Wprowadzenie
Projektowanie systemu oddymiania klatki schodowej nie zawsze pozwala na zastosowanie rozwiązania typowego. Geometria budynku, istniejące uwarunkowania konstrukcyjne czy ograniczenia architektoniczne mogą sprawić, że przyjęty układ odbiega od rozwiązań opisanych w wytycznych projektowych. W takich przypadkach jednym z narzędzi wspierających ocenę działania systemu może być analiza numeryczna CFD.
Przykładem takiego podejścia jest wykonana przez nas analiza systemu oddymiania klatki schodowej w budynku szkoły. Celem symulacji było sprawdzenie, jak projektowany system oddymiania grawitacyjnego będzie działał w rzeczywistych warunkach przepływu powietrza i dymu, w szczególności ze względu na rozwiązanie odbiegające od zaleceń zawartych w Wytycznych CNBOP-PIB W-0003:2016 „Systemy oddymiania klatek schodowych”.
Problem projektowy – rozwiązanie odbiegające od wytycznych
W analizowanym budynku zaprojektowano system grawitacyjnego oddymiania klatki schodowej.
W jego skład wchodziły:
- klapa dymowa o powierzchni czynnej 1,27 m²,
- automatycznie otwierane drzwi, służące do doprowadzania powietrza kompensacyjnego, o powierzchni geometrycznej 3,12 m².
Wytyczne CNBOP-PIB W-0003:2016 określają m.in. zasady doboru powierzchni urządzeń oddymiających i otworów kompensacyjnych oraz ich lokalizacji. W analizowanym przypadku przyjęte rozwiązanie nie spełniało wprost jednego z zaleceń zawartych w wytycznych.
Nie oznacza to jednak automatycznie, że system nie będzie skutecznie usuwał dymu. Wytyczne projektowe opisują określony sposób kształtowania systemu, natomiast rzeczywisty przepływ dymu zależy od wielu wzajemnie powiązanych czynników.
Z tego względu przeprowadzono analizę CFD, której zadaniem było sprawdzenie działania zaprojektowanego układu.
Co powinien zawierać raport z analizy CFD?
CFD (Computational Fluid Dynamics) umożliwia numeryczne odwzorowanie przepływu gazów i związanych z nim zjawisk zachodzących w budynku. W ochronie przeciwpożarowej metoda ta pozwala analizować m.in. przemieszczanie się dymu oraz wpływ działania systemów wentylacji pożarowej na warunki występujące w chronionej przestrzeni.
W przypadku analizowanej klatki schodowej istotne było nie tylko sprawdzenie powierzchni zastosowanych urządzeń, ale przede wszystkim odpowiedzenie na pytanie: czy zaprojektowany system będzie w stanie skutecznie usunąć dym z przestrzeni klatki schodowej w przyjętych warunkach obliczeniowych?
Aby odpowiedź nie opierała się na jednym, potencjalnie korzystnym wariancie, przeanalizowano kilka scenariuszy działania systemu.
Trzy scenariusze działania systemu oddymiania
W ramach opracowania wykonano trzy scenariusze symulacji CFD:
- dla warunków izotermicznych,
- dla warunków letnich,
- dla warunków zimowych.
Takie podejście pozwoliło uwzględnić wpływ różnych warunków temperaturowych na naturalny przepływ powietrza i dymu.
Ma to szczególne znaczenie w przypadku oddymiania grawitacyjnego. Działanie takiego systemu jest związane m.in. z różnicami temperatury, a tym samym gęstości powietrza wewnątrz i na zewnątrz budynku. Zmiana warunków zewnętrznych może więc wpływać na skuteczność przepływu przez klapę dymową i otwory napowietrzające.
Jak oceniano skuteczność oddymiania?
Przed wykonaniem analizy określono mierzalne kryterium pozwalające ocenić działanie systemu.
Przyjęto, że wymagany efekt zostanie osiągnięty, jeżeli transmitancja światła na wysokości 2 m nad spocznikiem ostatniej kondygnacji osiągnie co najmniej 95% w czasie nieprzekraczającym 1800 sekund.
W praktyce analizowano więc proces ‘’oczyszczania przestrzeni’’ klatki schodowej z dymu, a następnie określano czas potrzebny do osiągnięcia założonego poziomu transmitancji.
Wyniki symulacji CFD
Dla poszczególnych scenariuszy otrzymano następujące czasy:
- warunki izotermiczne – 696 s,
- warunki letnie – 1432 s,
- warunki zimowe – 235 s.
Najdłuższy czas uzyskano w wariancie letnim. Wyniósł on 1432 s, czyli około 23 minut i 52 sekundy. Nadal pozostawał jednak poniżej przyjętej w analizie granicy 1800 s.
Najkrótszy czas oddymiania uzyskano natomiast dla warunków zimowych – 235 s, czyli niespełna 4 minuty.
W każdym z trzech analizowanych scenariuszy osiągnięto zatem założone kryterium 95% transmitancji w czasie krótszym niż 1800 s.
Na podstawie wyników przeprowadzonej analizy CFD potwierdzono, że dla przyjętych założeń i rozpatrywanych scenariuszy projektowany system osiąga określone w opracowaniu kryterium skuteczności oddymiania.
Kiedy analiza CFD może być szczególnie przydatna?
Podobne analizy mogą być zasadne przede wszystkim wtedy, gdy rzeczywiste warunki w obiekcie utrudniają zastosowanie rozwiązania typowego.
Może dotyczyć to m.in. klatek schodowych o nietypowej geometrii, przewężeniach, półpiętrach lub rozbudowanym układzie spoczników. Analiza może być również pomocna przy nietypowej lokalizacji urządzenia oddymiającego albo w sytuacji, gdy ze względów architektonicznych lub konstrukcyjnych sposób doprowadzania powietrza kompensacyjnego różni się od rozwiązania standardowego.
Szczególną grupę stanowią istniejące budynki poddawane przebudowie lub zmianie sposobu użytkowania. Możliwość ingerencji w ich konstrukcję bywa ograniczona, przez co wykonanie otworów oddymiających lub napowietrzających w typowej lokalizacji może być trudne albo niemożliwe.
W takich przypadkach analiza numeryczna pozwala dokładniej rozpoznać zachowanie projektowanego układu i dostarcza danych, których nie można uzyskać wyłącznie poprzez proste porównanie geometrii systemu z rozwiązaniem katalogowym.
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
