FSE: l'uso dei sistemi a riduzione di ossigeno (ORS) come soluzione alternativa

Con l’avvento del Codice di Prevenzione Incendi la progettazione classica è stata messa sempre in discussione. Una accesa discussione tecnica che contrappone il giudizio esperto al pragmatismo delle analisi quantitative. Il processo evolutivo si è reso necessario per uniformare sul territorio nazionale le misure di prevenzione e protezione, ed è stato possibile rendendo la progettazione più oggettiva e validata numericamente. Se da una parte con il DM 18 ottobre 2019 sono state chiarite numerose modalità di verifica nelle soluzioni alternative mediante l’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio, dall’altro restano comunque alcuni passaggi complicati da sbrogliare, sia in ambito tecnico che in ambito procedurale. Tra questi ultimi c’è ad esempio l’utilizzo dei Sistemi a deplezione d’Ossigeno, sinteticamente chiamato ORS. La materia è oggetto di numerosi studi e l’applicazione è ancora fortemente legata a prove sperimentali e specifiche tecniche fornite dai produttori. Nella nuova versione del Codice infatti vengono richiamati nei capitoli prestazionali, con un minimo accenno limitativo di semplice comprensione ma di difficile gestione. Al netto quindi di tutto ciò che la normativa italiana ed internazionale prevede, il presente articolo si prefigge l’obiettivo di sviluppare una possibile modalità di impostazione di una soluzione alternativa alla strategia S.6 Controllo dell’incendio, aprendo inoltre un dibattito sulle potenziali ripercussioni estremamente positive che possono configurarsi nelle restanti strategie del Codice stesso.

Cosa sono e come funzionano i sistemi a riduzione di ossigeno (ORS)

I sistemi a riduzione di ossigeno (Oxygen Reduction Systems – ORS) sono sistemi di prevenzione incendio progettati con lo scopo di creare un ambiente con una concentrazione di ossigeno sufficientemente bassa a prevenire o inibire in modo significativo l’innesco, sviluppo e diffusione dell’incendio.

Il principio di funzionamento di base di un sistema ORS è spiegato dal concetto di triangolo del fuoco. Un incendio richiede materiali combustibili (combustibile), comburente (O2) ed energia (calore) per avviare e sostenere la reazione chimica esotermica (combustione). L'ORS utilizza la riduzione dell'ossigeno per ridurre al minimo il potenziale di innesco e propagazione dell’incendio nello spazio protetto.

Schema impianto ORS

Figura 1 – Schema impianto ORS -Fonte FM Evaluation of Oxygen Reduction System (ORS) in Large-Scale Fire Tests

La probabilità di innesco e quindi la conseguente propagazione dell’incendio possono essere notevolmente ridotte, così come i potenziali danni generati dai prodotti della combustione e dalle sostanze estinguenti classiche (acqua, schiuma ecc…). Alla luce di ciò l’applicazione risulta particolarmente allineata ai concetti di Business-Continuity e quindi adatta nella protezione di beni di alto valore economico oppure a beni sensibili al danno da acqua, schiuma, fumo e/o calore.

Le atmosfere a ridotto contenuto di ossigeno vengono generate attraverso l’immissione nel locale di una miscela di azoto e aria attraverso sistemi così composti: 

  • Compressore: preleva aria dall’esterno;
  • Sistema di filtraggio: l’aria compressa viene purificata dall’olio attraverso filtri disoleatori, essiccata, purificata da eventuali altre impurità tramite un filtro a carboni attivi;
  • Generatore di azoto: l’aria compressa precedentemente filtrata ed essiccata, viene fatta fluire in recipienti contenenti particolari setacci molecolari a carboni attivi (CMS) in grado di trattenere l’ossigeno presente nell’aria a favore dell'azoto; le tecnologie usate sono quelle ad alta pressione Pressure Swing Adsorption (PSA) e a bassa pressione Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) che imprigionando per adsorbimento. L'adsorbimento ha luogo quando le molecole si legano a un adsorbente; in questo caso le molecole di ossigeno si legano al setaccio molecolare al carbonio (CMS, Carbon Molecular Sieve).
    In sostanza, un generatore di azoto agisce sull'aria compressa separando le molecole di azoto da quelle di ossigeno. 
  • Tubazioni e rete di distribuzione per fornire la miscela di azoto e aria della concentrazione di ossigeno necessaria;
  • Sensori per la misurazione della concentrazione di ossigeno;
  • Centrale di monitoraggio e controllo: analizza i dati dei sensori e modula la produzione della miscela al fine di portare a regime la concertazione di ossigeno in ambiente;
  • Sistema di gestione allarmi.

La progettazione del sistema ORS

La normativa europea UNI EN 16750-2017 regolamenta l'uso di un’atmosfera ad ossigeno ridotto negli ambienti da proteggere ai fini antincendio. Inoltre, è stata rilasciata nel settembre nel 2019 la ISO 20338, la quale rappresenta la prima normativa internazionale a trattare la tematica dei sistemi a riduzione d’ossigeno.

Le norme forniscono le modalità di progettazione, installazione, panificazione manutenzione per gli impianti ORS. 

Per le varie tipologie di materiale è riportata la massima concentrazione di ossigeno ammissibile al fine di evitare l’innesco, che corrisponde al dato su cui si basa la progettazione dell’impianto ad ORS. Oltre alle soglie per i singoli materiali vengono proposti i test da eseguire per quei materiali non contemplati dalla norma.

Alle concentrazioni di soglia relative al materiale da proteggere si applicano diversi fattori di sicurezza al fine di ricavare la concentrazione di ossigeno di progetto: i fattori correttivi tengono conto di possibili problematiche durante il funzionamento dell’impianto, come le fluttuazioni della concentrazione di gas inerte correlate al guasto nel tempo, il tempo necessario per rendere effettive le misure di protezione e le azioni di emergenza e la tolleranza degli apparati di monitoraggio dell'ossigeno.

Viene così identificata una concentrazione d’ossigeno più bassa di quella che evita l’innesco che comprende un ampio margine sicurezza.

Control diagram for oxygen reduction

Figura 2 – Control diagram for oxygen reduction

La norma europea UNI EN 16750-2017 richiede un numero minimo di sensori di ossigeno in ciascuna area protetta per monitorare e controllare la concentrazione di ossigeno. Sono necessari almeno tre sensori di ossigeno, anche per piccole aree. La quantità di sensori richiesta dipende dal volume dell'area protetta, come mostrato nella Tabella 3 della sopracitata norma.

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Figura 3 - Minimum amount of measuring zones [UNI EN 16750 - (Table 3) 

Se la concentrazione di ossigeno non è mantenuta entro l'intervallo di controllo, il sistema di rivelazione segnala questa condizione anomala. Questo vale sia nel caso in cui il livello di ossigeno aumenti al di sopra dell'intervallo di controllo (riduzione dell’efficacia del sistema) o in caso contrario in cui nell’ambiente vi sia una riduzione, oltre la soglia di progetto, della concentrazione di ossigeno (pericolo per l’occupante).

Il fattore umano nella progettazione degli ORS

Il parametro chiave per la progettazione ORS è la soglia di innesco, definita come la massima concentrazione di ossigeno con cui non può avvenire la combustione per un dato materiale combustibile in una miscela di aria e gas inerte. 

I livelli di ossigeno richiesti per evitare l’innesco sono generalmente bassi (si riporta un estratto della UNI EN 16750-2017), per cui i problemi di salute e sicurezza per la salvaguardia della vita umana sono un parametro importante nel dimensionamento di questi impianti.

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>> Si ringrazia FSE PROGETTI per la gentile collaborazione