wikkeling g van me arkeerga arages

Evaluatie e en ontw wikkeling g van me ethoden voor een brandveilig ontw werp van RWA insstallatiess in o ondergro ondse pa arkeerga arages Les Baert Promotor: prof. p dr. ir. Bart B Merci B Begeleiders s: Nele Tille ey, Xavier Deckers D Masterproe M ef ingediend d tot het behalen van de d academische graad d van Postgradua aat Fire Saffety Engine eering Vakgroep Me V echanica van Stroming, Wa armte en Verb branding V Voorzitter: pro of. dr. ir. Roger Sierens Faculteit Inge F enieurswetensschappen en Architectuur A Academiejaa r 2010-2011

Evaluatie en ontwikkeling van methoden voor een brandveilig ontwerp van RWA installatiess in ondergrondse parkeergarages Les Baert Promotor: prof. dr. ir. Bart Merci Begeleiders: Nele Tilley, Xavier Deckers Masterproef ingediendd tot het behalen van de academische graad van Postgraduaat Fire Safety Engineering Vakgroep Mechanica van stroming, warmte en verbranding Voorzitter: prof. dr. ir. Roger Sierens Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2010-2011

Voorwoord De voorliggende masterproef is het sluitstuk van twee jaar intensief werk. Mijn keuze om naast een veeleisende professionele activiteit nog met studies op academisch niveau te beginnen, riep in mijn omgeving nogal wat verbazing op. Het was voor sommigen moeilijk te begrijpen dat het nog wat meer mocht zijn. Op het einde van het traject aangekomen, weet ik dat het de moeite waard was. De term Fire Safety Engineering wordt tegenwoordig vlotjes uitgesproken maar de vlag dekt veel meer dan men zou vermoeden. Tijdens de opleiding gaat een wereld open van disciplines die elk op zich totaal verschillend zijn maar uiteindelijk samen komen rond hetzelfde fenomeen, brand. Vuur heeft de mens altijd gefascineerd door de grote tegenstelling van aantrekkelijke gezelligheid en dodelijk gevaar. Een ruwe natuurkracht. Ik kon echter niet vermoeden dat zoveel wetenschap bestond rond dit fenomeen. Nog minder kon ik vermoeden dat er op dit moment nog zoveel open vragen zijn die geduldig wachten op verder onderzoek. Op je veertigste opnieuw gaan studeren op universitair niveau is geen sinecure. Niet voor mezelf, maar vooral niet voor de mensen die mij dagelijks omringen. Ik wil graag mijn vrouw Benedicte bedanken voor haar geduld en begrip tijdens de voorbije jaren. Zonder haar toewijding was de combinatie van werk en studies niet mogelijk geweest. Mijn twee zonen, Anthony en Olivier, wil ik bedanken voor het bewaren van de rust in huis als papa weer eens aan zijn bureau zat te studeren. Mijn werkgever wil ik bedanken voor de tijd die me ter beschikking werd gesteld om de colleges bij te wonen. In het bijzonder wil ik Mr. Asselman bedanken voor zijn ondersteuning van het project team tijdens mijn afwezigheden. Het onderzoeksteam in Gent, Nele Tilley, Xavier Deckers en Bart Merci wil ik bedanken voor het delen van hun gedegen kennis en ervaring. Tot slot wil ik de studenten en alumni van de FSE groep bedanken voor de kennis die we gedeeld hebben tijdens de vele discussies. Les Baert Gent, juni 2011, De auteur geeft de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze scriptie. v

vi

Samenvatting De keuze voor het onderwerp van deze masterproef is ingegeven door de wens om me te verdiepen in de materie die handelt over rook en warmteafvoer in grote ondergrondse parkeergarages of gelijkaardige gesloten parkeergebouwen. We gebruiken verder het letterwoord RWA voor rook en warmteafvoer systemen die gebruik maken van mechanische horizontale ventilatie. Om de verspreiding van warmte en rooklucht in een complexe geometrie te voorspellen, komt men al snel tot veldmodellen (CFD) die gebaseerd zijn op de wetten van behoud van energie, massa en impuls. Toepassing van CFD om tot betrouwbare resultaten te komen, vraagt een grote deskundigheid van de gebruiker en van de bevoegde autoriteiten die oordelen over het ontwerp. Uitgangspunt van de masterproef was om tot relatief eenvoudige rekenregels te komen om RWA te dimensioneren. De wens bestond om de rekenregels geschikt te maken voor verschillende geometrische vormen. Het ontwerp en beoordelingstraject van het bouwproces wordt voor alle partijen een stuk eenvoudiger zonder het gebruik van CFD. Langs het traject van de thesis kwamen we al snel tot de conclusie dat fenomenen van brand en de luchtbewegingen in een complexe geometrie niet te vatten zijn in een aantal vergelijkingen toepasselijk op verschillende vormen van bouwkundige structuren. Men kan niet zonder CFD om voor complexe vormen een onderbouwde voorspelling te maken van het rookgedrag. De keuze werd gemaakt om te focussen op een geometrie met een oppervlakte van 1000m². De oppervlakte van 1000m² stemt overeen met de maximum toegelaten rookzone (RWA zone) volgens de NBN S21 208 2. De breedte van de geometrie bedraagt 16m, de hoogte 3m en de lengte 62.5m. Links en rechts bevinden zich in totaal 50 parkeerplaatsen met afmeting 5mx2.5m. In het midden ligt een rijvak van 6m. We stellen met behulp van het CFD model FDS (v5.5.3) correlaties op voor de kritische snelheid, het kritisch extractiedebiet en de terugstroomlengte van rook voor vermogens van 1MW tot 8MW. We gaan de invloed na van balken in verscheidene configuraties. We vergelijken de gevonden correlaties met de relaties geldig voor tunnels uit de literatuur. De wetgeving in België, Nederland en het Verenigd Koninkrijk met betrekking tot grote parkeergarages wordt toegelicht. Het vermogen van de brandhaard en de ontwikkeling ervan in de tijd zijn maatgevende parameters voor het dimensioneren van RWA. Op vandaag zijn de modellen om het brandgedrag van een auto te voorspellen nog niet voldoende ontwikkeld. De ontwerper is aangewezen op een keuze uit de resultaten van experimenten die beschikbaar zijn in de literatuur of op referentie brandcurven uit diverse normen. We maken een overzicht ten behoeve van de ontwerper. RWA wordt frequent gecombineerd met automatische detectie om rookverspreiding van in het begin van de brand te voorkomen. We voorspellen de vertragingstijd van rook detectoren en thermische detectoren voor een referentie brandcurve. De locatie van de detectoren is conform aan de norm NBN S21 100:1986 en addenda. We gebruiken CFD en vergelijken de resultaten met correlaties uit de literatuur. We controleren de gevoeligheid van de resultaten aan de randvoorwaarden van het CFD model. Het werkingsprincipe van diverse types detectoren wordt toegelicht. De invloed van dagventilatie op de respons tijd van de detectoren wordt begroot voor debieten conform aan Belgische, Nederlandse en Duitse richtlijnen. vii

Fire Safety with Smoke and Heat Extraction Systems in Underground Car Parks Les Baert Supervisor(s): Bart Merci, Nele Tilley, Xavier Deckers Abstract This article discusses the design of smoke and heat extraction systems in underground car parks. Topics are back layering of smoke, influence of beam configurations on back layering and delay of detection systems. A survey of regulations, standards and experiments on HRR of cars was made. Keywords large closed car parks, horizontal mechanical ventilation, backlayering, CFD, modeling, performance-based design, design fire I. INTRODUCTION The nature of the enclosed space of an underground car park can cause severe threats to life safety when a car starts to burn in the compartment. Experiments have shown that, once a car is fully involved, fire spread to other cars is likely to happen due to heat feedback in enclosed spaces with low ceilings and nearby walls. When multiple cars are involved, HRR can peak to values exceeding 16MW.[1] Measures have to be taken to facilitate the intervention of fire brigades in order to extinguish the fire before these untenable conditions come up. Early detection of fire phenomena is an important factor in these. Well designed Smoke and Heat Extraction (SHE) systems with horizontal mechanical ventilation can help to prevent extended backlayering of smoke in the access route to the fire. Prediction of smoke movement in car parks is difficult to capture in simple design rules. CFD is often necessary to demonstrate the behavior of smoke in complex geometries. This technique needs high skills from both designer and authorities. For the sake of simplicity, design rules can be made for a sub-geometry of 1000m² often encountered in underground car parks. We call it a smoke zone. The boundaries of this smoke zone can be either physical, by means of roller shutters or curtains, or virtual meaning that the velocities in adjacent zones are similar. II. FIRE MODELING Defining the HRR curve is the first step to design a SHE system. A survey of experiments with burning cars throughout the world was made resulting in an overview of peak HRR values and time to reach this peak.[2][3][4][5] HRR [MW] Figure 1: Overview of peak HRR and time to reach it on a survey of car burn experiments Reference curves used for the design of SHE systems in Belgium [6], Netherlands [7] and UK [8] are summarized. We found that most curves are based on experiments from the late nineties by CTICM France and TNO Netherlands. HRRt [MW] 12000 10000 10 8000 6000 4000 2000 8 6 4 2 0 0 experiments 0 50 time [min] Figure 2: frequently used HRR for design fires in car parks 50 40 30 20 10 0 time to peak value [min] Joyeux 1 auto Joyeux 1 auto (meerdere) TNO 1 auto NBN 1 auto NBN 2 auto's Les Baert is with Somati nv, Erembodegem, Belgium, and studied the postgraduate studies in Fire Safety Engineering at the Faculty of Engineering and Architecture, Ghent University (UGent), Gent, Belgium. Email: Lesley.Baert@telenet.be

III. DETECTOR RESPONSE DELAY Response times of detection devices to the above mentioned reference HRR curves were examined for both smoke and heat detectors. These devices were modeled in FDS with their respective Heskestad and RTI model.[9] Location of devices was done conform to the Belgian standard [10] on fire detection systems. The influence of low velocity CO ventilation on the response times of smoke and heat detectors was investigated. Figure 3: smoke distribution during development of ceiling jet under different comfort ventilation conditions We observe a response time for smoke detectors of approx. 20s. and. For heat detectors, modeled by their RTI value, we observe a response time between 150s and 200s depending on their RTI value. A negligible effect of the ventilation flow rate on the response time of both detectors was observed within the range of 0.8m³/s to 3.6m³/s. IV. CRITICAL VELOCITY and BACKLAYERING A series of about 400 CFD simulations were carried out to determine the backlayering in a 1000m² domain with 457728 cells under different configurations of transversal and longitudinal beams with different heights and spacing. For every single configuration a series of simulations with differing extraction flow rates and HRR was done. Varying the extraction rate and consequent upwards velocities within the same CFD calculation seems to generate difficulties with stabilization of the ceiling jet s leading edge. Therefore, separate CFD runs for 150s simulated time are done for each constant extraction flow rate. Exponential correlations for critical velocity were found for configurations with beams, unlike configurations with flat ceiling where a power law curve was the best match with observed data. critical velocity [m/s] 2,20 1,70 1,20 2,5 3,5 4,5 5,5 HRRc [MW] Figure 5: correlations for the critical velocity for different beam configurations Backlayering distance can be expressed as function of a deficit in upwards velocity regarding the critical velocity as. We found expressions for for different beam configurations and observed that backlayering distance becomes less sensitive to deficits in upward velocity regarding to the critical velocity when beams are involved. Unlike flat ceilings, sensitivity seems to decrease with increasing HRR. a [s] 90 80 70 60 50 40 30 no beams height 50cm, spacing 7.5m, transv. height 50cm, spacing 2.5m, transv. heigth 25cm, spacing 7.5m, transversal height 25cm, spacing 2.5m, transversal height 50cm, longitudinal 2 4 6 HRRc [MW] a no beams height 50cm, spacing 7.5m, transv. height 50cm, spacing 2.5m, transv. heigth 25cm, spacing 7.5m, transversal height 25cm, spacing 2.5m, transversal height 50cm, cross pattern height 50cm, longitudinal Figure 6: value for a: dependence on beam configuration and HRR Figure 4: calculation domain for the analysis of critical ventilation velocities and backlayering distance The CFD model FDS was used in this study. FDS uses a standard form of the Smagorinsky model for sub-grid turbulence modeling with LES. [11] The setup used in this study was investigated for sensitivity on grid size and turbulent model parameters.

V. CONCLUSION Well designed mechanical horizontal smoke and heat extraction (SHE) systems in car parks create tenable conditions for fire men along their access route to the proximity of burning car(s). A higher level of safety is achieved by creating acceptable temperatures in the back layering smoke layer and improved visibility at low heights. Even if the system is designed for backlayering distances up to 30m, the above mentioned conditions holds. Systems designed with flow rates for the prevention of excessive smoke backlayering are also reducing thermal attack on building structures beyond the immediate fire source area. Temperatures lower than 250 C are found at ceiling height for a 8MW fire source. Backlayering distance could be expressed as a linear function of deficit of the inlet velocity to the critical velocity, preceded by a sensitivity factor. This factor is increasing with increasing HRR for flat ceilings, however when transversal beams are involved, we found that this factor is decreasing with increasing HRR. For the investigated configurations and heat release rates, transversal beams are reducing the critical velocity by approx. 10%, except for shallow widely spaced beams where the critical velocity is increasing by approx. 5 to 10% for a 8MW fire. Longitudinal beams are increasing the critical velocity with approx. 20%. Year to date full scale experiments without SHE systems have shown that fire spread to adjacent cars is possible once the first car is fully involved in fire [1]. At present, there is no sound basis to make conclusions about the influence of SHE systems on fire spread in car parks. It seems evident that providing the fire with a forced flow of fresh air will accelerate the combustion and flames will be tilted towards downstream cars. However, temperatures of smoke layers will be lowered drastically, resulting in an important reduction of downwards radiation to adjacent cars. Experiments have shown that in particular the pre-warming of adjacent cars due to downward radiation of ceiling jets is a major factor in reducing time to their involvement in fire [1]. Lowering smoke layer temperature will yield precious time in order to extinguish the fire before untenable conditions are reached. applicable standards [12] [13] has no significant influence on response times of both smoke and fixed temperature heat detectors. We found that response times for optical smoke detectors are only 15% of response times for fixed temperature detectors based on their RTI value. REFERENCES 1. BRE. BD2552 Fire spread in car parks. London. 2010. 2. JANSSENS, M. L. Development of a database of full scale calorimeter tests of motor vehicle burns. Southwest Research Institute. San Antonio USA. 2008. 3. JOYEUX, D. Natural Fires in Closed Car Parks. CTICM. France, p. 31. 1997. 4. OKAMOTO, K. Burning behavior of sedan passenger cars. Fire Safety Journal, Japan, n. 44, p. 301-310, 2009. 5. VANOERLE. Effectiviteit van stuwkrachtventilatie in gesloten parkeergarages, brandproeven en simulaties. TNO Nederland. Delft, p. 67. 1999. 6. NBN. NBN S21-208-2/pr A1:2010 Brandbeveiliging in gebouwen Ontwerp van rook- en warmteafvoersystemen in gesloten parkeergebouwen. [S.l.]. 2010. 7. NNI. NEN 6098 - Rookbeheersingssystemen voor mechanisch geventileerde parkeergarages - 2e ontwerp. Nederlands Normalisatie-instituut. [S.l.]. 2010. 8. BSI. BS 7346-7 - Components for smoke and heat control systems. Code of practice on functional recommendations and calculation methods for smoke and heat control systems for covered car parks. UK: BSI, 2006. 9. MCGRATTAN, K.; HOSTIKKA, S.; FLOYD, J. Fire Dynamics Simulator (version 5), Technical Reference Guide. Maryland, USA: NIST, v. Volume 1:Mathematical model, 2010. 10. NBN. NBN S21-100:1986 + addenda: Reddings-en brandweermaterieel - Opvatting van algemene installaties voor automatische brandmelding door puntmelder. Bureau voor Normalisatie. Brussel. 2006. 11. MCGRATTAN, K.; HOSTIKKA, S.; FLOYD, J. Fire Dynamics Simulator (Version 5.5) User's Guide. Maryland, USA: NIST, 2010. 12. NNI. NEN 2443:2000 - Parkeren en stallen van personenauto's op terreinen en in garages. [S.l.]. 2000. 13. VDI-GESELLSCHAFT TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG. VDI 2053 Air treatment systems for car parcs. [S.l.]: Verein Deutscher Ingenieure, 2004. Early detection of incipient fire is very important to extend the available for fire brigade intervention. Daily exhaust gas dilution ventilation designed according to

ix

INHOUDSOPGAVE Voorwoord... v Samenvatting... vii Extended abstract... viii Lijst met gebruikte symbolen en afkortingen... 5 Lijst van figuren... 7 Hoofdstuk 1 Inleiding... 15 Hoofdstuk 2 Methode... 16 Hoofdstuk 3 Regelgeving en normering... 17 3.1 België... 17 3.1.1. Koninklijk Besluit van 7 juli 1994... 17 3.1.2. Norm NBN S21 208 2:2006... 18 3.1.3. prnbn S21 208 2:2010... 20 3.1.4. Dagventilatie... 22 3.2 Nederland... 23 3.2.1. Bouwbesluit en gebruiksbesluit 2003... 23 3.2.2. Landelijke Richtlijnen... 24 3.2.3. Concept NEN 6098:2010... 24 3.3 United Kingdom... 28 3.3.1. Approved document B to the Building Regulations... 28 3.3.2. British Standard 7346 7:2006... 30 Hoofdstuk 4 Survey full scale experimenten... 32 4.1 BRE (UK) Fire spread in car parks 2010... 32 4.1.1. Resultaten van testen met overslag naar andere voertuigen... 32 4.2 SwRI (US) Database full scale vehicle burns 2008... 36 4.2.1. Verloop HRR in functie van de tijd... 37 4.2.2. Overzicht piekwaarden HRR en tijd tot de piekwaarde... 46 4.2.3. Extreme waarden voor de HRR nader bekeken... 46 4.2.4. Heat of combustion... 48 4.2.5. Duur van de brand... 49 4.3 NRIPS Japan, Okamoto 2008... 51 Hoofdstuk 5 Referentie curven... 52 5.1 CTICM, Joyeux et al. (1997)... 52 5.1.1. Geen overslag, één auto betrokken in de brand... 52 1

5.1.2. Brandoverslag, meerdere auto s betrokken in de brand... 53 5.2 TNO, van Oerle et al. (1999)... 55 5.3 Overzicht curven uit normen en literatuur... 56 5.4 Invloed van de oppervlakte in de modellering... 57 Hoofdstuk 6 Detectie van brand in een parkeergarage... 59 6.1 Werkingsprincipes detectoren... 59 6.1.1. Optisch werkingsprincipe... 59 6.1.2. Thermisch werkingsprincipe... 60 6.2 Rook detectie... 62 6.2.1. Rook productie... 62 6.2.2. Afmetingen roet partikels... 63 6.3 Warmte detectie... 66 6.4 Multi criteria detectie... 67 6.5 Onderzoek naar respons tijden van detectoren op de referentie curve... 67 6.5.1. Modellering van rook detectoren in FDS... 69 6.5.2. Keuze parameters FDS detector model... 72 6.5.3. Ceiling jet... 75 6.6 Invloed van de dagventilatie op de responstijd detectoren... 76 6.6.1. Maatgevend vermogen... 76 6.6.2. Debiet dagventilatie... 77 6.6.3. Invloed van dagventilatie op rook detectoren... 78 6.6.4. Invloed van dagventilatie op thermische detectoren... 87 6.6.5. Detectie tijd versus interventie tijd... 95 Hoofdstuk 7 Rookverspreiding en zicht in rook... 98 7.1 Prestatie eisen gesteld aan RWA in gesloten parkeergebouwen... 98 7.2 Zichtlengte in rook... 98 Hoofdstuk 8 CFD simulaties rookverspreiding... 103 8.1 Parameterstudie... 103 8.2 CFD model... 105 8.2.1. Parameters in het standaard Smagorinsky LES model van FDS v5.5.3... 105 8.2.2. Parameters verbrandingsmodel... 106 8.2.3. Bepaling van de geometrie voor de simulaties... 107 8.2.4. Bepaling van het rekenraster... 109 8.3 Configuratie met vlak plafond... 112 2

8.3.1. Terugstroming versus extractiedebiet... 113 8.3.2. Kritisch extractiedebiet... 115 8.3.3. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 116 8.3.4. Kritische snelheid... 118 8.3.5. Conclusie... 119 8.4 Kritische snelheid en terugstroming in tunnels... 121 8.4.1. Literatuur... 121 8.4.2. Vergelijking parking met tunnel... 125 8.5 Configuratie met dwarse balken. Hoogte balken 0.5m, hartafstand 7.5m.... 131 8.5.1. Kritisch extractiedebiet... 132 8.5.2. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 133 8.5.3. Kritische snelheid... 133 8.6 Configuratie met dwarse balken. Hoogte balken 0.5m, hartafstand 2.5m.... 134 8.6.1. Terugstroming versus extractiedebiet... 134 8.6.2. Kritisch extractiedebiet... 135 8.6.3. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 135 8.6.4. Kritische snelheid... 136 8.7 Configuratie met dwarse balken. Hoogte balken 0.25m, hartafstand 7.5m.... 137 8.7.1. Kritisch extractiedebiet... 137 8.7.2. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 138 8.7.3. Kritische snelheid... 138 8.8 Configuratie met dwarse balken. Hoogte balken 0.25m, hartafstand 2.5m.... 139 8.8.1. Kritisch extractiedebiet... 139 8.8.2. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 139 8.8.3. Kritische snelheid... 140 8.9 Configuratie met langs en dwarsbalken. Hoogte balken 0.5m.... 141 8.9.1. Kritisch extractiedebiet... 141 8.9.2. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 142 8.9.3. Kritische snelheid... 142 8.10 Configuratie met langsbalken. Hoogte balken 0.5m.... 143 8.10.1. Kritisch extractiedebiet... 145 8.10.2. Terugstroming versus snelheid stroomopwaarts van de brandhaard... 145 8.10.3. Kritische snelheid... 146 3

8.11 Discussie en conclusie over de impact van balken op de kritische snelheid, het kritisch extractiedebiet en de terugstroomlengte... 146 8.12 Sensitiviteit CFD model... 149 8.12.1. Temperatuursverloop in het domein, verticale longitudinale doorsnede.. 149 8.12.2. Temperatuur in de omgeving van de brandhaard... 152 8.12.3. Snelheid in de omgeving van de brandhaard... 154 8.12.4. Detail van het front van de ceiling jet... 157 8.12.5. Rookdichtheid in het horizontale vlak... 161 8.12.6. Temperatuur in het horizontale vlak... 165 8.12.7. Discussie en conclusie over de invloed van het rekenraster en de Smagorinsky constante op de resultaten... 169 Referenties... 171 4

Lijst met gebruikte symbolen en afkortingen Romeinse symbolen oppervlakte m² oppervlakte brandhaard m² soortelijke warmte van lucht bij referentiedruk J/kg.K terugstroomlengte rookgassen m massa kg massadebiet kg/s totale vermogen van de brandhaard kw of MW convectief deel van het vermogen kw of MW smagorinsky constante tijdseenheid s of min temperatuur K of C gas temperatuur K of C Gemiddelde temperatuur van rookgassen K of C extractie debiet m³/s kritische snelheid m/s snelheid stroomopwaarts van de brandhaard m/s kritisch Froude getal (tunnels) Kritische snelheid (tunnels) m/s Kritisch Richardson getal (tunnels) Dimensieloze kritische snelheid (tunnels) Dimensieloos vermogen Dimensieloze terugstroomlengte Hydraulische hoogte van een tunnel m Karakteristieke diameter brandhaard m Temperatuur van het meetelement van een detector K of C Zichtlengte in rook m Maximum bewakingsoppervlakte van een detector m² Uitdovingscoëfficiënt (extinction coefficient) 1/m Mass extinction coefficient M²/kg Resterende intensiteit van een lichtbron cd of lumen Lichtsterkte van een lichtbron cd of lumen Optische densiteit 1/m Omtrek van de brandhaard m Snelheid van rookgassen in de ceiling jet volgens Alpert m/s Energie kj of MJ Gemiddelde diameter van een rookpartikel µm totaal aantal rookdeeltjes Minimum vermogen waarop een detector reageert kw Response time index. Karakteristieke lengte van een rook detector volgens m Heskestad model Snelheid of snelheid volgens x as m/s Snelheid of snelheid volgens y as m/s Snelheid volgens z as m/s Opstijghoogte rookpluim m straal m Hoogte van de parkeergarage m Turbulent Prandtl getal (LES) Turbulent Schmidt getal (LES) Strain rate in Smagorinsky model 5

Griekse symbolen Turbulente viscositeit (CFD) Pa.s Soortelijk massa kg/m³ Δ Verschil Golflengte van licht µm Rookdichtheid in lucht g/m3 of kg/m³ Parameter in het Cleary detector model Parameter in het Cleary detector model Parameter in het Cleary detector model Karakteristieke vultijd van de behuizing van een detector s Karakteristieke vultijd van de meetkamer van een detector s Parameter in het Cleary detector model Smoke conversion factor tijdsconstante s Tijdsconstante onder gekende test condities s Geometrische standaardafwijking Afkortingen RWA LES HRRt HRRc CFD NUREG Rook en warmte afvoer systemen Large Eddy Simulation Total heat release rate, totaal vermogen van de brandhaard in kw of MW Convectief deel van het vermogen in kw of MW Computational Fluid Dynamics Nuclear Regulatory Commission 6

Lijst van figuren Figuur 1:referentiecurve HRR conceptnorm NBN S21 208 2:2010 voor 2 wagens die deelnemen aan de brand... 21 Figuur 2: referentiecurve HRR conceptnorm NBN S21 208 2:2010 voor 1 wagen die deelneemt aan de brand... 21 Figuur 3: referentiecurve oppervlakte van de brandhaard conceptnorm NBN S21 208 2:2010 voor 1 wagen die deelneemt aan de brand... 21 Figuur 4: roetproductie van 1 wagen volgens uit de refenrentiecurve HRR en opgelegde massafractie roetvorming en verbrandingswaarde volgens de conceptnorm NBN S21 208 2:2010... 22 Figuur 5:referentiecurve HRR concept norm NEN6098:2010... 26 Figuur 6: referentiecurve rookproductie conceptnorm NEN6098:2010... 26 Figuur 7: test rig BRE experiments... 33 Figuur 8: BRE testen: metingen HRR bij test #1... 33 Figuur 9: BRE testen: metingen HRR bij test #3... 34 Figuur 10: SwRI database series 1 test 1... 37 Figuur 11: SwRI database series 1 test 2... 37 Figuur 12: SwRI database series 1 test 3... 37 Figuur 13: SwRI database series 3 test 1... 38 Figuur 14: SwRI database series 3 test 2... 38 Figuur 15: SwRI database series 4 test 3... 39 Figuur 16: SwRI database series 4 test 7... 39 Figuur 17: SwRI database series 4 test 8... 39 Figuur 18: SwRI database series 5 test 1... 40 Figuur 19: SwRI database series 5 test 11... 40 Figuur 20: SwRI database series 5 test 12... 40 Figuur 21: SwRI database series 6 test 1... 41 Figuur 22: SwRI database series 6 test 2... 41 Figuur 23: SwRI database series 6 test 3... 41 Figuur 24: SwRI database series 9 test 1... 42 Figuur 25: SwRI database series 9 test 2... 42 Figuur 26: SwRI database series 10 test 2... 43 Figuur 27: SwRI database series 10 test 3... 43 Figuur 28: SwRI database series 10 test 4... 43 Figuur 29: SwRI database series 10 test 5... 43 Figuur 30: SwRI database series 11 test 1... 44 Figuur 31: SwRI database series 12 test 1... 45 7

Figuur 32: overzicht piekwaarden HRRen tijd tot de piekwaarde voor diverse brandproeven met auto s... 46 Figuur 33: verbrandingswaarde auto in functie van publicatiejaar testrapport... 49 Figuur 34: Duur van de brand voor de relevante experimenten uit de SwRI database... 50 Figuur 35: HRR curven NRIPS Japan, Okamoto2008 [15]... 51 Figuur 36: vergelijking referentiecurve en experimenten CTICM zonder brand overslag... 52 Figuur 37: vergelijking referentiecurve en experimenten uit de literatuur zonder brand overslag... 53 Figuur 38: vergelijking massaverlies grote wagen... 54 Figuur 39: vergelijking massaverlies kleine wagen... 54 Figuur 40: referentiecurve Joyeux van toepassing bij brandoverslag... 54 Figuur 41: TNO project, HRR referentiecurve en curven afkomstig van de gevoerde experimenten.. 55 Figuur 42: overzicht referentie curven HRR... 56 Figuur 43: overzicht referentie curven vrijgestelde energie... 57 Figuur 44: schematische opbouw optische detector... 59 Figuur 45: principe beam detector... 60 Figuur 46: rate compensation type heat detector... 61 Figuur 47: roetpartikel 6µm, agglomeraat van bolletjes 0.03µm (beeld elektronenmicroscoop)... 62 Figuur 48: verdeling roet partikels op log log schaal: links: distributie aantallen; rechts: distributie volumes [19]... 64 Figuur 49: detector respons versus partikel diameter voor optische detectoren (S 2) en ionische detectoren (R 2)... 65 Figuur 50: distributie afmetingen partikels diesel uitlaatgassen [21]... 66 Figuur 51: Coptir detector van fabrikant System Sensor... 67 Figuur 52: driftcompensatie algoritme... 70 Figuur 53: validatie FDS Cleary detector model (geometrie type appartement)... 73 Figuur 54: validatie FDS Cleary model (geometrie type gang)... 73 Figuur 55: snelheid ceiling jet bij referentiecurve NBN voor HRR 2 wagens... 76 Figuur 56: respons rookdetectie: maatgevende vermogencurve... 77 Figuur 57: respons rookdetectie: detail maatgevende vermogencurve... 77 Figuur 58: g01: overzicht rekendomein respons rookdetectie vlak plafond... 78 Figuur 59: g01: detail rekendomein respons rookdetectie vlak plafond... 78 Figuur 60: respons rook detectie: ontwikkeling rooklaag tegen plafond; links 0.811m³/s, midden 1.8m³/s, rechts 3.6m³/s... 80 Figuur 61: respons rook detectoren: ontwikkeling rookpluim en ceiling jet; links Af=25m², rechts Af=1m²; ontwikkeling vanaf start brandcurve +5s tot +21s... 83 Figuur 62: respons rook detectoren, verduistering in meetkamer, dagventilatiedebiet 0.811m³/s en Af=25m²... 84 Figuur 63: respons rook detectoren, verduistering in meetkamer, dagventilatie 0.811m³/s en Af=1m²... 84 Figuur 64: voortschrijding van het front van de ceiling jet volgens Delichatsios op basis van de referentiecurve in Figuur 34.... 86 8

Figuur 65:g01: overzicht rekendomein respons thermische detectoren vlak plafond... 89 Figuur 66: g01: detail rekendomein respons thermische detector... 90 Figuur 67: validatie FDS: resultaten van de ceiling jet temperatuur voor test serie ICFMP BE#3 (aangeduid met index BE3 x) berekend met een rekenraster van 10cm... 90 Figuur 68: respons thermische detectoren: tijd tot dubbele detectie in functie van extractiedebiet, oppervlakte brandhaard en RTI waarde... 91 Figuur 69: sim g01_21_rti1: respons thermische detectoren met Af=25m², Vex=0.811m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 92 Figuur 70: sim g01_21_rti2: respons thermische detectoren met Af=25m², Vex=0.811m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 92 Figuur 71: sim g01_22_rti1: respons thermische detectoren met Af=25m², Vex=1.8m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 92 Figuur 72: sim g01_22_rti2: respons thermische detectoren met Af=25m², Vex=1.8m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 93 Figuur 73: sim g01_23_rti1: respons thermische detectoren met Af=25m², Vex=3.6m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 93 Figuur 74: sim g01_23_rti2: thermische detectoren met Af=25m², Vex=3.6m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 93 Figuur 75: sim g01_24_rti1: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=0.81m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 94 Figuur 76: sim g01_24_rti2: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=0.81m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 94 Figuur 77: sim g01_25_rti1: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=1.8m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 94 Figuur 78: sim g01_25_rti2: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=1.8m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 95 Figuur 79: sim g01_26_rti1: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=3.6m³/s, RTI=25(ms) 1/2... 95 Figuur 80: sim g01_26_rti2: respons thermische detectoren met Af=1m², Vex=3.6m³/s, RTI=3(ms) 1/2... 95 Figuur 81:uitgangspunt snelste adequate hulp (wet van 15 mei 2007)... 96 Figuur 82: manuele registratie interventietijden brandweer... 96 Figuur 83: registraties alarm en uitruktijden brandweerkorpsen Antwerpen juli 2009 tot mei 201097 Figuur 84: zichtlengte versus light extinction coefficient voor niet verlichte (KS=3) en verlichte (KS=8) evacuatie borden... 99 Figuur 85: zichtlengte versus light extinction coefficient voor lichtgevende evacuatie borden... 99 Figuur 86: sim g01_235: effect versmallingen op gradiënt rookdensiteit HRR=8MW, Vex=96m³/s, schaal rookdichtheid=0.06g/m³... 102 Figuur 87: sim g01_234: effect versmallingen op gradiënt rookdensiteit HRR=8MW, Vex=96m³/s, schaal rookdichtheid=0.06g/m³... 103 Figuur 88: geometrie parkeergarage... 108 Figuur 89: rekenraster g01 volledig compartiment (457728 cellen van 25x25c12.5 cm)... 109 Figuur 90: detail rekenraster g01 brandhaard, 25cmx25cmx12.5cm (x y z)... 110 Figuur 91: sim g01_289 na 4s... 112 Figuur 92: sim g01_289 na 20s... 112 9

Figuur 93: sim g01_289 na 40s... 112 Figuur 94: sim g01_289 na 60s... 112 Figuur 95: sim g01_289 na 80s... 112 Figuur 96: sim g01_289 na 100s... 112 Figuur 97: sim g01_289 na 120s... 112 Figuur 98: g01 geen balken HRR=1MW d/vex... 113 Figuur 99: g01 geen balken HRR=2MW d/vex... 113 Figuur 100: g01 geen balken HRR=3MW d/vex... 113 Figuur 101: g01 geen balken HRR=4MW d/vex... 113 Figuur 102: g01 geen balken HRR=5MW d/vex... 113 Figuur 103: g01 geen balken HRR=6MW d/vex... 113 Figuur 104: g01 geen balken HRR=7MW d/vex... 114 Figuur 105: g01 geen balken HRR=8MW d/vex... 114 Figuur 106: g01 verloop energiewaarden en massaverlies in een simulatie met HRR=5MW... 115 Figuur 107: g01: vereist extractie debiet in functie van de HRRc voor een terugstroming d van max 0, 5, 10 en 15m... 116 Figuur 108: g01 verloop energiewaarden en ventilatiedebiet bij HRR=5MW... 116 Figuur 109: g01 geen balken HRR=1MW d/vin... 117 Figuur 110: g01 geen balken HRR=2MW d/vin... 117 Figuur 111: g01 geen balken HRR=3MW d/vin... 117 Figuur 112: g01 geen balken HRR=4MW d/vin... 117 Figuur 113: g01 geen balken HRR=5MW d/vin... 117 Figuur 114: g01 geen balken HRR=6MW d/vin... 117 Figuur 115:g01 geen balken HRR=7MW d/vin... 118 Figuur 116:g01 geen balken HRR=8MW d/vin... 118 Figuur 117: g01 geen balken: kritische snelheid v_in,cr / HRR... 118 Figuur 118: terugstroom in functie van (v_cr v_in) bij verschillende HRR... 119 Figuur 119: helling rechte voor terugstroom (waarde voor a) in functie van HRRc... 119 Figuur 120: kritische snelheid voor een vlak plafond, vergelijking met correlatie van Tilley... 120 Figuur 121:sim g01_174 versnelling ventilatielucht boven brandhaard door thermische blokkering tegen het plafond... 124 Figuur 122: g01: dimensieloze kritische snelheid versus dimensieloze HRR (Li et al)... 126 Figuur 123: g01: dimensionless confinement velocity geformuleerd door Li (V**) versus dimensieloze terugstroom lengte in het model van de parkeergarage g01... 127 Figuur 124: g01: kritische snelheid versus convectieve HRR (Thomas)... 128 Figuur 125: g01 dimensieloze kritische snelheid volgens Wu&Bakar versus parkeergarage g01... 129 Figuur 126: g01: overzicht rekendomein dwarse balken met 50cm hoogte en hartafstand 7.5m... 131 Figuur 127:g01: binnenzicht rekendomein dwarse balken met 50cm hoogte en hartafstand 7.5m. 132 Figuur 128: g01 dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 7.5m kritisch extractiedebiet... 132 10

Figuur 129: g01 dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 7.5m, waarde voor a... 133 Figuur 130: g01 dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 7.5m kritische snelheid... 133 Figuur 131: g01 overzicht rekendomein dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 2.5m... 134 Figuur 132: g01: dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 2.5m, terugstroom lengte in functie van het extractiedebiet voor HRR=4MW tot 8MW... 134 Figuur 133: g01: balken hoogte 50cm hartafstand 2.5m, kritisch extractiedebiet... 135 Figuur 134: g01 dwarse balken hoogte 50cm hartafstand 2.5m, waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 135 Figuur 135: balken hoogte 50cm hartafstand 2.5m, kritische snelheid... 136 Figuur 136: g01 binnenzicht rekendomein dwarse balken hoogte 25cm hartafstand 7.5m... 137 Figuur 137: balken hoogte 25cm hartafstand 7.5m, kritisch extractiedebiet... 137 Figuur 138: g01 dwarse balken hoogte 25cm hartafstand 7.5m, waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 138 Figuur 139: balken hoogte 25cm, hartafstand 7.5m, kritische snelheid... 138 Figuur 140: balken hoogte 25cm hartafstand 2.5m, kritisch extractiedebiet... 139 Figuur 141: g01 dwarse balken hoogte 25cm hartafstand 2.5m, waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 139 Figuur 142: balken hoogte 25cm, hartafstand 2.5m, kritische snelheid... 140 Figuur 143: g01 overzicht geometrie langs en dwarsbalken 50cm... 141 Figuur 144: g01 binnenzicht geometrie langs en dwarsbalken... 141 Figuur 145: dwars en langsbalken hoogte 50cm, kritische extractiedebiet... 141 Figuur 146: : g01 dwars en langsbalken hoogte 50cm, waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 142 Figuur 147: dwars en langsbalken hoogte 50cm, kritische snelheid... 142 Figuur 148: g01: overzicht rekendomein met langs balken... 143 Figuur 149: g01: binnenzicht rekendomein met langs balken... 143 Figuur 150: sim g01_414: rookdensiteit contouren 0.02g/m³ op 1.75m hoogte, HRR=6MW, Vex=69.3m³/s... 144 Figuur 151: sim g01_414: rookdensiteit contouren 0.06g/m³ op 1.75m hoogte, HRR=6MW, Vex=69.3m³/s... 144 Figuur 152: balken langs 50cm, kritisch extractiedebiet... 145 Figuur 153: g01 langsbalken hoogte 50cm, waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 145 Figuur 154: balken langs 50cm, kritische snelheid... 146 Figuur 155: synthese correlaties kritische snelheid bij toepassing van balken in parking geometrie 147 Figuur 156: sim g01_266: grotere terugstroom van rookgassen door aanwezigheid van kleine (lage) balken... 147 Figuur 157: synthese waarde van a in vergelijking voor d=a(v cr v in )... 148 Figuur 158:sim g01_286, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 200 C... 149 Figuur 159: sim g01_337, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 200 C... 150 11

Figuur 160: sim g01_341, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 200 C... 150 Figuur 161: sim g01_353, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 200 C... 150 Figuur 162: sim g01_346, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15, schaal tot 200 C... 151 Figuur 163: sim g01_351, temperatuursverloop in een verticale longitudinale doorsnede over het midden van de brandhaard, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 200 C... 151 Figuur 164: sim g01_286, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 500 C... 152 Figuur 165: sim g01_337, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 500 C... 152 Figuur 166: sim g01_341, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 500 C... 153 Figuur 167: sim g01_353, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 500 C... 153 Figuur 168: sim g01_346, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15,schaal tot 500 C... 153 Figuur 169: sim g01_351, temperatuur verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 500 C... 154 Figuur 170: sim g01_286, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 5m/s... 154 Figuur 171: sim g01_337, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 5m/s... 155 Figuur 172:sim g01_341, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 5m/s... 155 Figuur 173: sim g01_353, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 5m/s... 155 Figuur 174: sim g01_346, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15,schaal tot 5m/s... 156 Figuur 175: sim g01_351, snelheid (x richting) verticale longitudinale doorsnede brandhaard detail, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 5m/s... 156 Figuur 176: g01_286, temperatuur front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 120 C157 Figuur 177: sim g01_337, temperatuur front ceiling jet, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 120 C... 157 Figuur 178: sim g01_341, temperatuur front ceiling jet, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 100 C... 157 Figuur 179: g01_353, temperatuur front ceiling jet, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 120 C... 158 Figuur 180: g01_346, temperatuur front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15,schaal tot 120 C... 158 Figuur 181: sim g01_351, temperatuur front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 120 C... 158 Figuur 182: g01_286, snelheid front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 2.5m/s... 159 Figuur 183, g01_337, snelheid front ceiling jet, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 2.5m/s. 159 12

Figuur 184: g01_341, snelheid front ceiling jet, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 2.5m/s... 159 Figuur 185: sim g01_353, snelheid front ceiling jet, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 2.5m/s... 160 Figuur 186: g01_346, snelheid front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15,schaal tot 2.5m/s... 160 Figuur 187: g01_351, snelheid front ceiling jet, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 2.5m/s.. 160 Figuur 188: sim g01_286, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 161 Figuur 189: g01_337, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 161 Figuur 190: g01_341, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 161 Figuur 191:g01_353, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 162 Figuur 192: g01_346, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15,schaal tot 0.02g/m³... 162 Figuur 193: g01_351, rookdichtheid op 1.8m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 0.02g/m³... 162 Figuur 194: sim g01_286, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 163 Figuur 195: sim g01_337, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 163 Figuur 196: sim g01_341, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 163 Figuur 197: sim g01_353, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 0.02g/m³... 164 Figuur 198: sim g01_346, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15, schaal tot 0.02g/m³... 164 Figuur 199: sim g01_351, rookdichtheid op 0.9m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 0.02g/m³... 164 Figuur 200: sim g01_286, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 165 Figuur 201: sim g01_337, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 165 Figuur 202: sim g01_341, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 250 C. 165 Figuur 203: sim g01_353, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 166 Figuur 204: sim g01_346, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15, schaal tot 250 C... 166 Figuur 205: sim g01_351, temperatuur op 2m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 250 C... 166 Figuur 206: sim g01_286, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 167 Figuur 207: sim g01_337, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.125x0.125x0.125, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 167 13

Figuur 208: sim g01_341, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.5x0.5x0.25, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 167 Figuur 209: sim g01_353, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.125x0.125x0.0625, Cs=0.2, schaal tot 250 C... 168 Figuur 210: sim g01_346, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.15, schaal tot 250 C... 168 Figuur 211: sim g01_351, temperatuur tegen plafond op 3m hoogte, grid 0.25x0.25x0.125, Cs=0.25, schaal tot 250 C... 168 14

Hoofdstuk 1 Inleiding Besloten ruimten zoals ondergrondse parkeergarages kunnen in geval van een autobrand snel leiden tot levensgevaarlijke condities. Experimenten hebben aangetoond dat overslag van brand tussen verschillende voertuigen mogelijk is eenmaal de eerste auto volledig aan de brand deelneemt. De verspreiding van brand naar meerdere voertuigen wordt versterkt door de feedback van hitte door aanwezigheid van lage plafonds en muren in de nabijheid van de brandhaard, met name door de straling van de hete rooklaag tegen het plafond die zich uitstrekt boven naastliggende voertuigen. We benoemen deze rooklaag verder in deze masterproef met ceiling jet. Wanneer meerdere voertuigen in een parkeergarage betrokken raken bij de brand kan het vrijgesteld vermogen (HRR) extreme waarden bereiken. In de literatuur zijn piekwaarden terug te vinden van 16MW [1]. Het is belangrijk dat er maatregelen genomen worden om een vlotte interventie door de brandweer mogelijk te maken en dit best voordat er overslag optreedt naar naburige voertuigen. Vroegtijdige detectie van een brandhaard in een voertuig vormt een belangrijke factor in het tijdsbestek tussen het ontstaan van de brand en de interventie van de brandweer. Goed ontworpen rook en warmteafvoersystemen met horizontale mechanische ventilatie kunnen helpen om de uitbreiding van de hete rooklaag naar de aanvalsroute van de brandweer te beperken. We noemen deze systemen verder in dit proefschrift kortweg RWA en merken op dat RWA meer behelst dan enkel de het voornoemde systeem. Het is niet evident om het gedrag van rook in een grote ruimte te voorspellen. Beproefde rekenregels die ingenieurs gebruiken om de stroming te bepalen in hydraulische problemen kunnen niet zonder meer toegepast worden op de geometrie van een parkeergarage. Hetzelfde geldt voor rekenregels uit de HVAC techniek die geen rekening houden met het effect van een brandhaard. Door de exponentieel toenemende rekenkracht van computers komt Computational Fluid Dynamics (CFD) stilaan binnen het bereik van elke ingenieur die betrokken is bij vraagstellingen over het gedrag van rook in complexe gebouwen. Om betrouwbare resultaten te bekomen vraagt deze techniek echter een hoog kennisniveau. De bevoegde autoriteiten dienen ook over voldoende kennis te beschikken bij het beoordelen van CFD dossiers. 15

Hoofdstuk 2 Methode Voor de eenvoud worden relaties uitgewerkt voor een sub geometrie van 1000m², een oppervlakte die regelmatig voorkomt als deel van een grote ondergrondse parkeergarages. We noemen het een rook zone of RWA zone conform de nomenclatuur van de NBN. De grenzen van deze RWA zone kunnen bestaan uit fysische barrières zoals bijvoorbeeld rookgordijnen die naar beneden komen als er rook in de zone wordt gedetecteerd. Men zou dit kunnen doortrekken naar virtuele barrières gevormd door aangrenzende zones die over een gelijkaardig snelheidsprofiel beschikken. Eerst wordt een studie gedaan van de regelgeving in België, Nederland en UK met betrekking tot ondergrondse parkeergarages. Vanuit het standpunt van de regelgeving worden ook de bepalingen voor gesloten parkeergebouwen nagekeken. De ontwerpcriteria voor RWA zijn immers van toepassing op alle compartimenten die niet van voldoende grote openingen voorzien zijn om natuurlijke ventilatie toe te laten. Het maakt vanuit dit opzicht niet uit of deze compartimenten onder of boven het maaiveld gelegen zijn. Op basis van CFD simulatie wordt nagegaan in welke mate de temperatuur en de rookverspreiding in het compartiment de veiligheid bedreigen van de brandweer op hun weg naar de brandhaard. Voorgaande grootheden worden berekend voor een reeks van verschillende warmtevermogens, extractie debieten en de aanwezigheid van balken en kolommen. We plaatsen de brandhaard tegen de muur. De resultaten van de CFD modellering in deze thesis worden vergeleken met experimenten uit de literatuur waarvan de karakteristieke grootheden zo goed mogelijk aansluiten met de beschouwde gevallen (validatie). Verder zal de gevoeligheid van de resultaten aan de afmetingen van het rekenrooster een goede indicatie geven van de nauwkeurigheid van de resultaten. Op dit ogenblik loopt een Europees gesubsidieerd SBO (strategisch basis onderzoek) onderzoeksproject af waarvoor de Universiteit van Gent in een nagebouwde gesloten parkeergarage, uitgerust met RWA, metingen uitvoert tijdens het branden van recente gebouwde wagens. De resultaten van dit onderzoek zijn nog niet gepubliceerd. De reactietijd van rook detectoren en thermische detectoren wordt beoordeeld op basis van CFD simulaties. Ontwerp brandhaard is de referentiecurve uit de NBN. Deze valt in het tijdsbestek van interesse onder andere samen met de referentiecurven gepubliceerd door Joyeux en TNO. Het model wordt onderworpen aan een sensitiviteitstest. De resultaten worden vergeleken met correlaties uit de literatuur. 16

Hoofdstuk 3 Regelgeving en normering 3.1 België 3.1.1. Koninklijk Besluit van 7 juli 1994 Koninklijk Besluit van 7 juli 1994 tot vaststelling van de basisnormen voor de preventie van brand en ontploffing waaraan nieuwe gebouwen moeten voldoen, gewijzigd bij Koninklijke Besluiten van 19 december 1997 en 4 april 2003. Een norm is strikt gezien geen wet maar wel een document waar alle belanghebbende partijen een consensus over bereiken binnen de structuur van een normalisatiecommissie. De inhoud van een norm heeft tot doel regels weer te geven van goed vakmanschap voor een bepaald toepassingsgebied. De benaming basisnorm is soms verwarrend voor lezers die niet vertrouwd zijn met de wetgeving in België. Een basisnorm heeft wel degelijk een wettelijk karakter, is dus afdwingbaar en kan aanleiding geven tot vervolging door het openbaar bestuur. Het KB (Koninklijk Besluit) maakt primair een onderscheid tussen lage, middelhoge en hoge gebouwen. Voor elk type (indeling naar hoogte) van gebouw is er een bijlage beschikbaar, respectievelijk bijlage 2, bijlage 3 en bijlage 4. De eisen voor ondergrondse parkeergarages, relevant voor het onderzoek in deze thesis, zijn dezelfde voor de 3 voornoemde types van gebouwen. In elke bijlage zijn de relevante artikelen telkenmale terug te vinden onder paragraaf 5.2: Bij afwijking van het in 2.1 gestelde grondbeginsel kan een parkeergebouw een compartiment vormen waarvan de oppervlakte niet beperkt is, zelfs wanneer er verscheidene communicerende bouwlagen zijn. In de gesloten parkeergebouwen met een totale oppervlakte groter dan 2500 m², moeten de maatregelen genomen worden die noodzakelijk zijn om de verspreiding van rook te voorkomen. Ten minste twee trappenhuizen of buitentrappen voldoen aan de voorschriften vervat in 4.2 of 4.3 zijn vanuit ieder punt van de bouwlaag toegankelijk; de af te leggen weg naar de dichtstbijzijnde trap mag niet meer dan 45 m bedragen; de minimale nuttige breedte van deze trappen bedraagt 0,80 m; 17