uten at dette gir en vesentlig raskere brannspredning.

Bøe viser til et ferskt forsøk gjort av Panos Kotsovinos ved University of Edinburgh i Skottland. Det viste at eksponert massivtre i taket i et 352 kvadratmeter stort lokale spredte seg over hele rommet på kun fem minutter. I et tilsvarende forsøk med ubrennbart materiale i taket brukte brannen fem ganger lengre tid, 25 minutter, på å nå hele rommet.

Disse brannforsøkene er kun en del av arbeidet til Bøe. Bruken av tre i større bygg begrenses av mangel på kunnskap om brannforløp og brannsikkerhet. Målet for forskningen som skal føre frem til doktorgrad, er å fylle noen av kunnskapshullene og bidra til at det blir lettere å bruke tre i store og høye bygg på en brannsikker måte.