"validazione" di un sistema sprinkler mediante software FDS

Metodi computazionali di studio degli incendi possono essere adoperati per validare il funzionamento di sistemi di spegnimento automatici e di controllo dei fumi.

Ciò diventa una priorità in fase di progettazione antincendio, quando il professionista antincendio si trova a valutare soluzioni tecniche differenti da quelle “conformi” proposte dal D.M. 03.08.2015; o in istanze di “deroga”, in fase di valutazione del rischio aggiuntivo, per dimostrare l’efficacia della soluzione compensativa proposta.

Tuttavia, analisi computazionali possono essere adottate facoltativamente dalle imprese installatrici di impianti antincendio, a supporto della progettazione esecutiva e per validare il corretto funzionamento dell’impianto in caso di incendio. In pratica è possibile verificare, ancor prima di realizzarlo, il comportamento dell’impianto antincendio, realizzando una simulazione computerizzata dell’incendio.

Di seguito è riportato un esempio di simulazione di funzionamento di un impianto sprinkler installato a protezione di un compartimento adibito a stoccaggio di materiali cartacei. Si è fatto utilizzo del software FDS, sviluppato dal Building and Fire Research Laboratory del NIST e di Smokeview, che consente di “post-processare” i risultati ottenuti con FDS.

Si sono quindi ricostruite le caratteristiche salienti dell'impianto sprinkler, ovvero:

·         le condizioni geometriche del compartimento (sup. di circa 140 mq ed altezza di 3 m)

·         le condizioni di stoccaggio del materiale combustibile (file di carta su scaffali a correnti), aventi le seguenti caratteristiche:

o   stoccaggio complessivo di 9600 kg di carta (circa 200 kg/mq per area unitaria di scaffale)

o   modalità di stoccaggio: deposito della carta su scaffali alti 2 metri, con ripiani grigliati - configurazione di deposito secondo UNI EN 12845: ST5;

o   categoria di deposito secondo UNI EN 12845: III (fogli depositati verticalmente)

o   classe di pericolo secondo UNI EN 12845: HHS

o   HRR di 500 KW/mq per area unitaria di scaffale

o   Tasso di crescita della curva HRR:  FAST

o   carico di incendio specifico nominale nel compartimento: 1.024 MJ/mq

Gli sprinkler, 15 in totale e installati sul soffitto, sono previsti  di tipo pendent con K=115 e RTI > 80. La pressione operativa di erogazione in ciascun sprinkler è stata fissata pari a 0,2 MPa (portata di erogazione di almeno 162 l/min per sprinkler). La temperatura di attivazione degli sprinkler è fissata a 68°C.

Si sono inoltre ipotizzate completamente aperte le due finestre del compartimento che si affacciano verso spazio scoperto (indice di aerazione del compartimento pari a 1/22 la superficie in pianta).

Lo scenario di incendio adottato è quello di innesco nella fila intermedia centrale (quella di color rosso). E’ stato inoltre ipotizzato che l’accensione delle altre scaffalature contenenti carta possa avvenire solo in seguito al raggiungimento, sulla superficie della carta, di una temperatura di innesco di 190 °C. Al raggiungimento di tale temperatura, dovuta agli effetti dell’irraggiamento, si innescano anche le file di carta adiacenti a quella in cui avviene l’originaria accensione.

  

 

 

La simulazione è effettuata per una durata di 1.200 s (20 minuti), tempo in cui è stimato l'arrivo delle squadre di soccorso dei VVF. Di seguito sono illustrate alcune immagini (frame) dell’incendio nel compartimento, ottenute attraverso smokeview.

 

Frame 8 – time 9,8 s

 

 

Frame 93 – time 111 s

  

  Frame 143 – time 171,6 s

 

Frame 189 – time 226,6 s

 

Frame 200 – time 240 s

 

Frame 245 – time 294 s

 

Frame 1000 – time 1200 s

 

E' anche possibile, con smokeview, attivare la visualizzazione dei singoli frame con le particelle d'acqua erogate dagli sprinkler, dai primo momenti di attivazione fino al termine della simulazione. Di seguito è riportato un frame nei primi istanti di attivazione degli sprinkler (n. 4 erogatori attivati):

 

 

L’analisi con FDS permette di verificare quanto segue.

1.       La dinamica dell’incendio. Con il software smokeview è possibile costruire il “film” dell’incendio nel periodo di simulazione impostato. Graficamente è possibile quindi comprendere la propagazione dell’incendio tra i materiali combustibili del compartimento, i moti del fumo, etc.

2.       Tempo di attivazione di ciascun sprinkler. E’ possibile determinare l’istante di attivazione di ciascun sprinkler in funzione dello scenario di incendio impostato, analizzando i grafici tempo-temperatura restituiti dal software:

Nel caso trattato è stato possibile osservare che ben 14 dei 15 sprinkler previsti si attivano tra il 90° e il 240° s dall’istante di inizio dell’incendio. Eccetto uno sprinkler (il n. 4) che pur  raggiungendo una temperatura massima di 65, 4 °C, rimane però sotto la temperatura di attivazione, per via della sua posizione “periferica” rispetto al punto di origine dell’incendio.

 

3.       La curva HRR dell’incendio, considerando l’intervento del sistema sprinkler. FDS consente di individuare la curva di crescita della potenza termica HRR. In tal caso, come mostrato nella figura che segue, dopo l’attivazione del sistema sprinkler, la curva HRR mantiene un andamento costante, segno che lo sprinkler esercita un’azione di controllo dell’incendio (non di spegnimento), in attesa che la squadra dei soccorsi, aziendale e dei VVF possa poi spegnere l’incendio nel compartimento.

 

4.   La temperatura in vari punti del compartimento, a filo soffitto. Tramite termocoppie pre-impostate, è possibile prevedere la temperatura nei punti del soffitto, dove sono collocati eventuali elementi strutturali portanti e di compartimentazione. Ciò consente di calcolare le curve di incendio naturali ed eventualmente di effettuare, se necessario (in caso di strutture non resistenti all’incendio standard) verifiche analitiche (termo-meccaniche) con l’utilizzo di  appropriati codici avanzati di calcolo (SAFIR, etc.).

Di seguito si riporta il grafico della temperatura di una delle 4 termocoppie (intradosso soffitto) che ha rilevato un andamento temperatura-tempo più gravoso:

 

 

 Ing. Andrea Giordano

 

 

 

 

 

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