Fire behaviour of gypsum plasterboard wall assemblies: CFD simulation of a full-scale residential building

New trends in building energy efficiency include thermal storage in building elements that can be achieved via the incorporation of Phase Change Materials (PCM). Gypsum plasterboards enhanced with micro-encapsulated paraffin-based PCM have recently become commercially available. This work aims to shed light on the fire safety aspects of using such innovative building materials, by means of an extensive experimental and numerical simulation study. The main thermo-physical properties and the fire behaviour of PCM-enhanced plasterboards are investigated, using a variety of methods (i.e. thermo-gravimetric analysis, differential scanning calorimetry, cone calorimeter, scanning electron microscopy). It is demonstrated that in the high temperature environment developing during a fire, the PCM paraffins evaporate and escape through the failed encapsulation shells and the gypsum plasterboard's porous structure, emerging in the fire region, where they ignite increasing the effective fire load. The experimental data are used to develop a numerical model that accurately describes the fire behaviour of PCM-enhanced gypsum plasterboards. The model is implemented in a Computational Fluid Dynamics (CFD) code and is validated against cone calorimeter test results. CFD simulations are used to demonstrate that the use of paraffin-based PCM-enhanced construction materials may, in case the micro-encapsulation shells fail, adversely affect the fire safety characteristics of a building. © 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved

A Parametric Study of Tall Timber Buildings

DynaTTB er et forskningsprosjekt som fokuserer på den dynamiske responsen til høye trehus påvirket av laster i bruksgrensetilstanden. Et av målene til prosjektet er å identifisere effekten ulike stivhets-, masse- og dempningsparametere har på den dynamiske responsen av bygget. Det meste av arbeidet med oppgaven har vært dedikert til utvikling av en parametrisk elementmodell. Modellen er programmert i Python og brukes med elementprogrammet Abaqus. Modellen er definert av mange ulike parametere relatert til geometri, masse, stivhet og demping i både fundament, konstruksjonsdeler, knutepunkt osv. Alle disse parameterne er samlet i en Microsoft Excel fil for å gjøre oppsettet av modellen brukervennlig. Den parametriske modellen er deretter brukt for å modellere Mjøstårnet, som med en høyde på 85,4 verdens høyeste trehus. En sensitivitetsstudie er gjennomført der sensitiviteten til de tre fundamentale frekvensene for endringer i et utvalg stivhetsparametere er målt. Noen av parameterne som viser seg å ha størst påvirkning er den vertikale stivheten til fundamentene, den aksielle stivheten til knutepunkt i de diagonale avstiverne og stivheten i de ytre veggelementene. På den andre siden er stivheten til gulvdekkene og rotasjonsstivheten til fundamentene blant parameterne som viser seg å være relativt uviktige. Parameterne som sensitivitetsstudien viser at er viktigst blir deretter inkludert i en enkel modelloppdateringsprosedyre, der målet er å finne verdier av parameterne som gir like resultater som målingene av det eksisterende bygget. Tre ulike gjennomkjøringer er presentert og resultatene er diskutert. Til slutt er den oppdaterte modellen av Mjøstårnet brukt til å demonstrere mulighetene det parametriske scriptet har for å utføre vindlastanalyser i henhold til Eurokoden. En parameterstudie er utført der ulike demping og vindrelaterte parametere er modifisert. Videre er den resulterende akselerasjonen studert. Resultatene er sammenlignet med målinger og anbefalte grenseverdier

Design fire for a train compartment

The fire dynamics of a train compartment was investigated in detail. A full scale test was performed which showed that the compartment reached flashover three minutes after ignition. Small scale tests were performed on the wall and floor linings and on seat and table materials. The results from these tests were used as input to a CFD-model implemented in FDS5 (Fire Dynamics Simulator, v5). It was possible to obtain a good correlation between the FDS5 model and the full scale experiment. However, in order to obtain this correlation it was necessary to deviate significantly from the small scale experimental results regarding the thermal conductivity of the seat material. Further, the FDS5 model was highly sensitive to grid size. Despite these drawbacks it was concluded that FDS5 can be used to determine design fires for the tested compartment and for geometries and material selections which do not differ drastically from the tested configuration. A much simpler way to obtain a design fire is to use so called t2 pre-flashover fires. Using this approach it was found that the growth rate of the compartment fire was between fast and ultra fast, with characteristic time scales of 150 s and 75 s, respectively. Finally it was concluded that the main part of the heat release originated from the seats and that a reasonable good design fire can be found by studying the fire dynamics of individual seats only

Design fire for a train compartment

The fire dynamics of a train compartment was investigated in detail. A full scale test was performed which showed that the compartment reached flashover three minutes after ignition. Small scale tests were performed on the wall and floor linings and on seat and table materials. The results from these tests were used as input to a CFD-model implemented in FDS5 (Fire Dynamics Simulator, v5). It was possible to obtain a good correlation between the FDS5 model and the full scale experiment. However, in order to obtain this correlation it was necessary to deviate significantly from the small scale experimental results regarding the thermal conductivity of the seat material. Further, the FDS5 model was highly sensitive to grid size. Despite these drawbacks it was concluded that FDS5 can be used to determine design fires for the tested compartment and for geometries and material selections which do not differ drastically from the tested configuration. A much simpler way to obtain a design fire is to use so called t2 pre-flashover fires. Using this approach it was found that the growth rate of the compartment fire was between fast and ultra fast, with characteristic time scales of 150 s and 75 s, respectively. Finally it was concluded that the main part of the heat release originated from the seats and that a reasonable good design fire can be found by studying the fire dynamics of individual seats only

A Parametric Study of Tall Timber Buildings

DynaTTB er et forskningsprosjekt som fokuserer på den dynamiske responsen til høye trehus påvirket av laster i bruksgrensetilstanden. Et av målene til prosjektet er å identifisere effekten ulike stivhets-, masse- og dempningsparametere har på den dynamiske responsen av bygget. Det meste av arbeidet med oppgaven har vært dedikert til utvikling av en parametrisk elementmodell. Modellen er programmert i Python og brukes med elementprogrammet Abaqus. Modellen er definert av mange ulike parametere relatert til geometri, masse, stivhet og demping i både fundament, konstruksjonsdeler, knutepunkt osv. Alle disse parameterne er samlet i en Microsoft Excel fil for å gjøre oppsettet av modellen brukervennlig. Den parametriske modellen er deretter brukt for å modellere Mjøstårnet, som med en høyde på 85,4 m er verdens høyeste trehus. En sensitivitetsstudie er gjennomført der sensitiviteten til de tre fundamentale frekvensene for endringer i et utvalg stivhetsparametere er målt. Noen av parameterne som viser seg å ha størst påvirkning er den vertikale stivheten til fundamentene, den aksielle stivheten til knutepunkt i de diagonale avstiverne og stivheten i de ytre veggelementene. På den andre siden er stivheten til gulvdekkene og rotasjonsstivheten til fundamentene blant parameterne som viser seg å være relativt uviktige. Parameterne som sensitivitetsstudien viser at er viktigst blir deretter inkludert i en enkel modelloppdateringsprosedyre, der målet er å finne verdier av parameterne som gir like resultater som målingene av det eksisterende bygget. Tre ulike gjennomkjøringer er presentert og resultatene er diskutert. Til slutt er den oppdaterte modellen av Mjøstårnet brukt til å demonstrere mulighetene det parametriske scriptet har for å utføre vindlastanalyser i henhold til Eurokoden. En parameterstudie er utført der ulike demping og vindrelaterte parametere er modifisert. Videre er den resulterende akselerasjonen studert. Resultatene er sammenlignet med målinger og anbefalte grenseverdier

Outdoor recreation in everyday life : how to facilitate for increased participation in a multicultural community

Dagens samfunn blir stadig mer flerkulturelle, og dette gjør at forståelsen av naturens rolle i lokalsamfunnet må settes i en ny ramme. Med bakgrunn i et kunnskapshull om innvandreres forhold til og bruk av naturen, undersøker denne oppgaven hvordan man kan tilrettelegge grønnstrukturen for at flere skal ta del i friluftslivet i nærmiljøet. Det er avgjørende å forstå hvordan ulike kulturelle og etniske grupper bruker og forholder seg til grøntområder og rekreasjon. Søndre Nordstrand er brukt som empirisk casestudie for å belyse dette temaet. Det er en bydel i Oslo der 147 ulike nasjonaliteter er representert. Opplevd tilgjengelighet er et viktig begrep i oppgaven. Dette omhandler i hvor stor grad en person opplever at et område er tilgjengelig. Opplevd tilgjengelighet avhenger av brukeren, og kan påvirkes av sosial og kulturell bakgrunn, alder, kjønn preferanser og mobilitet. Denne oppgaven vil forsøke å avdekke faktorer som begrenser den opplevde graden av tilgjengelighet basert på kulturell bakgrunn. For å undersøke kunnskapshullet benytter oppgaven seg av en sosiokulturell tilnærming, gjennom intervju, spørreundersøkelse, workshop, litteratur- og dokumentstudie og fysiske registreringer. Funnene fra det metodiske tilnærmingene danner et grunnlag for utformingen av åtte prinsipper for hvordan grønnstrukturen i Søndre Nordstrand kan tilrettelegges for å fremme økt deltakelse i hverdagsfriluftslivet. De foreslåtte prinsippene er stedstilhørighet, kunnskapsformidling, mulighet for sosial interaksjon, trygghet, muligheter for å nyttiggjøre seg av naturen, god framkommelighet, målpunkt, og ulik grad av tilrettelegging i grøntområder. Ut fra disse er det laget 13 tiltak. Prinsippene skal forstås i sammenheng med hverandre, og er vårt bidrag til diskusjon rundt bydelens framtidige utvikling. Prinsippene og tiltakene blir til slutt vist i form av en fysisk- og sosiokulturell strategi på Hauketo.Societies are becoming increasingly multicultural. This means that the understanding of natures’ role in the local community needs to be reframed. Based on the lack of knowledge considering immigrants’ relation to- and use of nature, this thesis investigates how we can facilitate the green structure in a way that enables more people to participate in outdoor recreation. It Is crucial to understand how different cultural and ethnic groups use and relate to green spaces and recreation. Søndre Nordstrand is used as an empirical case study to investigate this theme. It is a district in Oslo which represents more than 147 different nationalities. Perceived accessibility is an important term in the thesis. This deals with the extent to which a person experiences that an area is available. Experienced accessibility depends on the user, and can be affected by social and cultural background, age, sex, preferences and mobility. This thesis will try to reveal factors that decrease the extent of perceived accessibility based on cultural background. To explore the research gap, we have used a socio-cultural approach. We have used interviews, a questionnaire, workshops, literature- and document studies and physical registrations of the landscape. The findings from the methods mentioned above leads to eight principles for how the green structure in Søndre Nordstrand can be facilitated to promote increased participation in outdoor recreation. The proposed principles are location, dissemination of knowledge, opportunity for social interaction, security, opportunities to make use of nature, good accessibility, goal, and different degree of facilitation of green spaces. Based on these principles, there are 13 measures. The principles are understood in relation to each other, and are our contribution to the discussion of the further development in the area. The principles and measures are finally shown in the form of a physical and socio-cultural strategy at Hauketo.submittedVersionM-L

Flame Spread Modelling of Complex Textile Materials

Flame spread in textile materials was modelled using two different simulation programs: the semi-empirical area-based code ConeTools, and the computational fluid dynamics, CFD, code Fire Dynamics Simulator, FDS, (version 5). Two textile products developed within the EU-project Flexifunbar were selected for study. The two products show a large difference in composition and application area, one material is developed to function as a protecting layer for the underlying structure in case of fire while the other is an insulating material with no requirements on fire performance. The products represent materials for which fire test results indicate a classification on either end of the rating scale for wall materials according to EN 13501. Two FDS-models were developed for the simulations. The first FDS model was a relatively simple model of the small scale Cone Calorimeter test (ISO 5660) which served the purpose of a first preliminary validation of the model for pyrolysis of the material. In the second FDS model, a model of the intermediate scale Single Burning Item, SBI, test method (EN 13823), the fire scenario was expanded to simulate flame spread over a surface. The work included determination of the necessary material properties. In ConeTools, the option to predict an SBI test was used. The results from the two simulation methods were compared to real SBI tests. Neither model was able to fully predict the heat release rate for these complex products. However, the results from both codes were accurate enough to correctly predict the fire rating class for wall linings according to EN13501