Wprowadzenie
Czy każdy system oddymiania wymaga wykonania symulacji CFD? Nie. W wielu przypadkach projekt może zostać wykonany na podstawie przyjętej metodyki obliczeniowej i rozwiązań opisanych w odpowiednich normach lub wytycznych projektowych. Są jednak sytuacje, w których standardowe podejście przestaje być wystarczające, a skuteczność projektowanego systemu powinna zostać zweryfikowana za pomocą analizy numerycznej.
Dobrym przykładem są systemy oddymiania klatek schodowych projektowane zgodnie z Wytycznymi CNBOP-PIB W-0003:2016. Dokument określa zasady projektowania takich systemów, ale przewiduje również przypadki, w których konieczne jest potwierdzenie skuteczności przyjętego rozwiązania za pomocą obliczeniowej mechaniki płynów (CFD).
Kiedy zatem warto uwzględnić symulację CFD już na etapie projektowania systemu oddymiania?
Co na temat CFD mówią Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016?
Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016 „Systemy oddymiania klatek schodowych” zawierają odrębny rozdział poświęcony zasadom prowadzenia analizy numerycznej dla systemów oddymiania klatek schodowych.
Dokument opisuje m.in. cel wykonywania analiz CFD, wymagania dotyczące modelu obliczeniowego i założeń analizy, warunki początkowe, czas symulacji, kryteria oceny skuteczności systemu oraz zakres raportu końcowego.
Co szczególnie istotne, w określonych przypadkach wytyczne dopuszczają dalsze korzystanie z przedstawionych w nich zasad projektowania mimo niespełnienia określonych warunków geometrycznych, ale wskazują wówczas na potrzebę potwierdzenia skuteczności projektowanego systemu za pomocą analizy CFD.
Oznacza to, że symulacja nie jest dodatkiem wykonywanym „dla pewności”. W określonych sytuacjach staje się narzędziem weryfikującym, czy rozwiązanie odbiegające od typowych założeń nadal realizuje założony cel funkcjonalny.
- Gdy geometria klatki schodowej odbiega od założeń metody projektowej
Problem może pojawić się przykładowo przy dużych przestrzeniach pomiędzy biegami schodów, rozbudowanych spocznikach, otwarciach pomiędzy kondygnacjami czy innych rozwiązaniach architektonicznych wpływających na sposób przemieszczania się dymu.
Jeżeli nie są spełnione warunki geometryczne przyjęte przez wytyczne, analiza CFD pozwala odwzorować rzeczywistą przestrzeń klatki i sprawdzić, czy zaprojektowany system jest w stanie ją skutecznie oddymić.
- Gdy systemu nie można zaprojektować dokładnie według rozwiązania zalecanego
Dotyczy to szczególnie istniejących budynków.
Podczas przebudowy może się okazać, że wykonanie klapy dymowej, otworu napowietrzającego czy innego elementu dokładnie w zalecanym miejscu wymagałoby znacznej ingerencji w istniejącą konstrukcję. W innych przypadkach ograniczeniem może być geometria elewacji, dachu albo układ komunikacji w budynku.
- Gdy lokalizacja urządzeń może wpływać na przepływ dymu
W systemach oddymiania liczy się nie tylko powierzchnia urządzeń, ale również ich lokalizacja.
Dotyczy to zarówno urządzeń służących do odprowadzania dymu, jak i otworów doprowadzających powietrze kompensacyjne.
Przykładowo Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016 odnoszą się do lokalizacji klap dymowych oraz otworów oddymiających. Dla klatek schodowych z pochylonym stropem wskazują m.in. lokalizowanie otworów oddymiających w jego górnej części.
Jeżeli ze względu na konstrukcję obiektu takiej lokalizacji nie można zastosować albo projekt przewiduje układ odbiegający od zalecanego, warto zweryfikować wpływ tej zmiany na przepływ dymu.
- Gdy napowietrzanie odbiega od typowego rozwiązania
Skuteczne usuwanie dymu wymaga zapewnienia odpowiedniego dopływu powietrza kompensacyjnego.
Wytyczne projektowe określają zasady wyznaczania wymaganej powierzchni otworów kompensacyjnych i wskazują rozwiązania, które mogą realizować tę funkcję.
W rzeczywistych obiektach właśnie napowietrzanie bywa jednak jednym z trudniejszych elementów systemu. Problem może wynikać z ograniczonej powierzchni otworów, ich lokalizacji albo konieczności zastosowania rozwiązania odmiennego od standardowego.
- Gdy występują złożone warunki przepływu
Im bardziej skomplikowana jest geometria budynku, tym trudniej przewidzieć zachowanie dymu wyłącznie na podstawie prostych obliczeń.
Przewężenia, wysokie przestrzenie, duże dusze klatek schodowych, nietypowe spoczniki czy połączenia z innymi przestrzeniami mogą tworzyć lokalne zawirowania i zmieniać drogę przepływu gazów.
- Gdy trzeba potwierdzić skuteczność niestandardowego rozwiązania
To jeden z najważniejszych powodów stosowania CFD.
Jeżeli projekt odbiega od określonych warunków przyjętych w wytycznych, pojawia się potrzeba wykazania, że pomimo tej różnicy system nadal osiąga wymagany efekt.
Jak CFD weryfikuje skuteczność oddymiania klatki schodowej?
Samo wykonanie modelu CFD nie jest jeszcze dowodem skuteczności systemu. Przed rozpoczęciem analizy trzeba określić warunki początkowe i brzegowe, scenariusz pożarowy, sposób działania urządzeń oraz przede wszystkim kryteria, według których będą oceniane wyniki.
W przypadku analiz oddymiania klatek schodowych według CNBOP-PIB W-0003:2016 jednym z parametrów wykorzystywanych do oceny procesu usuwania dymu jest transmitancja światła.
Za usunięcie dymu uznaje się osiągnięcie co najmniej 95% transmitancji światła mierzonej na wysokości 2 m powyżej spocznika ostatniej kondygnacji, na określonej w wytycznych drodze pomiarowej.
Kiedy warto pomyśleć o CFD już na początku projektu?
Najlepiej nie traktować analizy CFD jako ostatniego etapu wykonywanego dopiero wtedy, gdy pojawia się problem z projektem.
Jeżeli już na początku wiadomo, że obiekt ma nietypową geometrię, występują istotne ograniczenia konstrukcyjne albo planowane rozwiązanie nie mieści się w typowym zakresie przyjętej metody projektowej, potrzebę przeprowadzenia analizy warto rozpoznać możliwie wcześnie.
Pozwala to wykorzystać CFD nie tylko do końcowego potwierdzenia rozwiązania, ale również do porównania różnych wariantów i optymalizacji systemu jeszcze przed przyjęciem jego ostatecznej konfiguracji.
Zakończenie
Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego wpisu otrzymałeś odpowiedź na zadane pytanie. Jeżeli chcesz nawiązać z nami współpracę zadzwoń lub napisz e-mail.
Tel. kontaktowy: 663553428 | e-mail: kontakt@sfpap.pl
