Watermist: blussen met een vingerhoed water. Illusie of werkelijkheid?

Transcriptie

1 Watermist: blussen met een vingerhoed water. Illusie of werkelijkheid? Bruno van Burik Watermistsystemen als brandbebeveiligingsinstallatie hebben nog steeds een waas van mystiek om zich heen. In Nederland worden deze systemen nog niet veel toegepast. Wereldwijd is de toepassing echter gemeengoed en is het zelfs de snelst groeiende brandblustoepassing (Onderzoek IMS research, jan. 2010). Is watermist dan een wondermiddel, Haarlemmer olie voor alle kwalen? Of is het een hype, een opgeblazen reclamespot van snelle commerciële jongens? Inleiding Watermist valt het best te karakteriseren als een watervoerend blussysteem dat zich gedraagt als een gas. Het kan dan ook bekeken worden als een equivalent voor een blusgas- of een sprinklerinstallatie. In Nederland wordt watermist nog niet veel toegepast, maar in het buitenland is het de snelst groeiende brandblustoepassing. Is het inderdaad een wondermiddel? Dit artikel tracht hier meer helderheid in te scheppen. Onderstaand model fungeert daarbij als referentie. 123

2 Figuur 1. Referentiemodel voor toepassing watermist In dit artikel komt aan de orde wat watermist is, hoe het blusmechanisme werkt en welke ontwikkeling systemen de afgelopen jaren hebben doorgemaakt. Het systeem wordt vergeleken met sprinkler- en gasblussystemen. Daarna komen de normen, voorschriften en certificatie aan bod, gevolgd door de toepassingsgebieden. Een conclusie sluit het artikel af. Microdruppels, mega effect Bepalend bij de definitie van watermist is de grootte van de waterdruppel. Als de druppel kleiner is dan 1 mm wordt er gesproken over watermist. Praktisch gezien varieert de druppelgrootte van verschillende watermistsystemen tussen de 0,01 en 0,100 mm. 124

3 Onderstaand overzicht geeft een idee over verhoudingen in druppelgroottes. Tabel 1. Vergelijking druppelgroottes Druppelgrootte in micron (= 0,001 mm) Smog 0,01-2 Wolk 2-70 Mist Mist (brandblusinstallatie) Druilerige regen Regen Sprinkler (brandblusinstallatie) Het principe van blussen richt zich op het wegnemen van minimaal een van de drie elementen die de verbranding gaande houden: temperatuur, brandbare stof of zuurstof. Deze drie elementen worden vaak afgebeeld als de branddriehoek. Figuur 2. Branddriehoek De blussende werking van watermist berust op drie mechanismen die inwerken op de branddriehoek: koeling, absorptie van warmtestraling en lokale inertisering. Koeling Hoe kleiner de druppel, des te groter het warmteopnemend vermogen (koeling). De grootste warmteopname vindt plaats bij de verdamping van de druppels. 125

4 Het koelende effect van watermist is zeer groot in vergelijk tot conventionele sprinklerinstallaties. De druppelgrootte die met een factor 20 afneemt, zorgt voor een toename van het totale reactieoppervlak met een factor 400. Absorptie van warmtestraling De opwarming van de omgeving gebeurt op twee manieren: via warmteoverdracht (convectie) en warmtestraling (radiatie). Koeling voert vooral warmte af langs de convectieve weg. Dit mechanisme blokkeert de opwarming via warmtestraling. Met name druppels kleiner dan 50 micron zorgen voor een blokkerend gordijn voor straling. Naast het blokkeren van de branduitbreiding zorgt dit mechanisme er ook voor dat de omgeving van de brandhaard veiliger blijft voor verblijf of bereddering. Lokale inertisering In dit mechanisme gaat het om het wegnemen van de zuurstof uit de omgeving bij de vlam waardoor de chemische reactie van verbranding stopt. Zoals aangegeven gedraagt watermist zich min of meer als een gasvormig medium. Een brandhaard die omgevingslucht aanzuigt, zuigt daarmee de watermist de vlam in. In de vlam worden de kleine druppels zeer snel opgewarmd, waardoor ze direct verdampen. Bij de verdamping van water wordt het volume bijna 1800 keer groter. Door dit effect wordt direct bij de vlam de aanwezige lucht weggedrukt en daarmee verdwijnt ook de zuurstof voor de verbrandingsreactie. De brandhaard smoort zichzelf. Dit mechanisme werkt sterker naarmate de brand feller en sneller is. Vooral bij branden van koolwaterstoffen (benzine, pentaan, olie) zorgt dit mechanisme voor een zeer snelle blussing. Over de blussende eigenschappen van watermist wordt wel aangegeven dat een brandende kaars een grotere uitdaging is dan een grote vloeistofbrand. Watermist = watermist? De ontwikkeling van watermist voor landbased watermisttoepassingen heeft met name de laatste jaren een grote vlucht genomen. De techniek is echter niet nieuw. Uit de periode is al de toepassing van vernevelingssystemen bekend. De term watermist is een containerbegrip. De systemen worden niet alleen naar druppelgrootte maar ook naar werkdruk ingedeeld. Tabel 2. Indeling systemen naar werkdruk Lage druk Middendruk Hoge druk Tot 12,5 bar Van 12,5 bar tot 35 bar Meer dan 35 bar 126 Zowel op het gebied van lage druk als hoge druk is er ontwikkeling. Globaal kunnen lagedruksystemen als geoptimaliseerde conventionele sprinklersystemen gekwalificeerd worden. Hiermee worden voordelen behaald, maar niet in de volle omvang zoals bij hogedruksystemen. De druppels blijven

5 groter en er is daardoor meer water nodig voor hetzelfde effect. Daartegenover wordt een kostenvoordeel geclaimd. Met de verdere ontwikkeling van hogedruksystemen vervliegt dit voordeel echter steeds meer. De grootste ontwikkelingskosten zijn inmiddels afgeschreven, kostprijzen gaan omlaag door volumestijging en de prestaties van hogedruksystemen nemen steeds meer toe. Dit artikel spitst zich daarom vooral toe op hogedruksystemen. In de late jaren zeventig van de vorige eeuw is de basis voor de hogedruktechniek gelegd bij de Zweedse multinational Electrolux, producent van onder andere hogedrukreinigingsapparatuur. Daarna is de technologie geadopteerd door verschillende Scandinavische bedrijven zoals Marioff, Semco en Ultrafog en het Duitse Fogtec. Deze partijen zijn nu nog de belangrijkste fabrikanten van watermistsystemen. Na een zeer aarzelende start met weinig commercieel succes, is er begin jaren negentig een omslag geweest. Twee gebeurtenissen hebben hiervoor gezorgd. Ten eerste het verbod op de toepassing van Halon voor gasblussystemen, dat ertoe leidde dat alternatieve brandbeveiliging van machinekamers op schepen gezocht werd. Ten tweede de brand op het cruiseschip Scandinavian Star in 1990, waarbij 158 mensen omkwamen. Dit leidde tot een verscherping van de brandveiligheidseisen aan boord van passagiersschepen en de opkomst van watermistsystemen aan boord. Net als in de natuur, is watermist vanuit zee het land opgekropen. Vanaf de eeuwwisseling is de techniek in eerste instantie in de Scandinavische landen toegepast. Met de ontwikkeling van verstuivertechnologie en hogedrukpompen voor verbrandingsmotoren, zijn ook de prestaties van hogedruk watermistsystemen verder ontwikkeld. Steeds grotere oppervlaktes kunnen gedekt worden met steeds kleinere nozzles. Onderstaande figuur van de Finse fabrikant Marioff illustreert dit uitstekend. Figuur 3. De ontwikkeling van watermistnozzles in beeld 127

6 Systemen met een pompdruk van 160 bar zijn gemeengoed. Dit is overigens volstrekt zonder gevaar. Je kunt zonder problemen je hand houden in de nevel bij de sproeikop. De energie van de druk wordt namelijk volledig gebruikt om zeer kleine druppels in een optimale vorm te vernevelen. Anders gezegd: er is heel veel kracht nodig om water in voldoende hoeveelheid door een heel klein gaatje te persen. Figuur 4. Druk wordt omgezet in optimale verneveling In tien jaar tijd is er veel progressie geboekt. Door deze verbeteringen en de volumevergroting, wordt toepassing van hogedruk watermist financieel aantrekkelijker. Inmiddels worden deze systemen in Europa dan ook meer en meer toegepast. In vergelijking met China is het nog steeds mondjesmaat. Wellicht dat Europa nog gehinderd wordt door de wet van de remmende voorsprong en China direct kiest voor state of art. 128

7 Voordelen Toepassing van watermist heeft een vele voordelen ten opzichte van conventionele sprinkler- of blusgassystemen. Minder kans op letsel De veiligheid van cliënten, medewerkers en bezoekers is beter gewaarborgd. De ruimtetemperatuur blijft lager, warmtestraling wordt geblokkeerd en de rook wordt gewassen door watermist. In tegenstelling tot zuurstofverdringende blusgassen blijft de ruimte ook veiliger voor de mensen die erin verblijven. Minder schade Zowel de directe als indirecte schade van brand of het aanspreken van de brandbeveiligingsinstallatie wordt geminimaliseerd. Hierin spelen een aantal zaken een rol: Een brand wordt sneller geblust, waardoor de brandschade nog beperkter is. Er wordt slechts een fractie aan water gebruikt, waardoor bijkomende waterschade minimaal is. Doordat watermist zich meer als een gas gedraagt, is de invloed van obstructies kleiner. Een brandhaard zuigt de watermist naar zich toe. Er wordt daar geblust waar de brand is, zelfs al woedt deze onder een bed of tafel. Met sprinklers haast niet te beveiligen ruimten, zoals technische ruimten, zijn met watermist wel effectief te beveiligen. Hiermee wordt de bedrijfscontinuïteit beter gewaarborgd. Watermist koelt, blusgas doet dit niet. Als de blusvoorraad gas op is, geeft dit kans op herontsteking waarbij geen blussing meer mogelijk is. Aangesloten op de drinkwaterleiding is de blustijd van een watermistinstallatie onbeperkt. De elektrische geleidbaarheid van watermist is verwaarloosbaar. Schade aan dure apparatuur wordt hierdoor beperkt. Overigens laat een blusgas helemaal geen schade achter aan apparatuur. Hier speelt de afweging tussen de effectiviteit van watermist met enige restschade, versus de in verhouding mindere effectiviteit van blusgas zonder restschade. Verduurzaming van het gebouw Pas sinds kort begint verduurzaming een rol te spelen bij de keuze voor een brandbeveiligingsinstallatie. Vanwege duurzaamheidslabels en scores van gebouwen, zal dit in de toekomst een grotere rol gaan spelen. Uit onderzoek van verzekeraar FM Global van dit jaar blijkt dat een sprinklerbeveiliging een groot aantal duurzaamheidsvoordelen oplevert ten opzichte van conventionele brandbestrijding: een besparing van de uitstoot van broeikasgassen zoals CO 2, methaan en NO x met 97,8%; een terugdringing van de hoeveelheid verbrand materiaal met 90%. een vermindering van de hoeveelheid warmte die vrijkomt in de atmosfeer met een factor 76; 129

8 een besparing in bluswater van zo n 50%; een vermindering van de milieubelasting door schoner afvalwater. Toepassing van hogedruk watermist levert in vergelijking met een sprinklerbeveiliging nog een veel verdergaande verduurzaming op: 61% minder verbruik van water; 66% minder gebruikte energie in totstandkoming en gebruik (Embodied Energy Values); een toename van de levensduur van de installatie met 50%; geen microbiologische corrosie, dus geen residu schadelijk voor mens, omgeving en werking van de installatie, omdat de leidingen van hoogwaardig roestvast staal zijn. Dit speelt vooral bij zogenaamde droge installaties. Figuur 5. Corrosie in sprinklerleidingen en RVS-leidingen watermist 130

9 Realisatievoordelen De waterbehoefte is veel lager dan bij sprinklers. Hierdoor kan met een kleine aansluiting op de waterleiding worden volstaan. Investeringen voor een watervoorraad worden vermeden. Los van de investering voor een bouwkundige watervoorraad van zo n euro, zijn in een grootstedelijke omgeving drie extra parkeerplaatsen ook al hetzelfde waard. De kosten voor een zware bluswateraansluiting kunnen vermeden worden. In een aantal delen van Nederland moet aan vastrecht voor een sprinkleraansluiting al euro per jaar betaald worden. Door de grotere oppervlakte die per sproeikop bestreken wordt, zijn tot driemaal minder koppen nodig. Hierdoor is de ontwerpvrijheid van inrichting en plafond groter. De leidingdiameters zijn meer dan de helft kleiner. Hierdoor is optimaler gebruik te maken van de beschikbare ruimte. De leidingen kunnen eenvoudig gebogen worden, zodat er makkelijk om obstakels heen gewerkt kan worden. Als laatste valt nog een specifiek voordeel voor hoogbouw te noemen. In vergelijking met een sprinklerinstallatie zijn geen pompen met verschillende druktrappen en meerdere watervoorraden nodig. Het hele gebouw kan met één pomp en een beperkte drinkwateraansluiting beveiligd worden. Beperkingen en nadelen De voordelen klinken allemaal fantastisch. Zijn er dan geen voetangels en klemmen? Uiteraard zijn die er wel. Niet geschikt voor beveiliging van opslag Watermist is niet geschikt voor de brandbeveiliging van hoge opslag van bijvoorbeeld dozen of pallets. Bij deze configuraties berust het brandbestrijdingsmodel sterk op het nat maken van de omgeving en penetratie van de vlam. Dit betekent dat veel water en grote druppels nodig zijn om effectief te zijn. Niet geschikt voor hoge ruimten In hoge ruimten is moeten de druppels groter zijn om voldoende energie te hebben om de vlam beneden goed te kunnen penetreren. Watermist is in de meeste gevallen geschikt tot een hoogte van 6 à 8 meter. Overigens is dit op te lossen door in hoge atria de sproeikoppen lager op de wand te plaatsen. Deze koppen worden dan door een rookdetectie-installatie geactiveerd bij brand. Niet geschikt voor hoge luchtsnelheden Ook hier geldt dat bij hogere luchtsnelheden grotere druppels nodig zijn om niet door de trek meegenomen te worden. Dit is een gebied waarop nog volop onderzoek plaatsvindt en nog geen eensluidende opinie is over toelaatbare snelheden. Benodigde waterkwaliteit Aan de waterkwaliteit worden meer eisen gesteld dan bij een conventionele sprinklerinstallatie. Overigens voldoet drinkwaterkwaliteit naar Europese standaarden hier prima aan. 131

10 Hoog benodigd vermogen pompen Voor het realiseren van de hoge druk in het systeem hebben de pompen relatief veel vermogen nodig. Dit aansluitvermogen moet beschikbaar zijn of gemaakt kunnen worden. Een alternatieve is om een pomp met een dieselmotor te plaatsen. Hoogte investering bij het niet benutten van de voordelen Als de genoemde realisatievoordelen niet benut kunnen worden, dan kan het zijn dat de initiële investering hoger uitvalt dan een vergelijkbare conventionele installatie. Dit vergt dus een goede beoordeling per situatie. Benodigde deskundigheid en nauwkeurigheid bij aanleg Aan de aanleg van deze systemen worden hoge eisen gesteld. Het is van groot belang dat er geen vuil in het systeem achterblijft bij aanleg. Leidingen moeten voor aanleg met speciaal materieel gereinigd worden en goed afgedopt blijven tot montage. Ook leidingverbindingen moeten met de nodige aandacht gemaakt worden vanwege de hoge druk. Het hebben van het juiste materieel voor de specifieke montage en terdege opgeleide montagemedewerkers vergt een grote initiële investering. Beperkt aantal gedegen aanbieders op de markt Er zijn slechts een aantal aanbieders op de markt. Voor de opdrachtgevers betekent dit dat er relatief weinig keuze is. Daarbij is het van belang te controleren of er voldoende kennis van zaken in huis is voor ontwerp, montage en onderhoud. Ook is het verstandig de back-up vanuit de fabrikant te controleren. Normen, voorschriften en certificatie Bij sprinklers is 300 jaar ervaring en brandtesten vertaald naar algemene voorschriften voor installaties. Deze zijn fabrikantonafhankelijk. Watermist is nog relatief jong in zijn ontwikkeling. Dat betekent dat er nog weinig gedetailleerde algemene normen en voorschriften zijn. Globaal zijn er twee algemene normen die gebruikt worden: Amerikaans NFPA750. Europees NPR-CEN-TS Beide zijn algemene richtlijnen die een aantal gestandaardiseerde testprotocollen als bijlage hebben. Verder wordt verwezen naar de specifieke richtlijnen van de fabrikant die door de resultaten van volledige brandtesten onderbouwd moeten zijn. Waar de fabrikant niet voorziet in specifieke voorschriften, wordt verwezen naar de van toepassing zijnde sprinklervoorschriften. Dit geldt bijvoorbeeld voor onderhoud. In veel gevallen wordt bij toepassingstesten gerefereerd aan protocollen uit de maritieme wereld (IMO). Het is dan altijd zaak om te verifiëren dat deze toepassingstesten wel passend zijn op de specifieke situatie. 132

11 Certificatie van de beveiliging vindt plaats op basis van drie elementen: 1. Componenten zijn van keuren voorzien. 2. Systeemontwerp en -aanleg voldoen aan voorschriften en toepassingstesten. 3. De partij die de installatie aanlegt, heeft aantoonbaar voldoende bekwaamheid. Op dit moment is certificatie van watermistinstallaties mogelijk op grond van inspectiecertificering door geaccrediteerde inspectiebureaus. Gerenommeerde certificatie-instellingen zoals LPCB en Kiwa zijn echter ook al vergevorderd met de opzet van een productcertificatieregeling specifiek voor watermistinstallaties. Toepassingsgebieden De toepassing van watermist heeft een grote vlucht genomen in een aantal toepassingsgebieden. Utiliteitsgebouwen Eerder werd gesproken over gestandaardiseerde testprotocollen in de Europese norm. Een belangrijke testprotocol is de equivalentietest met sprinklers voor gevarenklasse Ordinary Hazard 1. Hiermee wordt een groot deel van de zogenaamde utiliteitsgebouwen ontsloten voor de toepassing van watermist. Waar de beveiliging wordt aangebracht uit het oogpunt van life safety is watermist bij uitstek een geschikt systeem. Hier gaat het om gebouwen voor zorg, gevangenissen, scholen en hotels. Daarnaast zijn de toepassingen waar water een zorg is of installaties moeilijk weg te werken zijn, vatbaar voor toepassing van watermist. Denk bijvoorbeeld aan musea en monumentale gebouwen. Hoogbouw hebben we al genoemd als specifieke toepassing. Daarnaast is een bijzondere recente toepassing in Duitsland een theater waarbij de sproeikoppen onder de stoel zitten en deze in een mistwolk zetten bij activering. Industriële toepassingen In de industrie wordt watermist veel toegepast in de beveiliging van kapitaalintensieve en kwetsbare productiemiddelen zoals generatoren, motoren, gasturbines en kabeltunnels. Ook in datacentra zien we een toenemende toepassing van watermist. Een andere toepassing in deze sector zijn bakovens. Watermist leent zich in het bijzonder voor het beveiligen van industriële frituurstraten. De waterdruppels zijn klein genoeg om aan het oppervlak te koelen en te verdampen. Dit in tegenstelling tot sprinklerdruppels die door het oppervlak heen gaan en daar door verdamping vetexplosies (= stoomexplosies) veroorzaken. Tunnels Veel specifiek onderzoek is hiervoor gedaan in een Europees samenwerkingsverband onder de naam Uptun, waarbij veel life test zijn uitgevoerd in een tunnel in Noorwegen. Inmiddels zijn Europees een behoorlijk aantal tunnels beveiligd met watermist. In Nederland zijn de A73-tunnels met watermist beveiligd. Onlangs is aangekondigd dat ook de kanaaltunnel beveiligd zal gaan worden met hogedruk watermist. 133

12 Windturbines Een laatste bijzondere toepassing betreft de beveiliging van windturbines. Het kapitaalsintensieve deel hiervan zit bovenin, daar waar de draaiende delen zitten en dus ook warmteontwikkeling plaatsvindt. Voor deze toepassing zijn specifieke kleine installaties ontwikkeld die bovenin ingebouwd worden. Figuur 6. Windturbine bijzondere toepassing voor beveiliging met watermist Conclusie Concluderend en samenvattend kan gesteld worden dat de belofte van hogedruk watermist groot is. Vooral waar life safety aan de orde is en waar we onnodig water willen vermijden, biedt de toepassing veel voordelen. Juist op deze gebieden is de komende jaren nog een sterke groei te verwachten in de toepassing van actieve brandbeveiligingsinstallaties. Zoals dat gaat met nieuwe technologieën is echter ook waakzaamheid geboden. Er zijn nog weinig voorschriften en die er zijn, zijn meer algemene richtlijnen dan gedetailleerde normen. Tevens moeten de markt en haar spelers nog volwassen worden. Het is dus van belang om de kwaliteit van het fabricaat en de installateur te toetsen. 134 Meer weten over watermist? De website van de International Water Mist Association ontsluit een grote hoeveelheid informatie: