s tichting h ouwr esearch Rookafvoer uit hoge ruimten ontwerpregels / rekenmethoden
Rapporteur: ir. R.J.M. van Mierlo, Centrum voor Brandveiligheid TNO, Rijswijk
stichting Rookafvoer uit hoge ruimten ontwerpregels I reokenmethoden Rotterdam,,1991
De stichting stelt zich ten doel: a. in de bouwnijverheid produktiviteit en kwaliteit te verhogen en de continuïteit in de werkgelegenheid te bevorderen; b. de kennis op het terrein van de bouwnijverheid te vergroten en te verspreiden naar en binnen alle organisaties waarmede de stichting een relatie onderhoudt; c. voorts al hetgeen dat met een en ander rechtstreeks of zijdelings verband houdt of daartoe bevorderlijk kan zijn, alles in de ruimste zin des woords. De stichting en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerkenvolgens de huidige stand van de wetenschap en techniek - van de in deze publikatie vervatte gegevens. Nochtans moet de mogelijkheid dat zich onjuistheden in d.eze publikatie kunnen bevinden niet worden uitgesloten. Degene die van deze publikatie gebruik maakt aanvaardt daarvoor het risico. De stichting sluit, mede ten behoeve van degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van informatie in deze publikatie. CIP-GEGEVENS KONINKLIJKE BIBLIOTHEEK, DEN HAAG Mierlo, R.J.M. van Rookafvoer uit hoge ruimten: ontwerpregels / rekenmethoden / R.J.M. van Mierlo. - Rotterdam: Stichting Bouwresearch. - (Stichting Bouwresearch: 233) Met samenvatting in het Engels. ISBN 90-5367-024-6 NUGI833 Trefw.: brandpreventie / rookafvoer : gebouwen. Niets uit déze uitgave mag worden verveelvoudigd en/ofopenbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of op welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de Stichting Bouwresearch. No part of this book may be reproduced in any form by print, photoprint, microfilm, stored in a database or retrieval system, or any other means without written permission from the Stichting Bouwresearch.
INHOUD WOORD VOORAF SAMENVATTING SUMMARY 5 6 6 1 INLEIDING 7 1.1 1.2 1.3 Aanleiding Consequenties van aanwezigheid van atria Wat bepaalt het gevaar? 7 7 8 2 1.4 Inhoud en doelstelling DOELSTELLINGEN BIJ ROOKAFVOERVOORZIENINGEN 9 10 2.1 2.2 Twee hoofddoelstellingen bij het afvoeren van rook Rookvrije vluchtwegen 10 10 3 2.3 Beschermen van de gebouwconstructie METHODEN TER BEHEERSING VAN ROOKVERSPREIDING 10 12 3.1 3.2 3.3 Mechanismen van rookverspreiding Principes van de methoden ter beheersing van rookverspreiding Rookventilatie: uitgangspunten en aandachtspunten 3.3.1 Het principe 3.3.2 Bepaling van de hoeveelheid af te voeren rook 3.3.3 Het 'probleem' van de kleine brand 3.3.4 Aandachtspunten 12 12 13 13 13 14 14 Stichting Bouwresearch 3
ROOKAFVOER UIT HOGE RUIMTEN 4 BEREKENINGSMETHODEN 17 4.1 Inleiding 17 4.1.1 Verantwoording 17 4.1.2 Startpunt bij de berekeningen 17 4.1.3 Opzet van de berekeningen 17 4.2 Massadebiet naar de rooklaag bij rookproduktie in dezelfde ruimte 18 4.3 Massadebiet naar de rooklaag bij een rookstroming vanuit een aangrenzende ruimte 18 4.3.1 Opzet van de berekening 18 4.3.2 Bepaling van het rookdebiet vanuit een brandcompartiment met 19 4.3.3 Bepaling van het rookdebiet onder een balkon of galerijvloer 21 4.3.4 Bepaling van het rookdebiet naar de rooklaag 22 4.4 Aan- en afvoeropeningen bij natuurlijke ventilatie 24 LITERATUURLIJST 25 BIJLAGE 1 Berekeningsmethode voor de inmenging van omgevingslucht in een rookstroming bij de overgang van een horizontale naar een verticale stroming en bij het vrije opstijgen als rookpluim 26 BIJLAGE 2 Berekening massadebiet door een gevelopening bij een ventilatie-beheerste brand 30 BIJLAGE 3 Vereenvoudigde berekeningsmethode overeenkomstig ref. [1] 31 BIJLAGE 4 Begripsomschrijvingen 35 4
WOORD VOORAF Rook bij brand is lange tijd een onderbelicht aspect van de brandbeveiliging van gebouwen geweest. Om deze reden heeft SBR-studiecommissie "Brandveiligheid" (10-14) de laatste jaren ruime aandacht aan dit onderwerp geschonken. Dit heeft geleid tot een reeks publikaties: Rookontwikkeling bij brand (1981); SBR B29-1. Rookverspreiding in gebouwen bij brand (1984); SBR B29-3. Rookverspreiding in grote ruimten (1986); SBR 141. Rookontwikkeling van materialen; nieuwe beproevingsmethode en klasse-indeling (1988); SBR 182. Beveiliging van vluchtwegen: rookwering door overdrukventilatie (1988); SBR 184. Vooral de laatste twee jaar worden ontwerpers fronteerd met eisen op het gebied van rookafvoer uit atria, vides en serres. Omdat nog weinig overeenstemming bestaat over de wijze van beoordeling en het veiligheidsniveau van de eisen, zijn de gevraagde voorzieningen zeer divers. De Stichting Bouwresearch besloot daarom een publikatie te maken die zowel de uitgangspunten en de doelstellingen bevat, als beoordelingsmethoden om te bepalen hoe aan de doelstellingen kan worden voldaan. Deze publikatie bevat al die aspecten en is daarom van belang voor iedere ontwerper of beoordelende instantie die wordt geconfronteerd met brandveiligheid in gebouwen met atria, vides of serres. Het onderzoek werd uitgevoerd door ir. RJ.M. van Mierlo van het Centrum voor Brandveiligheid TNO, die ook de rapportage verzorgde. Het onderzoek werd begeleid door SBR-studiecommissie "Brandveiligheid". Deze was ten tijde van het tot stand komen van deze publikatie als volgt samengesteld: ing. W.H. Bekkers, voorzitter Vroom en Dreesmann Nederland B.V., Amsterdam ir. P.K. v.d. Schuit, coördinator Stichting Bouwresearch, Rotterdam G. Hagen Bureau voor Bedrijfs- en Brandveiligheid, Harderwijk ir. RA. de Heer DHV Raadgevend Ingenieursbureau B.V., Amersfoort ir. D. van Mourik Van Mourik-Vermeulen Architecten, Den Haag ir. Th.M. Noorman Bouwcentrum, Rotterdam ing. H.C. RoeI Crooijmans Raadgevende Ingenieurs B.V., Utrecht ir. J.W. Scherjon Brandweer, Afdeling preventie en preparatie, Gemeente Den Haag ing. R Taal Gemeente Brandweer afdeling preventie, Rotterdam ir. L. Twilt Centrum voor Brandveiligheid TNO, Rijswijk L.Witloks Ministerie van Binnenlandse Zaken, Directie Brandweer, Den Haag Rapporteur: ir. RJ.M. van Mierlo Centrum voor Brandveiligheid TNO, Rijswijk ing. W.H. Bekkers, voorzitter studiecommissie Stichting Bouwresearch 5
ROOKAFVOER UIT HOGE RUIMTEN SAMENVATTING SUMMA.RY Regelmatig worden tegenwoordig gebouwen ontworpen waarin grote vides, serres of atria zijn opgenomen die zich over een aantal verdiepingen uitstrekken. Omtrent de voorzieningen die nodig zijn om de rookverspreiding bij brand in dergelijke gebouwen te beheersen, bestaat echter nog geen duidelijkheid. Dit omdat de uitgangspunten waarop de voorzieningen moeten worden gebaseerd en de berekeningsmethoden waarmee de rookproduktie kan worden bepaald, zich nog in een ontwikkelingsstadium bevinden. Dit rapport bevat daarom naast een aantal aandachtspunten bij het ontwerp van hoge ruimten, voorstellen voor praktisch toepasbare ontwerpregels en rekenmethoden waarmee goed gedimensioneerde rookafvoervoorzieningen kunnen worden bepaald. De ontwerpregels en rekenmethoden zijn afzonderlijk eenvoudig, maar als geheel bewerkelijk en moeilijk hanteerbaar voor een incidentele gebruiker. Het is daarom de bedoeling op korte termijn van de in dit rapport gepresenteerde rekenmethoden een computerprogramma op floppy-disk uit te brengen. Buildings containing large undivided volumes of sever-. al storeys high, such as atria and voids, are increasingly However, it is not clear which provisions are needed in these buildings for smoke con trol in case of fire. Basic assumptions on which the provisions should be based as well as calculation methods to predict the r' amount of smoke produced and the ex tent of smoke spread are still in development and not wen known in fire safety practice. In this paper, these assumptions are clarified and calculation methods are presented. Viewed separately, the design rules and calculation methods are rather simpie, but as a whole they can be laborious and hard to use for the occasional user. In due time a computer program version of the calculation methods will be available on floppy disk. 6
1 INLEIDING 1.1 Aanleiding Rook veroorzaakt vaak slachtoffers bij brand. Vooral in grote ruimten waar rookverspreiding velen het vluchten kan verhinderen, vormt het een groot gevaar. De mate van rookverspreiding wordt voor een belangrijk deel bepaald door de plaatsing van scheidingen in een gebouw. Traditioneel worden gebouwen met nagenoeg ononderbroken vloeren uitgevoerd. Er bestaat echter een duidelijke tendens naar doorbreken van deze indeling. Hoge ruimten, zoals atria, serres of vides, die zich over meerdere verdiepingen uitstrekken, komen steeds vaker in gebouwen voor. Het besef groeit dat toepassing van de bestaande regelgeving op deze gebouwen zowel tot zeer onveilige situaties als tot irreële eisen kan leiden. De aanvullende regelgeving is echter nog niet uitgekristaliseerd. Dit veroorzaakt voor de bouwwereld een grote mate van onzekerheid. Daarom is in dit rapport een overzicht gegeven van uitgangspunten waarop de benodigde voorzieningen moeten worden gebaseerd en van methoden om tot een kwantitatieve bepaling van die voorzieningen te komen. Deze voorzieningen zijn sterk afhankelijk van de functie van de atria, de verbindingen van de atria met andere gebouwdelen en de situering van de vluchtwegen in of rond de atria. In regels en bepalingsmethoden moet daarmee rekening gehouden worden. 1.2 Consequenties van de aanwezigheid van atria De belangrijkste consequenties zijn: een grotere kans dat hete rook, ook op grote afstand van de oorspronkelijke brand, secundaire branden veroorzaakt, een grotere kans dat verblijfsruimten op meer verdiepingen tegelijk (ook op grote afstand van de brand) moeten worden ontvlucht. binneng een grotere kans dat rook, afkomstig van één brandhaard, vluchtwegen op meerdere verdiepingen tegelijkertijd blokkeert, buitengevel Figuur 1 Hoge ruimten, zoals atria, serres of vides, die zich over meerdere verdiepingen uitstrekken, komen steeds vaker in gebouwen voor. Figuur 2 Bij toepassing van vides en atria is de kans groter dat rook, afkomstig van één brandhaard, vluchtwegen op meerdere verdiepingen blokkeert. Stichting Bouwresearch 7
ROOKAFVOER UIT HOGE RUIMTEN De mate waarin de rook zich via het atrium in het gebouw verspreidt is sterk afhankelijk van de gevels van het atrium, zo onderscheiden we: gevels die gesloten, rookwerend en brandwerend zijn. Het a trium wordt hierdoor bij brand effectief gescheiden van de overige gebouwdelen. gevels die gesloten en rookwerend zijn. Door een brand in het compartiment achter een dergelijke gevel kan deze gevel wegvallen, zodat rook vanuit het compartiment, het atrium binnen kan dringen. De overige geveldelen zullen echter rookverspreiding vanuit het atrium voorkomen. Bij brand in het atrium kunnen geveldelen nabij atrium-vloerniveau wegvallen. De rook verspreidt zich dan naar de erachter liggende ruimte(n). gesloten gevels. Dit type gevels komt overeen met de 'gebruikelijke' buitengevels. Hierin kunnen permanente openingen aanwezig zijn zoals ventilatieroosters en/ of te openen ramen en deuren, of openingen die door brand of hete rook worden veroorzaakt. Ook gevels zonder deze openingen maar met slechte kierafdichtingen vallen binnen dit type. In veel gevallen is rookverspreiding naar alle ruimten mogelijk bij deze gevels. open gevels. In dit geval zijn de gevels afwezig of bezitten zeer grote openingen, zodat het atrium feitelijk één ruimte vormt met de aangrenzende ruimte(n). 1.3 Wat bepaalt het gevaar? De grootte en de aard van het gevaar zijn vooral afhankelijk van de hoogte van het atrium, de plaats van de brand, de mogelijke brandomvang, de plaats van de vluchtwegen ten opzichte van het atrium en de (on)mogelijkheid om rook voldoende snel af te voeren. Bij brand bij hoge atria zal de rooktemperatuur vaak laag en het af te voeren rookdebiet vaak zeer hoog zijn. Indien de rook koude omgevingslucht inmengt over een grote stijghoogte, is het rookdebiet praktisch gezien vaak niet meer af te voeren. Bij stijghoogten van meer dan 10 meter zijn rookdebieten van meer dan 500.000 m 3 / h bijvoorbeeld niet ongebruikelijk. Bij lage atria, of hoge atria met slechts een kleine rookvrije onderlaag, zal weinig omgevingslucht worden ingemengd. Niet de grootte van het rookdebiet maar de temperatuur van de rook is daar vaak het probleem. (Fig. 3 en 4) Het is belangrijk onderscheid te maken tussen branden in atria en branden in aan atria grenzende ruimten. Rook van branden buiten atria is zo nodig met scheidingen uit de atria te weren, rook van branden in atria niet. Atria waarin vluchtwegen zijn opgenomen en waarin een belangrijke vuurbelasting aanwezig is vormen daarom een van de gevaarlijke categorieën. Indien er vluchtwegen door het atrium voeren, kunnen deze door rook geblokkeerd raken. Dit treedt vooral snel op indien het atrium vluchtwegen bevat op hogere niveaus dan het atrium-vloerniveau. Een atrium kan op verschillende verdiepingen verschillende geveltypen bezitten. Veel voorkomend is bijvoorbeeld een open gevel op beganegrond niveau en gesloten gevels op hoger gelegen verdiepingen. inmenging omgevingslucht Figuur 3 Bij lage atria, of hoge atria met slechts een kleine rookvrije onderlaag, zal weinig omgevingslucht worden ingemengd. Figuur 4 Indien de rook koude omgevingslucht inmengt over een grote stijghoogte, is het rookdebiet praktisch gezien vaak niet meer af te voeren. 8