HRR – CPI win FSE

Utilizzo di curve HRR con il Fire Dynamics Simulator

Non più tardi di una decina d’anni fa l’unico parametro utilizzato in Italia per la valutazione del rischio incendio era il Carico di Incendio, veniva utilizzato indifferentemente sia per la valutazione del rischio di pre-flashover, per il dimensionamento di sistemi di protezione o di evacuazione, che nel caso di post-flashover, per il calcolo della resistenza al fuoco delle strutture.

Con l’introduzione dei metodi propri della FSE si è cominciato a ragionare in termini di incendi di progetto descritti all’interno dei modelli di calcolo anche in termini di velocità di rilascio di calore HRR.

Incendi di progetto

Un incendio di progetto deve tenere conto della produzione di calore, di fumi e dei gas tossici. Il complesso  processo della combustione non permette di quantificare in modo semplice il tipo e la quantità di prodotti gassosi generati da un incendio reale. La velocità di rilascio del calore HRR può essere valutata misurando il consumo di ossigeno in prove in piccola scala o in scala reale. L’incendio di progetto è generalmente diviso in diverse fasi: accensione, crescita, flashover, incendio completamente sviluppato, decadimento. In genere il flashover è considerato un punto di demarcazione, l’incendio è studiato nelle fasi di pre-flashover fase e di post-flashover. Lo sviluppo di un incendio dipende da una serie di variabili, come la fonte di accensione, le proprietà le dimensioni e la disposizione dei materiali che compongono il carico di incendio, la dimensione e la posizione delle aperture del compartimento, e le proprietà in termini di trasmissione del calore dei materiali che compongono le pareti.

Ci sono molti modi per sviluppare un incendio di progetto. Un fuoco di tipo stazionario è il modo più semplice per specificare un incendio di progetto che si basa sulla massima dimensione prevista di un fuoco in un determinato scenario. In questo caso viene utilizzato un valore di HRR determinato, in genere in funzione del carico di incendio, corrispondente appunto a un tasso costante di rilascio di calore. Un altro modo molto semplice per descrivere la velocità di crescita di un incendio è conosciuto con la definizione di “αT2”, si tratta di un incendio nel quale la fase di crescita si basa su numerosi dati sperimentali. Sono previste quattro tipologie di fasi di crescita: ultraveloce, veloce, media e lenta espresse in termini di coefficiente di crescita in funzione del tempo di raggiungimento della potenza di 1 MW.

Tasso di rilascio di calore in fase di crescita

Nella fase di crescita di un incendio, c’è ossigeno sufficiente per la combustione e il fuoco è controllato dal combustibile, nel senso che la potenza termica emessa dall’incendio dipende esclusivamente dalla quantità di combustibile presente in ambiente, in quanto il quantitativo di comburente (aria/ossigeno) è superiore al necessario per la combustione. Le caratteristiche, la distribuzione e la disposizione del combustibile sono essenziali nella produzione del calore in questa fase.

Dopo l’inizio di un incendio, se gli elementi vicini al primo elemento innescato, contribuiranno alla combustione dipende dal flusso di calore radiante ricevuto in funzione della loro esposizione e dalla facilità con cui possono infiammarsi, la propagazione del fuoco è notevolmente influenzata dalla posizione della sorgente di accensione, come dimostrato sperimentalmente. Quando gli elementi che compongono il carico d’incendio sono molto vicini l’uno con l’altro, l’intensità dell’incendio può crescere anche molto rapidamente; in caso contrario l’incendio può auto-spegnersi a causa dello spegnimento della sorgente di fuoco.

Tasso di rilascio di calore per incendio pienamente sviluppato

Dopo il flashover, tutte le superfici esposte dei combustibili nel compartimento sono coinvolte nell’incendio. vengono emessi gas combustibili in eccesso e comincia a non esserci abbastanza aria (ossigeno) per la combustione. In questa fase, il fuoco diventa controllato dalla ventilazione, nel senso che la potenza emanata dall’incendio dipende esclusivamente dalla quantità di comburente (ossigeno) presente in ambiente, in quanto il quantitativo di combustibile, anche già vaporizzato, è superiore a quanto ne può bruciare in funzione del comburente presente.

Più è alto il valore del carico di incendio e maggiore sarà la durata dell’incendio, di conseguenza i danni potenziali saranno maggiori. Il valore del carico d’incendio totale di un ambiente oppure la densità del carico di incendio in MJ/m2 è utilizzato, come vedremo in seguito, nei modelli matematici per determinare la curva HRR.

Durante la fase di post-flashover, la preoccupazione principale si sposta, dalla salvaguardia della vita e dei beni alla salvaguardia della stabilità strutturale. In fase di post-flashover, i risultati del calcolo devono essere indirizzati all’ottenimento delle curve tempo-temperatura in corrispondenza degli elementi strutturali per i quali sarà verificata, utilizzando il metodo analitico previsto dagli Eurocodici, la resistenza al fuoco.

L’energia termica rilasciata dall’incendio può essere approssimativamente determinata in funzione del flusso d’aria dalle aperture, quanto l’incendio è controllato dalla ventilazione, quindi dal quantitativo di ossigeno presente in ambiente, in quanto il combustibile vaporizzato si presenta in eccesso rispetto a quello che può bruciare in funzione della presenza dell’ossigeno. A tal fine il “Codice di prevenzione incendi” prevede l’utilizzo della seguente espressione:

con: 

m  fattore di partecipazione alla combustione di cui al punto S.2 del D.M. 3/8/2015 che prevede i seguenti valori: 0,80 per il legno e altri materiali di natura cellulosica, 1,00 per tutti gli altri materiali combustibili;
Hu potere calorifico inferiore del legno pari a 17500 kJ/kg. 
Av area totale delle aperture verticali su tutte le pareti del compartimento [m2]
L’altezza equivalente delle aperture verticali heq si calcola con la seguente rela­zione:

Av,i area dell’apertura verticale i-esima [m2]
hi altezza dell’apertura verticale i-esima [m]

Negli scenari di incendio in cui un compartimento o un vano è chiuso ermeticamente, l’ossigeno disponibile viene consumato nel processo di combustione finché la concentrazione di ossigeno viene ridotta a un valore tra 8% e il 12%. A questi livelli di ossigeno ridotti, la combustione con fiamma dei contenuti del compartimento non avviene e l’ossigeno residuo viene consumato. Queste condizioni impediscono al fuoco di crescere in modo sufficiente a produrre condizioni di flashover. In questo caso una improvvisa introduzione di aria (ossigeno) può comportare una rapida combustione dei prodotti della combustione incompleta molto pericolosa, definita “backdraft”. Un backdraft si può verificare quando le porte o le finestre sono aperte o rotte durante processo di spegnimento dell’incendio da parte dei soccorritori.

Nel caso di incendio in ambienti chiusi, la determinazione del HRR di picco è fondamentale per la valutazione del rischio, in quanto se il valore di HRR di picco è superiore all’HRR di flashover, l’incendio si estenderà a tutto il compartimento.

Carico di incendio

La determinazione di un incendio di progetto appropriato e razionale deve essere basata sul carico di incendio del compartimento, la cui determinazione dipende dalla valutazione dell’energia totale rilasciata dalla combustione di tutti i materiali combustibili all’interno del compartimento/locale. Generalmente il carico di incendio non viene considerato come valore assoluto (MJ) ma come valore relativo per unità di superficie (MJ/m2).

Sono state condotte indagini sul valore del carico di incendio in edifici residenziali, vista l’estrema variabilità delle modalità costruttive, della tipologia: appartamento, casa singola, grattacielo, che hanno un effetto sulle caratteristiche del carico di incendio, congiuntamente alle caratteristiche degli abitanti come: età, cultura e posizione geografica, si è giunti alla conclusione che per un edificio residenziale il carico dii incendio varia da 278 MJ/m2 a 852 MJ/m2. È interessante notare che è accertato che il carico di incendio per unità di superfice medio aumenta al diminuire della superficie degli ambienti e che di solito il carico di incendio non ha alcuna relazione diretta con l’altezza dell’edificio.

E’ stata effettuata una ricerca su edifici residenziali in Canada tramite questionari su internet. I questionari chiedevano la distribuzione delle aree a pavimento dei locali, il numero finestra e la loro area, i principali materiali combustibili contenuti, ecc. La densità di carico di incendio medio è risultata essere di 600 MJ/m2 con una deviazione standard di 200 MJ/m2. Un’altra ricerca relativa a un progetto denominato CFMRD (Characterization of Fires in MultiSuite Residential Dwellings) relativo a case plurifamiliari, ha utilizzato un altro metodo che consisteva nello reperire le informazioni attraverso siti web immobiliari che riportavano le dimensioni e le fotografie delle stanze principali. La densità di carico di incendio medio è risultata essere 807 MJ/m2 per le cucine; 393 MJ/m2 per le sale da pranzo; 288 MJ/m2 per le camere seminterrate residenziali; 534 MJ/m2 per camere da letto principali; 594 MJ/m2 per camere da letto secondarie.

Un’altra indagine sul valore della densità del carico di incendio, condotta in 50 appartamenti residenziali tipici di Hong Kong ha indicato che la densità media è di circa 1400 MJ/m2.

HRR (Heat Release Rate)

L’HRR per definizione è la variazione della potenza di rilascio termico in una reazione di combustione, espressa in kW e calcolata in relazione al combustibile, alle condizioni di ventilazione e alle caratteristiche geometriche del materiale. La stima della variazione dell’HRR nel tempo da indicazioni preziose sulla velocità di combustione dei materiali all’interno del compartimento/vano analizzato (equivalenza fra kW e MJ/s).

Più il valore di HRRmax è alto, più il materiale combustibile brucia velocemente, conseguentemente anche la produzione di fumo e calore aumentano sensibilmente.

Il tasso di rilascio del calore (HRR) è un parametro fondamentale per la valutazione della crescita di un incendio in un compartimento. HRR è utilizzato da una vasta gamma di strumenti di valutazione degli effetti del fuoco, che vanno da semplici metodi a indici, per la valutazione del rischio, ai più complessi modelli di fluidodinamica computazionale. L’HRR è utilizzato in formulazioni analitiche, correlazioni empiriche, modelli a Zone e modelli di Computational Fluid Dynamics (CFD), tutti utilizzano HRR come parametro di input per determinare, aggiungendo pochi altri parametri relativi alla chimica del fuoco, quasi tutte le altre variabili quantificabile relative al fuoco.

Come abbiamo visto la caratteristica essenziale che descrive quantitativamente le dimensioni e la pericolosità di un incendio è il tasso o percentuale di rilascio di calore, HRR (Heat Release Rate). La determinazione del rilascio della potenza termica è stata definita come la variabile più importante per la definizione del rischio incendio. Il tasso di rilascio di calore (HRR) di un elemento è misurato in [kW] e corrisponde alla velocità alla quale le reazioni di combustione producono calore.

Se il HRR è calcolato e non determinato con prove in scala reale o in scala ridotta, è definito in relazione al quantitativo di combustibile che costituisce il carico di incendio, alle condizioni di ventilazione e alle caratteristiche geometriche del materiale.

Più il valore di HRR  è alto, più il materiale combustibile brucia velocemente, conseguentemente anche la produzione di fumo e calore aumentano sensibilmente.

Una serie di metodologie sono state sviluppate per valutare l’HRR di materiali e oggetti. Queste metodologie possono utilizzare misure indirette di aumento della temperatura, misura della perdita di massa, determinazione del consumo di ossigeno o della produzione di specie. Inoltre, le misurazioni possono essere effettuate in scala ridotta, intermedia, o reale.

La metodologia più comune per stabilire la HRR è la calorimetria basata sul consumo di ossigeno (OC). L’HRR è proporzionale al consumo di ossigeno durante la combustione di molti materiali. Per i combustibili solidi organici si assume un valore medio per la costante energia pari a 13,1 +/- 0.68 MJ per kg di O2 consumato. Il valore di 0.68 MJ/kg rappresenta un’incertezza del 5% rispetto al valore medio costante 13,1. L’analisi di una serie ampia di liquidi gas e anche solidi ha determinato un valore medio di 12,8 +/- 0,9 MJ  per kg di O2 consumato.

Il vantaggio di questo metodo è che esso consente di stimare l’HRR direttamente dalle misure, senza la conoscenza della composizione chimica del materiale o la chimica combustione.

Il metodo è largamente utilizzato in quanto diversi studi hanno confermato che, per molti materiali, questo approccio è sufficiente, tuttavia per alcuni materiali complessi è necessaria, per consentire una più precisa ricostruzione della chimica combustione, l’aggiunta di altre misure supplementari, del monossido di carbonio (CO), dell’anidrite carbonica (CO2), degli idrocarburi totali.

SI stima che l’incertezza relativa all’utilizzo delle tecniche OC per la determinazione dell’HRR sia del 5%. Diversi studi hanno dimostrato che la maggior parte degli errori sperimentali possono essere adeguatamente quantificati e, in generale, non influenzano l’applicabilità della dell’HRR come input per i calcoli di sicurezza antincendio. In contrasto, gli errori associati alle ipotesi incorporati nelle metodologie di calcolo hanno ricevuto significative meno attenzione. Attualmente, non esiste un modo sistematico di stabilire come la natura del materiale testato può influenzare la validità delle ipotesi e di conseguenza la quantità di dettagli è necessario ottenere una stima della dell’HRR che è coerente con la complessità e la precisione richiesta delle analisi relative alla sicurezza antincendio.

Per molti oggetti e prodotti, i dati relativi all’HRR non sono disponibili in letteratura, se non presenti dovranno essere eseguiti test di laboratorio.

Misurazione di HRR in scala reale

La modalità più semplice per determinare l’HRR di un oggetto è la prova di combustione a scala reale, con questo tipo di esperimento si misura direttamente l’HHR nello stesso istante che viene prodotto.
Esistono due tecniche di misura negli esperimenti a scala reale:

– Calorimetri HRR a combustione aperta– Prove di incendio in ambiente

Misurazione del HRR su piccola Scala (Bench-Scale)

Misurare il HRR in una prova su piccola scala scala di riferimento è oggi un compito facile. In modo abbastanza semplice si utilizza il calorimetro a cono che è uno strumento disponibile presso laboratori commerciali e di ricerca in tutto il mondo. Le procedure per l’esecuzione delle prove del calorimetro a cono sono descritte nella norma ASTM E 1354 e nella norma ISO 5660.

Misurazione del HRR su scala intermedia

La più recente tecnologia sperimentale per la determinazione del HRR è la calorimetria a scala intermedia. Il metodo è standardizzato in ASTM E 1623.  Questo metodo consente di testare provini di dimensioni  1,0 m x 1,0 m, possono essere testati strutture complesse o altamente non omogenee. Tuttavia, poiché i dati non sono in scala reale, sono necessarie ulteriori analisi per poter utilizzare i dati per la definizione di scenari della modellazione degli incendi.

Per la definizione di un incendio di progetto i dati migliori e più affidabili sono quelli risultanti da esperimenti in scala reale.

Tuttavia, utilizzando questi dati occorre tenere presente le seguenti limitazione e/o correzioni da apportare al modello

  • se i dati disponibili sono derivanti da misurazioni calorimetriche a combustione aperta, si deve determinare se è necessario apportare delle correzioni dovute all’effetto del confinamento dell’incendio in ambienti diversi da quello di prova.
  • se i dati disponibili sono derivanti da misurazioni calorimetriche in incendi all’interno di locali, occorre verificare se le condizioni del locale di prova sono simili a quello relativo allo scenario in esame per il quale deve essere eseguita la modellazione (per esempio l’aerazione può essere completamente differente), in caso contrario occorre apportare delle correzioni.

E’ necessario sottolineare che l’utilizzo dei dati relativi alle curve HRR, forniti da una banca dati possono essere utilizzati per un calcolo ingegneristico di valutazione del rischio incendio, per ottenere per esempio, l’approvazione di un progetto di prevenzione incendi, non sono utili per dimostrare le prestazioni di un prodotto specifico in un procedimento di Fire Investigation. In questo caso è indispensabile l’effettuazione di prove di laboratorio per determinare le reali caratteristiche dei materiali.

Dati sperimentali relativi alla determinazione dell’HRR possono essere ricavati da:

  • SFPE Handbook of Fire Protection Engineering – Fifth Edition – capitolo 26 Heat Release Rates.
  • Heat Release in Fires, Babrauskas, V., and Grayson, S. J.
  • Cone Calorimeter Annotated Bibliography, Babrauskas, V.

In bibliografia sono riportati i link a molti documenti contenenti dati sperimentali relativi a innumerevoli materiali e oggetti.

Esempio di determinazione sperimentale della curva HRR (National Institute of Standards and Technology – NIST)

 

FDS e curve HRR

Nel  Fire Dynamics Simulator per descrivere le caratteristiche dell’incendio possono essere utilizzate le seguenti diverse metodologie di input:

  1. Fornire i dati termo-fisici e della chimica della combustione dei materiali
  2. Fornire le curve HRR dei vari materiali desunti da dati sperimentali o dalla letteratura specializzata

Esempi di input FDS

Metodo 1

Occorre definire le caratteristiche dei materiali tramite uno o più gruppi &MATL

&MATL ID=’Abete‘,
      DENSITY=120.000,
      CONDUCTIVITY_RAMP=’CONDUCTIVITY_RAMP_Abete’,
      SPECIFIC_HEAT=2.380,
      EMISSIVITY=0.900,
      ALLOW_SWELLING=.FALSE.,
      ALLOW_SHRINKING=.FALSE.,
      N_REACTIONS=1,
      NU_SPEC(1,1)=1.000,
      SPEC_ID(1,1)=’PROPANE’,
      REFERENCE_TEMPERATURE(1)=360.000,
      PYROLYSIS_RANGE (1)=80.000, /
&RAMP ID=’CONDUCTIVITY_RAMP_Abete’, T=20.000, F=0.080000/
&RAMP ID=’CONDUCTIVITY_RAMP_Abete’, T=900.000, F=0.160000/

Quindi associarle alle proprietà di superficie tramite il gruppo &SURF

&SURF ID=’Superficie_Legno
      MATL_ID(1:1,1)=’Abete‘,
      THICKNESS(1:1)=0.100000/

Applicare quindi le proprietà di superficie a un solido tramite il gruppo &OBST o a una superficie piana tramite il gruppo &VENT

&OBST XB=4.600, 6.400, 5.000, 6.600, 0.000, 1.000, RGB=0,255,255,
      SURF_ID=’Superficie_Legno’/ Solido 001 – NUM_1

 

Metodo 2

Associare la curva HRR  come proprietà di superficie a un solido tramite il gruppo &OBST o a una superficie piana tramite il gruppo &VENT

La curva HRR ricavata sperimentalmente relativa all’incendio di un televisore è la seguente (HRRmax = 274 kW)

Devono essere definite le proprietà di superficie relative a tutte le facce del solido con esclusione della base a contatto con il pavimento. In funzione dell’area delle singole facce dell’OBST che rappresenta l’oggetto (nel nostro caso un televisore) viene distribuito l’HRR rappresentato dal grafico ottenuto sperimentalmente. La distribuzione viene effettuata tramite vari gruppi di comandi di tipo &RAMP.

&MATL ID=’Strato TV1′,
      DENSITY = 200.000,
      CONDUCTIVITY = 0.100,
      SPECIFIC_HEAT = 1.000/

&SURF ID=’Mat MinX_TV1′
      HRRPUA=274.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_TV1′,

      MATL_ID(1,1)=’Strato TV1′,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.010/

&SURF ID=’Mat MaxX_TV1′
      HRRPUA=274.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_TV1′,

      MATL_ID(1,1)=’Strato TV1′,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.010/

&SURF ID=’Mat MinY_TV1′
      HRRPUA=274.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_TV1′,
      MATL_ID(1,1)=’Strato TV1′,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.010/

&SURF ID=’Mat MaxY_TV1′
      HRRPUA=274.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_TV1′,
      MATL_ID(1,1)=’Strato TV1′,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.010/

&SURF ID=’Mat MinZ_TV1’/ alla superficie del solido a contatto con il pavimento non
                         devono essere assegnate le proprietà di combustibilità

&SURF ID=’Mat MaxZ_TV1′
      HRRPUA=274.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_TV1′,
      MATL_ID(1,1)=’Strato TV1′,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.010/

&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=0.000, F=0.000000/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=80.000, F=0.016896/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=90.000, F=0.013517/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=105.000, F=0.126723/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=120.000, F=0.123344/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=140.000, F=0.462963/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=160.000, F=0.270343/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=170.000, F=0.253447/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=190.000, F=0.427480/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=205.000, F=0.388619/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=215.000, F=0.405515/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=225.000, F=0.388619/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=235.000, F=0.337929/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=250.000, F=0.185861/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=260.000, F=0.168965/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=270.000, F=0.177413/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=275.000, F=0.174034/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=290.000, F=0.219654/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=310.000, F=0.236550/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=320.000, F=0.270343/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=325.000, F=0.273723/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=330.000, F=0.278792/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=340.000, F=0.287240/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=355.000, F=0.253447/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=360.000, F=0.270343/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=370.000, F=0.239930/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=380.000, F=0.239930/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=400.000, F=0.219654/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=410.000, F=0.236550/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=420.000, F=0.219654/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=425.000, F=0.236550/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=445.000, F=0.219654/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=450.000, F=0.236550/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=480.000, F=0.219654/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=540.000, F=0.202758/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=600.000, F=0.202758/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=900.000, F=0.135172/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=1200.000, F=0.084482/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=1500.000, F=0.050689/
&RAMP ID=’RAMP_Q_TV1′, T=1800.000, F=0.033793/

Applicare quindi le proprietà di superficie a un solido tramite il gruppo &OBST che rappresenta l’oggetto.

&OBST XB=4.400, 5.200, 4.400, 5.000, 0.000, 0.600, RGB=255,0,0,
      SURF_ID6=’Mat MinX_TV1′, ‘Mat MaxX_TV1’, ‘Mat MinY_TV1’,

               ‘Mat MaxY_TV1’, ‘Mat MinZ_TV1’, ‘Mat MaxZ_TV1’,
               TEXTURE_ORIGIN = 4.400, 4.400, 0.000/

 

Esempio di applicazione della curva HRR ricavata sperimentalmente per una lavabiancheria

In questo esempio si utilizzerà una curva HRR sperimentale tratta dalla letteratura, relativa a una lavabiancheria

 

Curva HRR sperimentale

Utilizzando come dato di input di FDS  esclusivamente questa curva sperimentale si ottiene il seguente risultato di calcolo, in termini di curva HRR:

Curva HRR risultante dal calcolo

La curva utilizzata per l’input, discretizzata per punti può essere può essere visualizzata al seguente link……...

Per definire correttamente la curva sperimentale in FDS, devono essere definite le proprietà di superficie relative a tutte le facce del solido con esclusione della base a contatto con il pavimento. In funzione dell’area delle singole facce dell’OBST che rappresenta l’oggetto (nel nostro caso una lavabiancheria) viene distribuito l’HRR rappresentato dal grafico ottenuto sperimentalmente. La distribuzione viene effettuata tramite vari gruppi di comandi di tipo &RAMP.

&MATL ID=’Strato Lavabiancheria’,
      DENSITY = 200.000,
      CONDUCTIVITY = 0.100,
      SPECIFIC_HEAT = 1.000/

&SURF ID=’Mat MinX_Lavabiancheria’,
      HRRPUA=545.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_Lavabiancheria’,
      MATL_ID(1,1)=’Strato Lavabiancheria’,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.050/

&SURF ID=’Mat MaxX_Lavabiancheria’,
      HRRPUA=545.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_Lavabiancheria’,
      MATL_ID(1,1)=’Strato Lavabiancheria’,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.050/

&SURF ID=’Mat MinY_Lavabiancheria’,
      HRRPUA=545.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_Lavabiancheria’,
      MATL_ID(1,1)=’Strato Lavabiancheria’,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.050/

&SURF ID=’Mat MaxY_Lavabiancheria’
      HRRPUA=545.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_Lavabiancheria’,
      MATL_ID(1,1)=’Strato Lavabiancheria’,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.050/

&SURF ID=’Mat MaxZ_Lavabiancheria’
      HRRPUA=545.000,
      RAMP_Q=’RAMP_Q_Lavabiancheria’,
      MATL_ID(1,1)=’Strato Lavabiancheria’,
      MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00,
      THICKNESS(1)=0.050/

&SURF ID=’Mat MinZ_Lavabiancheria’/

&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=0.000, F=0.000000/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=450.000, F=0.010239/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=520.000, F=0.020478/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=530.000, F=0.030718/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=550.000, F=0.040957/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=570.000, F=0.051196/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=590.000, F=0.061435/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=600.000, F=0.071674/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=610.000, F=0.081913/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=620.000, F=0.126966/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=630.000, F=0.112631/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=640.000, F=0.137205/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=660.000, F=0.143349/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=680.000, F=0.153588/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=690.000, F=0.143349/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=700.000, F=0.155636/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=720.000, F=0.143349/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=750.000, F=0.184305/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=760.000, F=0.153588/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=780.000, F=0.174066/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=800.000, F=0.194545/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=810.000, F=0.215023/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=820.000, F=0.204784/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=830.000, F=0.223214/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=840.000, F=0.200688/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=850.000, F=0.215023/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=860.000, F=0.194545/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=870.000, F=0.184305/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=920.000, F=0.112631/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=950.000, F=0.114679/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1000.000, F=0.122870/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1020.000, F=0.131062/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1040.000, F=0.139253/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1050.000, F=0.143349/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1060.000, F=0.135157/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1080.000, F=0.143349/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1100.000, F=0.122870/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1110.000, F=0.112631/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1120.000, F=0.106488/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1140.000, F=0.102392/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1150.000, F=0.098296/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1160.000, F=0.092153/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1180.000, F=0.081913/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1210.000, F=0.071674/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1250.000, F=0.061435/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1300.000, F=0.051196/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1350.000, F=0.040957/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1360.000, F=0.020478/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1370.000, F=0.038909/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1400.000, F=0.030718/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1500.000, F=0.028670/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1600.000, F=0.020478/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1700.000, F=0.016383/
&RAMP ID=’RAMP_Q_Lavabiancheria’, T=1800.000, F=0.014335/

Applicare quindi le proprietà di superficie a un solido tramite il gruppo &OBST che rappresenta l’oggetto.

&OBST XB=4.216, 5.016, 4.598, 5.398, 0.000, 1.200,
      SURF_ID6=’Mat MinX_Lavabiancheria’,
               ‘Mat MaxX_Lavabiancheria’,

               ‘Mat MinY_Lavabiancheria’,
               ‘Mat MaxY_Lavabiancheria’,
               ‘Mat MinZ_Lavabiancheria’,
               ‘Mat MaxZ_Lavabiancheria’,
      TEXTURE_ORIGIN = 4.216, 4.598, 0.000, RGB=255,0,0, /

Il file completo di input di FDS può essere scaricato dal seguente link …….

 

 

Determinazione e utilizzo di una curva HRR con CPI win FSE

Calcolare la curva HRR in funzione della geometria del locale, delle aperture di ventilazione e del carico di incendio con il metodo previsto dal capitolo M.2.6 del D.M. 1/8/2015 (Codice di prevenzione incendi)

Associare la curva HRR calcolata come da “Codice” come proprietà di superficie a uno o più solidi tramite gruppo/i &OBST o a una o più superfici piane tramite gruppo/i &VENT.

La teoria relativa al calcolo della curva HRR può essere letta al seguente link……...

L’esempio è relativo a un piccolo supermercato avente le seguenti caratteristiche:

  • A = 1000 mq
  • Aperture di aerazione = 49.64 mq
  • Altezza equivalente = 1.518
  • Carico di incendio: si assume il valore di 600 MJ/mq – Tabella E.4 Eurocodice 1
  • HRRmax =
  • Ta = 1388 s
  • Tb = 5831 s
  • Tc = 10035 s

La curva HRR calcolata è riportata nel seguente foglio di calcolo link ….

Il file FDS è riportato al seguente link ….

Il seguente filmato mostra come è stato realizzato il file di input di FDS relativo all’utilizzo di una curva HRR in conformità al capitolo M.2.6 del D.M. 1/8/2015 (Codice di prevenzione incendi) utilizzando CPI win FSE

 

Bibliografia

La bibliografia riporta i testi citati ed è riservata agli utenti con accesso a tutti i contenuti

Sono presenti n. 22 documenti relativi alla sperimentazione sui materiali per la determinazione del tasso di rilascio di calore e la costruzione delle curve HRR (N.B. il numero di * indica quanto la lettura del documento è importante al fine dell’argomento in trattazione).

Sono inoltre presenti n. 48 documenti relativi alle tecniche di indagini sui materiali al fine della determinazione delle caratteristiche di combustibilità.