Simulatie van rookafvoer bij brand in grote overdekte parkeergarages

Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Vakgroepvoorzitter: Prof. dr. ir. R. Sierens

Simulatie van rookafvoer bij brand in grote overdekte parkeergarages

Xavier Deckers

Promotor: Prof. dr. ir. B. Merci

Scriptie voorgedragen tot het behalen van de graad van Burgerlijk Werktuigkundig-Elektrotechnisch Ingenieur Academiejaar 2006-2007

Voorwoord Deze scriptie was nooit tot stand gekomen zonder de medewerking van een aantal mensen. Ik wil allen die me steunden, hielpen en met raad en daad bijstonden hartelijk danken. Ik zou dan ook graag in de eerste plaats mijn promotor, Prof. dr. ir. Bart Merci willen bedanken voor zijn constante begeleiding en opvolging. Tevens wens ik ook ir. Jan De Saedeleer te bedanken voor zijn deskundige hulp. Verder wil ik nog mijn begeleider ir. Karim Van Maele bedanken voor zijn hulp bij praktische problemen. Mijn dank gaat hierbij ook uit naar ir. Yves Maenhout om mij uit de nood te helpen bij praktische problemen met de computers. Voor de plannen van de parkeergarage wens ik ook de heer Tom de Roos van Parkeerbedrijf Gent en de heer Dominique Galle van Somati te bedanken. Ook wijlen de heer Georges Dons van Intimoda Engineering wens ik te bedanken voor de nuttige informatie. Tot slot kan ik mijn ouders niet genoeg bedanken, die me steeds steunden in deze thesis zoals ze dit al mijn hele studieloopbaan doen. Mijn zus Bénédicte Deckers en broer ir. Patrick Deckers wil ik hartelijk bedanken voor het nalezen van deze scriptie.

“De auteur geeft de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de scriptie 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 scriptie.” Gent, juni 2007

Xavier Deckers i

Simulatie van rookafvoer bij brand in grote overdekte parkeergarages door Xavier Deckers Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Scriptie voorgedragen tot het behalen van de graad van Burgerlijk Werktuigkundig-Elektrotechnisch Ingenieur Academiejaar 2006-2007 Promotor: Prof. dr. ir. B. Merci Scriptiebegeleiders: Ir. J. De Saedeleer, Ir. K. Van Maele Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: Prof. dr. ir. R. Sierens

Samenvatting In dit werk bekijken we de type-oplossing van de norm NBN S 21-208-2 die betrekking heeft op de rook- en warmteafvoer van grote ondergrondse parkeergarages. Op dit moment is niet onomstotelijk wetenschappelijk bewezen dat deze type-oplossing onvoorwaardelijk effectief werkt. In de inleiding bespreken we de noodzaak tot effectieve rook- en warmteafvoer en de parkeergarageventilatie in de praktijk. Hoofdstuk 2 geeft een korte beschrijving van verbranding en turbulentiemodellen aan de hand van het gebruikte softwareprogramma FDS. Hoofdstuk 3 gaat dieper in op de norm zelf. Om de type-oplossing te onderzoeken simuleren we de typevoorbeelden van de norm met behulp van het softwarepakket FDS. In hoofdstuk 4 gaan we nog een stap verder en passen we de type-oplossing toe op een reële configuratie van een parkeergarage. Ook wordt er in dit hoofdstuk aandacht besteed aan het effect van de aanwezige wagens in geval van brand en worden de stuwkrachtventilatoren van wat dichterbij bekeken. Hoofdstuk 5 vormt het besluit.

Trefwoorden simulatie, impulsventilatie, ondergrondse parkeergarage, rook- en warmteafvoer, brand, FDS ii

Simulation of Smoke and Heat Exhaust Ventilation Systems (SHEVS) in large enclosed car parks Xavier Deckers Supervisor(s): Bart Merci Abstract—This article tries to discuss the corectness of the type solution of a standard (NBN 208-20-2) involving SHEVS in enclosed car parks. This type solution has been tested by simulating various scenarios in FDS (Fire Dynamic Simulation). Keywords—SHEVS, simulation, FDS, car parks, fire

I. I NTRODUCTION

A

F ire occuring in an enclosed car park will cause a flame and smoke plume to rise. This plume will reach the roof and, and spread radially throughout the car park. Here is where the SHEVS (Smoke and Heat Exhaust Ventilation System) comes into place. In enclosed car parks, where natural ventilation is not possible, a mechanical extract system like impulse ventilation has to be used. The system of impulse ventilation uses the principle of adding momentum to the air (by jet fans) to encourage air movement throughout the car park and towards the extract fan intake points. The main extract fans are sized to provide the required flow rates, the jet fans provide the high speed (impulse = flow rate x speed). The primary role of such an impulse system is to provide clear access from one side of the fire for firefighters, so that they can control the fire. For the case of fire in large enclosed car parks, with a surface of at least 2500 m2 there is a Belgian standard (NBN 208-20-2), which presents on the one hand a type solution and allows on the other side the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) to prove that an equivalent level of safety is obtained. In the type solution the entire surface is devided in zones of 1000 m2 where a minimum air speed is imposed on the edges. There are doubts regarding the correctness of the type solution. The primary goal of this paper is to examine this by numerical simulations.

the radiative transport equation for an absorbing/emitting and scattering medium can also be solved. We work with adiabatic walls and no radiative but only convective heat flux. One important step when setting up the model is the size of the volumes composing the grid. The accuracy of field models could be potentially increased using smaller volumes, which increases the computer time as well. III. S TANDARD NBN S21-208-2 The aim of this standard is to stipulate the conditions to wich SHEVS in enclosed car parks must satisfy, to limit the distribution of smoke and heat in case of fire. The basic principle is that the parking must be ventilated in order to have a smokefree path up to 15 m towards the fire so that firemen can easily localise and approach it. The type-solution of this standard divides the car park in zones of maximum 1000 m2 and at the edge of the zone where the fire is simulated a speed of 1,1 m/s is imposed toward the extraction point and from this the required extraction flow rate for the fans is calculated without consideration of the flow pattern or the geometry. We simulated the type-example inserted in the standard, wich describes a simple car park with a section in the middle with a total surface of 1800 m2 (thus 2 zones). As seen on figure 1, the 3 cases have different smokecontrol surfaces where the velocity of 1.1 m/s must be atteigned. Because of this, different extraction flow rates are required, with a minimum flow rate of 120 000 m3 .

II. FDS S IMULATION M ODEL All the numerical simulations are carried out in FDS (Fire Dynamics Simulator). FDS is a computational fluid dynamics (CFD) model of fire-driven fluid flow. Smokeview is a visualization program that is used to display the results of an FDS simulation. The software numerically solves the transient conservation equations of mass, momentum, energy and species for lowspeed, thermally-driven flow with an emphasis on smoke and heat transport from fires. It divides the three-dimensional space into small rectangular volumes. Within each volume the gas variables are assumed to be uniform but changing with time. For momentum conservation, FDS solves the Navier-Stokes equations using large eddy simulations (LES) to account for sub-grid turbulence and for the combustion reactions it uses the mixture fraction model. Heat transfer to the solid surfaces and convection within the fluid can be taken into account. In addition,

Fig. 1. The different cases: respectively with opened openings (case 1), with restricted openings (case 2), and with movable fences (case 3). The extract fan is on top of the picture, fresh air enters bottom right.

Figure 2 shows the smoke development in the car park from a 6MW fire (2 cars in red) after 10 minutes, each with the necessary flow rate to obtain a good SHEVS according to the typesolution from the standard. The simulation results show the differences for each case. In case 1 the fresh air goes right to the extract fan while bypassing the fire area. None of the smoke is evacuated, such a bypass must be avoided at all times. In case 2 the entire car park gets filled with smoke because of the smaller extraction flow rate. We can see in both cases that the

imposed velocities are not achieved because the flow pattern is not like the arrows on the figure. In case 3 the flow rate from the type-solution is not high enough, but if we enlarge this minimal velocity we get good results at a minimal imposed speed of 1.7 m/s on the edges. Here we have a good visibility thanks to the smokefree path till 15 m from the fire.

Fig. 4. Required extraction flow rates following the type-solution to obtain a good visibility.

Fig. 2. Smoke distribution after 10 minutes with an extraction flow rate of respectively: 291 000 m3 /h, 120 000 m3 /h and 120 000 m3 /h.

We can conclude that it is not possible to predict the good visibility in the car park by imposing just one velocity on the edges and hereby defining the necessary extraction flow rate. The influence of the flow pattern or geometry from the car park has to be involved somehow.

Figure 5 shows the smoke distribution after 20 minutes of both solutions. The fresh air comes in due to natural ventilation. We clearly see the good results for the first solution but due to the higher costs of the fans the second solution will be applied more often. We clearly see that the required velocities are not achieved on the upper wall side. It shows that applying an extraction flow rate out of a required velocity doesn’t garantee that required velocity.

IV. U NDERGROUND CAR PARK We chose an underground car park (128 m x48 m x 2.5 m) to compare the type-solution with the ‘as-build’ SHEVS. The car park has 4 detection zones and for each one another scenario. The test scenario with a fire of 6 MW with 2 burning cars in the middle is supposed to be the worst case, because the furthest of any extract fans.

Fig. 5. Smoke distribution and U-velocity at a height of 1.75 m after 15 minutes with an extraction flow rate of 380 000 m3 /h and two air inlet flow rates of each 190 000 m3 /h.

C. Comparison full or empty car park A. As build When a fire is detected in one of the four detection zones, smokegasses are extracted at a flow rate of 380 000 m3 /h by the nearest extract fan. Both fans on the opposite end blow fresh air into the car park with a flow rate of 190 000 m3 /h a piece. The 6 jet fans that are located on the roof give an extra thrust to the flow. On figure 3 we see the smoke development after 15 minutes wich is almost limited to the half of the car park as wanted. The velocity in the longitudinal direction at a height of 1.75 m shows the recirculation in the middle against the walls and you can clearly see the position of the jet fans due to the local higher velocities.

In this test scenario we compare a full and an empty car park to determine wich one is worst case. The simulation results clearly show that having cars in the car park, especially in the regions where you have large recirculations, have a positive effect on the smoke evolution. Figure 6 shows that even a half full car park gives better results as the parked cars serve as resistance and break the recirculations.

Fig. 6. Smoke distribution and U-velocity at a height of 1.75 m after 15 minutes in a half full car park

V. C ONCLUSION Fig. 3. Smoke distribution and U-velocity at a height of 1.75 m after 15 minutes with an extraction flow rate of 380 000 m3 /h and two air inlet flow rates of each 190 000 m3 /h.

B. Type-solution application Following the instructions from the type-solution we devide the car park in 8 zones wich all have their own scenario. For the same position of the fire the type solution gives the choice between 2 solutions. There are no jet fans, only extraction fans.

The simulation results show that the type-solution of the standard NBN S 21-208-2 does not appear to be able to obtain a truthful and correct smoke evacuation. It is not possible to specify a single imposed speed to obtain good results for the visibility without a parameter about the flow pattern or the geometry. This shows the importance of the CFD-calculations who, unlike the type-solution of the standard, are able to allow with large exactitude whethet a SHEVS meet the requirements. In the future standards will probably become less prescriptive and more performance minded.

Inhoudsopgave Voorwoord

i

Overzicht

ii

Extended abstract

iii

Gebruikte afkortingen en symbolen

vii

1 Inleiding 1.1 Probleemstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Noodzaak tot effectieve rook- en warmteafvoer 1.1.2 Ontwikkeling van brand . . . . . . . . . . . . . 1.1.3 Parkeergarageventilatie in de praktijk . . . . . 1.1.4 Verschil grote en kleine parkeergarages . . . . . 1.2 Wetgeving: norm NBN S 21-208-2 . . . . . . . . . . . 1.3 Doelstellingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Fire Dynamics Simulator 2.1 Numerieke simulatie van brand 2.2 FDS als CFD-tool . . . . . . . 2.3 Rekenrooster . . . . . . . . . . 2.4 Gebruikte modellen . . . . . . . 2.4.1 Hydrodynamisch model 2.4.2 Verbrandingsmodel . . . 2.4.3 Randvoorwaarden . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

3 NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen 3.1 Doel van de norm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Wat staat er in deze norm . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Type-oplossing: aanpak . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Type-oplossing: Toepassingsvoorbeeld . . . . . . . .

v

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . .

. . . . . . .

1 1 1 2 3 7 8 9

. . . . . . .

10 10 14 14 15 16 19 21

. . . .

22 22 23 27 29

Inhoudsopgave

3.5

3.4.1 Geval 1: 3.4.2 Geval 2: 3.4.3 Geval 3: Besluit . . . . .

Geopende openingen . Beperkte openingen . Beweegbare schermen . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

4 Ondergrondse parkeergarage 4.1 Doel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Beschrijving parkeergarage . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Ventilatiesysteem . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Brand-scenario . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Gebruikt grid . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Specificaties in FDS . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Toepassing Type-oplossing . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Gekozen onderverdeling . . . . . . . . . . 4.3.2 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Vergelijking volle-lege parkeergarage . . . . . . . 4.4.1 Discussie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Invloed stuwkrachtventilatoren . . . . . . . . . . 4.5.1 Algemene analyse . . . . . . . . . . . . . 4.5.2 Mogelijke verbeteringen aan het ontwerp . 4.5.3 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

30 32 34 39

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40 40 41 41 43 45 47 48 50 54 54 55 58 58 58 63 63 63 64 66

5 Conclusies en perspectieven

67

A Extra figuren type-oplossing

69

B Programma type-oplossing geval 1

74

C Programma ondergrondse parkeergarage

76

vi

Gebruikte afkortingen en symbolen CF D DN S F DS LES N BN N IST RAN S RW A

ε k ρ lS Di p q˙000 Re S¯ij S¯ T τij Yi W˙i000 Z

Computational Fluid Dynamics Direct Numerical Simulation Fire Dynamics Simulator Large Eddy Simulation Normes Belges - Belgische Normen National Institute of Standards and Technology Random Averaged Navier Stokes Rook- en Warmte Afvoer

turbulente dissipatie turbulente kinetische energie densiteit Smagorinsky lengteschaal diffusie van de ide component druk warmtevrijstelling (Heat Release Rate) per oppervlakte eenheid Reynoldsgetal gefilterde reksnelheid karakteristieke gefilterde reksnelheid temperatuur residuële spanningstensor massafractie van de ide component snelheid van productie van component i mengfractie

vii

Hoofdstuk 1

Inleiding 1.1 1.1.1

Probleemstelling Noodzaak tot effectieve rook- en warmteafvoer

In het geval van brand komen onvermijdelijk rook en warmte vrij. Het is van belang om deze rook en warmte op effectieve wijze af te voeren om de veiligheid van personen zo goed mogelijk te garanderen. Bij ondergrondse parkeergarages in het bijzonder vult de ruimte zich snel met rook hetgeen een efficiënte evacuatie bemoeilijkt. Daarenboven dient men maatregelen te treffen voor de warmteafvoer in een ondergrondse parking, opdat er geen te hoge temperaturen ontstaan. Daarnaast is er in een ondergrondse ruimte een ventilatiesysteem nodig dat zorgt voor een continue luchtverversing om de uitlaatgassen van de rijdende wagens af te voeren. Ondergrondse parkeergarages worden dus mechanisch geventileerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een of meerdere afzuigsystemen, al dan niet aangevuld met een mechanisch toevoersysteem. Meestal worden bij grote ondergrondse parkeergarages de in- en uitritten voor de luchttoetrede gebruikt. Actieve brandbeveiliging bestaat zowel uit detectie, automatische blussing als rook en warmte afvoer (RWA). Het hoofddoel van automatische detectie van brand is het redden van mensenlevens, en pas als bijkomend doel het beperken van de schade. Detectie wordt gevolgd door alarmering en ontruimingssignalering, waarna de (automatische) ventilatiebesturing in gang treedt. Bij automatische blussing door middel van sprinklerinstallaties is het de bedoeling om de brand onder controle te houden tot de brandweer ter plaatse is. In 25 à 30 % van de gevallen wordt de brand ook effectief door deze sprinklers geblust. Het hoofddoel is hier dus schadebeperking. Vaak opteert men ervoor om zonder sprinklerinstallaties te werken. Het kostenaspect is de belangrijkste reden om sprinklerinstallaties niet toe te passen.

1

Hoofdstuk 1. Inleiding Een van de belangrijkste aspecten van brandveiligheid bestaat erin de rookontwikkeling te beperken en te controleren. De rook- en warmteafvoer installatie wordt zodanig ontwikkeld om de verspreiding van rook in geval van calamiteiten te beperken. Hierbij zijn een aantal principes belangrijk: Eerst en vooral moet deze installatie de evacuatie van personen vergemakkelijken. Rook ontneemt mensen het zicht, hindert de ademhaling en bemoeilijkt daardoor het vluchten voor de slachtoffers. De RWA-installatie in een ondergrondse ruimte zorgt voor meerdere rookvrije en goed begaanbare vluchtwegen. Ten tweede is het van cruciaal belang dat de brandweer een zichtbare weg heeft naar de brandhaard toe, zodat ze tijdens de interventie zo snel mogelijk de brand kan localiseren. Op die manier werkt de brandweer efficiënter en blijft de schade dus beperkt. In het ontwerp van een RWA-installatie wordt ernaar gestreefd in geval van brand altijd een deel van de parkeergarage rookvrij te houden. Hierlangs moet de brandweer een vrije aanvalsweg tot op 15 m van de brandhaard bekomen. Bijkomend voordeel van RWA is de mogelijkheid om na het blussen van de brand door middel van ‘smoke clearance’ na te gaan of er geen secundaire brandhaarden zijn. Hierbij worden na het blussen van de brand de resterende rookgassen in de parkeergarage afgevoerd door een optimale keuze van ventilatiesturing. Op die manier wordt de parkeergarage weer gebruiksklaar gemaakt.

1.1.2

Ontwikkeling van brand

Er is een fundamenteel verschil tussen vuur en brand. Vuur is een verbranding. In het geval van een ongecontroleerde verbranding spreekt men van een brand. Brandweerlui moeten een ongecontroleerde verbranding, die gedeeltelijk een onvoorzien verloop kent, bestrijden en proberen meester te worden. Een brand kan pas ontstaan indien drie elementen gelijktijdig aanwezig zijn : zuurstof (21 % van het luchtvolume), brandbare materialen en een warmtebron. Zij vormen samen de vuurdriehoek. De eerste twee elementen treden in verbranding van zodra de ontvlammingstemperatuur bereikt is. De ideale verbranding van koolstof produceert koolstofdioxide (CO2 ), maar indien zuurstof ontbreekt wordt het gekende koolstofmonoxide (CO) gevormd dat dodelijk is voor de mens (omdat dit vermijdt dat O2 met de rode bloedcellen worden meegevoerd en een gebrek aan zuurstof in de hersenen onherstelbare schade en zelfs de dood tot gevolg hebben). Een brand bestaat uit een ontwikkelingsfase waarbij de temperatuur oploopt, gevolgd door een afkoelingsfase waarbij de temperatuur afneemt. Een ontstekingsvlam zet een hoeveelheid materiaal in vuur, waardoor een brand ontstaat. De eerste gassen en rook komen vrij. In een gesloten omgeving stijgen rookpluimen op en botsen tegen het plafond, terwijl de temperatuur oploopt. De rook verspreidt zich vervolgens radiaal langsheen het plafond tot ze 2

Hoofdstuk 1. Inleiding tegen een scheidingswand botst en naar beneden zakt, waarna de rooklaag tegen het plafond stagneert. Indien er voldoende zuurstof aanwezig is voor de verbranding wordt het vuur gecontroleerd door de brandstof. Het wordt gecontroleerd door de ventilatie indien er niet voldoende zuurstof beschikbaar is.

1.1.3

Parkeergarageventilatie in de praktijk

In dit punt worden de algemene principes van parkeergarageventilatie voor grote ondergrondse parkeergarages behandeld. In een later punt vergelijken we dit met kleine ondergrondse parkeergarages. De ontwikkeling van ventilatie Om een goede luchtverversing van de parkeergarage in normale werking (dus zonder brand) te bekomen werd vroeger gebruik gemaakt van dwarsventilatie, wat een uitgebreid kanalenstelsel vereist. Dwarsventilatie is het systeem waarbij zowel de toegevoerde als de afgevoerde lucht dwars op de lengteas van de parkeergarage beweegt. Door luchtkanalen wordt de ventilatielucht toe- en afgevoerd (snelheden in de luchtkanalen van 10 à 15 m/s zijn gebruikelijk). Luchtkanalen vertonen echter een aantal nadelen. Zo komt onder meer de doorrijhoogte in het gedrang. Ook kunnen bepaalde gedeelten van de garage onvoldoende geventileerd worden. Om dit nadeel te vermijden moet men de parkeerruimten hoger bouwen, wat bij ondergrondse parkeergarages resulteert in een opmerkelijke meerkost voor de graafwerken. Daarnaast is er met de klassieke ventilatie, zijnde uitsluitend mechanische afzuiging, geen goede gelijkmatige verdeling van de luchtkwaliteit in stand te houden. Vooral in de dode hoeken kan de verversing van de dwarsdoorsnede niet gegarandeerd worden. Vandaar dat er werd gezocht naar andere oplossingen. De belangrijkste verbetering is de invoering van impulsventilatie geweest. Dit wordt in volgend punt besproken. De grote oppervlakte van de parkeergarages moet, uit brandveiligheidsoverwegingen, in compartimenten worden onderverdeeld. Brandwerende wanden of rookgordijnen zijn een voor de hand liggende oplossing, maar worden vaak als niet wenselijk ervaren. Niet alleen bemoeilijken dergelijke vaste of beweegbare schermen de evacuatie van slachtoffers, ook kunnen ze in het geval van een valse melding voorbijrijdende auto’s zwaar beschadigen bij het sluiten. Een open ruimte creëert daarenboven een veiliger gevoel. Uit onderzoek [1] is duidelijk gebleken dat in een parkeergarage de brandcompartimentering op zich niet van belang is. Wat belangrijk is, is het beheersen van de rookverspreiding. Hiervoor is er echter geen ‘harde’ scheiding als een wand nodig. Met een goed ontworpen ventilatiesysteem kan de rookverspreiding voldoende beperkt worden en bijgevolg de zichtbaarheid in de parkeergarages verbeteren. Hierbij wordt onder meer gebruik gemaakt van stuwdrukventi3

Hoofdstuk 1. Inleiding latoren (ook stuwkrachtventilatoren genoemd). Door deze ‘fictieve’ rookcompartimentering worden de nadelen van ‘harde’ compartimentering vermeden. Impulsventilatie Het principe van impulsventilatie is afkomstig uit de tunnelbouw. Daar merkte men op dat in het geval van brand in een verkeerstunnel, het systeem van dwarsventilatie waarop het klassieke ventilatieconcept gebaseerd is, geheel niet in staat was om een adequate RWA tot stand te brengen. Bij dwarsventilatie wordt via ventilatiekanalen over de volle lengte van de tunnel aan één zijde van het dwarsprofiel verse lucht toegevoerd, terwijl aan de andere zijde van het dwarsprofiel verontreinigde lucht wordt afgezogen. De rookverspreiding in de tunnel was in geval van brand, ondanks een forse afzuiging, van een zodanige omvang en snelheid gebleken dat de tunnel zich snel met rook vulde en dat in heel wat gevallen de brandweer niet in staat was om de brand te benaderen. Hier is het idee ontstaan om een groot debiet ventilatielucht via één opening van de tunnel te laten binnenkomen, waarbij deze lucht de rook meevoert naar de andere opening door middel van stuwkrachtventilatoren. Met deze langsventilatie wordt bereikt dat de rookuitbreiding stroomopwaarts van de brand wordt tegengewerkt door het groot debiet verse ventilatielucht aan een grote snelheid. Dit heet impulsventilatie (impuls = massadebiet x snelheid). Ter hoogte van de brandhaard ontstaat een menging en deze verse ventilatielucht begeleidt de rookgassen als het ware tot de andere uitgang van de tunnel waarlangs de rookgassen worden afgezogen. Voor het berekenen van de benodigde hoeveelheid lucht (luchtsnelheid) bij toepassing van langsventilatie is in het algemeen de brandsituatie bepalend. Maatgevend hierbij is het voorkomen van back-layering (het terugstromen van rook en gassen tegen de ventilatiestroom in). De plaatsing van stuwkrachtventilatoren op de juiste plaats is hierbij cruciaal. Zo kan de brandweer met de verse lucht mee, en dus met goede zichtbaarheid, de brandhaard bereiken. Dit principe kan nu worden gebruikt in ondergrondse parkeergarages of gedeelten ervan. Bij een systeem met impulsventilatie wordt de parkeergarage in geval van brand mechanisch geventileerd met een grote hoeveelheid verse buitenlucht. Via stuwdrukventilatoren wordt de ventilatielucht door de brandzone geleid. Vaak wordt de garage hierbij in meerdere rookcompartimenten verdeeld. Afhankelijk van de plaats van de brand moeten dan verschillende ventilatoren worden ingeschakeld of de draairichting ervan worden aangepast. Als bijkomend effect merken we dat door de opname van de hete rook in een grote, koude luchtstroom, de rookgastemperatuur opmerkelijk wordt verlaagd. Om de installatie goed aan te sturen, wordt gebruik gemaakt van een plaatsafhankelijke branddetectie. In tegenstelling tot de klassieke ventilatie, met alleen maar afzuiging, is een stuurbare RWA dus voorzien van stuwkrachteenheden, verdeeld over het plafondoppervlak. Hoofddoel van 4

Hoofdstuk 1. Inleiding deze stuwkrachtventilatoren is de uitbreidende rookwolk om te buigen en in de richting van het afzuigpunt te leiden. Men merkt hierbij op dat de ombuiging en stuurbaarheid van de rookkolom alleen tot stand kan komen indien een grote hoeveelheid lucht over de brand gestuurd wordt.

Figuur 1.1: Impulsventilatie in een ondergrondse parkeergarage.

Op figuur 1.1 ziet men de werking van impulsventilatie in een ondergrondse parking in het geval van een brand. Verse lucht wordt aan de linkerkant binnengeblazen. Via de stuwkrachtventilatoren die aan het plafond hangen wordt de verse buitenlucht naar de brandhaard geleid, waar het na menging met de rookgassen naar een schacht in de muur geleidt wordt. De extractieventilatoren bovenaan de schacht zuigen deze rookgassen naar buiten. Men kan duidelijk de invloed van de stuwkrachtventilatoren zien: de ‘stroomopwaartse’ - dit is de richting waaruit de massa verse lucht komt - rookontwikkeling wordt omgebogen en naar de schacht toe geleid. Bij een goed ontwerp, waar de stuwdrukventilatoren, de toe- en afvoer van ventilatielucht (dus plaats en afmetingen van de schachten) en de wijze van branddetectie goed op elkaar zijn ingesteld, kan de ‘harde’ rookcompartimentering dus vervangen worden door een ‘fictieve’ rookcompartimentering. Op figuur 1.2 ziet men een bovenaanzicht van een parkeergarage waarbij stuwkrachteenheden aan het plafond zijn opgehangen. De rookontwikkeling wordt beperkt in de zin ‘stroomopwaarts’ van de brand. Er bestaat een aerodynamische interactie tussen het voortbewegend 5

Hoofdstuk 1. Inleiding volume van warme rookgassen en de lucht in de parkeergarage. De rook moet de lucht voor zich ‘wegduwen’, wat resulteert in een weerstand. Deze weerstand hangt af van het verschil in snelheid tussen de warme rook en de lucht. Zorgen we er dus voor dat de snelheid van de massa verse lucht even groot maar tegengesteld is aan de snelheid waarmee de warme laag zich kan voortbewegen, dan zal de gemiddelde resulterende voortbewegingssnelheid van de warme rook nul zijn.

Figuur 1.2: Bovenaanzicht rookbeheersing met stuwkrachtventilatoren.

Op figuur 1.3 ziet men duidelijk het verschil qua rookontwikkeling in een parkeergarage zonder en met stuwkrachtventilatoren. Door een grote snelheid mee te geven aan de massa verse lucht zal men voorkomen dat de warme rookgassen zich ‘stroomopwaarts’ vanaf de brand verspreiden. De te verwachten turbulentie aan de voorkant (of ‘neus’ indien we de nomenclatuur van Hinkley [2] volgen) van de warme rook zal een grote menging van rook en lucht veroorzaken, wat leidt tot een rookvulling aan de ‘stroomafwaartse’ kant van de brand.

Figuur 1.3: Zijaanzicht rookbeheersing zonder en met stuwkrachtventilatoren

Het gebruik van stuwdrukventilatie heeft als bijkomend voordeel perfect geschikt te zijn voor de luchtverversing in een parkeergarage. Rijdende, startende en stilstaande auto’s produceren schadelijke, hinderlijke uitlaatgassen voor de gezondheid (CO, NOX , roetdeeltjes, ...). Een goede luchtverversing van de ruimte belet plaatselijk hoog oplopende concentraties. Dankzij impulsventilatie (op lagere snelheden dan in geval van brand) wordt deze verontreinigde lucht efficiënt met ventilatielucht gemengd en naar de afzuigpunten gedirigeerd.

6

Hoofdstuk 1. Inleiding Koude rookproef Doorgaans wordt de werking van een ventilatiesysteem beoordeeld met een koude rookproef waarbij gebruik gemaakt wordt van een rookgenerator. Vooral in de buurt van de ‘brand’ wijkt het resultaat van een dergelijke proef sterk af van de realiteit omdat er sprake is van opmerkelijk lagere temperaturen. De densiteit is een stuk hoger dan bij een werkelijke brand en de buoyancy kracht wordt hierbij niet in rekening gebracht. Het globale beeld van de rookverspreiding kan wel in zekere mate op deze wijze worden beoordeeld. Zo’n rookproef wordt pas gehouden eens het ontwerp van de parkeergarage is uitgevoerd. Om op voorhand te kunnen beoordelen of het ontwerp tot de gewenste resultaten zal leiden bestaan er verschillende methodes. Men heeft de keuze om ofwel via handmatige berekeningen ofwel via CFD berekeningen (‘Computational Fluid Dynamics’) simulaties uit te voeren.

1.1.4

Verschil grote en kleine parkeergarages

Na in het vorig punt de beschrijving van grote ondergrondse parkeergarages te hebben behandeld, zullen we hier kort de belangrijke verschillen voor kleine ondergrondse parkeergarages bekijken. Een typisch voorbeeld is een garage voor ongeveer 10 personenwagens onder een appartementsgebouw. Wanneer brand uitbreekt, bijvoorbeeld in een personenwagen, wordt een kleine parkeergarage typisch heel snel gevuld met rook. Er is ook een sterke warmteontwikkeling in de kleine ruimte wat de brandweerinterventie sterk bemoeilijkt. We bekijken hier kort de belangrijkste verschilpunten in geval van brand. Probleem bij kleine parkeergarages Het fundamentele verschil tussen een brand in een grote en een brand in een kleine parkeergarage zit hem in de fysica waardoor de brand gecontroleerd wordt. In een grote parkeergarage is de brand steeds brandstofgestuurd, maar bij een kleine parkeergarage is de brand vaak ventilatiegestuurd. Dit maakt elke interventie zeer gevaarlijk, want bij het openen van de deur is er explosiegevaar doordat de ventilatiegestuurde brand plots gevoed wordt door de nieuwe zuurstof. De overmaat aan brandstof wordt ineens blootgesteld aan zuurstof waardoor de brand met grote reactiesnelheid verder evolueert. Figuur 1.4 toont de evolutie van de temperatuur in een compartiment in functie van de tijd. Het verloop wordt duidelijk gekenmerkt door een groeifase, een fase met brand in volle intensiteit en een fase van afname. Bij kleine parkeergarages vult de ruimte zich uiterst snel en volledig met rook. Over het algemeen bevat de ruimte een koude onderste laag bestaande uit de omgevingslucht en gassen, en een warme bovenste laag (twee zones model). Bij een temperatuur van ongeveer 200 °C springen de ramen stuk, waardoor plots verse zuurstof aangevoerd wordt en de brand terug aanwakkert. De bovenste laag neemt steeds in volume toe en nadert het vloeroppervlak. In de loop van de ontwikkeling van de brand wordt de temperatuur van 7

Hoofdstuk 1. Inleiding het gasmengsel van de bovenste laag zodanig hoog dat door straling alle brandbare elementen in het compartiment worden ontstoken. Dit fenomeen heet ‘flashover’ (vlamoverslag) en treedt meestal op bij een temperatuur van 500 tot 600 °C zoals we op figuur 1.4 zien. De snelle toename van de temperatuur en de aangroei van warmtevrijstelling zorgt voor een intense menging van rookgassen waardoor ook de lagen zich vermengen (één zonemodel). Men zegt dat de brand volledig ontwikkeld is. Bij brand in grote parkeergarages bereiken de rookgassen gemiddeld over het hele oppervlak geen dergelijke hoge temperaturen, waardoor flashover niet mogelijk is. Ook worden de rookgastemeraturen van grote ondergrondse parkeergarages sterk gedrukt door de grote spoeldebieten koude buitenlucht.

Figuur 1.4: Ontwikkelingsfasen van een brand.

1.2

Wetgeving: norm NBN S 21-208-2

Traditioneel is in de regelgeving de behandeling van de brandveiligheid gebaseerd op prescriptieve regels. Dit geldt in het bijzonder voor de veiligheid van personen in het geval van brand. De verbeterde inzichten in het verschijnsel brand, de verhoogde vraag naar een flexibele indeling bij de conceptie van een gebouw, kosten/batenanalyses en de implementatie van nieuwe technologieën hebben geleid tot een evolutie in de richting van performantiële reglementen. Een performantiële reglementering legt de na te streven objectieven vast zonder te bepalen op welke manier deze objectieven concreet gerealiseerd moeten worden. Voor het geval van brand in grote overdekte parkeergarages, met een oppervlakte van minstens 2500 m2 , bestaat een Belgische norm (NBN S21-208-2) omtrent het ontwerp van de rook- en warmteafvoersystemen. Deze norm stelt enerzijds een type-oplossing voor en laat anderzijds het gebruik van CFD (’Computational Fluid Dynamics’) toe om de effectiviteit van een rook-

8

Hoofdstuk 1. Inleiding en warmteafvoersysteem aan te tonen. Bij de type-oplossing wordt de volledige oppervlakte onderverdeeld in fictieve compartimenten van 1000 m2 en wordt een minimale vereiste luchtsnelheid op de randen van elk van de compartimenten opgelegd. Het is op dit moment niet onomstotelijk wetenschappelijk gegarandeerd dat deze type-oplossing onvoorwaardelijk effectief werkt.

1.3

Doelstellingen

De primaire doelstelling van dit eindwerk is om aan de hand van CFD-berekeningen te onderzoeken of de type-oplossing een effectieve rookafvoer garandeert. Hiertoe zullen we eerst de toepassingsvoorbeelden uit Bijlage A van de ontwerpsnorm NBN S 21-208-2 simuleren met behulp van het software pakket FDS (Fire Dynamics Simulator). Daarna zullen we een reële configuratie van een parkeergarage bekijken en er een typeoplossing op uitwerken. Deze type-oplossing zal dan worden vergeleken met de bestaande RWA-installatie, eveneens in FDS. Er wordt geprobeerd distributies van zichtbaarheid, snelheid, druk en temperatuur te simuleren en een globaal beeld van de impact van een brand op de rook-en warmteafvoer te voorspellen. Er worden tijdsafhankelijke simulaties uitgevoerd (tot 30 minuten na de detectie van de brand) met als doel een beeld te creëren van hoe de situatie evolueert voordat de brandweer ter plaatse komt (gemiddeld 15 minuten na de melding). Ook wordt aandacht besteed aan enkele knelpunten en beperkingen van het softwarepakket. Bijkomend doel van dit eindwerk is te onderzoeken in welke mate de aanwezigheid van wagens in de garage de rookbeweging kan be¨ınvloeden.

9

Hoofdstuk 2

Fire Dynamics Simulator Aangezien alle CFD-berekeningen werden uitgevoerd met FDS (Fire Dynamics Simulator) wordt dit softwarepakket hier wat meer in detail besproken en wordt een korte beschrijving van verbranding en turbulentiemodellen gegeven.

2.1

Numerieke simulatie van brand

De dynamica van een brand kan numeriek bestudeerd worden aan de hand van de fundamentele vergelijkingen van behoud van massa, impuls, energie en chemische componenten die de stromingsdynamica, warmteoverdracht en verbranding beschrijven. Nochtans zijn praktische wiskundige modellen van brand (in tegenstelling tot gecontroleerde verbranding) vrij recent door de inherente complexiteit van het probleem. In de beginperiode van brandonderzoek stelde Hoyt Hottel ‘A case can be made for fire being, next to the life processes, the most complex of phenomena to understand’[3]. De moeilijkheden situeren zich op drie vlakken: ten eerste bestaat er een enorm aantal mogelijke brandscenario’s door hun toevallige aard. Ten tweede is het fysische inzicht en de nodige computerkracht voor al die berekeningen beperkt. Ten derde was de ‘brandstof’ in de meeste branden oorspronkelijk nooit als brandstof bedoeld, wat de simulatie van de brandhaard bemoeilijkt. Tot op heden, zijn er drie verschillende benaderingen voor de simulatie van brand ontwikkeld. zone-model: 2-zone model veld-model: RANS, LES, DNS handmatige berekening

We bespreken hier kort enkele modellen. Elk van deze behandelt brand als een inherent driedimensionaal proces dat in de tijd evolueert. 10

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator Zone model

Het eerste model dat ontwikkeld werd was het ‘zone’ model dat brand in compartimenten beschrijft. Hierbij wordt elk compartiment in twee ruimtelijk homogene volumes verdeeld: een hete hogere laag en een koelere lagere laag. Hierbij worden in beide delen de massa en de energievergelijkingen beschreven, samen met extra modellen die andere fysische processen toevoegen. De modelontwikkeling is sindsdien sterk gevorderd en toch wordt dit ‘zone’ model nog vaak gebruikt bij de analyse van brandscenario’s door zijn conceptuele en rekenkundige eenvoud. Voor zover men geen gedetailleerde distributies van fysische eigenschappen in de ruimte vereist en voor zover de tweelagen-beschrijving de werkelijkheid redelijk benadert, is dit een betrouwbaar model. Een negatief punt is dat dit model, door zijn opbouw, niet systematisch verbeterd kan worden. Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS model)

De snelle groei van rekencapaciteit en het overeenkomstige uitbreiden van ‘Computational Fluid Dynamics’ (CFD) heeft geleid tot de ontwikkeling van zogenaamde ‘veld’ modellen die toegepast worden op problemen uit brandonderzoek. Veld- of CFDmodellen bieden de meeste mogelijkheden voor de beschrijving van het gedrag van branden. Evenals bij zonemodellen wordt bij CFD modellen de brandruimte verdeeld in volume-elementen. Het aantal elementen (bij zonemodellen twee a drie) kan bij CFD modellen wel honderd-duizenden zijn. Met behulp van CFD modellen worden, voor ieder volume-element, de zogenaamde Navier-Stokes vergelijking opgelost. Deze gedetailleerde benaderingen maken de oplossingen veel gecompliceerder en tijdrovender. Daar staat tegenover dat minder (arbitraire) aannamen nodig zijn en dat ook een meer complexe geometrie kan worden beoordeeld. Vrijwel al dit werk is conceptueel gebaseerd op de Reynolds-gemiddelde vorm van de Navier-Stokes vergelijkingen (RANS), in het bijzonder het k − ε turbulentiemodel dat door Patankar en Spalding [4] werd opgesteld. Volgens Reynolds kan men een turbulente stroming (vereenvoudigd) voorstellen door scalaire grootheden te ontbinden in hun (tijd)gemiddelde waarde en hun afwijking hiervan: ¯ + Q0 Q=Q Z T ¯ = 1 Q dt Q T 0

(2.1) (2.2)

Met Q0 de afwijking ten opzichte van de gemiddelde waarde ten gevolge van de turbulentie. Substitueert men deze uitdrukking nu in de Navier-Stokes vergelijkingen, dan verkrijgt men een uitgemiddeld deel en een deel die de invloed van turbulentie weergeeft. Deze RANS vergelijkingen hebben dezelfde vorm als de Navier-Stokes vergelijkingen, maar de variabelen in de vergelijkingen (snelheid, druk, ...) stellen nu een 11

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator tijdsgemiddelde voor. Er treden ook extra termen op, waarin de turbulente effecten vervat zijn (de Reynoldsspanningen). Het doel is nu deze Reynoldsspanningen te modelleren om de turbulente stroming volledig te kunnen simuleren. Een probleem bij de Reynolds-uitmiddeling is dat ze bij stromingen met variabele densiteit aanleiding geeft tot moeilijk te modelleren termen. Om dit probleem op te lossen, wordt dan een Favreuitmiddeling toegepast waarbij men opnieuw vergelijkingen van dezelfde vorm krijgt maar waar de gemiddelde termen een massagemiddelde voorstellen in plaats van een tijdsgemiddelde. Het gebruik van CFD simulaties heeft de beschrijving van branden in complexere geometrieën toegelaten, alsook de integratie van een grote verscheidenheid van fysische fenomenen. Large Eddy Simulation (LES)

De toepassing van ‘Large Eddy Simulation’ technieken (LES) op brand heeft als bedoeling een grotere betrouwbaarheid te verkrijgen in de tijd en ruimte van simulaties van brand, uitgevoerd op een fijner grid, toegestaan door steeds snellere computers. In een dergelijke grote-wervel-simulatie worden de grootschalige driedimensionale, nietstationaire turbulente bewegingen direct uitgerekend terwijl de effecten van de bewegingen op kleinere schaal gemodelleerd worden. We mogen dus een grotere nauwkeurigheid en betrouwbaarheid verwachten, aangezien de grootschalige instationariteiten geresolveerd worden, in tegenstelling tot RANS waar alle turbulente wervels gemodelleerd worden. Hiermee gaat onvermijdelijk een grotere rekentijd gepaard. Het basisidee waarop de LES techniek gebaseerd is, is om de grootste wervels die voor het grootste deel van de menging zorgen, met redelijk hoge nauwkeurigheid te berekenen aan de hand van de vergelijkingen. De uiteindelijke bedoeling (die middels vergelijkingen met experimenten moet worden gerechtvaardigd) is dat de kleinschalige wervelbewegingen ofwel ruw in rekenschap kunnen worden genomen ofwel zelfs verwaarloosd. Bij een LES zijn er 4 conceptuele stappen. Eerst wordt een ruimtelijke filteroperatie uitgevoerd om het ogenblikkelijk snelheidsveld op te splitsen in 2 delen, een gefilterde (of geresolveerde) component en een residuele component. ¯ x, t) + u( x, t) U( x, t) = U( Z ¯ x, t) = G( r, x) U( ¯ x-r, t) dr U(

(2.3) (2.4)

Het gefilterde driedimensionale en tijdsafhankelijke snelheidsveld geeft de beweging van de grote eddies weer. Meer specifiek is de vereiste roostercelafmeting h evenredig met 12

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator de filterbreedte ∆. Deze opsplitsing lijkt analoog met de Reynoldsuitmiddeling, maar belangrijke verschillen zijn dat het gefilterde snelheidsveld willekeurig (dus niet deterministisch) blijft en dat over het algemeen het gefilterde residuele snelheidsveld niet nul is. De tweede stap is het afleiden van de transportvergelijkingen uit de Navier-Stokes vergelijkingen, die de standaardvorm behouden, maar met in de impulsvergelijking een toevoeging van de residuele spanningstensor. Aangezien er meer onbekenden zijn dan onafhankelijke vergelijkingen is er nood aan de sluiting van de vergelijkingen door de residuele spanningstensor te modelleren (derde stap). De vierde stap bestaat uit het numeriek oplossen van de gesloten gefilterde vergelijkingen. De algemene vergelijkingen van de stromingsmechanica beschrijven een groot gamma fysische processen, waarvan veel niets met branden te maken hebben (zoals supersone schokgolven). Het behouden van deze algemeenheid zou leiden tot een enorm complexe computertaak die weinig extra inzicht zou bijbrengen aan de brandstudie. De vereenvoudigde vergelijkingen, die door Rehm en Baum [5] werden ontwikkeld, worden ’laag Machgetal‘ verbrandingsvergelijkingen genoemd. Zij beschrijven de lage snelheid, thermische gedreven stromingen. De lage Machgetal vergelijkingen worden numeriek opgelost door de fysieke ruimte waar de brand dient gesimuleerd te worden te verdelen in een groot aantal rechthoekige cellen. Binnen elke cel wordt verondersteld dat de verschillende parameters (gassnelheid, temperatuur, ...) uniform zijn en enkel met de tijd veranderen. De nauwkeurigheid waarmee de branddynamica kan worden gesimuleerd hangt af van het aantal cellen dat in de simulatie kan worden opgenomen. Dit aantal is uiteindelijk beperkt door de beschikbare rekencapaciteit. De handleiding van FDS vermeldt dat de capaciteit van een hedendaagse bureaucomputer beperkt is tot hoogstens een paar miljoen cellen. Proefondervindelijk hebben wij gemerkt dat dit nogal optimistisch is. Voor onze simulaties was een paar honderdduizend cellen het maximum om de berekeningen in een paar dagen te verkrijgen. Directe Numerieke Simulatie (DNS)

Bij een Directe Numerieke Simulatie worden, in tegenstelling tot LES, alle turbulente lengte- en tijdschalen geresolveerd. Conceptueel is dit de eenvoudigste aanpak aangezien er geen modellering aan te pas komt. Het vergt echter een veel grotere rekencapaciteit en blijkt dus enkel toepasbaar te zijn op heel kleine volumes (typisch 1 cm3 ) bij heel lage Re en kleine tijden.

13

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator

2.2

FDS als CFD-tool

Fire Dynamics Simulator (FDS) is een Computational Fluid Dynamic (CFD) of veldmodel, ontwikkeld door het National Institute of Standards and Technology (NIST). FDS is een software pakket om stroming en warmtetransport in eenvoudige geometrieën te modelleren. Met behulp van de software wordt numeriek een vorm van de Navier-Stokes uitdrukkingen opgelost, geschikt voor temperatuurbeheerste, lage-snelheid stromingen en warmtetransport. De berekening kan op twee manieren worden uitgevoerd: hetzij als een Direct Numerical Simulation (DNS), waarbij de dissipatie-termen direct worden berekend, hetzij als een Large Eddy Simulation (LES), waarbij de grootschalige wervelingen direct worden berekend en de secundaire dissipatieprocessen worden gemodelleerd. De keuze tussen DNS en LES hangt af van het doel van de berekening en van de fijnheid van het rekenrooster. De lage Mach-waarde uitdrukkingen worden numeriek opgelost door de brandruimte op te delen in een groot aantal rechthoekige cellen. Binnen iedere cel worden de verschillende parameters gelijkmatig verondersteld, waarbij slechts veranderingen met de tijd optreden. De nauwkeurigheid waarmee het brandproces kan worden gesimuleerd hangt af van het aantal cellen dat in de berekening wordt ingevoerd. FDS heeft geen pre-processor (een aparte generator voor invoergegevens) wat vaak als niet gebruiksvriendelijk wordt beschouwd. Zowel de opbouw van de geometrie en het rekengrid als alle waarden van de stromings- en flu¨ıdumeigenschappen en de grafisch weer te geven plots, dienen op voorhand te worden gespecifieerd in een tekstfile. Een nadeel is dat de berekeningen dagen lang kunnen duren doordat er voor veel variabelen berekeningen gemaakt moeten worden in elk van de honderdduizenden cellen. Wegens de enorme omvang van de output (meer dan 1 Gbyte per simulatie) is een visualisatietool noodzakelijk om het inzichtelijk te maken. Smokeview is het visualisatieprogramma dat gebruikt wordt om de oplossingen van de FDS berekening grafisch weer te geven, en dit onder meer door de stroming van deeltjes af te beelden, contourplots te maken van gasstromen, en vectorvelden voor te stellen (snelheidsvectoren zowel 2D als 3D). Smokeview geeft dynamische beelden en laat dus toe om de ontwikkeling van rook en temperatuur in een ruimte te tonen. Handig aan dit programma is dat men niet moet wachten tot de berekening is afgelopen zoals bij andere dergelijke programma’s (fluent, CFX, ...). Men kan tijdens de berekeningen de voorlopige resultaten al bekijken in dit visualisatie programma.

2.3

Rekenrooster

Rechthoekig grid Alle FDS berekeningen moeten worden uitgevoerd binnen een domein dat is opgebouwd uit enkel rechthoekige blokken, elk met zijn eigen rechthoekig rooster. Alle fysische obstructies 14

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator moeten overeenkomen met het numerieke grid. Niet rechthoekige domeinen kunnen niet worden gemodelleerd. Bij FDS wordt een ruimte in vele rekencellen (grid) opgedeeld waarna de dichtheid, snelheid, temperatuur, druk en concentratie in elke cel berekend wordt op basis van de wetten van behoud van massa, impuls en energie en chemische componenten. Het aantal rekencellen waarin een ruimte wordt opgedeeld is bepalend voor de kwaliteit van de simulatie. Zo is er een minimum aantal cellen nodig in elke richting om een degelijk resultaat te bekomen. Anderzijds neemt de rekentijd exponentieel toe bij een toenemend aantal cellen. Bijkomende voorwaarde in FDS is dat niet om het even welk aantal cellen kan worden gekozen. Het grid bestaat uit een aantal cellen in x,y en z-richting die elk van de vorm 2l 3m 5n moeten zijn (met l,m,n natuurlijke getallen), aangezien een groot deel van de berekeningen gebruik maakt van een Poisson oplosser gebaseerd op een Fast Fourier Transformatie (FFT). Een krachtige PC kan een paar honderdduizend cellen aan. Het grid en de stroomsnelheid bepalen de tijdstappen. Deze worden door FDS zo gekozen dat een stroming, binnen de tijdstap, niet meer dan een cel passeert. Simulaties kunnen daarom weken duren.

2.4

Gebruikte modellen

Er bestaat een heel gamma aan CFD-paketten, elk met hun voor- en nadelen wat maakt dat het van uiterst groot belang is om bij elke simulatie het gebruikte grid te vermelden en duidelijk aan te geven met welke modellen werd gerekend. FDS is uit meerdere submodellen opgebouwd, namelijk [8]: Hydrodynamisch model: de subgridscale turbulentie wordt volgens de Smagorinsky methode berekend, die gebruik maakt van een turbulente-viscositeit-model. Verbrandingsmodel: voor de meeste toepassingen wordt het mengfractiemodel (mixture fraction combustion model) gebruikt. De mengfractie is een dimensieloze variabele die een maat is voor de menging tussen brandstof en oxidans. Met de mengfractie als variabele worden de behoudswetten voor brandstof en zuurstof in één enkele vergelijking gecombineerd. Warmtetransport door straling: het warmtetransport wordt berekend voor een grijs, niet verstrooiend gas. De vergelijking wordt opgelost volgens de eindige-volume-methode (Finite Volume Model). Geometrie: het programma is gebaseerd op een rechtlijnig grid. Randvoorwaarden: aan alle wanden worden zowel thermische grenscondities toegekend als brandgedrag van het materiaal. Er is een databank met materiaaleigenschappen beschikbaar; indien bij een toepassing een ander materiaal voorkomt dan in de databank aanwezig is, moet de gebruiker de eigenschappen alsnog door experimenten vaststellen.

15

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator De brand zelf wordt gesimuleerd door het grote aantal verschillende verbrandingsproducten die bij het verbrandingsproces zijn betrokken. In FDS wordt de brand gesimplifieerd voorgesteld door te stellen dat de brand een reactie is van één enkele brandstof (propaan) en zuurstof, terwijl de snelheid van warmteoverdracht bepaald wordt uit experimenten. We bespreken achtereenvolgens het hydrodynamisch model, het verbrandingsmodel en de omgevingscondities. We veronderstellen geen straling om een uniforme en eenduidige behandeling van de norm te kunnen gebruiken met dus enkel convectieve warmteoverdracht. Als er dan sprake is van een 6 MW brand, is er geen discussie mogelijk of het stralingsgedeelte van de warmteoverdracht dan wel 20 % of 30% bedraagt, het is een convectieve warmtevrijstelling van 6 MW. De geometrie werd hiervoor reeds besproken.

2.4.1

Hydrodynamisch model

FDS lost op numerieke wijze een vorm van Navier-Stokes vergelijkingen op, toepasselijk voor lage snelheid (ongeveer M < 0.3), thermisch gedreven stroming met de nadruk op rook en warmteafvoer van branden. De benadering houdt in dat akoestische golven worden uitgefilterd en dat grote variaties in temperatuur en dichtheid mogelijk zijn. Dit verleent de uitdrukkingen een elliptisch karakter, geschikt voor convectieve thermische processen met lage snelheid. De kern van het algoritme is een expliciete predictor-corrector regeling, tweede orde nauwkeurig in ruimte en tijd. Subgridscale turbulente wervels worden behandeld door het model van Smagorinsky. Het is mogelijk een Directe Numerieke Simulatie (DNS) uit te voeren als het onderliggende grid fijn genoeg is. LES is als standaard ingesteld. Om chemische reacties in rekening te brengen, moeten extra transportvergelijkingen worden toegevoegd aan de Navier-Stokes vergelijkingen. Deze transportvergelijkingen betreffen de massafracties van de verschillende componenten en de enthalpie. De fundamentele behoudswetten De behoudswetten voor massa, impuls en energie worden hier voorgesteld. ∂ρ + ∇.ρu = 0 ∂t ∂( ρ.u) + ∇.ρuu = −∇p + ρg + ∇.τ ∂t ∂( ρ.h) Dp + ∇.ρhu = + q˙000 + ∇.k∇T ∂t Dt

(2.5) (2.6) (2.7)

Om deze vergelijkingen te sluiten is er nog een toestandsvergelijking nodig. Voor een ideaal gas is dit: p = ρRT (2.8) Dit stel partiële differentiaalvergelijkingen bestaat uit 6 vergelijkingen voor 6 onbekenden(de drie snelheidscomponenten, de densiteit, de temperatuur, en de druk). De enthalpie h is een 16

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator functie van de temperatuur. De extra transportvergelijkingen om chemische reacties in rekening te brengen worden geschreven in functie van de massafractie van de individuele gascomponenten. Als het gas bestaat uit meerdere componenten, moet men een transportvergelijking oplossen voor elke component. Die vergelijkingen hebben de vorm: ∂( ρ.Yi ) + ∇.ρYi u = ∇.ρDi ∇Yi + W˙i000 ∂t

(2.9)

met Yi de massafractie van de ide component en Di de diffusie van de ide component in de menging. De vereenvoudiging zit hem in één diffusiecoëfficiënt per component wat een zeer goede benadering is voor turbulente verbranding bij voldoende hoog Reynoldsgetal. W˙i000 is de snelheid van productie van component i (ook chemische bronterm genoemd), waarvoor geldt: X X X ( ρ.Yi ) = 1 ; ∇.ρDi ∇Yi = 0 ; W˙i000 = 0 (2.10) i

i

i

LES De meest onderscheidende factor tussen verschillende CFD technieken is de behandeling van turbulentie. De grote wervels worden gevoed door energie onttrokken aan de gemiddelde stroming. Deze energierijke grote wervels zijn onstabiel en vallen uiteen in kleinere wervels. Dit fenomeen herhaalt zich naar steeds kleinere wervels toe totdat de kinetische energie door de visceuze dissipatie wordt omgezet in warmte. Het is belangrijk op te merken dat de dissipatie bepaald wordt door de viscositeit, maar dat de dissipatiesnelheid door de hogere schalen wordt bepaald. In de inleiding bespraken we reeds de drie belangrijkste technieken om turbulentie te modelleren. FDS maakt enkel gebruik van de Large Eddy Simulation techniek (LES) en de Direct Numerical Simulation techniek (DNS). Er is dus geen Reynolds-Averaged Navier-Stokes mogelijkheid in FDS. Bij Directe Numerieke Simulatie worden, in tegenstelling tot LES, alle turbulente lengte- en tijdschalen geresolveerd. Hier komt er geen modellering aan te pas, maar het vergt onvermijdelijk grotere rekencapaciteit. LES is een techniek die gebruikt wordt om het dissipatieve proces (viscositeit, thermische conductiviteit, materiaaldiffusiviteit) te modelleren voor de lengteschalen die kleiner zijn dan deze die expliciet geresolveerd worden op het numerieke grid. De bijkomende termen in de vergelijkingen bespreken de effecten van turbulentie. Deze termen moeten nog gemodelleerd worden. De gefilterde behoudsvergelijkingen worden bekomen door de filteroperatie op de NavierStokes vergelijkingen toe te passen. Het verschil met de Navier-Stokes vergelijkingen zit in het feit dat het gefilterd product niet gelijk is aan het product van de gefilterde snelheden. Het verschil is de residuele spanningstensor: ¯ iU ¯j τijR ≡ Ui Uj − U 17

(2.11)

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator Wanneer de isotrope residuele spanning opgenomen wordt in een gewijzigde gefilterde druk, dan kunnen de gefilterde impulsvergelijkingen herschreven worden als: ¯U ¯j ¯j ∂τijr D ∂2U 1 ∂ p¯ = ν − − ¯ ∂xi ∂xi ∂xi ρ ∂xj Dt

(2.12)

met τijr de anisotrope residuële spanningstensoren met de substantiële afgeleide gebaseerd op de gefilterde snelheid: ¯ ∂ D ¯ (2.13) ¯ ≡ ∂t + U.∇ Dt Net als de Reynoldsvergelijkingen zijn deze vergelijkingen niet gesloten. De sluiting wordt bekomen door het modelleren van de residuele spanningstensor. Nochtans zijn er een aantal opmerkelijke verschillen met de Reynoldsvergelijkingen. Zo zijn de gefilterde velden willekeurig, driedimensionaal en tijdsafhankelijk, zelfs wanneer de gemiddelde stroming statistisch stationair of homogeen is. Ook hangt de spanningstensor af van het type en de breedte van de filter. Om de anisotrope residuele spanningstensor te modelleren wordt gebruik gemaakt van het model van Smagorinsky. Het model bestaat uit 2 delen. Eerst wordt er een lineair turbulenteviscositeit-model gebruikt dat het verband legt tussen de residuele spanning en de gefilterde reksnelheid: τijr = −2νr S¯ij (2.14) Daarna wordt de turbulente viscositeit gemodelleerd als: νr = lS2 S¯ = (CS ∆)2 S¯

(2.15)

1/2 met de karakteristieke gefilterde reksnelheid S¯ ≡ 2S¯ij S¯ij en lS de Smagorinsky lengteschaal, die via de Smagorinsky coëfficiënt CS evenredig verbonden is met de filterbreedte ∆. Als waarden wordt hier CS ≈ 0.2 genomen en als filterbreedte ruwweg de grootte van de gebruikte gridcel. De andere diffusieve parameters, de thermische conductiviteit en de materiaaldiffusiviteit worden bepaald uit volgende betrekkingen: kLES =

νcp ν ; DLES = ρP r Sc

(2.16)

Het Prandtl getal Pr en het Schmidt getal Sc zijn constant voor een bepaald scenario. Met het Smagorinsky model, waar de turbulente viscositeit 2.15 steeds positief is, is er geen backscatter: de energieoverdracht is altijd van de gefilterde naar de residuele bewegingen.

18


2.4.2

Verbrandingsmodel

In FDS worden twee verbrandingsmodellen gebruikt. Voor een DNS berekening waar de diffusie van brandstof en zuurstof direct kan worden gemodelleerd, is een globale, éénstaps chemische reactie met eindige snelheid het meest geschikt. In een LES berekening, waarbij het rekenrooster niet fijn genoeg is om de diffusie van brandstof en zuurstof te bepalen, wordt uitgegaan van een verbrandingsmodel gebaseerd op het berekenen van de mengfractie. Voor de meeste toepassingen gebruikt FDS het mengfractie verbrandingsmodel. De mengfractie is een behouden scalair die een maat is voor de menging van brandstof en oxidans. De lokale waarde ervan drukt uit welke fractie van de totale massa van het lokale mengsel afkomstig is van de brandstof. Het model veronderstelt dat de verbranding niet voorgemengd is en dat de chemische reactie van brandstof en zuurstof oneindig snel is. De massafracties van alle belangrijke reactanten en producten kunnen uit de mengfractie worden afgeleid door middel van empirische uitdrukkingen aangenomen via een combinatie van vereenvoudigde analyse en metingen. Een belangrijk voordeel van de mengfractie als variabele is dat er in de transportvergelijking geen bronterm voorkomt, aangezien de mengfractie een behouden scalair is. Een zeer sterke vereenvoudiging wordt bekomen indien we alle diffusiecoëfficiënten aan elkaar gelijk veronderstellen (Di =D). De moleculaire diffusiecoëfficiënten van de meeste componenten zijn immers vergelijkbaar. Dit zorgt voor een eenvoudige convectie-diffusie vergelijking: ∂ ∂Z ∂ (ρZ) ∂ (ρvk Z) + = ρD (2.17) ∂t ∂xk ∂k ∂xk Yi − Yi,O (2.18) Z= Yi,F − Yi,O met Z de mengfractie en waarbij Yi de massafractie van het ide element is. Het subscript F staat voor brandstof en het subscript O voor oxidans. De waarde van Z is nul in zuiver oxidans en één in zuivere brandstof. Probleem is nu dat de informatie met betrekking tot temperatuur en de massafracties van de verschillende componenten verloren is gegaan. Deze informatie wordt gereconstrueerd aan de hand van het chemiemodel, dat de verbanden tussen de mengfractie en de temperatuur en de massafracties van de verschillende componenten vastlegt. In FDS wordt hiervoor het ‘flame sheet’ model gebruikt waarbij wordt vooropgesteld dat de chemische reacties oneindig snel plaatsvinden onder stochiometrische omstandigheden Z=Zst , en dat er in alle andere gevallen inerte menging is van ofwel oxidans met producten (Z < Zst ) ofwel brandstof met producten (Z > Zst ).

19

Hoofdstuk 2. Fire Dynamics Simulator De verbranding wordt voorgesteld als een irreversibele éénstapsreactie van de vorm: νF Cm Hn + νO2 O2 −→ νCO2 CO2 + νH2 O H2 O

(2.19)

De oplossingen in functie van de mengfractie worden voorgesteld in figuur 2.1:

Figuur 2.1: Het flame-sheet chemiemodel.

De brand zelf wordt gesimuleerd als een reactie van één enkele brandstof (propaan) en zuurstof, en wordt gedefinieerd door de snelheid van warmtevrijstelling (Heat Release Rate) per oppervlakte eenheid q˙000 . Men gaat uit van volgend verband: q˙000 = ∆H0 m ˙ 000 O

(2.20)

waarbij ∆H0 de warmtevrijstellingssnelheid per eenheidsmassa verbruikte zuurstof (ongeveer 13 100 kJ/kg voor de meeste brandstoffen) en m ˙ 000 O de mate van zuurstofverbruik voorstelt (uitgedrukt in massa per oppervlakte eenheid). Het grote voordeel van dit mengfractiemodel is de eenvoud ervan. Het grote nadeel is dat er geen intermediaire componenten in zitten. Zoals reeds vroeger besproken moet het rekenrooster in de omgeving van de brandhaard voldoende fijn genomen worden voor een betrouwbaar resultaat.

20


2.4.3

Randvoorwaarden

Aan alle vaste wanden worden thermische grensvoorwaarden en informatie over het brandgedrag van het materiaal gegeven. De materiële eigenschappen werden empirisch bepaald en worden opgeslagen in een gegevensbestand. Warmte- en massaoverdracht van en naar de vaste wanden wordt gewoonlijk behandeld met empirische correlaties, hoewel het mogelijk is om de warmte- en massaoverdracht direct te verwerken door het uitvoeren van DNS. Concreet zijn volgende thermische grensvoorwaarden mogelijk in FDS: 1. Adiabaat: geen warmte-overdracht doorheen de vaste wanden (muren). 2. Voorgeschreven temperatuur: vaak in functie van de tijd. 3. Veronderstelling thermisch dunne wand (temperatuur blijft constant doorheen het materiaal): de wand warmt op in functie van zijn gegeven densiteit, specifieke warmte en dikte. 4. Veronderstelling thermisch dikke wand: in dit geval gebeurt een ééndimensionale warmteoverdracht berekening op elke cel. Wij kozen ervoor om de wanden adiabatisch te maken, dus zonder warmte-overdracht door de muren, om de complexiteit van het model en de rekentijd te beperken. De randvoorwaarden in een LES moeten naar behoren gedefinieerd worden om een wiskundig goed gesteld probleem te hebben. De structuur in een turbulente grenslaagstroming heeft andere dynamische karakteristieken dan isotrope homogene turbulentie, zodat een speciale behandeling van dergelijke zones noodzakelijk is. Dichtbij de wanden wordt de dynamica bepaald door visceuze effecten, terwijl ze in de uitwendige laag door turbulentie wordt gecontroleerd. Er zijn twee manieren om met de aanwezigheid van een vaste wand om te gaan: ofwel de dynamica in de nabijheid van een vaste wand resolveren, ofwel deze te modelleren. Wanneer de dynamica geresolveerd wordt, dient het rekenrooster voldoende fijn te zijn. De vaste wand wordt dan weergegeven door een ‘no-slip’ voorwaarde: de snelheid van het flu¨ıdum wordt gelijk gesteld aan deze van de wand. Al snel wordt duidelijk dat dit niet zal worden toegepast in onze parkeergarage. De belangrijkste reden voor het succes van het modelleren van de wandlaag is dat in dit model wordt vermeden om in de inwendige laag roosterpunten te leggen. Er wordt een model gebruikt om de dynamica weer te geven in de zone tussen de wand en het eerste roosterpunt, het zogenoemde ‘wandmodel’.

21

Hoofdstuk 3

NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Norm NBN S 21-208-2 : Brandbeveiliging in gebouwen - Ontwerp van de rook- en warmteafvoersystemen (RWA) in gesloten parkeergebouwen.

3.1

Doel van de norm

Deze norm heeft als doel de voorwaarden te bepalen waaraan de RWA-systemen (Rook en Warmte Afvoer) in gesloten parkeergebouwen voor wagens, met één of meerdere niveaus, moeten voldoen, om de verspreiding van rook en warmte bij brand in de parking te beperken, de toegang van de hulpdiensten tot bij de brandhaard op een veilige manier mogelijk te maken en hun interventie te vergemakkelijken. Voor parkeergebouwen met geringe vrije hoogte, waar alleen RWA met horizontale mechanische ventilatie mogelijk is, heeft deze norm niet als bedoeling alle nooduitgangen rookvrij te houden. In dit geval moet de ontruiming van personen dus zo snel mogelijk gebeuren. Het mechanisch ventilatiesysteem heeft tot doel de verspreiding van de rook te beletten, om zo een toegangsweg vanaf de openbare weg tot in de nabijheid van de brandhaard rookvrij te houden. Deze voorwaarden worden in de norm beschreven door verschillende ontwerpkeuzen die worden verondersteld een gelijkwaardige graad van veiligheid te bewerkstelligen. De aangenomen ontwerpkeuze moet gerealiseerd worden conform alle in de norm gestelde voorwaarden, die bestaan uit gemeenschappelijke voorwaarden voor alle ontwerpkeuzes en uit bijzondere voorwaarden voor de aangenomen ontwerpkeuze.

22

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Deze norm bepaalt ook voor gesloten parkeergebouwen een aantal voorwaarden waaraan de RWA-systemen die werken met mechanische ventilatie moeten voldoen, indien ze ook als dagdagelijkse ventilatie worden gebruikt. Deze norm kan toegepast worden voor gesloten parkeergebouwen met een totale oppervlakte van meer dan 1000 m2 , die zich uitstrekken over één of meerdere niveaus. Deze oppervlakte bevat de mogelijke parkeerboxen, overdekte toegangshellingen en verbindingen. Deze norm dekt de bijzondere risico’s (ontploffing, gaslek) die uitgaan van wagens met LPG (vloeibaar gemaakt gas) niet.

3.2

Wat staat er in deze norm

Gemeenschappelijke voorwaarden We bespreken hier enkel de belangrijkste gemeenschappelijke voorwaarden die van belang zijn bij de simulaties. Zo moet bij eender welke brandhaard het RWA-systeem een rookvrije toegangsweg verzekeren vanaf de openbare weg. Daarnaast is het parkeergebouw uitgerust met een branddetectie-installatie, eventueel aangevuld met drukknoppen. Een bevestigde detectie activeert automatisch en onmiddellijk het ontruimingsalarm, het RWA-scenario dat overeenkomt met de eerste detectie, en de bestaande middelen die voorzien zijn om de toegang van voertuigen te beletten. Een bevestigde detectie wordt gegeven door hetzij twee detectoren in dezelfde detectiezone, hetzij twee detectoren in verschillende detectiezones, hetzij een detector (die het RWA scenario bepaalt) en een drukknop. Het RWA-systeem wordt ontworpen voor een brandhaard, gelegen op een willekeurig punt in het parkeergebouw (parkeerplaats, circulatiezone of toegangshelling) en houdt daarbij slechts rekening met één enkele brandhaard. Het RWA-systeem wordt ontworpen zodat de onderdruk in het parkeergebouw geen drukverschil groter dan 60 Pa tegen de opening van de nooddeuren veroorzaakt. Bovendien mag de kracht die nodig is om de deur te openen, de 100 N niet overschrijden. Als een parkeergebouw meerdere ingangen heeft, moet de ingang die voor de hulpdiensten is bedoeld voldoende duidelijk gesignaleerd worden. Deze toegang moet open zijn of automatisch ontgrendeld worden bij brand. Ook moeten de luchtinlaten voor het RWA-systeem (toegangspoorten, openingen) die gesloten zouden zijn, automatisch geopend worden en geopend blijven bij de activering van het brandscenario. Beschermingsmiddelen moeten verhinderen dat de sectie van de extractiemonden zou verminderd worden door voertuigen of andere obstakels.

23

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Type vuurhaard De type vuurhaard voor de ontwerpberekening van een RWA-systeem voor ondergrondse parkeergebouwen is afhankelijk van het aantal wagens dat in brand staat. Hierbij wordt niet het totale maar wel het convectief warmtevermogen opgegeven, waarbij de straling naar de wanden dus niet in rekening wordt gebracht. Dit warmtevermogen is onafhankelijk van het concept van de parking. De evolutie van het convectief warmtevermogen Qc in functie van de tijd is voorgeschreven zoals in figuur 3.1 en figuur 3.2 respectievelijk voor de vuurhaarden van twee brandende wagens en van één brandende wagen.

Figuur 3.1: Twee brandende wagens - convectief warmtevermogen Qc .

Men rekent dus in geval van twee brandende wagens in de parkeergarage met een maximale warmteoverdracht van 6 MW. Voor één brandende wagen is dit 4 MW. Deze waarden werden gehaald uit experimentele proeven van brandende wagens tot natuurlijke uitdoving.

Figuur 3.2: Eén brandende wagen - convectief warmtevermogen Qc

24

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Ontwerpkeuzen Om de verspreiding van rook bij brand in een overdekte parking te beperken worden de volgende ontwerpkeuzen (met of zonder sprinklers) in deze norm gespecifieerd: 1. Keuze 1: RWA door verticale opstijging van de rook, het inperken van de rook in rookvakken tegen de zoldering met als doel het behoud van een rookvrije hoogte onder de rooklaag. 2. Keuze 2: RWA door horizontale mechanische ventilatie, met als doel de verspreiding van de rook te beletten en het behouden van een rookvrije toegangsweg vanaf de openbare weg tot in de nabijheid van de brandhaard. Aangezien in ondergrondse parkings de vrije hoogte meestal beperkt is, concentreren we ons enkel op keuze 2 met horizontale mechanische ventilatie. Het grondbeginsel is dat de parking horizontaal geventileerd wordt om een toegangsweg vanaf de openbare weg tot in de nabijheid van de brandhaard rookvrij te houden. Daartoe moet een luchtdebiet met een horizontale luchtsnelheid bekomen worden die voldoende is om de rookverspreiding tegen de opgewekte luchtstroming in tegen te gaan. Naar prestatie-eisen toe wil men dat de toegangsweg over de ganse lengte, vanaf de openbare weg tot op minder dan 15 m van de brandhaard rookvrij gehouden wordt, ongeacht de plaats van de brandhaard. De afstand van minder dan 15 m is nodig om met de waterstraal van de brandweerlans de brand te kunnen bereiken. De rookvrije toegangsweg nodig voor de brandweer moet zich uitstrekken over een breedte van minstens 5 m en over de gehele vrije hoogte onder de zoldering of onder de balken. Indien de toegangshelling als nooduitgang wordt gebruikt, mag de luchtsnelheid op de helling niet hoger liggen dan 5 m/s. Boven de 5m/s bemoeilijkt de luchtsnelheid de evacuatie van de personen. Daarnaast moet de RWA-installatie geconfigureerd worden volgens het brandscenario dat overeenstemt met de zone van de eerste detectie, en dit binnen een tijdsbestek dat aan de volgende voorwaarden voldoet: De rookafvoer mag ten vroegste 2 minuten na de activering van het brandscenario in regime zijn. De eventuele stuwkrachteenheden mogen niet gestart worden vooraleer de rookafvoer in regime is. De eventuele stuwkrachteenheden moeten allen ten laatste 2 minuten na hun activering in regime zijn. Het gehele RWA-systeem moet operationeel zijn in een tijdsbestek van maximaal 5 minuten na activering van het brandscenario.

25

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen De invloed van de wind op de werking van de RWA-installatie moet in rekening genomen worden volgens volgende richtlijnen. Ofwel wordt de richting waarin de RWA-installatie werkt gekoppeld aan de richting van de natuurlijke luchtstroom in het parkeergebouw, te wijten aan de wind, gedurende de laatste 10 minuten vóór de detectie van de brand. Ofwel moeten de extractoren van de RWA-installatie zo gedimensioneerd worden dat er rekening wordt gehouden met een bijkomend ladingsverlies van 100 Pa te wijten aan de wind. Deze waarde mag tot 50 Pa verminderd worden indien de luchtuitlaten zich bevinden in zones van het dak waar ze nooit in overdruk komen te staan, welke ook de windrichting is. Bij de voorwaarden die vervuld moeten zijn om aan de prestatie-eisen van een RWA-systeem met horizontale mechanische ventilatie te voldoen, wordt de keuze gelaten tussen twee oplossingen: OPLOSSING 2A: type-oplossing (wordt in volgende paragraaf uitvoerig besproken)

OPLOSSING 2B: oplossing gevalideerd door CFD-berekening (Computational Fluid Dynamics) waarbij voor elke RWA-zone een simulatie moet worden uitgevoerd. De resultaten van de CFD-berekeningen brengen de rookontwikkeling en -beweging, evenals hun temperaturen en concentraties in kaart.

Deze CFD-berekeningen worden uitgevoerd zonder aanwezige wagens in de parkeergarage. Deze situatie is niet noodzakelijk het ‘worst-case’ scenario, maar is eenvoudig en gemakkelijk te reproduceren. Voor elke CFD-berekening moeten de gebruikte modellen en rekenrooster duidelijk worden beschreven, samen met alle input gegevens (natuurlijke of mechanische ventilatie met in- en uitlaatdebieten, plaats en stuwrichting van eventuele stuwkrachtventilatoren, enz.). De resultaten van elke CFD-berekening moeten minstens volgende informatie bevatten: schematische plannen of 3D-zicht, lokalisatie van de brandhaard, vectoriële snelheden en amplitudes van de lucht en rookgas stromingen, temperaturen van de lucht en rookgas stromingen, rookgasconcentraties. De resultaten dienen geanalyseerd te worden voor elke CFD-berekening, waarbij nadruk ligt op de periodes tussen 15 à 30 minuten (twee brandende wagens) en 15 à minuten (één brandende wagen) en waarbij wordt nagegaan dat de toegang vanaf openbare weg rookvrij is tot op 15 m van de vuurhaard en er geen recirculatie van rookgassen is.

26

de 20 de de

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen

3.3

Type-oplossing: aanpak

Grondbeginselen Deze type-oplossing stelt voor om het parkeergebouw, met inbegrip van zijn inwendige toegangshellingen en -wegen, onder te verdelen in RWA-zones waarvan de horizontale oppervlakte kleiner of gelijk is aan 1000 m2 . Hierbij valt iedere detectiezone samen met één of meerdere RWA-zones en activeert ze telkens een brandscenario. Eenzelfde brandscenario kan door meerdere RWA-zones geactiveerd worden. In geval van brand in een RWA-zone, wordt de verspreiding van de rook beperkt om een rookvrije toegang te hebben van buiten het gebouw tot aan de RWA-zone. De verspreiding van de rook wordt beperkt: hetzij door rookdichte scheidingselementen, beweegbaar of vast; hetzij door het creëren van een minimale horizontale luchtsnelheid tussen deze elementen.

Voor elk brandscenario moeten de lucht in- en uitlaten langs de omtrek van de RWA-zone(s) zo opgesteld staan dat ze de horizontale luchtverplaatsing over de RWA-zone(s) verspreiden. De verspreiding van de rook in het parkeergebouw buiten de zone van de brandhaard moet beperkt worden. Voorschriften Om een rookvrije toegangsweg te creëren tot de RWA-zone van de brandhaard, worden rookcontroleopeningen voor elk brandscenario bepaald. Het zijn de niet afgesloten openingen die gelegen zijn op de scheidingslijn tussen enerzijds de RWA-zones van het parkeergebouw (die onder de rook mogen komen te zitten omdat ze niet betreden moeten worden om de brandhaard te bereiken), en anderzijds de rest van het parkeergebouw. De doorgang van rook door de rookcontroleopeningen wordt belet door het realiseren van een horizontale luchtsnelheid die ten minste gelijk is aan de vereiste waarde vr , die in geval van een gesloten parkeergebouw zonder sprinklers of met sprinklers zonder vloerhelling volgende minimaal vereiste waarde moet aannemen. Op de perimeter van de RWA-zone van de vuurhaard: 1.1 m/s Buiten de perimeter van de RWA-zone van de vuurhaard:

– tot een afstand van 15 m van deze zone: 1.1 m/s – verder dan 15 m: 0.5 m/s Het minimale spoeldebiet wordt dan bepaald door deze snelheden te vermenigvuldigen met de rookcontroleopeningen en samen te tellen. De spoeldebieten bedragen minimaal 120 000 m3 /h voor niet gesprinklerde parkeergebouwen of parkeergebouwen met sprinklers zonder vloerhelling. 27

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen We merken op dat de vereiste snelheid vr de luchtsnelheid is gemeten zonder brandhaard(koud), die nodig is om stroomopwaarts van de brandhaard een luchtsnelheid te verkrijgen die voldoende groot is om de rookverspreiding tegengesteld aan de richting van de verluchting tegen te gaan. Meting van de snelheden De metingen worden koud uitgevoerd, zonder voertuigen in de parking, bij een windsnelheid van minder dan 4 m/s. De snelheid wordt gemeten met een nauwkeurigheid van ±5%. De horizontale component van de luchtsnelheid wordt gemeten, in grootte en in richting, in het verticale vlak van de scheidingslijn die bij elk brandscenario wordt bepaald, met verticale meetintervallen die maximaal 6 m breed zijn, met behulp van de lusmethode. De lus bestaat uit een horizontale scanning op drie verschillende hoogtes die overeenstemmen met 1/4, 1/2 en 3/4 van de hoogte onder de hindernissen (balken, ribben, schermen of kanalen aan de zoldering). De meting wordt niet uitgevoerd op een afstand van minder dan 0.5 m van de muren en kolommen. Toepassingsvoorbeeld Om de type oplossing te illustreren wordt in de norm als voorbeeld een verdieping van een parkeergebouw met een centrale kern beschreven met enkele mogelijke oplossingen. Aangezien de totale oppervlakte van het parkeergebouw 1842 m2 (51m x 42m - 30m x 10m) bedraagt, splitst men deze op in twee zones. De breedte van de toegangsopening voor luchttoevoer bedraagt 8 m en de hoogte van de rookcontroleopeningen bedraagt 2.3 m. De ventilator midden bovenaan zorgt voor de ontruiming van de rookgassen(4 m breed).

Figuur 3.3: geometrie toepassingsvoorbeeld

Er worden drie oplossingen voorgesteld, telkens met de bedoeling de vorige oplossing te verbeteren qua efficiëntie in rookafvoer (en dus zichtbaarheid). In de eerste twee gevallen met vrije opening en beperkte opening maakt het in feite niet uit in welke van de twee zones de brandende wagens staan. In het geval met beweegbare schermen gaat, afhankelijk van de detectiezone van de brandende wagens, een ander beweegbaar scherm naar beneden. Om de bespreking overzichtelijk te houden werden niet van alle scenario’s de figuren (snelheidsen drukverlopen, zichtbaarheid, temperatuur) in de tekst verwerkt. Deze kunnen in appendix A teruggevonden worden. 28


3.4

Type-oplossing: Toepassingsvoorbeeld

Hier bespreken we de drie voorgestelde oplossingen volgens de type-oplossing, telkens aan de hand van een CFD-berekening (in FDS). Als brandhaard wordt gewerkt met twee brandende wagens zoals in de norm voorgeschreven, dus een convectieve warmteoverdracht volgens figuur 3.1 (maximaal 6 MW). De wanden worden adiabaat beschouwd en we rekenen zonder stralings-warmteoverdracht (enkel convectief). (geval 1)

(geval 2)

(geval 3)

Figuur 3.4: De verschillende mogelijkheden: respectievelijk met geopende openingen, met beperkte openingen, en beweegbare schermen met afvoer in zone1 en zone2

Volgen we de simpele redenering van de type-oplossing waarbij één enkele snelheid van 1.1 m/s wordt opgelegd aan de rookcontroleopeningen, onafhankelijk van de geometrie, en we daaruit het nodige extractiedebiet berekenen (snelheid vermenigvuldigen met rookcontroleopeningen en vrije hoogte van 2.3 m), en we rekening houden met een minimaal spoeldebiet van 120.000 m3 /h, dan wordt voor de voorgestelde oplossingen bekomen:

Figuur 3.5: nodige extractiedebieten toepassingsvoorbeeld

In de norm staat duidelijk dat dit minimaal debiet theoretisch is en dat in de praktijk een groter debiet nodig zal zijn, rekening houdende met de inhomogeniteit van de snelheden. Ook dit zullen we nakijken. 29

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Daarnaast houden we rekening met de lagere densiteit van de warmere rookgassen. We vermenigvuldigen dus het extractiedebiet met een factor 1.2/rho waarbij rho de gemeten massadichtheid ter hoogte van de extractieventilator. Bekijken we deze waarde per geval, dan merkt men dat de gemiddelde waarde van rho over het afzuigoppervlak overal groter is dan 1.0. Nemen we die waarde, dan kunnen we stellen dat we minstens het gewenste debiet afzuigen. Praktisch komt dit er in onze gevallen dus op neer om het extractiedebiet met een factor 1.2 te vermenigvuldigen. Dit verklaart de grotere extractiedebieten ingegeven in FDS. De FDS-tekstfile van het geval 1 is opgenomen in appendix B.

3.4.1

Geval 1: Geopende openingen

In geval 1 met de geopende openingen plaatst men twee brandende wagens links van de centrale kern. Volgens de type-oplossing van de norm zal er een goede rookafvoer bekomen worden door de vereiste snelheid van 1.1 m/s op te leggen over de ganse breedte van de rookcontroleopeningen. Rekening houdend met de breedte (2 x 16m) en de hoogte (2.3 m) van de rookcontroleopening bekomen we een af te zuigen debiet van 291 000 m3 /h in zone 2. In FDS geven we dus een extractiedebiet van 1.2 keer dit debiet in. Dit extractiedebiet wordt opgelegd aan de ventilator bovenaan (4 m breed) en de verse luchtaanvoer wordt bekomen door de toegangsopening onderaan rechts.

Figuur 3.6: geval 1

Figuur 3.7: Geval 1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood)

Hierboven zien we de rookontwikkeling na 1 minuut en na 10 minuten. Zo is de zichtbaarheid na 10 minuten in het deel links van de centrale kern nergens groter dan een halve meter, daar waar gewenst wordt een rookvrije toegangsweg tot op 15 m te hebben zoals in de norm voorgeschreven. Geval 1 van de type-oplossing voldoet dus duidelijk niet. 30

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Op figuur 3.7 merken we duidelijk dat het deel rechts van de centrale kern als kortsluiting functioneert tussen de aangebrachte verse lucht (onderaan rechts) en de afgezogen rookgassen aan de bovenkant waardoor het gewenste doel, namelijk de rook zo snel mogelijk af te voeren niet bereikt wordt. Erger nog: de rookgassen worden helemaal niet afgezogen. De verse lucht wordt via de rechterhelft rechtstreeks afgezogen en de rookgassen vullen het gedeelte links van de centrale kern vrijwel onmiddelijk volledig met rook. Dit was te verwachten aangezien de stroming steeds de weg met de minste weerstand zal kiezen. Hierbij is het duidelijk dat men een dergelijke bypass ter alle tijde moet vermijden.

Figuur 3.8: Geval 1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 5.5 m/s)

Op figuur 3.8 zien we de luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten op een hoogte van 1.75 m. Het afzuigdebiet is zodanig groot dat de rookgassen onder de centrale kern niet kunnen worden meegenomen met de stroming verse lucht. De rookgassen hebben de kans niet om zich te mengen met de verse lucht waardoor het deel rechts van de centrale kern rookvrij blijft. Het is duidelijk dat een verhoging van het extractiedebiet deze situatie niet zal verbeteren. Indien de brand plaatsgrijpt in zone 1 bedraagt de breedte van de rookcontroleopening slechts 8 m (in plaats van 32 m in zone 2) waardoor volgens de norm al een goede rookafvoer bekomen wordt bij een extractiedebiet van 120 000 m3 /h. Het spreekt voor zich dat de situatie in dit geval in geen geval verbetert. De kortsluiting tussen verse aanvoerlucht en afgezogen rookgassen blijft en door het lager extractiedebiet kunnen de rookgassen zich mengen met de verse aanvoerlucht waardoor de rook zich ook in het deel rechts van de centrale kern voortbeweegt (zie appendix A). Uit deze resultaten merken we op dat het stromingspatroon van de afgevoerde rookgassen en de toegevoerde verse lucht een cruciale parameter is in het ontwerp van een efficiënte RWA. De type-oplossing van de besproken norm houdt hier geen rekening mee. Zo kan het bypass probleem vermeden worden door een goede plaatsing van de ventilatieschachten. 31


3.4.2

Geval 2: Beperkte openingen

Ten opzichte van geval 1, is de enige aanpassing in geval 2 het bouwen van enkele muurtjes die de rookcontroleopeningen beperken. Het scenario gaat opnieuw uit van twee brandende wagens links van de centrale kern, net onder het muurtje. Volgens de type-oplossing van de norm zal er hier reeds een goede rookafvoer bekomen worden bij een kleiner extractiedebiet dan in het vorig geval. Door een vereiste snelheid van 1.1 m/s op te leggen over de verminderde breedte van de rookcontroleopeningen wordt immers een kleiner extractiedebiet vereist. Rekening houdend met de verminderde breedte (2 x 6 m) en de hoogte (2.3 m) van de rookcontroleopening bekomt men hier volgens de norm, door de eenvoudige aanpassing van een paar muurtjes te bouwen, al bij een debiet van 120 000 m3 /h in zone 2 een goede rookafvoer. Dit debiet wordt aangelegd aan de extractieventilator bovenaan waarbij verse lucht binnenkomt langs de opening rechtsonder.

Figuur 3.9: geval 2

Figuur 3.10: Geval 2: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood)

Op figuur 3.10 zien we de rookontwikkeling na 1 minuut en na 10 minuten. In plaats van een verbetering door deze muurtjes te plaatsen, verergert men het vorige scenario door niet enkel in de linkerhelft, maar in bijna de gehele parking de zichtbaarheid te reduceren tot minder dan een halve meter. De stroming wordt afgeremd door de recirculatie ter hoogte van de muur, waardoor de rook vanuit de onderste helft meegenomen wordt en de parkeergarage dus na 10 minuten volledig door rook gevuld wordt. De snelheidsdaling wordt ook verklaard door het venturi-effect waarbij deze veroorzaakt wordt door een drukstijging net voor de muren.

32

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Op figuur 3.11 zien we de luchtsnelheid na 1 minuut en na 10 minuten op een hoogte van 1.84 m. Door de veel lagere snelheid van de inkomende verse lucht (2.5 m/s ten opzichte van 5.5 m/s in geval 1) enerzijds en de recirculatie door het muurtje anderzijds kan de verse lucht zich mengen met de rookgassen, waardoor er na verloop van tijd een homogene menging ontstaat in het gebied onder de muurtjes. Daar waar het de bedoeling is dat de verse lucht de parkeergarage doerspoelt en zo de rookgassen meeneemt naar de extractieventilator, komt er bijna geen verse lucht meer binnen na 10 minuten en wordt de situatie dus herleid tot één enkele extractieventilator. De situatie is dus uitzichtloos.

Figuur 3.11: Geval 2: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s)

We kunnen proberen de doorstroomsnelheid te verhogen in de hoop de rook efficiënter af te voeren. Zo werd de simulatie uitgevoerd bij een even groot afzuigdebiet als in het eerste geval. Hierbij zien we duidelijk dat de resultaten helemaal in lijn liggen met geval 1 (zie appendix A). Het muurtje verandert dus niet veel aan de situatie, het afzuigdebiet wel. Het idee om muren te plaatsen kwam er waarschijnlijk via de redenering dat een kleinere doorstroomsectie een grotere snelheid zal opleveren bij constant massadebiet (m ˙ = ρvA). In een parkeergarage echter, is de impuls constant (impuls = massadebiet x snelheid), en niet het massadebiet. Voor een goede afvoer van de rookgassen is de impuls belangrijk, dus niet enkel de snelheid maar ook het massadebiet. Door de plaatsing van de muren verliest men dus heel wat impuls door recirculatie en vertragen de muren de stroming. De redenering is waarschijnlijk afkomstig uit de tunnelbouw, waar er slechts één doorstroomsectie is en waarbij massadebiet, snelheid en impuls dan evenredig zijn. Men kan hier dus besluiten dat het bijbouwen van enkele muurtjes helemaal geen oplossing biedt voor het gestelde probleem. Geval 2 van de type-oplossing voldoet dus duidelijk niet.

33


3.4.3

Geval 3: Beweegbare schermen

In geval 3 waarbij gebruik wordt gemaakt van beweegbare schermen (rookgordijnen), kunnen we betere resultaten verwachten dan in de twee vorige gevallen. Wat in feite gerealiseerd wordt door deze rookschermen te gebruiken, is ervoor te zorgen dat de stroming slechts één enkele richting uitkan. Deze uitvoering benadert het sterkst de situatie in een tunnel waarbij één extractieventilator aan de ene kant een zeker debiet afzuigt terwijl langs de andere kant verse lucht binnenkomt, en waarbij er quasi geen sectieveranderingen zijn. Zulke beweegbare schermen vermijden situaties zoals bekomen in geval 1 waar de ene kant een kortsluiting maakt tussen extractieventilator en toevoer van verse buitenlucht, en de luchtstroming de brandhaard links laat liggen. Zoals reeds in de inleiding werd besproken worden dergelijke schermen echter zoveel mogelijk vermeden wegens praktische redenen. Eerst bekijken we de situatie waarbij de brandende wagens zich ongeveer in het midden van de parkeergarage bevinden en er in functie van de zone waar de rook dient afgevoerd te worden, beweegbare schermen zakken. Dit zijn de gevallen 3a en 3b1. Daarna gaan we het probleem bekijken waarbij de brandende wagens zodanig geplaatst zijn dat ze zich nog binnen zone 2 bevinden, maar men duidelijk ziet dat een betere rookafvoer bekomen word indien de rookgassen via zone 1 worden afgezogen. Dit is geval 3b2.

Geval 3a: afvoer in zone 1 door beweegbare schermen In geval 3a met beweegbare schermen en de afvoer in zone 1 plaatsen we twee brandende wagens links van de centrale kern. Volgens de type-oplossing van de norm zal er een goede rookafvoer zijn door de vereiste snelheid van 1.1 m/s op te leggen over de ganse breedte van de rookcontroleopeningen. Rekening houdend met de breedte (11 m) en de hoogte (2.3 m) van de rookcontroleopening bekomen we een af te zuigen debiet van 120 000 m3 /h in zone 1. Dit extractiedebiet wordt opgelegd aan de ventilator bovenaan (4 m breed) en de verse luchtaanvoer wordt bekomen door de toegangsopening onderaan rechts.

Figuur 3.12: geval 3a

In geval 3a waarbij de afvoer in zone 1 plaatsvindt, bekomen we degelijke resultaten qua rookafvoer zoals te zien op figuur 3.13. Zone 2 wordt duidelijk afgescheiden door een beweegbaar scherm neer te laten (bovenaan rechts). We zien dat de rookontwikkeling zich beperkt tot één helft van de parking (zone 1). Toch bekomen we na 10 minuten geen rookvrije weg tot op 15 m van de brandhaard, noch op 1.84 m hoogte, noch op 1.15 m. Dus zelfs indien de brandweermannen zich bukken, kunnen ze de brandhaard nog niet makkelijk lokaliseren.

34


Figuur 3.13: Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood)

Het stromingspatroon wordt duidelijk herkend op figuur 3.14 die de snelheid op 1.84 m hoogte weergeeft. Bekijken we het snelheidspatroon van de doorspoelingslucht, dan merken we duidelijk dat deze verse lucht een bocht maakt rond de brandhaard. Dit is de reden van de minder efficiënte rookafvoer dan verwacht.

Figuur 3.14: Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 3 m/s)

Verdubbellen we echter het extractiedebiet (zie appendix A), dan bekomen we wel de gewenste zichtbaarheid na 10 minuten(zelfs rookvrij tot op 5 m van de brandhaard in plaats van de vooropgestelde 15 m op een hoogte van 1.84 m). Het ombuigingseffect van de stroming wordt versterkt maar de rook kan zich bij zo’n hoge snelheden niet mengen met de verse lucht en wordt omgebogen naar de goede richting. De verklaring hiervoor is de krachtwerking tussen enerzijds de impulskracht van de vers aangezogen buitenlucht, en anderzijds de kracht van de uitbreiding van de warmteontwikkeling die de rookgassen concentrisch rond de brandhaard voortstuwt.

35

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen Iteratief werd de snelheid bepaald waarbij 15 m zichtbaarheid bereikt werd (zie appendix A). Dit bleek vanaf een snelheid van 1.7 m/s het geval. Toch kunnen we hier niet uit besluiten dat de type-oplossing met deze minimaal opgelegde snelheid aan de rookcontroleopeningen goede resultaten zal leveren bij elke configuratie. Deze snelheid is sterk afhankelijk van de geometrie van het probleem. Geval 3b: afvoer in zone 2 door beweegbare schermen In geval 3b met de beweegbare schermen en de afvoer in zone 2 plaatsen we twee brandende wagens rechts van de centrale kern. Volgens de type-oplossing van de norm zal er een goede rookafvoer zijn als we de vereiste snelheid van 1.1 m/s opleggen over de volledige breedte van de rookcontroleopeningen. Rekening houdend met de breedte (8 m) en de hoogte (2.3 m) van de rookcontroleopening bekomen we een af te zuigen debiet van 120 000 m3 /h in zone 2. Dit extractiedebiet wordt opgelegd aan de ventilator bovenaan (4 m breed) en de verse luchtaanvoer wordt bekomen door de toegangsopening onderaan rechts.

Figuur 3.15: geval 3b

Figuur 3.16: Geval 3b1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood)

In geval 3b1 waarbij de afvoer in zone 2 plaatsvindt, bekomen we degelijke resultaten qua rookafvoer (zoals te zien op figuur 3.16) door een beweegbaar scherm neer te laten (bovenaan links) om zone 1 duidelijk af te scheiden. We zien dat de rookontwikkeling zich beperkt tot één helft van de parking (zone 2), en ook de zichtbaarheid haalt de criteria. Alhoewel op 1.84 m hoogte het rookvrije deel van de parking net niet tot op 15 m van de brandhaard komt, is er na 10 minuten op 1.15 m hoogte een rookvrije aanvalsweg tot op 5 m van de 36

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen brandhaard. Indien de brandweermannen zich bukken, kunnen ze de brandhaard dus wel makkelijk lokaliseren. Op figuur 3.17 wordt het stromingspatroon van de luchtsnelheid op 1.84 m hoogte duidelijk weergegeven. We merken het verschil tussen beginsituatie en brandhaard na verloop van tijd, waar de uitbreiding van de rookgassen door de toenemende warmtevrijstelling de impulskracht van de verse luchtstroming tegenwerkt waardoor de snelheid van deze verse lucht duidelijk vermindert.

Figuur 3.17: Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s)

Verdubbelen we ook hier het extractiedebiet (zie appendix A), dan bekomen we meer dan de gewenste zichtbaarheid, zowel op een hoogte van 1.15 m als 1.84 m heeft men zelfs aan de brandhaard een perfecte zichtbaarheid na 10 minuten. Dit is niet verwonderlijk want dit laatste geval kunnen we in feite als tunnelventilatie beschouwen. Verkeerde zone-indeling In geval 3b2 met de beweegbare schermen en de afvoer in zone 2 plaatsen we twee brandende wagens rechts onder de centrale kern. Volgens de type-oplossing van de norm zal er een goede rookafvoer zijn door de vereiste snelheid van 1.1 m/s op te leggen over de ganse breedte van de rookcontroleopeningen. Rekening houdend met de breedte (8 m) en de hoogte (2.3 m) van de rookcontroleopening bekomt men een af te zuigen debiet van 120 000 m3 /h in zone 2. Dit extractiedebiet wordt opgelegd aan de ventilator bovenaan (4 m breed) en de verse luchtaanvoer wordt bekomen Figuur 3.18: Verbetering zone-indeling. door de toegangsopening onderaan rechts.

37

Hoofdstuk 3. NBN S 21-208-2: Ontwerp RWA parkeergebouwen In geval 3b2 waarbij de afvoer in zone 2 plaatsvindt, bekomen we erbarmelijke resultaten wat betreft rookafvoer door een beweegbaar scherm neer te laten bovenaan links om de zone 1 duidelijk af te scheiden zoals te zien op figuur 3.19. We zien hierbij duidelijk dat de rookontwikkeling zich volledig uitstrekt in zone 1 waar er normaal gezien geen rook mag komen, waarna de volledige parking zich met rook vult. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de zichtbaarheid na 10 minuten in de ganse parking, zowel op 1.15 m als op 1.84 m hoogte nihil is.

Figuur 3.19: Geval 3b2: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood)

De auto’s zijn binnen zone 2 geplaatst maar bij deze verdeling komt er in de volledige parking rook, wat de rookafvoer onmogelijk maakt in zone 1. Er is dus duidelijk een fout in de zoneverdeling geslopen. De zones waren immers beter verdeeld zoals op figuur 3.18.

Figuur 3.20: Geval 3b2: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s)

Het stromingspatroon wordt herkend op figuur 3.20. Waar het in zone 1 de bedoeling is dat er geen stroming is, zien we hier duidelijk de rookgassen die er blijven hangen. 38


3.5

Besluit

Aan de hand van het typevoorbeeld van de norm werd de type-oplossing in dit hoofdstuk van dichterbij bekeken. Uit geval 1 merken we duidelijk dat een bypass absoluut moet vermeden worden. Daarnaast is een voldoend hoge afzuigsnelheid cruciaal. In geval 2 zagen we hoe impuls nodig is voor een goede afvoer, dus zowel een hoge luchtsnelheid als een groot massadebiet. Enkel bij gebruik van beweegbare schermen worden degelijke resultaten bekomen bij een voldoende hoge snelheid. Hierbij moet de correctheid van de type-oplossing in vraag gesteld worden. Deze type-oplossing stelt het nodige extractiedebiet op, door één enkele snelheid op te leggen aan de rand van enkele RWA-zones, zonder enige rekening te houden met de geometrie van de parkeergarage. Het is dan ook niet verwonderlijk dat deze type-oplossing, die waarschijnlijk perfect werkt voor tunnelventilatie waarbij de geometrie veel eenvoudiger is, niet zomaar kan worden overgedragen op ondergrondse parkings zonder enige factor in te brengen die rekening houdt met de geometrie en mogelijke stromingspatronen van de afgevoerde rookgassen en verse toevoerlucht. Uit de uitgewerkte simulaties blijkt duidelijk dat het niet mogelijk is één enkele snelheid op te leggen, onafhankelijk van de geometrie van de parkeergarage zoals in de type-norm is voorgeschreven, om een waarheidsgetrouw en correcte rook- en warmteafvoer te bekomen. We kunnen dus besluiten dat de vereiste doelstellingen niet behaald worden door de minimaal voorgeschreven parameters uit de type-oplossing te gebruiken. In de type-oplossing van de norm ontbreken een aantal essentiële parameters om de beoogde doelstellingen te behalen. Hier blijkt dan ook weer het belang van de CFD-berekening die, in tegenstelling tot de typeoplossing van de norm, toelaat met grote nauwkeurigheid te bepalen of de RWA-installatie voldoet aan de vereisten.

39

Hoofdstuk 4

Ondergrondse parkeergarage 4.1

Doel

Na de uitwerking van de type-oplossing op het toepassingsvoorbeeld, gaan we nu een stap verder en passen we de type-oplossing toe op een reële configuratie. Eerst zullen we in FDS een CFD-berekening uitvoeren voor de bestaandee parkeergarage, en deze vergelijken met de type-oplossing. Daarna bekijken we het effect van een volledig met wagens gevulde parkeergarage ten opzichte van een lege parkeergarage zoals in de norm gebruikt wordt om de slechtst mogelijke situatie te kunnen uitmaken uit beide. Ten slotte eindigen we met een CFD-berekening van een eigen ontwerp van een RWA-installatie voor dezelfde configuratie. We hebben geopteerd om ons te baseren op een bestaande parking om de type-oplossing van de norm te vergelijken met de werkelijke uitvoering ervan. Hierbij werden we, onder meer door de beperkingen van het gebruikte FDS programma, genoodzaakt om een aantal vereenvoudigingen aan te brengen. Zo konden sommige geometrische vereenvoudigingen gemaakt worden zonder de doelstellingen in het gedrang te brengen. Toch hebben we alle debieten en snelheden zo nauwkeurig mogelijk gerespecteerd zoals in de ter beschikking gestelde informatie werd gespecifiëerd. De gekozen parkeergarage is evenwaardig aan de normering en reglementeringen m.b.t. de extractie en RWA (rook- en warmteafvoer) van de ondergrondse parkings. Het concept en de installatie gebeurde volgens de prenorm NBN S21-208-2. Eerst en vooral bespreken we de geometrie, algemene werking en bijzonderheden van de gekozen parkeergarage om vervolgens het brandscenario van de RWA-installatie te overlopen bij eventuele calamiteiten.

40

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage

4.2 4.2.1

Beschrijving parkeergarage Concept

De gekozen parkeergarage bestaat uit drie ondergrondse bouwlagen waarbij de bruto oppervlakte per laag ongeveer 6200 m2 bedraagt. De bouwlagen staan met elkaar in verbinding via een vide aan de langszijde van de parkeergarage en elke laag is voorzien van twee maal twee in- en uitritten. De garage dient te worden beschouwd als zijnde een gesloten parkeergarage met betrekking tot de ventilatie. Voor de simulaties in FDS hebben we enkel de parkeerlaag op niveau -2 gebruikt. Deze heeft een hoogte van 2.5m (de vrije hoogte in de parking is overal 2,10m), een lengte van 128 m, en een breedte van 48 m. Dit niveau heeft een capaciteit van 236 parkeerplaatsen. Het gebruikte stuwkrachtventilatiesysteem is tweeledig: enerzijds zorgt het voor de dagelijkse ventilatie van de parkeergarage, met daaraan gekoppeld de CO-ventilatie in geval van hogere CO-detectie; anderzijds wordt een gecontroleerde rookevacuatie verzekerd in geval van voertuigbrand in de parkeergarage. Het systeem is geschikt om onder variabele omstandigheden geheel automatisch te functioneren. Het ventilatiesysteem werkt modulerend, gebaseerd op zowel de gemeten hoeveelheid CO als concentratie LPG. Het ventilatiesysteem is inzetbaar als rookbeheersingssysteem in geval van brand van minimaal 2 auto’s. Doel van het RWA-systeem is de rook die ontstaat bij brand zo af te voeren dat minimaal de helft van de parkeerlaag rookvrij blijft zodat personen een veilige vluchtweg kunnen vinden en de brandweer de brand kan bestrijden. Om dit te realiseren zijn 4 schachten met elk twee omkeerbare ventilatoren voorzien. Het project heeft 4 ventilatorkamers : VK1 = 2x 190.000 m3 /h omkeerbaar (in de linker bovenhoek op figuur 4.1) VK2 = 2x 190.000 m3 /h omkeerbaar (in de rechter bovenhoek op figuur 4.1) VK3 = 2x 190.000 m3 /h omkeerbaar (in de linker benedenhoek op figuur 4.1) VK4 = 2x 190.000 m3 /h omkeerbaar (in de rechter benedenhoek op figuur 4.1)

Elke ventilatorkamer is uitgerust met 2 omkeerbare ventilatoren van 190.000 m3 /h. In totaal zijn er dus 8 axiaalventilatoren. In omkeerbare richting werken deze aan 65%. Via de schachten wordt het nodige debiet verse lucht aangevoerd naar het gewenste niveau of worden de rookgassen van een bepaald niveau onttrokken naar buiten. Per laag worden de nodige kleppenregisters automatisch gestuurd om in geval van brand, CO-detectie of LPG-detectie te zorgen dat op die verdieping het totale luchtdebiet wordt toe- en afgevoerd. Op de andere verdiepingen worden de kleppenregisters dan gesloten. 41

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage Per bouwlaag worden stuwkrachtventilatoren (4 rijen van 3 stuks) geplaatst aan het plafond van de parkeerlaag in een zodanige configuratie dat een gelijkmatig verdeeld luchtbewegingpatroon ontstaat. Deze ventilatoren zijn speciaal ontwikkeld, geschikt voor parkeergarages met een relatief kleine hoogte (ventilatorhoogte < 350mm).

Figuur 4.1: Opdeling van de parkeergarage in 4 zones.

Op bovenstaande figuur zien we duidelijk de geometrie van de parkeergarage met links en rechts telkens een open afrit, bovenaan in het midden de vide, over het parkingplafond verdeeld de 12 stuwkrachtventilatoren in het rood aangeduid), en in de vier hoeken de schachten 1,2,3,4 (respectievelijk linksboven, rechsboven, linksonder, rechtsonder) waarboven zich dus telkens twee axiaalventilatoren bevinden. Overigens zien we de steunpilaren. Ook zien we duidelijk de indeling in rookzone’s (rechterhelft A en linkerhelft B), waarvan het de bedoeling is dat er altijd 1 zone rookvrij blijft (dus één helft van de parking). De deelzones (A1, A2, B3, B4) zijn nodig om de verschillende scenario’s aan te sturen al naargelang de locatie van de brandhaard. Er zijn dus 4 scenario’s mogelijk, afhankelijk van de branddetectiezones waarin de parkeergarage wordt onderverdeeld. Het alarmcontact per zone wordt doorgegeven aan de RWA-installatie bij detectie door twee detectoren. Aan één van de langszijden van het gebouw is een vide die de drie parkeerlagen verbindt. Deze vide is uitgerust met automatische brandschermen om in geval van brand vlamoverslag tussen de verschillende lagen te vermijden. De openingen van de interne open afritten zijn voorzien van automatische rookgordijnen.

42


4.2.2

Ventilatiesysteem

Wanneer voertuigen in een gesloten parkeergarage circuleren, zal het CO-gehalte in de parkeergarage automatisch stijgen. Het doel van het ventilatiesysteem is om een optimale luchtkwaliteit te behouden in alle deelhoeken van de parking. Stuwkrachtventilatoren worden aan het plafond bevestigd om een continue gelijkmatige luchtverdeling te realiseren. Ook met de LPG-concentratie wordt rekening gehouden, uitgedrukt in % LEL (Lower Explosion Limit). De 8 axiaalventilatoren die boven de schachten in de ventilatorkamers aanwezig zijn, kunnen een luchthoeveelheid van 190.000 m3 /h aan en minstens 65% in omkeerbare richting. Ze hebben een totale opvoerhoogte van ongeveer 500 Pa en worden frequentiegestuurd (nominaal toerental van 1450 rpm). De ventilator is geschikt om een temperatuur van 300°C gedurende 1 uur te doorstaan. De 12 stuwkrachtventilatoren (per verdiep) zijn van het centrifugaal type. De lucht wordt langs de onderzijde aangezogen om vervolgens lateraal via de brede uitblaasmond te worden uitgeblazen onder een hoek van 7° tangentiaal naar beneden. Ze hebben een stuwkracht van 15 N en 50 N, waarbij een debiet wordt vrijgegeven aan een snelheid van 11.0 m/s of 22.0 m/s. Ze zijn van de isolatieklasse H en beschermklasse IP 54. De ventilator is geschikt om een temperatuur van 300°C gedurende 1 uur te doorstaan. CO-ventilatie In een ondergrondse parking ontbreekt de natuurlijke ventilatie. Daardoor moet er continu mechanisch geventileerd worden om lokale opstapeling van toxische gassen te vermijden. Bij normale werking van de parkeergarage wordt er dus een bepaald debiet lucht afgezogen langs een of meerdere schachten, de luchttoevoer gebeurt hierbij automatisch langsheen de vide. We kunnen volgende gevallen onderscheiden: Dagelijkse ventilatie: per wagen wordt 100 m3 /h geventileerd. Twee schachtventilatoren draaien op laag toerental waarbij een totaal extractiedebiet van 72.000 m3 /h wordt opgelegd. Deze luchtdebieten worden door de registers evenredig verdeeld over de drie verdiepingen. In deze situatie zijn de stuwkrachtventilatoren op laag toerental in bedrijf. 1e alarm (CO >80 ppm of LPG > 10% LEL): per wagen wordt 200 m3 /h geventileerd. Twee schachtventilatoren draaien op laag toerental waarbij een totaal extractiedebiet van 144.000 m3 /h wordt opgelegd. Deze luchtdebieten worden door de registers evenredig verdeeld over de drie verdiepingen. In deze situatie zijn de stuwkrachtventilatoren op laag toerental in bedrijf. 2e alarm (CO >120 ppm of LPG > 20% LEL): de verdieping waar het CO-alarm wordt gesignaleerd moet gespoeld worden met 380.000 m3 /h. Twee schachtventilatoren draaien op 100% toerental (190.000 m3 /h). In deze situatie zijn de stuwkrachtventilatoren op hoog toerental in bedrijf op de betreffende verdieping.

43

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage De LPG-detectoren worden op 0.15 m hoogte geplaatst. Dit gas stijgt niet in geval van lek maar blijft dicht bij de grond aangezien het een grotere densiteit heeft dan lucht. Opgemerkt dient te worden dat de detectie van toxische gassen gebeurt via detectoren, voor CO gemonteerd op 1.5 m hoogte, in tegenstelling tot de rookdetectoren op 2.5 m. De meetkoppen werken via diffusie. Elke meetkop stuurt een signaal (tussen 4 en 20 mA in functie van de gemeten concentratie) naar de centrale, die deze verwerkt en de ventilatie stuurt. Hierbij wijzen we op het gevaar dat in geval van brand (wat dus tot een verhoogde CO-concentratie zal leiden), als de stuwkrachtventilatoren te vroeg aangestuurd worden op bevel van de CO detectie, de stijgende rookgassen nooit boven dreigen te geraken maar verder worden weggeblazen. Dit kan leiden tot een foutieve rookdetectie in een ander compartiment. Er moet dus altijd gewerkt worden met een zekere wachttijd vooraleer de stuwkrachtventilatoren aan te sturen na een verhoogde CO-detectie. Brand-ventilatie De parkeergarage is per parkeerbouwlaag opgedeeld in 2 rookzones nl. rookzone A en rookzone B. Bij een rookmelding in één van deze zones wordt de ventilatie zodanig geschakeld dat rook en warmte efficiënt afgevoerd en beheerst worden zodat de aanwezigen op een veilige manier kunnen vluchten en de brandweer de brandhaard op een veilige manier kan lokaliseren, naderen en blussen. We onderscheiden per bouwlaag 4 scenario’s (zie figuur 4.1): rookzone A (met deelzone A1 en A2) en rookzone B (met deelzone B3 en B4). Bij een brandalarm in rookzone A wordt, naargelang in A1 of A2, de respectievelijke schachtventilatoren aangeschakeld. Rookzone B blijft volledig rookvrij. Bij een 6 MW brand is er van uitgegaan dat een ventilatiedebiet nodig is van 380.000 m3 /h op de betreffende verdieping om de rook af te voeren. In deze situatie zijn de stuwkrachtventilatoren op hoog toerental in bedrijf op de betreffende verdieping. De toevoer van verse lucht gebeurt hierbij ook mechanisch door middel van de schachtventilatoren in de tegenovergestelde zone. De toevoer bedraagt eveneens 380.000 m3 /h door de 4 ventilatoren. Op deze wijze wordt de getroffen verdieping geventileerd van links naar rechts of omgekeerd volgens het brandscenario. Men bekomt dus een situatie waarbij de rookgassen zowel mechanisch worden afgevoerd, als de verse lucht wordt binnengeblazen en beide debieten gelijk zijn. De sturingen in geval van brand zijn: De getroffen verdieping wordt geventileerd met 380.000 m3 /h. Op de overige verdiepingen worden de luchtregisters afgesloten. De rookgordijnen tegenover de in werking tredende schachtventilatoren dienen te sluiten. De automatische brandschermen dienen te sluiten aan de vide.

44

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage De toegangspoorten worden naargelang het brandscenario open of dicht gestuurd.

We merken op dat indien we rekening houden met de verliezen (zowel in de schachten als door de roosters), er slechts 75% van de 380 000 m3 /h effectief in de parkeergarage terechtkomt. De ventilatoren blazen dus wel degelijk aan het voorgeschreven debiet maar in de simulaties wordt gerekend met kleinere debieten van zowel extractie- als pulsieventilatoren aangezien hierbij al rekening wordt gehouden met de verliezen. Ieder hellend vlak wordt uitgerust met een rookgordijn (in- en uitrit). Bij een branddetectie in zone B zullen de rookgordijnen in zone B sluiten. Op dezelfde manier zullen bij een branddetectie in zone A de rookgordijnen in zone A sluiten. De vide dient bij brand volledig afgesloten te worden door een brandgordijn om brandoverslag tussen de verschillende verdiepingen te voorkomen. Bij brandalarm worden alle brandgordijnen gesloten.

4.2.3

Brand-scenario

We bespreken hier verder in detail het brandscenario van de simulatie bij een brand van 6 MW (2 auto’s in brand), met een distributie zoals in de norm gespecifieerd, in de detectiezone B1 (linksboven). Vooraleer de branddetectie optreedt is er de dagelijkse ventilatie waarbij een natuurlijke circulatie gecreëerd wordt door een klein debiet van 72.000 m3 /h af te zuigen langs de schachten 3 en 4. De vide zorgt voor de toevoer van verse lucht. Op een gegeven moment wordt een brand gedetecteerd door rookmelding in detectiezone B1 (linksboven op figuur 4.1). Naast deze twee brandende wagens zijn er in de rest van de parkeergarage geen andere wagens. Vanaf het moment van detectie worden de hoofdventilatoren uit schacht 3 en 4 uitgeschakeld. De brandgordijnen van de vide worden gesloten, de rookschermen aan open afrit worden gesloten en de kleppen worden gestuurd. Ongeveer 30 seconden na de detectie treden de extractieventilatoren in gang en nog eens 30 seconden later worden de pulsieventilatoren opgestart. We rekenen ongeveer een halve minuut tussen het opstarten en het draaien in regime. Pas wanneer alle axiaalventilatoren op volle toeren draaien mogen de stuwkrachtventilatoren aangezet worden. Ongeveer een minuut later werken deze dan ook op volle toeren. Figuur 4.2 beschrijft de situatie bij brand in het compartiment linksboven. Rook en warmte worden afgezogen via schacht 1 en toevoer van verse lucht vindt plaats via schacht 2 en schacht 4. De zes stuwdrukventilatoren die naar links gericht staan worden ingeschakeld. Er wordt evenveel lucht afgezogen als toegevoerd. Beide axiaalventilatoren uit ventilatiekamer 1 werken aan 100%, er wordt dus een extractiedebiet van 380.000 m3 /h gerealiseerd door schacht 1. Toevoer van verse lucht komt er via schacht 2 en schacht 4. Hierbij werken de axiaalventilatoren slechts op 75% en in tegengestelde zin, dus slechts op 65% van dit gedeelte. Er wordt dus zowel vanuit schacht 2 als schacht 4 een debiet van 190.000 m3 /h verse lucht toegevoerd. 45


Figuur 4.2: De parkeergarage met aanduiding van axiaalventilatoren (in schacht) en stuwkrachtventilatoren.

Volgend scenario vat goed samen wat er gebeurt in geval van brand : 0 sec: 30 sec: 60 sec:

-regime: extractieventilatoren → 72000m3 /h (in schacht 3 en schacht 4) -brand start (detectiezone B1) -detectie brand -uitschakelen extractieventilatoren

70 sec: -brandgordijn vide wordt gesloten -rookschermen open afrit worden gesloten -roosterkleppen worden gestuurd 90 sec: -extractieventilatoren beginen te zuigen (schacht 1) 120 sec: -pulsieventilatoren beginnen te blazen (schachten 2 en 4) -extractieventilatoren op volle toeren → 380000m3 /h (in schacht 1) 150 sec

-pulsieventilatoren op volle toeren → 190000m3 /h (in schacht 2 en 4) -stuwkrachtventilatoren treden in gang

210 sec -stuwkrachtventilatoren op volle toeren → 22m/s

46


4.2.4

Gebruikt grid

Het domein van de parking werd vereenvoudigd tot een balkvormig volume. In deze balkvormige geometrie (afmetingen 128 m x 48 m x 2.5 m) werd eerst gekozen voor een uniforme verdeling in cellen van 50 cm x 50 cm x 25 cm om zo aan het minimum aantal cellen in hoogte te geraken (minstens 10). Zo kwamen we oorspronkelijk aan 245 000 cellen. Dit grid bleek echter niet fijn genoeg te zijn rond de brandhaard. Per halvering van de celgrootte neemt de benodigde rekentijd voor de simulatie toe met een factor 24 (een factor 2 per ruimtecoördinaat plus de tijd). Het hele domein opdelen in cellen van 25 cm x 25 cm x 25 cm zou dus voor gigantische rekentijden zorgen (meer dan een miljoen cellen) waardoor besloten werd om enkel in de omgeving van de brandhaard dit fijner grid toe te passen en errond het grovere grid. Op deze manier blijft het model rekenbaar (ongeveer 255 000 cellen) en worden alle fysische processen correct weergegeven. Om een idee te geven: de standaard rekentijd voor een simulatie van 30 minuten brand was ongeveer 3 dagen. Aangezien in FDS een intern fijner grid aan de buitenranden geen informatie kan doorgeven aan het overkoepelende grid, moest het hele domein worden onderverdeeld in balkvormige volumes rondom dit volume met fijner grid (hier 6) waarop bij de keuze van subdomeinen gelet werd dat op cruciale plaatsen geen bruuske overgangen worden vastgesteld.

Figuur 4.3: Opdeling in 6 volumes waarvan één met fijner grid ter hoogte van de brandhaard.

Op figuur 4.3 wordt in het gearceerde deel een fijner grid toegepast en daarrond de opdeling van het resterend volume in balkvormige volumes met een grovere grid. In principe hadden we naast het fijnere grid het resterende volume in 4 balkvormige cellenroosters kunnen verdelen, maar aangezien in FDS niet alle waarden van deeldomeinen kunnen worden gebruikt moest

47

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage er hier met een extra volume worden gewerkt, dus in totaal 6 balkvormige volumes.

4.2.5

Specificaties in FDS

Daar waar de grootte van het rekenrooster (het aantal cellen) de belangrijkste numerieke parameter in het model is, is de warmtevrijstelling (heat release rate) de belangrijkste fysische parameter. Wij leggen een vooropgestelde warmtevrijstelling op in functie van de tijd voor twee brandende wagens zoals in hoofdstuk 3 werd gespecifieerd in de norm (figuur 3.1). In al de simulaties in dit hoofdstuk werden de brandende wagens als twee blokken op elkaar voorgesteld waarbij de warmtevrijstelFiguur 4.4: Warmtevrijstelling van ling verdeeld wordt over de voor- en de achterruit van twee brandende wagens. de wagens zoals te zien in figuur 4.4. We rekenen, net als in de simulaties in hoofdstuk 3, met de convectieve warmteflux, dus zonder radiatie en we beschouwen de wanden als adiabatisch. Naast de doosvormige geometrie hebben we bij de simulaties nog een paar aannames en vereenvoudigingen gemaakt die we kort uiteenzetten: De open afrit aan beide kanten van onze parkeergarage werden zonder helling gesimuleerd. Deze vereenvoudiging wordt gerechtvaardigd door een muur tussen beide te plaatsen en aan weerskanten een opening te creëren aan de bovenkant die dient als ingang voor verse lucht. Wanneer het rookscherm aan de op- of afrit sluit, zijn er maatregelen genomen om deze tussenmuur weg te nemen en er tegelijkertijd voor te zorgen dat er geen opstapeling van rook van de ene naar de andere kant verschuift. De stuwkrachtventilatoren lagen aan de oorzaak van een ander probleem. Aangezien de constructeurs geen informatie wilden vrijgeven over het specifieke stromingspatroon van de stuwkrachtventilator, kozen wij uiteindelijk de zijdelingse coniciteit zelf op 10 graden. De exacte waarde zal hier weinig van afwijken. Deze waarde is echter van extreem belang om het zogenaamde ‘zwemeffect’ (waarbij de rook tussen twee stuwkrachtventilatoren door stroomopwaarts beweegt) tegen te gaan. Hoe groter de coniciteit, hoe kleiner dit effect. De geometrie van de stuwkrachtventilatoren werd aangepast aan het gebruikte rekenrooster waarbij we de afmetingen in plaats van 1.25 cm op 80 cm gesimuleerd hebben met 1 m op 1 m. Langs de onderkant wordt lucht aangezogen en versneld via de stuwstraal uitgeblazen.

48

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage De stuwstraal van de stuwkrachtventilatoren heeft een snelheid van 22 m/s onder een vaste hoek van 7° naar beneden (om de wrijving met het plafond en de eventuele dwarsbalken te verminderen) en een gekozen zijdelingse coniciteit van 10°. Deze snelheid geven we als volgt in. Aangezien in FDS naast de normale component slechts twee tangentiale snelheidscomponenten kunnen worden ingegeven werd het stuwoppervlak van de ventilator in twee verdeeld. Beide delen blazen met een normale snelheid van 21.5 m/s. De rechterhelft (respectievelijk linkerhelft) blaast 3.8 m/s tangentiaal naar rechts (naar links) en 2.7 m/s tangentiaal naar beneden. De verse buitenlucht werd op 15 ° genomen, zoals in de norm gespecifieerd. De ronde steunpilaren werden als vierkante balken ingegeven (1 m x 1 m) aangezien FDS enkel met rechthoekige cellen werkt. Hierbij werd de afronding bekomen door het commando ‘SAWTOOTH=.FALSE.’ in te geven die de invloed van de scherpe randen op de stroming vermindert. Alle wagens werden als twee op elkaar staande blokken ingegeven. Een basis van 3 m op 1.5 m met een bovenste gedeelte van 2 m op 1.5 m. Hierbij werd de warmtevrijstelling verdeeld over het oppervlak van voor- en achterruit. Zo bekomen we een brandhaard perimeter van 3 m2 voor de twee brandende wagens. In FDS geven we een warmtevrijstelling per oppervlakte eenheid in (Heat Release Rate per Unit Area). De warmtevrijstelling uit de norm in hoofdstuk 3 verdelen we dus over de brandhaard perimeter (5280 kW) en zo bekomen we een maximale HRRPUA van 1760 kW. Via het ‘RAMP’ commando laten we de warmtevrijstelling trapsgewijs evolueren, waarbij het programma tussenliggende waarden lineair interpoleert. Aangezien in de simulaties de axiaalventilatoren als het ware op de verdieping zelf staan en niet bovenin de schachten houden we rekening met de verliezen door de schachten en kleppenroosters bij het opleggen van extractie- en pulsiedebieten. Zo leggen we kleinere debieten aan dan hiervoor beschreven. We rekenen op belangrijke verliezen tot 25% van het debiet. De exacte waarden kunnen worden teruggevonden in appendix C bij de ingegeven tekst file van het programma. Ook houden we rekening met de lagere densiteit van de warmere rookgassen. We vermenigvuldigen dus het extractiedebiet met een factor 1.2/rho waarbij rho de gemeten massadichtheid is ter hoogte van de extractieventilator. Als weer te geven variabelen vragen we naast de rookontwikkeling de verdeling van snelheid, zichtbaarheid, temperatuur en druk op horizontale doorsneden van de parkeergarages op hoogtes van 0.75, 1.25, 1.75 en 2.25 m. Ook wensen we de verdeling van deze variabelen te kunnen bekijken in een verticale langsdoorsnede van de parkeergarage ter hoogte van de brandende wagens.

49


4.2.6

Resultaten

We herinneren er aan dat de fundamentele eigenschap van deze RWA-installatie is dat stuwkrachtventilatoren worden ingezet om de luchtmassa onder de hete rookgaslaag zodanig te versnellen dat de voortzetting van de rookgassen verhinderd wordt. Het objectief is om voor de brandweer een veilige en van rook gevrijwaarde aanvalsweg te bekomen langs de ene kant van de vuurhaard ten koste van een grotere rookmenging aan de andere kant ervan. Hier bekijken we enkele resultaten van de gesimuleerde parkeergarage. Hierbij moeten we ook in gedachten houden dat de plaatsing van de twee brandende wagens zodanig gekozen werd om het ‘worst-case scenario’ te bekijken. Op figuur 4.5 zien we de evolutie van de rookontwikkeling in de parkeergarage respectievelijk na 10 minuten, 15 minuten en een half uur. Na 10 minuten zien we de sterke afzuiging van de nog niet zo sterk ontwikkelde brand. Aangezien de simulatie van twee brandende wagens een warmteontwikkeling kent volgens figuur 3.1, ontstaat er na 15 minuten een rookontwikkeling die overeenstemt met de maximale warmtevrijstelling. We zien dat de rookverspreiding redelijk goed wordt beheerst door de combinatie van de axiaalventilatoren in de schachten en de stuwkrachtventilatoren aan het plafond. Het vooropgesteld doel om de helft van de parkeergarage volledig rookvrij te houden wordt niet helemaal gehaald. De ventilatie is na een vijftal minuten constant en vanaf 15 minuten is de warmteontwikkeling ook constant. De rookontwikkeling evolueert na 15 minuten quasi niet meer, ook niet na een half uur. Vanaf nu bekijken we dan ook vooral de situaties na 10 en na 15 minuten, wanneer de brandweer verondersteld wordt ter plaatse te Figuur 4.5: Evolutie van de rookontwikkeling bij 2 brandende wagens in het midden van de parkeerkomen en de brandhaard dient te lokaligarage na 10, 15 en 30 minuten. seren. De vraag is nu of aan de eis voldaan wordt om een rookvrije aanvalsweg voor de brandweer

50

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage te behalen tot op 15 m van de brandhaard. Op figuur 4.6 merken we dat op een hoogte van 1.75 m niet wordt voldaan aan deze vereiste. Op een hoogte van 1.25 m is er een veel betere zichtbaarheid, dus indien de brandweerlui zich bukken kunnen ze de brandhaard makkelijk lokaliseren.

Figuur 4.6: Zichtbaarheid na 15 minuten op een hoogte van 1.75 m en 1.25 m

In figuur 4.7 wordt het stromingspatroon van de luchtsnelheid duidelijk weergegeven na 15 en 30 minuten. De hoofdstroming wordt bekomen door het debiet verse lucht van de axiaalventilatoren uit schachten 2 en 4. Aangezien langs beide schachten evenveel lucht wordt toegevoerd, mengen deze grote luchtstromen zich ongeveer in het midden van de breedte van de parkeergarage en doorlopen deze van daar uit in de langsrichting de ganse ruimte tot aan de extractieventilator in schacht 1. In de langsrichting bekomen we dus de grootste luchtsnelheden in het midden van de breedte van de parkeergarage. Aan de randen krijgen we veel lagere luchtsnelheden waardoor de zone dicht bij de wanden gevoeliger is aan recirculatie. We merken duidelijk de plaats van de stuwkrachtventilatoren op aan de lokaal hogere snelheden er net achter.

Figuur 4.7: Snelheid op een hoogte van 1.75 m na 15 en na 30 minuten

Hierbij benadrukken we toch nog eens het belang van de verdeling van het debiet toegevoerde lucht over de verschillende schachten met pulsieventilatoren. Indien de luchttoevoer vanuit schacht 4 iets groter is en iets minder groot vanuit schacht 2, dan verschuift de hoofdstroming volledig naar de wand toe (meer naar boven op figuur 4.7) en is de recirculatie helemaal

51

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage verschillend. Dit is enkel mogelijk met mechanische luchttoevoer, bij natuurlijke luchttoevoer zijn deze beide debieten steeds ongeveer gelijk. Bekijken we de recirculatie van de rook wat meer in detail, dan merken we dat er twee oorzaken zijn. Enerzijds is er het globaal stromingspatroon waarmee de gigantische hoeveelheid verse lucht via de schachten wordt aangevoerd. Door de werking van de pulsieventilatoren uit schacht 2 en 4 bekomen we een hoge snelheid in de langsrichting in het midden van de parkeergarage. Ter hoogte van de wanden kan dan recirculatie optreden. Anderzijds is er de rol van de stuwkrachtventilatoren die als bedoeling hebben de verspreiding van de menging verse lucht en rookgassen stroomopwaarts tegen te houden en om te buigen in de stromingsrichting. Figuur 4.8 toont de snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op een hoogte van 1.75 m respectievelijk na 10 en na 30 minuten. We merken hoe de rookgassen links onderaan door de stuwkrachtventilator 3 in de richting van de eindmuur worden geduwd. Daar kunnen de rookgassen echter niet weg en keren dus terug langs de zijwand heen tot in het midden van de parkeergarage. Daar kan de stuwkrachtventilator 6 deze extra rookverspreiding bovenop de gewone rookverspreiding rechtstreeks afkomstig van de brandhaard niet aan. Er komt rook in de rechterhelft van de parkeergarage.

Figuur 4.8: Snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op een hoogte van 1.75 m na 10 en 30 minuten

Bekijken we de temperatuur in de parkeergarage dan merken we dat dankzij de impulsventilatie de rookgassen gekoeld worden door het groot debiet verse buitenlucht. Op figuur 4.9 zien we de temperatuurverdeling op een hoogte van 1.75 m in de parkeergarage na 15 minuten.

Figuur 4.9: Temperatuurverdeling op 1.75 m na 15 minuten.

Hier merken we dus naast de rook- ook duidelijk de warmteafvoer op waardoor de brand min52

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage der snel zal uitbreiden. Door de temperatuurstijging in de parkeergarage stijgt ook de druk. Globaal gezien is er een onderdruk in de parkeergarage door het groter volumedebiet aan afgezogen warme rookgassen dan het toegevoegd debiet verse koude lucht. Oorzaak voor deze toename in volumedebiet is het verschil in densiteit. De warme rookgassen hebben immers een lagere densiteit.

Tot hier toe bespraken we het ‘worst-case’ scenario waarbij de twee brandende wagens zich ongeveer in het midden van de parkeergarage bevonden. Hierbij bevindt de brandhaard zich op de verst mogelijke positie van de extractieschacht wat de rookafvoer bemoeilijkt.

Figuur 4.10: Willekeurige plaats van de twee brandende wagens.

Het beste scenario is natuurlijk wanneer de brandende wagens zich net voor de schacht zouden bevinden (best case). Hier bekijken we hetzelfde scenario voor een willekeurige andere plaats van de brandhaard, waarbij op figuur 4.10 de willekeurige positie van de twee brandende wagens te zien is. Op figuur 4.11 zien we de rookontwikkeling na 10 en na 15 minuten in de parkeergarage in het geval van twee brandende wagens iets dichter bij de afzuigschacht. We merken dat zowel de rook- en warmteafvoer als de zichtbaarheid die er rechtstreeks mee geFiguur 4.11: Rookontwikkeling in de parkeergarage na 10, 15 en paard gaat, zoals verwacht veel 30 minuten bij willekeurige plaats van de brandbetere resultaten geven. haard.

53


4.3 4.3.1

Toepassing Type-oplossing Gekozen onderverdeling

We passen de type-oplossing uit de norm toe op de gekozen parkeergarage waarbij de twee brandende wagens op dezelfde plaats worden gehouden als vroeger, namelijk in het midden van de parkeergarage maar nog net in detectiezone B1 (linksboven). Volgens de type-oplossing moeten volgende acties ondernomen worden om een voldoende rook- en warmte afvoer te bekomen. De parkeergarage opdelen in RWA-zones van maximaal 1000 m2 . Op de randen van deze zones een voorgeschreven minimale snelheid opleggen en daaruit het nodige extractiedebiet bepalen. Aangezien de parkeergarage een bruto oppervlakte van 6200 m2 heeft hebben we hier geopteerd om met 8 zones te werken zoals te zien in figuur 4.12 (opdelen in 7 zones ging ook maar dan was de indeling niet symmetrisch).

Figuur 4.12: Opdeling in 8 zones van maximaal 1000 m2 .

We behouden de vier detectiezones van voordien. In geval van brand in één van de 8 RWAzones wordt de verspreiding van rook beperkt door het creëren van een minimale horizontale luchtsnelheid tussen deze zones. Per detectiezone zijn er vier mogelijke configuraties zoals te zien op figuur 4.13. Aangezien de opdeling van de geometrie in de vier detectiezones ongeveer symmetrisch is, zijn deze configuraties ook toepasselijk voor de andere detectiezones. Bekijken we de situatie waarbij brand ontstaat in RWA-zone 2 wat meer in detail, dan zien we twee mogelijke oplossingen. Ofwel zorgen we ervoor dat er behalve in de richting van de extractieschacht geen rookontwikkeling buiten de RWA-zone komt, ofwel zorgen we ervoor 54

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage dat de rookontwikkeling tot de ene helft van de parkeergarage beperkt wordt. Deze laatste is gemakkelijker te realiseren.

Figuur 4.13: Mogelijke configuraties bij brand in RWA-zone 1 en 2 met de erbij horende minimale spoeldebieten.

De minimale horizontale luchtsnelheid bedraagt op de perimeter van de vuurhaard en tot een afstand van 15 m buiten deze RWA-zone 1.1 m/s. Verder dan 15 m van deze RWAzone bedraagt de luchtsnelheid 0.5 m/s. Rekening houdend met de afmetingen van de zones en de vrije hoogte (2.5 m) bekomen we de minimale extractiedebieten zoals uitgewerkt in figuur 4.13. Om te beginnen bekijken we een brand in RWA-zone 2, wat dus een minimaal spoeldebiet van of 780.000 m3 /h of 430.000 m3 /h nodig heeft, naargelang de configuratie. Bij de volgende simulaties werken we respectievelijk met een extractiedebiet van 430.000 m3 /h en 780.000 m3 /h bovenin schacht 1 (links boven) en kijken we of dit gigantisch debiet voldoende is om een degelijke rook- en warmteafvoer te bekomen.

4.3.2

Resultaten

We werken met een extractiedebiet van 430 000 m3 /h in schacht 1. Verse lucht komt binnen langs de schachten 2 en 4 op natuurlijke wijze dus zonder gebruik van pulsieventilatoren.

55

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage Figuur 4.14 geeft de rookontwikkeling na 10, 15 en 20 minuten weer. We zien dat de rookverspreiding in het begin van de brand redelijk goed wordt beheerst door de axiaalventilatoren in de schachten. Na 10 minuten is er een goede zichtbaarheid. De rookontwikkeling evolueert sterk vanaf 15 minuten en na 20 minuten wordt al helemaal niet meer voldaan aan de rookvrije helft van de parkeergarage. Bekijken we de snelheden dan zien we dat de mechanische luchttoevoer niet nodig is bij zo’n groot extractiedebiet. Op figuur 4.15 zien we de totale snelheid en de snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op 1.75 m hoogte na 10 minuten. De situatie na 15 en 30 minuten evolueert quasi niet meer. Uit de totale snelheid merken we de grote maximale snelheid van 12 m/s op aan de schacht van de extractieventilator. Uit de snelheids- Figuur 4.14: Evolutie van de rookontwikkecomponent in de langsrichting van de parkeergarage ling bij na 10, 15 en 20 minuten zien we duidelijk de grote gebieden van recirculatie, bij een extractiedebiet van 430 000 m3 /h. die net veroorzaakt worden door de hoge snelheden in het centraal deel.

Figuur 4.15: Luchtsnelheid en snelheidscomponent in de langsrichting op 1.75 m hoogte na 10 minuten.

In het zwart zijn de contouren aangeduid waar de snelheidscomponent in de langssnelheid 1.1 m/s is. We zien duidelijk dat niet voldaan wordt aan de voorwaarde om over de volledige breedte in het midden van de parkeergarage een minimale snelheid van 1.1 m/s te halen. Centraal worden hogere snelheden gehaald maar naar de wanden toe wordt de minimale snelheid duidelijk niet gehaald (in geel zijn kleinere snelheidscomponenten weergegeven, in rood snelheidscomponenten in de omgekeerde zin). Het is niet omdat een debiet aangelegd wordt uit opgelegde snelheden, dat deze luchtsnelheden ook effectief gehaald zullen worden. 56

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage We bekijken nu de tweede configuratie van brand in RWA-zone 2 waarbij we een extractiedebiet van 780 000 m3 /h aanleggen in schacht 1 en het debiet verse lucht binnenkomt langs de schachten 2 en 4. Op figuur 4.16 zien we de rookontwikkeling na 10, 15 en 20 minuten. We zien dat de rookverspreiding heel goed wordt beheerst door de axiaalventilatoren in de schachten. Er is steeds een goede zichtbaarheid in meer dan de helft van de parkeergarage. Op figuur 4.17 zien we de totale snelheid en de snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op 1.75 m hoogte na 15 minuten. Uit de totale snelheid merken we de enorme maximale snelheid van 16 m/s op aan de afzuigschacht. Uit de snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage zien we duidelijk de sterke recirculatie (snelheden tot 1.5 m/s stroomopwaarts), die net door de hoge snelheden ge¨ınduceerd worden (tot 7.5 m/s). In het zwart zijn de contouren aangeduid waar een snelheid van 1.1 m/s gehaald wordt. We zien dat de snelheden van 1.1 m/s aan de rookcontroleopeningen van de RWA-zone niet overal gehaald worden. Aan de rookcontroleopening van RWA-zone 1 tre- Figuur 4.16: Evolutie van de rookontwikkeling bij na 10, 15 en 20 minuten den er grotere snelheden op dan de opgelegde 0.5 bij een extractiedebiet van 780 m/s. Het is dus logisch dat er op andere plaat000 m3 /h. sen in de parkeergarage niet aan de vooropgestelde snelheden voldaan wordt.

Figuur 4.17: Luchtsnelheid en snelheidscomponent in de langsrichting op 1.75 m hoogte na 15 minuten.

Toch is hierbij deze lokale snelheid niet nodig voor een efficiënte rookafvoer. Hoewel er goede resultaten bekomen worden, moet de meerkost van axiaalventilatoren met dit gigantisch extractiedebiet (780 000 m3 /h) ook onderstreept worden. 57


4.4 4.4.1

Vergelijking volle-lege parkeergarage Discussie

De norm beschreven in hoofdstuk 3 laat de keuze tussen twee oplossingen. Ofwel werken volgens de type-oplossing, ofwel een oplossing vinden die gevalideerd is door een CFD-berekening. Deze CFD-berekeningen worden uitgevoerd zonder andere wagens in de parkeergarage, waarbij in de norm wordt opgemerkt dat deze situatie niet noodzakelijk het ‘worst-case’ scenario is. Toch wordt dit voorgeschreven aangezien het eenvoudig is en gemakkelijk te reproduceren. De discussie bestaat erin dat door de aanwezige wagens extra turbulenties kunnen ontstaan die een negatief effect op de efficiënte rook- en warmteafvoer kunnen hebben. Bedoeling van dit hoofdstuk is om uit te maken of een volledig gevulde parkeergarage effectief aanleiding geeft tot slechtere resultaten. We vergelijken hier twee simulaties waarbij enerzijds met een lege parkeergarage wordt gewerkt (zie hoofdstuk 4.3) en anderzijds een simulatie wordt uitgevoerd bij een volledig met wagens gevulde parkeergarage. De wagens worden als twee blokken op elkaar ingegeven, de basis (3 m x 1.5 m x 1 m) en erbovenop de top (2 m x 1.5 m x 0.5 m). De parkeergarage is in deze situatie gevuld met 236 kleine wagens waarvan er twee branden. De opstelling wordt voorgesteld in figuur 4.18 waarbij de twee brandende wagens in het rood aangeduid zijn.

Figuur 4.18: De volledig met wagens gevulde parkeergarage.

4.4.2

Resultaten

Op figuur 4.19 vergelijken we de evolutie van de rookontwikkeling voor een lege (aan de linkerkant) en een volledig met wagens gevulde parkeergarage (aan de rechterzijde) na 10, 15 en 30 minuten. 58


Figuur 4.19: Vergelijking van de rookontwikkeling bij brand tussen een lege en een volledig gevulde parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten.

Het effect van grotere turbulenties door de wagens weegt niet op tegen de kanalisering van de stroming. In de volledig gevulde parkeergarage zien we duidelijk de beperktere rookontwikkeling, waarbij de ene helft van de parkeergarage helemaal rookvrij blijft. De verklaring hiervoor is dat de volledige rijen wagens als weerstand wordt gezien door de luchtstroming en de rookgassen dus als het ware gevangen zitten tussen deze kolommen, waardoor de stuwkrachtventilatoren deze rookgassen veel efficiënter richting extractieventilatoren kunnen voortstuwen. Daarnaast wordt de recirculatie van de rookgassen sterk beperkt. Zo ondervindt de rook die door stuwkrachtventilator 3 tegen de muur geblazen wordt telkens een weerstand wanneer ze stroomopwaarts wil bewegen langs de wand. Naast de verbeterde zichtbaarheid dankzij de moeilijkere rookuitbreiding door de wagens merken we ook een iets lagere temperatuur door de hogere luchtsnelheid in de langsrichting. Zowel in dwarsrichting als in verticale richting daalt de luchtsnelheid. Figuur 4.20 vergelijkt de luchtsnelheden op 1.75m hoogte tussen de lege (linkerkant) en volledig gevulde parkeergarage (rechterkant) na 30 minuten. We merken op dat bij de volledig gevulde parkeergarage een groter deel van de luchtstroming niet door het centrum gaat waardoor een meer uniform snelheidspatroon ontstaat tussen de kolommen wagens door. Er treden 59


Figuur 4.20: Vergelijking van de luchtsnelheden op 1.75 m hoogte tussen een lege en een volledig gevulde parkeergarage na 30 minuten.

ook iets grotere snelheden op (in de grootteorde van 5%). We moeten hierbij opmerken dat er geen rekening werd gehouden met de drukverliezen door de aanwezige wagens. Deze zijn immers zeer moeilijk te bepalen. In FDS kan geen onderdruk opgelegd worden aan een schacht in plaats van een extractiedebiet (wat in fluent wel mogelijk is). Hierdoor kunnen geen gedetailleerde cijfermatige conclusies worden getrokken uit deze vergelijking. Om helemaal correct te werken zou het extractiedebiet functie moeten zijn van de druk in de parkeergarage aangezien de karakteristiek van een axiaalventilator daalt bij toenemend drukverschil. Toch kunnen we hieruit concluderen dat de volledig gevulde parkeergarage niet noodzakelijk zal leiden tot een slechtere situatie. Het leek ons interessant om ook het geval te bekijken waarbij de parkeergarage niet volledig gevuld was, maar waarbij de aanwezige wagens geparkeerd waren zodat er over de volledig breedte van de parkeergarage als het ware kolommen gevormd werden die als weerstand konden gezien worden zoals in figuur 4.21. Bij deze opstelling moet de hoofdstroming deze kolommen voorbijgaan waarbij telkens turbulenties worden gecreëerd.

Figuur 4.21: De halfgevulde parkeergarage.

60

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage Op figuur 4.22 vergelijken we de evolutie van de rookontwikkeling van de lege (aan de linkerkant) en de half met wagens gevulde parkeergarage (aan de rechterzijde) na 10, 15 en 30 minuten. We zien duidelijk dat de rookopstapeling als het ware per blok (tussen vier wagens) evolueert. Hierdoor wordt de rookontwikkeling tegengewerkt en bijgevolg vertraagd.

Figuur 4.22: Vergelijking van de rookontwikkeling bij brand tussen een lege en een halfgevulde parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten.

Figuur 4.23: Vergelijking van de luchtsnelheden op 1.75 m hoogte tussen een lege en een halfgevulde parkeergarage na 30 minuten.

Figuur 4.23 vergelijkt de luchtsnelheden op 1.75m hoogte tussen de lege (linkerkant) en de halfgevulde parkeergarage (rechterkant) na 30 minuten. Ook hier merken we dat bij de halfge61

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage vulde parkeergarage een groter deel van de luchtstroming niet door het centrum gaat waardoor een meer uniform snelheidspatroon ontstaat tussen de kolommen wagens door. Figuur 4.24 toont de snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op een hoogte van 1.25 m en 1.75 m na 15 minuten voor de halfgevulde parking. We zien duidelijk het effect van de wagens aan de onderkant. Daar waar in de lege parkeergarage sprake was van grote recirculatiestromen van de rookgassen tot in het midden van de parkeergarage, worden deze recirculaties hier telkens tegengewerkt door de geparkeerde wagens. Bekijken we de situatie rond stuwkrachtventilator 3, dan merken we dat de rookgassen die tegen de muur gestuwd worden het midden van de parkeergarage nooit kunnen bereiken. We zien dat de recirculatiestromen telkens worden afgebroken en in snelheid afnemen.

Figuur 4.24: Snelheidscomponent in de langsrichting van de halfgevulde parkeergarage op een hoogte van 1.25 m en 1.75 m na 15 minuten

We kunnen hier dus besluiten dat de situatie zonder geparkeerde wagens over het algemeen geen betere resultaten zal geven dan in een volledig met wagens gevulde of halfgevulde parkeergarage. Dit neemt niet weg dat er altijd een combinatie van geparkeerde wagens en brandende wagens kan zijn die slechtere resultaten geeft, dit dient echter geval per geval bekeken te worden.

62


4.5 4.5.1

Invloed stuwkrachtventilatoren Algemene analyse

Om het belang van stuwkrachtventilatoren aan te tonen werd in figuur 4.25 dezelfde configuratie als in punt 4.2.6 gesimuleerd zonder de stuwkrachtventilatoren (dus enkel met axiaalventilatoren in de schachten), respectievelijk na 15 en na 30 minuten. Aan schacht 1 wordt een extractiedebiet van 380 000 m3 /h opgelegd en zowel aan schacht 2 als 4 een pulsiedebiet van 190 000 m3 /h.

Figuur 4.25: Situatie zonder stuwkrachtventilatoren

We merken dat de rookverspreiding veel minder wordt tegengewerkt in de zone vòòr de brandhaard. De zichtbaarheid in de parkeergarage wordt zonder stuwkrachtventilatoren dus vooral in de buurt van de brandhaard sterk verminderd. Dit moet juist vermeden worden om de brand snel te kunnen lokaliseren. Stuwkrachtventilatoren zijn dus essentieel voor een efficiënte impulsventilatie zonder gebruik te moeten maken van extreem grote extractiedebieten.

4.5.2

Mogelijke verbeteringen aan het ontwerp

Uit de simulaties in punt 4.2.6 kunnen we besluiten dat er twee oorzaken zijn die leiden tot rookverspreiding tot over de helft van de parkeergarage. Enerzijds dragen sommige stuwkrachtventilatoren (nummer 2 en 3) in feite niet tot de rookafvoer bij, maar zetten ze eerder aan tot de recirculatie van de rookgassen naar het midden van de parkeergarage toe. Anderzijds kunnen de stuwkrachtventilatoren 4, 5 en 6 de rookverspreiding niet genoeg tegenwerken waardoor niet de volledige helft van de parkeergarage rookvrij gehouden werd. Wat in feite bekomen moet worden is een zo uniform mogelijke drukverdeling over de volledige breedte van de parkeergarage. Is dit niet het geval, dan zal de lucht vanuit de regio van hogere druk naar de regio van lagere druk willen bewegen. Dan ontstaat een recirculatie-beweging van de lucht en van de meegevoerde rookgassen. Dit kan leiden tot de verspreiding van de rook in een ongewenste richting, namelijk naar zones die rookvrij dienen te blijven.

63

Hoofdstuk 4. Ondergrondse parkeergarage Om deze uniforme drukverdeling te bekomen over de volledige breedte van de parkeergarage is het belangrijk om genoeg stuwkrachtventilatoren te plaatsen zodat de conische stuwkrachtstralen samenkomen op het punt waar de stuwsnelheden afgenomen zijn tot de snelheid van de aangevoerde omliggende lucht. Op die manier kunnen al deze stuwkrachtventilatoren op één enkele lijn geplaatst worden over de volledige breedte van de parkeergarage. Aangezien betere resultaten [9] bekomen worden indien de stuwkrachtventilatoren in 2 rijen ontworpen zijn waarbij de ene rij de ‘gaten’ tussen de ventilatoren van de andere rij bedekken, passen we hier deze configuratie toe. Hierbij merken we op dat zonder het specifieke stromingspatroon van deze stuwkrachtventilatoren de ondelinge afstand in deze gestaggerde opstelling moeilijk te bepalen is.

4.5.3

Resultaten

Bij de theoretische behandeling van dit vereenvoudigd model wordt reeds duidelijk hoe belangrijk een detailanalyse kan zijn, maar bij simulatie met ‘trial and error’ blijkt duidelijk dat voor de hand liggende of eenvoudige oplossingen niet altijd het beoogd effect behalen en soms zelfs een negatief resultaat kennen. Plaatsten we de extra stuwkrachtventilatoren iets te dicht bij de andere in deze gestaggerde opstelling, dan werd het tegenovergestelde effect bereikt doordat het lokaal uniform stromingspatroon verstoord werd en er grote recirculaties optraden op plaatsen die we niet hadden verwacht. De simulaties met gestaggerde opstelling worden hier dan ook niet besproken, aangezien hiervoor het hele ontwerp moet herbekeken worden. Het proces om een bestaande RWA-installatie te verbeteren pakken we stapsgewijs aan. In eerste instantie dachten we eraan om de stuwkrachtventilatoren 2 en 3 niet in werking te laten treden bij twee brandende wagens dicht bij het midden van de langsdoorsnede, aangezien deze voor heel wat recirculatie zorgden en niet echt bijdroegen tot de effectieve rook- en warmteafvoer. Al snel bleek dit niet een optimale keuze te zijn. Door de rook niet voort te stuwen bleef er een grotere hoeveelheid rook in de nabijheid van het midden van de parkeergarage, waardoor meer recirculatie optrad. Een andere mogelijke aanpassing was om ook schacht 3 te laten afzuigen met een klein debiet om de lokale rook die anders niet weg kon langs hier af te zuigen. We merken op dat dit met een klein debiet moet om geen bypass effect te verkrijgen zoals in vorig hoofdstuk. We laten de extractieventilatoren daar een debiet van 72 000 m3 /h afzuigen, een extractiedebiet dat dus overeenkomt met de dagdagelijkse ventilatie. Zoals te zien in figuur 4.26 geeft dit een slechtere rookafvoer aangezien een onderdruk gecreëerd werd aan schacht 3 en hierdoor minder rook wordt afgezogen langs schacht 1. Ook dit is dus geen goede oplossing.

64


Figuur 4.26: Evolutie van de rookontwikkeling na 15 en 20 minuten, extra afzuiging langs schacht 3.

We bekijken nu een simulatie waarbij langs schacht 1 een extractiedebiet van 430 000 m3 /h wordt aangelegd met dezelfde zes stuwkrachtventilatoren en waarbij geen lucht wordt toegevoerd. Dit is het effectief extractiedebiet dus zonder rekening te houden met de verliezen in de schachten. Er wordt hierbij enkel gebruik gemaakt van mechanische extractieventilatie, de luchttoevoer gebeurt op natuurlijke wijze. Op figuur 4.27 zien we de rookafvoer bij brand in de parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten. De rook wordt beheerst tot de helft van de parkeergarage en de zichtbaarheid is zowel na 15 als na 30 minuten optimaal op een hoogte van 1.75 m zoals te zien op figuur 4.28. De vereiste doelstelling van een rookvrije weg te bekomen tot op 15 m van de brandhaard zijn Figuur 4.27: Evolutie van de rookontwikkeling na 10, 15 en 20 minuten met enkel meduidelijk voldaan. chanische extractieventilatie.

Figuur 4.28: Zichtbaarheid na 15 en 30 minuten met enkel mechanische extractieventilatie.

65


4.6

Besluit

In dit hoofdstuk werd de type-oplossing van de norm op een bestaande parkeergarage toegepast en vergeleken met de uitgevoerde RWA-installatie. In de bestaande parkeergarage wordt gebruik gemaakt van impulsventilatie met een extractiedebiet van 380 000 m3 /h en zes stuwkrachtventilatoren over het plafond verdeeld. De type-oplossing stelt, al naar gelang de gekozen configuratie, een extractiedebiet van 430 000 m3 /h of 780 000 m3 /h voor. Hierbij worden geen extra stuwkrachtventilatoren ingezet. Bij een extractiedebiet van 430 000 m3 /h merken we dat de rookontwikkeling duidelijk niet beperkt blijft tot binnen de gewenste RWA-zones. Het is niet omdat een debiet wordt aangelegd uit de opgelegde snelheden, dat deze luchtsnelheden ook effectief gehaald worden. Bij een extractiedebiet van 780 000 m3 /h merken we dat de rook heel goed wordt afgevoerd. Toch moet hier de meerkost van de grotere extractieventilatoren in rekening gebracht worden waardoor de keuze voor deze configuratie in realiteit weinig waarschijnlijk lijkt. Daarna hebben we de invloed van de aanwezigheid van wagens op de efficiëntie van de RWAinstallatie onderzocht. In het geval van een volledig gevulde parkeergarage werd vastgesteld dat de luchtstroming tussen de rijen wagens beter gekanaliseerd was en de stuwkrachtventilatoren dus efficiënter de rookgassen konden voortstuwen richting extractieschacht. Ook was er een vermindering van de recirculatie van de rookgassen door de moeilijkere rookuitbreiding, aangezien de aanwezige wagens als weerstand worden gezien. Dit laatste effect was niet enkel van toepassing bij een volledig gevulde parkeergarage. Ook bij een half gevulde parkeergarage verminderde de recirculatie sterk door de tegen de wand geparkeerde wagens. We kunnen hier dus besluiten dat de situatie zonder geparkeerde wagens over het algemeen geen betere resultaten zal geven dan in een volledig of halfgevulde parkeergarage. Dit neemt niet weg dat er altijd een combinatie van wagens aanleiding kan geven tot ‘worst case scenario’. Ten slotte werd een eigen ontwerp gesimuleerd waarbij werd uitgegaan van de type-oplossing met een extractiedebiet van 430 000 m3 /h en werden extra stuwkrachtventilatoren toegevoegd (zoals in de gebouwde parkeergarage), wat duidelijk voldoet aan de eis om een rookvrije aanvalsweg voor de brandweer tot op 15 m van de brandhaard te behalen.

66

Hoofdstuk 5

Conclusies en perspectieven Het hoofddoel van dit eindwerk was om, aan de hand van CFD- berekeningen, te onderzoeken of de type-oplossing van de norm NBN S21-208-2 een effectieve rookafvoer garandeert. Hiertoe werden eerst de toepassingsvoorbeelden uit Bijlage A van de ontwerpsnorm gesimuleerd. Daarna werd de type-oplossing toegepast op een reële configuratie en hiermee vergeleken. Zoals in de voorgaande hoofdstukken gezien, blijkt uit de simulaties van de toepassingsvoorbeelden duidelijk dat het niet mogelijk is om door één enkele snelheid op te leggen aan enkele RWA-zones een waarheidsgetrouwe en correcte rookafvoer te bekomen. De minimale voorwaarde uit de type-oplossing blijkt hierbij geen garantie te kunnen geven voor de beoogde resultaten met name de rookafvoer en zichtbaarheid. Uit de toepassing van de type-oplossing op een bestaande parkeergarage hebben we gezien dat enorme extractiedebieten worden opgelegd, waarbij de minimaal te halen snelheden niet steeds bereikt werden. We kunnen dus besluiten uit de uitgewerkte simulaties dat de prescriptieve regels uit de type-oplossing van de norm niet altijd leiden tot de gewenste resultaten. Enerzijds leidt de voorwaarde van een snelheid op te leggen aan de randen van de secties, en daaruit de nodige op te leggen debieten te berekenen, niet tot het behalen van deze gewenste snelheden. Aangezien de stroming impuls nodig heeft om voort te bewegen en steeds de weg van de minste weerstand kiest verloopt deze dus niet altijd zoals verwacht. Anderzijds is het opleggen van één enkele snelheid voor de verschillende soorten branden in een zeer wijd gamma van verschillende geometrieën een te ver doorgevoerde simplificatie van het probleem. Het heeft niet bewezen correct te zijn in de geteste simulaties. In dit opzicht is het zeer moeilijk een uniforme typeoplossing te vinden voor alle gevallen van ondergrondse parkeergarages, en wordt de situatie best geval per geval bekeken. Hier blijkt het belang van de CFD-berekening die, in tegenstelling tot de type-oplossing, toelaat om met grote nauwkeurigheid te bepalen of de RWA-installatie voldoet aan de vereisten. Deze norm zou sterk verbeterd kunnen worden door de simulatie van verschillende 67

Hoofdstuk 5. Conclusies en perspectieven scenario’s op te leggen, waarbij bepaalde resultaten moeten behaald worden. In de toekomst zal de normgeving waarschijnlijk steeds minder prescriptief en meer prestatiegericht worden voorgeschreven. Daarnaast werd de invloed van aanwezige wagens in de parkeergarage bekeken om het worst case scenario te kunnen bepalen tussen enerzijds een lege en anderzijds een volledig gevulde parkeergarage. Er werd duidelijk waargenomen dat de invloed van geparkeerde wagens, vooral langs de muren en plaatsen met grote recirculaties, de rookontwikkeling tegenwerkt en hierdoor de zichtbaarheid in de parkeergarage verbetert. We kunnen hier besluiten dat de situatie zonder geparkeerde wagens over het algemeen geen betere resultaten zal geven dan in een volledig met wagens gevulde of halfgevulde parkeergarage. Dit neemt niet weg dat er altijd een combinatie van geparkeerde wagens en brandende wagens kan zijn die slechtere resultaten geeft, dit dient echter geval per geval bekeken te worden.

68

Bijlage A

Extra figuren type-oplossing Geval 1 met een extractiedebiet van 120 000 m3 /h.

Figuur A.1: Geval 1: rookontwikkeling na 1 en 10 minuten bij een extractiedebiet van 120 000 m3 /h

Figuur A.2: Geval 1: luchtsnelheid na 1 en 10 minuten (max 2 m/s)

69

Bijlage A. Extra figuren type-oplossing Geval 2 met een extractiedebiet van 291 000 m3 /h.

Figuur A.3: Geval 2: rookontwikkeling na 1 en 10 minuten bij een extractiedebiet van 291 000 m3 /h

Figuur A.4: Geval 2: luchtsnelheid na 1 en 10 minuten (max 6 m/s)

70

Bijlage A. Extra figuren type-oplossing Geval 3a met een dubbel extractiedebiet (240 000 m3 /h).

Figuur A.5: Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij een extractiedebiet van 240 000 m3 /h

Figuur A.6: Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 6.5 m/s)

Geval 3a bij de kritische snelheid van 1.7 m/s (waarbij een zichtbaarheid van 15 m wordt gehaald op een hoogte van 1.84 m).

71

Bijlage A. Extra figuren type-oplossing

Figuur A.7: Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij nodige kritische snelheid.

Figuur A.8: Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4 m/s)

Figuur A.9: Geval 3a: zichtbaarheid na 10 minuten op 1.84 m hoogte

72

Bijlage A. Extra figuren type-oplossing Geval 3b1 met een dubbel extractiedebiet (240 000 m3 /h).

Figuur A.10: Geval 3b1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij een extractiedebiet van 240 000 m3 /h

Figuur A.11: Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4.5 m/s)

Figuur A.12: Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4.5 m/s)

73

Bijlage B

Programma type-oplossing geval 1 Hieronder de tekstfile van de type-oplossing uit hoofdstuk 3 geval 1. De andere gevallen zijn analoog, echter met andere extractiedebieten en al dan niet plaatsen van muren of rookschermen. De basis blijft echter dezelfde. &HEAD CHID=’geval1’,TITLE=’type-oplossing geval1’ / &GRID IBAR=108,JBAR=90,KBAR=10 / het aantal roosterpunten in X, Y en Z richting &PDIM XBAR0=0,XBAR=54,YBAR0=0,YBAR=45,ZBAR0=0,ZBAR=2.3 / de afmetingen in meter van het gesimuleerde gebied &TIME TWFIN=600. / &MISC SURF_DEFAULT=’CONCRETE’,RADIATION=.FALSE.,TMPO=15,NFRAMES=180,REACTION=’FIK’/ &REAC ID=’FIK’,SOOT_YIELD = 0.22/ &SURF ID=’CONCRETE’,ADIABATIC=.TRUE./ &SURF ID=’FIRE’,HRRPUA=1760, RAMP_Q=’FIRE RAMP’/opp=3m2 dus HRRP U A = 5280/3 &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP

ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE

RAMP’,T=0.,F=0./ RAMP’,T=30.,F=0./ regime+ RAMP’,T=270.,F=0.18/ 4 min RAMP’,T=570.,F=0.18/ 9 min RAMP’,T=930.,F=1.0/ 15 min RAMP’,T=1770.,F=1.0/ 29 min RAMP’,T=2430.,F=0.26/ 40 min RAMP’,T=4530.,F=0/ 75 min

&OBST XB=26.5,28,13.5,16.5,0,1, RGB=1,0,0/ auto_1 &OBST XB=26.5,28,14,16,1,1.5, RGB=1,0,0 / 74

Bijlage B. Programma type-oplossing geval 1 &VENT XB=26.5,28,14,14,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ &VENT XB=26.5,28,16,16,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ &OBST &OBST &VENT &VENT

XB=29,30.5,13.5,16.5,0,1, RGB=1,0,0/ auto_2 XB=29,30.5,14,16,1,1.5, RGB=1,0,0 / XB=29,30.5,14,14,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ XB=29,30.5,16,16,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/

&SURF ID=’SUCK’ ,VOLUME_FLUX=81 / 291.000m3 /h &VENT XB=0,0,20.5,24.5,0,2.5, SURF_ID=’SUCK’/ hoofdventilator extractie &VENT XB=54,54,30.5,38.5,0,2.5,SURF_ID=’OPEN’

/ inrij-opening

&OBST XB=12,42,17.5,27.5,0,2.5,/ centrale kern &SLCF PBZ=1.25,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.75,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=2.25,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.25,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.75,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=2.25,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.25,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.75,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=2.25,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.25,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=1.75,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF PBZ=2.25,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF

PBX=27,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBX=27,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / PBX=27,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. /indeling RWA zones PBX=27,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. /

&BNDF QUANTITY=’BURNING_RATE’ /

75

Bijlage C

Programma ondergrondse parkeergarage Hieronder de tekstfile van de gebouwde parkeergarage uit hoofdstuk 4.6. De andere gevallen zijn analoog, echter met andere extractiedebieten en al dan niet met mechanische luchtaanvoer. De basis blijft echter dezelfde. &HEAD CHID=’schuinestuw’,TITLE=’zoals het gebouwd is’ / &GRID IBAR=32,JBAR=32,KBAR=10 / het aantal roosterpunten in X, Y en Z richting &PDIM XBAR0=54,XBAR=62,YBAR0=30,YBAR=38,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 / de afmetingen in meter van het gesimuleerde gebied &GRID &PDIM &GRID &PDIM &GRID &PDIM &GRID &PDIM &GRID &PDIM

IBAR=256,JBAR=50,KBAR=10 / XBAR0=0,XBAR=128,YBAR0=5,YBAR=30,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 / IBAR=256,JBAR=30,KBAR=10 / XBAR0=0,XBAR=128,YBAR0=38,YBAR=53,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 / IBAR=108,JBAR=16,KBAR=10 / XBAR0=0,XBAR=54,YBAR0=30,YBAR=38,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 / IBAR=4,JBAR=16,KBAR=10 / XBAR0=62,XBAR=64,YBAR0=30,YBAR=38,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 / IBAR=128,JBAR=16,KBAR=10 / XBAR0=64,XBAR=128,YBAR0=30,YBAR=38,ZBAR0=0,ZBAR=2.5 /

&TIME &MISC &REAC &SURF &SURF

TWFIN=1800. / de re¨ ele duur van de simulatie in seconden=4450 SURF_DEFAULT=’CONCRETE’,RADIATION=.FALSE.,NFRAMES=180,REACTION=’FIK’/ ID=’FIK’,SOOT_YIELD = 0.22/ ID=’CONCRETE’,ADIABATIC=.TRUE./ ID=’FIRE’,HRRPUA=1760, RAMP_Q=’FIRE RAMP’/opp=3m2 dus HRRP U A = 5280/3 76

Bijlage C. Programma ondergrondse parkeergarage &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP

ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE ID=’FIRE

RAMP’,T=0.,F=0./ RAMP’,T=30.,F=0./ regime+ RAMP’,T=270.,F=0.18/ 4 min RAMP’,T=570.,F=0.18/ 9 min RAMP’,T=930.,F=1.0/ 15 min RAMP’,T=1770.,F=1.0/ 29 min RAMP’,T=2430.,F=0.26/ 40 min RAMP’,T=4530.,F=0/ 75 min

&OBST &OBST &VENT &VENT &OBST &OBST &VENT &VENT

XB=56.5,58,32.5,35.5,0,1, RGB=1,0,0/ auto_1 XB=56.5,58,33,35,1,1.5, RGB=1,0,0 / XB=56.5,58,33,33,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ XB=56.5,58,35,35,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ XB=59,60.5,32.5,35.5,0,1, RGB=1,0,0/ auto_2 XB=59,60.5,33,35,1,1.5,RGB=1,0,0 / XB=59,60.5,33,33,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/ XB=59,60.5,35,35,1,1.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’FIRE’/

&SURF ID=’SUCKCHILL’ ,VOLUME_FLUX=15 / 54 000m3 /h &VENT XB=27,64,53,53,0,2.5,SURF_ID=’OPEN’,T_CLOSE=70/ de "vide" waarlangs de verse lucht binnenkomt om de lucht te verversen, word gesloten na reg(30) bij detectie(30) in 10sec &VENT XB=2,6,5,5,0,2, SURF_ID=’SUCKCHILL’ ,T_CLOSE=60 / hoofdventilator normale werking stopt na reg(30) en det(30) &VENT XB=123,127,5,5,0,2, SURF_ID=’SUCKCHILL’ ,T_CLOSE=60 / hoofdventilator normale werking stopt na reg(30) en det(30) &SURF ID=’BLOW150’ ,VOLUME_FLUX=-39.5, TAU_V=30,TMPWAL=15/ 142 500 m3 /h (aangepast met verliezen-> HV aan 150%0.65(blazen)=190 000 +verliezen .75 &SURF ID=’SUCKK’ ,VOLUME_FLUX=95 ,TAU_V=30/1.2*285 000m3 /h geleidelijk in 30sec &VENT XB=123,127,5,5,0,2, SURF_ID=’BLOW150’,T_OPEN=120 / hoofdventilator 4 (pulsie 30sec na extractie) &VENT XB=2,6,53,53,0,2, SURF_ID=’SUCKK’,T_OPEN=90 / hoofdventilator 1 &VENT XB=123,127,53,53,0,2, SURF_ID=’BLOW150’,T_OPEN=120 / hoofdventilator 2 (pulsie 30sec na extractie) &SURF ID=’BLOWrechts’ ,VEL=-21.5,VEL_T=3.8,-2.7, RAMP_V=’BLOWER RAMP’ &SURF ID=’BLOWlinks’ ,VEL=-21.5,VEL_T=-3.8,-2.7, RAMP_V=’BLOWER RAMP’ 77

/7° naar beneden /7° naar beneden

Bijlage C. Programma ondergrondse parkeergarage &SURF &RAMP &RAMP &RAMP

ID=’inlet’,VEL=11, RAMP_V=’BLOWER RAMP’/ inlaat stuwkrachtvent op 0.5m x 1m ID =’BLOWER RAMP’,T=0.0,F=0.0/ initieel staan ze uit ID =’BLOWER RAMP’,T=150.0,F=0/ opbouwen na 2min30->lineaire interpolatie ID =’BLOWER RAMP’,T=210,F=1.0/ volledige werking na 3min30

&OBST &VENT &VENT &VENT &OBST &VENT &VENT &VENT &OBST &VENT &VENT &VENT &OBST &VENT &VENT &VENT &OBST &VENT &VENT &VENT &OBST &VENT &VENT &VENT

XB=69.5,70.5,12.5,13.5,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 23 XB=69.5,69.5,13,13.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=69.5,69.5,12.5,13,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=70,70.5,12.5,13.5,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/ XB=69.5,70.5,28,29,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 19 XB=69.5,69.5,28.5,29,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=69.5,69.5,28,28.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=70,70.5,28,29,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/ XB=69.5,70.5,44,45,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 15 XB=69.5,69.5,44.5,45,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=69.5,69.5,44,44.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=70,70.5,44,45,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/ XB=30,31,12.5,13.5,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 21 XB=30,30,13,13.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=30,30,12.5,13,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=30.5,31,12.5,13.5,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/ XB=30,31,28,29,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 17 XB=30,30,28.5,29,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=30,30,28,28.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=30.5,31,28,29,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/ XB=30,31,44,45,2.25,2.5,RGB=0,1,0 /stwkrvent 13 XB=30,30,44.5,45,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWrechts’/ XB=30,30,44,44.5,2.25,2.5,RGB=1,0,0, SURF_ID=’BLOWlinks’/ XB=30.5,31,44,45,2.25,2.25,RGB=1,0,0, SURF_ID=’inlet’/

&OBST XB=5,5.5,18,39,0,2.5, RGB=0,1,0 / muur inlaat links &OBST XB=123,123.5,18,39,0,2.5, RGB=0,1,0 / muur inlaat rechts &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST

XB=12,13,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=12,13,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=19.5,20.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=19.5,20.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=26.5,27.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=26.5,27.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar 78

Bijlage C. Programma ondergrondse parkeergarage &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST &OBST

XB=33.5,34.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=33.5,34.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=33.5,34.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=41,42,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=41,42,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=41,42,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=48,49,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=48,49,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=48,49,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=55.5,56.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=55.5,56.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=55.5,56.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=62.5,63.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=62.5,63.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=62.5,63.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=69.5,70.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=69.5,70.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=69.5,70.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=77,78,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=77,78,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=77,78,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=84,85,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=84,85,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=84,85,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=91.5,92.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=91.5,92.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=91.5,92.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=98.5,99.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=98.5,99.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1 , SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=98.5,99.5,51.5,52.5,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=105.5,106.5,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=105.5,106.5,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=113,114,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=113,114,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=120,121,20.5,21.5,0,2.5, RGB=0,0,1,SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar XB=120,121,36,37,0,2.5, RGB=0,0,1, SAWTOOTH=.FALSE. / steunpilaar

&VENT XB=1,3,20,22,2.5,2.5,SURF_ID=’OPEN’,T_CLOSE=70. &VENT XB=1,3,33,35,2.5,2.5,SURF_ID=’OPEN’,T_CLOSE=75. 79

/ inrij-opening linksonder / uitrij-opening linksboven

Bijlage C. Programma ondergrondse parkeergarage &VENT XB=126,128,20,22,2.5,2.5,SURF_ID=’OPEN’,T_CLOSE=70. &VENT XB=126,128,33,35,2.5,2.5,SURF_ID=’OPEN’,T_CLOSE=75.

/ uitrij-opening rechtsonder / inrij-opening rechtsboven

&OBST &OBST &OBST &OBST

XB=0,5,29,29,0,2.5,T_CREATE=0,T_REMOVE=75./geen rook van ene kant naar andere XB=123.5,128,29,29,0,2.5,T_CREATE=0,T_REMOVE=75./geen rook van ene kant naar andere XB=0,5,36,36,0,2.5,T_CREATE=70./rookscherm links XB=123.5,128,36,36,0,2.5,T_CREATE=70./rookscherm rechts

&SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &BNDF

PBZ=0.75,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.25,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.75,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=2.25,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=0.75,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.25,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.75,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=2.25,QUANTITY=’VELOCITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=0.75,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.25,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.75,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=2.25,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=0.75,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.25,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.75,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=2.25,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=0.75,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.25,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=1.75,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / PBZ=2.25,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / PBX=60,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBX=60,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBX=60,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / PBY=35,QUANTITY=’TEMPERATURE’,VECTOR=.TRUE. / PBY=35,QUANTITY=’DENSITY’,VECTOR=.TRUE. / PBY=35,QUANTITY=’visibility’,VECTOR=.TRUE. / XB=2,6,53,53,0,2,QUANTITY=’PRESSURE’,VECTOR=.TRUE. / QUANTITY=’BURNING_RATE’ /

80

Bibliografie [1] J.J. Mertens. Stuwdrukventilatie in parkeergarages, adviesbureau van der neut. TVVL, 5, 1999. [2] P.L. Hinkley. The flow of hot gases along an enclosed shopping mall. a tentative theory. Fire Research Note 807, FRS, 1970. [3] H.C. Hottel. Stimulation of fire research in the united states after 1940 (a historical account). [4] S.V. Patankar. Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere publishing, New York, 1980. [5] R.G. Rehm and H.R. Baum. The equations of motion for thermally driven, buoyant flows. Journal of research of the NBS, 83:297–308, 1978. [6] G.P Forney and K.B. McGrattan. Users’s Guide for Smokeview Version 4. Nist Special Publication 1017, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, July 2004. [7] K.B. McGrattan. Fire Dynamics Simulator (Version 4), Technical Reference Guide. Nist Special Publication 1018, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, July 2004. [8] K.B. McGrattan and G.P Forney. Fire Dynamics Simulator (Version 4), Users’s Guide. Nist Special Publication 1019, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, July 2004. [9] H.P. Morgan, B. Vanhove, and J-C Desmedt. On the design of impulse ventilation for smoke control in car parks. IFC-IFSET, 2003.

81

Lijst van figuren 1.1 1.2 1.3 1.4

Impulsventilatie in een ondergrondse parkeergarage. . . . . . . . Bovenaanzicht rookbeheersing met stuwkrachtventilatoren. . . . Zijaanzicht rookbeheersing zonder en met stuwkrachtventilatoren Ontwikkelingsfasen van een brand. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . .

5 6 6 8

2.1

Het flame-sheet chemiemodel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

3.1 3.2 3.3 3.4

Twee brandende wagens - convectief warmtevermogen Qc . . . . . . . . . . . . Eén brandende wagen - convectief warmtevermogen Qc . . . . . . . . . . . . . geometrie toepassingsvoorbeeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De verschillende mogelijkheden: respectievelijk met geopende openingen, met beperkte openingen, en beweegbare schermen met afvoer in zone1 en zone2 . nodige extractiedebieten toepassingsvoorbeeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . geval 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 5.5 m/s) . . . . . . . . . geval 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 2: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 2: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s) . . . . . . . . . geval 3a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 3 m/s) . . . . . . . . . . geval 3b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 3b1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s) . . . . . . . . Verbetering zone-indeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24 24 28

3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18

82

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

29 29 30 30 31 32 32 33 34 35 35 36 36 37 37

Lijst van figuren 3.19 Geval 3b2: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten (2 brandende wagens in het rood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.20 Geval 3b2: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 2.5 m/s) . . . . . . . . 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22

Opdeling van de parkeergarage in 4 zones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De parkeergarage met aanduiding van axiaalventilatoren (in schacht) en stuwkrachtventilatoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Opdeling in 6 volumes waarvan één met fijner grid ter hoogte van de brandhaard. Warmtevrijstelling van twee brandende wagens. . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutie van de rookontwikkeling bij 2 brandende wagens in het midden van de parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zichtbaarheid na 15 minuten op een hoogte van 1.75 m en 1.25 m . . . . . . . Snelheid op een hoogte van 1.75 m na 15 en na 30 minuten . . . . . . . . . . Snelheidscomponent in de langsrichting van de parkeergarage op een hoogte van 1.75 m na 10 en 30 minuten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatuurverdeling op 1.75 m na 15 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . Willekeurige plaats van de twee brandende wagens. . . . . . . . . . . . . . . . Rookontwikkeling in de parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten bij willekeurige plaats van de brandhaard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Opdeling in 8 zones van maximaal 1000 m2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mogelijke configuraties bij brand in RWA-zone 1 en 2 met de erbij horende minimale spoeldebieten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutie van de rookontwikkeling bij na 10, 15 en 20 minuten bij een extractiedebiet van 430 000 m3 /h. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luchtsnelheid en snelheidscomponent in de langsrichting op 1.75 m hoogte na 10 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutie van de rookontwikkeling bij na 10, 15 en 20 minuten bij een extractiedebiet van 780 000 m3 /h. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luchtsnelheid en snelheidscomponent in de langsrichting op 1.75 m hoogte na 15 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . De volledig met wagens gevulde parkeergarage. . . . . . . . . . . . . . . . . . Vergelijking van de rookontwikkeling bij brand tussen een lege en een volledig gevulde parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . Vergelijking van de luchtsnelheden op 1.75 m hoogte tussen een lege en een volledig gevulde parkeergarage na 30 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . De halfgevulde parkeergarage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vergelijking van de rookontwikkeling bij brand tussen een lege en een halfgevulde parkeergarage na 10, 15 en 30 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83

38 38 42 46 47 48 50 51 51 52 52 53 53 54 55 56 56 57 57 58 59 60 60 61

Lijst van figuren 4.23 Vergelijking van de luchtsnelheden op 1.75 m hoogte tussen een lege en een halfgevulde parkeergarage na 30 minuten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Snelheidscomponent in de langsrichting van de halfgevulde parkeergarage op een hoogte van 1.25 m en 1.75 m na 15 minuten . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25 Situatie zonder stuwkrachtventilatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 Evolutie van de rookontwikkeling na 15 en 20 minuten, extra afzuiging langs schacht 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Evolutie van de rookontwikkeling na 10, 15 en 20 minuten met enkel mechanische extractieventilatie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.28 Zichtbaarheid na 15 en 30 minuten met enkel mechanische extractieventilatie. A.1 Geval 1: rookontwikkeling na 1 en 10 minuten bij een extractiedebiet van 120 000 m3 /h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.2 Geval 1: luchtsnelheid na 1 en 10 minuten (max 2 m/s) . . . . . . . . . . . . A.3 Geval 2: rookontwikkeling na 1 en 10 minuten bij een extractiedebiet van 291 000 m3 /h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.4 Geval 2: luchtsnelheid na 1 en 10 minuten (max 6 m/s) . . . . . . . . . . . . A.5 Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij een extractiedebiet van 240 000 m3 /h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.6 Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 6.5 m/s) . . . . . . . . . A.7 Geval 3a: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij nodige kritische snelheid. A.8 Geval 3a: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4 m/s) . . . . . . . . . . A.9 Geval 3a: zichtbaarheid na 10 minuten op 1.84 m hoogte . . . . . . . . . . . . A.10 Geval 3b1: rookontwikkeling na 1 en na 10 minuten bij een extractiedebiet van 240 000 m3 /h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.11 Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4.5 m/s) . . . . . . . . A.12 Geval 3b1: luchtsnelheid na 1 en na 10 minuten (max 4.5 m/s) . . . . . . . .

84

61 62 63 65 65 65

69 69 70 70 71 71 72 72 72 73 73 73

Simulatie van rookafvoer bij brand in grote overdekte parkeergarages

Recommend Documents