Przejdź do treści

Smart Fire Protection

Oddymianie klatki schodowej zweryfikowane za pomocą symulacji CFD – studium przypadku

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:

  1. dla warunków izotermicznych,
  2. dla warunków letnich,
  3. 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