Reklama
Reklama
 
 
 
Reklama
CFD to niezastąpione narzędzie do uniknięcia kłopotów
Ocena użytkowników: / 20
SłabyŚwietny 
Data dodania: 31.07.2013

Porównanie wytycznych normy BS 7346-4:2003 z modelowaniem CFD

 

Marek MAGDZIARZ
Projektant oddymiania, wentylacji strumieniowej i komputerowego modelowania CFD

 

Projektowanie systemów wentylacji pożarowej przysparza wiele kłopotów i trudności. Brak poważnej i dostępnej literatury naukowej, a nawet normy projektowe uznane za tzw. „wiedzę techniczną”, okazują się źródłem wielu kłopotów projektowych i nieporozumień, które jednak są możliwe do uniknięcia i wyjaśnienia za pomocą komputerowych technik modelowania CFD.

 

2013-06-80

Rys. 1. Przekrój przez zadymione atrium o powierzchni 644 m2

 

2013-06-81-1

Rys. 2. Przekrój przez zadymiony garaż o powierzchni 2100 m2

 

Opierając się przy projektowaniu wentylacji oddymiającej obiektów wyłącznie na założeniach i metodach obliczeniowych podanych „na tacy” w normach projektowych nie tylko powiela się rozwiązania, które nie zapewniają spełnienia wymaganych celów projektowych w nich przywołanych, ale stosuje się nieprawidłową i przestarzałą wiedzę techniczną sprzed 30 lat. Wiedza ta nie została prawidłowo zweryfikowana przez badania porównawcze w skali rzeczywistej, ani przez nowoczesne techniki modelowania komputerowego bazujące na niezaprzeczalnych zasadach fizyki i mechaniki płynów. Dlatego też, pokusiłem się o porównanie wyników otrzymanych z zastosowaniem analiz CFD wykonanych dla garażu, atrium i sklepu w pasażu handlowym oraz za pomocą metod obliczeniowych brytyjskiej normy do projektowania systemów usuwania dymu i ciepła BS 7346-4.

 

Atrium i garaż

Dla potrzeb projektowych wykonano wstępne obliczenia wymaganej wydajności oddymiania dla atrium i garażu w oparciu o normę BS 7346-4:2003. Wyniki porównawcze zostały zestawione w tabeli 1 i 2.

 

2013-06-81-2

 

2013-06-81-3

 

Wnioski z analiz CFD i porównanych obliczonych wyników są następujące:

  • Uzyskane wyniki analizy komputerowego ƒƒ modelowania CFD dają prawidłowy obraz warunków pożaru w obiektach i możliwości ewakuacji z nich ludzi;
  • Wzory obliczeniowe z BS 7346-4:2003 dają nieprawidłowe wyniki ilości dymu, wymaganej wydajności oddymiania, wysokości podstawy warstwy dymu, temperatury dymu w zbiorniku pod sufitem. Otrzymane wyniki obliczeń wg normy BS są obarczone zbyt dużym błędem uniemożliwiającym prawidłowe określenie możliwości ewakuacji ludzi, warunków panujących w obiektach zarówno w czasie trwania ewakuacji jak i w czasie pożaru rozwiniętego przed przybyciem jednostki gaśniczoratowniczej oraz w czasie ich działań. Możliwość ewakuacji ludzi uzależniona jest od prędkości rozwoju i mocy pożaru, szybkości wykrycia i aktywowania alarmu pożaru w strefie zagrożenia, indywidualnych cech rozwiązania oddymiania oraz architektury obiektu;
  • Warstwa wolna od dymu nad miejscem pożaru w pomieszczeniach niskich (takich jak garaże) nie występuje w chwili pożaru rozwiniętego, a nawet w fazie rozwoju pożaru na takiej wysokości jak zakłada norma BS, co potwierdzają wyniki CFD oraz z wszystkich innych 300 scenariuszy analiz CFD jakie wykonałem. Warstwa wolna od dymu jeśli wystąpi, uzależniona jest od mocy pożaru, emisji dymu, indywidualnych cech rozwiązania projektowego oddymiania i architektury obiektu;
  • Ilość dymu powstała w czasie pożaru i wpływająca do zbiornika dymu pod sufitem nie jest zależna od obwodu pożaru, ani wysokości od podłogi do podstawy warstwy dymu, jak błędnie zakłada BS 7346-4, lecz zależy od mocy pożaru, ilości i rodzaju spalonego paliwa, efektywnego ciepła spalania paliwa i współczynnika emisji dymu lub potencjału dymu. Prawidłową ilość powstałego dymu i warunki dynamicznie zmieniające się w czasie można obliczyć tylko za pomocą komputerowego modelowania CFD;
  • Norma BS 7346-4 pozwala jedynie obliczyć przybliżoną średnią wartość temperatury w zbiorniku dymu, która nie powinna jednak służyć do określenia klasy odporności ogniowej urządzeń oddymiania, gdyż wartości obserwowanych temperatur dymu w kratkach wyciągowych systemów oddymiania w pobliżu miejsca pożaru są znacznie wyższe. Ich określenie jest możliwe tylko za pomocą techniki komputerowego modelowania CFD z wykorzystaniem profesjonalnego oprogramowania. Wartości temperatur dymu jakie wystąpią są uzależnione od projektowej mocy, krzywej rozwoju pożaru oraz indywidualnych cech rozwiązania projektowego oddymiania i architektury obiektu;
  • Napływ powietrza kompensacyjnego do oddymiania już niewielką prędkością powoduje efekt rozdmuchiwania dymu w zbiorniku dymu pod sufitem i w miejscu pożaru, już we wczesnej fazie rozwoju pożaru, utrudniając ewakuację, obniżając podstawę warstwy wolnej od dymu oraz tworząc wiry dymu, powodując opadanie dymu wokół słupów i przegród budowlanych, a te ważne efekty błędnie nie zostały uwzględnione w metodologii obliczeń w BS 7346-4:2003;
  • Warstwa wolna od dymu nad miejscem pożaru w atrium wystąpiła na wysokości 2,00 m wg CFD tzn. znacznie niżej niż zakładały obliczenia normy BS tj. na 11,7 m, a więc wyniki metod obliczeniowych różnią się w sposób niedopuszczalny. Analiza CFD oddymiania atrium i obliczona rzeczywista podstawa warstwy dymu udowodniła konieczność zastosowania ruchomej kurtyny dymowej wydzielającej dużą usługę na parterze od atrium, dzięki której przestrzeń ta pozostała niezadymiona pozwalając na bezpieczną ewakuację. Wstępne obliczenia podstawy warstwy dymu wykonane wg wzorów z BS 7346-4 dają wynik nieprawidłowy i dlatego nie dopuszczalna była, w tym konkretnym rozwiązaniu projektowym, rezygnacja z kurtyny dymowej.

 

2013-06-82-1

Rys. 3. Widzialność na wysokości 2,00 m nad podłogą przed zakończeniem ewakuacji

 

Sklep w pasażu handlowym

Na rysunkach 3. i 4. przedstawiono wyniki analizy CFD dla widzialności i temperatury dymu w sklepie o powierzchni 420 m2 w obiekcie handlowym, dla którego założono pożar o mocy 2,6 MW i oddymianie naturalne tylko przez wyjście o wymiarach 2,5 x 3,5 m na pasaż, co okazuje się jednak rozwiązaniem nieprawidłowym, pomimo sufitu aż na wysokości 4,0 m.

 

2013-06-82-2

Rys. 4. Temperatura dymu na wysokości 2,00 m nad podłogą przed zakończeniem ewakuacji

 

Wnioski z analiz CFD

W przypadku rozwiązania projektowanego oddymiania sklepu z wypływem dymu do pasażu przez żaluzję transferową na całej szerokości nad witryną, uzyskano znacząco lepsze warunki temperatury i możliwości ewakuacji ludzi, w porównaniu z rozwiązaniem oddymiania tylko przez wyjście ze sklepu. CFD potwierdziło, że tylko w przypadku z żaluzją nad witryną było możliwe spełnienie kryterium temperatury max. 60°C i widzialności min. 10 m, na przejściu ewakuacyjnym w sklepie w czasie niezbędnym do ewakuacji – możliwość ewakuacji była więc zapewniona. W CFD nie została potwierdzona teza o istnieniu podstawy warstwy wolnej od dymu na wysokości 2,00 m w pomieszczeniu, gdyż wraz z upływem czasu gorący dym opadł do posadzki.

 

Podsumowanie

Projektując systemy oddymiania i rozwiązania ewakuacji należy głównie kierować się pytaniem: Czy zanim gorący dym opadnie do wysokości głowy, to jest ok. 2,00 m, zdążymy ewakuować ludzi z pomieszczenia w indywidualnie obliczanym czasie niezbędnym do ewakuacji, który dla różnych projektów różni się w zależności od strumieni i typu osób w obiekcie, długości przejścia i szerokości wyjść ewakuacyjnych? Dlatego tak ważne jest prawidłowe zaprojektowanie długości i szerokości wyjść ewakuacyjnych przy wsparciu analizami CFD, bez względu na wymagania opisane w tzw. „Warunkach Technicznych”. Należy je traktować tylko jako niezbędne minimalne wymagania do spełniania, które nie powinny być traktowane jako maksymalne wymagania jakie ma zapewnić projektant w zakresie ilości i szerokości wyjść.

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.