Convectie

Convectie is warmteoverdracht die samenhangt met beweging van een vloeistof of gas. Bij brandveiligheid gaat het meestal om hete gassen die opstijgen, langs oppervlakken stromen en warmte overdragen aan bijvoorbeeld een plafond, draagconstructie of melder. De beweging kan ontstaan door dichtheidsverschillen, zoals in een rookpluim, of worden aangedreven door wind, ventilatoren en drukverschillen. In een gebouwbrand kunnen natuurlijke en gedwongen convectie tegelijkertijd optreden en elkaar beïnvloeden.

Voor warmteoverdracht tussen een gas en een oppervlak wordt vaak de relatie q = h × (Tgas - Toppervlak) gebruikt. Hierbij is q de convectieve warmtestroomdichtheid in W/m² en h de warmteoverdrachtscoëfficiënt in W/(m²·K). Het temperatuurverschil kan in kelvin of graden Celsius worden ingevuld, zolang dezelfde schaal wordt gebruikt. De waarde van h hangt onder meer af van snelheid, stromingsvorm, geometrie en eigenschappen van het gas. Zij is geen vaste materiaaleigenschap van de wand.

De richting van de warmteoverdracht volgt uit het temperatuurverschil. Hete rook verwarmt een relatief koud oppervlak. Een sterk verhit oppervlak kan later juist warmte afstaan aan koelere langsstromende lucht. Bij een brandberekening verandert de oppervlaktetemperatuur voortdurend, waardoor ook de convectieve bijdrage verandert. Een berekening met een vaste temperatuur aan beide zijden kan daarom een ander vraagstuk beschrijven dan de tijdelijke opwarming tijdens een brand.

Convectie werkt samen met warmtestraling en warmtegeleiding. Een stalen ligger ontvangt bijvoorbeeld warmte door straling en door hete gassen, waarna die warmte zich door het staal verspreidt. Een thermische melder reageert mede op de lokale gastemperatuur en stromingssnelheid. Alleen een gemiddelde temperatuur van de rooklaag is dan onvoldoende om de opwarming van het sensorelement nauwkeurig te beschrijven. Ook positie en eventuele afscherming onder het plafond zijn van belang.

In eenvoudige modellen worden empirische correlaties gebruikt om de convectieve warmteoverdracht te benaderen. Bij het kiezen ervan moeten de herkomst en het toepassingsgebied worden gecontroleerd. Een relatie voor rustige lucht langs een vlakke plaat vertegenwoordigt niet vanzelf de stroming in een vlam of een krachtige plafondstroming. Een gedetailleerder model vraagt eveneens aannames over de stroming dicht bij oppervlakken. Vooral bij de berekening van activeringstijden kan een ongeschikte relatie de verwachte reactie van een thermisch element te gunstig voorstellen.