Onderzoek naar branden in parkeergarages

Transcriptie

1 FACULTY OF ENGINEERING Onderzoek naar branden in parkeergarages Xavier Deckers 1,2, Siri Haga 1 and Bart Merci 1 1 Universiteit Gent, Vakgroep stroming, warmte en verbranding 2 Fire Engineered Solutions BVBA Vierde Nationale Congres Fire Safety Engineering NIFV Arnhem 28/06/2011

2 Overzicht Onderdeel van multidisciplinair project: Fire and explosion safety in underground car parks Focus presentatie: CFD-analyse brandproeven Simulaties voor experimenten Simulaties na experimenten Verder onderzoek (toekomst) Relatie FSE en optreden hulpdiensten Conclusies

3 Fire and explosion safety in underground car parks Gesponsord door IWT Vlaanderen Partners: Coordinator: Prof. Bart Merci

4 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusies Mechanische afzuiging Parkeergaraage model (FDS 5.4): L x B x H = 30 m x 30 m x 2.4 m; HRR = 4 MW, 70% convectief; rooster: 0.2 m A F Randvoorwaarden Extractiedebiet: m 3 /h Natuurlijke luchttoevoer: 1 open zijde Adiabatische wanden Fysieke sub-modellen Verbrandingsmodel: mengfractie Turbulentiemodel: Large Eddy Simulation Geen straling model

5 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Invloed van: RWA-systeem: Extractieventilatoren: extractiedebiet + positie Stuwkrachtventilatoren: # + hoeken + stuwkracht Configuratie van de parkeergarage: Balken (// of T) Omgeving Input keuzes in CFD-model (FDS 5.4) Mesh size Stretched meshing/parallelle berekening Turbulentie

6 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Positie van extractieventilatoren Case study: - 30m x 30m x2.4m - HRR= 4 MW - Q= m 3 /h - Geen balken a) Rookpatronen (bovenaanzicht) b) Snelheidsvelden (Z= 2.4m)

7 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Effect van balken extractiedebiet= m 3 /h a) Geen balken b) transversale + longitudinale c) Transversale balken d) Balken in langsrichting

8 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Q_extr Effect van balken HRR= 4MW (30% rad) m 2.4 m + beams_20cm 2.4 m +beams_40cm 2.4 m +beams_60cm 2.4 m +long_40cm 2.4 m +transv_40cm Back-layering afstand [m]

9 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie v_in [m/s] Effect van balken 1,8 HRR= 4MW (30% rad) 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 2.4 m 2.4 m + beams_20cm 2.4 m +beams_40cm 2.4 m +beams_60cm 2.4 m +transv_40cm 2.4 m +long_40cm 2.6m +beams_20cm 1, Back-layering afstand [m]

10 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Mesh verfijning uniform rooster 0.2 m Simulaties input keuzes voor experimentens: - inbegrepen omgeving uniform rooster 0.1 m - mesh size 0.2m x 0.2 m x 0.15 m (+plaatselijke verfijning) - radiatieve fractie: % - met baroclinic generatie van vorticiteit

11 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Overzicht Simulaties voor experimenten Simulaties na experimenten Experimentele onzekerheid Vergelijking met formule Jet fans Hoogte brander Configuraties Verder onderzoek (toekomst) Relatie FSE en optreden hulpdiensten Conclusies

12 Overzicht uitgevoerde experimenten (> 100) 12

13 Parkeergarage 30 x 28.6 x 2.7 m Overzicht van de uitgevoerde experimenten 28.6 m Extractiedebiet Capaciteit: 4 x m3/h Range: m3/h HRR Brander 1.5 x 3 m Range: MW 30 m Stuwkrachtventilatoren platte -type: 50 N (2 x)

14 Temperatuur - metingen -Onder plafond -2 TC trees -Totaal: 105 TC EXTRACTION 5 m 2 m 14

15 Verschillende configuraties: volledig open 4/5 th gesloten XXXXO OXXXO XXOXX OOOOO + beam 15

16 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Onzekerheden: HRR 815 Test 9 Config.OOOOO Y (m) Exp. 1A+B1 Exp. 2A+B2 Exp. 3A+B3 FDS Rad.30% 1A+B1 FDS Rad.30% 2A+B2 FDS Rad.30% 3A+B3 FDS Rad.10% 1A+B1 FDS Rad.10% 2A+B2 FDS Rad.10% 3A+B3 FDS Rad.50% 1A+B1 FDS Rad.50% 2A+B2 FDS Rad.50% 3A+B3

17 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Vergelijking met experiment Algemene trend voor uni-directionele stroming: goede overeenkomst [Tilley et al.] vcr,in = f(qc ;AF;W;dH) vout = f(vin; W;H;Qc) BL=f(vcr,in;v)

18 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Enkel dubbel extractiedebiet 4MW OOOOO EXP 1 OOOOO EXP 2 OOOOO EXP 3 OOOOO EXP 4 OOOOO EXP 5 OOOOO double 1 OOOOO double 2 OOOOO double 3 OOOOO double 4 OOOOO double Y (m)

19 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Onzekerheden 140,00 OOOOO_centerline_500kW 120,00 100,00 80,00 60,00 Average 4x50000 Average 4x40000 Average 4x35000 Average 4x ,00 20, Y (m)

20 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Onzekerheden 180,00 OXXXO_centerline_500kW 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 Average 4x50000 Average 4x40000 Average 4x35000 Average 4x ,00 20, Y (m)

21 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Stuwkrachtventilatoren Jet fans are used to accelerate the bulk air below the hot sub-ceiling smoke layer to a sufficient velocity to prevent the advance of the leading edge of the smoke layer. (Morgan et al., 2004) Hoe modeleren? Technische specificaties beschrijven: Snelheid [m/s] Debiet [m3/s] Stuwkracht [N] Van cruciaal belang zijn: Horizontale hoek (coniciteit) Neerwaarste hoek = gok wagen?

22 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Stuwkrachtventilatoren VOOR OOOOO: 4 MW and m3/h (C1_T8) NA EXPERIMENTEN Gemodelleerd voor experimenten: 7 beneden and 10 zijwaarts als een longitudinale balk Gemodelleerd na de experimenten: coniciteit zoals gemeten uit tests Significante verschillen in snelheid en temperatuurvelden Aanbeveling: Fabrikant dient de geïnduceerde snelheid te leveren in een vlak op enige afstand van de stuwkrachtventilatoren outlet.

23 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Configuratie OOOOO Horizontale ventilatie Vcrit = f(qc ;AF;W;dH) XXOXX Gedomineerd door hoge snelheden 2 grote recirculatie zones OXXXO Gedomineerd door kortsluiting van verse lucht 2 grote recirculatie zones XXXXO Gedomineerd door grote recirculatie zone -> recirculatie patroon dominant (typisch voor kleine parkeergarages -> back-layering afstand?

24 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Overzicht Simulaties voor experimenten Simulaties na experimenten Verder onderzoek (toekomst) Relatie FSE en optreden hulpdiensten Conclusies

25 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Interactie sprinkler-rwa - HRR=4 MW - 1 sprinkler / 9 m 2 - Debiet: 5 60 l/min - bv. droge sprinkler systeem - alleen CFD resultaten -> behoefte aan experimenten om te valideren - Hoeveel sprinklers geactiveerd afhankelijk van: - waterdebiet - rookafvoer debiet

26 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Interaction sprinkler-rwa m 3 /h; adiabate wanden l/min 25 Aantal 20 sprinklers geactiveerd Warmte geabsorbeerd (kw) 800 per tijdsenheid l/min l/min Tijd(s) Tijd(s)

27 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Interactie sproeier-shc -Waterdebiet invloedt: - # geactiveerde sproeiers Waterdebiet [l/min] -RWA beinvloedt # geactiveerde sproeiers 5 33 (adiabatisch) (adiabatisch) (adiabatisch) 14 (betonnen muren) (betonnen muren) (betonnen muren) - # geactiveerde sprinklers - positie van geactiveerde sproeiers Geactiveerde20 sprinklers Tijd(s) No extractio n m3/h m3/h Experimenten nodig om beter inzicht te krijgen in vaste blus -systemen in ondergrondse parkeergarages + ontwikkeling van performantie-criteria.

28 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Overzicht Simulaties voor experimenten Simulaties na experimenten Verder onderzoek (toekomst) Relatie FSE en optreden hulpdiensten Conclusies

29 Grootschalige branproeven met wagens Samenwerking met brandweer Gent (in kader van Upsafety) Onderzoeksdoelstellingen: Temperatuursevolutie ifv de tijd (indicatie voor HRR) Effect RWA op brandoverslag Effect brandweerinterventie op temperaturen Gebruik videodata Gebruik warmtebeeldcamera Praktische relevantie: Ontwikkeling SOP hulpdiensten bij brand in parkeergarages

30

31

32

33

34 Voor experimenten Na experimenten Toekomst Conclusie Overzicht Simulaties voor experimenten Simulaties na experimenten Verder onderzoek (toekomst) Relatie FSE en optreden hulpdiensten Conclusies

35 Conclusies CFD resultaten zeer nuttig als tool: Sensitiviteitsstudies om effecten van experimentele onzekerheid vast te leggen In het algemeen: goede overeenkomst met experimenten CFD kan gebruikt worden als numerieke experimenten : goede correlatie met formule van Tilley: Alleen voor uni-directionele stroming Zonder balken (// or T) Belangrijke aspecten in de full-scale CFD simulaties: Keuze van een correct rekenrooster In de 'parallel' berekeningen: mesh grenzen Stuwkrachtventilatoren: gebaseerd op experimentele gegevens (snelheidspatronen stuwkrachtventilator) Efficientie RWA systeem = f(hoofdstroming). Relatieve positie van extractie/luchtinlaat! Vermijd recirculatie gedomineerde stromingspatronen. Het verhogen van Q helpt niet Kleine parkeergarages: behoefte aan nieuwe criterium

36 Conclusions Balken kunnen een groot effect hebben: Longitudinale bevordering van BL Transversale kunnen de rookverspreiding effectief blokkeren RWA ontwerp-berekening mag niet gebaseerd zijn op vrije hoogte onder de balk effect = f (diepte, reservoir) Stuwkrachtventilatoren: lokaal koelend effect mogelijk (aanname verse lucht) kan nuttig zijn om moeilijke zones te spoelen hoofdstroming= f(hoofd RWA systeem) Informatie over de neerwaartse hoek + coniciteit nodig RWA ontwerpen gaan uit van snelle interventie brandweer Als aanname niet geldig: behoefte aan alternatieven Te doen: interactie RWA-sprinklers Grootschalige brandproeven met wagens: zeer nuttig zowel vanuit wetenschappelijk als praktisch standpunt

37 Bedankt voor uw aandacht! Vragen?