Inhoudsopgave. Termen en definities 4. Introductie Hot Smoke Test 5. Theoretische beschouwing 6-7. Ceiling Jet 8. Opstelling Hot Smoke Test 9

Transcriptie

1 HOT SMOKE TEST

2

3 Inhoudsopgave Onderwerp: Pagina: Termen en definities 4 Introductie Hot Smoke Test 5 Theoretische beschouwing 6-7 Ceiling Jet 8 Opstelling Hot Smoke Test 9 Temperatuurmetingen 10 Testvalidatie 11 Ventilatiesysteem en brandmeldinstallatie 12 Veiligheidsvoorzieningen 13 Bevindingen en vermogenopties 14 Productwijzigingen voorbehouden 3

4 Termen en definities Convectie: Lucht die wordt verwarmd en warmer wordt dan de lucht in de omgeving, heeft de neiging op te stijgen. De stijgende beweging door de opwaartse kracht (buoyancy) wordt convectie genoemd. Calorimetrie: Bij calorimetrie worden de warmte-effecten die bij een proces optreden gemeten. Inductie: Door het injecteren van lucht met behulp van een stuwkrachtventilator in een parkeergarage wordt direct een grote hoeveelheid ruimtelucht meegetrokken. Inductieventilatoren hebben een inductievoud van maximaal 18x de primaire luchthoeveelheid. 2 Productwijzigingen voorbehouden

5 Introductie Hot Smoke Test In Nederland neemt het aantal gesloten parkeergarages nog steeds fors toe. Een gesloten parkeergarage moet worden voorzien van een mechanisch parkeergarageventilatiesysteem. Het ventilatiesysteem dient voor zowel het afvoeren van CO- en LPG dampen als ook de afvoer van rook en warmte bij een brandcalamiteit. Ventilatiesysteem Het ventilatiesysteem wordt getoetst op gelijkwaardigheid indien het brandcompartiment groter is dan 1000 m 2. De brandweer wil de vuurhaard op veilige wijze kunnen aanvallen. Het bepalen van de locatie van de vuurhaard is daarom zeer belangrijk. Het ventilatiesysteem dient niet alleen om de rook af te voeren, maar ook om rook één kant op te drijven met als doel de vuurhaard rookvrij te kunnen benaderen. De brandweer wil de brand, met de toevoerlucht in de rug, benaderen vanuit de dichtstbijzijnde ingang of trappenhuis ten opzichte van de vuurhaard. Veiligheid boven alles De veiligheid voor brandweermensen is in de ARBO-wet en -regelgeving opgenomen. Het veilig kunnen ontvluchten is niet het grootste probleem daar de brandontwikkeling pas na enkele minuten op gang komt en omdat er binnen 30 meter loopafstand een vluchtweg aanwezig dient te zijn. Er wordt vanuit gegaan dat de aanwezige personen de parkeergarage binnen 3 minuten ontvlucht zijn. Het tijdig detecteren van een vuurhaard verlengt de tijd om burgers te laten ontvluchten en waarschuwt in een vroeg stadium de brandweer middels een brandmeldinstallatie zodat zij snel in actie kan komen. Computational Fluid Dynamics Ongecontroleerd wil zeggen dat het verloop, de brandontwikkeling van de vuurhaard, onbekend is. Zo is de brandontwikkeling van een autobrand erg onvoorspelbaar en kan zelfs helemaal uitblijven. De kosten van een echte autobrand zijn aanzienlijk. Daarnaast rijst de vraag: Wie dragen de risico s van eventueel geleden schade?. Het vormt een moeilijk discussiepunt tussen de diverse marktpartijen in het bouwproces. Een gecontroleerde brand is daarom wenselijk. Een bijkomend nadeel van een echte autobrand is de zeer giftige en vervuilde rook die hierbij vrijkomt en schade aan het gebouw en de aanwezige ventilatoren kan veroorzaken. Echter, de thermodynamische effecten zijn bij een koude rooktest afwezig en bij het ontbranden van kleine bakken met brandbare vloeistof onvoldoende vanwege de beperkte warmtecapaciteit van deze test. Daarnaast is hierbij nauwelijks rook zichtbaar. Een test die gecontroleerd is, thermodynamische effecten toont en voldoende rook produceert, lijkt de juiste combinatie. Een test die in enkele landen, waaronder Canada, Australië en België in atria en tunnels is uitgevoerd, lijkt de meest voor de hand liggende oplossing. In een parkeergarage is deze test (voor zover bekend) nog nergens ter wereld toegepast. In nauwe samenwerking met de Hulpverleningsdienst Groningen en de International Fire Consultants Ltd (IFC) uit Engeland is voor de parkeergarage van voetbalstadion Euroborg te Groningen in 2005 een nieuwe afnametest ontwikkeld voor gesloten parkeergarages, de Hot Smoke Test. Deze test is daar succesvol uitgevoerd en daarna in binnen en buitenland meerdere malen door HC PS succesvol herhaald. De toetsing vooraf van de goede werking van een parkeergarageventilatiesysteem wordt in de meest voorkomende gevallen verzorgd door een CFD-berekening (Computational Fluid Dynamics). Na de installatie van het ventilatiesysteem worden verschillende methoden gebruikt om de correcte werking van het geïnstalleerde ventilatiesysteem te toetsen. Bijvoorbeeld testen met koude rook, een brandbak gevuld met methylalcohol of een echte autobrand. De eerste twee kunnen geschaard worden onder gecontroleerde testen. De derde is ongecontroleerd. Productwijzigingen voorbehouden 3

6 Theoretische beschouwing Een convectieve warmtestroom van 2,5 MW van een echte autobrand correspondeert ongeveer met een warmte-afgifte van ongeveer 4 MW. Het verschil zit in de (radiatie) uitstraling van de vuurpluim boven de brand. Straling zorgt voor ca. 50% meer warmte-afgifte. De grote schaal calorimetrie van D. Joyeux (waarbij auto s branden onder een grote verzamelkap om te komen tot een meting van de totale hoeveelheid warmte die wordt afgegeven) heeft geresulteerd in waarden voor auto s uit de eind jaren 90 van 4 MW gedurende 17 tot 20 minuten na het ontstaan van de brand. Deze wordt gevolgd door een kortstondige piek van ongeveer 8 MW. Zie hiervoor de publicatie van D. Joyeux Natural Fires in closed car parks, Eurofire Een meer gedetailleerd verslag van D. Joyeux is opgesteld door CTICM in Brand verspreidt zich naar ernaast geparkeerde auto s in ongeveer dezelfde tijd als de brand groter wordt dan de 4 MW. Hieruit blijkt dat de geschikte grootte van de brand voor ontwerp afhangt van de tussenliggende tijd tussen het ontstaan van de brand en de aankomst van de brandweer en het daadwerkelijk blussen van de brand door redelijk zicht op de brand. De Praktijkrichtlijn (aanvullende) brandveiligheidseisen op het bouwbesluit voor mechanisch geventileerde parkeergarages met een gebruiksoppervlakte groter dan m 2, ook wel LNB genoemd, gaat uit van maximaal 6 MW totale warmteafgifte per auto en maximaal 3 auto s tegelijk in brand met een totaal piekvermogen van 9 MW, 20 minuten na het ontstaan van een autobrand. Daarbij gaat men uit van een detectietijd van 5 minuten en een daadwerkelijke inzet van 15 minuten na melding. Dus totaal maximaal 20 minuten. ventilatie maximaal aankomst Brwr. / inzet / blussen brand geblust ventilatie uit 30 mtr. zichtlengte nacontrole ontstaan brand detectie activeren minuten (brandmeester) ventilatie inzet warmteafgifte temperatuurverloop 4 Productwijzigingen voorbehouden

7 De brandcurve conform de (ten tijde van het opstellen van deze brochure) nog uit te brengen NEN 6098 gaat uit van een maximale brandvermogen van 9 MW. Een 4 MW brand van een echte auto kan dus gesimuleerd worden door een 2,5 MW Industrial Methylated Spirits, 95% ethanol brand (verder IMS genoemd). Het is noodzakelijk voor zo n simulatie dat de omtrek van de brandhaard met IMS ongeveer gelijk is aan een echte autobrand. Het aantal en de afmetingen van de brandstofbakken en hun plaatsing is zodanig dat de hoeveelheid lucht die door de testbrand wordt aangezogen gelijk is aan de hoeveelheid lucht die door een brandende auto wordt aangezogen. Op deze wijze wordt eenzelfde opmenging van de verbrandingsgassen verkregen als in het geval van een brandende auto. De methode is gebaseerd op Morgan et al, International Journal on Engineering Performance-Based Fire Codes 6 (2) 53-71, De omtrek (12 m) van een parkeerplaats wordt aangehouden conform de BR 368 (1999). 10 Vermogen in MW Totaal vermogen Eerste auto die in brand raakt Tweede auto die in brand raakt Derde auto die in brand raakt Tijd in minuten Productwijzigingen voorbehouden 5

8 Ceiling Jet In de beginfase van een brand in een compartiment (parkeergarage), wanneer deze nog klein is, zal het branden zoals een buitenbrand zonder interactie met de grenzen zoals aanwezig in dit compartiment (Drysdale 1999). Het hete gas boven het brandbed stijgt op door de opwaartse kracht. Deze convectieve stroming wordt gerefereerd aan een opwaartse pluim. In de parkeergarage zal de rook/gas-pluim botsen tegen het plafond, waardoor de hete gassen horizontaal onder het plafond in elke richting zullen afbuigen. Deze relatief snelle rook/gas-verspreiding in een dunne laag onder het plafond (die wordt gedreven door opwaartse krachten) wordt Ceiling Jet genoemd (Evans 1995). Als muren, balken of andere obstakels de stroming van de Ceiling Jet beperken, zullen de gassen een hete gaslaag vormen die de beschikbare ruimte zal vullen. Voor de maximale rookterugslag veroorzaakt door de Ceiling Jet, is in Nederland geen eis of richtlijn opgesteld. In België kent men de richtlijn PR NBN die aangeeft dat rookterugslag veroorzaakt door de Ceiling Jet maximaal 15 meter mag bedragen. Deze rookterugslag volgt uit de volgende formule van Alpert: v = 0,195 Q1/3 h 1/2 r 5/6 v = rookgas-snelheid [m/s] 0,195 = constante Q = vermogen [kw] h = hoogte [m] r = rookterugslag [m] Het effect van een Ceiling Jet 6 Productwijzigingen voorbehouden

9 Opstelling Hot Smoke Test In overleg met de brandweer wordt de locatie voor de Hot Smoke Test vastgesteld. De uitkomst van een eventuele CFD-berekening kan hierbij mede bepalend zijn. Op de geselecteerde locatie worden voor een 4 MW brand 6 brandstofbakken opgesteld die een totaaloppervlakte vertegenwoordigen conform de Australian Standard AS Die opstelling wordt zodanig uitgelijnd dat de rookpluimen het minst snel in elkaar grijpen. De brandstofbakken worden in waterbakken geplaatst om het IMS gedurende de test op een constante temperatuur te houden en zo ten eerste een constante verbrandingssnelheid te verkrijgen en ten tweede een veiligheidsmaatregel in te bouwen tegen het morsen van IMS. Ter bescherming van het plafond, de vloer en eventueel ter plaatse aanwezige kolommen wordt gebruik gemaakt van Promatec platen. Het te beschermen oppervlak wordt door HC PS berekend. De uitkomst van een CFD kan deze afmetingen nog enigszins beïnvloeden. Voordat de beschermende maatregelen worden aangebracht moet het gebied door derden volledig vrij gemaakt zijn van alle sensoren, lichtarmaturen en andere aan het gebouw gemonteerde componenten. Indien zich in de gekozen locatie componenten bevinden die niet tijdelijk verwijderd en ook niet hittebestendig afgeschermd kunnen worden (door derden), kan het noodzakelijk zijn een andere locatie te selecteren. De hete verbrandingsgassen en de bijbehorende Ceiling Jet worden gevisualiseerd door een synthetische oliemist rookmachine die vóór de brandhaard wordt gepositioneerd. Achter de brandhaard wordt een tweede rookmachine opgesteld. Deze rookmachine wordt zo geplaatst dat de rook achter en niet in de brand wordt geblazen. Het is belangrijk dat de rookmachine voldoende dichtbij de brand wordt geplaatst zodat de rook door turbulentie wordt opgemengd met de hete verbrandingsgassen. Productwijzigingen voorbehouden 7

10 Temperatuurmetingen De temperaturen in de testzone kunnen worden gemeten met behulp van thermokoppels. De gemeten waarden worden met behulp van een datalogger vastgelegd. Meetkoppels registreren de temperaturen direct boven de brandbakken, aan het grensoppervlak tussen de Promatec platen en het beton van het plafond en tussen het plafond en de beschermplaten. Deze continue meting registreert ook of er schade aan het gebouw dreigt waardoor de test vroegtijdig stopgezet moet worden. De meeste thermokoppels worden geplaatst in het gebied tussen de brandhaard en de afvoerschacht om het temperatuursverloop vast te kunnen leggen. Ook kan hierdoor later een juiste vergelijking met de CFD-berekening worden gemaakt. De opsteller van de CFD wordt gevraagd om de temperaturen ter plaatse van de thermokoppels op voorhand aan te reiken. De gemiddelde waarden van de datalogger worden vergeleken met de waarden uit de CFD-berekening. Daarmee worden praktijkwaarden vergeleken met de CFD maar geven ook een beeld waarheen de warmte zich verspreidt. Bij grote afwijking moet door de CFD-opsteller naar een verklaring worden gezocht. De uitkomst van de temperatuurmeting zelf geeft geen informatie of het parkeergarageventilatiesysteem wel of niet functioneert, wel geeft het een indicatie van de werkelijkheid in vergelijking tot de CFD-berekening. Het goed functioneren van het parkeergarageventilatiesysteem wordt bepaald door de terugslag en het wel of niet rondstromen van de rook. 8 Productwijzigingen voorbehouden

11 Testvalidatie Om de uitkomst van de Hot Smoke Test te valideren met een CFD-berekening is het noodzakelijk om een CFD-berekening uit te voeren met een convectieve warmtestroom gelijk aan het vermogen van de proefbrand. Uiteraard moet in de CFD-berekening exact dezelfde locatie met alle aanwezige bouwkundige voorzieningen worden ingevoerd. De CFD-berekening dient als een steady state berekening te worden uitgevoerd, uitgaande van het maximale vermogen. Aangezien de proefbrand 14 van de 20 minuten op maximaal, constant vermogen brandt, is een tijdsafhankelijke berekening niet noodzakelijk. Doordat er nog geen standaardisatie van rekenmodellen, submodellen en parameters is opgesteld, kan de betrouwbaarheid van de CFD-uitkomst per bureau variëren Zicht (m) Productwijzigingen voorbehouden 9

12 Ventilatiesysteem en brandmeldinstallatie Het ventilatiesysteem dat wordt verzorgd door schachtventilatoren in combinatie met de stuwkrachtventilatoren moet volledig automatisch operationeel zijn tijdens de Hot Smoke Test om deze uit te kunnen uitvoeren. Voor een goede werking is het ook noodzakelijk dat alle bouwkundige werkzaamheden voltooid zijn en dat het ventilatiesysteem in bedrijf gesteld is. De proefbrand is ook geen brand die zich geleidelijk aan ontwikkelt zoals bij een autobrand. Daarbij komt eerst rook vrij, waarna het vermogen van de brand zich geleidelijk aan ontwikkelt tot aan het maximum. Tijdens de proefbrand is het vermogen vanaf het begin direct op maximaal vermogen en dus moet het ventilatiesysteem ook bij aanvang al op maximaal vermogen draaien. De functionaliteit van de brandmeldinstallatie wordt vóór, of ná de Hot Smoke Test getoetst. Het is dus niet noodzakelijk deze installatie tijdens de test opnieuw te toetsen. Aangezien de locatie van de brandproef zich praktisch onder de opstelplaats van de detectie bevindt, levert dit in de praktijk ook nog schade op door het smelten van de sensoren. Daarom moet de detectie in de testzone na de proefbrand opnieuw aangebracht worden. 10 Productwijzigingen voorbehouden

13 Veiligheidsvoorzieningen Werken met brandbakken brengt uiteraard de nodige risico s met zich mee, waardoor het noodzakelijk is dat er een blusteam van de brandweer ter plaatse aanwezig is. Dit team dient door derden verzorgd te worden. Medewerkers van HC PS zijn bekend met de veiligheidsprocedure. Zij bespreken deze procedure met een officier van de brandweer en zullen indien noodzakelijk (laten) ingrijpen gedurende de Hot Smoke Test. Als extra zekerheid kan HC PS aanvullende blusmiddelen ter beschikking stellen. Tijdens de Hot Smoke Test moet de parkeergarage grotendeels afgesloten zijn voor publiek. De opdrachtgever en HC PS zullen gezamenlijk in overleg met de brandweer, de mensen op voldoende afstand en dus in de veilige zones houden. Voorafgaand aan de test zullen medewerkers van de opdrachtgever danwel HC PS de parkeergarage doorlopen om na te gaan of er onbevoegde personen aanwezig zijn in de gevaarlijke zones. Er mogen zich geen personen bevinden in het deel van de parkeergarage gelegen tussen de testbrand en de afvoerpunten omwille van het gevaar van CO 2 -vergiftiging. Uit veiligheidsoverwegingen kan HC PS ervoor kiezen voorafgaande aan de Hot Smoke Test deze op half vermogen en met een kortere duur uit te voeren. Hierdoor wordt al snel duidelijk of er veiligheidsaspecten over het hoofd zijn gezien en of een test op vol vermogen tot problemen kan leiden. HC PS kan niet verantwoordelijk worden gesteld voor persoonlijke gezondheids- en veiligheidsaspecten en eventuele schade aan het gebouw en installaties. Een bijbehorende verzekering dient door derden te worden afgesloten. Hot Smoke Test met een brandvermogen van 0,6 MW Productwijzigingen voorbehouden 11

14 Bevindingen en vermogenopties Bevindingen Indien mogelijk en noodzakelijk worden alle resultaten van de temperatuurmetingen en daar waar van toepassing de rookdetectie, direct na de test uitgelezen en overhandigd. In combinatie met de geconstateerde rookterugslag kunnen deze waarden in de loop van de week geëvalueerd worden. Achteraf zullen alle bevindingen worden vastgelegd in een eindrapportage. Vermogenopties van de Hot Smoke Test Om de Hot Smoke Test te vergelijken met een autobrand is een vermogen van 4,0 MW noodzakelijk. Echter een brandproef van deze omvang is niet in elke parkeergarage uit te voeren. Daarom heeft HC PS 4 varianten uitgewerkt: Totaal brandvermogen van 0,6 MW Totaal brandvermogen van 1,2 MW Totaal brandvermogen van 2,4 MW Totaal brandvermogen van 4,0 MW Om goed in kaart te brengen of de Hot Smoke Test met het gevraagde brandvermogen in de betreffende parkeergarage kan worden uitgevoerd is het noodzakelijk voor HC PS om voorafgaande aan de opdrachtverstrekking de definitieve bouwkundige tekeningen te ontvangen en/of de betreffende parkeergarage ter plaatse te bezichtigen. Aanwezige balken kunnen het complexer maken om het gebouw te beschermen, waardoor het niet of niet voor de standaard prijsopgave te beschermen is. 12 Productwijzigingen voorbehouden

15

16 TAKING THE NEXT STEP T +31 (0) E hc-info@hcgroep.com Waalwijk chillers AIR DISTRIBUTION T +31 (0) E hcbarcol-air-info@hgroep.com Purmerend, controls T +31 (0) E hcrt-info@hcgroep.com Purmerend T +31 (0) E hcps-info@hcgroep.com Waalwijk CHILLED CEILINGS T +31 (0) E hckp-info@hcgroep.com Waalwijk T +31 (0) E hcps-info@hcgroep.com Waalwijk AIR HANDLING T +31 (0) E hctn-info@hcgroep.com Waalwijk T +44 (0) E info@pveuk.com I Luddenden, Halifax, Verenigd Koninkrijk staircase PRESSURISING SYSTEMS T +31 (0) E hcts-info@hcgroep.com Waalwijk Vestiging Waalwijk: Postbus 177, 5140 AD Waalwijk T +31 (0) F +31 (0) Vestiging Purmerend: Postbus 283, 1440 AG Purmerend T +31 (0) T +31 (0) Vestiging Verenigd Koninkrijk: The Old School, High Street, Luddenden, Halifax, United Kingdom, HX2 6QE WWW. HCGROEP. COM