Fire Safety Engineering in un deposito chimico: FDS valida la strategia S.2

La Fire Safety Engineering (FSE) ha consentito l’adeguamento antincendio di un magazzino all’interno di uno stabilimento chimico attraverso un approccio prestazionale conforme al DM 03/08/2015. Mediante simulazioni CFD con FDS è stata validata la strategia S.2 di Livello III, evitando l’adozione della classe R240 prevista dall’approccio prescrittivo.

L’integrazione di un impianto sprinkler a schiuma AFFF 3% ad alta affidabilità ha ridotto le temperature di esposizione, garantendo la stabilità delle strutture prefabbricate in C.A.P. Il caso studio dimostra come la FSE possa offrire soluzioni antincendio efficaci, sostenibili e meno invasive per contesti industriali complessi.

Il quadro normativo: DM 03/08/2015 e l'approccio prestazionale

Il pilastro della progettazione è il DM 03/08/2015 (Codice di Prevenzione Incendi), che introduce la metodologia prestazionale per attività complesse come quelle individuate ai punti 44.3.C, 70.1.B e 12.3.C del DPR 151/2011.

Il percorso normativo si articola in due fasi distinte: l’analisi preliminare, volta a definire gli obiettivi di sicurezza (mantenimento della capacità portante e limitazione della propagazione) e la scelta delle soglie di prestazione; e l’analisi quantitativa, dove l’ingegnere utilizza modelli di calcolo per verificare il rispetto di tali soglie.

Nello specifico, la strategia S.2 (Resistenza al fuoco) viene affrontata con soluzioni alternative basate su incendi naturali, anziché sulle curve nominali standard, permettendo una verifica analitica più aderente alla realtà fisica dell’evento. La normativa richiede inoltre l’identificazione degli scenari di incendio di progetto e la definizione delle soglie prestazionali.

Le norme tecniche di riferimento: UNI EN 12845:2020 e UNI EN 13565-2:2021

Per la protezione attiva, i riferimenti d’eccellenza sono la UNI EN 12845:2020 per i sistemi sprinkler e la UNI EN 13565-2:2021 per i sistemi a schiuma, che devono operare in sinergia per controllare la potenza termica rilasciata (RHR). Infine, il mantenimento dei livelli di sicurezza nel tempo è affidato alla Gestione della Sicurezza Antincendio (GSA) di livello III, come previsto dalla strategia S.5, che vincola l’operatività del magazzino alle ipotesi assunte nel modello.

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Il caso studio: deposito chimico da 1.300 m² in struttura C.A.P.

L’oggetto dell’analisi è un’infrastruttura logistica di 1.300 m² strategicamente suddivisa in due compartimenti adibiti allo stoccaggio intensivo di prodotti chimici finiti e materie prime. Dal punto di vista strutturale, l’edificio è un tipico capannone industriale prefabbricato in C.A.P., caratterizzato da uno schema intelaiato trave-pilastro e tamponature perimetrali prefabbricate.

La configurazione architettonica presenta caratteristiche di ventilazione naturale limitate, compensate tuttavia da un'ottima capacità di smaltimento fumo e calore grazie alla presenza in copertura di lucernari, pannelli bassofondenti ed evacuatori (EFC).

All'interno dei volumi, il carico d'incendio è rappresentato da polimeri e prepolimeri uretanici in solvente, oltre a materie prime critiche come MDI e isoforondiammina, stoccati in IBC da 1000 litri o fusti metallici accatastati su pallet.

Le criticità progettuali: carico d'incendio, struttura e gestione operativa

La progettazione antincendio per lo stabilimento chimico ha dovuto affrontare sfide estremamente complesse, derivanti sia dalla natura dei materiali trattati che dalla struttura dell’edificio. Le principali criticità emerse durante l'analisi preliminare sono state:

• Elevata densità del carico d’incendio: Lo stoccaggio di polimeri e prepolimeri uretanici in solvente presenta un potere calorifico di 30 MJ/kg. Tale valore, unito a una velocità di crescita dell'incendio definita "ultra-veloce", espone i locali a un rischio concreto di flash-over.
• Insostenibilità delle soluzioni conformi: Seguendo l'approccio ordinario del Codice, per un Livello di prestazione III sarebbe stata necessaria una classe di resistenza al fuoco minima R240. L’applicazione di protettivi passivi massivi (come vernici o intonaci) su una struttura prefabbricata esistente avrebbe comportato esborsi economici ingenti e l’interruzione della business continuity.
• Limiti infrastrutturali e gestionali: Il magazzino presentava caratteristiche di ventilazione naturale non ottimali e la difficoltà tecnica di aprire nuove superfici di aerazione. Inoltre, la natura dell'attività prevede che i locali possano non essere permanentemente presidiati, aumentando il rischio di un innesco non rilevato tempestivamente.

Le soluzioni progettuali FSE: verifica analitica, FDS e sprinkler AFFF

Per superare i vincoli tecnici ed economici, è stato sviluppato un progetto integrato di Fire Safety Engineering (FSE) che ha permesso di validare soluzioni alternative per la strategia S.2 (Resistenza al fuoco).

• Verifica analitica strutturale: Invece di ricorrere a protezioni passive, la stabilità delle strutture in C.A.P. è stata verificata attraverso analisi analitiche avanzate, dimostrando che la capacità portante è mantenuta per tutta la durata dell'incendio naturale.
• Modellazione fluidodinamica: Tramite il software FDS, sono stati simulati gli scenari d'incendio più gravosi (inneschi da impianto elettrico o carrelli elevatori). Per garantire l'accuratezza dei risultati, è stata utilizzata una mesh raffinata a 12,5 cm in corrispondenza del focolare, assicurando la convergenza dei parametri di progetto.
• Validazione dello sprinkler a schiuma: L'elemento cardine della strategia è l'impianto sprinkler a "disponibilità superiore" con miscela di schiuma AFFF al 3%. La progettazione (UNI EN 12845 e UNI EN 13565-2) è stata validata calcolando che la velocità delle gocce (7 m/s) è superiore alla spinta dei gas caldi (6,35 m/s), garantendo l'estinzione efficace e il mantenimento di temperature a soffitto contenute (circa 106-133°C).
• Gestione della Sicurezza (GSA) di Livello III: La validità dei modelli è garantita da procedure gestionali rigorose, che includono il divieto di ricarica carrelli notturna all'interno e la presenza di squadre di emergenza formate per il rischio elevato.

Adozione della FSE: scenari di progetto e modellazione dell'incendio

Identificazione degli scenari con ISO 16732-1: i quattro scenari di progetto

Attraverso un albero degli eventi basato sulla norma ISO 16732-1, sono stati identificati i possibili scenari incidentali. Tra questi, sono stati selezionati quattro scenari di progetto ritenuti i più gravosi per la sollecitazione termica delle strutture:

• Scenari 1 e 3: Incendio localizzato di 4 contenitori IBC con innesco elettrico nei rispettivi compartimenti.
• Scenari 2 e 4: Incendio di un carrello elevatore elettrico in zona baricentrica nei rispettivi compartimenti.

Questi scenari sono stati scelti per massimizzare la potenza termica rilasciata in posizioni sfavorevoli, come la mezzeria delle travi di copertura.

Simulazione CFD con FDS: calibrazione della mesh e convergenza dei risultati

La fase di analisi quantitativa ha utilizzato modelli di calcolo fluidodinamici di tipo "field" tramite il software FDS.

Un aspetto critico della modellazione è stata la calibrazione della mesh. Sono stati realizzati tre modelli con passi di griglia differenti (50 cm, 25 cm e 12,5 cm) per valutare la convergenza dei risultati.

• In base al diametro caratteristico dell'incendio (D∗), il manuale FDS suggerisce una risoluzione moderata.
• Per il caso specifico, è stata adottata una mesh da 12,5 cm in corrispondenza del focolare per garantire un'accurata discretizzazione della fiamma e della stratificazione dei fumi

Il modello è stato validato seguendo i criteri della ASTM E 1355, confrontando le risultanze numeriche con l'incertezza intrinseca del software per le specifiche applicazioni di trasmissione del calore e prodotti della combustione.

L'impianto sprinkler a schiuma AFFF: progettazione secondo UNI EN 12845 e UNI EN 13565-2

L’impianto di protezione attiva di tipo sprinkler additivato a schiuma rappresenta il principale presidio della strategia antincendio adottata per l’edificio, garantendo un’elevata capacità di controllo e soppressione dell’incendio sin dalle sue fasi iniziali di sviluppo.

La sua presenza consente di limitare in modo significativo la propagazione delle fiamme, prevenire l’innesco del fenomeno di flash-over, confinare l’evento incidentale all’area di origine e facilitare le operazioni di intervento delle squadre di emergenza e dei Vigili del Fuoco.

In tale contesto, l’impianto costituisce un elemento determinante ai fini della definizione delle modalità di stoccaggio dei materiali e della configurazione funzionale del deposito, condizionandone direttamente i limiti operativi.

Il sistema antincendio è realizzato come impianto sprinkler ad acqua con integrazione schiumogena a funzionamento automatico, articolato in n. 2 zone operative indipendenti. La progettazione è stata sviluppata nel rispetto delle seguenti norme tecniche di riferimento:

• UNI EN 12845:2020, relativa agli impianti sprinkler automatici;
• UNI EN 13565-2:2021, relativa ai sistemi a schiuma.

L’impianto sprinkler è del tipo “umido” e risulta complessivamente costituito da:

• n. 216 sprinkler con elemento termosensibile a bulbo tarato a 93 °C, tipologia SSU per installazione a soffitto;
• n. 2 valvole di controllo;
• gruppo di pompaggio e relativa vasca di accumulo per l’alimentazione idrica.

La centrale di controllo integra inoltre n. 1 serbatoio premiscelatore per schiuma da 3 m³, dimensionato per assicurare l’erogazione di soluzione schiumogena al 3% per una durata minima di 30 minuti, mediante utilizzo di liquido schiumogeno di tipo AFFF.

Classificazione del rischio HHS III e criteri di stoccaggio

Sotto il profilo della classificazione del rischio, l’attività è inquadrata come deposito ad elevato pericolo HH, categoria HHS III secondo UNI EN 12845. Le merci stoccate sono classificate come ST1 (merci libere), con compartimentazioni di deposito aventi superficie massima pari a 150 m² e corridoi di separazione con larghezza non inferiore a 2,4 m.

In presenza di protezione sprinkler a soffitto, l’altezza massima di impilamento è limitata a 4 m. Il dimensionamento idraulico dell’impianto è stato condotto assumendo un’area operativa pari a 260 m² e una densità di scarica di progetto pari a 12,5 mm/min.

Schiuma AFFF 3%: durata di erogazione, premiscelatore e bassa espansione

Per quanto riguarda la componente schiumogena, la progettazione è stata sviluppata in conformità alla UNI EN 13565-2, che per la tipologia di deposito in esame prevede l’impiego di sistemi sprinkler a testa chiusa conformi alla UNI EN 12845, integrati con schiuma a bassa espansione per una durata minima di erogazione pari a 30 minuti. L’utilizzo di soluzione schiumogena AFFF al 3% consente di incrementare in modo significativo l’efficacia di controllo e soppressione dell’incendio, soprattutto in scenari caratterizzati dalla presenza di liquidi combustibili o materiali ad elevata propagazione termica.

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All'interno i risultati e una analisi conclusiva.

FAQ Tecniche: Fire Safety Engineering per stabilimento chimico – FDS, sprinkler AFFF e resistenza al fuoco senza R240

Cos'è la Fire Safety Engineering e quando si applica al settore chimico-industriale?

La Fire Safety Engineering (FSE) è un approccio prestazionale alla progettazione antincendio, alternativo al metodo prescrittivo, disciplinato in Italia dal DM 03/08/2015 (Codice di Prevenzione Incendi). Si applica quando le soluzioni conformi standard risultano tecnicamente insostenibili, economicamente sproporzionate o non adatte alla specificità dell'attività. Nel settore chimico-industriale, la FSE è particolarmente indicata per attività classificate ai punti 44.3.C, 70.1.B e 12.3.C del DPR 151/2011, dove l'elevata densità del carico d'incendio, la tipologia dei materiali stoccati e la complessità strutturale rendono l'approccio prescrittivo penalizzante. Il progettista definisce obiettivi di sicurezza verificabili (mantenimento della capacità portante, limitazione della propagazione) e dimostra il loro rispetto tramite modelli di calcolo.

In quali contesti produttivi o logistici la FSE offre il vantaggio più significativo rispetto all'approccio prescrittivo?

La FSE offre il vantaggio più significativo in edifici esistenti con strutture prefabbricate (C.A.P., acciaio) dove l'applicazione di protettivi passivi massivi risulta invasiva o incompatibile con la continuità operativa.

Nel caso specifico analizzato, un deposito chimico HHS III da 1.300 m² con polimeri uretanici a 30 MJ/kg avrebbe richiesto classe R240 secondo l'approccio ordinario: l'applicazione di intonaci o vernici intumescenti su una struttura C.A.P. esistente avrebbe comportato costi ingenti e l'interruzione dell'attività. La FSE ha consentito di dimostrare analiticamente la sicurezza strutturale senza protezioni passive aggiuntive, validando al contempo la capacità di stoccaggio richiesta dalla committenza. Contesti analoghi includono stabilimenti petrolchimici, depositi di liquidi infiammabili, logistica farmaceutica e piattaforme di stoccaggio automatizzate.

Quale normativa regola la FSE in Italia e quali norme tecniche governano la progettazione dell'impianto sprinkler a schiuma?

Il riferimento normativo primario per la FSE in Italia è il DM 03/08/2015 (Codice di Prevenzione Incendi), che introduce e disciplina l'approccio prestazionale per attività soggette. Per la progettazione degli impianti sprinkler, la norma di riferimento è la UNI EN 12845:2020 (impianti sprinkler automatici fissi – progettazione, installazione e manutenzione). Per i sistemi a schiuma integrati, si applica la UNI EN 13565-2:2021 (sistemi fissi di lotta contro l'incendio – sistemi a schiuma).

La classificazione del rischio, la definizione degli scenari di progetto e la metodologia di analisi degli alberi degli eventi si basano sulla ISO 16732-1 (Fire safety engineering – Guidance on fire risk assessment). La validazione del modello computazionale adottato (FDS) segue i criteri della ASTM E 1355 (Standard Guide for Evaluating the Predictive Capability of Deterministic Fire Models).

Come funziona la modellazione FDS e come si garantisce l'affidabilità dei risultati?

FDS (Fire Dynamics Simulator) è un software di simulazione fluidodinamica di tipo "field" che risolve le equazioni di Navier-Stokes a basso numero di Mach per modellare il comportamento del fumo e del calore in un incendio.

L'affidabilità dei risultati dipende criticamente dalla calibrazione della mesh: nel caso in esame sono stati realizzati tre modelli con passi di griglia di 50 cm, 25 cm e 12,5 cm per valutare la convergenza dei parametri. La mesh da 12,5 cm in corrispondenza del focolare garantisce una discretizzazione accurata della fiamma e della stratificazione dei fumi. La validazione segue i criteri della ASTM E 1355, confrontando i risultati numerici con l'incertezza intrinseca del software per le specifiche applicazioni di trasmissione del calore. Le sonde virtuali (RF_01–RF_14) vengono posizionate in punti strutturalmente critici per estrarre le curve temperatura-tempo utilizzate poi nella verifica analitica CERT.REI.

Come viene dimensionato l'impianto sprinkler a schiuma AFFF 3% e quali prestazioni garantisce?

L'impianto è classificato come sistema sprinkler "umido" a disponibilità superiore, con 216 sprinkler SSU a bulbo tarato a 93°C, suddivisi in 2 zone operative indipendenti.

Il dimensionamento idraulico assume un'area operativa di 260 m² e una densità di scarica di 12,5 mm/min, con rischio classificato HH/HHS III secondo UNI EN 12845. Il serbatoio premiscelatore da 3 m³ garantisce l'erogazione di soluzione schiumogena AFFF al 3% per una durata minima di 30 minuti.

La verifica prestazionale fondamentale riguarda la capacità delle gocce di penetrare il pennacchio di gas caldi: con una velocità massima degli ascensionali di 6,35 m/s, la velocità delle gocce erogate (circa 7 m/s) è sufficiente a garantire il controllo del focolare e il mantenimento di temperature a soffitto tra 106 e 133°C. Le merci stoccate (ST1, superfici compartimento max 150 m²) richiedono corridoi di separazione di almeno 2,4 m e altezza massima di impilamento di 4 m in presenza di protezione sprinkler a soffitto.

Come viene garantita la durabilità del sistema FSE nel tempo e quali obblighi gestionali comporta?

La validità del modello FSE è inscindibile dalla Gestione della Sicurezza Antincendio (GSA) di Livello III, prevista dalla strategia S.5 del DM 03/08/2015. Il sistema di gestione è integrato in un modello organizzativo certificato secondo standard internazionali per la salute e sicurezza sul lavoro e include procedure specifiche per prevenzione incendi, gestione emergenze, controllo operativo e manutenzione degli impianti.

Gli obblighi operativi concreti includono: divieto di ricarica dei carrelli elevatori all'interno del magazzino durante la notte, formazione delle squadre di emergenza per il rischio elevato, manutenzione periodica degli impianti di rilevazione e protezione, verifica costante delle condizioni di stoccaggio e rispetto dei layout definiti nel modello.

Qualsiasi variazione dei parametri di progetto (tipologia merci, configurazione stoccaggio, modifica impianti) richiede la revisione del modello FSE. [Verificare specifica tecnica/norma: periodicità minima degli audit GSA di Livello III secondo DM 03/08/2015]

Quali sono gli errori progettuali più frequenti nell'applicazione della FSE a depositi chimici industriali?

Gli errori più ricorrenti riguardano cinque aree:

1. mesh non calibrata: adottare una risoluzione unica senza studio di convergenza porta a risultati non rappresentativi, con sottostima o sovrastima delle temperature strutturali; 
2. scenari di progetto non conservativi: selezionare scenari non rappresentativi delle condizioni di punta (es. ignorare l'innesco da carrello elevatore in posizione baricentrica) invalida l'intera analisi;
3. disaccoppiamento FSE-GSA: validare un modello senza vincolare operativamente l'attività (layout stoccaggio, divieti operativi) rende la FSE non mantenibile nel tempo;
4. sottovalutazione dell'interazione sprinkler-fumo: non verificare la capacità di penetrazione delle gocce nel pennacchio può portare a sistemi apparentemente conformi ma inefficaci nello scenario reale;
5. assenza di CERT.REI analitici: limitarsi alle simulazioni termiche senza la verifica formale della capacità portante residua non costituisce prova sufficiente dell'adeguatezza strutturale ai sensi del DM 03/08/2015.