Usporedba sustava odimljavanja podzemnih garaža

USPOREDBA SUSTAVA
ODIMLJAVANJA PODZEMNIH
GARAŽA
Željko Špiljar dipl.inž.stroj.

Tehnička podrška
- investitor
- projektant
- izvođač
Odabir sustava
- prirodno odimljavanje
UVOD
Željko Špijar - Usporedba sustava
odimljavanja podzemnih garaža
- prirodno odimljavanje
- prisilno (mehaničko) odimljavanje
Troškovi
- oprema
- izvođenje
- održavanje

Sustavi odimljavanja podzemnih garaža
- koriste se za odvođenje dimnih plinova i
topline nastalih požarom
Razlikujemo sustave za odimljavanje:
1. Prirodno odimljavanje1. Prirodno odimljavanje
gradijent tlaka potreban za odimljavanje
ostvaren je uzgonom uslijed razlike u gustoći
vrućih dimnih plinova i hladnijeg okolnog zraka
2. Prisilno (mehaničko) odimljavanje
gradijent tlaka potreban za odimljavanje ostvaren je
uporabom ventilatora
Valence, Francuska

Prisilno (mehaničko) odimljavanje
1. vatrootpornim ventilacijskim kanalima
2. mlaznim potisnim ventilatorima (“Jet Thrust Fans”)
3. samo odsisnim ventilatorima

Smanjenje materijalne štete i ljudskih žrtava
- brzo otkrivanje požara
- alarmiranje korisnika
- označavanje i položaj evakuacijskih puteva
Stratifikacija dima
Stratifikacija dima

Sustav odimljavanja podzemne garaže vatrootpornim ventilacijskim kanalima
- ventilacijski kanali od vatrootpornog materijala
- ventilacijski kanali obloženi vatrootpornim materijalom
- najčešće korišten sustav do pojave sustava mlaznim
potisnim ventilatorima
- ventilacijski kanali raspoređeni su po prostoru garaže
- ventilacijski kanali raspoređeni su po prostoru garaže
- izbacivanje dimnih plinova iz garaže pomoću
ventilatora
- dimni plinovi se odsisavaju pomoću rešetki ugrađenih
direktno na kanal
- u gornjoj zoni odsisavanje plinova lakših od zraka
- u donjoj zoni odsisavanje plinova težih od zraka
- ubacivanje svježeg zraka preko ulazno-izlaznih rampi
te okana za dobavu svježeg zraka

Prednosti sustava vatrootpornim ventilacijskim kanalima
- primjenjiv za sve oblike arhitektonskih izvedbi podzemnih garaža
Nedostaci sustava vatrootpornim ventilacijskim kanalima
Nedostaci sustava vatrootpornim ventilacijskim kanalima
- ventilacijski kanali velikih dimenzija
- prilagodba ostalim instalacijama

Sustav odimljavanja podzemne garaže mlaznim potisnim ventilatorima
- ovaj sustav koristi potisnu silu koju ostvaraju mlazni
potisni ventilatori smješteni na stropu podzemne garaže
- dimni plinovi razvijeni požarom usmjeravaju prema
mjestima ugradnje glavnih odsisnih ventilatora koji
izbacuju dimne plinove izvan podzemne garaže
- vrlo rijetko koriste se ventilatori za dobavu svježeg
zraka koji ubacuju zrak u podzemnu garažu
Određivanje potrebnog broja i položaja mlaznih potisnih ventilatora:
- iskustveno
- ovisi o : - površini podzemne garaže
- arhitekturi podzemne garaže
- pregradni zidovi
- položaj stubišta
- dodatni prostori unutar podzemne garaže
- položaj okana za dobavu i odsis dimnih plinova

Prednosti sustava mlaznim potisnim ventilatorima
- zauzimaju malo prostora
- ne narušavaju svjetlu visinu garaže
- ne ometaju vozne puteve
- olakšana uskladba s ostalim instalacijama u garaži
Nedostaci sustava mlaznim potisnim ventilatorima
- nije primjenjiv za sve arhitektonske izvedbe garaža
- s pregradama
- sa zidovima
- sa zatvorenim pojedinačnim garažama
- raspored mlaznih potisnih ventilatora potrebno je uskladiti s
pozicijama sprinkler mlaznica kako ne bi došlo do opstrukcije
vodenog mlaza iz mlaznice

Model računalne dinamike fluida
- najsofisticiraniji i najslikovitiji prikaz načina rada i učinkovitosti sustava odimljavanja
je pomoću modela računalne dinamike fluida
(CFD analiza – Computational Fluid Dynamics analysis)
- numerička analiza između ostalog pokazuje:
- učinkovitost sustava
- omogućuje optimizaciju broja mlaznih potisnih ventilatora
- položaj mlaznih potisnih ventilatora u prostoru
- smjer prijenosa momenta količine gibanja
- smanjenje zona nepokretnog zraka („mrtvih zona“)
- kretanje dima
- postignute temperature na konstrukciji građevine

CFD analiza
- skupa
- omogućuje smanjenje troškova ostalih aktivnih i pasivnih sustava zaštite od požara
- optimizaciju sustava ventilacije
- zasniva se na algoritmima aproksimacije rješenja Reynolds-Averaged Navier-Stokes
jednadžbi (RANSE) na diskretnim kontrolnim volumenima
- parcijalnim nelinearnim diferencijalnim jednadžbama kojima se opisuje strujanje fluida
- diskretizacijom domene i određenim pretpostavkama u vezi sa strujanjem
diferencijalne jednadžbe se prevode u skup rješivih algebarskih jednadžbi

- matematički model domene strujanja sastavljen je od
diskretnih volumena definiranih sa četiri plohe, šest
ili više ploha
- volumen garaže dijeli se na određen broj diskretnih
volumena
- broj diskretnih volumena ovisi i veličini (volumenu) garaže i
memoriji računala
- što je veći broj diskretnih volumena veća je točnost analize
- što je veći broj diskretnih volumena veća je točnost analize
ali vrijeme trajanje analize se produljuje
- oko ventilatora kod sustava odimljavanja mlaznim potisnim
ventilatorima ili oko odsisnih rešetki kod sustava
odimljavanja vatrootpornim ventilacijskim kanalima te
građevinskih elemenata (greda, zidova, nosača) obično se
postavlja gušća mreža kako bi rezultati bili što kvalitetniji

- određuju se rubni uvjeti, položaj mlaznih potisnih i odsisnih ventilatora ili položaj
odsisnih rešetki, položaj vatrootpornih ventilacijskih kanala, položaj okana za dobavu
svježeg zraka, arhitektonski elementi
- polje strujanja fluida određuje se iterativnim postupkom i proračun je završen kada su
zadovoljeni određeni uvjeti konvergencije
- ovisno o zahtjevima prikazuju se rezultati promatranih vrijednosti:
- područja rasporeda brzina,
- koncentracija ugljičnog monoksida
- kretanje dimnih plinova
- kretanje dimnih plinova
- prikaz rada mlaznih potisnih ventilatora
- temperatura

Usporedba učinkovitosti sustava odimljavanja podzemnih garaža
- na primjeru istovjetne garaže, numeričkom analizom
napravljena je usporedba učinkovitosti odimljavanja
sustava vatrootpornim ventilacijskim kanalima sa
sustavom mlaznim potisnim ventilatorima
- istovjetni početni uvjeti:
- snaga požara
- mjesto na kojem je nastao požar
- aktivacija sprinkler sustava
- trajanje požara

Geometrija i značajke podzemne parkirne garaže
Red.
broj
Naziv Simbol Iznos Jed.
1. Duljina garaže Lgaraže 87,40 m
2. Širina garaže Bgaraže 91,40 m
3. Visina etaže garaže hgaraže 2,90 m
4. Površina etaže garaže Agaraže 8.438,63 m2
5. Volumen etaže garaže V 12.819,60 m3
5. Volumen etaže garaže Vgaraže 12.819,60 m3
Red.broj Naziv
Površina
okna
Jed.
1. Građevinsko okno A 44,149 m2
2. Građevinsko okno B 18,090 m2
3. Građevinsko okno C 73,435 m2

Metodologija
- izrada geometrije modela etaže
- adekvatna prilagodba modela za potrebe
numeričke simulacije te izrada domene
proračuna
- definiranje ulaznih podataka (rubni i početni
uvjeti) potrebnih za pokretanje iterativnog
postupka rješenja osnovnih jednadžbi
postupka rješenja osnovnih jednadžbi
- izvođenje numeričke simulacije rješavanjem
osnovnih jednadžbi odabranih fizikalnih
procesa
- obrada, analiza i potvrda numeričkih rezultata

Osnovne značajke diskretnih kontrolnih volumena
- sustav mlaznim potisnim ventilatorima
- minimalni volumen diskretnih kontrolnih volumena: 4,1451 10-6 m3
- maksimalni volumen diskretnih kontrolnih volumena: 1,6254 10-2 m3
- minimalna površina plohe: 1,8865 10-4 m2
- maksimalna površina plohe: 1,4346 10-1 m2
- sustav vatrootpornim ventilacijskim kanalima
- minimalni volumen diskretnih kontrolnih volumena: 8,6066 10-7 m3
- maksimalni volumen diskretnih kontrolnih volumena: 2,7989 10-2 m3
- minimalna površina plohe: 1,3853 10-4 m2
- maksimalna površina plohe: 1,5304 10-1 m2

Model požara i rasprostiranja dimnih plinova i lokacija požara
LIFT2LIFT1ZAJEDNIČKEPR.
STUBIŠTE1
1
3
9x30
10x16,5
100
150

- proces izgaranja ovisi o
- vrsti tvari zahvaćene požarom
- lokalnim uvjetima pri kojima se odvija
- izgaranje predstavlja kompleksan proces oksidacije goriva
uz oslobađanje značajne količine topline i svjetlosti koji nije
moguće numerički modelirati na domeni dimenzija i složenosti
prikazane etaže podzemne garaže
- požar je opisan metodom izvora topline i mase produkata izgaranja
koju nazivamo volumetrijskim modelom izgaranja
koju nazivamo volumetrijskim modelom izgaranja
- navedenim modelom požar je matematički formuliran vremenski
promjenjivim funkcijama izvora topline i mase dimnih plinova koje
stvaraju ravnomjernu distribuciju navedenih skalara u dijelu prostora
domene proračuna
- odabranim modelom dimni se plinovi modeliraju kao ISO infinitezimalne
površine koncentracija pojedinih produkata izgaranja, koje se, u slučaju
nepotpunog izgaranja goriva,sastoje od CO2 i CO

1. Razvoj požara Q(t) = α t2(W) za 0 < t < tg (s)
2. Izgaranje najvećom snagom Q(t) = Qmax (W) za tg < t < td (s)
3. Gašenje požara Q(t) = Qmax e-β(t-td) (W) za td < t (s)
Q – količina oslobođene topline
Qmax – najveća oslobođena toplinska snaga (potpuno razvijeni požar)
t – vrijeme
tg –vremenski trenutak prestanka razvoja požara
td –vremenski trenutak početka gašenja požara
α –koeficijent razvoja požara
β – koeficijent gašenja požara
β – koeficijent gašenja požara

- stehiometrijskim odnosom izgaranja odabranog goriva, određeni su parametri
produkcije dimnih plinova kao funkcije vremena
- korištena je opća jednadžba izgaranja odabranog ugljikovodika (goriva)
prikazana sljedećim izrazom:
1,11 C6,3H7,1NO2,1+ 7,456 O2 + 28,05 N2->6,3 CO2 + 0,70 CO + 13,94 H2O + 28,05 N2
gdje je gorivo PUR (polyurethane)
- to gorivo je odabrano pretpostavkom kako je veća vjerojatnost da dođe do
zapaljenja unutar kabine vozila (primjerice zbog odbačenog opuška na sjedalu
zapaljenja unutar kabine vozila (primjerice zbog odbačenog opuška na sjedalu
automobila) nego spremnika goriva
- modelirano je nepotpuno izgaranje s pretpostavkom 90% efikasnosti
(pretvorbe C u CO2), kojim je opisan požar s velikom produkcijom
dimnih plinova i ugljičnog monoksida
- entalpija nepotpunog izgaranja iznosi 25,0987 MJ/kg, dok je molekularna
masa mješavine CO2 i CO 42,40 kg/kmol

Opis požarnog scenarija
- ukupno vrijeme analize iznosi 8 minuta
- požarni scenarij definiran je prema sljedećim zahtjevima:
- u trenutku postizanja temperature od 345,15K na unaprijed određenim pozicijama oko mjesta nastanka
požara, započinje njegovo gašenje automatskim sustavom raspršivanja vode (Sprinkler sustav)
- 240 sekundi nakon aktiviranja automatskog sustava gašenja požara (period evakuacije), započinje s
radom mehanički sustav izmjene i transporta zraka
- temperaturni osjetnici postavljeni su na visini 2,7 m iznad poda etaže

- temperatura od 345,15K postignuta je na poziciji Temp-4 u 63 sekundi simulacije
- s obzirom da u tom trenutku započinje s radom automatski sustav gašenja požara raspršivanjem
vode, požar ne postiže definirane parametre u pogledu najvećeg toplinskog intenziteta i trajanja
incidenta
- stoga su usvojeni novi parametri volumetrijskog modela požara kojim su uzeti u obzir efekti
djelovanja automatskog sustava gašenja požara raspršivanjem vode

Tijek izvođenja simulacije
- osnovne postavke proračuna polja temperatura i brzina strujanja:
Prostorna diskretizacija: 3D
Vremenska shema simulacije: nestacionarna
Prijenos tvari: mješavina dvije komponente
Prirodna konvekcija: full buoyancy effects
(strujanje izazvano gradijentom gustoće)
Termička kondukcija: mass weighted mixing law
(funkcija koncentracije komponenata u mješavini)
Vrsta strujanja: viskozno, turbulentno
Vrsta strujanja: viskozno, turbulentno
Model turbulencije: κ-e RNG, Standard Wall Functions
Formulacija gustoće Nestlačivi idealni fluid

- kod strujanja kombiniranih s prijenosom topline, značajke fluida, posebno gustoće,
funkcije su temperature
- gradijent gustoće uzrokovan prijenosom topline izaziva strujanje uslijed razlike uzgona
- formulacija gustoće pomoću modela nestlačivog idealnog plina preporuča se u onim
slučajevima kada je promjena tlaka tijekom proračuna mala te ne utječe na stlačivost
medija
- ovim modelom uzima se u obzir promjena gustoće plina uslijed promjene temperature
- termalna kondukcija produkta izgaranja, definirana mješavinom dvaju plinova
definirana je u ovisnosti o koncentraciji pojedinih komponenta
- iznosi skalarnih varijabli (temperatura, tlakova, brzina strujanja, prijenosa tvari, itd.) u
svakom vremenskom koraku, trajanja 0,25 sekundi, određeni su iterativnim postupkom
- tijekom navedenog vremenskog koraka izvedeno je 10 iteracija
- kriteriji konvergencije bili su reziduali skalarnih varijabli proračuna, te razlika masenog
- kriteriji konvergencije bili su reziduali skalarnih varijabli proračuna, te razlika masenog
protoka na ulaznim i izlaznim plohama iz domene proračuna.
- pod rezidualima podrazumijevamo razliku varijabli proračuna u dvjema uzastopnim
iteracijama
- promatrani su reziduali mase, komponenata brzina, te produkcije i disipacije
turbulentnekinetičke energije
- kao kriterij konvergencije reziduala navedenih skalarnih varijabli proračuna usvojena
je preporuka o njihovu smanjenju tijekom proračuna za tri reda veličine (10-3)
- pored reziduala skalarnih varijabli promatrana je i razlika masenog protoka između
ulaznih i izlaznih ploha iz domene proračuna nakon završetka izgaranja požara
- kao kriterij konvergencije razlike masenog protoka usvojena je vrijednost od 0,2%
ukupnog masenog protoka

- s obzirom na usvojeni požarni scenarij, tijek izvođenja numeričke simulacije oslobađanja topline izgaranjem
goriva i propagacije nastalih dimnih plinova moguće je podjeliti na tri vremenski različite faze:
- period razvoja požara bez djelovanja automatskog sustava gašenja raspršivanjem vode
(od 0 do 63 sekunde simulacije)
- gašenje požara uslijed djelovanja automatskog sustava gašenja raspršivanjem vode
(od 64 do 303 sekunde proračuna)
- period djelovanja mehaničkog sustava izmjene i transporta zraka pokrenutog sa svrhom
odimljavanja prostora etaže (od 304 do 480 sekunde simulacije)
- prva faza simulacije karakteristična je po intenzivnom oslobađanju topline tedisperziji dimnih plinova uslijed
mehanizma prirodne konvekcije
- u drugoj fazi simulacije nastavljena je produkcija i progagacija dimnih plinova mehanizmom prirodne konvekcije, no
nešto slabijim intenzitetom u skladu s postavkama volumetrijskog modela izvora topline i mase
nešto slabijim intenzitetom u skladu s postavkama volumetrijskog modela izvora topline i mase
- u trećoj fazi simulacije dolazi do povećanja brzine strujanja zraka unutar domene proračuna uslijed početka djelovanja
mehaničkog sustava izmjene i transporta zraka. Transportni ventilatori od početka djelovanja pa do kraja simulacije rade
najvećom snagom. U ovoj fazi proračuna dolazi do intenzivne evakuacije dimnih plinova iz domene proračuna.

Značajke ventilacijskog sustava etaže podzemne parkirne garaže

Rezultati numeričke simulacije
- analiza propagacije i ekstrakcije dima
s lijeve strane prikazan je sustav odimljavanja vatrootpornim ventilacijskim kanalima
a s desne strane sustav mlaznim potisnim ventilatorima
t= 20 s
t = 60 s (aktiviranje spinkler instalacije, 63. sekunda)

t= 120 s
t= 180 s
t= 240 s

t= 300 s
t = 310 s (početak odimljavanja – 304. sekunda)

t= 320 s
t = 330 s
t = 340 s

t = 350 s
t = 360 s
t = 370 s

t = 380 s
t = 390 s
t = 400 s

t = 410 s
t = 420 s
t = 430 s

t = 440 s
t = 450 s
t = 460 s

t = 470 s
t = 480 s
- propagacija dima identična u oba slučaja su a sve postavke istovjetne u oba slučaja, osim
kontrolnih volumena

Područja nepokretnog zraka
z=0,5 m
z=1,0 m

z=1,5 m
z=2,0 m
z=2,5 m

Procjena investicije pojedinih sustava
- bez obzira da li je neki sustav učinkovitiji, vrlo važnu ulogu
ima sagledavanje investicijskih troškova
- obratiti pozornost:
- kako odabir pojedinog sustava utječe na povećanje
ili smanjenje troškova ostalih instalacija koje su usko
povezane sa sustavom za odimljavanje, kao što su na
povezane sa sustavom za odimljavanje, kao što su na
primjer elektro instalacije
- na troškove montaže i održavanja svakog sustava kroz
duže vremensko razdoblje
- na ograničenja svakog pojedinog sustava

Utjecaj odabira tipa ventilatora na cijenu investicije
- razlika u cijeni odsisnih ventilatora ovisi između ostalog o:
- razini buke
- promjeru
- dužini kućišta (kratko ili dugačko)

Utjecaj klase vatrootpornosti ventilatora na cijenu investicije

Osvrt na investicijske troškove vatrootpornih ventilacijskih kanala

Ostali investicijski troškovi
- troškovi - električne energije
- montaže
- uporabe sustava
- održavanja sustava

Osvrt na izradu numeričke analize za odimljavanje podzemnih garaža

ZAKLJUČAK
- postavljanjem oba sustava u istovjetnu podzemnu garažu, razvojem požara
istovjetnih karakteristika (snage požara, smještaja požara, trajanja požara, itd) prikazana je
učinkovitost svakog pojedinog sustava korištenjem računalne numeričke analize
- numeričke analize oba sustava prikazale su istovjetan razvoj požara te je to potvrda kako su
postavke numeričke analize kao i rubni uvjeti pretpostavljeni pravilno za oba sustava
- rezultati numeričke analize su pokazali da će sustav mlaznim potisnim ventilatorima brže
izbaciti dimne plinove razvijene požarom od sustava vatootpornim ventilacijskim kanalima
- posebice je ta brzina odimljavanja izraženija u ranijoj fazi odimljavanja
- posebice je ta brzina odimljavanja izraženija u ranijoj fazi odimljavanja
- sustav vatrootpornim ventilacijskim kanalima će uspješno izbaciti dim otprilike 90 sekundi
nakon sustava mlaznim potisnim ventilatorima, no vrijeme trajanja odimljavanja je u oba
slučaju manja od 10 minuta od početka razvoja požara
- površine nepokretnijeg zraka po volumenu podzemne garaže je nepovoljnija na manjim
visinama kod sustava vatrootpornim ventilacijskim kanalima, što je i očekivano budući da su
rešetke za odsis smještene pod stropom

Usporedba sustava odimljavanja podzemnih garaža

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Usporedba sustava odimljavanja podzemnih garaža