113/09/2007
L’approccio ingegneristico nella progettazione dei
sistemi antincendio con l’ausilio della simulazione
ing. Mauro GamberiDIEM – Università di Bologna
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Analisi Qualitativa
Fire Safety Engineering Process
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
a) Individuazione obiettivi di sicurezzab) Definizione criteri di ammissibilitàc) Caratterizzazione edificio e occupantid) Potenziali cause d’incendioe) Definizione scenari d’incendioProgettazione
Quantitativa
Start
Verifica
Criteri
No
Si
Reporting
End
Sub-system design1. Inizio e propagazione dell’incendio2. Movimento dei prodotti ci combustione3. Risposta strutturale dell’edificio4. Rilevazione e spegnimento5. Evacuazione
Fatta salva la legislazione vigente
D.M. 9 maggio 2007 “Direttive per l’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”
ISO TR 13387 “Fire Safety Engineering”
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Obiettivi
Obiettivi e Criteri di Progetto
Sicurezza persone
Danni materiali
Necessario definirli prima dell’inizio del processo di analisi
•Occupanti l’edificio
•Personale antincendio
•Persone nelle vicinanze
Criteri
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
Protezione ambiente
•Struttura edificio
•Prodotti contenuti
•Proseguimento attività
•Espansione incendio adiacenze
•Rilascio di sostanze pericolose
DeterministiciNecessari fattori di sicurezza per diminuire il livello di incertezza.
Sono misure del “Rischio” connesso alla possibilità di danni a persone o cose.
Valori valutati in base alle normative vigenti.
Può coinvolgere i due precedenti.
Probabilistici
Comparativi
Misura dell’accettabilità dei risultati derivanti da un progetto.
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Design Parameters
Design Parameters & Engineering Methods
Prescritti Stimati
Parametri necessari per effettuare i calcoli ed i dimensionamenti
degli impianti
Da specifiche esigenze di progetto di carattere strutturale e funzionale dell’edificio e dalla sua collocazione sul territorio:•Caratteristiche edificio•Occupanti•Ambiente•Ecc.
Derivanti da stime del professionista che si occupa dell’analisi:•Carico d’incendio•Scenari d’incendio•Caratteristiche Persone
Engineering Methods
Metodi Quantitativi
• Calcoli manuali
•Analisi Deterministica Computer-Based
•Analisi Probabilistica
•Metodi sperimentali
Calcoli semplici possono essere effettuati per problemi deterministici non complessi (Energia sviluppata da un combustibile, n° di persone uscenti da vie d’esodo libere ecc.).
Per problemi complessi analisi più dettagliate sono indispensabili (quantità e movimento dei prodotti di combustione, evacuazione casuale, ecc.).
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
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Progettazione Deterministica vs. Probabilistica
Fire Scenario
Limiti:
•Modello utilizzato basato su sperimentazioni su piccola scala.
•Analisi e studio della letteratura per valutare il campo di validità del modello.
Analisi di sensitività
Necessaria per valutare la correttezza e delicatezza dei risultati.
•Sviluppo e propagazione dell’incendio
•Movimento dei prodotti di combustione
•Human Behaviour
•Building Response to fire
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
Deterministici
ProbabilisticiLimiti:
•Disponibilità sui dati a disposizione.
•Approfondimento delle circostanze alla base dei dati ottenuti.
Alberi di Guasto
& Alberi degli Eventi
Rischio
R = (Prob.% Magnitudo)
Sicurezza
S = R-1
Dati storici su incendi e
indagini sul campo
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Fire Safety Simulation
Sviluppo e propagazione
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
Simulazione
FASTFDS
Smokeviewetc.
Human Behaviour
Building Response to fire
AutomodExodus
Evac-net…
Impianti Meccanici
Analisi FEM…
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Sviluppo e Propagazione
Sviluppo e propagazione
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
Modelli a Zone: dividono il volume dell’edificio in zone (normalmente stanze) ed eseguono un bilancio di energia e massa.
Grossolani ma efficaci.
Modelli CFD: dividono il volume dell’edificio in volumetti di controllo ed eseguono per ciascuno di essi bilanci di energia termica e calcoli fluidodinamici.
Molto precisi ed efficienti ma necesitano di grande potenza di calcolo.
Analisi del rilascio termico (Heat Release Rate – HRR)
Analisi produzione di fuliggine (“soot”) e prodotti di combustione
(acidi, ecc.)
Analisi dei tempi di intervento degli impianti di
rilevazione/spegnimento
Reazione al fuoco dei materiali Response Time Index (R.T.I.) rilevatori, sprinkler, ecc.
Natura dei materiali (legno, plastiche, ecc.)
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Modello di Airbus-38040.000 celle
130sec simulazione =
35min elaborazione
Sviluppo e Propagazione
Pyrosim 2006: costruzione del modelloFDS2006: simulazione
Smokeview 4.0: analisi risultati
Modello AutoCad Modello FDS
Modello SmokeView
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Human Behaviour
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Evacuazione
Si cerca di gestire e prevedere lo sfollamento delle persone entro spazi confinati.
Id piano fila posto eta sesso vel_in vel_out t_reaz
1 0 1 1 55 m 0,35 0,65 7
2 0 1 4 55 f 0,35 0,60 8
3 0 1 3 52 m 0,35 0,65 7
4 0 1 2 25 f 0,45 0,90 5
… … … … … … … … …
… … … … … … … … …
CaratterizzazioneDelle Persone
Modello AUTOMOD
Normative di riferimento
Geometria e caratteristiche
strutturali dell’ambiente
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Building Response to Fire
Ing. Mauro Gamberi – 13/09/2007
Struttura & Impianti
Meccanici
Caratterizzazione dell’impianto:
1. Materiale
2. Fluido circolante
3. Organi di regolazione e controllo
Modello Simulink
E’ possibile costruire un modello di simulazione dinamica di un impianto
(Sprinkler) ed investigare sul suo comportamento in
situazioni stazionarie o non stazionarie.
Simulazione
“Steady-State” e “Quasi Steady-State”
Simulazione Struttura Ingegneria Civile
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Quanto Costa?
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Tempo
Personale Risorse
Necessità di tempo per l’inquadramento del problema, elaborazione dati ed analisi
dei risultati
Personale estremamente specializzato, qualificato e con esperienza
Strumentazioni e software specifici ed eventualmente sperimentazioni