Brandveiligheid en CFD: graag de juiste prestatie-eisen vooraf



Vergelijkbare documenten
Brandveiligheid gesimuleerd of werkelijkheid. Brandveiligheid gesimuleerd of werkelijkheid. Welke onderwerpen?

Ir. René Hopstaken. Structural Fire Safety Engineering praktijkvoorbeeld

Een aantrekkelijk alternatief voor lange (stads)tunnels ir. P. Jovanovic, ir. M. Holthuis

Overdruksystemen MTK wegtunnels V e r i f i c a t i e e n v a l i d a t i e

CFD als tool voor de Fire Safety Engineer: case-study

1. Inleiding. 2. Situatie

CFD Tankputbrand; Toelichting CFD en validatie

Brandveiligheid van grote natuurlijk geventileerde parkeergarages

Veiligheidsventilatiesystemen (rookbeheersing)

Rookbeheersing van mechanisch geventileerde parkeergarages. volgens NEN 6098

Brandveiligheidsconcepten in relatie tot CFD. Inhoud. Vultijdenmodel. Vultijdenmodel. Vultijdenmodel. Vultijdenmodel

Veiligheidsventilatiesystemen (rookbeheersing) door Daniek de Jager

Integrale veiligheidsbenadering in het kader van duurzame ontwikkeling

Amsterdam Centraal Station Michiel de Ruijtertunnel

Effectbeheersing of risicobeheersing?

Gelijkwaardigheids oplossingen. Parkeergarage oppervlakte groter dan m2. Verschillende gelijkwaardige oplossingen:

Betaalbaar brandveilig: FSE parkeergarage Medimall, Rotterdam. Ralph Hamerlinck

Atria en brandveiligheid

Toepassing van simulatie- en rekenmodellen bij de beoordeling van de gelijkwaardige brandveiligheid

BRAND IN DE HEINENOORDTUNNEL

Rookverspreiding en renoveren. Ralph Hamerlinck

Integrale brandveiligheid o Integraal: voltallig, geheel => allesomvattend o Allesomvattende brandveiligheid BIO: bouwkundig, installatietechnisch, or

Onderwerpen. Parkeerventilatie. Overdrukventilatie. Certificering. Regelgeving Stuwkrachtventilatie CFD berekeningen. Regelgeving Overdruksystemen

- Bouwregelgeving en werkelijke brandveiligheid - VEILIG VLUCHTEN BIJ BRAND

Regelgeving brandwerendheid wegtunnels

Wanneer wel, wanneer geen CFD? ervaring van Peutz met controle en validatie van numerieke modellen met metingen

Veilig vluchten, een utopie? Veilig vluchten, een utopie?

OP Veiligheidskundigen?!

Openbaar Vervoer Terminal Utrecht

Filip Van Meerhaeghe Product manager RWA BC Keller Lufttechnik Benelux Beveren Leie

Betonperikelen en de consequenties voor tunnelbrandbestrijding

Filevorming en Ventilatie

Brandveiligheid Beperking van het uitbreidingsgebied van brand en rook

Brandveilige parkeergarages

Ontwerp ondergrondse ruimten: invloed rookverspreiding op keuze locatie uitgangen

Evaluatie van de brandveiligheid van bestaande gebouwen met behulp van geavanceerde rekenmodellen

Worden branden heter? Ing. M.P. (René) de Feijter

CFD houdt in dat in een computermodel

Brandveiligheid in de Zorg Ontruimen & Ontruimingsconcepten

Evacuatie van bedlegerige patiënten uit een gebouw

Brandveiligheid TESTEN, CLASSIFICEREN EN BEOORDELEN

Luchtdicht Rookdicht. Buitenbrand. Binnenbrand. Brand Gebouw interactie. Brand en brandstof: NL:

Aantoonbaar brandveilig bouwen: hoe doe je dat?

BRAND IN ONDERGRONDSE PARKEERGARAGES

JAN VAN ACKER EN PETER SCHUT

Metro Oostlijn Amsterdam optimalisatie ontruimingsberekeningen

Rookdichtheid en zichtlengte

Passiefhuis brand(on)veilig?

Gelijkwaardigheid evenementen

Brandveiligheid in parkeergarages

ATRIA EN HET BOUWBESLUIT

brandveiligheid Onderzoek naar toepassing van risicobenadering op vluchtveiligheid bij brand

Definitief Ontwerp. IJtunnel te Amsterdam Tunnelventilatie & Overdrukventilatie

De woningbrand van de toekomst: risico s van rook door de bewopners Ing. Jan Linssen, free lance brandveiligheidsadviseur

Reflectie VB op tunnel incident

Gemeente Den Haag. De voorzitter van de commissie Stedelijke ontwikkeling, Wonen en Binnenstad en de voorzitter van de Commissie Veiligheid en Bestuur

In de bijlage bij dit advies is een plattegrond en een doorsnede van het betreffende gebouw opgenomen.

Bouwen buiten het toepassingsgebied van het Bouwbesluit. Ir Ruud van Herpen Adviesburo Nieman Zwolle

Metro Oostlijn Amsterdam optimalisatie ontruimingsberekeningen

ROCKWOOL BRANDOVERSLAG REKENTOOL

CFD simulaties voor kostenbesparing in uw datacenter: Hoe werkt het, en wat levert het op? Eric Terry - Actiflow

Tunnelventilatie VERSIE

PGS 15 in de praktijk Wanneer is een brandcompartiment PGS 15-proof?

Afstudeeronderzoek: Evacuatie van bedlegerige patiënten uit een gebouw 12 november 2013

Een nieuwe kijk op Beheersbaarheid van Brand VBE 28 september 2011

Beoordeling brandoverslag

Nut en noodzaak Handreiking Tunnelincidentbestrijding

Onderzoek naar branden in parkeergarages

Een nieuwe kijk op Beheersbaarheid van Brand VBE 2 februari 2012

Ministerie van Verkeer en Waterstaat Rijkswaterstaat Dienst Infrastructuur Postbus LA UTRECHT

1 Inleiding Achtergrond Doel Leeswijzer 14

Veiligheid door risicobeheersing

Voordelen van sprinklerbeveiliging voor persoonlijke veiligheid

Rook-en wamte afvoer in de praktijk L Evacuation des fumées et de la chaleur en pratique

Rookbeheersing. Rookbeheersingsystemen regelgeving en randvoorwaarden. Ronald Driessens. rookbeheersingsdeskundige

QRA-tunnels v2.0. Berekening interne veiligheid wegtunnels. Door:

Het gewenste veiligheidsniveau. ir. Ann Beusen, adviseur, VIPA

Werken met FSE: Stand van zaken in Nederland

Preventie en repressie in parkeergarages

Nieuwe gebruikers opties (aan /uit te zetten door klant) naast de al bestaande opties

NATUURBRANDBESTRIJDING

BRL 2880 " Systemen voor het brandwerend bekleden van lijnvormige stalen bouwconstructies " ( )

Basisprincipe inzake regelgeving brandveiligheid gevelconstructies.

STUDIEBUREAU BRANDVEILIGHEID

Het natuurlijk brandconcept Uitbranden of ingrijpen?

Brandveiligheid in de Zorg. Bouwbesluit

ExcelAir Praktijk Tip 2

Voor een duurzaam binnenklimaat is de natuur onze partner

Gelijkwaardigheid op basis van FSE: Hoe wordt in de praktijk omgegaan met gelijkwaardige oplossingen

Watermist als veiligheidsmaatregel. Ir. E.W. Worm

koppeling met NSL maatregelen (OTB/ Saldo 0) referentiepunten BBV koppeling met NSL

Simulatie vluchtkanaal Building Exodus

Een goede brandveiligheidsinstallatie voldoet aan:

Memorandum nr

Complexe brandveiligheidprojecten nu en in de toekomst

Vergelijking tussen simulaties en werkelijkheid

FSE-case groot brandcompartiment met RWA-voorziening

SYSTEEMBENADERING VAN DE BRANDWERENDHEID MET BETREKKING TOT BEZWIJKEN

Rookbeheersing Inhoudsopgave voor COB/KPT

Transcriptie:

Brandveiligheid en CFD: graag de juiste prestatie-eisen vooraf Een voorbeeld a.d.h van de HSL tunnels Tony Lemaire

Inhoud HSL tunnels Trace, partijen, eisen/beoordeling brandveiligheid Rook en warmte-afvoer in HSL tunnels Ventilatie-concept Beoordelingscriteria Berekeningen en beoordeling Groene Hart Tunnel Berekeningen en beoordeling Tunnel Rotterdam Noordrand Conclusies

HSL Tunnels Boortunnel Groene Hart (TGH) (~7600 m) Cut & cover tunnel Rotterdam NoordRand (TRN) (~2060 m) Zinktunnels Dordtsche Kil TDK) Oude Maas (TOM) (~1600 m)

Partijen Brandveiligheid HSL Zuid tunnels RWS HRC DHV Onderzoek & Advies Brandveiligheid tunnels TNO MEP D&C Proj. Bureau HSL Zuid DBFM (25 jaar) Concessie (15 jaar) TNO CVB / Efectis NL 7 Aannemers (onderbouw) Infraspeed (bovenbouw) HSA (vervoerder) Bouwvergunning tunnels Gemeente Brandweer GGD

TNO / Efectis O & A (1998-2006) Proj. Bureau HSL Zuid Risico-analyses TNO MEP Aannemers (onderbouw) Brandwerendheid tunnelconstructie Brandscenario s CFD warmte/rook ventilatie (conceptueel) Infraspeed (bovenbouw) Brandwerendheid Vluchtdeuren, brandkleppen Brandscenario s CFD warmte/rook ventilatie (detailering) TNO CVB / Efectis NL Brandcompartimentering Blussystemen Warmte/rook ventilatie (conceptueel, locaal) HSA (vervoerder)

Eisen/beoordeling brandveiligheid Proj.org. HZL Zuid Veiligheid hoge prioriteit Uitgangspunt: Integraal VeiligheidsPlan (IVP) Toetsing: Integrale Safety Case (ISC) door ISA ISC = som van Safety Case per partij) IVP gebaseerd op probabilistische aanpak Eisen (incl. uitgangspunten en beoordelingscriteria) aan contractanten vastgelegd in Safety Concepten gebaseerd op IVP Ventilatie concept is voorgeschreven: Langsventilatie (TGH, TDK, TOM) Natuurlijke ventilatie (TRN) Brandweer Hanteert Bouwbesluit (tunnel = bouwwerk) Eis: afstand tussen vluchtdeuren maximaal 60 m Andere oplossingen mogelijk, maar moet gelijkwaardig zijn aan bouwbesluit Deterministische beoordeling Kennisachterstand m.b.t. brandveiligheid tunnels bij aanvang project GGD Eisen m.b.t. blootstelling passagiers aan rookgassen

Eisen, realisatie en beoordeling warmte/rook ventilatie in HSL tunnels

Ventilatie- en vlucht concept schachten TGH, TDK en TOM Langsventilatie in rijrichting. Stroomopwaarts moet altijd rookvrij blijven; stroomafwaarts zo lang mogelijk; overdruk in nevenbuis Schachten afsluiten bij brand Vluchten via deuren (elke 150 m) naar andere buis Natuurlijke rookventilatie via schachten. Schachten openen bij brand. Rook moet tussen 2 naastgelegen schachten blijven. Vluchten in zelfde buis uit rookzone (~ 150 m lang) TRN schachten trein

Zelfredzaamheid Bron: www.hslzuid.nl

Beoordeling ventilatie-concept Bepaal / kies brandscenario s : Gespecificeerd in Positie (in tunnel, in trein) Safety concept Vermogenskromme en rookproductie (afh. van materiaal) Rookeigenschappen: straling, zicht, toxiciteit Andere condities: Wind Specificeer berekeningsmethode: Literatuur, experimenten, berekeningen (CFD?) Bereken warmte en rook verspreiding Warmte: temperaturen + straling Rookconcentraties: zichtlengte, toxiciteit Stel beoordelingsmethode/criteria: Grenswaarden warmte, rookconc. en verblijftijden of Vluchtmodellen incl. dosis-effect relaties => aantal slachtoffers Beoordeel veiligheid: Veilig vluchten passagiers (zelfredzaamheid) (ontruimingsmodel?) Benadering brand door brandweer

TNO/Efectis onderzoeken in beginfase Opdrachtgever: HSL Zuid Literatuuronderzoek brandscenario's: vermogenskrommen brandende trein Beperkte tijd en geld oriënterend onderzoek Resultaat meerdere krommen HSL kiest 30 MW kromme -> in eisen naar Infraspeed CFD: vluchtcondities stroomafwaarts van de trein bij 80 MW brand (dubbel/enkel) en 40 MW met langsventilatie Beperkte tijd en geld oriënterend onderzoek Geen stratificatie waargenomen HSL kiest langsventilatie als concept in TGH en TDK/TOM -> in eisen naar Infraspeed CFD: vluchtcondities in TRN (vrije convectie) Beperkte tijd en geld oriënterend onderzoek Invloed wind niet meegenomen HSL kiest natuurlijke rookventilatie als concept in TRN -> in eisen naar Infraspeed

Brandscenario s HSL Gekozen door HSL

Omgaan met onzekerheden Worst Excl. 15 min. containment Worst/Medium Windcondities Brandvermogen Best possible approach of reality Rekenmodel Severe (1 hour exp) Medium (worst case acceptable emergency level Grenswaarden Medium Rookproductie Vluchtklimaat Ontruimingstijden Medium Rookeigenschappen Medium Medium Medium Brandpositie in trein Worst Treinpositie in tunnel In Safety C (eis van de Staat) Keuze Infraspeed Verantwoordelijkheid TNO/Efectis + second opinion

Grenswaarden (1) Uitgangspunten: Productie roet en toxische gassen = evenredig met brandvermogen Zichtlengte = omgekeerd evenredig met optische rookdichtheid OD OD = evenredig met roet productie Maximale temperatuurstijging = evenredig met brandvermogen Conclusie: Alle grenswaarden (m.u.v. straling) zijn tot ODgrenswaarden te herleiden.

Grenswaarden (2) Grenswaarden incident buis omgerekend naar grenswaarden optische rookdichtheid Variable Symbol Required Required OD (1/m) Visibility (light-emitting objects) ZL > 10m < 0.25 Temperature T < 60 o C < 0.52 Carbon monoxide CO < 575 mg/m 3 < 1.80 Hydrogen Chloride HCL < 223.5 mg/m 3 < 1.20 Hydrogen Cyanide HCN < 27.75 mg/m 3 < 23.13 bepalend Nitrogen Oxide NO x < 22.9 mg/m 3 < 2.49 Restricted Visibility ZL & HCL < 0.21 Respiratory tract irritancy HCL & NO x < 0.81 Oxygen provision T & Resp & CO & HCN < 0.32

TNO/Efectis CFD voor Infraspeed Tunnel Lengte Ventilatie Aanleiding TDK & TOM ~ 1600 m Langsventilatie met jetfans (stuwdruk) Open houden schachten; overdruk nevenbuis TGH ~ 7600 m Langsventilatie met jetfans (stuwdruk) Open houden schachten;overdruk nevenbuis TRN ~ 2060 m Natuurlijke ventilatie via schachten Invloed wind en zuigereffect treinbeweging

Aanpak berekeningen Gebruik gezonde verstand en beschikbare kennis. (Modellering is kunst van het weg laten) Gebruik informatie van experimenten Combineer modellen: 1D ventilatie model 2D zone model 3D CFD model

CFD Groene Hart Tunnel Tony Lemaire Yvonne Olij-Kenyon Ingrid Naus

Configuratie Scheidingswand Lengte: 7666m Schachten (7) in dak Stuwdrukventilatoren (15 per buis Air dampers Vluchtdeuren naar andere buis

Probleemstelling Ventilatieconcept: Mechanische langsventilatie Voorkomt back-layering in incident buis Creëert overdruk in naastgelegen buis Eis van de Staat: Sluit schachten bij brand Dure (aanschaf en onderhoud) brandkleppen vereist Vraag: kunnen de schachten open blijven Aanpak: Evalueer veiligheidsniveau open schachten vs gesloten schachten: stroomopwaarts en stroomafwaarts Gebruik rekenmodellen: ( 1D ventilatie model + CFD - Fluent)

HSL Brandscenario vluchten Gebaseerd op literatuur studie TNO; keuze uit krommen door HSL Brand in 20 m lang voertuig in midden van 400 m lange dubbeldekker trein Brandende trein komt tot stilstand op t = 0 s.

Aanpak (1) Doel Valideer CFD model. Vindt principes fan-schacht interactie. Optimaliseer CFD model. Onderzoek windinvloed en gedrag van open vs. gesloten schachten. Methode CFD simulaties isotherme stroming in schaal model met verschillende rekenroosters, fan condities en turbulentie modellen. Vergelijking met meetwaarden. CFD simulaties isotherme stroming in deel van tunnel buis met een schacht, verschillende fan posities t.o.v. schacht en verschillende rekenroosters CFD simulaties isotherme stroming in een tunnel buis met/zonder wind en met/zonder trein, bij meest optimale fan posities. Interpretatie van massastromen en drukprofielen.

Aanpak (2) Bepaal kritieke treinposities, incl. zuigereffect van bewegende trein. Onderzoek invloed uitvallen fanclusters Optimaliseer rekenrooster in CFD model Bepaal vluchtklimaat in beide buizen bij definitief ventilatie ontwerp bij meest kritieke condities (m.b.t trein positie, open vluchtdeuren and open air dampers). 1D simulaties stroming in incident buis voor 7 treinposities Interpretatie van massastromen en drukprofielen. CFD simulaties isotherme stroming in deel van tunnel buis met een schacht, en verschillende rekenroosters CFD simulaties stroming, temperaturen and concentraties voor brand in tunnel met tegenwind and trein op 2 meest kritieke posities met: gesloten deuren en air dampers open deuren open deuren and open air dampers (Incl. zuigereffect berekend met 1D model ) Beoordeling vluchtcondities.

Aanpak en uitvoering Aanpak: bedacht en gestuurd door Infraspeed (& TAB) in overleg met TNO/Efectis Optimalisering ventilatie posities a.d.h. rekenresultaten uitgevoerd door Infraspeed (&TAB) 1D ventilatie berekeningen en CFD berekeningen uitgevoerd door TNO/Efectis Rapportage uitgevoerd door TNO/Efectis Beoordeling door TNO/Efectis

Geometrisch model en reken rooster Rooster bij schacht Rooster bij fan Hele tunnel (2 buizen) Shaft N1 Deel van incident buis bij Noord Portaal Jet fan Connection North Ramp and bore tunnel NORTH PORTAL Train 950 duizend hexahedrale cellen in incident buis 1.7 million hexahedrale cellen in hele tunnel

Voorbeeld berekende massastromen bij aanvang brand wind shafts driving direction Case 11-4 tube train fire carriage Trein bij ingang Noord Tegenwind 10 m/s Uitval 2 fans (brand + mechanische storing)

Voorbeeld berekende optische rookdichtheid

Voorbeeld rookverspreiding in incident buis stroomafwaarts Grenswaarde 1 uur blootstelling Grenswaarde worst case emergency

Voorbeeld verontreiniging nevenbuis via open tussendeuren

Conclusies Vluchtomstandigheden voor vluchtende passagiers en brandweer zijn met open schachten gelijk of beter dan met gesloten schachten: Stroomopwaarts: altijd veilig klimaat Stroomafwaarts: veilig klimaat zolang als redelijkerwijs mogelijk is, d.w.z. tot aan flash-over op t = 240 s, bij vluchttijd van 230 s Stratificatie wordt verstoord stroomafwaarts jet fans Geen kostbare brandkleppen nodig CFD en 1D studie kostbaar en tijdrovend, maar in dit geval lonend

Tunnel Rotterdam Noord Tony Lemaire Leander Noordijk

Configuratie Cut and cover tunnel Dubbele buis Lengte: 2060 m Doorsnede buis: 40 m 2 Natuurlijke ventilatie via schachten 15 verticale schachten per buis Onderlinge afstand: 150 m Brandkleppen gaan open bij brand schachten Drukontlasting openingen: in scheidingswand met air dampers In zijwand (slechts 7) Zijaanzicht model trein brand

Probleemstelling Eis voor veilig vluchten Rook moet blijven tussen de 2 schachten aan weerzijden van de brand Voorstudie verwaarloosde: Zuigeffect van trein Invloed van wind Bepaal of wordt voldaan aan eis, incl.: Zuigeffect van trein Invloed van wind Als niet dan: Bepaal of veiligheidsniveau gelijkwaardig is

Eis Rook mag niet voorbij schacht

Aanpak Validatie van CFD code Fluent voor natuurlijke ventilatie door schachten CFD model blijkt conservatief CFD studie: invloed treinpositie t.o.v. schacht Zonder en met (mee- en tegen) wind (10 m/s) Incl. zuigereffect (berekend met 1D model) Bepaal meest kritieke trein posities (6 posities) met 1D ventilatiemodel CFD studie: vluchtklimaat voor kritieke treinposities bij verschillende wind richtingen: In totaal 10 cases berekend

Geometrisch model TRN Uitbreiding domein Openingen in rijtuig met brand 25m 2.7m 20m 0.8m 1.2m 0.8m 2m 1m 1m 1m 1m 1m 1m 2m 2m 2m 2m 2m 2m Gedetailleerd gemodelleerd tunneldeel schachten Zijaanzicht model trein brand

Voorbeeld resultaten Optische rookdichtheid langsdoorsnede vluchtpad op verschillende tijden Rijrichting Geen wind

Resultaten Onveilig vluchtklimaat (onveilige zone): Kan optreden stroomafwaarts van de eerste schacht stroomafwaarts van de brand Treedt nooit op stroomopwaarts van de eerste schacht stroomopwaarts van de brand Onveilige zone kan bewegen en uitbreiden/krimpen en een schacht passeren Positie van brand t.o.v schacht is belangrijk Wind condities zijn alleen belangrijk dichtbij de tunnel portalen

Beoordeling gelijkwaardigheid Beoordeling onveilige zone: Definitie: < 10 m zichtlengte Lengte moet < 154 m ( = tussenafstand schachten) Twee cases hebben onveilige zone > 154 m Extra beoordeling van deze 2 cases: Deel van onveilige zone stroomopwaarts van de brand is onbelangrijk, omdat de passagiers die in die richting vluchten niet door het rookfront worden ingehaald. Lengte van stroomopwaarts deel onveilige zone < 154 m Alle cases hebben gelijk of beter veiligheidniveau dan oorspronkelijke eis

Voorbeeld beoordeling met tijdafstand diagram Run9a-3 Outer platform conditions 420 Downstream zone length 360 Unsafe zone 300 Time (s) 240 180 Last escaping passenger 120 Shaft S8 Fire Shaft S9 60 0-150 -100-50 0 50 100 150 upstream <------ Distance to center of fire (m) ----> downstream Voorbeeld tijd-afstand diagram waaruit blijkt dat geen enkele passagier die in stroomopwaartse richting vlucht (groene stippellijn) in de onveilige zone loopt.

Conclusies (1) Keuze van safety-concept in beginstadium vaak onder tijdsdruk op beperkte gegevens gebaseerd. Maar wel bepalend voor verder verloop! TNO/Efectis krijgt opdrachten van alle partijen, maar doet niet mee in integraal (besluitvormings)proces. Beoordelende instanties pas in later stadium betrokken, namelijk als ventilatieconcept al vastligt. Kennis achterstand project Voortschrijdend inzicht algemeen (weer een tunnelbrand) Prestatie-eisen ondanks inspanning vooraf onvolledig, soms tegenstrijdig soms onduidelijk. 15 minuten containment, wel of niet? Voortschrijdend inzicht?

Conclusies (2) Als achtergronden prestatie-eisen/beoordelingscriteria bekend zijn, kunnen efficiëntere oplossingen makkelijker worden getoetst open schachten in TGH, TDK, TOM gelijkwaardigheid natuurlijke ventilatie in TRN Aannemer moet er maar op vertrouwen dat veiligheid concept haalbaar is; wordt van 2 kanten belaagd: Opdrachtgever (Staat) Vergunningverlener (Gemeenten, brandweer) Brandweer koopt ook kennis in: schakelt derde partij in voor second opinion CFDberekeningen Verwarring m.b.t. probabilistische vs deterministische aanpak