Kwantificeren van de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen rechthoekige openingen in een tussenliggende vloer Pieter Poppe
Promotoren: prof. dr. ir. Bart Merci, ir. Christian Gryspeert Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Postgraduaat Fire Safety Engineering
Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Jan Vierendeels Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2012-2013
Kwantificeren van de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen rechthoekige openingen in een tussenliggende vloer Pieter Poppe
Promotoren: prof. dr. ir. Bart Merci, ir. Christian Gryspeert Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Postgraduaat Fire Safety Engineering
Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Jan Vierendeels Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2012-2013
De aanvaarding van je eigen zwaktes, is je grootste sterkte
VOORWOORD Het willen combineren van de opleiding “Fire Safety Engineering”, een drukke (maar leuke) job bij het Instituut voor Brandveiligheid (ISIB) en een gezin met puberende peuters, was geen evidente keuze. Nu ik aan het einde van de opleiding gekomen ben, heb ik er wel geen seconde spijt van gehad, maar ik ben toch blij dat het voorbij is.
Een thesis maak je nooit alleen. Ik wil graag onderstaande personen bedanken die elk op hun manier bijgedragen hebben aan deze thesis. In de eerste plaats zou ik graag mijn oude en nieuwe directeur, prof. dr. ir. Paul Vandevelde en dr. ir. Bart Sette, willen bedanken voor de kans die ze mij gegeven hebben om deze opleiding te volgen. Vervolgens bedank ik graag mijn promotor, prof. dr. ir. Bart Merci, voor de interessante lessen en aangename gesprekken. In het bijzonder zou ik mijn co-promotor, ir. Christian “wandelende encyclopedie” Gryspeert, willen bedanken voor de enorm leerrijke vergaderingen. Tijdens onze gesprekken heb ik meermaals moeten vaststellen dat ik niks als vanzelfsprekend mag aannemen. Christian, je hebt gelijk : er zit inderdaad “merite” in “gewoon hard nadenken”, maar het is wel niet zo goed voor mijn nachtrust. Ook dank aan dr. ir. Tarek Beji voor de tip in verband met de bepaling van de rookvrije hoogte. Tevens zou ik ook al mijn medestudenten willen bedanken voor de leuke momenten die we samen hadden tijdens de lessen (en daarbuiten). Het is altijd interessant om bepaalde zaken vanuit een ander standpunt te bekijken. Enkele collega’s van op het werk mogen hier zeker niet ontbreken. Joris, bedankt voor de ó zo belangrijke IT-ondersteuning. Liesbeth en Laurence, zonder jullie had ik deze thesis nooit tot een goed einde kunnen brengen. Nen dikke merci hiervoor. Ik wil zeker ook mijn ouders, oma Sylva en opa André, evenals mijn schoonouders, mémé Titine en opa Paul, bedanken voor de talrijke keren dat ik de kids bij jullie heb mogen afzetten, zodat ik kon studeren of werken aan deze thesis. Maar de grootste “dank u wel” gaat uit naar mijn gezin. Lukas en Juul “Piet Piraat”, jullie hebben papa de laatste maanden veel moeten missen, maar ik beloof jullie dat ik vanaf nu weer tijd zal hebben om samen met jullie “zotjes” te doen. Evie, zonder je begrip en geduld zou het me nooit gelukt zijn om dit alles te kunnen bolwerken. Je hebt jezelf de laatste jaren weggecijferd zodat ik mij ten volle kon concentreren op mijn opleiding. Bedankt!
i
De toelating tot bruikleen “De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.” “The author gives the permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In the case of any other use, the limitations of the copyright have to be respected, in particular with regard to the obligation to state expressly the source when quoting results from this master dissertation.”
Pieter Poppe Juni 2013
ii
OVERZICHT Kwantificeren van de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen rechthoekige openingen in een tussenliggende vloer door ir. Pieter Poppe Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Postgraduaat Fire Safety Engineering Promotor : prof. dr. ir. Bart Merci Begeleider : ir. Christian Gryspeert Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter : prof. dr. ir. Jan Vierendeels Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2012 -2013
Samenvatting De inmenging van lucht in een rookpluim die doorheen een opening in een tussenvloer gaat, is anders dan in geval van bv. een axisymmetrische rookpluim of een spill plume. Experimenten of empirische formules om deze inmenging te kwantificeren zijn niet terug te vinden in de vakliteratuur. Een eerste aanzet werd gegeven in een recente thesis waar de “klassieke” formules voor de axisymmetrische rookpluim toegepast werden om het massadebiet van de rookpluim te bepalen. Goede resultaten werden vastgesteld voor vierkante openingen, maar niet voor rechthoekige openingen. In deze thesis wordt derhalve getracht om een empirische formule op te stellen die de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen rechthoekige openingen in een tussenvloer kwantificeert. Niet één, maar twee empirische formules worden voorgesteld op basis van twee “nieuwe” soorten rookpluimen, i.e. de “axisymmetrische lijnpluim” en de “perimeter plume”. Voor de verificatie van de empirische formules wordt beroep gedaan op FDS-simulaties. Tijdens de simulaties wordt gebruik gemaakt van natuurlijke of mechanische RWA. De resultaten van deze simulaties worden tenslotte vergeleken met de waarden bekomen door middel van beide empirische formules.
Trefwoorden Inmenging van lucht, rookpluim, rechthoekige opening, vloer, rook- en warmteafvoer, FDS
iii
EXTENDED ABSTRACT
Quantification of air entrainment in smoke plumes through rectangular openings in an intermediate floor ir. Pieter Poppe Supervisors : prof. dr. ir. Bart Merci, ir. Christian Gryspeert
L
= W
B/2
B/2
=
The quantification of air entrainment in smoke plumes has extensively been examined in case of an axisymmetric smoke plume or a spill plum. However no experiments have been carried out to investigate the behavior of a smoke plume passing through an opening in an intermediate floor. A very recent thesis has concluded that the air entrainment of such smoke plumes can be quantified using the formula from Heskestad for an axisymmetric plume. In the latter thesis, good results were obtained for square openings, but not for rectangular openings. The main objective of this thesis is to find an empirical formula to quantify the entrainment of air in smoke plumes through rectangular openings in an intermediate floor.
Hypothesis axisymmetric line plume A rectangular opening is characterized by a long side (L) and a short side (B). The first hypothesis considers the plume as a combination of an axisymmetric plume at the short sides of the rectangular opening (with area Aaxis) and a line plume (with area Aline) in between the axisymmetric plume. This is demonstrated by the following figure : B
Introduction
Not one, but two hypotheses for the air entrainment in smoke plumes through openings in an intermediate floor are formulated in this thesis. The plumes in question are called the “axisymmetric line plume” and the “perimeter plume”.
B
I.
Empirical formulas
+
B
B
Keywords : air entrainment, smoke plume, rectangular opening, floor, smoke and heat exhaust ventilation system, FDS
II.
B
Abstract : Two empirical formulas are proposed to quantify the air entrainment in smoke plumes through rectangular openings in an intermediate floor. The CFD-model FDS is used to quantify the entrainment. The two empirical formulas showed good agreement with the results of de FDS-simulations.
W
A axis
A line
Figure 1 : Ratio area axisymmetric plume and line plume at the opening in the floor (i.e. z=0)
The above-mentioned figure refers to the location at the opening. Every line plume will eventually transform into an axisymmetric plume at a certain height.
iv
This height (or transition height) is assumed here to be three times the length of the line plume at the opening (= L - B). This means that at a height lower than the transition height, the smoke plume can be regarded as follows :
The constants A and B are derived from the FDS simulations as mentioned in the figure below :
B
W
L
B
B
= +
L-W
Figure 3 : Determination of the constants A and B on the basis of the obtained results from the FDS simulations
W
A axis
A line
Figure 2 : Ratio area axisymmetric plume and line plume at a height lower than the transition height (i.e. 0 < z < 3 * (L-B)
The formula for the mass flow of the & pp ) can therefore be perimeter plume ( m
Therefore the length of the line plume and the convective power of the part of the line plume are a function of the height above the opening. The formula for the mass flow of the & al ) is described axisymmetric line plume ( m
rewritten as follows :
as follows : 1) Height lower than 3 * (L - B) 1/3 & al = 0 ,16 * W 2 / 3 * Q& conv m ,line * z 5/3 1/3 + 0 ,071 * Q& conv ,axis * (z − z 0 ) + 0 ,00192 * Q& conv ,axis
2) Height higher than 3 * (L - B) 5/3 1/3 & al = 0,071 * Q& conv m ,axis * (z − z 0 ) + 0,00192 * Q& conv ,axis
Hypothesis perimeter plume The second hypothesis considers the smoke plume as a line plume, where the “length” of the line plume is replaced by the perimeter of the opening. The formula for the mass flow & pp ) has the of the perimeter plume ( m
1/3 & pp = 0 ,037 * P * Q& conv m * z − 0 ,0005 * Q& conv
III.
FDS simulations
Several simulations using the CFD model FDS [2] were performed. Both mechanical and natural SHEVS were used during these simulations. During the simulations with mechanical SHEVS, it appeared that the extraction rate, the position of the extraction area in the roof and the grid size have a major influence on the air entrainment in smoke plumes and the smoke-free height. Therefore the results obtained from the FDS simulations with mechanical SHEVS were not used for the verification of both empirical formulas. During the simulations with natural SHEVS, numerous variations in the configuration have been examined, i.e. length/width ratio of the opening, fire load, orientation to the fire of the opening, distance to the fire of the edge of the opening, etc.
following form : 1/3 & pp = A * P * Q& conv m * z + B * Q& conv
v
IV.
Comparison
The difference in terms of percentage between the results of the FDS simulation and those obtained with the formula for the “axisymmetric line plume” and the “perimeter plume” for the smoke-free height are given in the figure below :
V.
Conclusions
Both empirical formulas show good agreement with the results obtained from the FDS simulations. The formula for the “perimeter plume” gave better results compared to the formula for the “axisymmetric line plume”.
Acknowledgements
Figure 4 : Difference in terms of percentage for the smokefree height (axisymmetric line plume – perimeter plume)
The author wants to thank prof. dr. ir. Paul Vandevelde and dr. ir. Bart Sette for the provided funds. A most sincere appreciation is addressed to prof. dr. ir. Bart Merci and ir. Christian Gryspeert for their assistance to this thesis. References
The difference in terms of percentage between the results of the FDS simulation and those obtained with the formula for the “axisymmetric line plume” and the “perimeter plume” for the mass flow are given in the figure below :
[1] C. Gryspeert, De invloed van rookverspreiding doorheen horizontale openingen op natuurlijke RWA in industriële gebouwen, 2012 [2] NIST, FDS (Fire Dynamics Simulator) version 5.5.3.
Figure 5 : Difference in terms of percentage for the mass flow (axisymmetric line plume – perimeter plume)
vi
INHOUD VOORWOORD ...................................................................................................................................... i OVERZICHT ......................................................................................................................................... iii EXTENDED ABSTRACT ........................................................................................................................ iv 1
2
Inleiding.......................................................................................................................................1 1.1
Natuurlijke en mechanische RWA.......................................................................................1
1.2
Openingen in een tussenvloer ............................................................................................3
1.3
Onderwerp van deze thesis ................................................................................................4
Kwantificeren van inmenging van lucht bij rechthoekige openingen.........................................5 2.1
2.1.1
De vuurhaard ..............................................................................................................5
2.1.2
Vlamlengte ..................................................................................................................6
2.1.3
Rookpluim (buoyant plume) .......................................................................................7
2.1.4
Ceiling jet.....................................................................................................................7
2.1.5
Dimensieloos vermogen .............................................................................................9
2.2
Soorten rookpluimen ........................................................................................................10
2.2.1
Axisymmetrische rookpluim .....................................................................................11
2.2.2
Tweedimensionale rookpluim (lijnpluim) .................................................................14
2.2.3
Vergelijking tussen axisymmetrische rookpluim en lijnpluim ..................................17
2.3
3
Karakteristieken van een vuurhaard ...................................................................................5
Rookpluim doorheen rechthoekige openingen ................................................................18
2.3.1
Inleiding.....................................................................................................................18
2.3.2
Hypothese axisymmetrische lijnpluim ......................................................................18
2.3.3
Hypothese “perimeter plume” .................................................................................23
Simulaties in FDS .......................................................................................................................25 3.1
Aannames bij de simulaties ..............................................................................................25
3.2
Verificatie van de bekomen resultaten uit FDS ................................................................26
3.2.1
Behoud van massa ....................................................................................................27
3.2.2
Dikte van de rooklaag ...............................................................................................29
3.2.3
Temperatuurprofiel...................................................................................................31
3.3
Rookvrije hoogte ...............................................................................................................33
3.3.1
Definitie van “de rookvrije hoogte” ..........................................................................33
3.3.2
Berekenen van de rookvrije hoogte..........................................................................33
3.3.3
Vergelijking tussen de verschillende berekeningsmethodes ....................................36
3.4
Simulaties met mechanische RWA ...................................................................................39
3.5
Simulaties met natuurlijke RWA .......................................................................................40
vii
4
Analyse van de resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties ...............................................41 4.1
4.1.1
Invloed van de grid size .............................................................................................42
4.1.2
Invloed van het opgelegde massadebiet ..................................................................45
4.1.3
Conclusies mechanische RWA ..................................................................................46
4.2
5
6
Natuurlijke RWA................................................................................................................47
4.2.1
Invloed van de grid size .............................................................................................47
4.2.2
Oriëntatie van de opening ten opzichte van de vuurhaard ......................................51
4.2.3
Invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening ....................................58
4.2.4
Positie inlaatopening en vuurhaard ..........................................................................60
4.2.5
Opening in tussenvloer tegen de wand ....................................................................62
4.2.6
Temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment .................................66
4.2.7
Conclusies simulaties natuurlijke RWA .....................................................................67
Vergelijking van de resultaten bekomen met de empirische formules ....................................69 5.1
Celgrootte 20 x 20 x 20 cm ...............................................................................................69
5.2
Celgrootte 15 x 15 x 15 cm ...............................................................................................71
5.3
Conclusie ...........................................................................................................................72
Toepasbaarheid in de praktijk – gebruik van een manuele berekening...................................73 6.1
Inleiding.............................................................................................................................73
6.2
Manuele berekening .........................................................................................................73
6.2.1
Stap 1 – onderste compartiment ..............................................................................74
6.2.2
Stap 2 – bovenste compartiment..............................................................................76
6.3
Uitgewerkt voorbeeld .......................................................................................................77
6.3.1
Inleiding.....................................................................................................................77
6.3.2
Geometrie van het gebouw ......................................................................................77
6.3.3
Manuele berekening .................................................................................................78
6.3.4
Vergelijking met resultaten uit FDS ..........................................................................79
6.4 7
Mechanische RWA ............................................................................................................41
Conclusie ...........................................................................................................................81
Besluit........................................................................................................................................82
BIJLAGE A .......................................................................................................................................... 83 BIJLAGE B .......................................................................................................................................... 88 BIJLAGE C........................................................................................................................................... 92 BIJLAGE D .......................................................................................................................................... 96 REFERENTIES ................................................................................................................................... 100
viii
LIJST MET AFBEELDINGEN Figuur 1 : Schematische weergave van het principe van natuurlijke RWA [1] ...................................1 Figuur 2 : Schematische weergave van de “reductie” van de opening [3]..........................................2 Figuur 3 : Schematische weergave van het principe van mechanische RWA [2] ................................3 Figuur 4 : Voorbeeld van een opening in een tussenvloer (trap) ........................................................3 Figuur 5 : Schematische weergave van de verschillende zones boven een vol ontwikkelde brand [5] ............................................................................................................................................................6 Figuur 6 : Schematische weergave van de oscillerende beweging van vlammen [5] .........................6 Figuur 7 : Principe van een ceiling jet [6] ............................................................................................7 Figuur 8 : Temperatuurs- en snelheidsverdeling van een ceiling jet [5].............................................. 8 Figuur 9 : Maximale snelheid van de ceiling jet in geval van een compartimentshoogte van 3,8 m (linker grafiek) en 5,8 m (rechter grafiek) ...........................................................................................8 Figuur 10 : Axisymmetrische rookpluim [7] ......................................................................................11 Figuur 11 : Axisymmetrische rookpluim doorheen een vierkante opening in een tussenvloer .........11 Figuur 12 : Vergelijking tussen een “top-hat” profiel (linker figuur) en een Gaussiaanse profiel (rechter figuur) [5].............................................................................................................................12 Figuur 13 : Principe van het concept “virtuele punbron” [5].............................................................12 Figuur 14 : Lijnpluim [7] ....................................................................................................................14 Figuur 15 : Lijnpluim doorheen een (oneindig) lange rechthoekige opening in een tussenvloer......14 Figuur 16 : Schematische weergave van een spill plume [10] ..........................................................16 Figuur 17 : Verhouding oppervlakte axisymmetrische en lijnpluim ter plaatse van de opening (i.e. z = 0) ....................................................................................................................................................19 Figuur 18 : Verhouding oppervlakte axisymmetrische en lijnpluim op een hoogte boven de opening, maar lager dan de overgangshoogte, i.e. 0 < z < 3 * (L – B) .............................................................19 Figuur 19 : Bepaling van de empirische constanten A en B in de formule van de “perimeter plume” door middel van een lineaire “best fitting curve” .............................................................................23 Figuur 20 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties.....................................26 Figuur 21 : Typisch verloop van het massadebiet doorheen de inlaatopeningen in geval van de toegepaste configuraties ..................................................................................................................27 Figuur 22 : Schematische weergave van het fenomeen “plug-holing” [16]......................................29 Figuur 23 : Maximaal massadebiet doorheen een ventilatieopening in functie van de temperatuur van de rooklaag (omgevingstemperatuur : 20 °C) ............................................................................30 Figuur 24 : “Onstabiele” rooklaag ter plaatse van een wand [19] ...................................................31 Figuur 25 : Invloed van wand op rookvrije hoogte (verticale doorsnede - weergave van de temperatuur).....................................................................................................................................32 Figuur 26 : Vooraanzicht gebouw (figuur links) – Bovenaanzicht locaties temperatuurprofielen in het bovenste compartiment (figuur rechts) ......................................................................................32 Figuur 27 : Schematische weergave van de rookvrije hoogte [20] ...................................................33 Figuur 28 : Werkelijk temperatuurprofiel p(y) versus functie φ(y,H) toegepast bij de kleinste kwadraten methode (methode van He) [8] ......................................................................................35 Figuur 29 : Voorbeelden van temperatuurprofielen voor dezelfde configuratie maar verschillende celgrootte van de FDS-simulatie .......................................................................................................36 Figuur 30 : Voorbeelden van temperatuurprofielen met dezelfde celgrootte van de FDS-simulatie, maar verschillende helling van de temperatuurgradiënt .................................................................37 Figuur 31 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties met mechanische RWA ..........................................................................................................................................................41
ix
Figuur 32 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie) ...........................................42 Figuur 33 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur :”fijne” simulatie) ............................................43 Figuur 34 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“gewone” simulatie) ..........................................................................................................43 Figuur 35 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“fijne” simulatie) ................................................................................................................44 Figuur 36 : Weergave van de temperatuur - horizontale doorsnede op een hoogte van 0,7 m onder het dak (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie) ..............................44 Figuur 37 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een afstand van 0,7 m onder het dak (linker figuur : sim6b – midden figuur : sim6c – rechter figuur : sim6d)....................46 Figuur 38 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties met natuurlijke RWA ..47 Figuur 39 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie) ...........................................48 Figuur 40 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie) ...........................................48 Figuur 41 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“gewone” simulatie) ..........................................................................................................49 Figuur 42 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“fijne” simulatie) ................................................................................................................49 Figuur 43 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,6 m boven de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie) ........................50 Figuur 44 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a).....................................................................................51 Figuur 45 Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a).....................................................................................51 Figuur 46 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a) ..................................................................52 Figuur 47 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a).....................................................................................52 Figuur 48 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a).....................................................................................53 Figuur 49 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a) ..................................................................53 Figuur 50 : Vectorweergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,7 m boven de opening (korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard) ..........................................54 Figuur 51 Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede boven de opening (korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard - linker figuur : op een hoogte van 1,7 m – rechter figuur : op een hoogte van 2,7 m) .................................................................................................................54 Figuur 52 : Vectorweergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,7 m boven de opening (lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard) .........................................55 Figuur 53 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede boven de opening (lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard - linker figuur : op een hoogte van 1,7 m – rechter figuur : op een hoogte van 2,7 m) .................................................................................................................55
x
Figuur 54 : Temperatuurprofiel simulatie fijn5a (linker grafiek – één opening in de tussenvloer) en fijn9a (rechter grafiek – twee openingen in de tussenvloer) – invloed van het aantal openingen in de tussenvloer ...................................................................................................................................58 Figuur 55 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a).....................................................................................62 Figuur 56 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a).....................................................................................63 Figuur 57 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a) ..................................................................63 Figuur 58 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a).....................................................................................63 Figuur 59 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a).....................................................................................64 Figuur 60 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 2,7 m boven de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a) ..................................................................64 Figuur 61 : Procentuele vergelijking tussen de empirische formules en de waarden uit FDS (celgrootte 20x20x20 cm) .................................................................................................................70 Figuur 62 : Procentuele vergelijking tussen de empirische formules en de waarden uit FDS (celgrootte 15x15x15 cm) .................................................................................................................71 Figuur 63 : Vooraanzicht gebouw uitgewerkt voorbeeld ..................................................................77
LIJST MET TABELLEN Tabel 1 : Vergelijking tussen een axisymmetrische pluim en een lijnpluim ......................................17 Tabel 2 : Berekenen van de rookvrije hoogte – Vergelijking tussen de methode in FDS en de methode van He (invloed van de grid size van de simulatie) ............................................................37 Tabel 3 : Berekenen van de rookvrije hoogte – Vergelijking tussen de methode in FDS en de methode van He (invloed van de temperatuurgradiënt) ..................................................................38 Tabel 4 : Vergelijking tussen de resultaten van een FDS-simulatie met grid size 20x20x20 cm en 10x10x10 cm (mechanische RWA) .................................................................................................... 45 Tabel 5 : Samenvatting van de simulaties met verschillend opgelegd massadebiet (mechanische RWA) .................................................................................................................................................45 Tabel 6 : Vergelijking tussen de resultaten van een FDS-simulatie met 20x20x20 cm en 10x10x10 cm (natuurlijke RWA) ........................................................................................................................50 Tabel 7 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 20x20x20 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening.........................................................................................................................................56 Tabel 8 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 20x20x20 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening.........................................................................................................................................56 Tabel 9 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening.........................................................................................................................................57 Tabel 10 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening.........................................................................................................................................57 Tabel 11 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening .....................................................................................59 Tabel 12 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening .....................................................................................59
xi
Tabel 13 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard .................................................................................................... 60 Tabel 14 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard .........................................................................................................61 Tabel 15 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – opening in de tussenvloer tegen de wand ..................................................................................................................................62 Tabel 16 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard .........................................................................................................64 Tabel 17 : Procentuele afwijking van de empirische formule ten opzichte van de resultaten van de FDS-simulaties – opening in de tussenvloer tegen de wand .............................................................65 Tabel 18 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment ........................................................................................66 Tabel 19 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment ........................................................................................66 Tabel 20 : Resultaten bekomen met de empirische formules – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment .......................................................................................................67 Tabel 21 : Samenvatting van de vastgelegde parameters bij het uitgewerkt voorbeeld .................78 Tabel 22 : Bepaling van het vermogen doorheen elke opening bij het uitgewerkt voorbeeld .........78 Tabel 23 : Vergelijking van de resultaten van de manuele berekening ten opzichte van de resultaten bekomen via FDS (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75) .....................................................................79 Tabel 24 : Vergelijking van de bekomen waarde voor m1 in geval van verschillende berekeningsmethodes (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75) ...............................................................................80 Tabel 25 : Invloed van m1 op het mtotaal bij het uitgewerkte voorbeeld (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75) ....80 Tabel 26 : Invloed van de debietscoëfficiënten op het bepalen van m1 (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,80) ....80 Tabel 27 : Invloed van de debietscoëfficiënten op mtotaal (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,80) ..........................81
xii
LIJST VAN GEBRUIKTE SYMBOLEN Algemeen A Ai Af Av cp Cd Ci Cv Cm D Dh db Fr g H
Oppervlakte [m²] Oppervlakte inlaatopening [m²] Oppervlakte vuurhaard [m²] Oppervlakte ventilatieopening [m²] Warmtecapaciteit [kJ / (kg*K)] Debietscoëfficiënt [-] Debietscoëfficiënt inlaatopening [-] Debietscoëfficiënt ventilatieopening [-] Dimensieloze “entrainment coefficient” [-] Karakteristieke diameter vuurhaard [m] Hydraulische diameter [m] Dikte van de rooklaag (S21-208-1) [m] Froude getal [-] Gravitatieconstante [9,81 m/s²] Compartimentshoogte [m]
&' m &p m
Massadebiet rookpluim per eenheidslengte [kg/(s*m)] Massadebiet rookpluim [kg/s]
& al m & pp m
Massadebiet axisymmetrische lijnpluim [kg/s] Massadebiet “perimeter plume” [kg/s]
lf P Pf
Vlamlengte [m] Omtrek [m] Omtrek warmtebron [m]
Q& Q& '
Vermogen van de vuurhaard [kW]
"
Vermogen van de vuurhaard per eenheidslengte [kW/m]
Q& Q& conv
Vermogen van de vuurhaard per oppervlakte eenheid [kW/m²]
Q& *
Dimensieloos warmtevermogen [-] Temperatuur [K] Temperatuur rooklaag [K] Temperatuur omgevingslucht [K] Rookvrije hoogte (S21-208-1) [m] Hoogte boven de vuurhaard [m] Virtueel punt [m]
T Tu T0 Y z z0
Convectieve vermogen vuurhaard [kW]
Griekse letters α Air entrainment coefficient [-] ρ Densiteit [kg/m³] ρ0 Densiteit omgevingslucht [kg/m³] χ Verbrandingscoëfficiënt [-] Stralingsverliezen [-] χr
xiii
FDS Tu,1 Tu,2 Ci,1 Ci,2 Cv,1 Cv,2 Ai,1 Av,1 Ai,2 Av,2
& i ,1 m &1 m & i ,2 m &2 m & totaal m
Temperatuur rooklaag onderste compartiment [K] Temperatuur rooklaag bovenste compartiment [K] Debietscoëfficiënt inlaatopening onderste compartiment [-] Debietscoëfficiënt inlaatopening bovenste compartiment [-] Debietscoëfficiënt ventilatieopening onderste compartiment [-] Debietscoëfficiënt ventilatieopening bovenste compartiment [-] Oppervlakte inlaatopening onderste compartiment [m²] Oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment [m²] Oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment [m²] Oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment [m²] Massadebiet doorheen de inlaatopeningen van het onderste compartiment [kg/s] Massadebiet doorheen de openingen in de tussenvloer [kg/s] Massadebiet doorheen de inlaatopeningen van het bovenste compartiment [kg/s] Bijkomend massadebiet in het bovenste compartiment [kg/s] Massadebiet doorheen de openingen in het dak [kg/s]
xiv
1
Inleiding
I can see clearly now… Het kunnen de woorden zijn van zanger Johnny Nash, maar evengoed van een brandweerman tijdens een interventie of een persoon tijdens een brandevacuatie. Het belang van een voldoende rookvrije hoogte is onontbeerlijk in dergelijke situatie. Deze rookvrije hoogte kan gegarandeerd worden door toepassing van een RWA-systeem (RWA = Rook- en WarmteAfvoer). Bij brand in een gesloten compartiment kunnen de hete rookgassen van de vuurhaard de gehele ruimte in slechts enkele minuten volledig vullen. Het RWA-systeem zorgt voor de afvoer van de hete rookgassen waardoor een rookvrije vluchtweg kan gegarandeerd worden en de rook- en brandschade beperkt wordt. Het systeem houdt eveneens de temperatuur in het compartiment relatief laag waardoor de kans verkleint dat de constructie het begeeft en dat er flash-over plaatsvindt. Een RWA-systeem bestaat uit een natuurlijk (of een mechanisch) luchtafvoersysteem en een luchttoevoersysteem. Teneinde te weten hoe groot de openingen dienen te zijn in het dak (natuurlijke RWA) of welk extractiedebiet dient opgelegd te worden (mechanische RWA), is het noodzakelijk om te weten hoeveel het massadebiet van de rookpluim bedraagt op de gewenste rookvrije hoogte.
1.1 Natuurlijke en mechanische RWA Bij natuurlijke RWA worden er openingen in het dak voorzien waardoor de rook afgevoerd wordt. De rook gaat door de openingen in het dak omwille van het drukverschil tussen de warme rooklaag en de koude omgevingslucht. Dit drukverschil zorgt er dus voor dat er onderaan lucht wordt aangezogen en bovenaan lucht (rook) wordt afgevoerd. De rookafvoer gebeurt dus op een “natuurlijke” manier. Een schematische weergave van het principe van natuurlijke RWA wordt weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 1 : Schematische weergave van het principe van natuurlijke RWA [1]
1
De vergelijking weergegeven in bovenvermelde figuur is eveneens opgenomen in de Belgische norm NBN S21-208-1 [2] onder de volgende vorm (noot : de gebruikte afkortingen in onderstaande vergelijking worden toegelicht in § 6.2):
& 1 = ρ 0 * C v ,1 * Av ,1 m
2 * g * (H1 − Y1 ) * (Tu ,1 − T0 ) * T0 C A Tu2,1 + T0 * Tu ,1 v ,1 v ,1 C i ,1 Ai ,1
2
1-1
Beide vergelijkingen zijn dezelfde, doch bij deze opgenomen in de Belgische norm NBN S21-208-1 [2] wordt gerekend met de densiteit van de omgevingslucht in plaats van met de densiteit van de rooklaag. Bij natuurlijke RWA zijn de oppervlakte van de opening en bijhorende debietscoëfficiënt (Cd) enorm belangrijk voor de efficiëntie van het RWA-systeem. De rook, die beschouwd wordt als een warme luchtlaag, zal immers nooit door de volledige oppervlakte van de opening stromen. De oppervlakte van de opening wordt aldus gereduceerd tot een “effectieve” opening waardoor de rooklaag gaat. Deze reductie wordt beschreven aan de hand van de debietscoëfficiënt Cd (Cv in geval van een ventilatieopening en Ci in geval van een inlaatopening – zie vergelijking 1-1). Deze coëfficiënt is dus de verhouding van de effectieve oppervlakte ten opzichte van de werkelijke oppervlakte van de opening waardoor de rook zal gaan. Dit wordt verduidelijkt aan de hand van onderstaande figuur (noot : onderstaande figuur heeft betrekking op een stroming door een wand, maar kan evengoed toegepast worden voor een stroming door een vloer):
Figuur 2 : Schematische weergave van de “reductie” van de opening [3]
Een typische waarde voor Cd is 0,6 in geval van een stromingspatroon zoals weergegeven in de bovenste afbeelding van bovenstaande figuur. Wanneer de hoeken van de opening meer afgerond zijn, zal de effectieve oppervlakte verhogen, waardoor de waarde van Cd eveneens vergroot (zie onderste afbeelding in bovenstaande figuur). Indien het niet mogelijk is om gebruik te maken van natuurlijke RWA (bv. door beperkingen eigen aan het gebouw), kan beroep gedaan worden op mechanische RWA.
2
Een schematische weergave van het principe van mechanische RWA wordt weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 3 : Schematische weergave van het principe van mechanische RWA [2]
Bij mechanische RWA zal de rook dus afgevoerd worden door een mechanisch luchtafvoersysteem. In tegenstelling tot natuurlijke RWA, waar de afmetingen van de openingen (en bijhorende debietscoëfficiënt) een belangrijke rol spelen bij de efficiëntie van de rookafvoer, is hier het extractiedebiet de belangrijkste parameter. De invloed van het opgelegde af te voeren rookmassadebiet op de rookvrije hoogte zal verder in deze thesis besproken worden.
1.2 Openingen in een tussenvloer Er bestaan verschillende empirische formules om het massadebiet van de rookpluim te bepalen in functie van de gewenste rookvrije hoogte. Veel toegepaste formules zijn deze voor de axisymmetrische rookpluim en de spill plume. In de praktijk kan het echter voorkomen dat er een tussenvloer aanwezig is in het compartiment. Omwille van verschillende redenen kunnen deze tussenvloeren voorzien zijn van openingen, zoals bv. voor het transport van goederen, voor leidingen of buizen, voor een trap, etc.
Figuur 4 : Voorbeeld van een opening in een tussenvloer (trap)
3
In geval van brand onder deze tussenvloer is het dus mogelijk dat de rook door deze openingen gaat, en in het compartiment erboven opnieuw bijgemengd wordt met lucht waardoor het massadebiet van de rook zal toenemen. Bij het ontwerp van een RWA-systeem is een goede kennis van de hoeveelheid af te voeren rookmassa immers noodzakelijk. Er zijn echter geen empirische formules terug te vinden in de literatuur die het massadebiet van de rookpluim in dergelijke situaties kunnen bepalen. Een recente thesis [4] heeft aangetoond dat het massadebiet van dergelijke rookpluim berekend kan worden met de “klassieke” formules voor een axisymmetrische rookpluim. De formule van Heskestad gaf het beste resultaat in geval van vierkante openingen in de tussenvloer, maar geen aanvaardbaar resultaat werd gevonden in geval van rechthoekige openingen.
1.3 Onderwerp van deze thesis In deze thesis worden twee empirische formules voorgesteld die het massadebiet van een rookpluim doorheen een rechthoekige opening in een tussenvloer bepalen. De ene formule is gebaseerd op de “axisymmetrische lijnpluim”, de andere op de “perimeter plume”. Hier zullen simulaties toegepast worden waarbij gebruik gemaakt wordt van zowel mechanische als natuurlijke RWA. In hoofdstuk 2 worden de karakteristieken van een vuurhaard behandeld. Tevens worden de empirische formules voor de axisymmetrische lijnpluim en de “perimeter plume” opgesteld. In hoofdstuk 3 worden de configuraties van de FDS-simulaties besproken. In hoofdstuk 4 worden de resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties geëvalueerd. In hoofdstuk 5 worden de resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties vergeleken met de empirische formules. In hoofdstuk 6 wordt het gebruik van een manuele berekening toegelicht. In hoofdstuk 7 tenslotte wordt het besluit van deze thesis gegeven.
4
2
Kwantificeren van inmenging van lucht bij rechthoekige openingen
2.1 Karakteristieken van een vuurhaard Waar rook is … is vuur. Alvorens het gedrag van een rookpluim te bespreken, is het noodzakelijk om eerst kort de karakteristieken van een vuurhaard te behandelen.
2.1.1 De vuurhaard De groei en intensiteit van een vuurhaard wordt bepaald door de brandstof en de omstandigheden waarin de brand zich kan ontwikkelen. In het begin van de brand zal het type brandstof de voornaamste parameter zijn voor de verdere uitbreiding van de brand, terwijl in een latere fase de aanwezige zuurstof in het compartiment of de hoeveelheid brandstof er voor zal zorgen dat de brand zich kan blijven manifesteren dan wel zal uitdoven. Wanneer aan de voorwaarden voor brand is voldaan, i.e. zowel de aanwezigheid van een brandstof, een ontstekingsbron en zuurstof, zal de brand zich ontwikkelen. De energie die vrijkomt tijdens de verbranding is afhankelijk van het type brandstof en wordt als volgt bepaald :
& " * χ * ∆H c Q& = A f * m Met
Q&
2-1
Af
: :
vermogen van de vuurhaard [kW=kJ/s] oppervlakte van de vuurhaard [m²]
&" m
:
∆Hc
:
χ
:
verbrandingssnelheid [kg/m²s] Bepaalt de “snelheid” van het verlies in massa van de brandstof tijdens de verbranding. verbrandingsenergie [kJ/kg] Theoretische energie die vrijkomt tijdens verbranding bij ideale (stochiometrische) omstandigheden verbrandingscoëfficiënt [-] Bepaalt hoeveel er van de theoretische energie ∆Hc effectief vrijkomt. Deze coëfficiënt zal dus altijd kleiner zijn dan 1
5
2.1.2 Vlamlengte Bij een vol ontwikkelde brand worden er drie zones boven de vuurhaard beschouwd (zie onderstaande figuur) :
Figuur 5 : Schematische weergave van de verschillende zones boven een vol ontwikkelde brand [5]
De drie zones kunnen als volgt samengevat worden : 1) Permanente vlam (Continous flame) In deze zone zijn er altijd vlammen waarneembaar. 2) Kortstondige vlam (Intermittent flame) In deze zone zijn er sporadisch vlammen waarneembaar. 3) Rookpluim (Buoyant plume) In deze zone zijn geen vlammen waarneembaar. Concreet wil dit zeggen dat de minimale vlamlengte of vlamhoogte (lf,min) zich steeds in zone 1 bevindt en dat de maximale vlamlengte (lf,max) de grens bepaalt tussen zone 2 en zone 3 (zie ook onderstaande figuur). De gemiddelde vlamlengte (lf) wordt bepaald als zijnde de hoogte waar de vlammen gedurende 50 % van de tijd waarneembaar zijn. Het is deze laatste waarde, i.e. de hoogte tot waar de vlammen uitkomen boven de vuurhaard, die zal toegepast worden bij berekeningen. Dergelijke gemiddelde waarde is noodzakelijk aangezien de vlammen een oscillerende beweging vertonen gedurende de ontwikkelde brand.
Figuur 6 : Schematische weergave van de oscillerende beweging van vlammen [5]
De berekening van de vlamlengte wordt verderop behandeld.
6
2.1.3 Rookpluim (buoyant plume) Een rookpluim ontwikkelt zich in de zone waar er geen vlammen meer aanwezig zijn, dus ver boven de “verbrandingszone” van de vuurhaard. Het temperatuursverschil tussen de warme lucht (net boven de vlammen) en de koude omringende luchtlaag zorgt er voor dat een opwaartse stroming gerealiseerd wordt. Het densiteitsverschil tussen de “zwaardere” luchtlaag (koude luchtlaag, hoge densiteit) en de “lichtere” luchtlaag (warme luchtlaag, lage densiteit) zal resulteren in een opwaarste stroming van deze laatste. Dit fenomeen is beter gekend als “buoyancy” en is de drijvende kracht van de opwaarste stuwing (verticale snelheid) van de warme luchtlaag. In deze thesis zal de “warme luchtlaag” benoemd worden als “warme rooklaag”, aangezien rook zich gedraagt als warme lucht en dezelfde eigenschappen vertoont. Deze naamsverandering wordt enkel toegepast om een duidelijk onderscheid te maken tussen de (koude) luchtlaag en de (warme) rooklaag. Deze scheiding is tevens het principe van een twee-zone model en zal verder uitgebreider behandeld worden. Een door buoyancy gedreven rookpluim zal uiteindelijk “stoppen” met stijgen omwille van de inmenging van lucht in de rookpluim. De inmenging van (koude) lucht zorgt er immers voor dat de temperatuur van de rooklaag vermindert waardoor het temperatuursverschil tussen de rookpluim en de omgevingslucht kleiner wordt. Een kleiner temperatuursverschil resulteert in een kleiner densiteitsverschil, waarbij dit laatste net de drijvende kracht is van de opwaartse stuwing.
2.1.4 Ceiling jet In de aanwezigheid van een horizontaal obstakel (bv. plafond of tussenvloer) zal de rookpluim zich niet onbeperkt in de hoogte kunnen uitbreiden. De pluim zal derhalve botsen tegen het obstakel en zich radiaal met een bepaalde snelheid uitspreiden. Het principe van dit fenomeen, ook wel “ceiling jet” genoemd, wordt weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 7 : Principe van een ceiling jet [6]
De mate waarin deze stroming zich onder het plafond manifesteert, is afhankelijk van de hoogte van het obstakel en de afstand tot de as van de vuurhaard.
7
De temperatuurs- en snelheidsverdeling van de ceiling jet wordt weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 8 : Temperatuurs- en snelheidsverdeling van een ceiling jet [5]
Tijdens de bespreking van de FDS-simulaties (zie Hoofdstuk 4) zal blijken dat vooral de snelheid van de ceiling jet een belangrijke rol speelt in de inmenging van lucht in een rookpluim doorheen een tussenvloer. De vergelijkingen voor het bepalen van de maximale snelheid worden derhalve hieronder weergegeven [5, p. 74] :
Q& r Als < 0 ,15 => umax = 0 ,96 * H H
1/3
2-2
0,195 * Q& 1 / 3 * H 1 / 2 r Als > 0,15 => umax = H r 5/6 Met :
2-3
r : afstand tot de as van de vuurhaard [m] H : hoogte van het compartiment [m] umax : maximale snelheid van de ceiling jet [m/s]
Q&
: vermogen van de vuurhaard [kW]
Maximale snelheid ceiling jet (H=3,8 m)
Maximale snelheid ceiling jet (H=5,8 m)
14
14
2 MW 4 MW 6 MW 8 MW
12 10 8
Maximale snelheid (m/s)
Maximale snelheid (m/s)
Tijdens de simulaties werden twee verschillende hoogtes voor het onderste compartiment toegepast, nl. 3,8 m en 5,8 m. Door uitwerking van de hierboven beschreven vergelijkingen worden volgende grafieken bekomen :
6 4 2 0 0
1
2
3
4
Afstand tot de as van de vuurhaard (m)
5
2 MW 4 MW 6 MW 8 MW
12 10 8 6 4 2 0 0
1
2
3
4
5
Afstand tot de as van de vuurhaard (m)
Figuur 9 : Maximale snelheid van de ceiling jet in geval van een compartimentshoogte van 3,8 m (linker grafiek) en 5,8 m (rechter grafiek)
8
2.1.5 Dimensieloos vermogen Omwille van het turbulent karakter van vlammen, is het niet mogelijk om vergelijkingen op te stellen die de vlamlengte bepalen. Daarom werd onderzocht welke factoren deze vlamlengte beïnvloeden. Een belangrijke parameter die hierbij gebruikt wordt, is het getal van Froude. Dit getal is een dimensieloos getal en geeft de verhouding weer tussen de inertiekrachten en de zwaartekracht. Het Froude-getal wordt bepaald door onderstaande vergelijking :
Fr = Met
Fr u g D
u2 g*D
2-4
: Froude-getal [-] : snelheid van de stroming [m/s] : gravitatieconstante [9,81 m/s²] : diameter van de stroming [m]
Tijdens talrijke (brand)experimenten is gebleken dat de vlamlengte afhankelijk is van het vermogen en de oppervlakte van de vuurhaard. Bij berekeningen waarbij de vlamlengte dient bepaald te worden, maakt men daarom gebruik van het concept van het “dimensieloos” vermogen. Dit dimensieloos vermogen wordt weergegeven in onderstaande vergelijking en is de vierkantswortel van het hierboven vermelde Froude-getal, en is uitgedrukt in Q& en D :
Q& * = Met
Q& ρ 0 * c p * T0 * g * D * D 2
2-5
Q& * : dimensieloos vermogen [-] Q& : vermogen van de vuurhaard [kW] ρ0 cp T0 g D
: densiteit van de omgevingslucht [kg/m³] : warmtecapaciteit [kJ / (kg*K)] : omgevingstemperatuur [K] : gravitatieconstante [9,81 m/s²] : karakteristieke diameter van de vuurhaard [m]
Bovenvermelde definitie van het dimensieloos vermogen is van toepassing op axisymmetrische vuurhaarden. In geval van rechthoekige vuurhaarden (met lengte L en breedte B), wordt een *
aangepaste definitie van het dimensieloos vermogen ( Q& mod ) toegepast : * Q& mod =
Q& ρ 0 * c p * T0 * g * B 3 / 2 * L
2-6
Merk op dat als L=B, de definitie van het dimensieloos vermogen voor een axisymmetrische vuurhaard bekomen wordt.
9
De vlamlengte voor axisymmetrische vuurhaarden wordt tenslotte als volgt gedefinieerd :
lf D Met lf D
2/5 = 3,7 * Q& * − 1,02
2-7
: vlamlengte [m] : karakteristieke diameter van de vuurhaard [m]
Q& * : dimensieloos vermogen [-] Door vergelijking 2-5 en 2-7 te combineren, wordt onderstaande vergelijking bekomen voor de bepaling van de vlamlengte (met ρ0 = 1,2 kg/m³; cp = 1 kJ / (kg*K) en T0 = 288 K) :
l f = 0,235 * Q& 2 / 5 − 1,02 * D Met lf
2-8
: vlamlengte [m]
Q& : vermogen van de vuurhaard [kW] D
: karakteristieke diameter van de vuurhaard [m]
2.2 Soorten rookpluimen Aangezien de inmenging van lucht in een rookpluim doorheen een tussenvloer niet eerder onderzocht werd door middel van experimenten, kan enkel beroep gedaan worden op reeds uitgevoerd onderzoek op “soortgelijke” rookpluimen. Een beknopt overzicht van de meest gekende rookpluimen wordt in deze paragraaf gegeven.
Ter info : Bij het opstellen van de empirische formules voor de bepaling van het massadebiet dienen uiteraard aannames gedaan te worden. Één van die aannames betreft de densiteit van de rookpluim ter plaatse van de inmenging met lucht (dus aan de randen van de rookpluim). Hierbij wordt gesteld dat als de densiteit van de rookpluim niet veel verschilt van de densiteit van de omgevingslucht, deze aan elkaar gelijkgesteld worden. Dergelijke rookpluimen worden “zwakke” pluimen genoemd. Deze aanname is ook gekend als de Boussinesq-benadering. Aangezien het densiteitsverschil tussen de rookpluim en de omgevingslucht veel groter is dicht bij de vuurhaard, kan deze aanname in deze zone niet toegepast worden, maar eerder op een grote afstand van de vuurhaard. Rookpluimen waarbij wel rekening gehouden wordt met het densiteitsverschil tussen de pluim en de omgevingslucht worden “sterke” pluimen genoemd.
10
2.2.1 Axisymmetrische rookpluim De meest gekende en bestudeerde rookpluim is de axisymmetrische rookpluim. Deze ontstaat boven een vuurhaard met een vierkante of cirkelvormige oppervlak. Het belangrijkste aan deze rookpluim met cirkelvormige vorm is de symmetrie van de rookpluim ten opzichte van zijn verticale as (zie onderstaande figuur) :
Figuur 10 : Axisymmetrische rookpluim [7]
Een bijkomend voorbeeld van een axisymmetrische rookpluim is deze van een rookpluim doorheen een vierkante of ronde opening in een tussenvloer (zie onderstaande figuur). De vorm van de opening in tussenvloer (vierkant of rond) bepaalt immers de vorm van de rookpluim die zich boven de tussenvloer verder propageert. Ook hier wordt er lucht langs alle zijden van de rookpluim bijgemengd.
Figuur 11 : Axisymmetrische rookpluim doorheen een vierkante opening in een tussenvloer
11
Het temperatuurs- en snelheidsprofiel van een (axisymmetrische) rookpluim kan benaderd worden op twee manieren : ofwel wordt een constante snelheid (en temperatuur) verondersteld op een bepaalde hoogte (“top-hat”-profiel – linker figuur in onderstaande afbeeldingen), ofwel heeft het snelheids- en temperatuurprofiel een Gaussiaans profiel met een maximale snelheid/temperatuur in de as van de rookpluim (rechter figuur in onderstaande afbeeldingen).
Figuur 12 : Vergelijking tussen een “top-hat” profiel (linker figuur) en een Gaussiaanse profiel (rechter figuur) [5]
Het is niet de bedoeling om deze twee theorieën in detail met elkaar te gaan vergelijken, maar het is wel belangrijk dat de gebruiker van eventuele empirische formules weet of het gaat over een maximale snelheid in de as van de rookpluim dan wel een constante snelheid over de volledige horizontale sectie van de rookpluim. De “air entrainment coefficient” α (zie linker afbeelding in bovenstaande figuur) is de verhouding van de verticale snelheid van de rookpluim ten opzichte van de horizontale snelheid van de omgevingslucht en bepaalt aldus de mate van inmenging van lucht in de rookpluim. Voor het berekenen van het massadebiet van een axisymmetrische rookpluim in functie van de hoogte zijn er verschillende empirische formules voorhanden. In deze thesis worden enkel deze van Heskestad en Thomas besproken. De eerste omdat Heskestad gebruik maakt van een virtuele puntbron om het massadebiet te berekenen (zie verder), de tweede omdat hij voorgeschreven is in de Belgische norm NBN S21-208-1 [2]. Voor de andere formules wordt verwezen naar de vakliteratuur. a)
Formule van Heskestad Zoals hierboven aangehaald, maakt Heskestad gebruik van het principe van een virtuele puntbron (zie onderstaande figuur), een Gaussiaanse verdeling van snelheid en temperatuur en “sterke” rookpluimen (zie hierboven).
Figuur 13 : Principe van het concept “virtuele punbron” [5]
12
Het principe van een “virtueel punt z0” houdt dus rekening met de “vermogensdichtheid” van de vuurhaard. Bij de bepaling van het massadebiet wordt er dus niet enkel rekening gehouden met het vermogen van de vuurhaard, maar eveneens met de verhouding tussen het vermogen en de oppervlakte van de vuurhaard. De positie van het virtueel punt kan negatief zijn en zich aldus onder de vuurhaard bevinden, wat impliceert dat de oppervlakte " van de vuurhaard groot is ten opzichte van het geproduceerde vermogen, i.e. Q& (in
kW/m²) is laag. Bij een hoge waarde van Q& " kan de positie van het virtueel punt zich boven de vuurhaard bevinden. Heskestad maakt een onderscheid tussen de inmenging van lucht in de zone waar de vlammen zich bevinden (zone 1 en 2 in § 2.1.2.) en de zone van de rookpluim (zone 3 in & p ) wordt als volgt § 2.1.2.). Het massadebiet van de axisymmetrische rookpluim ( m gedefinieerd :
& p = 0,0056 * Q& conv * z < l f => m
z lf
1/3 & p = 0,071 * Q& conv z > l f => m * (z − z 0 )5 / 3 + 0,00192 * Q& conv
Met
&p m
: massadebiet rookpluim [kg/s]
lf
: vlamlengte [m]
z0
: virtueel punt [m] met z 0 = 0 ,083 * Q& 2 / 5 − 1,02 * D
D
: karakteristieke diameter van de vuurhaard [m]
Q&
: vermogen van de vuurhaard [kW] : hoogte boven de vuurhaard [m]
z
b)
2-9 2-10
Formule van Thomas Wanneer het massadebiet van de rookpluim van vuurhaarden met een kleine vlamlengte en een groot oppervlak dient berekend te worden, dan kan hiervoor de formule van Thomas toegepast worden. Het massadebiet van de (al dan niet axisymmetrische) & p ) wordt als volgt gedefinieerd : rookpluim ( m
& p = 0,188 * P * z 3 / 2 m Met :
&p m
: massadebiet rookpluim [kg/s]
P z
: omtrek van de vuurhaard [m] : hoogte boven de vuurhaard [m]
2-11
Uit bovenstaande vergelijking blijkt dat er geen rekening gehouden wordt met het vermogen van de vuurhaard. Thomas had immers vastgesteld dat het massadebiet van de rookpluim in een zone dicht bij de vuurhaard onafhankelijk is van het vermogen van de brand.
13
2.2.2 Tweedimensionale rookpluim (lijnpluim) Een tweedimensionale rookpluim, hierna “lijnpluim” genoemd, kan op twee manieren bekomen worden, nl. als een rookpluim boven een lijnvormige vuurhaard of als een rookpluim die van onder een horizontaal obstakel uitkomt (waaronder de vuurhaard zich bevindt), beter gekend als de “spill plume” (zie § 2.2.2.2). In het laatste geval kan de vorm van de vuurhaard zowel vierkant, rond of rechthoekig zijn.
2.2.2.1 Lijnvormige vuurhaard Het massadebiet van een rookpluim afkomstig van een lijnvormige vuurhaard is niet zo uitvoerig onderzocht als dit van de axisymmetrische vuurhaard. In tegenstelling tot de axisymmetrische rookpluim is er bij de lijnpluim enkel symmetrie ten opzichte van één van de horizontale assen (zie onderstaande figuur).
Figuur 14 : Lijnpluim [7]
De luchtbijmenging gebeurt dus enkel langs twee zijden, zoals hieronder weergegeven voor een lijnpluim doorheen een (oneindig) lange rechthoekige opening in een tussenvloer :
Figuur 15 : Lijnpluim doorheen een (oneindig) lange rechthoekige opening in een tussenvloer
14
De vlamlengte (lf) wordt als volgt bepaald [8] en is een functie van het vermogen van de vuurhaard ( Q& ) en de korte zijde van de vuurhaard (B) : 2/3 Q& l f = 0 ,034 * B Q& Bovenstaande vergelijking is enkel geldig voor zover > 30kW / m B
2-12
In het boek van Douglas Drysdale [9] wordt onderstaande vergelijking beschreven voor de & p ): bepaling van het massadebiet van de lijnvormige rookpluim ( m
Q& & p = 0,21 * m B
2/3
*z
2-13
Het is echter niet duidelijk waar deze formule vandaan komt. Deze vergelijking zal aldus niet toegepast worden in deze thesis.
Een vaak toegepaste formule voor tweedimensionale vrije rookpluimen werd ontwikkeld door Lee en Emmons. Volgens dit model wordt het massadebiet van de rookpluim als volgt bepaald [10, p. 5]:
g * Q& ' & ' = Cm * ρ * m ρ * c p * T0 Met
1/3
* (z + z 0 )
2-14
& ' : massadebiet rookpluim per eenheidslengte [kg/(s*m)] m Cm : dimensieloze “entrainment coefficient” [-] ρ : densiteit van de rookpluim [kg/m³] g : gravitatieconstante [9,81 m/s²]
Q& ' : vermogen van de vuurhaard per eenheidslengte [kW/m] cp T0 z z0
: warmtecapaciteit [kJ / (kg*K)] : omgevingstemperatuur [K] : hoogte boven de vuurhaard [m] : virtueel punt [m]
Voor de dimensieloze “entrainment coefficient” Cm zijn in de literatuur verschillende waarden terug te vinden. Een samenvatting van de verschillende waarden is beschreven in een artikel [8, p. 136], waarin vermeld wordt dat de waarde voor Cm varieert tussen 0,48 en ca. 0,52. In bovenvermelde vergelijking is eveneens sprake van een virtueel punt. Dit virtueel punt is echter niet hetzelfde als dit beschreven in de formule van Heskestad (zie § 2.2.1). In de literatuur is hieromtrent geen bruikbare informatie terug te vinden. Er wordt gewoon aangenomen dat er een virtueel punt aanwezig is.
15
Tevens wordt de densiteit van de rooklaag in de formule vermeld, m.a.w. de pluim wordt beschouwd als een “sterke” pluim. Bij berekeningen is het echter veel interessanter om geen rekening te moeten houden met de densiteit van de rooklaag. Daarom wordt in veel gevallen aangenomen dat lijnpluimen “zwakke” pluimen zijn, zodat vergelijking 2-14 meestal onder de vorm van onderstaande vergelijking toegepast wordt :
& = 0 ,3 * C m * ρ 0 * L2 / 3 * Q& 1 / 3 * (z + z 0 ) m Met
2-15
& : massadebiet rookpluim [kg/s] m Cm : dimensieloze “entrainment coefficient” [-] ρ0 : densiteit van de omgevingslucht [kg/m³] L : lengte van de vuurhaard [m]
Q& : vermogen van de vuurhaard [kW] z z0
: hoogte boven de vuurhaard [m] : virtueel punt [m]
2.2.2.2 Spill plumes De meeste gekende formules voor het bepalen van inmenging van lucht in lijnpluimen zijn deze toegepast op de spill plumes. De spill plume is een rookpluim die gevormd wordt in een compartiment waar de vuurhaard zich bevindt en - ten gevolge van de ceiling jet - eerst een horizontale snelheid heeft ter plaatse van een horizontaal obstakel. Eens voorbij de grens van dit obstakel zal de rookpluim overgaan naar een verticale rookpluim, m.a.w. de richting van de rookpluim is veranderd alsof de pluim gedraaid is ten opzichte van een denkbeeldige horizontale as (spill). Een schematische weergave van een spill plume wordt weergeven in onderstaande figuur :
Figuur 16 : Schematische weergave van een spill plume [10]
Een overzicht van de beschikbare methodes om het massadebiet te bepalen in geval van een spill plume is uitvoerig behandeld in een thesis [11, p. 30].
16
Het is duidelijk dat de bepaling van het massadebiet van een spill plume veel complexer is dan deze van een axisymmetrische rookpluim (of zelfs een lijnpluim). Hier spelen immers niet alleen het vermogen en de afmetingen van de vuurhaard een rol, maar eveneens de geometrie van het compartiment. Zo zal het massadebiet van een spill plume anders zijn indien de vuurhaard zich dicht of ver van het balkon bevindt. Het momentum (= snelheid x massadebiet) van de rookpluim speelt hier in eerste instantie een zeer belangrijke rol. Nadat de rookpluim van horizontaal naar verticaal gedraaid is, zullen de buoyancy krachten de “taak” overnemen van het momentum om de stuwing van de rooklaag te bepalen. Bij een spill plume is de breedte van de rookpluim ter plaatse van de uitstroming (overgang van horizontale stroming naar verticale) eveneens een onbekende waarde en ook afhankelijk van het momentum van de rooklaag in het compartiment. In geval van een rookpluim doorheen een opening, ligt de breedte echter vast. Dit wil zeggen dat de rooklaag zich dient “aan te passen” aan de afmetingen van de openingen en zich daardoor anders zal gedragen dan in geval van een vrije uitlaat. De formules bekomen voor de spill plume zullen derhalve niet weerhouden worden bij het bepalen van de empirische formule voor de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen openingen in een tussenvloer.
2.2.3 Vergelijking tussen axisymmetrische rookpluim en lijnpluim Zoals reeds weergegeven in bovenstaande paragrafen zijn het massadebiet van de rookpluim, de snelheid en de temperatuur van de rookpluim en zelfs de ”air entrainment coëfficiënt“ α, verschillend indien het een axisymmetrische rookpluim of een lijnpluim betreft. De verschillen worden weergegeven in onderstaande tabel: Axisymmetrische pluim
Lijnpluim
0,098
0,091
Snelheid
1/ 3 −1 / 3 ∝ Q& * z
1/3 0 ∝ Q& * z
Temperatuurstijging
∝ Q& 2 / 3 * z −5 / 3
∝ Q& 2 / 3 * z −1
Massadebiet
∝ Q& 1 / 3 * z 5 / 3
∝ Q& 1 / 3 * z 1
“Entrainment coefficient” α
Tabel 1 : Vergelijking tussen een axisymmetrische pluim en een lijnpluim
Bovenvermelde tabel is van toepassing op een Gaussiaans profiel.
17
2.3 Rookpluim doorheen rechthoekige openingen 2.3.1 Inleiding Bij de kwantificering van de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen openingen in een tussenvloer, worden de hierboven beschreven empirische formules voor de axisymmetrische rookpluim en lijnpluim toegepast. Er wordt dus verondersteld dat het gedrag van de rookpluim gelijkaardig is aan het gedrag van een rookpluim afkomstig van een vuurhaard. Deze aanname vormt de basis van de eerste hypothese. Het is echter beter om het gedrag van de rookpluim los te koppelen van de vuurhaard en deze afzonderlijk te bekijken, zoals gedaan wordt voor de bepaling van het massadebiet in geval van een spill plume. Deze aanname is de basis van de tweede hypothese. De resultaten bekomen uit de FDS-simulaties zullen vergeleken worden met beide “nieuwe” empirische formules.
2.3.2 Hypothese axisymmetrische lijnpluim Een eerste hypothese bestaat erin om de rookpluim te beschouwen als een combinatie van een axisymmetrische rookpluim aan de kopse kanten van de opening, met daartussen een lijnpluim. Hierbij wordt een combinatie gemaakt van de formules voor de bepaling van het massadebiet van een axisymmetrische rookpluim en van een lijnpluim. Om die reden wordt deze pluim verder de axisymmetrische lijnpluim genoemd. Ter info : Bovenvermelde hypothese werd reeds onderzocht [12] bij de bepaling van het massadebiet aan de kopse kanten van een spill plume. Aangezien de breedte van de rookpluim in geval van een spill plume niet op voorhand vastligt, wordt de beschreven formule niet gebruikt in deze thesis.
Een rechthoekige opening wordt gekenmerkt door een lengte (L) en een breedte (B), waarbij de lengte de grootste waarde heeft. In eerste instantie kan aangenomen worden dat het gedrag van een rookpluim door dergelijke opening sterk lijkt op een lijnpluim in geval van een zeer grote lengte/breedte-verhouding. Bij laatstgenoemde verhouding kan de breedte van de opening eveneens belangrijk zijn bij de bepaling van de inmenging van lucht. Er kan aangenomen worden dat de inmenging aan de kopse kanten van een rechthoekige opening met een breedte van 2 m meer uitgesproken zal zijn dan bij een opening met een breedte van 0,5 m, waarbij de lengte/breedte-verhouding bij beide openingen dezelfde is. Om die reden wordt de rookpluim doorheen een rechthoekige opening aan de kopse kanten beschouwd als een (halve) axisymmetrische rookpluim, met daartussen een lijnpluim. De axisymmetrische rookpluim zal zich dus manifesteren doorheen een opening met oppervlakte = B x B, echter “gescheiden” door de lijnpluim, zodat de lijnpluim zich over een “aangepaste” lengte W (= L - B) zal manifesteren.
18
B
De rookpluim wordt aldus opgesplitst in een gedeelte axisymmetrische rookpluim en een gedeelte lijnpluim. Het vermogen dat door elk gedeelte gaat, wordt pro rata van de oppervlakte verdeeld. Dit wordt verduidelijkt aan de hand van onderstaande figuur en geeft de verhouding van de twee gedeeltes weer ter plaatse van de opening, d.w.z. op een hoogte z=0:
L
= B
W
B/2
B/2
B
B
= +
B
W
A axis
A line
Figuur 17 : Verhouding oppervlakte axisymmetrische en lijnpluim ter plaatse van de opening (i.e. z = 0)
De lengte van de lijnpluim die zich tussen de axisymmetrische pluim bevindt, is echter niet constant. Op een bepaalde hoogte boven de opening zal elke lijnpluim overgaan in een axisymmetrische pluim. In geval van een rechthoekige opening zal de vorm van de rookpluim eerst overgaan in een elliptische vorm om tot slot een cirkelvormige vorm aan te nemen. Aangezien de oppervlakte van zowel het axisymmetrisch als het lijngedeelte hierdoor niet constant is, zal het vermogen dat toegepast wordt voor het betreffende gedeelte, eveneens veranderen in functie van de hoogte. De bepaling van deze overgangshoogte is niet éénduidig. Sommige bronnen [13] spreken over een hoogte van drie- à vijfmaal de lengte van de lijnpluim, andere [14] spreken over vijfmaal de lengte, en nog andere [15, p. 87] spreken over L * B . In deze thesis wordt voor deze overgangshoogte een waarde van 3 aangenomen. Dit wil zeggen dat verondersteld wordt dat de axisymmetrische lijnpluim op een hoogte gelijk aan driemaal de lengte van de lijnpluim (= W = L - B) zich zal gedragen als een “zuivere” axisymmetrische pluim. Dit wordt opnieuw verduidelijkt aan de hand van onderstaande figuur en geeft de verhouding van de twee gedeeltes weer op een hoogte z boven de opening maar lager dan de overgangshoogte, i.e. 0 < z < 3 * (L – B) :
B
W
L
B
B
= +
L-W
W
A axis
A line
Figuur 18 : Verhouding oppervlakte axisymmetrische en lijnpluim op een hoogte boven de opening, maar lager dan de overgangshoogte, i.e. 0 < z < 3 * (L – B)
19
2.3.2.1 Massadebiet lijnpluim Aangezien de lijnpluim op een bepaalde hoogte beschouwd kan worden als een axisymmetrische rookpluim, wordt onderstaande formule enkel toegepast tot die hoogte. De hoogte waarbij de lijnpluim volledig overgegaan is in een axisymmetrische pluim, wordt vastgelegd op 3 maal de lengte van de lijnpluim (zie hierboven).
& line ) wordt weergegeven door Het massadebiet voor het gedeelte van de lijnpluim ( m onderstaande vergelijking (aangepaste formule van deze beschreven in [10, p. 160]): 1/3 & line = 0 ,16 * W 2 / 3 * Q& conv m ,line * z
Met
2-16
& line : massadebiet gedeelte lijnpluim [kg/s] m z W = (L − B ) * 1 − 3 * (L − B ) W Q& conv ,line = Q& conv ,totaal * L Q& conv ,totaal : totaal convectief vermogen door de opening [kW] Q& conv ,line : convectief vermogen voor het gedeelte van de lijnpluim [kW] L : lengte van de opening [m] B : breedte van de opening [m] z : hoogte boven de opening [m]
2.3.2.2 Massadebiet axisymmetrische pluim Voor de bepaling van het massadebiet van het gedeelte van de axisymmetrische pluim wordt gebruikgemaakt van de formule van Heskestad. Uit een thesis [4] is gebleken dat deze formule (met aangepaste diameter) de beste resultaten gaf voor de inmenging van lucht in rookpluimen door vierkante openingen in een tussenvloer. De formule van Heskestad wordt derhalve in deze thesis ook toegepast, maar aangezien het gedeelte van de axisymmetrische pluim niet vierkant blijft, wordt de hydraulische diameter (zie verder) toegepast voor de bepaling van de karakteristieke diameter van de warmtebron. Ook wegens tijdsgebrek zijn andere empirische formules voor axisymmetrische rookpluimen niet weerhouden.
20
& axis ) wordt Het massadebiet voor het gedeelte van de axisymmetrische rookpluim ( m weergegeven door onderstaande vergelijking: 5/3 1/3 & axis = 0 ,071 * Q& conv m + 0 ,00192 * Q& conv ,axis ,axis * (z − z 0 )
Met
2-17
& axis : massadebiet gedeelte axisymmetrische pluim [kg/s] m 2/5 z 0 = 0 ,083 * Q& conv ,axis − 1,02 * D h
4 * Aaxis 2 * (L − W ) * B = Paxis (L − W + B) Q& conv ,axis = Q& conv ,totaal − Q& conv ,line Dh =
Q& conv ,axis : convectief vermogen voor het gedeelte van de axisymmetrische pluim [kW] Q& conv ,totaal : totaal convectief vermogen door de opening [kW] Q& conv ,line : convectief vermogen voor het gedeelte van de lijnpluim [kW] L : lengte van de opening [m] B : breedte van de opening [m] W : zie formule massadebiet gedeelte lijnpluim [m] z : hoogte boven de opening [m]
21
2.3.2.3 Empirische formule voor inmenging van lucht bij rechthoekige openingen Voor een rechthoekige opening met een lengte L, een breedte B en een convectief vermogen & al ) als volgt gedefinieerd in Qconv,totaal, wordt het massadebiet van de axisymmetrische lijnpluim ( m functie van de hoogte : 1)
Hoogte kleiner dan 3 * (L - B) 5/3 1/3 & 1/3 & al = 0 ,16 * W 2 / 3 * Q& conv m + 0 ,00192 * Q& conv ,axis 2-18 ,line * z + 0 ,071 * Q conv ,axis * (z − z 0 )
2)
Hoogte groter dan 3 * (L - B) 5/3 1/3 & al = m & axis = 0 ,071 * Q& conv m + 0 ,00192 * Q& conv ,axis ,axis * (z − z 0 )
Met
& al m
2-19
: massadebiet axisymmetrische lijnpluim [kg/s]
W Q& conv ,line = Q& conv ,totaal * L Q& conv ,axis = Q& conv ,totaal − Q& conv ,line Q& conv ,totaal : convectief vermogen voor het gedeelte van de axisymmetrische pluim [kW] Q& conv ,totaal : totaal convectief vermogen door de opening [kW] Q& conv ,line : convectief vermogen voor het gedeelte van de lijnpluim [kW]
z W = (L − B ) * 1 − 3 * (L − B ) 2/5 z 0 = 0 ,083 * Q& conv ,axis − 1,02 * D h
Dh =
4 * Aaxis 2 * (L − W ) * B = Paxis (L − W + B)
L : lengte van de opening [m] B : breedte van de opening [m] z : hoogte boven de opening [m]
22
2.3.3 Hypothese “perimeter plume” Tijdens de uitgevoerde simulaties werd vastgesteld dat er geen groot verschil merkbaar was tussen de temperaturen ter plaatse van de kopse kant en het gedeelte ertussen. Tevens werd opgemerkt dat de lengte/breedte-verhouding geen invloed heeft op het massadebiet, maar eerder de omtrek (zie ook § 4.2.3). Om die reden zal de omtrek van de opening in rekening gebracht worden bij het bepalen van het massadebiet.
& pp , de “pp” staat voor “perimeter plume”) kan dus Het massadebiet van de “perimeter plume” ( m als volgt geformuleerd worden (gebaseerd op [13, p. 30]): 1/3 & pp = A * P * Q& conv m * z + B * Q& conv
2-20
of
& pp m −2 / 3 = A * P * Q& conv *z+B & Qconv Met :
2-21
& pp m
: massadebiet “perimeter plume” [kg/s]
A en B P
: nog te bepalen empirische constanten : omtrek van de opening [m]
Q& conv
: het convectief vermogen door de opening [kW]
z
: hoogte boven de opening [m]
Rest tenslotte nog de bepaling van de empirische constanten A en B. Dit wordt bekomen door de resultaten bekomen van de “betrouwbare” simulaties in grafiekvorm uit te zetten en een lineaire “best fitting curve” te vinden ten opzichte van vergelijking 2-21 (zie onderstaande grafiek). In Hoofdstuk 4 wordt beschreven wanneer er kan gesproken worden van een “bruikbare” simulatie.
Massadebiet "perimeter plume" 0,014 0,012 mpp/Q
0,01 0,008 0,006 y = 0,037x - 0,0005 R² = 0,9643
0,004 0,002 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
(P * z)/Q2/3
Figuur 19 : Bepaling van de empirische constanten A en B in de formule van de “perimeter plume” door middel van een lineaire “best fitting curve”
23
Nu de constanten A en B uit bovenstaande grafiek bepaald zijn, kan vergelijking 2-21 herschreven & pp ) als volgt bepaald : worden en wordt het massadebiet van de “perimeter plume” ( m 1/3 & pp = 0 ,037 * P * Q& conv m * z − 0 ,0005 * Q& conv
Met
& pp m
: massadebiet “perimeter plume” [kg/s]
P
: omtrek van de opening [m]
Q& conv
: het convectief vermogen van de vuurhaard [kW]
z
: hoogte boven de opening [m]
2-22
24
3
Simulaties in FDS
Omwille van budgettaire redenen is het niet mogelijk om de empirische formules beschreven in § 2.3.2 en § 2.3.3, te valideren door middel van experimenten. Er dient dus beroep gedaan te worden op CFD-modellen (CFD : Computional Fluid Dynamics). Dit model is de studie van de stroming van een fluïdum (vloeibare of gasvormige stof) door de numerieke oplossing van de stromingsvergelijkingen. In deze thesis wordt het programma FDS (FDS : Fire Dynamics Simulator) toegepast. Dit programma (versie 5.5.3) is een LES-model (LES : Large Eddy Simulations), wat betekent dat het de turbulente wervels expliciet berekent en dat de wervels die te klein zijn ten opzichte van de celgrootte (grid size), benaderd worden. De invloed van de celgrootte (grid size) op de inmenging van lucht in de rookpluim is dus zeer belangrijk. Hoe fijner de grid size, i.e. hoe kleiner de celgrootte, hoe beter de turbulentie zal weergegeven worden. Doch zelfs met de huidige supercomputers kunnen in de meeste gevallen enkel benaderende oplossingen bereikt worden.
3.1 Aannames bij de simulaties De belangrijkste aannames worden hieronder weergegeven : a)
Warmteverliezen De oppervlaktes van het gebouw worden “adiabatisch” beschouwd. Dit wil zeggen dat er geen warmteverliezen mogelijk zijn ten gevolge van conductie doorheen de horizontale en verticale compartimentswanden. Een cruciale parameter bij FDS-simulaties, nl. de simulatietijd, kan hierdoor enorm gereduceerd worden aangezien het systeem in evenwichtstoestand bekeken wordt. Deze aanname heeft wel tot gevolg dat de temperatuur van de rooklaag in het compartiment overschat wordt ten opzichte van de temperatuur van de rooklaag in geval van niet-adiabatische compartimentswanden.
b)
Rookproductie Tijdens de simulaties wordt een “soot yield” (= roetgehalte) van 0,11 aangenomen, d.w.z. dat er per kilo massaverlies van de brandstof, 0,11 kg roet geproduceerd wordt in de rooklaag. De stralingsverliezen worden vastgelegd op 20% (χr = 0,2). De invloed van een grotere roetproductie zal in deze thesis niet onderzocht worden aangezien de rookvrije hoogte zal bepaald worden op basis van de temperatuurprofielen en niet op basis van de densiteit van de rooklaag.
c)
Vermogen vuurhaard Aangezien het systeem bekeken wordt in evenwichtstoestand, wordt het maximale vermogen van de vuurhaard in de simulaties reeds bereikt na 10 seconden. Het instellen van een ogenblikkelijk maximaal vermogen wordt hier enkel toegepast om de evenwichtstoestand sneller te bereiken waardoor de simulatietijd kan ingekort worden.
25
d)
Druk en wind De druk wordt gelijkgesteld aan de atmosferische druk, i.e. 101.325 Pa. Er wordt geen rekening gehouden met een windbelasting.
3.2 Verificatie van de bekomen resultaten uit FDS Na de uitvoering van de simulaties worden enkele fundamentele “check-ups” gedaan. Deze zijn noodzakelijk om na te gaan of de bekomen resultaten uit FDS als voldoende betrouwbaar kunnen beschouwd worden om de empirische formule te verifiëren, maar evengoed om na te gaan of er geen fout in de FDS-file aanwezig was. De belangrijkste “check-ups” worden besproken in de volgende paragrafen. Een schematische weergave van de configuratie van de simulaties wordt weergeven in onderstaande figuur.
Figuur 20 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties
Waarbij :
& i ,1 m &1 m & i ,2 m
: massadebiet doorheen de inlaatopeningen van het onderste compartiment [kg/s] : massadebiet doorheen de openingen in de tussenvloer [kg/s] : massadebiet doorheen de inlaatopeningen van het bovenste compartiment [kg/s]
& totaal : massadebiet doorheen de openingen in het dak [kg/s] m
26
Het typisch verloop van het massadebiet doorheen de inlaatopeningen in geval van bovenstaande configuratie wordt weergegeven in onderstaande grafiek.
Massadebiet door inlaatopeningen Massadebiet (kg/s)
20 10 mi,1
0 -10
0
100 200 300 400 500
-20
mi,2
Tijd (seconden)
Figuur 21 : Typisch verloop van het massadebiet doorheen de inlaatopeningen in geval van de toegepaste configuraties
Bij de aanvang van de brand wordt de lucht doorheen de inlaatopeningen naar buiten gestuwd omwille van de overdruk gegenereerd door de vuurhaard. Naarmate de temperatuur in het compartiment hoger wordt (en de densiteit van de lucht kleiner), creëert dit densiteitsverschil een onderdruk in het compartiment waardoor de lucht ter plaatse van de inlaatopening nu aangezogen wordt. Aangezien het maximaal vermogen van de brand ogenblikkelijk verondersteld wordt, blijkt duidelijk dat er snel een evenwichtstoestand bereikt wordt, zowel voor het bovenste als voor het onderste compartiment.
3.2.1 Behoud van massa 3.2.1.1 Algemeen Voor het bovenste compartiment kan het behoud van massa als volgt geschreven worden:
d (ρ gVg ) − m& i ,2 − m& 1 + m& totaal = 0 dt
3-1
Met Vg : volume van de rooklaag [m³] ρg : densiteit van de rooklaag [kg/m³] Hetzelfde kan gedaan worden voor het onderste compartiment, nl. :
d (ρ gVg ) − m& i ,1 − m& f + m& 1 = 0 dt Met
3-2
& f : massadebiet van de vuurhaard [kg/s] m
Aangezien het systeem zich in evenwichtstoestand bevindt, wordt aangenomen dat de rookvrije hoogte constant is (en bijgevolg ook het volume) en dat de temperatuur in de rooklaag constant is. Daaruit volgt voor het onderste (en bovenste) compartiment dat :
dVg dt
= 0 en
dρ g dt
=0
3-3
27
3.2.1.2 Onderste compartiment Op basis van de vergelijkingen 3-2 en 3-3, kan het behoud van massa in het onderste compartiment als volgt herschreven worden:
&1 =m & i ,1 + m &f m & f , i.e. het massadebiet van de vuurhaard, wordt bij de verificatie van het Het massadebiet m behoud van massa echter verwaarloosd. Dit massadebiet is in de meeste gevallen in de grootteorde van 0,06 à 0,1 kg/s (voor vloeibare brandstoffen [9, p. 163]) of 0,01 à 0,04 kg/s (voor vaste brandstoffen [9, p. 173]). De waarde van dit massadebiet is dus afhankelijk van de aard van de brandstof en de oppervlakte van de vuurhaard zodat het in sommige situaties toch aangewezen is om deze niet te verwaarlozen. De massadebieten die bekomen werden tijdens de uitgevoerde simulaties, zijn relatief groot in vergelijking met de waarde voor het massadebiet van de vuurhaard, zodat bovenstaande aanname aanvaardbaar is. Het behoud van massa voor het onderste compartiment kan tenslotte als volgt herschreven worden :
&1 =m & i ,1 m
3-4
& i ,1 , worden tijdens de “check-ups” altijd met elkaar vergeleken om & 1 en m Beide waarden, nl. m na te gaan of de massabalans voor het onderste compartiment klopt, maar vooral om na te gaan of er geen massa “ontsnapt” ter plaatse van de inlaatopeningen. Voor de verificatie van de & 1 zoals inmenging van lucht in het bovenste compartiment wordt enkel gebruikt gemaakt van m beschreven in de volgende paragraaf.
3.2.1.3 Bovenste compartiment Het behoud van massa in het bovenste compartiment kan nu eveneens als volgt herschreven worden :
& totaal = m &1 +m & i ,2 m Aangezien in het bovenste compartiment geen massa kan gecreëerd worden, wordt de inmenging van lucht in het bovenste compartiment, i.e. m2, als volgt bepaald :
&2 =m & i ,2 = m & totaal − m &1 m
3-5
Op basis van bovenstaande vergelijking wordt de waarde voor m2 uit de FDS-simulaties gehaald en zal deze waarde vergeleken worden met de waarde bekomen door middel van de empirische formule vermeld in § 2.3.2 of § 2.3.3.
28
3.2.2 Dikte van de rooklaag Indien gebruik gemaakt wordt van natuurlijke of mechanische RWA, dient de dikte van de rooklaag groot genoeg te zijn om “plug-holing” te vermijden. Plug-holing komt voor wanneer het extractiedebiet ter plaatse van een ventilatieopening zo groot is dat het eveneens “koude” lucht van de onderste (koude) luchtlaag afvoert. Op die manier wordt er minder rookmassa afgevoerd waardoor de efficiëntie van de ventilatie drastisch vermindert, met een grotere rooklaagdikte tot gevolg. Een schematische weergave van het fenomeen plug-holing is weergeven in onderstaande afbeeldingen. In de linker figuur is er geen sprake van plug-holing en wordt er enkel rookmassa afgevoerd. In de rechter figuur is er duidelijk sprake van plug-holing, waardoor er eveneens (koude) lucht van de onderste laag mee afgevoerd wordt.
Figuur 22 : Schematische weergave van het fenomeen “plug-holing” [16]
In geval van natuurlijke RWA is een “goede” afvoer van de rooklaag, i.e. het vermijden van plugholing, vooral afhankelijk van de afmetingen en de contractiecoëfficiënt van de ventilatieopening. Een andere belangrijke parameter is de temperatuur van de rooklaag (beter gezegd : het verschil in temperatuur tussen de rooklaag en de omgevingslucht).
In de literatuur zijn verschillende criteria terug te vinden om plug-holing te vermijden. Enkele van deze criteria worden hieronder – louter informatief – weergegeven: 1)
De Belgische norm NBN S21-208-1 [2] schrijft voor dat aan onderstaande voorwaarde dient voldaan te zijn om plug-holing te vermijden (natuurlijke RWA):
Av * C v ≤ 1,4 * (H − Y )2 Met Av Cv H Y
: oppervlakte ventilatieopening [m²] : debietscoëfficiënt ventilatieopening [-] : hoogte van het compartiment [m] : rookvrije hoogte [m]
29
2)
Een ander criterium, eveneens op basis van de afmetingen van de ventilatieopening, wordt vermeld in een boek van Björn Karlsson [5] en een artikel van Heskestad [17] en wordt hieronder weergegeven (zowel natuurlijke als mechanische RWA). In dit laatste artikel wordt eveneens vermeld dat de breedte van een rechthoekige ventilatieopening niet groter mag zijn dan de rooklaagdikte.
Av ≤ 2 * (H − Y )2 Noot : Wanneer een waarde van Cv = 0,7 toegepast wordt in de voorwaarde beschreven in de Belgische norm NBN S21-208-1 [2], dan wordt bovenstaande vergelijking bekomen. In een handboek [18, p. 4.305] wordt het temperatuursverschil in rekening gebracht door middel van onderstaande vergelijking (zowel natuurlijke als mechanische RWA) :
T − T0 m = 1,5 * g * (H − Y )5 * u Tu Met m g H Y Tu T0
T0 * Tu
1/2
: maximaal massadebiet doorheen een opening [kg/s] : gravitatieconstante [9,81 m/s²] : hoogte van het compartiment [m] : rookvrije hoogte [m] : temperatuur van de rooklaag [K] : temperatuur omgevingslucht [K]
Deze vergelijking kan als volgt in een grafiek weergegeven worden :
Maximaal massadebiet i.f.v. temperatuur rooklaag 140 120 Massadebiet (kg/s)
3)
100 80
70 °C
60
100 °C
40
130 °C
20 0 0
1
2
3
4
5
Dikte van de rooklaag (m)
Figuur 23 : Maximaal massadebiet doorheen een ventilatieopening in functie van de temperatuur van de rooklaag (omgevingstemperatuur : 20 °C)
30
3.2.3 Temperatuurprofiel Op basis van het temperatuurprofiel zal de hoogte van de rookvrije zone bepaald worden. Een temperatuurprofiel kan omschreven worden als de temperatuur op een vastgelegde plaats in het compartiment, waarbij de temperatuur een functie is van de hoogte (tussen de vloer en het plafond). De methodes om de rookvrije hoogte te bepalen, worden besproken in § 3.3.2. Afhankelijk van de configuratie van de simulaties worden zeven à negen locaties vastgelegd waar het temperatuurprofiel gemeten wordt. Het betreft hier echter enkel locaties voor de bepaling van de rookvrije hoogte in het bovenste compartiment. De temperatuurprofielen in het onderste compartiment zijn in dit werk minder uitvoerig onderzocht aangezien een correcte waarde van de rookvrije hoogte in dit compartiment onbelangrijk is voor de verificatie van de empirische formules. Voor de bepaling van de rookvrije hoogte van het onderste compartiment worden derhalve de waarden uit FDS gebruikt. Voor deze in het bovenste compartiment worden de methodes beschreven in § 3.3.2 toegepast. Om een “correcte” rookvrije hoogte te bepalen, is het belangrijk dat de locaties zich in een zone bevinden waar een stabiele rooklaag gevormd wordt. Dit wil zeggen dat de temperatuurprofielen zich niet te dicht bij de wand mogen bevinden, aangezien er ter plaatse van de wand steeds een neerwaartse stroom is ten gevolge van de ceiling jet die “botst” met de wand en er zich dus geen stabiele rooklaag kan vormen (zie ook onderstaande figuur ):
Figuur 24 : “Onstabiele” rooklaag ter plaatse van een wand [19]
Tevens wordt de locatie niet gekozen tussen de opening in de tussenvloer en de dichtstbijzijnde wand. De invloed van de ceiling jet is hier immers meer uitgesproken dan in voorgaande locatie, i.e. ver van de opening en dicht tegen de wand. Tenslotte wordt er ook geen locatie bepaald die zich recht onder een ventilatieopening in het dak bevindt.
31
De invloed van de rand van de opening en de rand van de wand wordt weergegeven in onderstaande figuur.
Figuur 25 : Invloed van wand op rookvrije hoogte (verticale doorsnede - weergave van de temperatuur)
Uit bovenstaande figuur is duidelijk vast te stellen dat de temperatuur tussen de openingen veel stabieler is dan tussen de opening en de wand. Voor de berekeningen wordt voor het temperatuurprofiel het gemiddelde van de laatste 50 seconden van de simulatie genomen. Voor de configuratie van een gebouw met afmetingen van 28 x 20 m (lengte x breedte) worden onderstaande posities voor het temperatuurprofiel gebruikt. In de linker figuur wordt een vooraanzicht van het gebouw getoond. De openingen in het dak worden in de rechter figuur in het groen weergegeven, de openingen in de tussenvloer in het bruin. De “+” zijn de 9 verschillende locaties voor de temperatuurprofielen. De afstand van deze locaties tot aan de rand bedraagt minimaal 5 m.
Figuur 26 : Vooraanzicht gebouw (figuur links) – Bovenaanzicht locaties temperatuurprofielen in het bovenste compartiment (figuur rechts)
32
3.3 Rookvrije hoogte 3.3.1 Definitie van “de rookvrije hoogte” De rookvrije hoogte is een belangrijke parameter in het concept van een twee-zone model. Dit twee-zone model is ontstaan toen tijdens experimenten een visueel waarneembare scheiding werd vastgesteld tussen de rooklaag (roet) en de zuivere luchtlaag. In het twee-zone model is er sprake van een duidelijke horizontale scheiding tussen de bovenste rooklaag en de onderste luchtlaag. De twee zones worden afzonderlijk bekeken en er wordt verondersteld dat er geen interactie is tussen beide, zoals weergegeven in de rechter afbeelding van onderstaande figuur. In werkelijkheid zal dit echter niet zo zijn, aangezien er ter plaatse van de grenslaag steeds een vermenging is van de rooklaag en de zuivere lucht eronder (transition zone), zoals weergegeven in de linker afbeelding van onderstaande figuur.
Figuur 27 : Schematische weergave van de rookvrije hoogte [20]
De “zichtbaarheid” van een rooklaag wordt (voornamelijk) bepaald door de brandstof. Sommige brandstoffen geven weinig roet af waardoor het zeer moeilijk is om de rookvrije hoogte vast te leggen op basis van de zichtbaarheid. Om deze reden wordt de rookvrije hoogte in deze thesis bepaald op basis van het temperatuurprofiel. Onderzoek naar de correlatie tussen de rookvrije hoogte bepaald op basis van “wiskundige” berekeningsmethodes (op basis van het temperatuurprofiel) en deze bepaald op basis van rookdichtheid (en/of zichtbaarheid) is derhalve aangewezen. Aangezien dit echter niet tot de scope van deze thesis behoort, wordt hierop niet verder ingegaan.
3.3.2 Berekenen van de rookvrije hoogte Op basis van de bekomen temperatuurprofielen (uit FDS), kan de rookvrije hoogte berekend worden. Hiervoor bestaan verschillende methodes, waarvan één besproken wordt in dit werk en vergeleken wordt met de methode beschreven in FDS. Voor andere berekeningsmethodes wordt verwezen naar de vakliteratuur.
33
3.3.2.1 Methode beschreven in FDS Om de rookvrije hoogte te bepalen, maakt FDS [21, p. 164] gebruik van de methode beschreven in een artikel van Marc Janssens [22]. In geval van een temperatuurprofiel T(z) tussen de vloer (z = 0) en het plafond (z = H), wordt de rookvrije hoogte (zint) berekend op basis van de temperatuur in de onderste (koude) luchtlaag (Tl) en de temperatuur in de bovenste (warme) rooklaag (Tu) gebruikmakend van onderstaande vergelijkingen : H
(H − zint )Tu + zint Tl = ∫ T (z )dz = I1 0 H
(H − zint ) 1
+ z int
Tu
1 1 =∫ dz = I2 Tl 0 T (z )
Op basis van deze vergelijkingen kan de rookvrije hoogte als volgt bepaald worden :
z int =
Tl (I1 I2 − H 2 ) I1 + I2Tl 2 − 2Tl H
Voor de waarde van de temperatuur in de onderste luchtlaag wordt de temperatuur van de onderste cel genomen. De temperatuur in de rooklaag wordt tenslotte als volgt berekend:
Tu =
1 H − z int
H
∫ T (z )dz zint
3.3.2.2 Kleinste kwadraten methode (Methode van He) In de handleiding van FDS [21, p. 164] wordt eveneens verwezen naar andere methodes om de rookvrije hoogte te bepalen [23]. De “kleinste kwadraten methode” die in dit artikel beschreven is, wordt hieronder kort besproken. Deze (wiskundige) methode bepaalt de rookvrije hoogte op basis van een “best fitting curve” van het temperatuurprofiel. Voor de eenvoud worden de benamingen van de verschillende parameters overgenomen uit het document. Zo wordt de hoogte uitgedrukt in de y-richting, terwijl in deze thesis voor de hoogterichting de z-richting bepaald is. Het is niet de bedoeling om de beschreven vergelijkingen om te zetten naar de waarden die in deze thesis behandeld worden. Het is enkel de bedoeling om het principe van deze methode weer te geven. Zo wordt de rookvrije hoogte hier aangeduid als H, de totale hoogte als Hr, en het temperatuurprofiel als p(y).
34
Deze benamingen zijn ook terug te vinden in onderstaande figuur :
Figuur 28 : Werkelijk temperatuurprofiel p(y) versus functie φ(y,H) toegepast bij de kleinste kwadraten methode (methode van He) [8]
De temperatuur in de onderste (koude) luchtlaag (pl) wordt bepaald door de volgende vergelijking: H
1 pl = ∫ p(y )dy H0 De temperatuur voor de bovenste (warme) luchtlaag (pu) wordt bepaald door onderstaande vergelijking: H
r 1 pu = p(y )dy H r − H ∫H
Voor een gegeven temperatuurprofiel zijn de waarden pl en pu een functie van de rookvrije hoogte H. De afwijking van het gegeven temperatuurprofiel p(y) ten opzichte van de functie φ(y,H) wordt als volgt weergeven : H
1 1 σ = ∫ [p(y ) − pl ]2 dy + H0 Hr − H 2
Hr
∫ [p(y ) − p ] dy 2
u
H
Voor een gegeven temperatuurprofiel zal met bovenstaande vergelijking een minimum bekomen worden in de zone tussen z = 0 en z = H. De rookvrije hoogte wordt dan bepaald als de waarde voor H (rookvrije hoogte) waar bovengenoemde vergelijking een minimum bereikt, i.e. :
σ 2 (H i ) = min[σ 2 (H )]
35
3.3.3 Vergelijking tussen de verschillende berekeningsmethodes 3.3.3.1 Invloed van de temperatuurgradiënt De temperatuurgradiënt kan het best omschreven worden als de “helling” van het temperatuurprofiel ter plaatse van de overgang tussen de koude luchtlaag en de warme rooklaag. In het twee-zone model is dit een verticale rechte (of horizontale rechte, indien de hoogte vermeld wordt in de verticale as van de grafiek). In realiteit is dit echter nooit het geval (zie Figuur 28). De overgang tussen beide zones, i.e. de koude luchtlaag en de warme rooklaag, kan dus geleidelijk of steil verlopen. Het verschil in temperatuur tussen de rooklaag en de omgevingslucht, de dikte van de rooklaag, maar ook de celgrootte (grid size) van de simulatie spelen hierbij een belangrijke rol. De invloed van de celgrootte wordt aangetoond in onderstaande grafieken. Het betreft een identieke configuratie met als enige verschil de celgrootte van de FDS-simulatie. Deze bedroeg voor de linker grafiek 20 x 20 x 20 cm (“gewone” simulatie), voor de rechter was dit 10 x 10 x 10 cm (“fijne” simulatie). Temperatuurprofiel "fijne" simulatie
140
140
120
120
Temperatuur (°C)
Temperatuur (°C)
Temperatuurprofiel "gewone" simulatie
100 80 60 40 20 0
100 80 60 40 20 0
0
1
2
3
4
5
Hoogte (m)
6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Hoogte (m)
Figuur 29 : Voorbeelden van temperatuurprofielen voor dezelfde configuratie maar verschillende celgrootte van de FDSsimulatie
Er kan eveneens opgemerkt worden dat de temperatuur in de bovenste rooklaag niet constant is. De temperatuur in de rooklaag blijft nog (licht) stijgen tot aan het plafond. Dit is niet enkel te wijten aan de “geringe” hoogte van het compartiment en de dikte van de rooklaag, maar eveneens aan de geometrie van het gebouw en de positie van de openingen. De invloed van deze parameters wordt uitvoerig besproken in Hoofdstuk 4.
36
Op basis van de temperatuurprofielen weergegeven in bovenvermelde grafieken, werd de rookvrije hoogte berekend volgens de twee methodes beschreven in § 3.3.2. De resultaten van deze berekeningen worden weergegeven in onderstaande tabel : Celgrootte (grid size)
20x20x20 cm
10x10x10 cm
Berekeningsmethode
FDS
He
FDS
He
Gemiddelde rookvrije hoogte
2,61 m
2,77 m
2,37 m
2,30 m
Gemiddelde afwijking t.o.v. gemiddelde
0,11 m
0,03 m
0,06 m
0,01 m
Min. waarde rookvrije hoogte
2,48 m
2,72 m
2,29 m
2,29 m
Max. waarde rookvrije hoogte
2,99 m
2,81 m
2,37 m
2,34 m
Tabel 2 : Berekenen van de rookvrije hoogte – Vergelijking tussen de methode in FDS en de methode van He (invloed van de grid size van de simulatie)
Op basis van bovenstaande tabel zou echter – eerder ten onrechte – geconcludeerd worden dat de waarden van de rookvrije hoogte bij beide berekeningsmethodes dichter bij elkaar liggen in het geval van “fijne” simulaties. Dit wordt verduidelijkt aan de hand van onderstaande temperatuurprofielen. De grid size van beide simulaties bedraagt 15 x 15 x 15 cm, doch de temperatuurgradiënt kan in het ene geval als “geleidelijk” beschouwd worden (linker grafiek), in het andere geval als “steil” (rechter grafiek). Steile temperatuurgradiënt
120 100 80 60 40 20 0
Temperatuur (°C)
Temperatuur (°C)
Geleidelijke temperatuurgradiënt
0
1
2
3
4
5
Hoogte (m)
6
7
8
120 100 80 60 40 20 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
Hoogte (m)
Figuur 30 : Voorbeelden van temperatuurprofielen met dezelfde celgrootte van de FDS-simulatie, maar verschillende helling van de temperatuurgradiënt
37
De resultaten van de berekening van de rookvrije hoogte volgens de twee methodes beschreven in § 3.3.2, worden weergegeven in onderstaande tabel : Geleidelijke temperatuurgradiënt
Steile temperatuurgradiënt
Berekeningsmethode
FDS
He
FDS
He
Gemiddelde rookvrije hoogte
3,38 m
3,62 m
3,04 m
3,06 m
Gemiddelde afwijking t.o.v. gemiddelde
0,13 m
0,05 m
0,12 m
0,05 m
Min. waarde rookvrije hoogte
3,23 m
3,56 m
2,92 m
3,01 m
Max. waarde rookvrije hoogte
3,67 m
3,69 m
3,31 m
3,20 m
Tabel 3 : Berekenen van de rookvrije hoogte – Vergelijking tussen de methode in FDS en de methode van He (invloed van de temperatuurgradiënt)
Hieruit blijkt – net zoals in Tabel 2 – dat een grotere rookvrije hoogte bekomen wordt met de methode van He in vergelijking met de methode van FDS in geval van een “geleidelijke” temperatuurgradiënt.
3.3.3.2 Conclusies Op basis van bovenvermelde grafieken en de uitgevoerde simulaties kunnen onderstaande besluiten genomen worden : 1) De invloed van de celgrootte (grid size) op de temperatuurgradiënt is een niet te onderschatten gegeven. Voor dezelfde configuratie kan immers een verschillende helling van de temperatuurgradiënt bekomen worden. 2) Alhoewel het moeilijk is om te bepalen wanneer sprake is van een “steile” of een “geleidelijke” temperatuurgradiënt, kan dit visueel vastgesteld worden (subjectieve benadering) op basis van het bekomen temperatuurprofiel. Wat de uitgevoerde simulaties betreft, kan wel gesteld worden dat de methode van He een waarde voor de rookvrije hoogte voorspelt die in grote mate overeenkomt met deze bekomen via FDS in geval van een “steile” temperatuurgradiënt. In geval van een “geleidelijke” temperatuurgradiënt zal de rookvrije hoogte berekend door middel van de methode van He altijd groter zijn dan de waarde bekomen via FDS (verschil soms tot 10 %). 3) Omwille van de kleine standaardafwijking ten opzichte van de gemiddelde waarde van de rookvrije hoogte, wordt besloten om de rookvrije hoogte te berekenen door middel van de methode van He. Indien de rookvrije hoogte niet berekend is met de methode van He, zal dit ook zo vermeld worden.
38
3.4 Simulaties met mechanische RWA De twee grootste voordelen voor het uitvoeren van simulaties door middel van mechanische RWA kunnen als volgt samengevat worden : 1) in FDS is het mogelijk om een massadebiet doorheen een opening op te leggen door middel van het commando “MASS_FLUX_TOTAL” (in kg/m²s). Op basis van de resultaten bekomen via FDS zou de empirische formule eenvoudig kunnen geverifieerd worden daar de correcte waarden voor de debietscoëfficiënten Ci en Cv niet hoeven toegepast te worden (wat wel het geval is bij natuurlijke RWA); 2) de rookvrije hoogte kan beïnvloed worden door het massadebiet te laten variëren. Een variatie in rookvrije hoogte is immers één van de parameters die onderzocht dient te worden bij de verificatie van de empirische formule. Door eenvoudigweg het opgelegde massadebiet aan te passen, dient de geometrie van het gebouw of de afmetingen van de ventilatieopeningen niet aangepast te worden om een andere rookvrije hoogte (en massadebiet) te bekomen. Een nadeel is dan weer dat het opgelegde massadebiet een invloed kan hebben op de bijmenging van lucht en het stromingspatroon in het compartiment. Na de uitvoering van de simulaties door middel van het commando “MASS_FLUX_TOTAL” is echter gebleken dat het massadebiet doorheen de opening niet correct bepaald werd. Zo bedroeg bv. het totale massadebiet doorheen de openingen in het dak 43,28 kg/s (bekomen via de outputfiles van FDS) terwijl een massadebiet van 40 kg/s opgelegd was. Tijdens de check-up van de & totaal = m & i ,2 + m & 1 = 39,90 kg/s, waarbij m & i ,2 het massabalans werd gelukkig vastgesteld dat m
& 1 het massadebiet doorheen de inlaatopeningen in het bovenste compartiment is en m massadebiet doorheen de openingen in de tussenvloer. Bij de verificatie door middel van & i ,2 en & 2 bepaald worden door deze gelijk te stellen aan m mechanische RWA zal de waarde van m
& totaal − m & 1 aangezien m & totaal niet correct weergegeven wordt. niet aan m Een verklaring voor de afwijking van het opgelegde massadebiet ten opzichte van het – door FDS berekende – massadebiet kan niet gegeven worden. De empirische formule kan – in geval van mechanische RWA - op 2 manieren toegepast worden om de verificatie met de FDS-resultaten te kunnen uitvoeren : 1) de rookvrije hoogte ligt vast : de rookvrije hoogte wordt bepaald door de methode van He &2 (een andere methode is natuurlijk eveneens mogelijk). Het bijhorende massadebiet m
& 1 dient wel in rekening kan hieruit rechtstreeks berekend worden. De waarde voor m gebracht worden, indien de temperatuur van de rooklaag in het bovenste compartiment & totaal (= m& 1 + m & 2 ); onderzocht wordt aangezien deze afhankelijk is van m 2)
het massadebiet ligt vast : de rookvrije hoogte dient op iteratieve manier bepaald te worden.
De resultaten bekomen tijdens de simulaties door middel van mechanische RWA worden behandeld in Hoofdstuk 4.
39
3.5 Simulaties met natuurlijke RWA Bij natuurlijke RWA zal het gedrag van de rookpluim niet beïnvloed worden door eventuele opgelegde randparameters, i.e. opgelegde snelheid ter plaatse van de opening. Het grote nadeel van simulaties door middel van natuurlijke RWA is dat een correcte waarde voor de debietscoëfficiënten Ci en Cv in FDS nodig is. In geval van natuurlijke RWA kan, zoals bij mechanische RWA, de empirische formule echter geverifieerd worden zonder gebruik te maken van de formule voor RWA (zie § 1.1), zodat er geen rekening hoeft gehouden te worden met de afmetingen van de openingen (inlaat en uitlaat), evenals de debietscoëfficiënten. Door de afmetingen van de inlaat- en uitlaatopeningen te veranderen, zal de evenwichtstoestand immers resulteren in “aangepaste” waarden voor de rookvrije hoogte en het massadebiet m2.
& 2 (en Een voorbeeld ter illustratie : stel dat - voor een bepaalde configuratie - een massadebiet m & 2 bepaald door zowel m &1 bijhorende rookvrije hoogte) bekomen wordt, dan wordt m
& totaal (massadebiet doorheen de (massadebiet doorheen de opening in de tussenvloer) als m ventilatieopeningen in het dak). Indien er nu wijzigingen aan de configuratie aangebracht worden, & 1 (bv. door de hoogte van het onderste compartiment te dan zal dit een invloed hebben op m
& totaal (bv. door de hoogte van het bovenste compartiment te verhogen of door verhogen) of op m de afmetingen van de ventilatieopeningen te vergroten). De wijzigingen ten opzichte van de & 2 , maar oorspronkelijke configuratie zullen derhalve resulteren in een “nieuwe” waarde voor m evengoed een “nieuwe” waarde voor de rookvrije hoogte, aangezien deze laatste een functie is &2. van m Hieruit volgt dat de empirische formule zowel geverifieerd kan worden volgens de werkwijze in geval van mechanische RWA (zie § 3.4) als aan de hand van de formule in geval van natuurlijke RWA. Het is zelfs mogelijk om Cv, FDS en Ci,FDS te bepalen indien deze twee werkwijzen met elkaar vergeleken worden. Door een “trial-and-error”-methode kan een waarde gevonden worden voor Cv,FDS en Ci,FDS. Hiervoor wordt aangenomen dat Cv,FDS = Ci,FDS.
De resultaten bekomen tijdens de simulaties door middel van natuurlijke RWA worden behandeld in Hoofdstuk 4.
40
4
Analyse van de resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties
In dit hoofdstuk worden de resultaten van de FDS-simulaties besproken. Er werden simulaties uitgevoerd met behulp van mechanische of natuurlijke RWA. Indien er in onderstaande paragrafen (en in de bijlagen) resultaten van de FDS-simulaties weergegeven worden voor het massadebiet, dan betreft het de waarden bekomen uit de FDSsimulaties. Zo is het totale massadebiet doorheen de openingen in het dak niet de som van het massadebiet doorheen de openingen in de tussenvloer en het massadebiet doorheen de inlaatopeningen van het bovenste compartiment, maar wordt de waarde uit de FDS-simulatie gebruikt. Bij de resultaten met mechanische RWA echter wordt de waarde van het opgelegde massadebiet doorheen de ventilatieopening in het dak weergegeven aangezien het massadebiet doorheen deze openingen niet correct bepaald werd in FDS (zie § 3.4).
4.1 Mechanische RWA Zoals vermeld in § 3.4 kan, in geval van mechanische RWA, een variatie in rookvrije hoogte bekomen worden door aanpassing van het af te voeren massadebiet. Deze manier van simulaties is zeer interessant aangezien er geen wijzigingen dienen aangebracht te worden aan de configuratie van de FDS-simulaties. Het aanbrengen van deze wijzigingen is immers enorm tijdrovend. De configuratie van de simulaties met mechanische RWA is weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 31 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties met mechanische RWA
De afmetingen van het gebouw bedragen 20 x 20 m (grid size simulatie : 20 x 20 x 20 cm). De hoogte van het onderste compartiment bedraagt 3,8 m, deze van het bovenste compartiment 7,8 m. In het dak worden acht vierkante openingen (afmetingen : 2 x 2 m) voorzien voor de mechanische extractie (blauwe vakken in bovenstaande figuur). Deze afmetingen zijn groot genoeg gekozen zodat de snelheid ter plaatse van het extractiepunt laag genoeg zou zijn en aldus zo weinig mogelijk invloed zal hebben op het stromingspatroon van de rookpluimen. De ventilatieopeningen zijn ook niet rechtstreeks boven de openingen in de tussenvloer aangebracht.
41
Verschillende simulaties werden uitgevoerd waarbij openingen met afmetingen 4 x 1 m, 3 x 1 m en 2 x 1 m werden aangebracht in de tussenvloer. De lange zijde van de openingen werd dwars ten opzichte van de vuurhaard aangebracht, dit wil zeggen met de lange zijde van de opening naar de vuurhaard toe. De resultaten van deze simulaties zullen echter niet gebruikt worden bij de verificatie van de empirische formules, beschreven in § 2.3.2 en § 2.3.3. De redenen hiervoor worden in onderstaande paragrafen besproken. De resultaten van deze simulaties, evenals de afwijkingen ten opzichte van de empirische formules, zijn - louter informatief - weergegeven in Bijlage B.
4.1.1 Invloed van de grid size Zoals hierboven vermeld bedroeg de grid size bij de simulaties 20 x 20 x 20 cm (aantal rekencellen : 921.600; tijdsduur : ca. 1 à 2 dagen). Er werd eveneens één simulatie uitgevoerd met een grid size van 10 x 10 x 10 cm (aantal rekencellen : 7.372.800; tijdsduur : ca. 2 à 2,5 weken). De resultaten bekomen tijdens deze twee simulaties worden hieronder besproken. Indien over een “gewone” simulatie gesproken wordt, dan wordt hiermee de simulatie met grid size 20 x 20 x 20 cm bedoeld. Een “fijne” simulatie heeft dan weer betrekking op de simulatie met grid size 10 x 10 x 10 cm. In onderstaande figuren zijn de waarden (voor temperatuur en snelheid) uitgemiddeld over 20 seconden. Deze uitmiddeling is noodzakelijk om geen vertekend beeld te krijgen in geval van een momentopname.
Uit de analyse van de temperaturen, kan vastgesteld worden dat er – wat betreft het onderste compartiment - niet echt een groot verschil is tussen beide simulaties (zie onderstaande afbeeldingen). Dit in tegenstelling tot het bovenste compartiment waar het in de “gewone” simulatie (linker afbeelding) lijkt of de temperatuur van de rookpluim niet verandert in functie van de hoogte (de “breedte” van de pluim blijft tamelijk constant). Bij de “gewone” simulatie is het dus net alsof de rookpluim aan de randen niet afgekoeld wordt door de inmenging van lucht. Bij beide simulaties werd een waarde van ca. 170 °C als grens vastgezet waardoor deze met elkaar kunnen vergeleken worden.
Figuur 32 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie)
42
Hetzelfde patroon is terug te vinden in het verticale snelheidsprofiel. Wat echter opvalt, is de bekomen maximale snelheid in de rookpluim. Deze bedraagt 6,05 m/s in de “gewone” simulatie (linker afbeelding) en slechts 4,9 m/s in de “fijne” simulatie (rechter afbeelding).
Figuur 33 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur :”fijne” simulatie)
Dit zou kunnen verklaard worden door de betere inmenging van lucht bij de “fijne” simulatie waardoor de temperatuur van de rookpluim daalt. Hierdoor vermindert het densiteitsverschil tussen de rookpluim en de omgevingslucht (en de verticale snelheid van de pluim) waardoor de buoyancy krachten minder zullen zijn. Toch is een verschil van ca. 20 % redelijk veel. Daarom worden de temperatuursvectoren ter plaatse van de openingen bekeken. In onderstaande figuren zijn de vectorweergaven van de temperatuur weergegeven in geval van een “gewone” simulatie en een “fijne” simulatie.
Figuur 34 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“gewone” simulatie)
43
Figuur 35 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“fijne” simulatie)
Uit deze twee afbeeldingen is duidelijk op te merken dat er bijna of geen inmenging van lucht plaatsvindt in het geval van een “gewone” simulatie. Het lijkt alsof de toevoerlucht eerder “afgeleid” wordt naar de extractiepunten. Dit is minder het geval bij de “fijne” simulatie, waar de luchtbijmenging veel duidelijker waarneembaar is. Dit verklaart ook het feit dat bij de “gewone” simulatie er minder inmenging van lucht in de rookpluim plaatsvindt dan in het geval van de “fijne” simulatie. Vervolgens wordt de temperatuur op een afstand van 0,7 m onder het dak bekeken. De horizontale snede van deze temperatuur wordt weergegeven in onderstaande figuren:
Figuur 36 : Weergave van de temperatuur - horizontale doorsnede op een hoogte van 0,7 m onder het dak (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie)
De groene zone in bovenvermelde figuren wijst op een lagere temperatuur in de rooklaag. Plugholing ter plaatse van de extractiepunten in de hoeken is hier duidelijk waarneembaar. Dit wordt verder besproken in de volgende paragraaf.
44
De resultaten van de simulaties van bovenvermelde configuratie met grid size 20 x 20 x 20 cm (sim6) en 10 x 10 x 10 cm (sim6f) worden weergegeven in onderstaande tabel : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
sim6
5x5x200x0,8
24,03
1,62
2,18
55,87
4,61
3,19
80,00
sim6f
5x5x200x0,8
22,06
1,69
2,11
57,96
3,48
2,21
80,00
Tabel 4 : Vergelijking tussen de resultaten van een FDS-simulatie met grid size 20x20x20 cm en 10x10x10 cm (mechanische RWA)
De resultaten bekomen voor het onderste compartiment liggen in dezelfde lijn als deze bekomen voor de simulaties met natuurlijke RWA (zie § 4.2.1). De resultaten bekomen voor het bovenste compartiment zijn daarentegen niet echt logisch te noemen. De hogere waarde voor m2 kan verklaard worden door de betere inmenging van lucht in geval van de “fijne” simulatie. Het verschil tussen beide is slechts ca. 3 %. Het verschil in rookvrije hoogte bedraagt echter ca. 25%. Nog onlogischer is het feit dat de rooklaagtemperatuur in het bovenste compartiment voor beide simulaties ca. 64 °C bedroeg. Aangezien de rookvrije hoogte gebaseerd is op het temperatuurprofiel kan hieruit geconcludeerd worden dat mechanische extractie een invloed kan hebben op het stromingspatroon van de rookpluim, maar nog meer op de temperaturen in het compartiment, waardoor een “verkeerde” waarde kan berekend worden voor de rookvrije hoogte.
4.1.2 Invloed van het opgelegde massadebiet Zoals besproken in § 3.2.2. (punt 3) kan er plug-holing ontstaan ten gevolge van een te hoog massadebiet ter plaatse van de opening. Indien de vergelijking, beschreven in laatstgenoemde paragraaf, zou toegepast worden voor de simulaties vermeld in onderstaande tabel, dan zou er – in theorie – geen plug-holing voorkomen. De drie simulaties hebben dezelfde configuratie als deze beschreven in § 4.1.1., doch echter met verschillende opgelegde massadebieten. Een samenvatting van deze simulaties is weergegeven in onderstaande tabel : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
sim6b
23,73
1,59
2,21
36,25
3,68
4,12
60,00
sim6c
23,70
1,58
2,22
26,22
3,00
4,8
50,00
sim6d
23,64
1,58
2,22
16,16
1,88
5,92
40,00
Tabel 5 : Samenvatting van de simulaties met verschillend opgelegd massadebiet (mechanische RWA)
45
Alles wordt duidelijker indien de temperaturen op een afstand van 0,7 m onder het dak bekeken worden (zie onderstaande figuren) :
Figuur 37 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een afstand van 0,7 m onder het dak (linker figuur : sim6b – midden figuur : sim6c – rechter figuur : sim6d)
Ook hier wijzen de groene zones op een lagere temperatuur in de rooklaag. Uit deze figuren is duidelijk af te leiden dat de plug-holing afhankelijk is van de combinatie van het extractiedebiet en de rooklaagdikte. Eveneens is het logisch dat de plug-holing plaatsvindt ter plaatse van de extractiepunten in de hoeken van het compartiment. Zoals vermeld in § 3.2.3 (zie Figuur 25) is de rooklaagdikte tussen een opening en de wand kleiner dan op een locatie verder weg van de rand. De extractiepunten in de hoeken zijn dus gevoeliger voor plug-holing. Indien simulaties met mechanische RWA uitgevoerd worden om een correcte rookvrije hoogte te bepalen, is het dus best om de extractiepunten niet aan te brengen in de nabijheid van de hoeken van het compartiment. Een locatie tussen een warmtebron (vuurhaard of opening in een tussenvloer) en wanden dient eveneens vermeden te worden.
4.1.3 Conclusies mechanische RWA Indien simulaties uitgevoerd worden met mechanische RWA teneinde de rookvrije hoogte te bepalen, dient zeker rekening gehouden te worden met onderstaande : 1) Een goede locatie van de extractiepunten is essentieel. Er worden best geen extractiepunten geplaatst tussen een warmtebron (vuurhaard of opening in tussenvloer) en de wanden aangezien hierdoor plug-holing kan veroorzaakt worden. 2) Het opgelegde massadebiet mag niet te groot zijn en de dikte van de rooklaag mag niet te klein zijn. 3) De grid size van de simulatie dient fijn genoeg te zijn om de inmenging van lucht voldoende te kunnen simuleren. Het bepalen van deze “optimale” grid size is echter niet éénduidig. Alles hangt af van de geometrie van het compartiment waardoor de invloed van de grid size niet op voorhand kan vastgelegd worden. Het is duidelijk dat mechanische RWA een enorm grote invloed heeft op het stromingspatroon van de rookpluim en op het temperatuurprofiel in het compartiment (en dus ook op de rookvrije hoogte). Uit de resultaten van de simulaties weergegeven in Bijlage B, blijkt duidelijk dat er een enorme overschatting is van de rookvrije hoogte indien de empirische formules toegepast worden.
46
4.2 Natuurlijke RWA Aangezien mechanische RWA niet de meest optimale methode bleek om de simulaties uit te voeren, werd beroep gedaan op simulaties met natuurlijke RWA. Er zijn twee manieren om verschillende rookvrije hoogtes te bekomen, nl. de ventilatieopeningen in het dak vergroten of de hoogte van het compartiment verhogen. Bij de eerste manier dient rekening gehouden te worden met een voldoende dikke rooklaag teneinde plug-holing te vermijden, de tweede manier is daarom gemakkelijker toe te passen maar heeft langere rekentijden tot gevolg. Niet alle simulaties zullen opgenomen worden in deze thesis. Sommige zullen enkel gebruikt worden bij de evaluatie van de resultaten. De afwijkingen ten opzichte van de bekomen empirische formules zullen wel in de betreffende paragraaf weergegeven worden.
4.2.1 Invloed van de grid size De eerste simulaties met natuurlijke RWA werden uitgevoerd met een grid size van 20 x 20 x 20 cm. De afmetingen van het gebouw bedragen 28 x 20 m. De hoogte van het onderste compartiment bedraagt 3,8 m, deze van het bovenste compartiment varieert tussen 7,8 m en 15,8 m. In het dak worden 10 vierkante openingen (afmetingen : 1,2 x 1,2 m of 1,4 x 1,4 m) voorzien. Om een variatie in rookvrije hoogte te bekomen werd de hoogte van het bovenste compartiment vergroot. Dit resulteerde uiteraard in een langere simulatietijd (aantal rekencellen : 1.440.000 à 2.304.000; tijdsduur : ca. 2 dagen). Om de invloed van de grid size op de bekomen resultaten na te gaan, werd eveneens een simulatie uitgevoerd met een grid size van 10 x 10 x 10 cm (aantal rekencellen : 11.520.000; tijdsduur : ca. 3 weken). Het betreft onderstaande configuratie, nl. een tussenvloer waarin 2 openingen (lengte x breedte : 5 x 1 m) werden aangebracht. De korte zijde van de opening bevond zich dwars op de vuurhaard. De hoogte van het onderste compartiment bedroeg 3,8 m, deze van het bovenste 7,8 m.
Figuur 38 : Schematische weergave van de configuratie van de simulaties met natuurlijke RWA
47
De resultaten bekomen tijdens deze twee simulaties worden hieronder besproken. Indien over een “gewone” simulatie gesproken wordt, dan wordt hiermee de simulatie met grid size 20 x 20 x 20 cm bedoeld. Een “fijne” simulatie heeft dan weer betrekking op de simulatie met grid size 10 x 10 x 10 cm. In onderstaande figuren zijn de waarden (voor temperatuur en snelheid) uitgemiddeld over 20 seconden. Deze uitmiddeling is noodzakelijk om geen vertekend beeld te krijgen in geval van een momentopname.
Uit de analyse van de temperaturen, kan vastgesteld worden dat er nauwelijks verschillen zijn tussen beide simulaties. Bij beide simulaties werd een waarde van ca. 170 °C als grens vastgezet waardoor deze met elkaar kunnen vergeleken worden.
Figuur 39 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie)
Hetzelfde besluit kan genomen worden indien de verticale snelheid op dezelfde locatie bekeken wordt (zie onderstaande figuren).
Figuur 40 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie)
48
In onderstaande figuren zijn de vectorweergaven van de temperatuur weergegeven in geval van een “gewone” simulatie en een “fijne” simulatie. Het is hier eveneens duidelijk dat deze een vergelijkbaar gedrag vertonen, i.e. inmenging van lucht is in beide gevallen ongeveer hetzelfde en gering.
Figuur 41 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“gewone” simulatie)
Figuur 42 : Vectorweergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (“fijne” simulatie)
49
Wanneer de temperatuur op een hoogte van 1,6 m boven de opening bekeken wordt, dan kan besloten worden dat de “vorm” van de rookpluim in beide gevallen zeer gelijkaardig is.
Figuur 43 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,6 m boven de opening (linker figuur : “gewone” simulatie – rechter figuur : “fijne” simulatie)
De resultaten van de simulaties van bovenvermelde configuratie met grid size 20 x 20 x 20 cm (nat1) en 10 x 10 x 10 cm (nat1a) worden weergegeven in onderstaande tabel : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat1
5x5x250x0,8
29,20
1,61
2,19
24,90
2,77
5,03
54,10
nat1a
5x5x250x0,8
27,00
1,75
2,05
26,10
2,30
5,50
53,10
Tabel 6 : Vergelijking tussen de resultaten van een FDS-simulatie met 20x20x20 cm en 10x10x10 cm (natuurlijke RWA)
Net zoals bij de “fijne” simulatie met mechanische RWA is het massadebiet m1 doorheen de openingen kleiner en de rookvrije hoogte hoger in het onderste compartiment in geval van een “fijne” simulatie. Het is moeilijk om hieruit conclusies te trekken aangezien een “fijne” simulatie zal resulteren in hogere temperaturen ter plaatse van de vuurhaard, maar daarom nog niet in een betere inmenging van lucht in de rookpluim ter plaatse van de vuurhaard. Het stromingspatroon zal immers ook anders zijn bij een “fijne” simulatie. Voor bovenvermelde simulaties kan besloten worden dat de invloed van de grid size niet echt spectaculair groot is. Het enige dat opvalt, is dat het massadebiet m2 groter is terwijl de rookvrije hoogte lager is. Op zich is dit logisch, maar het houdt wel in dat de resultaten bekomen tijdens de “gewone” simulaties niet kunnen gebruikt worden voor de verificatie van de empirische formules aangezien in deze formules het massadebiet van de rookpluim evenredig is met de hoogte en uit de “fijne” simulatie blijkt dat de rookvrije hoogte lager is terwijl het massadebiet hoger is. De resultaten van deze simulaties, evenals de waarden bekomen met behulp van de empirische formules, zijn weergegeven in Bijlage C.
50
4.2.2 Oriëntatie van de opening ten opzichte van de vuurhaard Een rechthoekige opening kan met zijn lange of korte zijde dwars op de vuurhaard georiënteerd zijn. Verschillende simulaties werden uitgevoerd om na te gaan of deze verschillende oriëntatie een invloed heeft op de inmenging van lucht in de rookpluim in het bovenste compartiment. De resultaten bekomen tijdens deze simulaties worden hieronder besproken. In onderstaande figuren zijn de waarden (voor temperatuur en snelheid) uitgemiddeld over 20 seconden. Deze uitmiddeling is noodzakelijk om geen vertekend beeld te krijgen in geval van een momentopname. In de legende onder de figuren wordt vermeld over welke simulatie het gaat. De configuratie en de resultaten van de vernoemde simulaties zijn terug te vinden in de tabellen op het einde van deze paragraaf. De hierop volgende figuren hebben betrekking op openingen met een kleine lengte/breedteverhouding (afmetingen opening : 2,1 x 3 m). In simulatie “fijn9” zijn de openingen aangebracht met de lange zijde dwars op de vuurhaard, in simulatie “fijn9a” met de korte zijde dwars op de vuurhaard. Uit de analyse van de temperaturen, kan vastgesteld worden dat er bijna geen verschillen zijn tussen beide simulaties. Bij beide simulaties werd een waarde van ca. 175 °C als grens vastgezet waardoor deze met elkaar kunnen vergeleken worden.
Figuur 44 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
Hetzelfde besluit kan genomen worden indien de verticale snelheid op dezelfde locatie bekeken wordt (maximale snelheid linker afbeelding : 7,95 m/s – maximale snelheid rechter afbeelding : 8,4 m/s).
Figuur 45 Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
51
De vorm van de rookpluim op een hoogte van 1,5 m boven de opening wordt weergegeven in onderstaande figuren. Beide oriëntaties vertonen eenzelfde elliptische vorm.
Figuur 46 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
De hierop volgende figuren hebben betrekking op openingen met een grotere lengte/breedteverhouding (afmetingen opening : 1,5 x 5,4 m). In simulatie “fijn5” zijn de openingen aangebracht met de lange zijde dwars op de vuurhaard, in simulatie “fijn5a” met de korte zijde dwars op de vuurhaard.
Uit de analyse van de temperaturen, kan vastgesteld worden dat er bijna geen verschillen zijn tussen beide simulaties. Bij beide simulaties werd een waarde van ca. 160 °C als grens vastgezet waardoor deze met elkaar kunnen vergeleken worden.
Figuur 47 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a)
52
Er zijn echter wel grote verschillen vast te stellen in de snelheidsprofielen (zie onderstaande figuren). Bij de simulatie met de korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard (rechter figuur) bevindt de maximale verticale snelheid niet centraal in de rookpluim, maar aan de korte zijde die zich dicht bij de vuurhaard bevindt. Dit wil dus zeggen dat de snelheid in het midden van de rookpluim niet verticaal zal zijn, maar eerder onder een hoek ten opzichte van de verticale. Dit fenomeen wordt verderop besproken. De maximale snelheid bedroeg in de linker afbeelding 6,05 m/s, deze in de rechterafbeelding 5,70 m/s.
Figuur 48 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a)
De vorm van de rookpluim op een hoogte van 1,5 m boven de opening wordt weergegeven in onderstaande figuren. Beide oriëntaties van de openingen vertonen eenzelfde rechthoekige/elliptische vorm.
Figuur 49 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn5 – rechter figuur : fijn5a)
In onderstaande figuren wordt de invloed van de afstand tot de vuurhaard besproken. Het betreft simulaties van één opening met afmetingen 2 x 4 m. De resultaten van deze simulaties zijn niet opgenomen in deze thesis aangezien het simulaties betrof van een klein compartiment, waarbij de interactie tussen de openingen en de wanden van het compartiment te groot was om van “bruikbare” resultaten te spreken. Het gedrag van deze rookpluimen is echter wel belangrijk aangezien het bovenstaande “vormen” van de rookpluimen verklaart. In onderstaande figuur bevindt de vuurhaard zich aan de “rechterzijde” van de rookpluim en is de korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd.
53
In onderstaande figuur is al snel duidelijk dat de snelheid van de ceiling jet in het onderliggende compartiment een grote invloed heeft op het snelheidsprofiel van de rookpluim. De rookpluim wordt als het ware “weggeduwd” waardoor de rookpluim zich niet meer boven de opening bevindt. Ook kan opgemerkt worden dat de inmenging van lucht nu volledig anders is (geen uniforme inmenging van lucht langs de volledige omtrek). De luchtstroom passeert als het ware de rookpluim waarbij er “achteraan” (in de figuur : aan de “linkerzijde” van de pluim) geen enkele inmenging van lucht plaatsvindt. Dit is duidelijk waar te nemen aan de hand van de richting van de vectoren.
Figuur 50 : Vectorweergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,7 m boven de opening (korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard)
De vorm van de rookpluim heeft nog min of meer een elliptische vorm, maar is nu aan de ene zijde “korter en dikker” (zijde dichtst bij de vuurhaard) en aan de andere zijde “langer en smaller”.
Figuur 51 Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede boven de opening (korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard - linker figuur : op een hoogte van 1,7 m – rechter figuur : op een hoogte van 2,7 m)
54
Wanneer de lange zijde zich dwars op de vuurhaard bevindt, is een soortgelijk gedrag als hierboven beschreven, vast te stellen. Het grote verschil met de vorige configuratie is dat de invloed van de ceiling jet zich enkel in de hoeken van de opening manifesteert en enkel daar de rookpluim “wegduwt”. Ook hier is er geen inmenging van lucht over de volledige omtrek van de rookpluim zoals kan opgemerkt worden in de vectorweergave van de temperatuur.
Figuur 52 : Vectorweergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,7 m boven de opening (lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard)
De vorm van de rookpluim heeft geen rechthoekige-elliptische vorm meer (zie figuur 49), maar eerder een “banaanachtige” vorm zoals weergegeven in onderstaande figuren:
Figuur 53 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede boven de opening (lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard - linker figuur : op een hoogte van 1,7 m – rechter figuur : op een hoogte van 2,7 m)
55
De resultaten bekomen tijdens de simulaties waar zowel de korte als de lange zijde dwars georiënteerd was ten opzichte van de vuurhaard worden hieronder weergegeven. Tevens wordt de afstand van de rand van de opening tot de as van de vuurhaard vermeld, daar deze afstand een invloed heeft op de inmenging van lucht in de rookpluim (zie hierboven). Indien in onderstaande tabellen “kort” in de kolom van “oriëntatie” staat, dan wil dit zeggen dat de opening met zijn korte zijde dwars op de vuurhaard georiënteerd is. Onderstaande afkortingen zullen in de tabellen toegepast worden : H1 : hoogte onderste compartiment H2 : hoogte bovenste compartiment R : afstand van de opening tot de as van de vuurhaard Av,1 : oppervlakte van de openingen in de tussenvloer m1 : massadebiet rookpluim doorheen de openingen Y1,FDS : rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie db1 : dikte rooklaag in het onderste compartiment : bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment m2 Y2,He : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen met de methode van He db2 : dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment mtotaal : massadebiet rookpluim doorheen het dak De configuraties van de simulaties met grid size 20 x 20 x 20 cm zijn hieronder weergeven : vermogen (kW)
H1 (m²)
H2 (m)
R (m)
oriëntatie
Av,1 (m²)
nat1b
5x5x250x0,8
3,8
7,8
5,5
kort
2x1x5
nat1c
5x5x250x0,8
3,8
7,8
7,5
lang
2x1x5
nat1g
5x5x250x0,8
3,8
15,8
5,5
kort
2x1x5
nat1h
5x5x250x0,8
3,8
15,8
7,5
lang
2x1x5
Tabel 7 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 20x20x20 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening
De resultaten bekomen tijdens deze FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat1b
29,2
1,59
2,21
25,2
2,80
5,00
54,40
nat1c
29,3
1,60
2,20
25,9
2,46
5,34
55,20
nat1g
29,2
1,59
2,21
43,7
5,55
10,25
72,90
nat1h
29,3
1,61
2,19
43,8
5,21
10,59
73,10
Tabel 8 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 20x20x20 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening
56
De configuraties van de simulaties met grid size 15 x 15 x 15 cm zijn hieronder weergeven : vermogen (kW)
H1 (m²)
H2 (m)
R (m)
oriëntatie
Av,1 (m²)
fijn5
5x5x200x0,8
5,85
9,90
13,35
lang
1,5x5,4
fijn5a
5x5x200x0,8
5,85
9,90
9,60
kort
1,5x5,4
fijn8
6x6x250x0,8
5,85
9,90
5,55
lang
2x1,5x4,05
fijn8a
6x6x250x0,8
5,85
9,90
3,45
kort
2x1,5x4,05
fijn9
6x6x250x0,8
5,85
9,90
4,95
lang
2x2,1x3
fijn9a
6x6x250x0,8
5,85
9,90
4,05
kort
2x2,1x3
Tabel 9 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening
De resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn5
27,99
3,56
3,56
37,56
4,88
5,02
64,48
fijn5a
27,83
3,57
3,57
36,25
5,08
4,82
64,00
fijn8
41,83
2,33
3,52
40,90
3,59
6,31
82,90
fijn8a
41,64
2,33
3,52
40,95
3,87
6,03
82,46
fijn9
42,11
2,35
3,50
39,68
3,80
6,10
81,66
fijn9a
42,14
2,37
3,48
39,50
3,88
6,02
81,65
Tabel 10 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de oriëntatie van de opening
Uit bovenstaande tabellen blijkt dat de rookvrije hoogte lager is en het massadebiet meestal groter is indien de lange zijde van de opening dwars ten opzichte van de vuurhaard georiënteerd is. Derhalve zullen bij de bepaling van de empirische constanten A en B (zie § 2.3.3.) enkel de simulaties gebruikt worden waarbij de lange zijde van de opening dwars ten opzichte van de vuurhaard georiënteerd was. Deze aanname is dus conservatief aangezien het massadebiet overschat zal worden en de rookvrije hoogte onderschat zal worden indien de korte zijde van de opening zich het dichtst bij de vuurhaard zou bevinden.
57
Ter info : Wanneer het temperatuurprofiel bekeken worden, blijkt dit verschillend te zijn in geval van één of meerdere openingen in de tussenvloer, zoals weergegeven in onderstaande grafieken :
Temperatuurprofiel
140 120 100 80 60 40 20 0
Temperatuur (°C)
Temperatuur (°C)
Temperatuurprofiel 140 120 100 80 60 40 20 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Hoogte (m)
Hoogte (m)
Figuur 54 : Temperatuurprofiel simulatie fijn5a (linker grafiek – één opening in de tussenvloer) en fijn9a (rechter grafiek – twee openingen in de tussenvloer) – invloed van het aantal openingen in de tussenvloer
In geval van één opening in de tussenvloer is een bijkomende “knik” in het temperatuurprofiel merkbaar. Dit fenomeen is minder uitgesproken in geval van meerdere openingen. Deze bijkomende knik wijst op een hogere temperatuur net onder het plafond en toont aan dat er geen uniforme temperatuur in de rooklaag heerst. Er kan dus geconcludeerd worden dat de temperatuur in de rooklaag meer uniform is in geval van meerdere openingen in de tussenvloer. Waarschijnlijk is dit te verklaren door een beter “verdeelde” toestroom uit het onderste compartiment waardoor de rooklaag in het bovenste compartiment beter “gemengd” wordt in tegenstelling tot een “gecentreerde” toestroom.
4.2.3 Invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening Tijdens onderstaande simulaties (grid size 15 x 15 x 15 cm) werden openingen met een verschillende lengte/breedte-verhouding aangebracht. De oppervlakte van de openingen werd zoveel mogelijk dezelfde gehouden. De afmetingen van het gebouw bedragen 28 x 20 m. De hoogte van het onderste compartiment bedraagt 5,85 m, deze van het bovenste compartiment 9,9 m. Tijdens de simulaties was de lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd. Onderstaande afkortingen zullen in de volgende tabel toegepast worden : A : oppervlakte van één opening in de tussenvloer P : omtrek van één opening in de tussenvloer Ai,1 : oppervlakte inlaatopening onderste compartiment Av,1 : oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment Ai,2 : oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment Av,2 : oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment
58
De configuraties van deze simulaties zijn hieronder weergeven : vermogen (kW)
A (m²)
P (m)
Ai,1 (m²)
Av,1 (m²)
Ai,2 (m²)
Av,2 (m²)
fijn7
6x6x250x0,8
6,30
14,10
49,68
2x1,05x6
49,68
22,50
fijn8
6x6x250x0,8
6,08
11,10
49,68
2x1,5x4,05
49,68
22,50
fijn9
6x6x250x0,8
6,30
10,20
49,68
2x2,1x3
49,68
22,50
fijn10
6x6x250x0,8
6,50
10,20
49,68
2x2,55x2,55
49,68
22,50
fijn11
3x3x250x0,8
3,15
8,10
49,68
2x1,05x3
49,68
14,40
fijn12
3x3x250x0,8
3,24
7,80
49,68
2x1,2x2,7
49,68
14,40
fijn13
3x3x250x0,8
3,24
7,20
49,68
2x1,8x1,8
49,68
14,40
Tabel 11 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening
Onderstaande afkortingen zullen in de volgende tabel toegepast worden : m1 : massadebiet rookpluim doorheen de openingen Y1,FDS : rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie db1 : dikte rooklaag in het onderste compartiment m2 : bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment Y2,FDS : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie db2 : dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment mtotaal : massadebiet rookpluim doorheen het dak De resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn7
43,55
2,46
3,39
45,10
3,00
6,90
88,70
fijn8
41,83
2,33
3,52
40,90
3,63
6,27
82,90
fijn9
42,11
2,35
3,50
39,68
3,84
6,06
81,66
fijn10
42,87
2,39
3,46
39,51
3,82
6,08
82,22
fijn11
18,10
3,14
2,71
22,77
4,77
5,13
40,85
fijn12
18,23
3,18
2,67
22,43
4,80
5,10
40,70
fijn13
17,96
3,15
2,70
22,71
4,92
4,98
40,72
Tabel 12 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de lengte/breedte-verhouding van de opening
Uit bovenvermelde tabel is duidelijk af te leiden dat het massadebiet van de rookpluim (en bijhorende rookvrije hoogte) bij openingen met dezelfde omtrek zeer gelijkaardig is. De lengte/breedte-verhouding heeft bij deze simulaties geen invloed op de inmenging van lucht. Er dient wel opgemerkt te worden dat de minimale afmeting van de opening ca. 1,05 m is. Het is evident dat de lengte/breedte-verhouding bij “kleinere” openingen wel een rol kan spelen. Dit wordt echter niet in deze thesis onderzocht.
59
4.2.4 Positie inlaatopening en vuurhaard Bij de uitgevoerde simulaties werd een uniforme toevoer van verse lucht voorzien langs beide zijden van het compartiment waarbij de vuurhaard zich in het midden van het compartiment bevond. De invloed van een andere positie van zowel de inlaatopening (zowel in het onderste als het bovenste compartiment) als de vuurhaard op de inmenging van lucht in de rookpluim wordt onderzocht tijdens onderstaande simulaties. De basisconfiguratie van de simulatie is deze beschreven in § 6.2., i.e. het uitgewerkt voorbeeld. Volgende configuraties werden bekeken : 1) Simulatie fijn1 (basisconfiguratie) De vuurhaard bevindt zich in het midden en er is luchttoevoer langs beide zijden van zowel het onderste als het bovenste compartiment. 2) Simulatie fijn1a Idem als simulatie fijn1, maar in het onderste compartiment is er slechts luchttoevoer langs 1 zijde, waarbij de totale oppervlakte van de inlaatopening dezelfde blijft. 3) Simulatie fijn1b Idem als simulatie fijn1, maar in het bovenste compartiment is er slechts luchttoevoer langs 1 zijde, waarbij de totale oppervlakte van de inlaatopening dezelfde blijft. 4) Simulatie fijn1c Idem als simulatie fijn1a, maar de vuurhaard staat tegen een wand van het compartiment. 5) Simulatie fijn1d Idem als simulatie fijn1a, maar de vuurhaard staat in een hoek van het compartiment. De configuraties van deze simulaties (grid size 15 x 15 x 15 cm) zijn hieronder weergeven : positie vuurhaard
vermogen (kW)
Ai,1 (m²)
Av,1 (m²)
Ai,2 (m²)
Av,2 (m²)
fijn1
centraal
6x6x250x0,8
2 x 24,84
13,5
2 x 24,84
22,5
fijn1a
centraal
6x6x250x0,8
1 x 49,68
13,5
2 x 24,84
22,5
fijn1b
centraal
6x6x250x0,8
2 x 24,84
13,5
1 x 49,68
22,5
fijn1c
wand
6x6x250x0,8
1 x 49,68
13,5
2 x 24,84
22,5
fijn1d
hoek
6x6x250x0,8
1 x 49,68
13,5
2 x 24,84
22,5
Tabel 13 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard
Met Ai,1 Av,1 Ai,2 Av,2
: oppervlakte inlaatopening onderste compartiment : oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment : oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment : oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment
60
De resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn1
44,20
2,44
3,41
41,90
3,22
6,68
86,31
fijn1a
43,19
2,20
3,65
47,62
2,67
7,23
90,91
fijn1b
44,31
2,46
3,39
43,46
3,06
6,84
87,80
fijn1c
42,87
2,18
3,67
48,80
2,73
7,17
91,42
fijn1d
41,91
2,79
3,06
47,22
2,84
7,06
89,07
Tabel 14 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard
Met m1 Y1,FDS db1 m2 Y2,FDS db2 mtotaal
: : : : : : :
massadebiet rookpluim doorheen de openingen rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie dikte rooklaag in het onderste compartiment bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment massadebiet rookpluim doorheen het dak
Uit bovenvermelde tabel kunnen enkele (voorzichtige) conclusies getrokken worden : 1) Er is weinig verschil in het massadebiet doorheen de tussenvloer indien er slechts één inlaatopening in het onderste compartiment gebruikt wordt, of indien de vuurhaard tegen de wand of in de hoek geplaatst wordt. 2) Wat wel opvalt is de enorme toename in het massadebiet m2 indien er in het onderste compartiment slechts één inlaatopening is. 3) Indien de luchttoevoer slechts langs 1 zijde plaatsvindt in het bovenste compartiment, wordt een (geringe) hogere waarde bekomen voor m2. Logischerwijze zou hieruit volgen dat de rookvrije hoogte eveneens hoger zou zijn, maar dit blijkt niet zo te zijn, het verschil is miniem. Bovendien is het massadebiet m2 in geval van één inlaatopening groter dan in geval van twee inlaatopeningen. 4) Er is weinig invloed op het totale massadebiet doorheen de openingen in het dak.
61
4.2.5 Opening in tussenvloer tegen de wand Twee simulaties werden uitgevoerd waarbij de openingen in de tussenvloer zich tegen de wand bevonden. De lange zijde van de opening was dwars ten opzichte van de vuurhaard georiënteerd. Een samenvatting van de configuratie van deze twee simulaties wordt weergegeven in onderstaande tabel. De resultaten bekomen voor dezelfde openingen maar op een afstand van de wand zijn eveneens opgenomen : positie opening
vermogen (kW)
Ai,1 (m²)
Av,1 (m²)
Ai,2 (m²)
Av,2 (m²)
fijn7
vrij
6x6x250x0,8
49,68
2x1,05x6
49,68
22,5
fijn7a
wand
6x6x250x0,8
49,68
2x1,05x6
49,68
22,5
fijn9
vrij
6x6x250x0,8
49,68
2x2,1x3
49,68
22,5
fijn9b
wand
6x6x250x0,8
49,68
2x2,1x3
49,68
22,5
Tabel 15 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – opening in de tussenvloer tegen de wand
Met Ai,1 Av,1 Ai,2 Av,2
: oppervlakte inlaatopening onderste compartiment : oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment : oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment : oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment
In eerste instantie worden de resultaten besproken voor twee openingen met afmetingen van 1,05 x 6 m (simulaties fijn7 en fijn7a). Uit de analyse van de temperaturen, kan vastgesteld worden dat er bijna geen verschillen zijn tussen beide simulaties. Bij beide simulaties werd een waarde van ca. 180 °C als grens vastgezet waardoor deze met elkaar kunnen vergeleken worden.
Figuur 55 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a)
62
Bij de verticale snelheid daarentegen is wel een duidelijk verschil merkbaar. In de linker afbeelding (vrije opening) bedraagt de maximale snelheid 6,1 m/s, in de rechter afbeelding (opening tegen wand) bedraagt deze 7,8 m/s.
Figuur 56 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a)
De vorm van de rookpluim op een hoogte van 1,5 m boven de opening wordt weergegeven in onderstaande figuren. Er kan onmiddellijk vastgesteld worden dat de vorm van de vrije rookpluim geen spiegelbeeld is van de rookpluim ter plaatse van de wand. Het lijkt alsof de uiteinden van de rookpluim ter plaatse van de wand “uitgesmeerd” worden. Tevens kan een “deuk” in het midden van de rand van de opening vastgesteld worden.
Figuur 57 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 1,5 m boven de opening (linker figuur : fijn7 – rechter figuur : fijn7a)
Vervolgens worden de resultaten besproken voor de openingen met afmetingen van 2,1 x 3 m (simulaties fijn9 en fijn9a). Uit de analyse van de temperaturen blijkt een groot verschil tussen beide configuraties. In de linker afbeelding (vrije opening) werd een grens van 175 °C in de figuur aangebracht, in de rechter afbeelding (opening tegen wand) bedroeg deze grens 225 °C. De temperaturen ter plaatse van de opening zijn dus veel groter indien de opening tegen de wand geplaatst wordt.
Figuur 58 : Weergave van de temperatuur - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
63
Hetzelfde patroon wordt vastgesteld uit de analyse van de verticale snelheid. In de linker afbeelding (vrije opening) bedraagt de maximale snelheid 7,4 m/s, in de rechter afbeelding (opening tegen wand) bedraagt deze 10 m/s.
Figuur 59 : Weergave van de verticale snelheid - verticale doorsnede in het midden van de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
De vorm van de rookpluim op een hoogte van 2,7 m boven de opening wordt weergegeven in onderstaande figuren. Bij de opening tegen de wand lijkt het opnieuw alsof de rookpluim ter plaatse van de wand “uitgesmeerd” wordt. De bijkomende “deuk” in het midden van de rand is hier niet aanwezig.
Figuur 60 : Weergave van de temperatuur – horizontale doorsnede op een hoogte van 2,7 m boven de opening (linker figuur : fijn9 – rechter figuur : fijn9a)
De resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn7
43,55
2,46
3,39
45,10
2,83
7,07
88,70
fijn7a
41,26
2,30
3,55
35,64
4,18
5,72
76,85
fijn9
42,11
2,35
3,50
39,68
3,80
6,10
81,66
fijn9b
33,11
1,77
4,08
39,38
4,89
5,01
72,49
Tabel 16 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – invloed van de positie van de inlaatopening en de vuurhaard
64
Met m1 Y1,FDS db1 m2 Y2,He db2 mtotaal
: : : : : : :
massadebiet rookpluim doorheen de openingen rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie dikte rooklaag in het onderste compartiment bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment massadebiet rookpluim doorheen het dak
De afwijkingen ten opzichte van de empirische formule voor de “perimeter plume” zijn hieronder weergegeven : m2 (kg/s)
m2,pp (kg/s)
m2,pp % (%)
Y2,He (m)
Y2,pp (m)
Y2,pp % (%)
fijn7a
35,64
63,24
+ 44
4,18
2,45
- 71
fijn9b
39,38
52,97
+ 26
4,89
3,72
- 31
Tabel 17 : Procentuele afwijking van de empirische formule ten opzichte van de resultaten van de FDS-simulaties – opening in de tussenvloer tegen de wand
Met m2 m2,pp
: :
m2,pp % : Y2,He : Y2,pp
:
Y2, pp % :
bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment massadebiet bekomen met de empirische formule voor de “perimeter plume” op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) procentuele afwijking van mpp ten opzichte van m2 rookvrije hoogte in het bovenste compartiment berekend met de methode van He rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de “perimeter plume” procentuele afwijking van Y2,pp ten opzichte van Y2,He
Het is al snel duidelijk dat de formule voor de “perimeter” plume in dergelijke situatie niet toepasbaar is. Het stromingspatroon van de rookpluim kan derhalve niet vergeleken worden met dat van een “vrije” rookpluim. Een ander belangrijke vaststelling is de (enorme) daling van de rookvrije hoogte in het onderste compartiment. Verder onderzoek naar het gedrag van rookpluimen doorheen openingen tegen een wand is dan ook aangewezen aangezien deze een invloed hebben op zowel het onderste als het bovenste compartiment. Tijdens de simulaties met de “vrije” rookpluim (fijn 7 en fijn 9) bedroeg de afstand van de opening tot de rand ca. 4 m. Een opening die dichter bij de wand geplaatst wordt, zal aldus een gedrag vertonen dat tussen deze van een “vrije” rookpluim en een rookpluim tegen de wand ligt.
65
4.2.6 Temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment Tijdens bovenvermelde simulaties varieerde de temperatuur in de rooklaag tussen de 150 °C en 200 °C. Bijkomende simulaties (grid size 15 x 15 x 15 cm) werden uitgevoerd waarbij de temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment ca. 110 °C bedroeg. De afmetingen van het gebouw bedragen 28 x 20 m. De hoogte van het onderste compartiment bedraagt 5,85 m, deze van het bovenste compartiment 9,9 m. In de tussenvloer worden vier vierkante openingen (afmetingen : 1,05 x 1,05 m) aangebracht. De configuraties van deze simulaties zijn hieronder weergeven : vermogen (kW)
A (m²)
P (m)
Ai,1 (m²)
Av,1 (m²)
Ai,2 (m²)
Av,2 (m²)
fijn11
3x3x250x0,8
3,15
8,10
49,68
2x1,05x3
49,68
14,40
fijn12
3x3x250x0,8
3,24
7,80
49,68
2x1,2x2,7
49,68
14,40
fijn13
3x3x250x0,8
3,24
7,20
49,68
2x1,8x1,8
49,68
14,40
Tabel 18 : Configuratie van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment
Onderstaande afkortingen zullen in de volgende tabel toegepast worden : A : oppervlakte van één opening in de tussenvloer P : omtrek van één opening in de tussenvloer Ai,1 : oppervlakte inlaatopening onderste compartiment Av,1 : oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment Ai,2 : oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment Av,2 : oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment De resultaten bekomen tijdens de FDS-simulaties worden hieronder weergegeven : m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,He (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn11
18,10
3,14
2,71
22,77
5,03
4,87
40,85
fijn12
18,23
3,18
2,67
22,43
5,02
4,88
40,70
fijn13
17,96
3,15
2,70
22,71
5,03
4,87
40,72
Tabel 19 : Resultaten van de simulaties (celgrootte : 15x15x15 cm) – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment
Met m1 Y1,FDS db1 m2 Y2,He db2 mtotaal
: : : : : : :
massadebiet rookpluim doorheen de openingen rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie dikte rooklaag in het onderste compartiment bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen met de methode van He dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment massadebiet rookpluim doorheen het dak
66
De resultaten bekomen met behulp van de empirische formules zijn hieronder weergegeven : m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
fijn11
22,77
27,86
28,21
5,03
4,02
4,09
fijn12
22,43
26,62
27,08
5,02
4,36
4,19
fijn13
22,71
27,74
24,97
5,03
4,30
4,59
Tabel 20 : Resultaten bekomen met de empirische formules – lagere temperatuur in de rooklaag van het onderste compartiment
Met m2 m2,al
: :
m2,pp
:
Y2,He
:
Y2,al
:
Y2,pp
:
bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment massadebiet bekomen met de empirische formule voor de axisymmetrische lijnpluim op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) massadebiet bekomen met de empirische formule voor de “perimeter plume” op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) rookvrije hoogte in het bovenste compartiment berekend met de methode van He rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de axisymmetrische lijnpluim rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de “perimeter plume”
Bij beide formules is er een overschatting van het massadebiet en een onderschatting van de rookvrije hoogte. Er kan wel opgemerkt worden dat de formule voor de “perimeter plume” “beter” wordt naarmate de lengte/breedte-verhouding kleiner wordt.
4.2.7 Conclusies simulaties natuurlijke RWA De invloed van een kleinere celgrootte op de inmenging van lucht in de rookpluim in het bovenste compartiment is vergelijkbaar met de resultaten bekomen bij mechanische RWA, nl. een geringe toename in het massadebiet en een afname in rookvrije hoogte in het bovenste compartiment. Het grote verschil met mechanische RWA is dat de inmenging van lucht bij de simulaties met natuurlijke RWA (met verschillende grid size) gelijkaardig is. Er kan dus besloten worden dat het massadebiet in het bovenste compartiment goed gesimuleerd wordt met een grid size van 20 x 20 x 20 cm, maar dat de rookvrije hoogte overschat wordt.
67
Tijdens de simulaties met natuurlijke RWA werden onderstaande vaststellingen gedaan : 1) Er is minder inmenging van lucht in de rookpluim in het bovenste compartiment indien de korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd is of indien de afstand van de opening tot de as van de vuurhaard kleiner is. 2) Er is geen merkbaar verschil vast te stellen bij de inmenging van lucht in een rookpluim indien de openingen een verschillende lengte/breedte-verhouding hebben. Het is eerder de omtrek van de openingen die de inmenging van lucht kwantificeert. 3) Indien een opening tegen een wand aangebracht is, wordt een volledig anders stromingspatroon gecreëerd. De formule voor de “perimeter plume” is aldus in dergelijke situatie niet bruikbaar. Desalniettemin is de formule opnieuw conservatief, want het massadebiet wordt overschat en de rookvrije hoogte wordt onderschat. 4) Bij lagere temperaturen van de rooklaag in het onderste compartiment (en dus ook een kleiner densiteitsverschil => minder buoyancy) wordt het massadebiet van de rookpluim in het bovenste compartiment overschat en de rookvrije hoogte onderschat. Ook hier zijn de empirische formules dus opnieuw conservatief.
Voor de bepaling van de ontbrekende empirische constanten in de formule voor het massadebiet van de “perimeter plume” (zie § 2.3.3), worden de simulaties vermeld in Bijlage D gebruikt. Het betreft simulaties waarbij de lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd is en de openingen “ver” genoeg van de vuurhaard verwijderd zijn. Indien de korte zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd is of indien de afstand van de rand van de opening tot de vuurhaard klein is, wordt immers een lager massadebiet en een hogere rookvrije hoogte bekomen. Op die manier zullen beide empirische formules conservatief zijn daar er in praktijk niet geweten is welke oriëntatie de opening zal aannemen ten opzichte van de vuurhaard en op welke afstand de vuurhaard zich van de opening zal bevinden. Er dient wel opgemerkt te worden dat er toch voldoende afstand dient te zijn tussen de opening en de vuurhaard. Indien deze laatste zich zeer dichtbij of onder de opening bevindt, is de invloed van de vuurhaard te groot en kan een ander stromingspatroon van de rookpluim bekomen worden. De invloed van een zeer kleine afstand tussen de opening en de vuurhaard werd in deze thesis niet onderzocht.
68
5
Vergelijking van de resultaten bekomen met de empirische formules
In onderstaande paragrafen worden de afwijkingen van de empirische formules, beschreven in § 2.3.2 en § 2.3.3, ten opzichte van de resultaten bekomen uit de FDS-simulaties, weergegeven. Zoals vermeld in Hoofdstuk 4 worden enkel de resultaten van de simulaties met natuurlijke RWA bekeken. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen de resultaten bekomen met een grid size van 20 x 20 x 20 cm en deze van 15 x 15 x 15 cm.
5.1 Celgrootte 20 x 20 x 20 cm Een samenvatting van alle uitgevoerde simulaties met een celgrootte van 20 x 20 x 20 cm is weergegeven in Bijlage C. De afwijkingen van de resultaten bekomen door middel van de empirische formules ten opzichte van deze bekomen tijdens de simulaties (massadebiet uit FDS; rookvrije hoogte berekend volgens de methode van He) worden weergegeven in onderstaande grafieken :
Mass flow (massadebiet) 30
% afwijking
20 10 0 -10 -20 -30
axisymmetric lineplume
perimeter plume
max %
10
-2
min %
-19
-27
mean %
-1
-12
69
Smoke-free height (Rookvrije hoogte) 30
% afwijking
20 10 0 -10 -20 -30
axisymmetric lineplume
perimeter plume
max %
18
21
min %
-13
2
1
10
mean %
Figuur 61 : Procentuele vergelijking tussen de empirische formules en de waarden uit FDS (celgrootte 20x20x20 cm)
De simulaties van de configuraties met de openingen met afmetingen 1 x 5 m en 1 x 4 m zijn niet opgenomen in bovenvermelde grafieken aangezien de korte zijde van de opening dwars ten opzichte van de vuurhaard georiënteerd was. Het massadebiet werd bij die simulaties overschat en de rookvrije hoogte onderschat zoals beschreven in § 4.2.7.
Uit bovenstaande grafieken zou geconcludeerd kunnen worden dat de formule voor de axisymmetrische lijnpluim “beter” is dan deze voor de “perimeter plume”. Aangezien het wegens tijdsgebrek niet mogelijk was om nog een bijkomende simulatie met een grid size van 10 x 10 x 10 cm uit te voeren (tijdsduur : ca. 3 weken), werden drie bijkomende simulaties uitgevoerd met een grid size van 15 x 15 x 15 cm. De resultaten van deze drie simulaties zijn terug te vinden in Bijlage D (simulaties “fijn 14”, “fijn14a” en ”fijn15”). Uit deze simulaties blijkt dat het verschil tussen de resultaten bekomen voor beide formules minder uitgesproken is voor een grid size van 15 x 15 x 15 cm dan voor een grid size van 20 x 20 x 20 cm. Het is dus moeilijk om een definitieve conclusie te trekken enkel en alleen op basis van de simulaties met grid size 20 x 20 x 20 cm.
70
5.2 Celgrootte 15 x 15 x 15 cm Een samenvatting van alle uitgevoerde simulaties met een celgrootte van 15 x 15 x 15 cm wordt weergegeven in Bijlage D. De afwijkingen van de resultaten bekomen door middel van de empirische formules ten opzichte van deze bekomen tijdens de simulaties (massadebiet uit FDS; rookvrije hoogte berekend volgens de methode van He) worden weergegeven in onderstaande grafieken :
% afwijking
Mass flow (Massadebiet) 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40
axisymmetric lineplume
perimeter plume
max %
15
11
min %
-26
-11
0
1
mean %
% afwijking
Smoke-free height (Rookvrije hoogte) 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40
axisymmetric lineplume
perimeter plume
max %
19
10
min %
-31
-11
mean %
-3
-1
Figuur 62 : Procentuele vergelijking tussen de empirische formules en de waarden uit FDS (celgrootte 15x15x15 cm)
Uit bovenstaande grafieken is duidelijk af te leiden dat beide formules goede resultaten geven, waarbij de formule voor de “perimeter plume” de beste resultaten oplevert.
71
5.3 Conclusie De beste resultaten werden bekomen met de formule voor de “perimeter plume”. Deze formule kan dus beschouwd worden als de empirische formule voor het kwantificeren van de inmenging van lucht in rookpluimen door openingen in een tussenvloer. De formule is eveneens niet beperkt tot rechthoekige openingen, maar kan evengoed gebruikt worden voor vierkante openingen in de tussenvloer. Bij de toepassing van de empirische formule dient wel rekening gehouden te worden met onderstaande : • De dikte van de rooklaag in het onderste compartiment dient groot genoeg te zijn zodat plug-holing vermeden wordt. • De temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment is gelegen tussen 140 °C en 200 °C. Bij lagere temperaturen wordt het massadebiet in de rookpluim in het bovenste compartiment (in geringe mate) overschat en de rookvrije hoogte onderschat. Een “aanpassing” van de formule die hiermee rekening houdt, is een optie, maar werd in deze thesis niet verder onderzocht. • Het convectief vermogen dat door één opening gaat is gelegen tussen 1 MW en 4 MW. • De rookvrije hoogte is gelegen tussen 2 en 6 m. • De minimale afmeting van de opening bedraagt 1 m. De formules zijn dus van toepassing op “grote” openingen. De invloed van kleinere afmetingen op de inmenging van lucht in de rookpluim in het bovenste compartiment dient verder onderzocht te worden.
Opmerking : Er wordt bij de verificatie van de empirische formules verondersteld dat zowel de rookvrije hoogte (bepaald volgens de methode van He) en het massadebiet (bekomen uit de FDSsimulaties) “correct” zijn. De waarde voor de rookvrije hoogte werd echter bekomen door middel van één van de vele berekeningsmethodes die de rookvrije hoogte bepalen, de waarde van het massadebiet door middel van een simulatie. Het spreekt voor zich dat experimenten nodig zijn voor de validatie van de empirische formule.
72
6
Toepasbaarheid in de praktijk – gebruik van een manuele berekening
6.1 Inleiding Om lange en dure CFD-simulaties te vermijden, wordt in dit hoofdstuk het gebruik van een manuele berekening besproken. Aan de hand van deze berekening is het mogelijk om het totaal af te voeren rookdebiet te bepalen voor een gebouw dat voorzien is van een tussenvloer, waarin openingen aangebracht zijn. Een voorstel tot gebruik van dergelijke manuele berekening werd reeds behandeld in een vorige thesis [4]. In dit hoofdstuk wordt deze voorgestelde manuele berekening meer in detail uitgewerkt. Tenslotte wordt het gebruik van deze manuele berekening verduidelijkt aan de hand van een uitgewerkt voorbeeld en worden de bekomen resultaten getoetst aan de resultaten bekomen via een FDS-simulatie.
6.2 Manuele berekening De bepaling van de inmenging van lucht in rookpluimen doorheen (rechthoekige of vierkante) openingen in een tussenvloer gebeurt in 2 stappen: 1) het convectief vermogen en het massadebiet doorheen elke opening berekenen; 2) de inmenging van lucht in de rookpluim in het bovenste compartiment berekenen op basis van de empirische formule beschreven in § 2.3.2 of § 2.3.3. Hiermee kan het totaal massadebiet doorheen het dak evenals de rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bepaald worden.
Belangrijke opmerking : Bij de toepassing van de manuele berekening wordt geen rekening gehouden met bv. de oriëntatie van de openingen in de tussenvloer (lange of korte zijde van de opening dwars ten opzichte van de vuurhaard), de positie van de vuurhaard ten opzichte van de openingen in de tussenvloer, de positie van de openingen in de tussenvloer (tegen de wand of niet), etc. Zoals vermeld in Hoofdstuk 4, zal in laatstgenoemde gevallen een (lichte) overschatting van het massadebiet van de rookpluim in het bovenste compartiment berekend worden, waardoor de empirische formules conservatief kunnen beschouwd worden. Er wordt eveneens verondersteld dat de rooklaagdikte voldoende groot is opdat “plug-holing” vermeden wordt. Daarom dient deze manuele berekening niet blindelings gebruikt te worden. De gebruiker dient er zich immers van te vergewissen dat de bekomen rooklaagdikte, zowel in het onderste als het bovenste compartiment, voldoende groot moet zijn om het fenomeen van “plugholing” te vermijden.
73
6.2.1 Stap 1 – onderste compartiment De waarden die in deze stap noodzakelijk zijn om te kunnen overgaan naar de tweede stap zijn : •
het convectief vermogen doorheen elke opening ( Q& conv );
•
& 1 ) doorheen alle openingen in de tussenvloer. het totale massadebiet ( m
6.2.1.1 Convectief vermogen doorheen elke opening In eerste instantie dient het convectief vermogen van de vuurhaard bepaald te worden. Bij het vastleggen van een ontwerpbrand zijn de afmetingen van de vuurhaard (Af) evenals het brandvermogen per oppervlakte-eenheid ( Q& " ) gekende waarden. Na de bepaling van de stralingsverliezen (χr), wordt het totaal convectief vermogen berekend aan de hand van volgende formule :
Q& conv ,totaal = (1 − χ r ) * A f * Q& "
6-1
Op basis hiervan wordt het convectief vermogen doorheen elke opening bepaald. Hierbij wordt aangenomen dat het totale convectief vermogen van de vuurhaard pro rata de oppervlakte verdeeld wordt over de verschillende openingen. In geval van twee openingen met verschillende afmetingen, wordt het convectief vermogen doorheen de eerste opening (met oppervlakte A1) dus bepaald door het totale convectief vermogen van de vuurhaard te vermenigvuldigen met de verhouding van de oppervlakte van de eerste opening ten opzichte van de totale oppervlakte van beide openingen (oppervlakte A1 en A2). Deze “pro rata” aanname is gebaseerd op onderstaande redenering : De temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment (Tu,1) wordt bepaald door onderstaande vergelijking (in geval van adiabatische compartimentswanden):
Tu ,1 = T0 +
Q& conv ,totaal & 1 * c p ,air m
6-2
Aangezien de temperatuur van de rooklaag constant verondersteld wordt in de volledige rooklaag, dan volgt hieruit dat (met cp,air = 1 kJ/(kg*K)) :
Tu ,1 − To =
Q& conv ,1 Q& conv ,2 Q& conv ,1 + Q& conv ,2 = = & 1,1 & 1 ,2 & 1,1 + m & 1 ,2 m m m
6-3
met : Q& conv ,1 : het convectief vermogen doorheen opening 1 [kW]
Q& conv ,2 : het convectief vermogen doorheen opening 2 [kW] & 1,1 : het massadebiet doorheen opening 1 [kg/s] m & 1,2 : het massadebiet doorheen opening 2 [kg/s] m
74
Het convectief vermogen doorheen opening 1 wordt aldus :
Q& + Q& conv ,2 & 1,1 conv ,1 Q& conv ,1 = m m & 1 ,2 & 1 ,1 + m
& 1 ,1 m = (Q& conv ,1 + Q& conv ,2 ) * m & 1 ,2 & 1 ,1 + m
6-4
Indien aangenomen wordt dat het massadebiet evenredig door elke opening gaat, dan volgt hieruit tenslotte :
A1 & A1 = Qconv ,totaal Q& conv ,1 = (Q& conv ,1 + Q& conv ,2 ) * A1 + A2 A1 + A2
6-5
Deze laatste aanname is niet volledig correct indien de debietscoëfficiënten van de openingen significant verschillend zijn. Zo zal de “verdeling” van het massadebiet doorheen een heel smalle rechthoekige opening en een grote vierkante opening met bovenvermelde aanname niet correct bepaald worden. De hoeveelheid massa die door een opening kan, is - naast de temperatuur ook afhankelijk van de afmetingen van de opening en zijn bijhorende debietscoëfficiënt. Aangezien één van de afmetingen van de openingen in de tussenvloer tijdens de uitgevoerde simulaties minstens 1 m bedroeg, kan verondersteld worden dat de debietscoëfficiënten van de openingen in dezelfde grootte-orde zullen liggen en kan de “pro rata” aanname als aanvaardbaar beschouwd worden.
6.2.1.2 Totale massadebiet doorheen alle openingen in de tussenvloer & 1 ) doorheen alle openingen in de tussenvloer wordt bepaald aan de hand van Het massadebiet ( m onderstaande vergelijking. Deze vergelijking is gebaseerd op de formule in geval van natuurlijke RWA (zie ook § 1.1):
& 1 = ρ 0 * C v ,1 * Av ,1 m
2 * g * (H1 − Y1 ) * (Tu ,1 − T0 ) * T0 Tu2,1
C A + T0 * Tu ,1 * v ,1 v ,1 C i ,1 Ai ,1
2
6-6
De totale oppervlakte van de openingen in de tussenvloer (Av,1), de oppervlakte van de inlaatopening (Ai,1), de debietcoëfficiënten (Cv,1 en Ci,1), de omgevingstemperatuur (T0), de densiteit van de omgevingslucht (ρ0) en de hoogte van het compartiment (H1) zijn vastgelegde waarden. Het convectief vermogen van de vuurhaard Q& conv ,totaal wordt bepaald door vergelijking 6-1. De temperatuur van de rooklaag in het onderste compartiment (Tu,1) wordt berekend aan de hand van onderstaande vergelijking :
Tu ,1 = T0 +
Q& conv ,totaal & 1 * c p ,air m
75
& 1 en Y1, worden bekomen door een iteratieve De resterende onbekende waarden, i.e. m berekening uit te voeren waarbij m1 gelijk is aan het massadebiet van de vuurhaard op een hoogte Y1. Dit massadebiet wordt berekend door middel van de “klassieke” formules voor axisymmetrische vuurhaarden, waarvan enkele beschreven zijn in § 2.2.1. Bij het gebruik van deze “klassieke” formules dient er wel rekening gehouden te worden met het toepassingsdomein van de formules. Zo wordt bv. het massadebiet, berekend door middel van de formule van Heskestad, anders berekend indien de rookvrije hoogte al dan niet groter is dan de vlamlengte boven de vuurhaard.
& 1 zal dus bekomen worden indien een evenwicht gevonden wordt tussen het Het massadebiet m massadebiet dat doorheen de openingen in de tussenvloer gaat en de stabiele rooklaag die de waarde voor de rookvrije hoogte Y1 oplevert.
6.2.2 Stap 2 – bovenste compartiment & totaal ) doorheen alle openingen in het dak wordt bepaald door onderstaande Het massadebiet ( m formule (gebaseerd op de formule in geval van natuurlijke RWA - zie ook § 1.1):
& totaal = m &1 +m & 2 = ρ 0 * C v ,2 * Av ,2 m
2 * g * (H 2 − Y2 ) * (Tu ,2 − T0 ) * T0 Tu2,2
C A + T0 * Tu ,2 * v ,2 v ,2 C i ,2 Ai ,2
2
6-7
De totale oppervlakte van de openingen in het dak (Av,2), de oppervlakte van de inlaatopening (Ai,2), de debietcoëfficiënten (Cv,2 en Ci,2), de omgevingstemperatuur (T0), de densiteit van de omgevingslucht (ρ0) en de hoogte van het compartiment (H2) zijn opnieuw vastgelegde waarden. Het massadebiet doorheen de openingen in de tussenvloer (m1) wordt bepaald zoals beschreven in § 6.2.1.2. Het convectief vermogen doorheen elke opening wordt bepaald zoals beschreven in § 6.2.1.1.
& totaal (= m& 1 + m & 2 ) zal bekomen worden indien een evenwicht gevonden wordt Het massadebiet m tussen het massadebiet dat doorheen de openingen in het dak gaat en de stabiele rooklaag die de waarde voor de rookvrije hoogte Y2 oplevert.
& 1 bepaald is uit de vorige stap, dient enkel nog het massadebiet Aangezien het massadebiet m & 2 iteratief bepaald te worden. m & 2 wordt berekend door middel van de empirische formule voor de “perimeter Het massadebiet m plume” (zie § 2.3.3) en wordt als volgt bepaald : 1/3 &2 =m & pp = 0 ,037 * P * Q& conv m * z − 0 ,0005 * Q& conv
Met :
& pp m
: massadebiet “perimeter plume” [kg/s]
P
: omtrek van de opening [m]
Q& conv
: het convectief vermogen door de opening [kW]
z
: hoogte boven de opening [m]
76
Opmerking :
& 2 kan evengoed de formule voor de axisymmetrische Voor de bepaling van het massadebiet m lijnpluim toegepast worden (zie § 2.3.2). Net zoals in het onderste compartiment, is er immers een keuze voor het gebruik van een formule voor de bepaling van het massadebiet.
6.3 Uitgewerkt voorbeeld 6.3.1 Inleiding In de praktijk wordt een waarde vooropgesteld voor de rookvrije hoogte. Op basis van deze hoogte, de afmetingen van de openingen (en bijhorende debietscoëfficiënten) en de ontwerpbrand, kan het totale massadebiet doorheen de ventilatieopeningen berekend worden. In dit voorbeeld wordt verondersteld dat de hoogte van de rookvrije zone niet op voorhand gekend is. Dit kan bv. handig zijn voor bestaande gebouwen waarbij zowel de openingen in het dak als de openingen in de vloer vastliggen en indien men geïnteresseerd is in de hoogte van de rookvrije zone die zal bekomen worden in evenwichtstoestand. Tijdens het uitgewerkte voorbeeld zal de empirische formule voor de “perimeter plume”, zoals beschreven in § 2.3.3, toegepast worden.
6.3.2 Geometrie van het gebouw Een gebouw (lengte x breedte : 28 x 20 m) is voorzien van een tussenliggende vloer waarin twee openingen (lengte x breedte : 1,5 x 3 m en 1,5 x 6 m) aangebracht zijn. De vuurhaard (afmetingen : 6 x 6 m; Q& " = 250 kW/m²; χr = 0,2) bevindt zich in het onderste compartiment. De berekening wordt uitgevoerd in geval van natuurlijke RWA. Een schematische voorstelling van het gebouw wordt weergegeven in onderstaande figuur :
Figuur 63 : Vooraanzicht gebouw uitgewerkt voorbeeld
77
Een samenvatting van de te gebruiken waarden voor het gebruik van de manuele formule worden hieronder weergegeven : Onderste compartiment
Bovenste compartiment
5,85 m
9,9 m
Oppervlakte inlaatopening Ai
49,68 m²
49,68 m²
Debietscoëfficiënt inlaat Ci,FDS
0,75
0,75
Oppervlakte ventilatieopening Av
13,5 m²
22,5 m²
Debietscoëfficiënt ventilatie Cv,FDS
0,75
0,75
Hoogte
Tabel 21 : Samenvatting van de vastgelegde parameters bij het uitgewerkt voorbeeld
De waarden voor Ci,FDS en Cv,FDS zijn bepaald door de vergelijking te maken tussen de waarden bekomen via FDS voor m2 en deze bekomen volgens de empirische methode, zoals beschreven in § 3.5. Er dient benadrukt te worden dat deze waarden voor de debietscoëfficiënten enkel geldig zijn voor de betreffende configuratie en aldus niet als algemene waarde voor elke andere configuratie kunnen toegepast worden. Deze waarden zijn immers afhankelijk van de afmetingen van de openingen en de grid size van de simulatie [4, p. 54].
6.3.3 Manuele berekening Zoals beschreven in § 6.2 wordt de berekening in 2 stappen uitgevoerd. Stap 1 : onderste compartiment Het totaal convectief vermogen bedraagt : (1-0,2) * 6 m * 6 m * 250 kW/m² = 7200 kW Het vermogen per opening bedraagt : Opening 1
Opening 2
Oppervlakte opening
1,5 x 3 m = 4,5 m²
1,5 x 6 m = 9 m²
Verhouding oppervlakte opening t.o.v. totale oppervlakte
4,5 m²/(4,5 m² + 9 m²)= 1/3
9 m²/(4,5 m² + 9 m²)= 2/3
Convectief vermogen per opening
7200 kW * 1/3 = 2400 kW
7200 kW * 2/3 = 4800 kW
Tabel 22 : Bepaling van het vermogen doorheen elke opening bij het uitgewerkt voorbeeld
&1 Ter info : het massadebiet (bekomen via FDS) doorheen opening 1 bedraagt 15,29 kg/s (=0,34 m & 1 ). Deze doorheen opening 2 bedraagt 28,91 kg/s (=0,66 m & 1 ≈ 2/3 m & 1 ). ≈ 1/3 m
78
& 1 en Y1 werd gebruikgemaakt van de formule van Heskestad(zie ook Voor de berekening van m § 2.2.1), met uitzondering van de definitie van de karakteristieke diameter van de vuurhaard [18, p. 3.230] die als volgt bepaald wordt :
D=
4 * Af
π
Met D : karakteristieke diameter van de vuurhaard [m] Af : oppervlakte van de vuurhaard [m] De resultaten bekomen via de manuele berekening voor stap 1 zijn terug te vinden in de volgende paragraaf. Stap 2 : bovenste compartiment
& 1 en Q& conv ,totaal bekomen uit stap 1. Er wordt gewerkt met m Daarna worden onderstaande waarden gebruikt voor het toepassen van de formule voor de inmenging van lucht in het bovenste compartiment : Opening 1
Opening 2
Qconv
2400 kW
4800 kW
Omtrek P
9m
15 m
De resultaten bekomen via de manuele berekening voor stap 2 zijn terug te vinden in de volgende paragraaf.
6.3.4 Vergelijking met resultaten uit FDS De input-file van de simulatie in FDS is weergegeven in Bijlage A. Voor de bepaling van de rookvrije hoogte werd de methode van He toegepast. Een overzicht van de resultaten bekomen via de manuele berekening enerzijds en deze uit de FDS-simulatie anderzijds worden weergegeven in onderstaande tabel : Manuele berekening
FDS
Onderste compartiment Rooklaagtemperatuur Tu,1
181 °C
168°C
Rookvrije hoogte Y1
2,73 m
2,67 m
44,60 kg/s
44,20 kg/s
Massadebiet m1
Bovenste compartiment Rooklaagtemperatuur Tu,2
102 °C
92 °C
Rookvrije hoogte Y2
3,40 m
3,10 m
Massadebiet m2
43,38 kg/s
41,90 kg/s
Massadebiet mtotaal
87,98 kg/s
86,10 kg/s
Tabel 23 : Vergelijking van de resultaten van de manuele berekening ten opzichte van de resultaten bekomen via FDS (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75)
79
& 1 bepaald door de formule van Heskestad, met Zoals vermeld werd het massadebiet m uitzondering van de definitie van de karakteristieke diameter van de vuurhaard. In onderstaande tabel worden de waarden weergeven die bekomen worden met de formule van Heskestad (maar met D = Dh = hydraulische diameter) en de formule van Thomas. Deze laatste wordt voorgeschreven in de NBN S21-208-1 [2] voor de bepaling van het massadebiet van de rookpluim. Heskestad (D)
Heskestad (Dh)
Thomas
FDS
Rooklaagtemperatuur Tu,1
181 °C
192 °C
221 °C
168°C
Rookvrije hoogte Y1
2,73 m
3,16 m
3,97 m
2,67 m
44,60 kg/s
41,82 kg/s
35,65 kg/s
44,20 kg/s
Massadebiet m1
Tabel 24 : Vergelijking van de bekomen waarde voor m1 in geval van verschillende berekeningsmethodes (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75)
Uit bovenstaande tabel blijkt duidelijk dat er een duidelijke spreiding is tussen de verschillende & 1 . De “gevoeligheid” van de correcte waarde voor m & 1 wordt aangetoond in waarden voor m
& 1 worden toegepast: onderstaande tabel waarbij verschillende waarden voor m Manuele berekening
FDS
Onderste compartiment Massadebiet m1
35 kg/s
40 kg/s
45 kg/s
50 kg/s
44,20 kg/s
Bovenste compartiment Rooklaagtemperatuur Tu,2
104 °C
103 °C
102 °C
100 °C
92 °C
Rookvrije hoogte Y2
3,90 m
3,64 m
3,38 m
3,11 m
3,10 m
Massadebiet m2
50,30 kg/s
46,71 kg/s
43,09 kg/s
39,45 kg/s
41,90 kg/s
Massadebiet mtotaal
85,30 kg/s
86,71 kg/s
88,09 kg/s
89,45 kg/s
86,10 kg/s
Tabel 25 : Invloed van m1 op het mtotaal bij het uitgewerkte voorbeeld (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75)
Uit bovenstaande tabel kan besloten worden dat het eindresultaat van de berekening, nl. de bepaling van het totale af te voeren massadebiet en de rookvrije hoogte, binnen aanvaardbare & 1 niet correct bepaald wordt in de eerste stap. grenzen ligt indien m De “gevoeligheid” van de correcte waarde voor Cv,FDS en Ci,FDS wordt aangetoond in onderstaande tabellen. Hierbij wordt voor beide parameters (zowel in het onderste als het bovenste compartiment) een waarde van 0,8 toegepast. Voor het onderste compartiment worden dan onderstaande waarden bekomen : Manuele berekening
FDS
Onderste compartiment Rooklaagtemperatuur Tu,1
176 °C
168 °C
Rookvrije hoogte Y1
2,90 m
2,67 m
46,00 kg/s
44,20 kg/s
m1
Tabel 26 : Invloed van de debietscoëfficiënten op het bepalen van m1 (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,80)
80
Uit bovenvermelde tabel blijkt duidelijk dat het niet eenvoudig is om een correcte debietscoëfficiënt in FDS te definiëren. Bij de bepaling van de debietscoëfficiënten werd immers verondersteld dat Cv,FDS = Ci,FDS. Er wordt een hogere massadebiet bekomen, maar eveneens een hogere rookvrije hoogte in vergelijking met de resultaten bekomen met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,75. De “gevoeligheid” van de debietscoëfficiënten op de resultaten bekomen voor het bovenste compartiment wordt aangetoond in onderstaande tabel : Manuele berekening
FDS
Onderste compartiment 35 kg/s
m1
40 kg/s
45 kg/s
50 kg/s
44,20 kg/s
Bovenste compartiment Rooklaagtemperatuur Tu,2
101 °C
100 °C
99 °C
98 °C
92 °C
Rookvrije hoogte Y2
4,12 m
3,87 m
3,61 m
3,35 m
3,10 m
m2
53,37 kg/s
49,85 kg/s
46,30 kg/s
42,72 kg/s
41,90 kg/s
mtotaal
88,37 kg/s
89,85 kg/s
91,30 kg/s
82,72 kg/s
86,10 kg/s
Tabel 27 : Invloed van de debietscoëfficiënten op mtotaal (met Cv,FDS = Ci,FDS = 0,80)
6.4 Conclusie Uit bovenvermelde voorbeelden blijkt dat de resultaten bekomen via de manuele berekening heel gelijklopend zijn met de resultaten bekomen door middel van een FDS-simulatie. De grootste afwijking die kan optreden is de foutieve bepaling van m1 en de debietscoëfficiënten. Indien de waarde van de rookvrije hoogte een opgegeven waarde is, kan de manuele berekening handmatig uitgevoerd worden in geval van mechanische RWA. Indien deze hoogte echter dient bepaald te worden of in geval van natuurlijke RWA, dient een beroep gedaan te worden op een computerrekenprogramma om het iteratieve proces te vergemakkelijken.
81
7
Besluit
Tijdens deze thesis werden twee empirische formules voorgesteld die de inmenging van lucht in een rookpluim door openingen in een tussenvloer kwantificeren. Twee nieuwe benamingen voor rookpluimen werden hierbij toegepast, nl. de “axisymmetrische lijnpluim” en de “perimeter plume”. Teneinde de geldigheid van deze formules te verifiëren werd beroep gedaan op FDS-simulaties waarbij gebruikt gemaakt werd van zowel mechanische als natuurlijke RWA.
Tijdens de eerste simulaties werd vastgesteld dat de toepassing van mechanische RWA in FDS-simulaties enorm delicaat is. Het gebruik van een mechanische RWA heeft immers invloed op het stromingspatroon van de rooklaag die zich in een compartiment bevindt. Hierdoor wordt een ander temperatuurprofiel bekomen waardoor de rookvrije hoogte verkeerd kan berekend worden. Bij mechanische extractie kan de inmenging van lucht in een rookpluim veel kleiner zijn dan vooropgesteld indien de grid size niet klein genoeg genomen wordt. De grootte van het opgelegde extractiedebiet heeft eveneens een invloed op het stromingspatroon en een “slecht” gekozen locatie voor de extractie tenslotte kan er voor zorgen dat de toevoerlucht rechtstreeks naar de extractie afgeleid wordt. Tijdens de simulaties met natuurlijke RWA werden verschillende variaties in de configuratie van het compartiment toegepast, zoals o.a. één of meerdere openingen in een tussenvloer, korte of lange zijde van de opening dwars op de vuurhaard georiënteerd, lengte/breedte-verhouding van de openingen, vermogen van de vuurhaard, etc.
De mate van inmenging van lucht in een rookpluim doorheen een opening in een tussenvloer hangt af van zeer veel verschillende parameters. Het opstellen van een empirische formule die rekening houdt met al deze factoren is niet mogelijk. Uit de vergelijking tussen de FDS-resultaten en deze van de empirische formules is echter gebleken dat de empirische formule voor de “perimeter plume” goede resultaten oplevert en tevens aan de conservatieve kant is bij “alternatieve” locaties van de vuurhaard.
Tot slot werd het gebruik van een manuele berekening voor de bepaling van het massadebiet van een rookpluim door een opening in een tussenvloer behandeld. Deze manuele berekening werd verduidelijkt aan de hand van een uitgewerkt voorbeeld en kan dus gebruikt worden als alternatief voor lange en dure CFD-simulaties. Deze berekening zal echter nooit de CFDsimulaties vervangen.
82
BIJLAGE A In deze bijlage wordt de FDS-file van de simulatie van het uitgewerkte voorbeeld, beschreven in Hoofdstuk 6, weergegeven. &HEAD CHID='natoef 6x6 250 1.5x3 1.5x6', TITLE='natoef 6x6 250 1.5x3 1.5x6'/ &TIME T_END=400.0/ &MESH IJK=216,160,120, XB=-1.95,30.45,-1.95,22.05,0.0,18.0/cellen van 15*15*15cm &MISC SURF_DEFAULT='adia', TMPA=20/ &RADI RADIATIVE_FRACTION=0.2/ &SURF ID='adia', ADIABATIC=.TRUE./ &REAC ID='reaction', FYI='propaan', C=3, H=8, SOOT_YIELD=0.11/ &SURF ID='GAS_BURNING',HRRPUA=250.00, RAMP_Q='FLUX'/ &RAMP ID='FLUX', T=0.0, F=0.0/ &RAMP ID='FLUX', T=10.0, F=1.0/ &RAMP ID='FLUX', T=1200.0, F=1.0/ &RAMP ID='FLUX', T=1201.0, F=0.0/ &OBST XB=0.0,27.9,0.0,0.15,0.0,15.9, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ &OBST XB=0.0,27.9,19.8,19.95,0.0,15.9, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ &OBST XB=0.0,0.15,0.15,19.8,0.0,15.9, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ &OBST XB=27.75,27.9,0.15,19.8,0.0,15.9, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ &OBST XB=0.0,27.9,0.0,19.95,15.9,16.05, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ dak &OBST XB=0.15,27.75,0.15,19.8,5.85,6.0, COLOR='GRAY', TRANSPARENCY=0.6/ tussenvloer &HOLE XB=4.95,6.45,8.4,11.4,5.84,6.01/ ventilatie tussenvloer &HOLE XB=21.45,22.95,7.05,13.05,5.84,6.01/ ventilatie tussenvloer &HOLE XB=0.15,27.75,-0.01,0.16,0.0,0.9/ zijkanten beneden open &HOLE XB=0.15,27.75,19.79,19.96,0.0,0.9/ zijkanten beneden open &HOLE XB=0.15,27.75,-0.01,0.16,6.0,6.9/ zijkanten verdiep open &HOLE XB=0.15,27.75,19.79,19.96,6.0,6.9/ zijkanten verdiep open &HOLE XB=3.9,5.40,3.9,5.4,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=3.9,5.40,14.7,16.2,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=9.9,11.4,3.9,5.4,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=9.9,11.4,9.75,11.25,15.89,16.06/ventilatie dak &HOLE XB=9.9,11.4,14.7,16.2,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=16.65,18.15,3.9,5.4,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=16.65,18.15,9.75,11.25,15.89,16.06/ventilatie dak &HOLE XB=16.65,18.15,14.7,16.2,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=22.65,24.15,3.9,5.4,15.89,16.06 /ventilatie dak &HOLE XB=22.65,24.15,14.7,16.2,15.89,16.06 /ventilatie dak &VENT MB='XMIN', SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB='XMAX', SURF_ID='OPEN'/
83
&VENT MB='YMIN', SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB='YMAX', SURF_ID='OPEN'/ &VENT MB='ZMAX', SURF_ID='OPEN'/ &OBST XB=11.1,17.1,7.05,13.05,0.0,0.15/ brander 6 op 6 aan 250 KW per vierkante meter &VENT XB=11.1,17.1,7.05,13.05,0.15,0.15, SURF_ID='GAS_BURNING', RGB=249,129,70/ &SLCF PBX= 3, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 4.2, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 4.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 5.75, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 6.45, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 7.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 9.9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 10.35, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 13.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 19.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 21.45, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 22.20, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 22.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 24.90, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 0.15, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 4.35, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 4.95, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 7.05, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 8.4, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 10.05, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 10.5, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 11.4, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 12, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 13.05, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 15, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 15.6, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBY= 19.8, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 1.2, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 2.4, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 3.6, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 3.9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 4.5, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 5.1, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 5.7, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 6.3, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 6.9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 7.5, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 8.7, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 9.9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 11.1, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 11.7, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 12.9, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ 84
&SLCF PBZ= 14.1, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 15.3, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBZ= 15.75, QUANTITY='TEMPERATURE', VECTOR=.TRUE./ &SLCF PBX= 5.7, QUANTITY='PRESSURE'/ &SLCF PBX= 22.2, QUANTITY='PRESSURE'/ &SLCF PBY= 9.9, QUANTITY='PRESSURE'/ &SLCF PBX= 7.95, QUANTITY='TEMPERATURE'/ &SLCF PBX= 14.1, QUANTITY='TEMPERATURE'/ &SLCF PBX= 19.95, QUANTITY='TEMPERATURE'/ &DEVC XB=3.0,3.0,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh1'/ &DEVC XB=3.0,3.0,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb1'/ &DEVC XB=3.0,3.0,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto1'/ &DEVC XB=3.0,3.0,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh2'/ &DEVC XB=3.0,3.0,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb2'/ &DEVC XB=3.0,3.0,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto2'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh3'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb3'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto3'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh4'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb4'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto4'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh5'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb5'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto5'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh6'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb6'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto6'/ &DEVC XB=25.05,25.05,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh7'/ &DEVC XB=25.05,25.05,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb7'/ &DEVC XB=25.05,25.05,5.1,5.1,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto7'/ &DEVC XB=25.05,25.05,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='tsh8'/ &DEVC XB=25.05,25.05,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='tstb8'/ &DEVC XB=25.05,25.05,15.0,15.0,0.0,5.85, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='tsto8'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh1'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb1'/ &DEVC XB=7.95,7.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto1'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh2'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb2'/ &DEVC XB=7.95,7.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto2'/ &DEVC XB=14.1,14.1,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh3'/ &DEVC XB=14.1,14.1,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb3'/ &DEVC XB=14.1,14.1,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto3'/ &DEVC XB=14.1,14.1,7.95,7.95,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh4'/ &DEVC XB=14.1,14.1,7.95,7.95,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb4'/ &DEVC XB=14.1,14.1,7.95,7.95,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto4'/ &DEVC XB=14.1,14.1,10.5,10.5,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh5'/ &DEVC XB=14.1,14.1,10.5,10.5,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb5'/ &DEVC XB=14.1,14.1,10.5,10.5,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto5'/ 85
&DEVC XB=14.1,14.1,12.0,12.0,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh6'/ &DEVC XB=14.1,14.1,12.0,12.0,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb6'/ &DEVC XB=14.1,14.1,12.0,12.0,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto6'/ &DEVC XB=14.1,14.1,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh7'/ &DEVC XB=14.1,14.1,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb7'/ &DEVC XB=14.1,14.1,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto7'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh8'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb8'/ &DEVC XB=19.95,19.95,5.1,5.1,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto8'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LAYER HEIGHT', ID='dakh9'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='UPPER TEMPERATURE', ID='daktb9'/ &DEVC XB=19.95,19.95,15.0,15.0,6.0,15.9, QUANTITY='LOWER TEMPERATURE', ID='dakto9'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,0.0,0.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='op11 m'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,0.0,0.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='op11 v'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,0.0,0.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='op11 h'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,0.0,0.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='op12 m'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,0.0,0.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='op12 v'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,0.0,0.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='op12 h'/ &DEVC XB=4.95,6.45,8.4,11.4,6.0,6.0, QUANTITY='MASS FLOW', ID='ts1 m'/ &DEVC XB=4.95,6.45,8.4,11.4,6.0,6.0, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='ts1 v'/ &DEVC XB=4.95,6.45,8.4,11.4,6.0,6.0, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='ts1 h'/ &DEVC XB=21.45,22.95,7.05,13.05,6.0,6.0, QUANTITY='MASS FLOW', ID='ts2 m'/ &DEVC XB=21.45,22.95,7.05,13.05,6.0,6.0, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='ts2 v'/ &DEVC XB=21.45,22.95,7.05,13.05,6.0,6.0, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='ts2 h'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,6.0,6.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='op21 m'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,6.0,6.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='op21 v'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,0.15,6.0,6.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='op21 h'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,6.0,6.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='op22 m'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,6.0,6.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='op22 v'/ &DEVC XB=0.15,27.75,19.8,19.8,6.0,6.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='op22 h'/ &DEVC XB=3.9,5.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak1 m'/ &DEVC XB=3.9,5.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak1 v'/ &DEVC XB=3.9,5.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak1 h'/ &DEVC XB=3.9,5.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak2 m'/ &DEVC XB=3.9,5.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak2 v'/ &DEVC XB=3.9,5.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak2 h'/ &DEVC XB=9.9,11.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak3 m'/ &DEVC XB=9.9,11.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak3 v'/ &DEVC XB=9.9,11.40,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak3 h'/ &DEVC XB=9.9,11.40,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak4 m'/ &DEVC XB=9.9,11.40,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak4 v'/ &DEVC XB=9.9,11.40,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak4 h'/ &DEVC XB=9.9,11.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak5 m'/ &DEVC XB=9.9,11.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak5 v'/ &DEVC XB=9.9,11.40,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak5 h'/ &DEVC XB=16.65,18.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak6 m'/ &DEVC XB=16.65,18.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak6 v'/ &DEVC XB=16.65,18.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak6 h'/ 86
&DEVC XB=16.65,18.15,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak7 m'/ &DEVC XB=16.65,18.15,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak7 v'/ &DEVC XB=16.65,18.15,9.75,11.25,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak7 h'/ &DEVC XB=16.65,18.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak8 m'/ &DEVC XB=16.65,18.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak8 v'/ &DEVC XB=16.65,18.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak8 h'/ &DEVC XB=22.65,24.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak9 m'/ &DEVC XB=22.65,24.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak9 v'/ &DEVC XB=22.65,24.15,3.9,5.4,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak9 h'/ &DEVC XB=22.65,24.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='dak10 m'/ &DEVC XB=22.65,24.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='dak10 v'/ &DEVC XB=22.65,24.15,14.7,16.2,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='dak10 h'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,19.8,15.9,15.9, QUANTITY='MASS FLOW', ID='daktot m'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,19.8,15.9,15.9, QUANTITY='VOLUME FLOW', ID='daktot v'/ &DEVC XB=0.15,27.75,0.15,19.8,15.9,15.9, QUANTITY='HEAT FLOW', ID='daktot h'/ &TAIL
87
BIJLAGE B In deze bijlage worden de bekomen resultaten weergegeven van de uitgevoerde simulaties (celgrootte simulatie : 20 x 20 x 20 cm) door middel van mechanische RWA, waarbij : m1 : massadebiet rookpluim doorheen de openingen Y1,FDS : rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie db1 : dikte rooklaag in het onderste compartiment m2 : bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment Y2,FDS : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie : dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment db2 mtotaal : opgelegd massadebiet rookpluim doorheen het dak Y2,He : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment berekend met de methode van He : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische Y2,al formule voor de axisymmetrische lijnpluim Y2, al % : procentuele afwijking van Y2,al ten opzichte van Y2,He Y2,pp : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de “perimeter plume” Y2, pp % : procentuele afwijking van Y2,pp ten opzichte van Y2,He In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 2 openingen (afmetingen : 1 x 4 m) in de tussenvloer. De lange zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd. De simulatie mech3e is dezelfde als mech3, maar is uitgevoerd met een celgrootte van 10 x 10 x 10 cm: vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
mech1
3x3x200x0,8
17,95
2,34
1,46
46,03
5,23
2,57
64,00
mech1a
3x3x200x0,8
17,48
2,33
1,47
34,49
4,67
3,13
52,00
mech1b
3x3x200x0,8
17,50
2,30
1,50
30,46
4,32
3,48
48,00
mech1c
3x3x200x0,8
17,32
2,31
1,49
22,60
3,46
4,34
40,00
mech1d
3x3x200x0,8
17,25
2,31
1,49
14,48
2,36
5,44
32,00
mech2
4x4x200x0,8
21,24
1,98
1,82
50,65
4,99
2,81
72,00
mech2a
4x4x200x0,8
20,93
1,96
1,84
41,94
4,74
3,06
63,00
mech2b
4x4x200x0,8
20,44
1,89
1,91
33,61
4,18
3,62
54,00
mech2c
4x4x200x0,8
20,72
1,93
1,87
24,16
3,09
4,71
45,00
mech2d
4x4x200x0,8
20,61
1,93
1,87
15,14
2,03
5,77
36,00
mech2
5x5x200x0,8
24,03
1,62
2,18
55,87
4,98
2,82
80,00
mech3a
5x5x200x0,8
23,94
1,61
2,19
46,05
4,46
3,34
70,00
mech3b
5x5x200x0,8
23,73
1,59
2,21
36,25
3,79
4,01
60,00
mech3c
5x5x200x0,8
23,70
1,58
2,22
26,22
2,93
4,87
50,00
mech3d
5x5x200x0,8
23,64
1,58
2,22
16,16
1,83
5,97
40,00
mech3e
5x5x200x0,8
22,06
1,69
2,11
57,96
3,85
3,95
80,00
88
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,al % (%)
Y2,pp (m)
Y2,pp % (%)
mech1
46,03
5,23
4,93
7,15
+ 31
7,05
+ 30
mech1a
34,49
4,67
4,27
5,25
+ 19
5,31
+ 20
mech1b
30,46
4,32
4,11
4,60
+ 11
4,70
+ 13
mech1c
22,60
3,46
3,39
3,36
-1
3,52
+4
mech1d
14,48
2,36
2,37
2,10
- 13
2,29
-3
mech2
50,65
4,99
4,67
7,94
+ 41
6,46
+ 28
mech2a
41,94
4,74
4,43
5,38
+ 18
5,38
+ 18
mech2b
33,61
4,18
3,84
4,24
+9
4,34
+ 12
mech2c
24,16
3,09
3,20
2,97
-8
3,17
-1
mech2d
15,14
2,03
2,01
1,80
- 12
2,04
+1
mech2
55,87
4,98
4,61
6,36
+ 28
6,21
+26
mech3a
46,05
4,46
4,39
5,13
+ 14
5,15
+ 15
mech3b
36,25
3,79
3,68
3,95
+7
4,10
+ 10
mech3c
26,22
2,93
3,00
2,77
-8
3,03
+1
mech3d
16,16
1,83
1,88
1,62
- 16
1,95
+4
mech3e
57,96
3,85
3,48
6,62
+ 47
6,43
+ 46
89
In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 4 openingen (afmetingen : 1 x 3 m) in de tussenvloer. De lange zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd: vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
mech4
3x3x300x0,8
24,92
2,55
1,25
47,10
3,66
4,14
72,00
mech4a
3x3x300x0,8
25,66
2,60
1,20
54,29
3,95
3,85
80,00
mech4b
3x3x300x0,8
26,48
2,61
1,19
61,55
4,12
3,68
88,00
mech4c
3x3x300x0,8
24,35
2,53
1,27
38,62
3,12
4,68
63,00
mech4d
3x3x300x0,8
24,10
2,53
1,27
29,89
2,56
5,24
54,00
mech5
4x4x300x0,8
29,77
2,22
1,58
58,26
3,73
4,07
88,00
mech5a
4x4x300x0,8
30,47
2,24
1,56
66,77
3,81
3,99
99,00
mech5b
4x4x300x0,8
31,42
2,31
1,49
78,51
4,07
3,73
110,00
mech5c
4x4x300x0,8
29,06
2,24
1,56
47,93
3,72
4,08
77,00
mech5d
4x4x300x0,8
29,00
2,20
1,60
37,06
2,70
5,10
66,00
mech6
5x5x300x0,8
33,67
1,90
1,90
62,35
3,65
4,15
96,00
mech6a
5x5x300x0,8
34,35
1,92
1,88
73,63
3,95
3,85
108,00
mech6b
5x5x300x0,8
35,05
1,97
1,83
84,80
4,18
3,62
120,00
mech6c
5x5x300x0,8
33,17
1,87
1,93
50,71
3,18
4,62
84,00
mech6d
5x5x300x0,8
33,11
1,83
1,97
38,82
2,59
5,21
72,00
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,al % (%)
Y2,pp (m)
Y2,pp % (%)
mech4
47,10
3,66
3,43
4,92
+ 30
5,00
+ 31
mech4a
54,29
3,95
3,83
5,74
+ 33
5,74
+ 33
mech4b
61,55
4,12
3,99
6,37
+ 37
6,50
+ 29
mech4c
38,62
3,12
2,98
3,97
+ 25
4,12
+ 28
mech4d
29,89
2,56
2,44
3,01
+ 19
3,21
+ 24
mech5
58,26
3,73
3,63
5,17
+ 30
5,15
+ 30
mech5a
66,77
3,81
3,72
6,01
+ 38
5,88
+ 37
mech5b
78,51
4,07
4,07
6,73
+ 40
6,89
+ 41
mech5c
47,93
3,72
3,14
4,16
+ 25
4,27
+ 26
mech5d
37,06
2,70
2,60
3,14
+ 17
3,34
+ 22
mech6
62,35
3,65
3,46
4,81
+ 28
4,82
+ 28
mech6a
73,63
3,95
3,82
5,82
+ 34
5,65
+ 32
mech6b
84,80
4,18
4,16
6,50
+ 36
6,48
+ 36
mech6c
50,71
3,18
3,05
3,81
+ 20
3,96
+ 23
mech6d
38,82
2,59
2,51
2,81
+ 11
3,09
+ 19
90
In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 4 openingen (afmetingen : 1 x 2 m) in de tussenvloer. De lange zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
mech7
3x3x200x0,8
18,24
2,36
1,44
45,75
4,23
3,57
64,00
mech7a
3x3x200x0,8
17,77
2,33
1,47
38,21
3,95
3,85
56,00
mech7b
3x3x200x0,8
17,48
2,32
1,48
30,48
3,70
4,10
48,00
mech7c
3x3x200x0,8
17,32
2,31
1,49
22,59
3,02
4,78
40,00
mech7d
3x3x200x0,8
18,66
2,38
1,42
53,32
4,31
3,49
72,00
mech8
4x4x200x0,8
21,40
1,99
1,81
50,61
4,24
3,56
72,00
mech8a
4x4x200x0,8
21,14
1,95
1,85
41,81
4,03
3,77
63,00
mech8b
4x4x200x0,8
20,83
1,93
1,87
33,09
3,52
4,28
54,00
mech8c
4x4x200x0,8
20,72
1,95
1,85
24,23
2,82
4,98
45,00
mech8d
4x4x200x0,8
21,90
2,01
1,79
59,11
4,40
3,40
81,00
mech9
5x5x200x0,8
24,38
1,61
2,19
55,57
4,23
3,57
80,00
mech9a
5x5x200x0,8
24,06
1,61
2,19
45,92
3,99
3,81
70,00
mech9b
5x5x200x0,8
23,84
1,59
2,21
36,12
3,47
4,33
60,00
mech9c
5x5x200x0,8
23,69
1,58
2,22
26,21
2,76
5,04
50,00
mech9d
5x5x200x0,8
24,81
1,63
2,17
65,15
4,44
3,36
90,00
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,al % (%)
Y2,pp (m)
Y2,pp % (%)
mech7
45,75
4,23
4,16
5,78
+ 28
7,36
+ 43
mech7a
38,21
3,95
3,89
5,09
+ 24
6,16
+ 37
mech7b
30,48
3,70
3,55
4,33
+ 18
4,94
+ 28
mech7c
22,59
3,02
3,01
3,45
+ 13
3,69
+ 18
mech7d
53,32
4,31
4,19
6,42
+ 35
8,55
+ 51
mech8
50,61
4,24
4,14
5,53
+ 25
6,78
+ 39
mech8a
41,81
4,03
3,89
4,83
+ 19
5,63
+ 31
mech8b
33,09
3,52
3,43
4,07
+ 16
4,49
+ 24
mech8c
24,23
2,82
2,83
3,19
+ 11
3,33
+ 15
mech8d
59,11
4,40
4,33
6,15
+ 30
7,89
+ 45
mech9
55,57
4,23
4,18
5,40
+ 23
6,48
+ 35
mech9a
45,92
3,99
3,93
4,71
+ 17
5,40
+ 27
mech9b
36,12
3,47
3,45
3,94
+ 12
4,29
+ 20
mech9c
26,21
2,76
2,82
3,04
+7
3,18
+ 11
mech9d
65,15
4,44
4,40
6,03
+ 27
7,56
+ 42
91
BIJLAGE C In deze bijlage worden de bekomen resultaten weergegeven van de uitgevoerde simulaties (celgrootte simulatie : 20 x 20 x 20 cm) door middel van natuurlijke RWA, waarbij : : massadebiet rookpluim doorheen de openingen m1 Y1,FDS : rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie db1 : dikte rooklaag in het onderste compartiment m2 : bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie Y2,FDS db2 : dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment mtotaal : massadebiet rookpluim doorheen het dak Y2,He : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment berekend met de methode van He Y2,al : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de axisymmetrische lijnpluim Y2,pp : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de “perimeter plume” : massadebiet bekomen met de empirische formule voor de axisymmetrische m2,al lijnpluim op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) m2,pp : massadebiet bekomen met de empirische formule voor de “perimeter plume” op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 2 openingen (afmetingen : 1 x 5 m) in de tussenvloer. De korte zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd. De simulatie nat1a is dezelfde als nat1, maar is uitgevoerd met een celgrootte van 10 x 10 x 10 cm: vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat1
5x5x250x0,8
29,20
1,61
2,19
24,90
2,61
5,19
54,10
nat1a
5x5x250x0,8
27,00
1,75
2,05
26,10
2,37
5,43
53,10
nat1b
5x5x250x0,8
29,20
1,59
2,21
25,20
2,63
5,17
54,40
nat1d
5x5x250x0,8
29,30
1,60
2,20
29,80
3,46
6,34
59,10
nat1e
5x5x250x0,8
29,10
1,59
2,21
34,80
4,17
7,63
63,90
nat1f
5x5x250x0,8
29,20
1,59
2,21
39,40
4,82
8,98
68,60
nat1g
5x5x250x0,8
29,20
1,59
2,21
43,70
5,37
10,43
72,90
92
m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
nat1
24,90
26,66
30,88
2,77
2,58
2,27
nat1a
26,10
22,49
25,22
2,30
2,71
2,37
nat1b
25,20
26,94
31,25
2,80
2,61
2,30
nat1d
29,80
35,69
41,37
3,64
2,47
2,68
nat1e
34,80
44,23
49,93
4,35
2,91
3,09
nat1f
39,40
52,77
57,64
4,99
3,33
3,48
nat1g
43,70
60,87
64,39
5,55
3,72
3,83
In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 2 openingen (afmetingen : 1 x 4 m) in de tussenvloer. De korte zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat2
5x5x200x0,8
24,10
1,42
2,38
25,90
3,04
4,76
50,00
nat2a
5x5x200x0,8
24,20
1,42
2,38
30,50
3,88
5,92
54,70
nat2b
5x5x200x0,8
24,10
1,41
2,39
34,90
4,55
7,25
59,00
nat2c
5x5x200x0,8
24,20
1,43
2,37
40,60
5,15
8,65
64,80
nat2d
5x5x200x0,8
24,40
1,43
2,37
44,40
5,69
10,11
68,80
m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
nat2
25,90
30,47
28,49
3,27
2,74
2,99
nat2a
30,50
37,08
35,76
4,05
3,27
3,49
nat2b
34,90
42,66
42,01
4,72
3,79
3,96
nat2c
40,60
47,25
47,23
5,28
4,47
4,57
nat2d
44,40
51,69
52,36
5,83
4,93
4,98
93
In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 4 openingen (afmetingen : 1 x 3 m) in de tussenvloer. De korte zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat3
5x5x300x0,8
33,60
1,65
2,15
27,50
2,02
5,78
61,10
nat3a
5x5x300x0,8
33,80
1,66
2,14
33,70
2,57
7,23
67,50
nat3b
5x5x300x0,8
33,60
1,65
2,15
39,70
3,05
8,75
73,30
nat3c
5x5x300x0,8
33,80
1,65
2,15
44,60
3,45
10,35
78,40
nat3d
5x5x300x0,8
33,90
1,66
2,14
49,20
3,71
12,09
83,10
nat3e
5x5x300x0,8
33,60
1,65
2,15
39,30
2,78
5,02
72,90
nat3f
5x5x300x0,8
33,80
1,66
2,14
46,80
3,32
6,48
80,60
nat3g
5x5x300x0,8
34,10
1,67
2,13
53,80
3,66
8,14
87,90
nat3h
5x5x300x0,8
34,30
1,71
2,09
60,60
3,98
9,82
94,90
nat3i
5x5x300x0,8
34,50
1,70
2,10
66,60
4,07
11,73
101,10
m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
nat3
27,50
30,66
26,14
2,15
1,90
2,25
nat3a
33,70
36,94
33,05
2,66
2,40
2,71
nat3b
39,70
41,69
38,34
3,05
2,89
3,15
nat3c
44,60
46,49
43,76
3,45
3,29
3,51
nat3d
49,20
49,59
47,28
3,71
3,68
3,85
nat3e
39,30
39,50
35,90
2,87
2,85
3,12
nat3f
46,80
46,38
43,62
3,44
3,48
3,67
nat3g
53,80
50,30
48,10
3,77
4,07
4,19
nat3h
60,60
54,17
52,57
4,10
4,66
4,69
nat3i
66,60
56,16
54,87
4,27
5,18
5,14
94
In onderstaande tabellen worden de resultaten weergegeven voor de simulaties met 4 openingen (afmetingen : 1 x 2 m) in de tussenvloer. De korte zijde van de rechthoekige opening was dwars op de vuurhaard georiënteerd : vermogen (kW)
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
nat4
5x5x200x0,8
24,10
1,42
2,38
27,90
2,27
4,96
52,00
nat4a
5x5x200x0,8
24,20
1,42
2,38
33,10
2,68
6,23
57,30
nat4b
5x5x200x0,8
24,20
1,43
2,37
38,50
3,04
7,66
62,70
nat4c
5x5x200x0,8
24,50
1,44
2,36
43,00
3,36
9,33
67,50
nat4d
5x5x200x0,8
24,50
1,43
2,37
47,60
3,66
11,08
72,10
nat4e
5x5x200x0,8
24,30
1,43
2,37
36,90
3,03
4,25
61,20
nat4f
5x5x200x0,8
24,30
1,42
2,38
43,50
3,54
5,57
67,80
nat4g
5x5x200x0,8
24,40
1,43
2,37
50,00
3,99
6,89
74,40
nat4h
5x5x200x0,8
24,40
1,43
2,37
56,70
4,40
8,59
81,10
nat4i
5x5x200x0,8
24,50
1,44
2,36
62,40
4,77
10,26
86,90
m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
nat4
27,90
26,85
25,53
3,10
3,20
3,37
nat4a
33,10
33,55
31,03
3,72
3,68
3,95
nat4b
38,50
40,41
36,10
4,29
4,14
4,56
nat4c
43,00
44,80
39,11
4,63
4,49
5,07
nat4d
47,60
48,30
41,42
4,89
4,84
5,59
nat4e
36,90
33,67
31,12
3,73
4,01
4,38
nat4f
43,50
41,67
36,98
4,39
4,53
5,12
nat4g
50,00
49,68
42,31
4,99
5,01
5,86
nat4h
56,70
53,36
44,62
5,25
5,48
6,61
nat4i
62,40
60,92
49,15
5,76
5,86
7,25
95
BIJLAGE D In deze bijlage worden de bekomen resultaten weergegeven van de uitgevoerde simulaties (celgrootte simulatie : 15 x 15 x 15 cm) door middel van natuurlijke RWA, waarbij : Ai,1 : oppervlakte inlaatopening onderste compartiment Av,1 : oppervlakte ventilatieopening onderste compartiment Ai,2 : oppervlakte inlaatopening bovenste compartiment Av,2 : oppervlakte ventilatieopening bovenste compartiment m1 : massadebiet rookpluim doorheen de openingen Y1,FDS : rookvrije hoogte in het onderste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie : dikte rooklaag in het onderste compartiment db1 m2 : bijkomend massadebiet rookpluim in het bovenste compartiment db2 : dikte van de rooklaag in het bovenste compartiment Y2,FDS : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment bekomen uit de FDS-simulatie : massadebiet rookpluim doorheen het dak mtotaal Y2,He : rookvrije hoogte in het bovenste compartiment berekend met de methode van He Y2,al : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de axisymmetrische lijnpluim Y2,pp : rookvrije hoogte bekomen met m2 uit FDS en berekend met de empirische formule voor de “perimeter plume” m2,al : massadebiet bekomen met de empirische formule voor de axisymmetrische lijnpluim op basis van de rookvrije hoogte (methode van He) m2,pp : massadebiet bekomen met de empirische formule voor de “perimeter plume” op basis van de rookvrije hoogte (methode van He)
De resultaten bekomen tijdens onderstaande simulaties (behalve “fijn1”) werden gebruikt bij de bepaling van de empirische onbekenden A en B in de formule voor de “perimeter plume” (zie § 2.3.3).
96
vermogen (kW)
Ai,1 (m²)
Av,1 (m²)
Ai,2 (m²)
Av,2 (m²)
fijn1
6x6x250x0,8
49,68
1,5x3 + 1,5x6
49,68
22,50
fijn2
3x3x280x0,8
49,68
1,05x3,9
49,68
14,40
fijn3
5x5x200x0,8
49,68
2,1x3,9
49,68
22,50
fijn4
5x5x200x0,8
49,68
2x1,05x3,9
49,68
22,50
fijn5
5x5x200x0,8
49,68
1,5x5,4
49,68
22,50
fijn5b
5x5x200x0,8
49,68
1,5x5,4
49,68
14,40
fijn6
5x5x200x0,8
49,68
2,85x2,85
49,68
22,50
fijn6a
5x5x200x0,8
49,68
2,85x2,85
49,68
14,40
fijn7
6x6x250x0,8
49,68
2x1,05x6
49,68
22,50
fijn7b
6x6x250x0,8
49,68
2x1,05x6
49,68
14,40
fijn8
6x6x250x0,8
49,68
2x1,5x4,05
49,68
22,50
fijn8b
6x6x250x0,8
49,68
2x1,5x4,05
49,68
14,40
fijn9
6x6x250x0,8
49,68
2x2,1x3
49,68
22,50
fijn 9c
6x6x250x0,8
49,68
2x2,1x3
49,68
14,40
fijn10
6x6x250x0,8
49,68
2x2,55x2,55
49,68
22,50
fijn10a
6x6x250x0,8
49,68
2x2,55x2,55
49,68
14,40
fijn14
5x5x300x0,8
49,68
4x1,05x3
49,68
14,40
fijn14a
5x5x300x0,8
49,68
4x1,05x3
49,68
22,50
fijn15
5x5x200x0,8
49,68
4x1,05x1,95
49,68
22,50
97
m1 (kg/s)
Y1,FDS (m)
db1 (m)
m2 (kg/s)
Y2,FDS (m)
db2 (m)
mtotaal (kg/s)
fijn1
44,20
2,44
3,41
41,90
3,22
6,68
86,31
fijn2
14,75
2,27
3,58
24,02
5,50
4,40
38,76
fijn3
27,73
2,27
3,58
35,62
5,25
4,65
63,37
fijn4
28,52
2,40
3,45
38,53
4,73
5,17
67,04
fijn5
27,99
2,29
3,56
37,56
4,93
4,97
64,48
fijn5b
27,95
2,29
3,56
25,15
3,64
6,26
52,95
fijn6
27,36
2,25
3,60
35,58
5,33
4,57
62,93
fijn6a
27,37
2,23
3,62
23,81
3,97
5,93
51,13
fijn7
43,55
2,46
3,39
45,10
3,00
6,90
88,70
fijn7b
43,60
2,42
3,43
26,18
1,86
8,04
69,72
fijn8
41,83
2,33
3,52
40,90
3,63
6,27
82,90
fijn8b
41,70
2,32
3,53
24,96
2,35
7,55
66,55
fijn9
42,11
2,35
3,50
39,68
3,84
6,06
81,66
fijn 9c
41,98
2,36
3,49
23,92
2,52
7,38
65,82
fijn10
42,87
2,39
3,46
39,51
3,82
6,08
82,22
fijn10a
42,85
2,38
3,47
22,75
2,43
7,47
65,69
fijn14
33,70
1,83
2,07
26,45
2,05
6,05
60,18
fijn14a
33,81
1,84
2,06
42,43
3,04
5,06
76,37
fijn15
24,40
1,54
2,36
38,64
4,08
4,02
63,09
98
m2 (kg/s)
m2,al (kg/s)
m2,pp (kg/s)
Y2,He (m)
Y2,al (m)
Y2,pp (m)
fijn1
41,90
38,89
39,24
3,10
3,37
3,29
fijn2
24,02
24,41
24,86
5,59
5,49
5,41
fijn3
35,62
28,22
34,29
5,15
6,37
5,34
fijn4
38,53
42,18
42,02
4,77
4,32
4,39
fijn5
37,56
34,73
37,55
4,88
5,31
4,88
fijn5b
25,15
27,10
28,15
3,72
3,43
3,35
fijn6
35,58
28,85
32,81
5,20
6,25
5,61
fijn6a
23,81
22,71
25,52
4,11
4,32
3,86
fijn7
45,10
43,68
41,66
2,83
2,93
3,05
fijn7b
26,18
28,99
25,50
1,82
1,63
1,86
fijn8
40,90
40,90
41,59
3,59
3,59
3,53
fijn8b
24,96
28,98
26,49
2,39
1,99
2,27
fijn9
39,68
36,91
40,36
3,80
4,09
3,74
fijn 9c
23,92
26,72
26,13
2,57
2,15
2,38
fijn10
39,51
37,81
40,59
3,82
4,00
3,73
fijn10a
22,75
26,88
25,67
2,53
1,93
2,28
fijn14
26,45
30,46
26,23
2,13
1,81
2,15
fijn14a
42,43
41,82
38,99
3,06
3,11
3,31
fijn15
38,64
38,88
34,76
4,14
4,12
4,58
99
REFERENTIES [1] B. Merci, Cursus "Active Fire Protection II : Smoke and Heat Control", 2012. [2] NBN, NBN S21-208-1 Brandbeveiliging van gebouwen - Ontwerp en berekening van rook- en warmteafvoerinstallaties (RWA) - Deel 1 : Grote onverdeelde binnenruimten met één bouwlaag, mei 1995. [3] „http://www.onxlti.com/heart-valves/medical-professionals/hemodynamic-principles/,” [Online]. [4] C. Gryspeert, De invloed van rookverspreiding doorheen horizontale openingen op natuurlijke RWA in industriële gebouwen, 2012. [5] J. Karlsson en J. Quintière, Enclosure Fire Dynamics, CRC Press LCC, 2000. [6] „http://cfbt-us.com/wordpress/?p=361,” [Online]. [7] C. Shi, „An investigation on spill plume temperature of large space building fires,” Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol. 22, pp. 76-85, 2009. [8] G. Cox, „An expiremental study of some line fires,” Fire Safety Journal, vol. 27, pp. 123-139, 1996. [9] D. Drysdaele, Introduction to Fire Dynamics, John Wiley & Sons, 2009. [10] M. Poreh, „Entrainment by two-dimensional spill plumes,” Fire Safety Journal, vol. 30, pp. 119, 1998. [11] J.-P. Véritier, Comparison of existing empirical methods to quantify the air entrainment in smoke spill plumes - Proposal for a simplified method for sizing smoke ventilation systems in atria, 2012. [12] P. Thomas, „On the upward movement of smoke and related shopping mall problems,” Fire Safety Journal, vol. 12, pp. 191-203, 1987. [13] P. Thomas, „The spill plume in smoke control design,” Fire Safety Journal, vol. 30, pp. 21-46, 1998. [14] S. Kumar, „Air entrainment into balcony spill plumes,” Fire Safety Journal, vol. 2010, pp. 159167, 2010. [15] J. Grove, „Correlations for fire plumes,” NIST, 1998. [16] „http://www.dachyplaskie.info.pl/technika-i-technologie/bezpieczenstwo-pozarowe-zasadyrozmieszczenia-klap-dymowych-na-dachach-plaskich/,” [Online]. [17] G. Heskestad, „Smoke Movement and Venting,” Fire Safety Journal, vol. 11, pp. 77-83, 1986. [18] SFPE, Handbook of Fire Protection Engineering, National Fire Protection Association, 2002. [19] N. Kaye, „Smoke filling time for a room due to a small fire: The effect of ceiling height to floor
100
width aspect ratio,” Fire Safety Journal, vol. 42, pp. 329-339, 2007. [20] „http://hpac.com/fire-smoke/minimum-smoke-layer-depth-atrium-smoke-control,” [Online]. [21] NIST, Fire Dynamics Simulator (Version 5) User's Guide - Special Publication 1019-5, 2010. [22] M. Janssens, „Data Reduction of Room Tests for Zone Model Validation,” Journal of Fire Science, vol. 10, pp. 528-555, 1992. [23] Y. He, „Determination of interface height from measured parameter profile in enclosure fire experiment,” Fire Safety Journal, vol. 31, pp. 19-38, 1998.
101
