Laboratoriet för brandskyddsteknik

Laboratoriet för brandteknik är utrustat med olika standardmetoder för att bedöma materialens brandfarlighet, däribland en konkalorimeter, en mikroskalig förbränningskalorimeter (MCC), mätning av gränsvärdet för syreindex (LOI) samt en brandugn. Det används som undervisningslaboratorium för både grund- och forskarutbildningskurser i branddynamik.

Brandugn

Brandugnen är en av endast cirka tio i sitt slag i hela världen. Denna specialiserade ugn möjliggör avancerade mätningar för att bedöma hur konstruktionselement av stål, betong och trä reagerar på både belastning och brand. Ugnens uppvärmningshastighet följer temperatur-tidskurvan enligt ISO 834.

Ugnen är en ovärderlig resurs för blivande brandingenjörer och erbjuder praktiska laboratorieerfarenheter i en säker miljö. Här kan studenterna med egna ögon observera brandens effekter på konstruktionens integritet och lära sig hur olika konstruktions- och dimensioneringsfaktorer påverkar en byggnads motståndskraft mot brandskador.

Ugnen vid vårt universitet är den enda anläggningen i sitt slag i Sverige. Utöver akademiska ändamål fungerar den också som en knutpunkt för produktutveckling, särskilt för konstruktioner som utsätts för både belastning och brand.

Vi riktar ett stort tack till alla som har bidragit till att denna anläggning har blivit möjlig. Finansiering från NSS-projektet för säkerhet, EU:s regionala fonder, Kempestiftelserna och institutionens strategiska fonder har varit avgörande för att etablera och underhålla brandugnen.

Konkalorimeter

Vi har ett konkalorimeter av typen NETZSCH-GERÄTEBAU GMBH TCC 918, ett instrument som är utformat för att ge information om olika materials brandegenskaper. Instrumentet uppfyller standarden ISO 5660, vilket garanterar precision och tillförlitlighet i våra experiment.

Funktionsprincip

Konkalorimetern fungerar genom att utsätta prover för endimensionell strålningsvärme, motsvarande den spoltemperatur som användaren ställer in. Med en värmeflöde/strålningsintensitet som sträcker sig från 0 till 100 kW/m² simulerar den realistiska brandförhållanden. När provet genomgår nedbrytning blandas pyrolysegaser med syre och bildar en brännbar blandning som antänds av en gnista från tändaren. Den efterföljande förbränningsprocessen förbrukar syre, vilket gör det möjligt att beräkna värmeavgivningshastigheten. Samtidigt analyseras den rök och sot som bildas i avgaskanalen.

Mätningar med konkalorimeter

Konkalorimetern möjliggör noggrann mätning av olika parametrar, inklusive värmeavgivningshastighet, massförlust, tid till antändning, rökproduktionshastighet och total värmeavgivning.

Mikroskalig förbränningskalorimeter (MCC)

På MCE-laboratoriet har vi en mikrokalorimeter från Fire Testing Technology. Denna apparat är avgörande för att bestämma värmeavgivningsegenskaperna hos olika material och ger värdefull kunskap för studentundervisning, forskning och materialutvecklingsprojekt.

Översikt över MCC-apparaten

MCC-apparaten är speciellt utformad för att mäta värmeavgivningshastigheten hos milligramprover på mellan 0,5 och 50 mg. Den arbetar med kontrollerade uppvärmningshastigheter och registrerar variationer i värmeavgivningen som en funktion av tid och temperatur. Testmetoderna följer standarderna i ASTM D7309-19, vilket säkerställer konsistens och tillförlitlighet i våra experimentella procedurer.

Testprinciper

MCC fungerar enligt principen om kontrollerad uppvärmning, vanligtvis med en hastighet på 1 °C/s, vilket inducerar pyrolys eller sönderdelning av provet. Under denna process blandas flyktiga gaser som frigörs från provet med syre, vilket underlättar förbränningen. Mängden syre som förbrukas under förbränningen fungerar som en nyckelparameter för beräkning av både mängden och hastigheten på värmeavgivningen.

Testmetoder

MCC erbjuder två olika testmetoder:

• Metod A
  Fokuserar på termisk sönderdelning, där pyrolys sker i en helt inert atmosfär, vilket möjliggör studier av rena sönderdelningsprocesser.
• Metod B
  Riktar in sig på termisk-oxidativ nedbrytning, som utförs i en oxiderande miljö för att efterlikna verkliga förbränningsscenarier.

MCC-mätningar

Viktiga mätningar som erhålls från MCC-experiment inkluderar värmeavgivningshastighet, värmeavgivningskapacitet, total avgiven värme, kolutbyte, temperatur och tid för värmeavgivning.

Syrebegränsningsindex (LOI)

MCE-laboratoriet är utrustat med en LOI 901-analysator för syreindex från NETZSCH-GERÄTEBAU GMBH. Denna apparat används för att bestämma den lägsta syrekoncentrationen i testatmosfären som krävs för att ett prov ska antändas och brinna med öppen låga. LOI-testmetoden, inklusive provberedning och mätning, följer internationella standarder såsom ASTM D2863, ISO 4589-2 och NES 714. De erhållna LOI-värdena fungerar som mått för att rangordna och jämföra olika materials brandfarlighet.

Funktionsprincip

LOI-testaren består av en vertikal glaskamin och en styrenhet. Skorstenens värmebeständiga glasrör är antingen 450 eller 500 mm högt och 75 eller 100 mm i diameter, vilket gör att det rymmer provbitar i olika storlekar beroende på materialets form. Inuti skorstenen strömmar en blandning av syre och kväve uppåt mot ett vertikalt prov. Provets övre ände antänds av en gaslåga från en tändare, och därefter observeras förbränningsbeteendet.

Mättekniker

LOI kan mätas med hjälp av antingen ytantändning eller spridande antändning. Vid ytantändning antänds provets övre yta direkt för att bedöma dess brandfarlighetsegenskaper. Vid spridande antändning sprider sig lågan längs provets längd, vilket ger insikt i dess flamutbredningsegenskaper. Syrekoncentrationen i testatmosfären övervakas med hjälp av en paramagnetisk syreanalysator, vilket säkerställer precisa och exakta mätningar under hela testprocessen.