Symulacja CFD a oddymianie w garażach podziemnych

Bazą do wykonania symulacji CFD jest analiza najgorszych, reprezentatywnych dla danych przestrzeni scenariuszy rozwoju pożaru. Aby przygotować je prawidłowo, potrzeba nie tylko wiedzy teoretycznej, ale i solidnych podstaw praktycznych. Jak prawidłowo wykonywać symulacje CFD? Joanna Marzec, projektant w Dziale Systemów Wentylacji Pożarowej MERCOR S.A. dzieli się swoją wiedzą oraz doświadczeniem.

Wykonywanie symulacji CFD ma kluczowe znaczenie w kontekście kontroli poprawności wykonania projektu instalacji oddymiającej. Już na etapie projektowania obiektu pozwala ograniczyć ewentualne błędy projektowe i przewidzieć, w oparciu o prognozowane zdarzenia, scenariusz ochrony przeciwpożarowej.

Czym jest symulacja CFD?

CFD, czyli Computional Fluid Dynamics, jest działem mechaniki płynów wykorzystującym metody numeryczne do rozwiązywania zagadnień przepływów płynów (cieczy i gazów). W metodzie tej, dzięki numerycznemu rozwiązaniu cząstkowych równań różniczkowych opisujących przepływ, możliwe jest przybliżone wyznaczenie rozkładu prędkości, ciśnienia, temperatury i innych parametrów przepływowych. Najczęściej stosowanym oprogramowaniem w tego typu opracowaniach jest Fire Dynamics Simulator (FDS) który jest implementowany w interfejsach graficznych np. w PyroSim.

Jak przygotować dane do symulacji CFD?

Wykonując symulację CFD należy w pierwszej kolejności wykonać trójwymiarowy model, odwzorowujący możliwie najdokładniej architekturę analizowanej przestrzeni. Należy także uwzględnić istniejące elementy oddymiające, lub ich  brak. Dodanie elementów takich jak np. kurtyny dymowe może w znacznym stopniu zmienić wyniki symulacji pożaru, a nawet wpłynąć bezpośrednio na to, czy wyniki są pozytywne, czy negatywne (rys.1.1 oraz 1.2).

W kolejnym kroku należy uzupełnić dane początkowe, w tym parametry pożaru, poprzez m.in. wprowadzenie odpowiedniej krzywej mocy pożaru w czasie, czy parametrów charakterystycznych dla spalanego materiału.


Rys.1.1. Wyniki symulacji pożaru dla 2 samochodów osobowych bez wrysowanej kurtyny dymowej – zakres widzialności

Rys.1.2 Wyniki symulacji pożaru dla 2 samochodów osobowych z wrysowaną kurtyną dymową – zakres widzialności

 

Po wprowadzeniu modelu, należy zadać dane początkowe, w tym parametry pożaru, poprzez m.in. wprowadzenie odpowiedniej krzywej mocy pożaru w czasie, czy parametrów charakterystycznych dla spalanego materiału.

Rys. 2 Wykres krzywej pożaru dla 3 samochodów konwencjonalnych wygenerowany z PyroSim

Po co robić symulację CFD?

Dla przestrzeni takich jak garaże, definiuje się kilka celów wykonywania opracowań symulacyjnych na etapie projektowym. Głównym celem jest potwierdzenie poprawności działania zaprojektowanego systemu lub obnażenie jego wad i ewentualna poprawa założeń. Zwłaszcza w przypadku wentylacji strumieniowej, gdzie w projektowaniu nie stosuje się norm obliczeniowych, symulacje są nieocenionym narzędziem wspomagającym proces. Innym celem może być weryfikacja możliwości optymalizacji systemu w celu minimalizacji kosztów, a także analiza porównawcza skuteczności różnych systemów. Istotne jest jednak, aby opracowanie, choć czasochłonne, wykonane było z należytą starannością, a wyniki odzwierciedlały stan rzeczywisty, nie tuszując mankamentów analizowanych rozwiązań.

Reprezentatywny scenariusz

Symulacje powinny opierać się na weryfikacji niekorzystnych scenariuszy rozwoju pożaru w danym garażu, do których należą m.in. pożary lokalizowane na granicy stref dymowych, ze względu na wysokie ryzyko zadymienie sąsiedniej strefy, pożary w bliskiej odległości wejść ewakuacyjnych, mogące uniemożliwić bezpieczną ewakuację, pożary oddalone od punktów wyciągowych, generujące zadymienie dużych obszarów garażu poprzez przeciąganie dymu, czy pożary zlokalizowane bezpośrednio pod urządzeniami oddymiającymi, niosące ryzyko przekroczenia temperatur dopuszczalnych dla wentylatorów. To właśnie od właściwego wyboru scenariuszy, a także parametrów takich jak moc pożaru czy dokładne wrysowania modelu i wybór siatki obliczeniowej, zależeć będzie dokładność i wiarygodność wyników. Inną istotną kwestia jest także właściwa i dokładna interpretacja samych wyników i wyciągnięte na tej podstawie wnioski, które muszą korelować z wynikami zawartymi w raporcie z obliczeń.

W przypadku symulacji CFD, tak jak i w trakcie prac projektowych, kluczową rolę odgrywa autor opracowania, jego kompetencje, dokładność i decyzje podejmowane w trakcie przygotowywania opracowania.

 

Joanna Marzec

projektant z Działu Systemów Wentylacji Pożarowej

MERCOR S.A.