Performance-based Fire protection. presentation

|

Performance-based Fire protection presentation

1

1

Performance – based design :

•  Process flow PBD

2

Interactie van brandveiligheidstechnieken aantonen a.d.h.v.: studie: •  Case“Detectie,ventilatie-en watermistsystemen als actieve brandbeveiliging in tunnels”

3

Toekomst : Toepassen van nieuwe technieken (RFID) in brandveilgheid

2

1

Performance – based design : flow •  Process safety strategy conceptree • Fire •  Event tree risicomodel

3

1.1.| Ontwerpbasis : Hoe kunnen we brandveiligheid waarborgen ?

! 

! 

Prescriptive design :

! 

Toepassen van de voorgeschreven minimale / maximale eisen voor brandveiligheid van :

!  ! 

“Property” “Life safety”

Performance based design:

!  ! 

Toepassen van "engineering pricipes" gebaseerd op :

!  ! 

de toepassing van wetenschappelijke research en gebaseerd op doelstellingen, performantie criteria

-> met als doelstelling gelijkwaardigheid aan te tonen

4

1.1.| Ontwerpbasis : Start

Performance-based

Yes

Design based on fire safety engineering analysis & fire safety objectives

Prescriptive-based

Need for quantification analysis?

No

Design based on the existing prescriptive building code

• Evaluate fire growth and development • Evaluate smoke spread • Evaluate detection & suppression • Evaluate occupant response / evacuation • Evaluate building member failure • Evaluate fire spread • Evaluate fire department response Performance criteria to satisfy the design And to ensure equivalency to the prescriptive code

No

Satisfaction of performance criteria?

Yes

Result documentation for approval of design

End

5

1.2.| Process flow “Performance-based design” Input

Analysis

1.

Output

A

Fire safety assessment

B

7.

11.

Develop trial designs

Select final design

3..

8.

12.

Define & agree on goals & fire safety objectives

Evaluate trial designs

Prepare design documentation

2.

Define project scope

4..

9. Selected design meets performance criteria ?

Develop & agree on performance criteria

Yes

5.

No

Fire safety strategy 10.

Modify design or objectives 6.

Develop & agree on design fire scenarios / & design fires

B

A

!  !  ! 

Fire safety engineer AHJ Stakeholders

! 

Fire safety engineer

!  !  ! 

Fire safety engineer Contractor Architect ,!!.

6

1.2.| Process flow “Performance-based design” Input 1.

1.

!  ! 

„On-site“ meeting met „belanghebbenden“ (=stakeholders) : „On-site“ meeting met „belanghebbenden“ (=stakeholders) :

! 

Inspectie ter plaatse om na te gaan :


2.

Define project scope 3..

Define & agree on goals & fire safety objectives 4..


5.

Fire safety strategy

6.


A


! 

/ ontwikkelaar !  Eigenaar Eigenaar / ontwikkelaar !  Architect / ontwerper !  Architect / ontwerper Controle organisme (AHJ ) !  !  organisme (AHJ ) !  brandveiligheid !  Controle Constructie (algemeen) !  brandveiligheid

!  ! 

Constructie Type constructie

(algemeen)

!  layout , leeftijd, verdiepingen Inspectie ter plaatse om naaantal te gaan : !  Gebouw Brandlast , identificatie & locatie van (brand)gevaar !  Type constructie !  !  Toestand bestaande brandveiligheidsmaatregelen Gebouw layout , leeftijd, aantal verdiepingen !  !  Tekortkomingen bouwvoorschriften Gebruiksfunctie gebouw gebouw !  !  Gebruiksfunctie kantoor, residentiëel,hotel!. !  kantoor, residentiëel,hotel!. !  !  Kenmerken van de bewoners bouwvoorschriften !  Tekortkomingen !  Leeftijd, zelfredzaamheid, slaap,! Brandweer , identificatie & locatie van (brand)gevaar !  !  Brandlast t.o.v. gebouw !  Locatie bestaande brandveiligheidsmaatregelen !  Toestand Bereikbaarheid !  van de bewoners !  Kenmerken !  Capaciteit

! 

! 

Leeftijd, zelfredzaamheid, slaap,!

!  !  ! 

Locatie t.o.v. gebouw

Brandweer Bereikbaarheid Capaciteit / mogelijkheden

7

1.2.| Process flow “Performance-based design” Project scope !. “wat willen we doen ?“ 2.

Input 1.


! 

Project scope = identificatie van de „grenzen“ van de analyse

!  !  !  ! 

2.


Gebruiksfunctie Doelstelling van het ontwerp Project beperkingen Ontwerp & constructie team organisatie

! 

AHJ:

!  !  ! 



!  ! 

! 

Brand Gebouw Verzekeraar

Inspectie-instellingen

Project planning Wettelijk kader -> toepasbare normen

5.


! 

Fysieke afbakening

!  ! 

6.


Nieuwe constructie Renovatie van bestaand gebouw i.f.v.:

!  ! 

Andere gebruiksfunctie Modernisering

! 

Afbakening in de tijd

! 

Budget parameters

A

! 

Dag / nacht / W/E

8

1.2.| Process flow “Performance-based design” Goals “wie en wat proberen we te beschermen ?“ 3.

Input 1.


2.


! 

Fundamentele „goals“ voor brandveiligheid:

! 

Minimaliseren brandwonden + voorkomen van onnodig verlies van mensenlevens

! 

Minimaliseren brandschade aan het gebouw + de inhoud + de historische elementen

! 

Minimaliseren onnodige verlies van de operaties en business gerelateerde inkomsten als gevolg van brandschade

! 

Beperken milieu-effecten van brand en brandbeveiligingssystemen

! 

Jljkljkljkljkl

3..



5.


6.


A

9

1.2.| Process flow “Performance-based design” Goals “wie en wat proberen we te beschermen ?“ 3.

Input 1.


! 

Fundamentele „goals“ voor brandveiligheid:

2.


! 

Minimaliseren brandwonden + voorkomen van onnodig verlies van mensenlevens

! 

Minimaliseren brandschade aan het gebouw + de inhoud + de historische elementen

! 

Minimaliseren onnodige verlies van de operaties en business gerelateerde inkomsten als gevolg van brandschade

! 

Beperken milieu-effecten van brand en brandbeveiligingssystemen

3..



5.


6.


A

Stakeholders fire safety objectives... “wie en wat proberen we te beschermen ?“ 3.

! 

Stakeholders objectieven : Fundamentele „goals“ specifieker toegepast op project :

! 

geen verlies van het leven buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan

! 

geen significante schade door hitte buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan

!  ! 

geen proces meer dan acht uur buiten dienst geen verontreiniging van het grondwater door bluswater (schuim)

10

1.2.| Process flow “Performance-based design” Goals & fire safety objectives... “wie en wat proberen we te beschermen ?“ 3.

Input 1.


! 

Stakeholders objectieven : Fundamentele „goals“ specifieker toegepast op project :

!  2.

Life safety:

! 

geen verlies van het leven buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan

Define project scope 3.

3..


Ontwerp objectieven

! 

4..


5.


6.


handhaven houdbare omstandigheden in vluchtwegen, terwijl bewoners -buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan- vluchten naar een veilige plaats

Performance criteria =quantificeren van ontwerp objectieven 4.

! 

Life safety : Wat zijn “houdbare condities” ? :

!  !  !  ! 

COHb < 12% CO concentratie < 1000 ppm zichtbaarheid > 7m Temperatuur rooklaag < 200°C

Bottom line ! A

De „gezamelijke“ werking (efficiëntie) van alle brandveiligheidsmaatregelen dient getoetst te worden (te voldoen) aan deze criteria.

11



5.

! 

Hoe (met welke technieken) gaan we voldoen aan deze criteria ?

! 

Passieve brandbeveiliging:

2.



Fire safety strategy!

! 

!  ! 

Brandweerstand muren, vloeren,deuren,! compartimentering

Actieve brandbeveiliging:

!  !  ! 

Sprinklers, Alarmering, RWA

4..


5.


6.


A

12


5.

! 

5.


Methode voor evenwicht ontwerp :

! 


-> NFPA 550 fire safety concept tree

Fire Safety Objective(s)

Manage Fire Impact

Prevent fire Ignition

Control Heat Energy source’s

Control Source Fuel Intersections

Manage Exposed

Manage Fire

Control Fuel

Control Combustion Process

Suppress Fire

Control Fire By Construction

Limit Amount Exposed

Safeguard Exposed

13



5.

! 


Methode voor evenwicht ontwerp :

! 

NFPA 550 fire safety concept tree

14


6.

! 

Definitie :

! 

Locatie en selectie van brandscenarios:


2.


Brandscenarios

!  !  !  ! 

een kwalitatieve beschrijving van het verloop van een bepaalde brand met betrekking tot tijd en ruimte Statistieken van brand Lokatie van specifieke gevaren / brandlast Expert „judgement“



5.


6.


A

15

1.2.| Process flow “Performance-based design”

16


6.

! 

6.


Brandscenarios

Factoren :

!  !  ! 

Menselijke kenmerken

! 

! 

! 

Individuele kenmerken

!  !  !  !  ! 

Personaliteit (karakter)

! 

Gebondenheid (familie, vrienden, groepen,!)

!  ! 

Plichtbewustheid

! 

Observatie vermogen Beslissings vermogen Mobiliteit

Sociale kenmerken

Bewustzijn

! 

Vertrouwd met gebouw (lay-out, evacuatie procedures,!)

Fysische toestand (gewond, zelfredzaam,!)

Brand kenmerken

! 

Ontwerp kenmerken

!  !  !  !  !  ! 

Lay-out

! 

Brand kenmerken

! 

Technische installaties Gebruikte materialen Compartimenten Afmetingen gebouw Functionaliteit (opslag,productie, verblijfsruimte,!.)

Situatie kenmerken

Situatie kenmerken

!  ! 

Gebouw kenmerken

Gebouw kenmerken

Kennis & ervaring

Sociale rol / verantwoordelijkheid

Menselijke kenmerken

Densiteit populatie (hotel,kantoren, winkelcentra,!)

! 

Wayfinding / keuze evacuatie route

! 

Onderhoud

! 

Waarneembare kenmerken

! 

Visuele kenmerken (vlam, rook,..)

!  !  ! 

Ruikbare kenmerken Hoorbare kenmerken Voelbare / tastbare kenmerken

Brandontwikkeling

!  !  !  ! 

Snelheid voortplanting Warmtevermogen (HRR) Toxiciteit (rook) Warmte

!  !  ! 

Conductie Convectie Straling

17


6.

! 

1.


2.


Ontwerpbrand

Definitie :

! 

een ontwerp brand is in principe een kwantitatieve beschrijving van veronderstelde kenmerken van brand,zoals warmte die vrijkomt, opbrengst van de producten van de verbranding en de temperatuur, op basis van een brandscenario.

3..



5.


6.


A

18

1.2.| Process flow “Performance-based design” Analysis

7.

! 

A

7.


Trial designs

Selectie van mogelijke ontwerpen is gebaseerd op :

!  !  !  ! 

8.


!  9. Selected design meets performance criteria ?

No 10.

Modify design or objectives

Yes

Doelstellingen / objectieven Performantie criteria Brandscenario ontwerpbrand

!  !  !  ! 

Productie van rook Straling CO !.

Andere criteria :

!  !  !  ! 

Esthetiek Bereikbaarheid

!  ! 

Tijdens de installatie Voor inspectie / onderhoud / testen

Flexibiliteit / functionaliteit Kostprijs

B

19


7.

Trial designs – voorbeeld : detectie

A

7.


8.



Yes

No 10.


B

Bron : Siemens

20


8.

! 

A

7.


! 

8.



Evalueren van mogelijke ontwerpen

Evaluatie van type rookdetectie installatie in atrium:

!  !  ! 

1 = Productie van rookpartikels 2 = Transport van rook naar detector 3 = reactie van detector op rookpartikels

Type detectie :

!  ! 

Warmte, rook Punt detectie , lijndetectie, aspiratie,!

Yes

No 10.


B

21


8.

! 

A

7.


Evalueren van mogelijke ontwerpen

Tools voor evaluatie:

! 

Manuele berekeningen : rookproductie, straling, activatietijd sprinkler/detector,!..

!  ! 

Zone models Field models (CFD)

8.



Yes

No 10.


B

22

1.2.| Process flow “Performance-based design” Output B

11.

Select final design

12.

Prepare design documentation

11+12.

! 

Documentatie ontwerp

Inhoud van documentatie:

!  !  !  !  !  !  !  !  ! 

Doelstellingen

! 

Test / inspectie / onderhoud specificaties

Performantie criteria + oorsprong Beschrijving brandscenario’s Onderbouwing ontwerpbrand CFD analyse Sensitiviteit analyse Aannames Ontwerpspecificaties / tekeningen / berekeningen Cause – effect matrix :

! 

activatie diverse systemen

23

2

Interactie van brandveiligheidstechnieken aantonen a.d.h.v.: studie: •  Case“Detectie,ventilatie-en watermistsystemen als actieve brandbeveiliging in tunnels”

24

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Doelstelling : “ Onderzoek naar de optimale bedrijfscondities van actieve brandveiligheidssytemen voor een wegtunnel ” Met nadruk op: => Interactie van de diverse technieken => Optimale werking van de technieken als één geheel Dus niet : => Optimale werking van de technieken afzonderlijk Case : Runehamar tunnel - geometrie + brandkromme afkomstig van meetresultaten => theoretische berekeningen toetsen aan meetresultaten van reële brandtesten

25

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken

26

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken ! Brandscenarios

27

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Prestatie-eisen (performance criteria) van diverse technieken: : 5m •  Plaatsnauwkeurigheid : 20 sec - 3MW •  Detectiesnelheid •  Ongevoelig voor klimatologische

omstandigheden

situatie : •  Normale - Beheersen emissieconcentratie

brandvoortplanting: •  Voorkomen - Temp. Rookgassen op 5 m van brandhaard

brand : •  Situatie - Tunnel stroomopwaarts rookvrij houden

< 250 °C / brandbestrijding : •  Evacuatie - temperatuur op 20 m van brandhaard < 50 °C => worplengte brandslang - Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 °C (= stralingsflux van 2,5 kW/m")

- Evacuatie / brandbestrijding brandweer => Geen “backlayering” toegestaan - Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 °C (= stralingsflux van 2,5 kW/m")

28

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Vaststelling: => groeifase reële branden - onafhankelijk van type brandstof vertonen gelijkaardig karakter :

• Aanvangsfase (“delay time”) •  Lineaire groeifase

29

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Vw 1 : Nodige ventilatiesnelheid om “backlayering” te voorkomen: •  Backlayering:

30

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken • Vw

2 : Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 °C

- Maximale temperatuur rookgassen bij HRR 223 MW

1600°C

=>

185°C

31

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Vw 2 :Temperatuur rookgassen stroomafwaarts

< 185 °C

•  Benodigd luchtdebiet:

!

=> Onrealistisch

• Max. HRR bij kritische ventilatiesnelheid :

23,62 MW < 223 MW => Ventilatiesysteem kan brand niet controleren 32

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken

•  Besluit ventilatiesysteem: •  Situatie brand : - Geen “backlayering” toegestaan : ucr.= 3,05 m/s -> Vw 1: voldaan Opmerking : Ucr. => snelste groei + kortste delay time

- Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 °C -> Vw 2: niet voldaan Watermistsysteem moet bijspringen om HRR te bedwingen

•  Scenario’s:

33

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Opbouw watermistsysteem:

• 

Zone-strategie:

•  • 

Lengte zone = +/- 30 m Fluxdensiteit = 1 l/min/m"

34

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Invloed ventilatiesnelheid: Zonelengte (Ucr. = 3,05 m/s)

35

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Invloed ventilatiesnelheid: Zonelengte (Uvent = 1 m/s – 6m/s)

Besluit : - Zonelengte : -> Hoogte belangrijke parameter -  f(tunnelgeometrie) -> type nozzle + #P (over nozzle) -  f(impuls)

36

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Maximaal opgenomen vermogen: •  •  • 

Fluxdensiteit = 1 l/min/m# Lengte zone = 30 m Dwarsoppervlakte =

36,5 m"

!   !  

Watermistdebiet :

!  

Totaal opgenomen vermogen:

Energie / druppel :

! ! ! !

       

: : : :

Besluit : Warmteopname Ventilatiesysteem (Ucr =3,05m/s): •  Watermistsysteem : 11 MW • 

23,62 MW Ventilatie + watermist +/- 35 MW < 223 MW

!   Ventilatie + watermist : “volontwikkelde” brand van 223 MW niet controleerbaar (“potentiëel” vermogen 223W) !   Oplossing : vroegtijdig detectie -> brand niet tot ontwikkeling kan komen 37

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  Maximaal opneembaar vermogen bepalend voor detectietijd:

38

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken •  “Benodigde”

< “maximale” detectietijd:

39

2 | Interactie actieve brandveiligheidstechnieken • Algemeen besluit: Samenwerking technieken

“Het bereiken van een naadloze interactie van deze systemen, met verschillende operationele prioriteiten en tevens geleverd door verschillende producenten, is een van de grootste uitdaging binnen brandveiligheid in tunnels.” 40

3

Toekomst : Toepassen van nieuwe technieken (RFID) in brandveilgheid Case :”Interventie management” bij brand in tunnels

41

3. | Future tunnel safety

42

3. | Future tunnel safety

43

Thanks for your attention

44

Performance-based Fire protection. presentation

Recommend Documents