Sprinklersystemen grootschalig getest

In samenwerking met ingenieursbureau Arcadis voerde het onderzoeksinstituut Efectis Nederland in het voorjaar in een Spaanse testtunnel zeven grootschalige brandproeven uit. Dit in opdracht van de Singaporese overheid, die nu eindelijk eens goed wilde weten of de sprinklersystemen van hun wegtunnels voldoende veiligheid bieden bij brand. Het was voor het eerst dat sprinklers in een tunnel zo uitvoerig en op grote schaal werden getest.

8 december 2012 | AUTEUR: Armand van Wijck

In Europa zijn veel tunnels uitgerust met watermistsystemen, die bij brand een fijne waternevel in de tunnel spuiten. Met dit type systemen zijn al vaak testen uitgevoerd. Aziatische landen zoals Japan en Singapore, maar ook Australië, gebruiken vooral sprinklersystemen, met name in hun wat oudere tunnels, omdat er bij de aanleg nog weinig tot niets bekend was over watermist.

Sprinklers zijn al uitgebreid getest in gebouwen, maar grootschalige testen voor tunnels zijn tot nu toe vrijwel achterwege gebleven. Het team van Efectis kreeg daarom van de Singaporese autoriteiten een flink aantal onderzoeksvragen mee, waaronder: Hoeveel waterdebiet is nodig om een tunnelbrand te beheersen? Welke sprinklerkoppen zijn er nodig? Hoe snel moet een blussysteem geactiveerd worden? Hoe goed beschermt het de tunnelconstructie? Wat betekent het systeem voor de vluchtomstandigheden?

Ingenieurs- en adviesbureau Arcadis was als onderaannemer betrokken bij het project. Deze bracht op basis van de onderzoeksresultaten een advies uit, dat gericht was op de noodzaak voor extra veiligheidsvoorzieningen naast de sprinklersystemen. Ofwel: zijn er in een tunnel – wanneer die gebruikmaakt van sprinklers – extra maatregelen nodig als hittewerende bekleding, ongevalsdetectiesystemen en aangepaste ventilatie?

Voor de testopstelling was een gesimuleerde vrachtwagenlading opgebouwd, die met 228 houten en plastic pallets een potentieel vermogen had van wel honderdvijftig Megawatt. Omdat transport van gevaarlijke stoffen, zoals benzine, in Singaporese tunnels niet is toegestaan, zijn plasbranden niet onderzocht. Er waren honderdvijftig sensoren die onder andere het verloop van de temperatuur, luchtsnelheid en concentraties registreerden.

Projectleider Leander Noordijk (Efectis) en adviseur tunnelveiligheid Ben van den Horn (Arcadis) over hun opgedane kennis en de afweging tussen watermistsystemen en sprinklersystemen:

Zijn er eerder zulke testen geweest?

Leander: “Naar ons weten zijn er niet eerder op deze schaal brandproeven in een wegtunnel uitgevoerd met een sprinklersysteem in combinatie met ventilatie. Bij eerder uitgevoerde proeven (bijvoorbeeld blusproeven in het kader van UPTUN) was de brandlast en het resulterende brandvermogen veel kleiner dan bij onze proeven. In onze testserie bestond de brandlast steeds uit 228 pallets, deels afgeschermd door een stellage die de opbouw van een vrachtwagen representeerde. Watermistsystemen voor tunneltoepassingen worden wel op deze wijze beproefd, zoals het systeem dat wordt toegepast in de Roertunnel.”

Maar juist watermistsystemen zijn nieuw en sprinklersystemen worden al jarenlang gebruikt. Waarom heeft het zolang geduurd voordat ze op levensgrote schaal werden getest?

Ben: “Het ligt iets genuanceerder. In 1965 is in Zwitserland onderzoek uitgevoerd naar de effecten van sprinklers op branden in tunnels. Zwitserland stond aan het begin van de bouw van een groot aantal tunnels en wilde nagaan hoe het verloop van branden in tunnels was, met of zonder ventilatie en met of zonder sprinklers. De proeven werden uitgevoerd in een oude treintunnel (de Offenegg tunnel) van tweehonderd meter lang, waarvan één ingang was afgesloten. De proeven waarbij sprinklers werden ingeschakeld, werden uitgevoerd met zogenaamde panbranden (brandbakken met een brandbare vloeistof), terwijl er geen ventilatie was. Maar juist die combinatie van ventilatie en sprinklerwerking is belangrijk om te testen. Waarom dat niet eerder gebeurd is, is moeilijk te zeggen. Blijkbaar is er tot nu geen tunnelbeheerder geweest met de wil om dit uit te zoeken.”

Wat maakt de afweging tussen watermistsystemen en sprinklersystemen?

Ben: “Het voornaamste verschil tussen een watermistsysteem en een sprinkler is dat het watermistsysteem in plaats van grote druppels een fijne nevel produceert, die beter in staat is om warmte te onttrekken aan een brand en brandgassen door middel van koeling (verdamping van de waterdruppeltjes). Op basis van door Arcadis eerder uitgevoerde onderzoeken, blijkt dat voor (stads)tunnels waar gevaarlijke stoffen worden getransporteerd, een watermistsysteem mogelijk veiliger is bij een grote brand en het ontploffen van bijvoorbeeld een bus op waterstofgas.”

Leander: “De druppels van sprinklersystemen kunnen door hun grootte ook doordringen tot de kern van een brand om zo direct de brandstof te koelen en het verbrandingsproces af te remmen. Maar door de grotere druppels wordt tevens het koelend effect minder efficiënt geacht dan bij een watermistsysteem.”

Ben: “Een sprinkler is voldoende voor het doel brandschadebeperking aan tunnel. Een watermistsysteem geeft nog iets extra’s: een reductie van de kans op explosieschade aan de tunnel door betere koeling, als bijvoorbeeld een LPG-tankwagen in brand in de tunnel staat en er explosiegevaar is. Daarom voegt een watermistsysteem niets toe aan Singaporese wegtunnels, omdat hier geen gevaarlijke stoffen getransporteerd mogen worden.”

Wat waren de grootste uitdagingen?

Leander: “De grootste uitdagingen zaten in het snel achter elkaar uitvoeren van de proeven, want iedere werkdag was er een test. Daar kwam logistiek bij kijken in de vorm van de afvoer van verbrande resten en de opbouw van een nieuwe brandstapel. Daarnaast waren er soms ook reparaties nodig aan beschadigde meetapparatuur en moesten we het blussysteem af en toe wijzigen. Tegelijkertijd moesten we de meetresultaten van de test in globale vorm verwerken, om zo een goed besluit te kunnen nemen over de vervolgtesten.”

Wat zijn de conclusies van het onderzoek?

Leander: “Uit de testen bleek dat een sprinklersysteem het bezwijken van een constructie kan voorkomen, mits op tijd geactiveerd. Plaatselijk kan er wel spatten van beton optreden. Hoeveel dit precies is en of dit acceptabel is voor de tunneleigenaar, kun je per geval te bekijken met lokale brandproeven. Verder bleek dat een sprinklersysteem benedenwinds van een tunnelbrand enkele minuten extra tijd kan opleveren in geval van evacueren. Voor brandweerlieden met een beschermende uitrusting bleven de condities gunstig benedenwinds van de tunnelbrand.”

Wat is de koppeling tussen dit onderzoek en de praktijk?

Ben: “Door het hete klimaat in Singapore is er sprake van hoge ventilatiesnelheden in de wegtunnels in de rijrichting (langsventilatie), tot negen meter per seconde. Dit is noodzakelijk om bij files in de tunnels tijdens warm, vochtig weer te garanderen dat de temperatuur niet te hoog en ondraaglijk wordt voor de weggebruikers. Daarom bleek het in Singapore geen optie te zijn om de ventilatiesnelheid te reduceren. Het is voor Singapore dus van belang dat er een goede beheersstrategie is. Men wilde verder weten of het blussysteem in staat is om ook de betonnen tunnelconstructie te beschermen. Op deze manier heeft de maatregel die de brand moet beperken indirect ook een positief effect op het beschermen van de constructie.”

Wat is het advies aan de Singaporese autoriteiten?

Leander: “De vraag was om bestaande sprinklersystemen te beoordelen. Uit het onderzoek hebben we een aantal specifieke conclusies getrokken, gericht op de parameters van de blussystemen (zoals de hoeveelheid water en het type sproeikoppen), maar die zijn nog niet openbaar.”