Synlig byggemateriale i massivt tre gir langt raskere brannutvikling
Det benyttes massivtre i bygninger, både private hjem og offentlige bygg. Bra for klimaet, og fint å se på. Men ikke så bra hvis flammene får tak.
Synlig massivtre er populært i mange nybygg. Bruken av trematerialer gir et godt klimaregnskap, tre er vakkert og det oppleves godt å være i slike bygg.
I tillegg går byggingen raskt unna når store prefabrikkerte elementer bare kan løftes på plass, nesten som legobrikker.
MassivtreMassivtre er store elementer av tre som brukes som bærende konstruksjoner i vegger og etasjeskillere. Elementene er bygd opp av flere lag av planker der hvert lag ligger på tvers av det neste (krysslaminert). Lagene er limt sammen. brukes blant annet i boligbygging, næringsbygg, skoler, helsebygg, barnehager og høyhus.
Mange myter
Andreas Sæter Bøe ved NTNU mener det verserer noen myter om brannsikkerheten til bygg i massivtre.
– Det sies at massivtre ikke lar seg tenne på, eller at det ikke er grunn til å bekymre seg fordi det dannes et beskyttende kullag utenpå massivtreet. Utsagnene har noe sant i seg, men forteller ikke alt. Tre er et brennbart materiale og virkeligheten er langt mer komplisert, sier Andreas Sæter Bøe.
Han er utdannet sivilingeniør ved NTNU, har jobbet i seks år som brannforsker ved RISE Fire Research i Trondheim og er nå stipendiat. I forbindelse med sitt doktorgradsarbeid gjennomførte han to storskala brannforsøk med massivtre.
Realistisk test
– De siste 10-15 årene er det internasjonalt utført en rekke forsøk for å undersøke hvordan brann i massivtre arter seg. Mange er gjort i små rom og med små vindusåpninger. Men moderne bygg har gjerne store åpne arealer og svære vinduer. Jeg ville studere hvordan brann i et storskala rom med synlig massivtre oppførte seg, mest mulig likt et moderne kontorbygg.
95 kvadratmeter stort
For forsøkene ble det ble bygd et rom i massivtre som var 18,9 meter langt, fem meter bredt og med 2,5 meter takhøyde. Gulvarealet var 95 kvadratmeter og rommet hadde store vindusåpninger på én vegg. Langs hele gulvet ble det stablet trelekter (50 mm x 50 mm) i kryss, med luft mellom.
Slik så det ut før test 2. Lektene på gulvet (trekrybba) tilsvarte energimengden til et vanlig kontorlandskap. Både langveggen og taket består av bart/eksponert massivtre. Foto: FRIC
Trekrybba, som brannforskerne kaller dette, tilsvarer energimengden i et typisk kontorbygg. Brannen ble startet ved å sette fyr på den ene enden av trekrybba.
Endret branndynamikken
Bøe kjørte to forsøk. I forsøk 1 hadde testrommet synlig massivtre i taket, mens bakveggen var kledd med ubrennbar gips.
– Det var en klar endring i branndynamikken fra før og etter at massivtre-taket ble antent. Fra taket begynte å brenne tok det tretten minutter før brannen hadde spredt seg til hele takflaten. Sammenlignet med brannforsøk uten eksponerte trematerialer er dette raskt. Samtidig er det saktere enn i andre forsøk med eksponert tak.
Brannen sprer seg langs taket i massivtre. I dette forsøket er bakveggen kledd med gipsplater. Foto: FRIC
Brannen i taket førte til sterk varmestråling mot gulvet som fikk ilden til å spre seg fort også på gulvnivå.
Vesentlig raskere
I forsøk nummer 2 besto både tak og bakveggen av eksponert massivtre. Brannutviklingen gikk langt raskere enn i det første forsøket. Fra taket ble antent til hele rommet var i full fyr tok det bare 91 sekunder.
– Måten brannen spredte seg på var den samme som i den første testen. Men det var tydelig at den brennbare veggen bidro til en klart raskere utvikling. Den brennende veggen økte varmestrålingen mot taket og trekrybba, slik at både tak og gulv brant kraftigere.
Brannen sprer seg klart raskere når både taket og bakveggen består av synlig massivtre. Brannen i trekrybba følger etter, akselerert av varmen fra taket og veggen. Foto: FRIC
– Etter overtenning sto det store flammer ut gjennom vindusåpningene, noe som øker risikoen for spredning til etasjene over og til nabobygg, forklarer Bøe.
Slokner ganske raskt
I begge testene sloknet flammene i massivtreet innenfor 15 minutter etter overtenning. Dette skjer fordi det dannes et kullag på overflaten. Massivtreet er da avhengig av å få tilført tilstrekkelig varme utenfra for å opprettholde brannen. Hvis brannvesenet kommer raskt i gang med slokking er oppblussing normalt ingen stor trussel.
Mens brannen er på det mest intense, slår flammene høyt ut gjennom vindusåpningene. Slike store flammer kan øke risikoen for at brannen sprer seg til etasjen over eller til nabobygg. Foto: FRIC
– At brannen i første omgang slokner av seg selv er et positivt funn for massivtrebygg med tanke på byggets stabilitet, og muligheten for å begrense brannen til branncellen der den startet.
Vil ikke fraråde
– Viser forsøkene at eksponert massivtre ikke bør brukes?
– Nei. Massivtre har en rekke fordeler og er et flott materiale man bør fortsette å bruke. Samtidig demonstrerer forsøkene tydelig at eksponerte overflater av massivtre kan påvirke hvordan en brann utvikler seg. Det må alle som prosjekterer slike bygg ta hensyn til.
– I små rom vil en brann kunne utvikle seg nokså raskt, uavhengig av konstruksjonsmaterialet. Det er først i store rom at forskjellene virkelig trer frem, forklarer Bøe.
Ikke bare massivtre
Han påpeker at det kan gå lenger tid før taket antennes i store rom med stor takhøyde.
– Tidligere forskning har også vist at størrelse, antall og avstand mellom eksponerte overflater har stor betydning på hvordan brannen utvikler seg. Det må også nevnes at store brennbare overflater, for eksempel trekledning, i bygg med ubrennbar konstruksjon, vil kunne ha en like stor innvirkning på brannutviklingen i tidlig fase av en brann.
Vurdere sprinkleranlegg oftere
Normalt vil sprinkleranlegg hindre en rask brannutvikling. I mange typer bygg er det påbudt med slike anlegg, men ikke i alle.
– Der det ikke er påbudt må det vurderes i hvert enkelt tilfelle om det er potensial for en rask brannutvikling – og om det likevel bør installeres sprinkleranlegg, eller andre tiltak, for å sikre sikker rømning og redning, sier Bøe.
Vil forstå mer
De to forsøkene kostet mellom fem og seks millioner kroner. At brannforsøk er så kostbare er en av årsakene til at vi ennå har kunnskapshull om massivtre og brann, mener brannforskeren.
Andreas Sæter Bøe med to av veilederne på doktorarbeidet, NTNU-professor Anne Steen-Hansen (t.v.) og Kathinka Leikanger Friquin, seniorforsker ved SINTEF og førsteamanuensis ved NTNU. Den tredje veilederen er professor Ivar. S. Ertesvåg.
– Historisk har man ofte strammet inn eller justert regelverket først etter storbranner. Ved å gjennomføre eksperimentelle branntester vil vi i større grad komme i forkant av problemene, slik at små justeringer underveis gir en sikrere måte å bygge på.
På verdensbasis er det gjort flere brannforsøk med ulike konfigurasjoner av synlig massivtre i rom av ulik størrelse.
– Vi har fortsatt ikke et komplett bilde av betydningen av synlige massivtreoverflater for brannutvikling. Resultatene fra forsøkene og det videre arbeidet i forskningssenteret FRIC er viktige bidrag for å forstå hvordan brann utvikler seg i slike bygninger, sier Andreas Sæter Bøe.
Andreas Sæter Bøe, Kathinka Leikanger Friquin, Daniel Brandon, Anne Steen-Hansen, Ivar S. Ertesvåg: Fire spread in a large compartment with exposed cross-laminated timber and open ventilation conditions: #FRIC-01 – Exposed ceiling Fire Safety Journal, Volume 140, October 2023
https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103869
Andreas Sæter Bøe, Kathinka Leikanger Friquin, Daniel Brandon, Anne Steen-Hansen, Ivar S. Ertesvåg: Fire spread in a large compartment with exposed cross-laminated timber and open ventilation conditions: #FRIC-02 – Exposed ceiling Fire Safety Journal, Tilgjengelig online fra 27. september 2023
https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.103986
