Performance-based Fire protection. presentation

Transcriptie

1 Performance-based Fire protection 1 presentation

2 1 Performance based design : Process flow PBD 2 Interactie van brandveiligheidstechnieken aantonen a.d.h.v.: Case studie: Detectie,ventilatie-en watermistsystemen als actieve brandbeveiliging in tunnels 3 Toekomst : Toepassen van nieuwe technieken (RFID) in brandveilgheid 2

3 1 Performance based design : Process flow Fire safety strategy conceptree Event tree risicomodel 3

4 1.1. Ontwerpbasis : Hoe kunnen we brandveiligheid waarborgen? Prescriptive design : Toepassen van de voorgeschreven minimale / maximale eisen voor brandveiligheid van : Property Life safety Performance based design: Toepassen van "engineering pricipes" gebaseerd op : de toepassing van wetenschappelijke research en gebaseerd op doelstellingen, performantie criteria -> met als doelstelling gelijkwaardigheid aan te tonen 4

5 1.1. Ontwerpbasis : Performance-based Start Prescriptive-based Design based on fire safety engineering analysis & fire safety objectives Yes Need for quantification analysis? No Design based on the existing prescriptive building code Evaluate fire growth and development Evaluate smoke spread Evaluate detection & suppression Evaluate occupant response / evacuation Evaluate building member failure Evaluate fire spread Evaluate fire department response Performance criteria to satisfy the design And to ensure equivalency to the prescriptive code No Satisfaction of performance criteria? Yes Result documentation for approval of design End 5

6 1.2. Process flow Performance-based design Input Analysis Output 1. Fire safety assessment A B 2. Define project scope 7. Develop trial designs 11. Select final design 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 8. Evaluate trial designs 12. Prepare design documentation 4.. Develop & agree on performance criteria 9. Selected design meets performance criteria? Yes 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires No 10. Modify design or objectives A B Fire safety engineer AHJ Stakeholders Fire safety engineer Fire safety engineer Contractor Architect,. 6

7 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 1. Fire safety assessment On-site meeting met belanghebbenden (=stakeholders) : On-site meeting met belanghebbenden (=stakeholders) : Eigenaar / ontwikkelaar Eigenaar / ontwikkelaar Architect / ontwerper Controle Architect organisme / ontwerper (AHJ ) brandveiligheid Controle organisme (AHJ ) Constructie (algemeen) Inspectie ter plaatse brandveiligheid om na te gaan : Type constructie Constructie (algemeen) Gebouw layout, leeftijd, aantal verdiepingen Inspectie ter plaatse om na te gaan : Brandlast, identificatie & locatie van (brand)gevaar Type constructie Toestand bestaande brandveiligheidsmaatregelen Tekortkomingen bouwvoorschriften gebouw Gebruiksfunctie gebouw residentiëel,hotel. Kenmerken kantoor, residentiëel,hotel. van de bewoners Tekortkomingen Leeftijd, zelfredzaamheid, bouwvoorschriften slaap, Brandweer Locatie t.o.v. gebouw Bereikbaarheid Kenmerken Capaciteit van de bewoners Gebouw layout, leeftijd, aantal verdiepingen Brandlast, identificatie & locatie van (brand)gevaar Toestand bestaande brandveiligheidsmaatregelen Leeftijd, zelfredzaamheid, slaap, Brandweer Locatie t.o.v. gebouw Bereikbaarheid Capaciteit / mogelijkheden 7

8 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 2. Project scope. wat willen we doen? Project scope = identificatie van de grenzen van de analyse Gebruiksfunctie Doelstelling van het ontwerp Project beperkingen Ontwerp & constructie team organisatie AHJ: Brand Gebouw Verzekeraar Inspectie-instellingen Project planning Wettelijk kader -> toepasbare normen Fysieke afbakening Nieuwe constructie Renovatie van bestaand gebouw i.f.v.: Andere gebruiksfunctie Modernisering Afbakening in de tijd Dag / nacht / W/E Budget parameters 8

9 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 3. Goals wie en wat proberen we te beschermen? Fundamentele goals voor brandveiligheid: Minimaliseren brandwonden + voorkomen van onnodig verlies van mensenlevens Minimaliseren brandschade aan het gebouw + de inhoud + de historische elementen Minimaliseren onnodige verlies van de operaties en business gerelateerde inkomsten als gevolg van brandschade Beperken milieu-effecten van brand en brandbeveiligingssystemen Jljkljkljkljkl 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 9

10 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 3. Goals wie en wat proberen we te beschermen? Fundamentele goals voor brandveiligheid: Minimaliseren brandwonden + voorkomen van onnodig verlies van mensenlevens Minimaliseren brandschade aan het gebouw + de inhoud + de historische elementen Minimaliseren onnodige verlies van de operaties en business gerelateerde inkomsten als gevolg van brandschade Beperken milieu-effecten van brand en brandbeveiligingssystemen 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 3. Stakeholders fire safety objectives... wie en wat proberen we te beschermen? Stakeholders objectieven : Fundamentele goals specifieker toegepast op project : geen verlies van het leven buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan geen significante schade door hitte buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan geen proces meer dan acht uur buiten dienst geen verontreiniging van het grondwater door bluswater (schuim) 10

11 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3. Goals & fire safety objectives... wie en wat proberen we te beschermen? Stakeholders objectieven : Fundamentele goals specifieker toegepast op project : Life safety: geen verlies van het leven buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 3. Ontwerp objectieven handhaven houdbare omstandigheden in vluchtwegen, terwijl bewoners -buiten de kamer of het compartiment waar brand is ontstaan- vluchten naar een veilige plaats 4. Performance criteria =quantificeren van ontwerp objectieven Life safety : Wat zijn houdbare condities? : COHb < 12% CO concentratie < 1000 ppm zichtbaarheid > 7m Temperatuur rooklaag < 200 C Bottom line De gezamelijke werking (efficiëntie) van alle brandveiligheidsmaatregelen dient getoetst te worden (te voldoen) aan deze criteria. 11

12 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 5. Fire safety strategy Hoe (met welke technieken) gaan we voldoen aan deze criteria? Passieve brandbeveiliging: Brandweerstand muren, vloeren,deuren, compartimentering Actieve brandbeveiliging: Sprinklers, Alarmering, RWA 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 12

13 1.2. Process flow Performance-based design Input 5. Fire safety strategy 5. Fire safety strategy Methode voor evenwicht ontwerp : -> NFPA 550 fire safety concept tree Fire Safety Objective(s) Prevent fire Ignition Manage Fire Impact Control Heat Energy source s Control Source Fuel Intersections Control Fuel Manage Fire Manage Exposed Control Combustion Process Suppress Fire Control Fire By Construction Limit Amount Exposed Safeguard Exposed 13

14 1.2. Process flow Performance-based design Input 5. Fire safety strategy 5. Fire safety strategy Methode voor evenwicht ontwerp : NFPA 550 fire safety concept tree 14

15 1.2. Process flow Performance-based design Input Definitie : Locatie en selectie van brandscenarios: Fire safety assessment 2. Define project scope 3.. Brandscenarios een kwalitatieve beschrijving van het verloop van een bepaalde brand met betrekking tot tijd en ruimte Statistieken van brand Lokatie van specifieke gevaren / brandlast Expert judgement Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 15

16 1.2. Process flow Performance-based design 16

17 1.2. Process flow Performance-based design Input 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires Menselijke kenmerken Individuele kenmerken Personaliteit (karakter) Kennis & ervaring Observatie vermogen Beslissings vermogen Mobiliteit Sociale kenmerken Gebondenheid (familie, vrienden, groepen,) Plichtbewustheid Sociale rol / verantwoordelijkheid Situatie kenmerken Bewustzijn Fysische toestand (gewond, zelfredzaam,) Vertrouwd met gebouw (lay-out, evacuatie procedures,) 6. Brandscenarios Factoren : Menselijke kenmerken Gebouw kenmerken Brand kenmerken Gebouw kenmerken Ontwerp kenmerken Lay-out Technische installaties Gebruikte materialen Compartimenten Afmetingen gebouw Functionaliteit (opslag,productie, verblijfsruimte,.) Situatie kenmerken Densiteit populatie (hotel,kantoren, winkelcentra,) Wayfinding / keuze evacuatie route Onderhoud Brand kenmerken Waarneembare kenmerken Visuele kenmerken (vlam, rook,..) Ruikbare kenmerken Hoorbare kenmerken Voelbare / tastbare kenmerken Brandontwikkeling Snelheid voortplanting Warmtevermogen (HRR) Toxiciteit (rook) Warmte Conductie Convectie Straling 17

18 1.2. Process flow Performance-based design Input 1. Fire safety assessment 2. Define project scope 6. Ontwerpbrand Definitie : een ontwerp brand is in principe een kwantitatieve beschrijving van veronderstelde kenmerken van brand,zoals warmte die vrijkomt, opbrengst van de producten van de verbranding en de temperatuur, op basis van een brandscenario. 3.. Define & agree on goals & fire safety objectives 4.. Develop & agree on performance criteria 5. Fire safety strategy 6. Develop & agree on design fire scenarios / & design fires A 18

19 1.2. Process flow Performance-based design Analysis 9. Selected design meets performance criteria? No A 7. Develop trial designs 8. Evaluate trial designs 10. Modify design or objectives Yes 7. Trial designs Selectie van mogelijke ontwerpen is gebaseerd op : Doelstellingen / objectieven Performantie criteria Brandscenario ontwerpbrand Productie van rook Straling CO. Andere criteria : Esthetiek Bereikbaarheid Tijdens de installatie Voor inspectie / onderhoud / testen Flexibiliteit / functionaliteit Kostprijs B 19

20 1.2. Process flow Performance-based design Analysis 7. Trial designs voorbeeld : detectie A 7. Develop trial designs 8. Evaluate trial designs 9. Selected design meets performance criteria? Yes No 10. Modify design or objectives B Bron : Siemens 20

21 1.2. Process flow Performance-based design Analysis A 7. Develop trial designs 8. Evaluate trial designs 8. Evalueren van mogelijke ontwerpen Evaluatie van type rookdetectie installatie in atrium: 1 = Productie van rookpartikels 2 = Transport van rook naar detector 3 = reactie van detector op rookpartikels Type detectie : Warmte, rook Punt detectie, lijndetectie, aspiratie, 9. Selected design meets performance criteria? Yes No 10. Modify design or objectives B 21

22 1.2. Process flow Performance-based design Analysis A 7. Develop trial designs 8. Evalueren van mogelijke ontwerpen Tools voor evaluatie: Manuele berekeningen : rookproductie, straling, activatietijd sprinkler/detector,.. Zone models Field models (CFD) 8. Evaluate trial designs 9. Selected design meets performance criteria? Yes No 10. Modify design or objectives B 22

23 1.2. Process flow Performance-based design Output B 11. Select final design 12. Prepare design documentation Documentatie ontwerp Inhoud van documentatie: Doelstellingen Performantie criteria + oorsprong Beschrijving brandscenario s Onderbouwing ontwerpbrand CFD analyse Sensitiviteit analyse Aannames Ontwerpspecificaties / tekeningen / berekeningen Cause effect matrix : activatie diverse systemen Test / inspectie / onderhoud specificaties 23

24 2 Interactie van brandveiligheidstechnieken aantonen a.d.h.v.: Case studie: Detectie,ventilatie-en watermistsystemen als actieve brandbeveiliging in tunnels 24

25 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Doelstelling : Onderzoek naar de optimale bedrijfscondities van actieve brandveiligheidssytemen voor een wegtunnel Met nadruk op: => Interactie van de diverse technieken => Optimale werking van de technieken als één geheel Dus niet : => Optimale werking van de technieken afzonderlijk Case : Runehamar tunnel - geometrie + brandkromme afkomstig van meetresultaten => theoretische berekeningen toetsen aan meetresultaten van reële brandtesten 25

26 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken 26

27 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Brandscenarios 27

28 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Prestatie-eisen (performance criteria) van diverse technieken: Plaatsnauwkeurigheid : 5 m Detectiesnelheid : 20 sec - 3MW Ongevoelig voor klimatologische omstandigheden Normale situatie : - Beheersen emissieconcentratie Situatie brand : - Tunnel stroomopwaarts rookvrij houden - Evacuatie / brandbestrijding brandweer => Geen backlayering toegestaan - Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 C (= stralingsflux van 2,5 kw/m") Voorkomen brandvoortplanting: - Temp. Rookgassen op 5 m van brandhaard < 250 C Evacuatie / brandbestrijding : - temperatuur op 20 m van brandhaard < 50 C => worplengte brandslang - Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 C (= stralingsflux van 2,5 kw/m") 28

29 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Vaststelling: => groeifase reële branden - onafhankelijk van type brandstof - vertonen gelijkaardig karakter : Aanvangsfase ( delay time ) Lineaire groeifase 29

30 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Vw 1 : Nodige ventilatiesnelheid om backlayering te voorkomen: Backlayering: 30

31 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Vw 2 : Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 C - Maximale temperatuur rookgassen bij HRR 223 MW 1600 C => 185 C 31

32 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Vw 2 :Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 C Benodigd luchtdebiet: => Onrealistisch Max. HRR bij kritische ventilatiesnelheid : 23,62 MW < 223 MW => Ventilatiesysteem kan brand niet controleren 32

33 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Situatie brand : Besluit ventilatiesysteem: - Geen backlayering toegestaan : ucr.= 3,05 m/s -> Vw 1: voldaan Opmerking : Ucr. => snelste groei + kortste delay time - Temperatuur rookgassen stroomafwaarts < 185 C -> Vw 2: niet voldaan Watermistsysteem moet bijspringen om HRR te bedwingen Scenario s: 33

34 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Opbouw watermistsysteem: Zone-strategie: Lengte zone = +/- 30 m Fluxdensiteit = 1 l/min/m" 34

35 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Invloed ventilatiesnelheid: Zonelengte (Ucr. = 3,05 m/s) 35

36 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Invloed ventilatiesnelheid: Zonelengte (U vent = 1 m/s 6m/s) Besluit : - Zonelengte : - f(tunnelgeometrie) -> Hoogte belangrijke parameter f(impuls) -> type nozzle + #P (over nozzle) - 36

37 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Maximaal opgenomen vermogen: Fluxdensiteit = 1 l/min/m# Lengte zone = 30 m Dwarsoppervlakte = 36,5 m" Watermistdebiet : Energie / druppel : : : : : Totaal opgenomen vermogen: Besluit : Warmteopname Ventilatiesysteem (Ucr =3,05m/s): 23,62 MW Ventilatie + watermist Watermistsysteem : 11 MW +/- 35 MW < 223 MW Ventilatie + watermist : volontwikkelde brand van 223 MW niet controleerbaar Oplossing : vroegtijdig detectie -> brand ( potentiëel vermogen 223W) niet tot ontwikkeling kan komen 37

38 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Maximaal opneembaar vermogen bepalend voor detectietijd: 38

39 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Benodigde < maximale detectietijd: 39

40 2 Interactie actieve brandveiligheidstechnieken Algemeen besluit: Samenwerking technieken Het bereiken van een naadloze interactie van deze systemen, met verschillende operationele prioriteiten en tevens geleverd door verschillende producenten, is een van de grootste uitdaging binnen brandveiligheid in tunnels. 40

41 3 Toekomst : Toepassen van nieuwe technieken (RFID) in brandveilgheid Case : Interventie management bij brand in tunnels 41

42 3. Future tunnel safety 42

43 3. Future tunnel safety 43

44 Thanks for your attention 44