Sistemi di controllo dei fumi e calore in edifici complessi mediante la FSE

25/05/2020 1732

La prevenzione incendi in questi anni è diventata un ambito della progettazione sempre più rilevante e incidente grazie all’evoluzione che la stessa ha subito in termini di approccio, da prescrittivo a prestazionale libero o guidato, di contenuto, di tecnologie e strumenti innovativi a supporto della progettazione stessa. La Fire Engineering rientra a pieno titolo tra le innovazioni più significative nello sviluppo della strategia antincendio già a partire dal 2007 quando viene formalmente introdotta con il DM 09/05/2007: “Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”. Il ricorso alla FSE sta crescendo negli ultimi anni soprattutto in relazione ai vantaggi che nella  progettazione determina in relazione alle soluzioni impiantistiche. Basti pensare al sistema di controllo fumi e calore per la cui progettazione è perseguibile sia la UNI 9494:1-2, in soluzione conforme, sia i dati ottenuti dall’applicazione di modelli fluido-dinamici ottenuti ricorrendo alla FSE coerenti con le caratteristiche dello spazio.

Progettare secondo la Fire Safety Engineering 

La Fire Safety Engineering (FSE), consente di analizzare il fenomeno degli incendi in termini scientifici, permette infatti di predire la dinamica evolutiva dell’incendio attraverso l’applicazione di idonei modelli di calcolo. Il concetto alla base di questa nuova metodologia è la definizione delle prestazioni che l’edificio, lo spazio, il comparto, l’ambito dovrà essere in grado di garantire attraverso un approccio di tipo prestazionale integrale o guidato. A supporto di questo concetto, il progettista si avvale di appropriati modelli di calcolo in grado di prevedere gli effetti di un determinato evento tenuto conto delle misure previste e dei livelli di prestazione - sicurezza da garantire.

Per fare ciò è necessario formalizzare tutti i passaggi che conducono il professionista antincendio ad individuare le condizioni più rappresentative del rischio al quale l’edificio e quindi l’attività in esame sono soggetti, questa fase viene detta analisi preliminare. In questa fase si individuano fra gli scenari d’incendio possibili quelli più severi che devono essere sviluppati e i cui fenomeni devono essere compensati attraverso il ricorso a misure di mitigazione di carattere passivo, attivo e/o organizzativo-gestionale. Successivamente, una volta definiti gli scenari di incendio più rappresentativi si passa al calcolo, cioè all’analisi quantitativa degli effetti dell’incendio, del comportamento umano, degli impianti attivi di estinzione, delle misure di protezione passiva integrandole con le misure gestionali che devono declinare le modalità con cui le stesse misure permangono nel tempo a garanzia delle prestazioni definite.

La Fire Safety applicata al caso studio di un edificio adibito ad uffici

Per poter comprendere meglio le potenzialità della Fire Safety Engineering ci riferiremo ad un caso studio reale, riferito ad un edificio ad elevato sviluppo verticale [Fig.1], con destinazione “uffici” ove l’applicazione della FSE è stata utilizzata per la verifica dell’equivalente livello di prestazione, in soluzione alternativa, della misura di controllo fumi e calore prevista dal Codice.

edificio-fse-caso-studio.jpg

Fig. 1 – Edificio individuato per il caso studio

Nel caso specifico, la FSE sviluppata secondo le previsioni della Sez. M del Codice è stata utilizzata per la progettazione di un sistema meccanico di evacuazione fumi e calore SEFFC, per il livello III di prestazione, in soluzione alternativa, giacché il ricorso in soluzione conforme, alla normativa tecnica di impianto di riferimento, ovvero la UNI 9494-2, implicherebbe soluzioni impiantistiche che, nel caso degli uffici, in relazione all’altezza di interpiano disponibile e, alle altezze finali garantite al luogo di lavoro, risulterebbero molto più impattanti e quindi vincolanti in termini di dimensione degli spazi ad essi dedicati,

In particolare, il progetto del caso studio consiste in un edificio di 23 piani fuori terra in cui ciascun livello/piano definisce un “compartimento antincendio” indipendente. 

I piani sono collegati tra loro attraverso 6 ascensori e due scale a prova di fumo localizzate nei due core centrali.

In relazione alle due possibili configurazioni di piano sono state sviluppate, interpolando i risultati,analisi CFD-esodo in modo da sviluppare una soluzione che consentisse di contemperarle. Le configurazioni sono quelle qui nel seguito declinate:

  • openspace mono-tenant: tutto il piano è destinato ad un unico tenant e costituisce un unico “compartimento fumi” con accesso alle scale di emergenza tramite filtri a prova di fumo;
  • openspace multi-tenant: ogni piano è destinato a 2 o 3 tenants e pertanto sarà suddiviso in due o tre “compartimenti fumi”

Configurazione openspace mono-multi-tenant

Emerge chiaramente quindi la necessità di progettare un sistema di evacuazione fumi e calore flessibile, efficace ed efficiente in ognuna delle possibili configurazioni sopra elencate.

L’analisi CFD condotta ha come fine pertanto la verifica del dimensionamento del sistema di ventilazione di emergenza nonché di tutte le sue componenti, canali di immissione ed estrazione, verificando attraverso un processo di reiterazione i valori delle portate (estrazione - immissione) necessarie,sia nel caso di un piano openspace mono-tenant, sia nel caso di un piano openspace pluri-tenants. Tale verifica è condotta inoltre nel rispetto dei criteri di sicurezza prefissati, per tale ragione include anche:

  • la valutazione dei valori massimi di temperatura, al fine di verificare se tali temperature costituiscano un rischio significativo per la sicurezza degli occupanti;
  • la valutazione della diffusione dei fumi per verificare le implicazioni in relazione all'evacuazione degli occupanti e l'ingresso delle squadre di emergenza.

Analisi Preliminare: l'individuazione degli scenari di rischio d'incendio più rappresentativi

In questa prima fase sono state individuate le condizioni più rappresentative del rischio a cui è esposta l'attività e le soglie di prestazione a cui fare riferimento in relazione agli obiettivi di sicurezza da perseguire.

La geometria, gli obbiettivi, i criteri di accettabilità ed infine gli scenari d’incendio risultanti sono gli elementi che permettono di sviluppare un modello matematico in grado di analizzare il comportamento dell’incendio [curva HRR di progetto] nel contesto dello spazio in cui lo stesso si prevede che si sviluppi tenendo conto delle condizioni al contorno che ne possono influenzare l’andamento.

La strategia di ventilazione e la logica di attivazione

La strategia di ventilazione e la logica di attivazione sono l'oggetto dell'analisi del presente studio. Il dimensionamento del sistema di ventilazione è stato sviluppato attraverso la verifica degli obiettivi di sicurezza di seguito riportati:

tabella-obiettivi-sicurezza.jpg

Figura 3: Tabella Obbiettivi di Sicurezza

Per ogni obiettivo le prestazioni sono analizzate attraverso simulazioni CFD - Esodo tenendo in considerazione i criteri di accettabilità indicati nella sezione M del codice. 

Le prestazioni analizzate sono:

  • Temperatura: il livello massimo consentito può variare a seconda degli obiettivi di incendio (esodo degli occupanti, permanenza di persone disabili, intervento dei soccorritori). 
  • Visibilità dell'esodo: la visibilità consentita lungo le vie di fuga deve essere definita per un certo periodo di tempo e relativamente all'altitudine alla quale si trova la segnaletica che indica la via di esodo. 
  • Concentrazione di monossido di carbonio (CO): il prodotto principale della combustione può essere pericoloso se la concentrazione è troppo elevata; 
  • Irradiazione delle superfici solide: il livello di radiazione deve essere inteso come risultante dal contributo della fonte del fuoco, dei prodotti della combustione (fumi, gas) e delle strutture (pareti, pavimenti).

Di seguito i valori soglia cui si è fatto riferimento.

tabella-valori-soglia-dm-18-10-19.jpg

Per quanto riguarda i criteri di accettabilità si è verificato il sistema utilizzando il criterio ASET/RSET in cui:

  • ASET = (tempo di uscita di sicurezza disponibile) rappresenta l'istante fino a quando le prestazioni mostrate sono entro i limiti;
  • RSET = (richiesta tempo di uscita di sicurezza) rappresenta il tempo impiegato dagli utenti per raggiungere un luogo sicuro o l'esterno. 

Per l'esodo degli utenti, il criterio di accettabilità è impostato come ASET> RSET. Il margine di sicurezza della pianificazione delle prestazioni per la protezione della vita è dato da:

tmarg. = ASET–RSET≥ 100%∙

Solo in particolari circostanze è possibile assumere tmarg ≥ 10%∙RSET, questo è valido in caso di specifiche valutazioni sull’affidabilità dei dati di input della progettazione prestazionale. In ogni caso esiste una condizione limite per queste situazioni particolari: tmarg non deve essere mai inferiore a 30s. Per la valutazione del RSET vengono sviluppate routine di calcolo utilizzando nel nostro caso il programma denominato Pathfinder.

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Articolo scritto dalla Fire Safety Unit di GAe Engineering srl