Vitelaru Florin Rezumat Teza Doctorat

8/12/2019 Vitelaru Florin Rezumat Teza Doctorat

1/116

Universitatea Tehnic,,Gheorghe Asachi" din Iai

Facultatea de Construcii i Instalaii

ing. Florin VIELARU

CONTRIBUIIPRIVIND EVACUAREA FUMULUI I

PERSOANELOR DIN CLDIRIETAJATE PENTRU BIROURI

REZUMAT TEZDE DOCTORAT

Conductor de doctorat,

Prof.dr.ing.,dr.h.c. Adrian RADUMembru al Academiei de tiinte Tehnice din Romnia

IAI- 2011


2/116

2


3/116

3

CUPRINS

1. Introducere..... pag.5

1.1 Trei generaii de cldiri etajate....................................... pag.91.1.1 Prima generaie de cldiri etajate (1870 - 1920).....pag.91.1.2 A doua generaie (1920 - 1940).............................. pag.91.1.3 A treia generaie (1940 i n prezent)..................... pag.10

1.2 Caracteristicile incendiilor la cldiri etajate compartivcu cele tip parter....................................................................pag.131.3 Cldirile etajate de birouri n Romnia............... pag.14

2. Noi soluii constructive la cldiri etajate i influena lorasupra dezvoltrii incendiilor.................pag.17

2.1 Soluii pentru tratarea finisajelor exterioare a faadelor..pag.172.2 Soluii pentru izolarea termica cldirilor......................pag.18

2.2.1 Comportarea la foc a izolaiilor din poliuretan ..pag.182.2.2 Comportarea la foc a izolaiilor din PVC... pag.22

2.3 Soluii pentru izolarea termica mansardelor. Influenaizolrii termice asupra structurii de rezistena

mansardelor...........................................................................pag.272.4 Soluii privind nchiderea golurilor exterioare cuferestre tip termopan............................................................. pag.29

3. Caracteristicile incendiilor la cldiri etajate pentru birouripag.333.1 Fenomene de ardere........................................ pag.33

3.1.1 Arderea....... pag.333.1.2 Incendiul............. pag.38

3.2 Transferul de cldurde la incendiu............................... pag.43

3.2.1 Transferul de cldurprin conducie.... pag.433.2.2 Transferul de cldurprin convecie pag.443.2.3 Transferul de cldurprin radiaie... pag.45

3.3 Surse de incendiu n cldiri etajate pentru birouri.Materiale periculoase............................................................ pag.47

3.3.1 Materiale i produse lemnoase .............................. pag.483.3.2 Materiale plastice....... pag.48

3.3.3 Materiale textile.............. pag.49


4/116

4

3.3.4 Lichide........ pag.503.3.5 Gaze........ pag.51

3.4 mprejurri de producere a incendiilor n cldiri etajatepentru birouri.........................................................................pag.51

3.4.1 Aprinderea...... pag.52

3.4.2 Defectele electrice.......pag.523.4.3 Fumatul...pag.523.4.4 Pregtirea hranei (n cazul unitilor dealimentaie public) .............................................pag.533.4.5 Operaiunile de renovare ....................pag.543.4.6 Incendierea intenionat(arson-ul). pag.55

4. Efectele incendiilor n cldiri etajate pentru birouri.. pag.554.1 Efecte asupra ocupanilor ...... pag.554.2 Efecte asupra bunurilor .. pag.584.3 Efecte cauzate de fum pag.594.4 Efecte cauzate de gazele fierbini.. pag.634.5 Efecte cauzate de clduri flcri pag.63

5. Modelarea incendiilor pag.655.1 Modelele matematice de incendiu...................................pag.665.2 Ecuaiile modelrii numerice ......................................... pag.68

5.3 Verificarea i validarea unui model................................ pag.715.3.1 Teste analitice......................................................... pag.725.3.2 Teste numerice........................................................pag.725.3.3 Analiza sensibilitii... pag.73

5.4 Programe bazate pe metode semiempirice pentrusimularea dinamicii incendiilorpag.745.5 Programe bazate pe metode numerice pentru simulareadinamicii incendiilor............................................................. pag.75

5.6 Descrierea programului FDS.......................................... pag.826. Analiza experimentali numerica evoluiei incendiuluintr-o casde scri la o cldire etajatpentru birouri pag.86

6.1 Analiza experimental... pag.886.2 Analiza numeric........ pag.966.3 Concluzii privind validarea rezultatelor obinute prinanaliznumeric.................................................................. pag.101

7. Analiza numerica evoluiei fumului ntr-o casde scri la pag.104


5/116

5

o cldire etajatpentru birouri .. 7.1 Alegerea sistemelor de evacuare a fumului dintr-o cas

de scri prin compararea analizelor numerice .................... pag.1048. Analiza numerica evoluiei fumului i a evacurii ntr-ocldire etajatpentru birouri.. pag.123

8.1 Analiza numerica evoluiei fumului ntr-o cldireetajatpentru birouri ... pag.1298.2 Analiza numerica evacurii ntr-o cldire etajatpentru birouri ...............................................................pag.159

8.2.1 Evacuarea controlati evacuarea necontrolat(pe faze i simultan) ...... pag.1608.2.2 Certitudini i tendine privind soluiile deevacuare .................................................. pag.1618.2.3 Analiza numericefectuatcu ajutorulprogramului FDS+EVAC ............................................... pag.1668.2.4 Analiza numerica evoluiei evacuriipersoanelor dintr-o cldire etajatpentru birouri ... pag.171

9. Concluzii i Contribuii..pag.1779.1 Concluzii. pag.1779.2 Contribuii .. pag.183

Bibliografie pag.187


6/116

6

CAPITOLUL 1INTRODUCERE

Teza este axat pe aspecte legate de caracteristicileconstruciilor care influeneaz securitatea la incendiu a

utilizatorilor n cazul cldirilor etajate. In afar de aceasta, tezaeste orientat spre identificarea unor ci de mbuntire asecuritii la incendiu a cldirilor etajate. n cele ce urmeaz, princldiri etajatese neleg cldiri civile cu 212 niveluri.

Teza i-a propus studiul securitii la incendiu la cldirilede birouri etajate prin efectuarea unui experiment la scara 1/1 ia unor simulri numerice. La baza tezei au stat prevederileNormativului P 118-99 Sigurana la foc a construciilor, alecelorlalte normative i standarde (romne sau internaionale) ide asemenea articole care conin concluziile n urma unorincendii la cldiri civile etajate din Romnia sau din strintate.

Multe cldiri civile etajate au fost construite nainte de1995 cnd a fost stipulatcerina de performan securitate laincendiu. De aceea este necesarstudierea ndeplinirii cerineisecuritate la incendiu att pentru construciile noi (care

folosesc materiale de construcii conforme standardeloreuropene) ct i pentru construciile vechi. Prin tezs-a urmritstabilirea unor msuri susceptibile de a mri gradul de securitatela incendiu a cldirilor civile etajate, innd seama c pentruconstruciile deja existente, n urma verificrilor efectuate dectre pompieri i n urma unor expertize efectuate de experiautorizai, trebuie s se adopte diferite msuri compensatoriipentru ndeplinirea acestei cerine eseniale.

Focul poate fi util, dar incendiul, adic focul necontrolat,este un comar mortal. Focul a fascinat ntotdeauna i a speriat

n acelai timp. Frel,civilizaia ar fi radical diferit. De fapt, eaar putea snu mai existe. Cu toate acestea, daunele incendiilorcare au scpat de sub control sunt mari. Astfel n medie dou -trei persoane mor nincendii n fiecare zi, n Marea Britanie. Maimult, n funcie de securitatea la incendii a cldirilor nalte, n


7/116

7

oraul Phoenix din S.U.A exist, n fiecare an, aproximativ 7000de focare de incendiu n cldiri etajate destinate birourilor.

Unul din cele mai vechi incendii nregistrate dateaz dinanul 1136 (Catedrala St. Paul - Londra). Marele incendiu dinLondra din 1666 a distrus patru cincimi din ora[55]. Incendiul de

la First Interstate Bank - 4 mai 1988 - n Los Angeles, a dus lamoartea prin inhalare cu fum a 40 de persoane aflate n interiorulcldirii n momentul incendiului [57]. Incendiul de la MeridianPlaza - 23 februarie 1991 - din Philadelphia a dus la moartea atrei pompieri din cauza inhalrii fumului i a distrus opt din cele38 etaje ale cldirii [56].

Pericolul de incendiu este ntotdeauna prezent n cldirileetajate de birouri putnd fi deosebit depericulos pentru ocupaniicldirii.

Acest lucru se datoreaz faptului c, ntr-o situaie deurgen, primele trei-patru minute sunt cruciale. n timpulgestionrii unui incendiu se vor desfura diferite activiti, nconformitate cu procedurile de anunare stabilite cu mult naintede apariia incendiului, care pot mpiedica transformareaevenimentului ntr-o catastrof. n concluzie, focul este un

potenial pericol pentru vian orice cldire etajati poate creao situaie periculoas, dac nu exist o pregtire prealabilpentru un astfel de eveniment. n baza codurilor i cerinelor dinpartea autoritilor, n urma aciunilor de prevenire i deantrenare n mod adecvat a ocupanilor cldirii, personalului desecuritate i a personalului administrativ, urmrile unui incendiupot fi reduse foarte mult.

Adesea, ocupanii care sunt victime ale unor astfel de

incendii, pot s nu aib nici o vin. n afara daunelor asuprabunurilor, ocupanii pot muri n incendii pentru c nu tiu ce sfacntr-un asemenea caz. Tragedia nu poate fi compensatprinbani. De aceea este esenial ca ocupanii cldirilor etajate sseautoeduce asupra msurilor necesare i obligatorii care trebuieluate n acest caz. Este, deasemenea, datoria morali legalaproprietarilor cldirilor etajate s informeze ocupanii asupra

msurilor de reducere a riscului de incendiu. Neglijena


8/116

8

ocupanilor poate duce chiar la procese i rspunderi penalepentru a se plti daunele produse de incendiile provocate dinvina acestora.

Chiar dacnoile cldiri etajate sunt prevzute cu cele maisofisticate sisteme de securitate la incendiu, asigurarea securitii

pentru ocupanii cldirii este discutabil i ndoielnic. De celemai multe ori, apar focare de incendiu, ca urmare a "factorilorumani", cum ar fi neglijena.

Noua dezvoltare a structurilor de rezisten din betonarmat i metalice a condus la necesitatea protejrii scheletului deoel. Noua structur permite flexibilitatea funcionalului pentrubirouri i apartamente pentru a satisface cererea chiriailor.

1.1 Trei generaii de cldiri etajateDe la apariia primei cldiri etajate (n jur de 1870), au avut

loc numeroase transformri n stilul de proiectare i de execuiecare au culminat cu sticla, oelul i betonul n stilurile post-modernistice.

1.1.1 Prima generaie de cldiri etajate (1870 - 1920)Pereii exteriori ai acestor cldiri au fost realizai din zidriede piatr sau crmid. Coloanele erau din font adeseaneprotejat, n timp ce oelul i fierul forjat au fost folosite pentrugrinzi, iar unele elemente erau i din lemn. De multe ori, lifturileau fost nchise. Singurul mijloc de evacuare de la un etajincendiat era printr-o singurscara protejat, de obicei, la fiecarenivel cu o udin lemn placatcu metal. Nu existau standarde

de protecie a oelului utilizat n lucrrile de construcie a acestorcldiri etajate.

1.1.2 A doua generaie (1920 - 1940)n aceastgeneraie de cldiri, mbuntirile care au avut

loc s-au referit n principal la punctele slabe din prima generaiede cldiri etajate.


9/116

9

n primul rnd, au fost folosite materiale de construcienecombustibile i aceasta a redus posibilitatea prbuirii n timpulunui incendiu. Subansambluri evaluate pentru o anumitrezisten la foc au fost incluse n construcie, acestea fiindcompartimente care separ zonele i determin gradul de

rezistenla foc al cldirii [30].

1.1.3 A treia generaie (din 1940 i n prezent)Cldirile construite dupal doilea rzboi mondial constituie

ultima generaie de cldiri etajate, fiind construite din cadre deoel i beton armat cu perei cortin la exterior. Totui,majoritatea cldirilor etajate moderne sunt din cadre de oel.

Odat cu apariia noilor materiale de construcie iproduse utilizate n construcia de cldiri, a devenit necesarcunoaterea impactului acestor materiale asupra ocupanilor ncondiii de incendiu i a aprut necesitatea de a dezvolta o baztehnicpentru evaluarea comportrii lor la foc.

Exemplele care urmeaz includ materialele cel mai desfolosite pentru finisarea unei cldiri sau pentru mbuntireaparametrilor cldirii (izolaie termic crescut, nfrumusearea

ambientului etc.): panouri acrilice n aplicrile pe vertical; panouri cu spuma poliuretanic folosite pentru izolaie

termic; carpete care acoperpereii; furniruri din material plastic.Incendiile n cldiri etajate, n general, solicitoperaii de

mare complexitate. Operaiuni care n mod normal, suntconsiderate de rutin pentru majoritatea unitilor de pompieri(cum ar fi localizarea i atacarea incendiului, evacuareaocupanilor, ventilaia etc.), pot deveni foarte dificile la incendiiledin cldirile etajate.

1.3 Cldirile etajate de birouri n RomniaCldirile etajate de birouri, din sticli oel, sunt o realitate

i a oraelor din Romnia. Este o realitate aprutde civa ani


10/116

i din ce n ce mai prezentcare aduce un alt mod de viai unaspect diferit al oraelor.

Cea mai mare problemprivind cldirile etajate de birourieste dispunerea. Aa cum sunt amplasate, fie ntre case vechi,tradiionale, fie n apropierea unor blocuri de locuine, sporesc

riscul de rspndire a unui eventual incendiu (fig. 1.1).

Fig. 1.1Amplasare cldire etajatn apropierea cldirilor tradiionale

Cldiri etajate n Botoani

Construciile din municipiul Botoani nu au depit pnnanii 1970 nlimea de P+4. n perioada 1975 1989 s-aurealizat, n cadrul ansamblurilor de locuine, blocuri de P+6, P+8i P+10 care au marcat zone de interes centre de cartier,intersecii majore ale municipiului etc..

Dup1990, prin realizarea Planului Urbanistic General almunicipiului Botoani, s-au evideniat clar zonele unde pot firealizate construcii etajate.

10

Singura construcie avnd o nlime considerabil(D+P+5) realizat n Botoani dup anul 2000 este CldireaVegastel, destinatsediilor de firme, i este amplasat n zonacentrala municipiului, nvecinndu-se cu cldiri pentru locuinei construcii administrative de pnla 10 etaje (fig. 1.2).


11/116

Fig. 1.2Cldirea Vegastel Botoani

Prin certificatul de urbanism au fost impuse condiiile din

Regulamentul de Urbanism pentru a nu se depi nlimea deP+6. Datorit vecintilor au fost necesare msuri sporite desiguran.

Pe dou laturi sunt prevzui perei cortin din sticlsecurizat cu ferestre acionate electric care sunt cuplate la unsenzor de fum i care se nchid automat n caz de incendiupentru a se limita accesul oxigenului necesar ntreinerii arderii.Fiecare compartiment este prevzut cu canal de desfumare nporiunea dinspre peretele de sticl pentru asigurarea evacuriinaturale sau forate a fumului. Casa scrii este prevzut laultimul nivel cu o fereastr cuplat la un sistem de deschidereautomat n caz de incendiu.

Construcia se ncadreaz n tipul de cldiri etajate cufunciuni administrative.

11


12/116

12

CAPITOLUL 2NOI SOLUII CONSTRUCTIVE LA CLDIRI ETAJATE IINFLUENA LOR ASUPRA DEZVOLTRII INCENDIILOR

2.2Soluii pentru izolarea termica cldirilor

2.2.1Comportarea la foc a izolaiilor din poliuretanDac izolaia termic, se aplic n jurul obiectelor

productoare de cldur, cum ar fi dispozitive de iluminare,cldura produs prin efectul termic al curentului electric poateaprinde materialele care vin n contact cu aceste dispozitive.Materialele izolante noi pot mri potenialul de supranclzire,fiind slab conductoare de cldur (termoizolante). Instalareadefectuoasa izolaiei este un alt factor care poate mri anselede iniiere a focului prin supranclzirea elementelor de fixare.Izolaia aplicat la partea din spate a unei cptueli subiri, cumar fi un placaj, poate accelera aprinderea daceste expus la osurs de aprindere. Izolaia reduce rata de pierdere de cldurcare rezultdin creteri rapide ale temperaturii de la suprafaa cucare se confruntsursa de aprindere.

Protejarea spumein prezent, spumele pentru unele aplicaii, trebuie protejateprin acoperire, care va mpiedica creterea excesiv atemperaturii. Proprietile acoperirii privind propagarea flcriisunt determinate de caracteristicile sale i sunt independente despuma de sub ea.

Fum i gaze toxiceStatisticile incendiilor arat c temperatura crescut i

produsele descompunerii termice (fum i gaze toxice) determinmajoritatea deceselor n incendii. Multe dintre noile materialepentru izolaii elibereaz produse nocive prin descompunere,mult mai rapid dect unele materiale tradiionale pentruconstrucii.

FumulPrincipalul pericol al fumului este reducerea vizibilitii.

Aceasta mpiedicadesea evacuarea persoanelor dintr-o cldire


13/116

13

incendiat, prelungind expunerea la cldura i la produsele toxicerezultate din incendiu.

Unele materiale folosite pentru izolarea termic producfum mult mai rapid dect lemnul. n cazul n care suprafaaizolaiei este mare i neprotejat, cea mai mare parte din fumul

produs de un incendiu ntr-o camerpoate fi cauzatde izolaie.n cazul n care suprafaa este mic n comparaie cu cea atuturor materialelor combustibile din camer (nu mai mult de10%), fumul nu va fi excesiv n comparaie cu fumul produs dearderea tuturor celorlalte materiale.

Gazele toxiceCompui, cum ar fi monoxidul de carbon, acidul clorhidric,

cianura de hidrogen, dioxidul de sulf i oxizii de azot suntrecunoscute ca fiind produse nocive, iar altele, cum ar fi vaporiide api hidrocarburile contribuie foarte puin sau deloc la riscultoxic. Teste de laborator, n condiii specifice de testare i dedeterminare, au stabilit o concentraie a ctorva din cele maiimportante gaze toxice, dnd un indiciu rezonabil de toxicitatepentru materialele de izolare [128].

O suprafa protejat prin izolaie poate ntrzia

substanial dezvoltarea produselor toxice. Conform msurtorilorefectuate ntr-o camercu perei izolai cu spumpoliuretaniciprotejat cu placaj de aproximativ 6 mm grosime, a durataproximativ 20 min. dupaprindere, pnce izolaia a nceput sgenereze produse toxice [128].

Efectul izolaiei termice i potenialele pericole pot firezumate dupcum urmeaz:

1. Izolaia poate afecta arderea materialelor:

- poate crete temperatura din jur reinnd cldura;- aplicatpe partea din spate a cptuelii subiri aceasta

crete potenialul pentru o aprindere mai rapida cptuelii;- poate fi un potenial pericol n cazul n care aceasta se

aprinde uor, n special n spaii nchise, cum ar fi mansardele incperile de locuit neventilate;

2. Izolaia poate influena dezvoltarea unui incendiu.


14/116

14

- o camera bine izolattermic menine cldura rezultnd odezvoltare poteniala incendiului.

3. Unele izolaii combustibile sunt pericole potenialepentru cse aprind relativ uor i propagflacra.

- acest lucru poate conduce la creterea temperaturii

producnd propagarea rapida incendiului;- spuma din cavitile pereilor poate influena favorabilrspndirea rapida flcrii.

4. Unele materiale de izolaie (de exemplu polistirenulexpandat) elibereazproduse de descompunere nocive care auca rezultat o mare cantitate de fum i gaze toxice.

- fumul i gazele toxice produse reduc vizibilitateampiedicnd evacuarea n timpul unui incendiu i cresc nivelul denocivitate a mediului.

5. Temperaturile ridicate din timpul incendiului n structuriizolate pot afecta capacitatea portanta acestora.

- grinzile de oel i pot pierde capacitatea, cnd, suntnclzite la temperaturi ridicate. Acesta este un efect ireversibil;

- temperaturile mari pot provoca flambri i ruperi alepereilor subiri.

Cele mai multe dintre aceste pericole poteniale ale izolriipot fi reduse sau eliminate prin utilizarea proteciei adecvatepentru acoperiri i metode adecvate pentru aplicare i construire.

2.2.2Comportarea la foc a izolaiilor din PVC

Toxicitatea materialului

Efectele toxice apar la incendii de materiale naturale isintetice care sunt caracterizate prin probabilitatea de aprindere,rata rspndirii flcrii, eliberarea cldurii i rata de formare afumului i gazelor de ardere, inclusiv epuizarea oxigenului.

Aceste date sunt valabile i n cazul produselor care coninpoliuretan.

Atunci cnd ard, materialele combustibile produc efecte

toxice n mod normal. Ventilarea i temperatura pot influena att


15/116

15

tipul ct i concentraia de produse de combustie. Monoxidul decarbon (CO) este gazul toxic cel mai ntlnit n incendii demateriale din PVC.

Influena toxicitii relative a materialelor din poliuretani afost caracterizat la scarde laborator, dar aceasta este doar o

component a riscurilor din incendii. Toxicitatea acut este unaspect relevant, pentru c poate fi ataat evacurii dintr-unincendiu. n ultimii ani, performana bazatpe codurile de foc, afost dezvoltat avnd ca obiectiv proiectarea construciilor carepermit salvarea sau refugierea.

Evaluarea i influena toxicitii materialului n condiiide incendiu

Concentraia gazelor fierbini se estimeaz c produceefecte letale la 50% din animalele expuse (LC50). Teste la scarmicsunt adesea efectuate pentru a msura toxicitatea gazelorfierbini i a fumului i nu pentru a msura riscul total ntr-unincendiu. De exemplu, comparaii ale toxicitii fumului, aa cumau fost determinate n mai multe laboratoare, la scri reduse,sunt prezentate n tabelul 2.2 [44].

Tabelul 2.2 Valori LC50 pentru diferite situaii i materiale

MATERIALVentilare buna ncperii

unde are loc ardereaLC50 (g/m3)

Ventilare limitatancperii

unde are loc ardereaLC50 (g/m3)

Poliuretan flexibil 35.4 (31.8-38.9) 20.4 (16.0-24.9)

Poliuretan rigid 13.0 (11.6-14.5) 25.9 (15.8-35.2)

estur de poliester,Spumpoliuretanic 41.9 (30.5-55.9) (nu existdate raportate)

Lemn 40.2 (34.8-45.1) (nu existdate raportate)

Limitele de ncredere sunt menionate n paranteze. Unitatea (g/m3) sereferla cantitatea de material supus degradrii termice mprit la volumul deaer. Condiiile de ardere, n rapoartele originale nu au fost ntotdeauna binedefinite, clasificrile s-au bazat pe criterii cum ar fi emisiile sau proporia deCO.


16/116

16

Cele mai multe ncercri care au determinat rezultatele ntabelul 2.2 s-au efectuat pe obolani, folosind o expunere de 30de minute. O varietate a scrilor dispozitivelor (de exemplu, cupi cuptoare tub) au fost folosite pentru a determina aceste valori.

n medie, toxicitatea acuta produselor de poliuretan nu

este mult diferitfade a celor din lemn sau din lnde oaie.

Subsistemele de construcii pe bazde PVCIndustria construciilor justific35-37% din consumul total

de PVC. Se estimeazcpeste 4 milioane de tone de PVC suntutilizate anual n acest sector. PVC este considerat ca fiind primulmaterial polimeric folosit pentru construcii i n industria de

construcii. Produsele din PVC sunt economice, iar materialelepolimerice au un timp de folosire ntre 5 i 50 de ani. Acestaesteunul din primele motive pentru utilizarea acestuia n cldiri iconstrucii industriale [58].

Rezistena la foc trebuie evaluatsub mai multe aspecte.n primul rnd aprinderea produsului - temperatura deaprinderea produselor din PVC este de 3900 C, comparativ cu cea alemnului de 240-2500C. PVC-ul, prin urmare, este mai dificil de

aprins n comparaie cu lemnul, care este foarte utilizat pe scarlargn industria construciilor. Rezistena la foc a produselor dinPVC depinde de cantitatea de plastifiant. Nivelul mai ridicat deplastifiant reduce rezistena la foc.

n timpul generrii fumului, sunt emise i gaze toxice.Produsele din PVC, pe timpul arderii, genereazacid clorhidric,monoxid de carbon si dioxid de carbon. mpreuncu aceste treitipuri de gaze, apa este, de asemenea, generat. Dioxidul decarbon este considerat ca fiind gazul cel mai puin toxic. ValoareaLC 50 pentru dioxidul de carbon este de 1300; monoxidul decarbon i acidul clorhidric sunt mult mai toxice dect dioxidul decarbon - valorile LC 50 ale acestora sunt 27 i, respectiv 22. Esterecomandabil s nu se intervin la produsele din PVC aprinse;pentru intervenie trebuie folosit un aparat de respiraie [59].


17/116

17

2.3Soluii pentru izolarea termica mansardelor.Influena izolrii termice asupra structurii de rezistena

mansardelor

Incendiile n spaii ascunse pot fi periculoase, mai ales n

cazul n care spaiul este mare i nchis de materialecombustibile, (ca la unele acoperiuri i mansarde). De exemplu,n cazul caselor lipite una de alta (tip duplex), focul, fumul igazele toxice se rspndesc rapid prin astfel de spatii de la ocasla alta.

O alt circumstan favorizant pentru dezvoltareaincendiului este folosirea eronata izolaiei, mai ales n cazul ncare materialul de izolaie este combustibil. Dac, ns,materialele sunt tratate n mod corespunztor cu substaneignifuge i sunt corect instalate, izolarea complet poate fiutilizat fr riscuri excesive. Corecta montare, mai ales npreajma dispozitivelor electrice, va evita aprinderea materialelordin apropiere.

Datoritizolrii pereilor i acoperiului pot aprea creterisubstaniale de temperatur la un incendiu; astfel apare i riscul

de prbuire a elementelor structurale n timpul incendiului. Inplus, datorittemperaturilor foarte mari ntr-un incendiu, izolareapoate, de asemenea, s mreasc rata de cretere atemperaturii ntre plafon i acoperi (pod) cnd izolaia esteplasat n partea de sus a plafonului. Aceste creteri detemperaturi pot afecta performanele la foc ale elementelorstructurale, n diverse moduri.

Acoperiurile a cror performan la foc poate fi afectat

de un plus de izolare sunt cele sprijinite pe grinzi de oel. Oeluli pierde calitile cnd este nclzit la temperaturi nalte - cu cteste mai mare temperatura cu att este mai sczut rezistenaoelului. Existo temperaturcritic la care oelul i pierde attde mult calitile de rezisten nct nu mai poate susine

ncrcarea. Chiar i la temperaturi relativ mici, metalul se dilatiar structura de rezisten se deformeaz. Apar excentriciti ideci eforturi suplimentare. Consecinele sunt ireversibile.


18/116

18

Pereii izolai ai unei camere vor determina creterea mairapid a temperaturii ntr-un incendiu. Exist, de asemenea,riscul rspndirii flcrii peste izolaie n cazul n care aceastaeste combustibil i nu este acoperit cu o cptuealprotectoare (plci de ghips carton), datorit creia temperaturile

n perete, vor fi mai mici mbuntindu-se rezistena la foc aacestuia.

CAPITOLUL 3CARACTERISTICILE INCENDIILORLA CLDIRI ETAJATE PENTRU BIROURI

3.3 Surse de incendiu n cldiri etajate pentru birouriMateriale periculoase

Sursele de incendiu pot fi clasificate pe baza triunghiuluifocului, i anume: combustibili (materiale combustibile),oxidani/comburani (de exemplu oxigen) i cldur. Fiecaredintre aceste elemente este descris n continuare.

Materialele combustibile pot fi clasificate n:

- materiale i produse lemnoase;- mase plastice;- materiale textile;- lichide;- gaze.

3.3.1 Materiale i produse lemnoaseMaterialele din lemn i numeroasele produse pe bazde

lemn (hrtia, celuloz pe baz de materiale fibroase etc.) suntomniprezente. Acestea se regsescn aproape toate tipurile deincendii. Prin urmare, nelegerea caracteristicilor combustibileale acestora este important pentru protecia mpotrivaincendiilor.


19/116

19

3.3.2 Mase plasticeMaterialele din mase plastice sunt folosite i n domeniul

construciilor. Multe echipamente i aplicaii (mobilier, acoperiride perete, perdele, textile etc.) sunt fcute fie complet din maseplastice, fie conin unele pri din mase plastice.

Toate materialele din mase plastice, indiferent decaracteristicile chimice, sunt combustibile. Diverse produse potreduce considerabil inflamabilitatea, dar nu pot opri completarderea. Temperatura de aprindere a materialelor din maseplastice este puin mai mare dect cea a lemnului i a produselorpe bazde lemn. Cu toate acestea, mrimea flcrilor rspnditeeste, n general, cu mult mai mare dect a lemnului.

Arderea rapida materialelor din mase plastice produce,de obicei, fum dens, avnd o culoare nchisi coninnd multfuningine. n multe cazuri, s-a demonstrat carderea mocnitamaterialelor din plastic produce mari cantiti de fum. Materialeledin mase plastice se topesc nainte de a ajunge la temperaturade aprindere i se ntresc la rcire. La temperaturi ridicate, setopesc i curg. Aceast caracteristic a materialelor din maseplastice este periculoas, deoarece picurarea lichidelor n flcri

conduce la rspndirea uoara incendiului.

3.3.3 Materiale textileUtilizarea pe scarlarga materialelor textile n viaa de zi

cu zi, mpreuncu faptul caproape toate materialele textile suntcombustibile, explicrolul acestora n incendii. Mai mult de 50%din incidentele fatale implicun material textil [73].

n ceea ce privete primul material care s-a aprins, fibrele

artificiale (de exemplu bumbacul sau vscoza) dein cel mai mareprocent (41%), ntruct, lna i amestecurile din ln foarte rarsunt primul material aprins (1%).

Caracteristicile focului de materiale textile depind denatura i proporia de fibre individuale, de greutatea lor, precumi de modul de amestecare a fibrelor. Materialele textile, pe bazde celuloz, cum ar fi fibrele de bumbac i iut, se comport

diferit n comparaie cu materialele textile din fibre proteice. Cele


20/116

20

din urm ard lent i se nmoaie la temperaturi apropiate detemperaturile de descompunere.

3.3.4 LichideLichidele combustibile sunt printre cele mai periculoase

materiale combustibile. Statisticile referitoare la incendii aratcincendiile care au drept surs de aprindere un lichid sunt celemai frecvente. Lichidele combustibile sunt cele mai periculoase,mai ales cele explozive, atunci cnd sunt expuse la aer.Caracteristicile de incendiu i de explozie ale unui lichid pot fidescrise printr-o serie de parametri. Unele dintre ele suntaplicabile pentru materiale solide i gazoase, de asemenea.

Astfel, cele mai multe din riscuri sunt similare cu cele descriseanterior.

3.3.5 Gazen cele mai multe situaii, gazele sunt utilizate n mari

cantiti. n timp ce gazele sunt mult mai uoare dect lichidele isolidele, singura modalitate practic de a avea o cantitaterezonabilde gaz este fie de a mbutelia gazul, fie de a umple

containerele cu gaz lichefiat. Ambele forme de ambalare agazelor prezint un real pericol de incendiu. Pericolele deincendiu generate de gaze sunt foarte similare cu cele alelichidelor. Acest lucru nu este surprinztor, deoarece pericolelede incendiu ale lichidelor sunt mai pronunate n stareagazoas,dect n faza lichid. Astfel, cea mai mare parte a riscurilor suntsimilare cu cele deja descrise anterior la lichide [12].

n plus, caracteristicile unui astfel de incendiu sunt stabilite

prin faptul cmulte tipuri de gaze sunt periculoase datoritaltorproprieti (toxicitatea, reactivitatea i ineria chimic etc.). Cutoate acestea, riscul primar al tuturor incendiilor provocate degaze sau vapori, indiferent de compoziia lor chimic, este legatde schimbrile de presiune ale gazului la schimbrile detemperatur. Conform legilor clasice ale gazelor, dublareatemperaturii duce la o dublare a presiunii. Prin urmare,


21/116

21

containerele de gaz pot fi distruse n mod normal, n caz deincendiu.

3.4 mprejurri de producere a incendiilor n cldiri etajatepentru birouri

n istoria incendiilor la cldiri etajate, cauzele incendiilorsunt: aprinderea, defectele electrice, fumatul, incendierea (arson-ul), pregtirea hranei sau operaiile de renovare [3]. O scurtdescriere a fiecreia dintre aceste cauze este prezentatmai jos:

3.4.2 Defectele electriceO alt cauz de incendiu frecvent n cldirile etajate o

reprezintdefectele electrice. n consecin, instalaiile electricear trebui s fie inspectate periodic,verificate i testate. Trebuies fie strict utilizate numai articole electrice omologate, iarlucrrile la instalaiile electrice trebuie s fie executate de ctrepersoane autorizate [30].

Realizarea defectuoasa circuitelor electrice este una dinprincipalele cauze de incendiu n cldiri, prin urmare, ar trebui s

fie strict interzis.Un exemplu n acest caz este incendiul de la JoelanaBuilding (Brazilia) unde au murit o sut aptezeci i nou depersoane. O unitate de aer condiionat a luat foc datorit unuiscurt-circuit electric.

n incendiul de la MGM Grand Hotel din Las Vegas care aucis optzeci i cinci de persoane, focul a fost cauzat de un scurtcircuit electric la restaurantul aflat la parter, din cauza lipsei

mpmntrii [3].

3.4.3 Fumatuln msura n care este posibil, fumatul ar trebui s fie

restricionat, deoarece poate provoca incendii [86].n incendiul de la Westchase Hotel Hilton (S.U.A.) care a

cauzat moartea a doisprezece oameni, cauza de incendiu

stabilitde experi a fost fumatul [3].


22/116

22

3.4.5 Operaiunile de renovareOperaiunile de renovare sunt minore sau majore

(reparaia capital) i trebuie atent supravegheate i monitorizatepentru cau existat numeroase cazuri de focare de incendiu, ncldirile etajate, nu numai n perioada de renovare, ci i ca

urmare a renovrilor ilegale [129]. Avnd n vedere sigurana,confortul i bunstarea ocupanilor cldirii, operaiunile derenovare nu ar trebui sfie efectuate n timpul programului.

Operaiunile minore (schimbri de mobilier, lucrrielectrice minore, vruire, schimbare a mochetelor etc.) nu artrebui simplice modificarea structurii cldirii. Cu toate acestea iastfel de lucrri trebuie s se efectueze n conformitate cunormele i reglementrile n vigoare [129].

Operaiile de renovare complet (reparaie capital)implic chiar i recompartimentri. Ocupanii unui ntreg etajadesea schimb compartimentele de incendiu, elimincoridoarele i fac chiar deschideri n pereii antifoc.Sprinklerele,terminalele de aer condiionat, ventilarea i iluminatul suntrepoziionate n acest proces.

De cele mai multe ori astfel de modificri sunt fcute fra

ine seama de sigurana la foc. Foarte adesea, materialele deplacaj ieftine i inferioare sunt utilizate pentru lucrri derecompartimentare. Aceste materiale prezint riscuri mari deinflamabilitate. De obicei, cldirile etajate recompartimentate auriscuri mai mari la foc dect construcia original. n astfel decazuri, caracteristicile suplimentare de siguran la foc ar trebuisfie ncorporate n proiectul de protecie mpotriva incendiilor aacestor localuri [129]. Cu toate acestea, n cele mai multe cazuri

acestea sunt ignorate.

3.4.6 Incendierea intenionat(arson-ul)Multe incendii la cldiri etajate au avut cauz principal

arson-ul. n anumite cazuri, "nefericitele victime" s-au dovedit a fin cele din urm inculpai cu intenii frauduloase care solicitdespgubiri. De aceea, multitudinea problemelor care pot fi

ntlnite n prevenirea unor astfel de frdelegi i elemente


23/116

23

hoeti sunt reputate pentru natura i caracteristicile lorclandestine.

n incendiul de la Cazionul Hotelului Dupont Plaza (S.U.A.)n care i-au pierdut viaa nouzeci i apte de persoane, focul afost scpat de sub control atunci cnd mobilierul nou stocat n

sala de dans a fost aprins de anumite persoane rmaseneidentificate [3].Incendiul de la Hotelul Pioneer International (S.U.A.), n

care douzeci i opt de persoane au fost ucise, a avut stabilitdrept cauzde incendiu autoincendierea [3].

CAPITOLUL 4EFECTELE INCENDIILOR N CLDIRI ETAJATE PENTRUBIROURI

4.1 Efecte asupra ocupanilorn fiecare an, n ntreaga lume, incendiile i exploziile

produc victime omeneti. Mii de oameni sunt ucii i muli aliisunt rnii. Statisticile recente a incendiilor din diferite ri aratc, n medie, numrul de decese la 100 000 de locuitori variaz

ntre 0,54 (pentru Elveia) i 2,50 (pentru S.U.A.) (tabelul 4.1).


24/116

Tabel 4.1 : Victime n incendii 2004-2008

araMori la 100000 de

locuitori

Elveia 0.54Olanda 0.59

Austria 0.96Iugoslavia 1.15Spania 1.20

Romnia 1.22

Noua Zeeland 1.25Danemarca 1.37Norvegia 1.45

Japonia 1.56

Suedia 1.68Frana 1.70Finlanda 1.92

Regatul Unit (U.K.) 2.02Statele Unite ale Americii (S.U.A.) 2.50

1.22

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Elveia

Olan

da

Aus

tria

Iugos

lav

ia

Span

ia

Rom

n

ia

Noua

Zee

lan

d

Danemarca

Norveg

ia

Japon

ia

Sue

dia

Frana

Finlan

da

U.K.

S.U.A.

24Fig. 4.1Decedai la 100000 de locuitori pentru perioada 2004 - 2008


25/116

Tabel 4.2:Victime n Romnia pe grupe de vrst

Grupe devrst

0-6ani

7-14ani

15-25ani

26-55ani

56-70ani

>70ani

Decedai 6 2 2 51 31 47

Rnii 19 17 52 192 72 54

6 2 2

51

31

47

19 17

52

192

72

54

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0-6 7-14 15-25 26-55 56-70 >70

Decedati

Raniti

Fig. 4.2Victime n Romnia pe grupe de vrstpentru perioada 2004 - 2008

ansele de a fi ucis ntr-un incendiu au fost estimate a fi1:60 000 pe an [116].

Au existat numeroase ncercri de a corela decesele dinincendii cu o serie de factori diferii. Astfel, n special o corelaiepozitiveste asimilatcu consumul de alcool i fumatul. Fumatula fost cauza principalde deces n multe incendii din Romnia(43%). Alte corelaii statistice semnificative au fost determinatede clima rece (o corelaie pozitiv) i numrul de pompieri peunitatea de locuitori (o corelaie negativ).

25


26/116

26

4.2 Efecte asupra bunurilorn plus fa de pierderile umane, incendiile provoc

pierderi enorme de bunuri. Pierderile n domeniul imobiliar nrile industrializate variaz ntre 1.0 i 1.5% din produsulnaional brut [116]. Aproximativ o cincime din aceast valoare

cuprinde pierderi directe de bunuri, n timp cerestul este formatdin costurile legate de intervenia la incendii.Indirect, pierderile de la incendii sunt greu de evaluat.

Cum ar fi pierderea autoritii, pierderea de personal instruit,pierderea ncrederii clienilor etc. de multe ori nu pot fi msurate

n termeni monetari [116].

4.3 Efecte cauzate de fumFumul n incendii apare ca rezultat al arderii non-stoichiometrice a combustibililor. n plus fade produii finali deoxidare, CO2i H2O, produsele de ardere conin o serie de gazei compui parial oxidai i redui, cum ar fi metan (CH4),metanol (CH3OH), formaldehid (HCHO), acid formic (HCOOH),acid acetic (CH3COOH), precum i picturi inflamabile de gudron,vapori condensai i particule solide foarte fine [61]. Prezena

acestor produse produce un aspect vizibil al arderii cunoscut subnumele de fum. Fumul n incendii este prezent la toatetemperaturile. Condiiile fizice de ardere, cum ar fi rata de ardere,modul de ardere, temperatura au mai mult influen ncompoziia fumului, dect felul materialului care arde. Cele maipericuloase caracteristici ale fumului pentru oameni suntreducerea vizibilitii (opacitatea), toxicitatea, culoarea idensitatea.

Statisticile i cercetrile privind incendiile aratccele maimulte decese cauzate de incendiu sunt datorate inhalrii fumului[48].

Materialele moderne pentru construcii, n incendii,elibereazmuli compui toxici pe unitatea de masfade celetradiionale i cu toate acestea compoziia fumului a rmas destulde constant, n schimb rata rspndirii incendiului i a emisiilor

de fum s-au majorat. Aceste dou elemente sunt cele mai


27/116

27

importante cauze n creterea ratei de deces la incendii. Fumulinhalat provoaciritaii i leziuni ale sistemului respirator, n timpce fumul din aer afecteazochii, determinnd lacrimi i, n multecazuri grave, chiar i leziuni ale ochilor.

Efectele letale i subletale ale fumuluiFumul prezint un real potenial pentru pagube, iarinhalarea fumului reprezintcel mai mare factor n decesele dinincendii. Pericolul generat de fum este funcie de:

- puterea toxic a fumului (adesea exprimat prin LC50 -concentraia necesar pentru a se determina efectul asupra a

jumtate din populaia expus);- expunerea unei persoane la diferite concentraii de fum

i/sau stres termic la intervale de timp: IC(t)dt.Unele dintre aceste efecte ale fumului cresc la o expunere

continu, altele apar instantaneu. Supravieuirea unei persoanedepinde de anumii factori, precum: gradul de expunere, tipul deefect, persoanele care vor s se evacueze, intervenia altorpersoane etc.. Din pcate, singurele date care existcu privire laefectele reale ale fumului n incendii sunt n caz de deces sau

spitalizare care apar apropriat evenimentului.Statisticile din anii 1990 art c aproximativ trei sferturidin victimele incendiilor din Romnia sunt datorate inhalriifumului. Doutreimi din acestea apar n afara camerei unde estefocarul incendiului care s-a propagat cu uurin. Modelareaincendiilor a dovedit c era dificil s se produc nivele de fummortale n camera focarului, iar cldura era prima ameninarepentru ocupani.

Noile statistici au demonstrat contrariul i anume c ceimai muli oameni au murit n camera unde este focarul, datoritinhalrii fumului. Acest lucru sugereaz faptul c incendiilemocnite, cu persoana n imediata apropiere a arderii, sunt relativmai rspndite. Probabil i din cauz c obiectele aflate n

ncperi au acum compoziii chimice mai periculoase.


28/116

28

4.4 Efecte cauzate de gazele fierbiniPrincipalul efect al gazelor fierbini este toxicitatea atunci

cnd sunt inhalate chiar i n concentraii foartemici. Toxicitateaeste sporit cnd gazele sunt inhalate, n general, la otemperaturridicati, adesea, cu undeficit de oxigen. Cu toate

acestea, n caz de deces este foarte dificil sseindice unsingurgaz, ca fiind responsabil de tragicul eveniment. Gazele fierbiniapar n amestecuri de gaze, iar posibilitatea intensificrii aciuniiprin asocierea acestora este ntotdeauna prezent. n mai multeri sunt n curs de desfurare cercetri cu privire la toxicitateafumului i a gazelor fierbini.

Cu toate acestea, ceea ce este cunoscut cu siguran, pebaza a numeroase experimente biologice i chimice, este faptulc multe gaze fierbini, luate individual, sunt toxice pentru om.Toxicitatea depinde de mai muli factori, cum ar fi concentraia degaz n aer, durata de expunere, starea fizicindividualetc..

4.5 Efecte cauzate de clduri flacrin timpul incendiilor, cantiti enorme de energie termic

sunt adesea eliberate. Dac pentru orice motiv (incontien,

ebrietate, incapacitate fizicsau psihic, droguri etc.) oamenii nusunt capabili s ias din atmosfera incendiat, efectele clduriiduc de la disconfort termic pnla deces. Creterea temperaturiiaerului poate fi tolerat ntr-o anumit msur, n funcie deumiditatea aerului, prin efectele de scut termic al mbrcmintei iactivitii psihice [95].

Arsurile pot fi provocate, fie prin contact direct cu focul fiede cldura radiat de la foc. n cazul n care temperatura pe

suprafaa pielii umane crete la 450C, stratul exterior al pieliidevine deteriorat, n timp ce, la o temperatur de 750C esutulpielii este imediat distrus.Aceste extreme, mpreun cu niveluriintermediare de arsuri ale pielii, sunt clasificate ca fiind gradul I,II, III i IV de arsuri. Arsuri la o zona relativ mic a pielii pot fifoarte dureroase, iar dacesteafectato zonmai mare,(50%pentru tineri, 20% pentru btrni), rata decesului poate sajung

la 50% din cei care prezintarsuri [20].


29/116

29

CAPITOLUL 5MODELAREA INCENDIILOR

Modelarea incendiilor este un domeniu complex,

multidisciplinar, aflat la momentul actual ntr-o continudezvoltare. Avnd n vedere importana asigurrii unui climat desecuritate la incendiu i contientizarea rolului acestuia, inclusivpregtirea factorilor de rspundere, la momentul actual pe planmondial, se constat o cretere a necesitii de dezvoltare iconcepere a unor instrumente de cercetare i proiectarespecifice.

Modelarea evoluiei unui incendiu se poate face prin fazeasociate cu managementul securitii la incendiu:

nainte de incendiu nproiectare, pentru a propunesoluia optimdin punct de vedere al securitii utilizatorului i acostului sau pentru a estima riscul de incendiu acest lucru ajutpe specialitii care intervin sidentifice zonele cu risc major;

nainte de incendiu n exploatare, pentru aorganiza i menine securitatea la incendiu a obiectivului n

condiii oprime; pe durata desfurrii incendiului pentru a pregti

ct mai bine forele de intervenie la stingere, att la niveloperativ, tactic ct i la nivel strategic; implicit, modelarea poates ajute echipele de intervenie s limiteze pierderile i sintervinn deplinsiguran;

dup incendiu pentru a stabili cauza icircumstan

ele incendiilor produse, acestea fiind instrument de

lucru util pentru forele de intervenie, cercettori i experi ipentru a trage concluzii pentru mbuntirea reglementrilortehnic-normative din domeniul securitii la incendiu.

5.1. Modelele matematice de incendiuModelele matematice privind incendiul pot fi clasificate n

probabiliste i deterministe [135, 136, 47]. Seturile de ecuaii i


30/116

30

condiii, care constituie modelele matematice, se deduc aplicndlegile generale ale fizicii i chimiei.

Dac n calcule se introduc date cu caracter statistic,atunci modelele de incendiu sunt probabiliste, dac datele suntcu valori precis cunoscute sunt deterministe.

Modele deterministe de incendiu. Modelele deterministeale incendiilor pot varia de la simple corelaii pentru care seutilizeazdoar cteva ecuaii, pnla modele complexe, cu maimulte seturi de ecuaii, a cror rezolvare, cu ajutorulcalculatorului n stadiul actual, dureaz ore ntregi. Acestemodele sunt mprite n doumari clase: modele zonale i decmp [135,136,47].

Cel mai simplu dintre cele doueste modelul zonalcare afost folosit pe scar larg, timp de muli ani, drept un instrumentde proiectare anti-incendiu. Modelul prezint incinta (cldirea)

mprit n dou zone omogene distincte: stratul fierbintesuperior i stratul relativ rece inferior. Aceste straturi rezultdinprocesul de stratificare termic datorat diferenelor de densitateaer cald/aer rece. Pentru modelarea proceselor de transport icombustie sunt folosite o serie de combinaii de corelaii empirice

i ecuaii de conservare, derivate din principiile de baz [111].Modelele zonale ncep s fie abandonate n favoarea celor decmp.

Modelul de cmpreprezinta doua mare clasde modeledeterministe de incendiu. ntr-un model de cmp domeniul deinteres este mprit ntr-o reea tridimensional de volumecontrolabile, iar rezolvarea se realizeaz folosind metodavolumelor finite. Fiecrui volum i se aplic principiile dinamicii

fluidelor i se rezolv ecuaiile de conservare a masei,momentului, energiei i speciilor. La momentul actual, cel maiutilizat model de cmp n tehnica anti-incendiu este celimplementat n programul Simulatorul Dinamicii Incendiului FDS (Fire Dynamics Simulator) dezvoltat de ctre InstitutulNaional de Standarde i Tehnologie NIST din Statele Unite ale

Americii.


31/116

n acest sens, se folosete cu precdere modelul de calculnumeric al dinamicii fluidelor CFD (Computational FluidDynamics), ce permite o analizdetaliata comportrii focului ietapelor procesului de ardere. Durata procesului de simulare estemult mai mare ca n cazul modelelor zonale. Din acest motiv,

pentru a reduce timpul de simulare, se micoreazrezoluia grileide simulare. Nu este stabilito limit inferioarpn la care sepoate merge dar, de regul, se ia n calcul un factor de siguranarbitrar.

5.2 Ecuaiile modelrii numerice

Modelul realizat pornete de la ecuaiile Navier Stokesprezentate dupcele trei axe de coordonate:

( ) ( ) ( ) ( )x

xzxyxx gzyxx

p

z

wu

y

vu

x

u

t

u+

+

+

+

=

+

+

+

Re

12

(5.1)

( ) ( ) ( ) ( )y

yzyyxyg

zyxy

p

z

wu

y

v

x

vu

t

v+

+

+

+

=

+

+

+

Re

12

(5.2)

( ) ( ) ( ) ( )z

xzyzxz gzyxz

p

z

w

y

wv

x

wu

t

w+

+

+

+

=

+

+

+

Re

12

(5.3)

i ecuaia de continuitate (5.4)

( ) ( ) ( )0=

+

+

+

z

w

y

v

x

u

t

(5.4)

unde:- este densitatea;

31

- t este timpul;


32/116

- este tensiunea tangenialde forfecare (scrise pe feelecelulei de volum considerat);

- p este presiunea;- Re este numrul Reynolds;- x, y, z sunt coordonatele geometrice;

- geste acceleraia gravitaional.

La modul general, se utilizeaz pentru simulareaincendiilor i modelul unei simple combustii la care se aplicecuaiile modelului turbulen k ( k- energia cineticturbulent, - energia disipat n regim laminar). Ecuaiile serezolv determinnd soluiile pentru energia cinetic turbulent( ) i componenta acesteia disipatn energia interna fluidului(k

).Se aplicecuaiile dinamicii fluidelor ce descriu transportul

de mas, moment i energie, ce reprezint particularizareaecuaiei generale Navier-Stokes:

a) Conservarea masei

La modul general, conservarea masei, presupune c rataacumulrii de mas, datorat schimbrilor de densitate ntr-ounitate de volum, este echilibrat de rata masei provenite dinprocesul de convecie [78]:

0=+

ut

(5.5)

unde:- este densitatea;- este timpul;t- ( wvuu ,,= ) este vectorul vitez;

32

-zyx

+

+

= este operatorul matematic Laplace.


33/116

Primul termen descrie modificarea densitii n timp iar celde-al doilea exprim convecia masei. Vectorul u este vectorulvitez, n coordonate carteziene, dupdireciile u, vi w.

Dac densitatea este constant, atunci ecuaia sesimplifici exprimfaptul cdebitul de intrare trebuie sfie egal

cu debitul de ieire.b) Conservarea momentului

Ecuaia conservrii momentului derivdin aplicarea legii adoua de micare a lui Newton, care afirmcrata de schimbarea momentului unui element de fluid este egalcu suma forelorce acioneazasupra acestuia [28]:

( ) ++=+

+

fgpuut

u (5.6)

unde:- p este presiunea;-geste acceleraia gravitaional;

- feste fora extern;-este tensorul tensiune vscoas.

Membrul stng al ecuaiei (5.6) reprezint rata deschimbare a momentului unui element de fluid iar membrul dreptexprim suma forelor ce acioneaz asupra acestuia. Acestefore sunt gravitaia ( ), o for extern( f ) ce reprezintforacare se opune micrii picturilor de ap (rezistena aerului),asociate sistemelor tip sprinkler, care penetreaz volumul dereferin i o mrime a tensiunii vscoase ( ) ce acioneazasupra fluidului n interiorul volumului de referin. Dintre acestetrei fore gravitaia este cea mai important, deoarece reprezintinfluena forei ascensionale asupra micrii.

33


34/116

c) Conservarea energiei

Ecuaia de conservare a energiei poate avea diverseforme i conine un numr mare de variabile. n general aceastecuaie exprimbalana energetic ntre acumularea de energie

datorat cldurii interne i energiei cinetice i fluxului energeticasociat proceselor de convecie, conducie, radiaie, interdifuziaspeciilor [28]. Forma ecuaiei utilizatn modelarea FDS este:

( ) ( ) ++=+

+

i

iiir YDhTkqqput

puhh

t '''

(5.7)

unde:

- este entalpia;h- este entalpia speciei ;ih i

- este rata degajrii de cldurper unitate de volum;'''q

- este fluxul radiaiei de cldur;rq- este coeficient de absorbie;k- este coeficient stoichiometric;

- Teste temperatura;- este coeficient de difuziune;D- este fraciunea de mas a speciei i (raportul ntre

masa total la nceperea procesului i masa final, dupterminarea procesului).

iY

Membrul stng al ecuaiei (5.7) descrie rata acumulrii deenergie, iar membrul drept cuprinde energiile disipate sauacumulate rata degajrii de cldur ( ), fluxul radiaiei de

cldur( ), termenul convectiv (

'''q

rq Tk ) i schimbul de energieasociat procesului de interdifuzie a speciilor.

d) Conservarea speciilor

Se folosete urmtoarea form a ecuaiei pentruconservarea speciilor:

34


35/116

( ) ( ) '''iiiii WYDuYYt

+=+

(5.8)

unde:- este rata de producere a speciei i per unitate de volum'''iW

Primul termen din membrul stng al relaiei (5.8)reprezint acumularea speciilor datorat schimbrilor dedensitate iar cel de-al doilea termen exprim influxul i efluxulspeciilor. Membrul drept exprim termenii pentru influxul/efluxulspeciilor din unitatea de volum datorat difuziei i ratei deproducere a acestora.

n final, sistemul global de ecuaii se rezolv prin iteraiisuccesive (metoda iterativ). Fiecare iteraie calculeaz o nousoluie, pe baza soluiei precedente. Pentru pornirea calcululuieste nevoie de o soluie iniial, impusn prealabil prin datele deiniializare.

5.5 Programe bazate pe metode numerice pentru simulareadinamicii incendiilor

Dezvoltarea rapid a puterii de calcul a computerelor i

maturizarea corespunztoare a calculului privitor la dinamicafluidelor (CFD - Computational Fluid Dynamics - CalcululDinamicii Fluidelor) au dus la dezvoltarea programelor de cmpcare au la baza proiectrii lor modele analitice i numerice. nprincipiu, la bazse aflconceptul lui Reynolds, forma medie aecuaiilor Navier-Stokes, modelul de turbulen k- studiat dePatankar i Spalding. Folosirea programelor numerice de

simulare dinamicCFD a permis descrierea incendiilor n spaiicu geometrie complex i ncorporarea unei game largi defenomene fizice i chimice [68].

n tabelul 5.2 sunt cuprinse programele de simulare aincendiilor disponibile i accesibile.

35


36/116

36

Tabelul 5.2 Unele programe numerice de simulare dinamica incendiilor

Denumirea ara de origine Descrierea succintCFX U.K. General (CFD)

C-SAFE S.U.A. Cod LES pentru modelare transferuluitermic de cldurctre obiecte

FDS S.U.A. Aplicarea metodei L.E.S. pentru incendii

n cldiri multi-compartimentate,protejate cu sprinklere

FLUENT S.U.A. General (CFD)Isis-3D S.U.A. Cod LES dedicat simulrii transferului

de cldurdinspre incendii mari ctreobiecte adiacente

JASMINE U.K. Analiza efectelor radiaiei termice. Sefolosete mpreuncu PHOENICS

PHOENICS U.K. General (CFD)SMARTFIRE U.K. Program de simulare n cmp a

incendiuluiSOFIE U.K. / Suedia Program de simulare n cmp a

incendiuluiSPLASH U.K. Program de simulare n cmp care

studiazinteraciunea apei pulverizate cuflcrile

STAR*CD U.K. General (CFD)UNDSAFE S.U.A./Japonia General (CFD)

n general, pentru obinerea de rezultate cu programele

CFD trebuie parcurse urmtoarele faze: de preprocesare sau pregtirea datelor de intrare; de procesare a datelor de intrare; de post procesare a datelor de ieire sau a rezultatelor.

Faza de procesare sau rezolvare. Exist trei cidistincte, respectiv tehnici de rezolvare prin soluii numerice:diferene finite, element finit i elemente de frontier. n principiu,

metodele numerice care formeaz baza codului de rezolvarefuncioneazdupurmtorii pai:

se simplificecuaiile de dinamica fluidelor; se discretizeazdomeniul de calcul; se discretizeaz ecuaiile de guvernare a dinamicii

fluidelor folosind manipulri matematice; se rezolvecuaiile algebrice.


37/116

37

Diferenele principale ntre cele trei metode numerice suntasociate cu modul de aproximare a variabilelor de curgere iprocesele de discretizare.

Metoda diferenelor finite a aprut ncdin timpul lui Euleri utilizeaz un model matematic diferenial al fenomenului

studiat, model care este apoi adaptat pentru rezolvarea cuajutorul procedeului de aproximare local punctiform avariabilelor de cmp, precum i a derivatelor lor pn la unanumit ordin. Acest procedeu de aproximare localse realizeazcu ajutorul unei reele rectangulare creat pe domeniul studiat.Sistemul de ecuaii difereniale cu derivate pariale se transformastfel ntr-un sistem de ecuaii algebrice, avnd ca necunoscutevalorile variabilei de cmp ntr-un numr finit de puncte aledomeniului studiat, numite noduri ale reelei cu diferene finite.

Metoda elementelor finite utilizeaz un model matematicintegral al fenomenului studiat, care se obine cu ajutorulmetodelor variaionale sau a metodei reziduurilor ponderate.Spre deosebire de metoda diferenelor finite, aceastmetodsebazeaz pe aproximarea local a variabilei de cmp pesubdomenii (poriuni) ale domeniului studiat (numite elemente

finite). Metodele matematice folosite transform expresiadifereniala problemei (ecuaiile difereniale i condiiile la limitadomeniului) ntr-o form integralnumit forma variaional sauforma moale, care include o parte din condiiile la limit aleproblemei.

Metoda elementelor de frontier utilizeaz de asemeneaun model matematic integral al fenomenului studiat. Aceastmetod a aprut ca o alternativ a metodei elementelor finite

pentru soluionarea unor probleme ce nu pot fi rezolvate cuajutorul metodei elementelor finite, cum ar fi de exemplu:probleme cu gradieni foarte mari pe frontiera domeniului, cudiscontinuiti i concentratori de tensiuni, probleme cu domeniiinfinite etc. Spre deosebire de metoda elementelor finite, pentruutilizarea acestei metode nu mai este necesar discretizarea

ntregului domeniu studiat, ci doar a frontierei sale.


38/116

38

Metoda volumelor finite a fost, mai nti, dezvoltat caformulare a metodei diferenelor finite. Algoritmul numeric const

n urmtoarele etape: se integreaz formal ecuaiile de guvernare a dinamicii

fluidelor prin toate volumele de control (finite) ale domeniului de

calcul; se discretizeazspaial domeniul de calcul; se discretizeazecuaiile de guvernare a proceselor de

curgere cum ar fi convecia, difuzia i sursele. Acest lucruconvertete ecuaiile integrale ntr-un sistem de ecuaii algebrice;

se rezolvecuaiile algebrice utiliznd o metoditerativ.Primul pas, integrarea volumelor de control (sau a

celulelor) face distincia ntre metoda volumelor finite icelelaltetehnici CFD. Ecuaiile rezultante exprimconservarea(exact) aproprietilor relevante pentru fiecare celul finit de calcul.

Aceast relaie clar dintre algoritmul numeric i principiul deconservare fizicformeazuna dintre marile atracii ale metodeivolumelor finite i i fac conceptele mult mai simplu de nelespentru ingineri dect metoda elementului finit i cea a elementuluide frontier.

Metoda volumelor finite (FVM) n programul FDS (i ngeneral pentru rezolvarea unei arderi) folosete tehnici similarecelor din metodele volumului finit pentru transport prin conveciepentru curgerea fluidelor [74].

5.6. Descrierea programului FDSProgramul Fire Dynamics Simulator (FDS), dezvoltat de

NIST, folosete limbajul de nalt definiie Fortran 90, carerezolv ecuaiile ce guverneaz dinamica fluidelor, iarSmokeview este un program nsoitor scris n C/OpenGl ceproduce imagini i animaii ale rezultatelor. Programul FDS areimplementai parametri empirici i semiempirici, modele analiticei algoritmi numerici pentru rezolvarea problemei inginereti [68].

FDS este un program CFD specializat n dinamicaincendiilor. Programul rezolv numeric o form a ecuaiilor


39/116

39

Navier-Stokes pentru arderi (incendii) cuvitezmic, flux termicdegajat i micarea fumului provenit de la incendiu.

FDS este destinat pentru domeniile de dinamic alichidelor, termodinamic, transfer termic, ardere i tiinaincendiului i este folosit numai pentru a completa hotrrile

utilizatorilor. Pachetul de programe (FDS + Smokeview) este unmodel pe calculator care poate sau nu poate avea capacitatea depredicie atunci cnd este aplicat la un anumit set decircumstane. Lipsa de previziuni exacte ale modelului ar puteaconduce la concluzii eronate n ceea ce privete sigurana la foc.Toate rezultatele trebuie s fie evaluate de ctre un utilizatorinformat.

FDS este sprijinit financiar de NIST - USA i VTT -Finlanda.

O alta surs de sprijin pentru dezvoltarea FDS a fostprogramul NASA - Microgravity Combustion Program of theNational Aeronautics and Space Administration.

Dezvoltatorii de la NIST au constituit o colaborare ntreprile interesate, acestea fiind:

VTT Technical Research Centre din Finlanda - un

laborator de cercetare i testare similar NIST; Societatea Inginerilor de protecie mpotriva incendiilor(SFPE), care desfoarcursuri de utilizare a FDS;

Firme de inginerie pentru studierea incendiilor careutilizeazsoftware-ul;

Departamentele inginereti de la diferite universiti, cuun accent special pe foc.

Dificultile sunt datorate a trei aspecte [68]:- exist un numr enorm de scenarii posibile la un

incendiu, care se iau n considerare datoritnaturii accidentale;-nelegerea fizici puterea de calcul necesarpentru a

efectua toate calculele posibile pentru cele mai multe scenarii defoc sunt limitate; orice studiu fundamental pe baz de incendiitrebuie s ia n considerare cel puin unele aspecte aleaerodinamicii, cu mai multe faze de debit, turbulen de


40/116

40

amestecare i ardere, precum i transferul de cldurconjugat;toate sunt domenii active de cercetare de sine stttoare;

- "combustibilul" n cele mai multe incendii nu a fostniciodat stabilit ca atare; ntr-adevr, modelarea matematic atransformrilor fizice i chimice a materialelor reale care ard este

ncn fazincipient.La NIST, Glenn Forney a dezvoltat vizualizarearezultatelor prin programul Smokeview, prin care nu numai cafcut publice rezultatele, dar l-a folosit, de asemenea, i ca unprincipal instrument de diagnosticare pentru a continuadezvoltarea FDS [43].

Smokeview este un program de ajutor pentru FDS iproduce imagini i animaii a rezultatelor. n ultimii ani,dezvoltarea sa, a condus la posibilitatea de a vizualiza focul ifumul ntr-un mod destul de realist. ntr-un cuvnt, Smokevieweste acum, prin intermediul tridimensionalului, o parte integranta modelului fizic, permind o evaluare ntr-un compartiment aunui incendiu ntr-un mod n care prin vizualizare obinuitnu sepoate.

FDS poate fi folosit pentru a urmri urmtoarele fenomene

[68]: viteza sczut de transport de cldur i ardereaproduselor la incendiu;

cldura radiativ i convectiv de transfer ntresuprafeele solide i gaz;

piroliza; rspndirea flcrii i creterea focului; activarea sprinklerelor, detectoarelor de cldur i de

fum; pulverizarea sprinklerelor.

FDS dei a fost conceput special pentru simulri deincendii, poate fi utilizat i pentru alte simulri la viteze mici delichid care nu includ neaprat incendiu sau efecte termice. Pn

n prezent, aproximativ jumtate din cererile de program au fost


41/116

41

pentru proiectarea sistemelor de control ale fumului i studiiprivind declanarea sprinklerelor/detectoarelor.

Toi parametrii de intrare cerui de FDS pentru a descrieun scenariu particular sunt transportai ntr-un singur fiier textcreat de utilizator. Acest fiier conine informaii despre mediul

ambiant, geometria construciei, proprietile materialelor, ardere,precum i opiunile pentru ieire dorite.Orice simulare a unui scenariu real de incendiu presupune

specificarea proprietilor materialelor pentru perei, pardoseal,plafon i mobilier. FDS trateaz toate aceste obiecte ca solidemulti-strat, astfel parametrii fizici pentru multe obiecte reale pot fivizualizate numai ca aproximri la valoarea reala proprietilor.Proprietile, cum ar fi conductivitatea, cldura specific,densitatea i grosimea pot fi gsite n diferite manuale sau laproductori. Comportamentul materialelor la ardere la diferitefluxuri de cldureste mai dificil de descris, iar proprietile maigreu de obinut.

FDS calculeaztemperatura, densitatea, presiunea, vitezai compoziia chimic a gazului respectiv n fiecare celul dereea, la fiecare pas de timp. Sunt, de obicei, sute de mii de

milioane de celule de reea i de pai de timp. n plus, FDScalculeazpentru suprafee solide temperatura, cldura, rata depierdere de mas, precum i diverse alte mrimi.

Existdouaspecte, pentru orice utilizator pe care trebuiesle aibn vedere, nainte de nceperea calculelor:

- pentru incendiile reale ct i pentru cele simulate,dezvoltarea focului este foarte sensibil la proprietile termiceale materialelor (conductivitate, cldurspecific, densitate, rata

de ardere etc.);- cu excepia celor cteva materiale care au fost studiate

la NIST, utilizatorul trebuie s furnizeze proprietile termice alematerialelor i apoi s valideze performana modelului prinexperimente reale pentru a se asigura c modelul are inclusetoate fenomenele [68].


42/116

42

CAPITOLUL 6

ANALIZA EXPERIMENTALI NUMERICA EVOLUIEIINCENDIULUI NTR-O CASDE SCRI LA O CLDIREETAJATPENTRU BIROURI

Scrile sunt principala cale de evacuare n situaii deurgeni sunt n general, eficiente, dar cu mai multe neajunsuriimportante.

Reglementrile n construcii solicit, n general, cel puindouscri independente, astfel nct un singur eveniment snupoat bloca accesul la amndou. Aceast independen acaselor de scri trebuie materializatprin amplasareaacestora la

distande siguranuna fade cealalt. n unele locaii caselede scri de tip foarfece (cele doucase de scri se mpletescntr-un ax comun) sunt agreate, deoarece ele reduc spaiulnecesar. Dezavantajul este c nu se afl la distan i ambelepot fi uor compromise de deschiderile din elementeleconstructive de separare.

O estimare realist a timpului necesar, pentru cele maimulte persoane, pentru a cobor intacte i pentru inundarea cu

fum a scrilor este de un etaj pe minut. O cretere a densitiipopulaiei conduce la apariia dificultilor n deplasarea pe scrii un numr mic de oameni nu pot folosi scrile dac nu suntasistate. n general, numrul de persoane care au dificulti lacoborrea pe scri crete odatcu ridicarea pe nlime a cldirii;

n aceast categorie intr persoanele cu mobilitate redus(scaun cu rotile, crje etc.), cu probleme respiratorii sau cardiace(obezii), precum

i cele cu probleme temporare (de la sarcin

pn la entorse). Un alt inconvenient l reprezinti reducereanlimii ncperilor, n vederea micorrii necesarului de cldur,ceea ce conduce la umplerea cu fum a ntregii ncperi ntr-untimp scurt. De asemenea, prezena ferestrelor tip termopan afcut ca schimbul de aer ntre interior i exterior practic s fieegal cu zero, conducnd astfel din nou spre micorarea timpuluide umplere cu fum a ntregii ncperi i la epuizarea coninutului

de oxigen.


43/116

43

6.1Analiza experimentalDin motivele prezentate, am ales a studia evoluia fumului

ntr-o scar nchis dintr-o cldire etajat, fr a consideraascensoarele i scrile rulante.

O persoan aflat ntr-o cldire etajat trebuie s

cunoasc nc de la intrarea n acea cldire aspectele legatedespre folosina scrilor. Acest lucru presupune ca persoanei sise comunice modul i timpul de evacuare de la etajul undelucreazi timpul n care scrile, pe care le poate folosi pentru oeventualevacuare, devin impracticabile prin umplerea cu fum,scderea vizibilitii i eventual distrugerea lor.

Stabilirea corecta acestor timpi trebuie s fie o condiieobligatorie nainte de finalizarea i darea n exploatare aconstruciilor.

Din lipsa experimentelor la scarreal, care costmult isunt greu de realizat, folosirea simulrilor numerice pe calculatora luat amploare. Alegerea eronat a unui program sauintroducerea unor date iniiale eronate pentru astfel de simulripoate avea consecine grave pentru sigurana n exploatare. Dinacest motiv, n proiectarea cldirilor se recurge la dimensiuni de

scri prevzute de ndrumtoare bazate pe rezultate alesimulrilor numerice sau fundamentate pe analogii cu alte situaiisimilare; astfel, experimentrile la scarrealsunt foarte utile.

Experimentul efectuat n cadrul tezei s-a desfurat ntr-ocasde scri de tip nchis, deoarece este tipul de casde scricel mai ntlnit la cldirile etajate pentru birouri. Acest tip de casde scri nu permite fumului s intre dect prin uile care sedeschid pentru evacuarea personalului sau pentru intervenie.

Casa de scri folositpentru experiment face parte dintr-ocldire tip P+3 cu acoperitip teras. Accesul pe terasse faceprintr-o uverticalnormaldin casa scrilor prin suplimentarea

nlimii casei de scri cu 2,56 m (fig. 6.1 i 6.2). Casa scrii esteconstruit din materiale incombustibile beton, zidrie decrmizi etc.


44/116

Casa scrii studiat

Fig. 6.2Vedere din spate a cldirii unde s-a desfurat experimentul

Geometria casei scrilor folosit pentru experiment esteurmtoarea (fig. 6.3 i 6.4):

- limea casei de scrii: l = 2,4 m;- nlimea totala casei de scri: H = 20 m;- treptele scrii au dimensiunile 1,0x0,3x0,18 (m) ;- scara are podeste ntre etaje cu dimensiunile de

2,4x1,5x0,2 (m);

- nlimea unui etaj este de h =4,36 m:- pentru iluminarea naturala casei de scri sunt folosite

ferestre laterale cu dimensiunile de 1,15x2,5 m;- la fiecare etaj comunicarea cu casa scrii se face printr-o

umetaliccu dimensiunile 0,90x2,00 (m).

44


45/116

Fig. 6.4Seciune prin casa scrii unde s-a desfurat experimentul i amplasareamanechinului

Temperatura ambiental (20C) este uniform cunlimea.

Experimentul a urmrit timpul n care vizibilitatea scadespre 0, fcnd practic impracticabil casa scrii, att pentruintervenia pompierilor ct i pentru evacuarea personalului.

Avnd n vedere cun incendiu este practic improbabil sizbucneascpe casa scrii, iar gazele care intrn casa scrii auo temperatur destul de sczut fa de cele din apropiereafocarului, datorit distanei pe care acestea o parcurg pn laintrarea n casa scrii, n experiment i n simularea numerics-aurmrit doar evoluia fumului i nu evoluia flcrilor sau agazelor fierbini.

S-a ales att pentru experiment ct i pentru simularea

numericcea mai defavorabilsituaie uile i ferestrele de pecasa scrii sunt nchise. Fumul a fost generat prin arderea a 10kg de paie de gru i au fost amplasate pe podestul dintre etajul Ii II (la o nlime de 6,54 m fade cota 0.00 a parterului).

Sarcina termicpentru cele 10 kg de paie se determin,conform STAS 10903, folosind relaia:

45

Sq= Qix Mi [MJ] (6.1)


46/116

n care:- Qieste puterea calorificinferioar, n MJ/kg;- Mieste masa materialului combustibil, n kg.

nlocuind n relaia (6.1) datele obinute prin consultareatabelului din Anexa A a STAS 10903, obinem urmtoarea

sarcintermic, conform relaiei (6.2):Sq= 14,450 x 10 = 144,50 [MJ] (6.2)

Situaia iniiala casei de scri este prezentatn fig. 6.5i 6.6 conform imaginilor preluate de la camerele de filmatamplasate la etajul II, respectiv III. n fig. 6.7este redatsituaiainiialconform programului de simulare numericFDS.

Fig. 6.5 Instantaneu al experimentului preluat de la nivelul etajului IIla momentul t = 0 s de la nceperea incendiului

46


47/116

Fig. 6.6 Instantaneu al experimentului preluat de la nivelul etajului III

la momentul t = 0 s de la nceperea incendiului

+ 15.26

+ 10.90

+ 6.54

+ 2.18

+ 0.00

+ 20.00

+ 17.44

+ 13.08

+ 8.72

+ 4.36

a b

Fig. 6.7 Situaia iniiala casei scrilor redatprin programul FDSa - Vedere lateral

b - Vedere de la nivelul etajului IIla momentul t = 0 s de la nceperea simulrii numerice

47

+ 8.72

+ 10.90

+ 9.80


48/116

Pentru filmarea experimentului au fost folosite 2 camerecare au fost amplasate una la etajul II i una la etajul III. Cuajutorul imaginilor preluate de la camerele de luat vederi s-a pututurmri i evoluia vizibilitii pe timpul experimentului. Datele aufost preluate din minut n minut; vizibilitatea maxim oferit de

camerele de filmat (la nceputul filmrii) a fost de 25 m.Durata experimentului i implicit a filmrii a fost de 15minute.

Pentru a studia vizibilitatea s-a folosit i un manechin cu onlime de 1,50 m care a fost plasat la jumtatea distanei dintreetajul II i podestul dintre etajul II i III, la o nlime de 9,8 m fade cota parterului i la o distan de 3 m fa de nivelulpodestului etajului II (v. fig. 6.4 i 6.5).

Din filmarea ntregului experiment au fost alese imagini la4 momente, respectiv 360 s, 420 s, 480 s i 540 s. Au fost aleseaceste imagini deoarece la aceste momente au loc modificrisemnificative n evoluia fumului.

Fig. 6.8 Instantaneu preluat de camera de filmat amplasatla niveluletajului II la timpul t = 360 s

48


49/116

49

a bFig. 6.9Instantanee preluate de camerele de filmat la timpul t = 420 s

a imagine preluatde camera de filmat de la nivelul etajului II;b - imagine preluatde camera de filmat de la nivelul etajului III;

a bFig. 6.11Instantanee preluate de camerele de filmat la timpul t = 540 s

a imagine preluatde camera de filmat de la nivelul etajului II;b - imagine preluatde camera de filmat de la nivelul etajului III;

Dup 540 s manechinul nu mai este vizibil de la niveluletajului II conform imaginilor preluate de camera de filmatamplasatla nivelul etajului II (v. fig. 6.11).

Graficul redat de datele preluate pe timpul experimentuluieste prezentat n fig. 6.12.


50/116


51/116


52/116

a bFig. 6.15Instantaneu al simulrii de inundare cu fum a casei scrii pentru t = 420 s:

a vedere lateral;

b vedere de la nivelul etajului II.;

52


a vedere lateral;b vedere de la nivelul etajului II.;

Din momentul t = 480 s reperul situat la jumtateadistanei dintre etajul II i podestul dintre etajul II i III ncepe snu mai fie vizibil n totalitate de la nivelul etajului II, ceea ce

nseamn c din acest moment evacuarea persoanelor de lanivelul etajului II spre acoperi este pus n pericol datoritscderii vizibilitii sub 3 m (distana de la nivelul etajului II pnla reper).


53/116


a vedere lateral;b vedere de la nivelul etajului II.;

Se observcdin momentul t = 540 s reperul nu mai estevizibil n totalitate, ceea ce face ca evacuarea de la niveluletajului II spre etajele superioare snu se mai poatexecuta ncondiii de normalitate. De asemenea i intervenia de lanivelurile superioare spre etajul II sau mai jos este pusn pericoldatoritscderii vizibilitii sub 1 m. Aceeai scdere a vizibilitii

ncepnd cu minutul 9 s-a constatat i la experimentul executat la

scarreal(v. fig. 6.11).Graficul obinut de datele oferite de cele dou detectoreamplasate care au monitorizat evoluia vizibilitii, este redat nfigura 6.18.

53


54/116

Vizibilitatea calculatde FDS

0

5

10

15

20

25

30

027

54

81

108

135

176

203

336

363

447

627

654

738

792

819

846

873

900

Timp (s)

Vizibilitate(m)

date preluate de la detector etaj II date preluate de la detector etaj III

Fig. 6.18Evoluia vizibilitii pe durata simulrii numerice,

pentru timpul 0900 s

Din studiul graficului se poate observa c la finalul

simulrii numerice vizibilitatea la nivelul etajului III este mai maredect la nivelul etajului II, putndu-se continua evacuarea de lanivelul etajului III.

n fig. 6.12, se observo apropiere a valorilor msurate ntimpul experimentului de valorile calculate prin simulareanumeric n FDS i prezentate n figura 6.18. Punctele deamplasare a camerelor de filmat, coincid cu punctele n care aufost amplasate detectoarele pentru studiul vizibilitii n FDS.

6.3 Concluzii privind validarea rezultatelor obinute prinanaliz

numeric

54

Pe baza simulrii numerice create cu programul FDSpentru scara de tip nchis, pentru care s-a realizat i experimentul

la scarreal, se pot trage urmtoarele concluzii:


55/116

1. n urma simulrii pentru o anumitgeometrie a cldiriise pot determina rapid locaiile unde pot fi amplasate elementelepentru desfumarea mecanic, dac se opteazpentru un astfelde tip de protecie i configuraia cldirii permite amplasarea unorastfel de dispozitive n acele locaii. Pentru cazul studiat,

amplasarea elementelor de desfumare este redatn figura 6.19.

Fig. 6.19Amplasarea dispozitivelor de desfumare pe casa scrii analizat

2. n funcie de evoluia fumului (pentru casele de scri)redat prin simularea numeric se poate stabili timpul deevacuare ealonat pe etaje. Din exemplul analizat se poateobserva c n timp ce la nivelul etajului II dup 9 minutemanechinul aflat la o distande 3 m fade podestul etajului IInu mai este vizibil (v. fig. 6.11 - a), la nivelul etajului III seobserv din imaginile preluate de camera de filmat de la etajul

respectiv ceste vizibil chiar i podestul dintre etajul III i IV (v.fig. 6.11 - b). Acelai lucru se poate constata i din simulareanumeric(v. fig. 6.17) unde la minutul 9 este vizibil tronsonul descarcare face legtura ntre etajul III i IV.

55

Deci, se poate face o ealonare a timpului de evacuarepentru cele dou etaje, putndu-se lua o diferen de 1 minut

ntre timpii de evacuare pentru cele dounivele.


56/116

56

Astfel, timpul de evacuare pentru etajul II (n cazul studiat)este de 8 minute i reprezinttimpul n care evacuarea de peacest etaj se poate face n siguran. Timpul total de evacuarepentru etajul III se poate prelungi pn la 9 minute fa deminutul 0 la care izbucnete incendiul.

Ealonarea timpilor de evacuare pe nivele nlesnetefoarte mult evacuarea persoanelor dintr-o cldire, evitndu-seastfel haosul care se poate crea pe casa scrii.

3. Avnd n vedere c scrile sunt singurele mijloace deacces i intervenie a pompierilor la nivelurile superioare alecldirilor etajate, este bine de tiut n ct timp aceste scri potdeveni impracticabile. Programele de simulare numeric n lipsaexperimentelor reale dau timpul dup care acestea devinimpracticabile.

Pentru cazul studiat, casa scrii devine impracticabildupminutul 8, deoarece accesul de la etajul II spre III nu maipoate fi fcut dupminutul 8 conform fig. 6.10, 6.11, 6.16 i 6.17.

Acest aspect este foarte util pentru echipele de interveniei de salvare care tiu din timp co intervenie pnla minutul ncare scara devine impracticabil reprezint un succes, iar o

intervenie care se realizeaz dup acest minut pune n pericolatt pe cei care intervin ct i pe cei care sunt salvai.Este ideal ca o unitate de pompieri s aib acces la un

program fiabil de simulri pentru a realiza simulri numerice ndiferite condiii pentru toate cldirile pe care le are n sectorul deintervenie, astfel nct pentru un incendiu la o astfel de cldire stie din timp toi parametrii importani pentru succesul interveniei(geometria construciei, reelele de energie electric, gaze, ap,

timpul n care casele de scri devin impracticabile etc.).4. Se observdin simularea numericcetajele inferioare

locului de producere a incendiului nu sunt afectate n aceeaimsur ca etajele superioare, conform figurii 6.20. Astfel,evacuarea de la aceste nivele se poate face n siguran pe operioadde timp mai mare fade cea pentru etajele superioare.


57/116

Fig. 6.20Instantaneu al simulrii de inundare cu fum a casei scrii pentru t = 900 s

Din figura 6.20, n condiiile n care pe casa scrii nuexist deschideri care s permit evacuarea fumului spre altespaii adiacente, se observcdup15 minute de la ncepereasimulrii n timp ce de la etajele II i III nu se mai poate faceevacuare, de la nivelul etajului I se poate face evacuare ncondiii de sigurandeplin.

CAPITOLUL 7

ANALIZA NUMERICA EVOLUIEI FUMULUINTR-O CASDE SCRI LA O CLDIRE ETAJATPENTRUBIROURI

7.1 Alegerea sistemelor de evacuarea a fumului dintr-o casde scri prin compararea analizelor numerice

Au fost efectuate patru simulri numerice cu programulFDS, n vederea comparrii rezultatelor obinute pentru a seputea amplasa eficient sisteme de evacuare a fumului i gazelortoxice.

57

Analizele numerice au fost desfurate pe acelai tip decas

de sc

ri descris

n capitolul precedent

i care face parte


58/116

dintr-o cldire etajat P+3. Modelul tridimensional de incendiu,care este implementat n programul numeric FDS, ia nconsiderare i stratificarea atmosferic existent n natur. Oreea numericconstnd dintr-un numr de celule 48 60 250a fost folosit pentru a crea un domeniu paralelipipedic cu o

anvergurde 4.8 6.2 25 (m) (fig. 7.1). Dimensiunea celulei afost de 0.10 0.10 0.10 (m).Cele patru simulri numerice au fost efectuate n

urmtoarele ipoteze:

Trapde 1,0x1,0 m

- Cazul I - casa scrii prezint la partea superioar o

trap de dimensiunile 1,0x1,0 (m) care se deschide

automat dup180 secunde (fig. 7.2)

Y

X

Z

Fig. 7.2Cazul I - situaia iniiala casei scrilor modelatprin programul FDS

58


59/116

59

Trapde 2,0x1,0 m

- Cazul II - casa scrii prezint la partea superioar otrap de dimensiunile 2,0x1,0 (m) care se deschideautomat dup180 secunde (fig. 7.3)

Y

X

Z

Fig. 7.3Cazul II - situaia iniiala casei scrilor modelatprin programul FDS

Trapde 2,0x1,0 m

Fereastr1,15x2,50 m

- Cazul III - casa scrii prezint la partea superioar otrap de dimensiunile 2,0x1,0 (m) i o fereastr dedimensiunile 1,15x2,50 (m) amplasat la niveluletajului I care se deschid automat dup 180 secunde(fig. 7.5)

Y

X

Z

Fig. 7.5Cazul III - situaia iniiala casei scrilor modelatprin programul FDS


60/116

- Cazul IV - casa scrii prezintferestre de dimensiunile1,15x2,50 (m), amplasate la fiecare nivel care sedeschid automat dup180 secunde (fig. 7.4)

Fig. 7.4Cazul IV - situaia iniiala casei scrilor modelatprin programul FDS

Durata de simulare a incendiului n condiiile la limitdescrise, pentru toate cele patru cazuri de simulri, a fost stabilitla 1800 s.

Toate cele patru simulri numerice au fost efectuate nipoteza unui incendiu la nivelul podestului dintre etajul I i II (la o

nlime de 6,54 m fade cota 0.00 a parterului). Incendiul a fostgenerat de o surscu o sarcintermicde 144,50 [MJ].

Cazul I - casa scrii prezintla partea superioaro trapde dimensiunile 1,0x1,0 m care se deschide

automat dup180 secundePentru acest caz studiat, cele 4 momente de timp alese(360 s, 540 s, 900 s i 1800 s) sunt prezentate n figurile 7.6, 7.7,7.8 i 7.9.

60


61/116


61



62/116



Dupefectuarea acestei simulri se constatcnu existdiferene majore n evoluia micrii fumului fa de cazul cndscara era de tip nchis (v. fig. 6.19 din capitolul VI din prezentalucrare i fig. 7.8).

62

Se poate trage concluzia camplasarea unei trape simplede dimensiunile 1,0x1,0 m la partea superioar nu are nici unefect asupra evacurii fumului din casa scrii.


63/116

Pentru a urmri o altevoluie a micrii fumului s-a alesal doilea caz de simulare:

Cazul II - casa scrii prezintla partea superioaro trapde dimensiunile 2,0x1,0 m care se deschideautomat dup180 secunde

n acest caz studiat, cele 4 momente de timp alese (360 s,540 s, 900 s i 1800 s) sunt prezentate n figurile 7.10, 7.11, 7.12i 7.13:


63 Fig. 7.11Instantaneu al simulrii de inundare cu fum a casei scrii pentru t = 540 s


64/116



De asemenea i dup efectuarea acestei simulri seconstatcnu existdiferene majore n evoluia micrii fumuluifade cazul cnd scara era de tip nchis sau cnd avea montato trap de dimensiunile 1,0x1,0 m la partea superioar (v. fig.6.19 din capitolul VI a prezentei lucrri, fig. 7.8, fig. 7.12 i fig.7.9, fig. 7.13).

64

Se poate considera ci amplasarea unei trape simple dedimensiunile 2,0x1,0 m (cu suprafa dubl fa de cazul din


65/116

prima simulare numeric) la partea superioar nu are nici unefect asupra evacurii fumului din casa scrii.

Cazul IV - casa scrii prezint ferestre de dimensiunile1,15x2,50 m amplasate la fiecare nivel care se

deschid automat dup180 secundeCele 4 momente de timp alese (360 s, 540 s, 900 s i

1800 s) sunt prezentate n figurile 7.18, 7.19, 7.20 i 7.21:

65

Fig. 7.18 Instantaneu al simulrii de inundare cu fum a casei scrii pentru t = 360 s

Fig. 7.19 Instantaneu al simulrii de inu

Documents

Vitelaru Florin Rezumat Teza Doctorat