STUDIJA PRIRODNOG ODIMLJAVANJA - bib.irb.hr · 2. PROJEKTNI ZADATAK Potrebno je izraditi studiju djelovanja sustava prirodnog odimljavanja sportske dvorane ''STOŢICE'' u Ljubljani

Centar za tehničke sustave i požarno inženjerstvo

Um

noţavanje

dozvolje

no s

am

o u

cije

losti i s

odobre

nje

m tvrt

ke C

TP

Pro

jekt

d.o

.o. /C

opyin

g a

llow

ed o

nly

in w

hole

and w

ith p

erm

issio

n o

f com

pany C

TP

Pro

jekt

društvo s ograniĉenom odgovornošću Limited Liability Company

Savska 144a HR-10020 Zagreb, Hrvatska

SPORTSKA DVORANA/SPORTS HALL „STOŽICE“, LJUBLJANA

STUDIJA

PRIRODNOG ODIMLJAVANJA

* STUDY

OF NATURAL SMOKE VENTING

Naziv dokumenta/File name:

Dvorana Stoţice_studija_odim_final

Glavni projektant graĊevine/Chief Designer:

Boštjan Vuga, u.d.i.a., grad.dip.(AA), dipl.ing.

Izrada/Preparation:

Potpis/Signature:

dr. sc. Miodrag Drakulić, dipl.ing.stroj.

Dubravko Matijašević, dipl.ing.stroj.

Suradnici/Assistants:

Tonĉinić Goran, dipl.ing.arh.

Robert Prelec, dipl.ing.stroj.

Odobrenje/Approval:

dr. sc. Miodrag Drakulić, dipl.ing.stroj.

Naručitelj/Customer Predmet/Object

ENERGOPLAN d.d. Pod Hribom 55, Ljubljana

SPORTSKA DVORANA „STOŢICE“

Oznaka naručitelja/Customer ident. no. Datum/Date Preslika/Copy Izd./Ed. Oznaka/Ident. no. Listova/Pgs.

2009-12 II

CTP-K14-STE-B00-000 80 Reg. br./Reg. no.

1/1/116

Zaj. ozn. projekta: 6602 Knjiga: 0145-09-08 SPV

Sportska dvorana „Stoţice“

Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page

STUDIJA PRIRODNOG ODIMLJAVANJA CTP-K14-STE-B00-000

2 Izmjena/Change

S A D R Ž A J

1. OPĆI DOKUMENTI .................................................................................................. 3

2. PROJEKTNI ZADATAK ............................................................................................ 7

3. UVOD ...................................................................................................................... 8

3.1. Projektni pristup ................................................................................................................. 8 3.2. Karakteristike graĊevine .................................................................................................... 9 3.3. Karakteristike sustava odimljavanja ................................................................................. 10 3.4. Karakteristiĉni poţarni scenariji ....................................................................................... 11

4. METODOLOGIJA NUMERIĈKE SIMULACIJE ....................................................... 12

5. 3-D MODEL SPORTSKE DVORANE ..................................................................... 13

6. NUMERIĈKI MODEL ............................................................................................. 15

6.1. Numeriĉka mreţa ............................................................................................................. 16 6.2. Fizikalni modeli ................................................................................................................ 18

7. ULAZNI PODACI .................................................................................................... 22

8. REZULTATI NUMERIĈKIH SIMULACIJA .............................................................. 26

8.1. Poţarni scenarij 1 ............................................................................................................ 26 8.2. Poţarni scenarij 2 ............................................................................................................ 48 8.3. Procjena maksimalne temperature dima u podruĉju krovišta .......................................... 69

9. VALIDACIJA NUMERIĈKIH REZULTATA – ISPITIVANJE U NARAVI ................... 71

10. ZAKLJUĈAK .......................................................................................................... 72

11. CONCLUSIONS ..................................................................................................... 73

12. LITERATURA ......................................................................................................... 74

13. PRILOZI ................................................................................................................. 75


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


3 Izmjena/Change

1. OPĆI DOKUMENTI


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


4 Izmjena/Change


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


5 Izmjena/Change


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


6 Izmjena/Change


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


7 Izmjena/Change

2. PROJEKTNI ZADATAK

Potrebno je izraditi studiju djelovanja sustava prirodnog odimljavanja sportske dvorane ''STOŢICE'' u Ljubljani (u daljnjem tekstu Dvorana Stoţice), kako bi se izvršila provjera inicijalnog projektnog koncepta sustava prirodnog odimljavanja, temeljenog na preskriptivnom pristupu korištenjem austrijske smjernice TRVB S 125 – „Rauch und Wärmeabzugsanlagen“. Provjera inicijalnog projektnog koncepta prirodnog odimljavanja podrazumijeva:

a) prijedlog optimalnog smještaja i dimenzioniranje dozraĉnih kanala/otvora za dovod svjeţeg zraka,

b) odreĊivanje dimenzija i rasporeda krovnih kupola namijenjenih za odvod dima, na naĉin da se ostvari efikasno odimljavanje, te da se dimom ne ugroţava prostor gledališta ni pripadajući evakuacijski putovi,

c) provjeru potrebe ugradnje dimnih zavjesa, koje su planirane temeljem primjene gore spomenutog TRVB-a (sukladno ĉl. 4.2.1),

d) odreĊivanje temperaturnog polja u podruĉju metalne krovne konstrukcije, te procjenu maksimalne temperature u spomenutoj zoni, što moţe posluţiti kao ulazni podatak u proraĉunima statike metalne krovne konstrukcije.

U tu svrhu, predmetnom Studijom će se izvršiti analiza razvoja poţara i rasprostiranja dimnih plinova u sluĉaju nastanka poţara u sportskoj dvorani, te analiza procesa odimljavanja kroz za to predviĊene krovne kupole. Zbog kompleksnosti analiziranih fizikalnih procesa, te potencijalno velikog broja mogućih poţarnih scenarija u praksi, Studijom je predviĊena izrada numeriĉkih simulacija za dvije karakteristiĉne lokacije poţara: poţar terena (borilišta) i poţar tribina. Za provedbu postavljenih zadataka upotrijebit će se postupak numeriĉke simulacije, korištenjem renomiranog i strukovno priznatog CFD1 programskog paketa. Ulazni podaci, potrebni za izradu numeriĉkih simulacija biti će definirani u suradnji autora Studije sa projektantima arhitekture i tehniĉkih sustava koji participiraju u zaštiti od poţara, te autorima koncepta zaštite od poţara. Studiju je potrebno izraditi u skladu sa suvremenim struĉnim i znanstvenim saznanjima, kao i tehniĉkim rješenjima koja se temelje na recentno izvedenim objektima sliĉne i/ili identiĉne namjene. Izradio: Za Naručitelja:

_____________________________ ___________________________ (dr.sc.Miodrag Drakulić, dipl.ing.stroj.) (ENERGOPLAN d.d.)

1 CFD – eng. Computational Fluid Dynamics, računalna dinamika fluida


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


8 Izmjena/Change

3. UVOD

3.1. Projektni pristup

Primjenom numeriĉkog modeliranja moguće je proširiti znanje o sloţenim fizikalnim procesima koji se dešavaju unutar objekata pri raznim radnim uvjetima, a pogotovo u sluĉaju poţara kao kritiĉnog scenarija sa aspekta sigurnosti. U tu svrhu numeriĉko modeliranje postaje sve ĉešći pomoćni alat prilikom projektiranja i optimiziranja raznih tehniĉkih i sigurnosnih sustava. Primjena numeriĉkih modela u prognozi razvoja i širenja dima posebno je izraţena kod sloţenih graĊevina visoke investicijske vrijednosti i s velikim brojem korisnika, jer se pomoću njih mogu optimizirati projektom predviĊena tehniĉka rješenja iz podruĉja zaštite od poţara i time ostvariti znaĉajne uštede, zadrţavajući pri tome propisanu razinu sigurnosti, bez degradacije efikasnosti i pouzdanosti projektiranih sustava. Ipak, detaljne i sveobuhvatne analize, koje ukljuĉuju trodimenzionalnu i nestacionarnu problematiku, odnosno sloţenu interakciju kemijskih reakcija izgaranja i turbulentnog ponašanja fluida, te mnoštvo ostalih parametara koji utjeĉu na razvoj poţara i širenja dima, još uvijek su vrlo sloţen zadatak, koji zahtjeva posebne vještine, znaĉajne hardverske kapacitete, te skupe i renomirane CFD programe, tzv. „modele polja“ (eng. Field Models). Za potrebe inţenjerske prakse, koja je u pravilu uvijek ograniĉena vremenom i raspoloţivim sredstvima, tome se djelomiĉno doskoĉilo raznim prihvatljivim pojednostavljenjima cjelokupnog problema, o kojima će biti nešto više govora u nastavku. Uzevši u obzir sloţenu prirodu numeriĉkih simulacija, klasiĉni tzv. „preskriptivni“ naĉin projektiranja, koji se temelji na dosljednoj primjeni propisane tehniĉke regulative, i dalje će imati znaĉajnu ulogu u odreĊivanju glavnih parametara tehniĉkih sustava, dok spomenute numeriĉke analize mogu dati odgovor pri razvoju osnovnog koncepta istih, te tokom optimiziranja njihova rada, uz napomenu da je u pravilu numeriĉke rezultate potrebno potvrditi prikladnim eksperimentom, odnosno raspolagati sa bogatom arhivom već realiziranih i validiranih projektnih rješenja. Spomenute numeriĉke analize, koje se provode primjenom CFD raĉunalnih programa omogućuju primjenu inovativnog i fleksibilnog projektantskog pristupa koji se temelji na dokazivanju ili postizanju unaprijed odreĊenih bitnih karakteristika promatranog sustava ili modela. Radi se o tzv. eng. „performance based” pristupu, koji je potpuno legitiman i ravnopravno zastupljen u meĊunarodnoj tehniĉkoj regulativi. U tu svrhu se pristupilo izradi predmetne studije, sa ciljem provjere uĉinkovitosti rada sustava prirodnog odimljavanja sportske dvorane ''STOŢICE'' u sluĉaju nastanka poţara. Sama analiza bazirana je na numeriĉkim simulacijama, dok se u tu svrhu koristio renomirani CFD programski paket FLUENT®, tvrtke Ansys, SAD. Djelatnici tvrtke CTP Projekt sa svojim suradnicima su u prethodnom razdoblju obavili numeriĉka modeliranja procesa prirodnog odimljavanja programskim paketom FLUENT®

za sportske dvorane Arena Zagreb2 u Zagrebu (15.000 mjesta) i Spaladium Arene u Splitu (12.000 mjesta). Prema našim saznanjima i raspoloţivim dokumentima, istovjetnim programom obavljeno je i numeriĉko modeliranje sustava mehaniĉkog odimljavanja sportske arene u Budimpešti (12.500 mjesta).

2 Izrađeno za vrijeme rada u Brodarskom institutu u Zagrebu.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


9 Izmjena/Change

3.2. Karakteristike graĊevine

Predmetna višenamjenska dvorana nalaziti će se unutar sportsko rekreacijskog centra Stoţice nedaleko od Ljubljane i kao takva biti će dijelom kompleksa koji se sastoji od višenamjenskog stadiona, sportske dvorane i popratne trgovaĉko poslovne graĊevine. Sportska dvorana prvenstveno će biti namijenjena odrţavanju utakmica i natjecanja u košarci, rukometu, hokeju i klizanju ali i odrţavanju koncerata. Kapacitet predmetne dvorane iznositi će 12.500 gledalaca u sluĉaju odrţavanja košarkaških i rukometnih utakmica. PredviĊena katnost dvorane je Po+Pr+3 a pojedine etaţe sadrţavati će sljedeće: Podrum (- 13.00): Dvorana za zagrijavanje

Prizemlje (- 4.50): Igralište, garderobe, pomoćni, tehniĉki, servisni i skladišni prostori. Glavni juţni pristup, pristup glavnom koncertnom prostoru, glavni VIP i PRESS ulaz. Kolni prilaz igrališnom i koncertnom prostoru.

1.kat (+ 1.00): Na nivou okolnog parka. Glavni ulazi i prostori prilaza gledalištu. Široki ophod sa prostorima za koncesionare, barove, kioske i sanitarije. Prilaz VIP prostorima i gledalištu.

2.kat (+ 5.00): Nivo VIP loţa i kancelarija te prostora cateringa i prezentacije.

3.kat (+ 9.25): Nivo pristupa na gornju tribinu. Ophod sa prostorima za koncesionare, barove, kioske i sanitarije.

4.kat (+ 14.10): Servisni hodnik i nadzorna soba.

PredviĊeni kapacitet gledališta je:

Donja tribina 6.000 gledalaca VIP tribina 1.000 gledalaca Gornja tribina 5.500 gledalaca Sveukupno 12.500 gledalaca PredviĊeni prostorno planski parametri su sljedeći:

Neto tlocrtna površina graĊevine: 31.968 m2

Bruto tlocrtna površina graĊevine: 34.755 m2 Neto volumen graĊevine: 283.995 m3 Bruto volumen graĊevine: 316.355 m3 Centralni volumen dvorane koji ĉine igralište, gledališta i gornji ophod tlocrtno je ovalnog oblika dimenzija cca. 106 m x 126 m. Visina predmetnog volumena iznad centra igrališta je 34,94 m. Visina krova iznad najviše toĉke gornje tribine varira i iznosi izmeĊu 1,86 i 3,72 m. Visina krova u zoni iznad gornjeg ophoda varira i na najvišim toĉkama se kreće izmeĊu 6,76 m i 8,35 m, dok uz vanjski rub graĊevine visina varira do 4,42 m.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


10 Izmjena/Change

Osnovna konstrukcija graĊevine planirana je kao sustav armirano betonskih zidova i stupova, greda i ploĉa te nazubljenih okvira kao nosaĉa predgotovljenih armirano betonskih tribina. Krovna konstrukcija je ĉeliĉna. Cjelokupna graĊevina pokriti će se ĉeliĉnom krovnom kupolom ovalnog tlocrtnog oblika. Osnovna konstrukcija predmetnog krova sastoji se od više ĉeliĉnih obruĉa. Ĉeliĉni obruĉi u tlocrtnom smislu slijede osnovni ovalni tlocrtni oblik graĊevine. U visinskom je smislu pozicija pojedinih obruĉa nestalna i varira, ĉime se oblikuje prema rubovima sve nemirniji te naposljetku i valoviti oblik vanjskih rubova krova. Predmetni su obruĉi meĊusobno povezani i ukrućeni popreĉno, radijalno i dijagonalno postavljenim ĉeliĉnim štapovima. Osnovna ĉeliĉna konstrukcija krova time ĉini njeţnu ĉeliĉnu konveksnu i na krajevima lepršavu mreţu na kojoj poĉiva završna opna krova.

3.3. Karakteristike sustava odimljavanja

U smislu odimljavanja dvorane predmetni se oblik krovne kupole moţe smatrati povoljnim, s prirodnom tendencijom sakupljanja dima u središnjem, najvišem dijelu kupole krova. Prostor ispod kupole od rubova prema centru dobiva na visini što znaĉi da je vrućim dimnim plinovima omogućeno uzgonsko dizanje i udaljavanje od niţeg prostora dvorane koji se nalazi u zoni gledališta i ophoda prema višem prostoru koji se nalazi iznad igrališta. Time je vrućim dimnim plinovima omogućeno prirodno udaljavanje iz zone veće popunjenosti dvorane u zonu manje popunjenosti. Sustav prirodnog odimljavanja dvorane sastoji se prema inicijalnom rješenju od 44 krovne kupole, dimenzija 2,5 x 2,5 m, koje su predviĊene za izlaz dimnih plinova (vidi prilog A). Dimenzije kupola su odreĊene temeljem raspoloţivog prostora koji odreĊuju rasteri nosaĉa krovne konstrukcije, te se prilikom konaĉnog odabira opreme mogu u izvjesnoj mjeri modificirati, tj. prilagoditi standardnom tehniĉkom rješenju izabranog isporuĉitelja ove opreme. U sluĉaju poţarnog incidenta predviĊeno je šest ulaza (otvora i kanala) za dovod svjeţeg zraka (vidi prilog B), što je na prijedlog autora ove Studije usuglašno sa projektantima arhitekture (biro SADARVUGA ARHITEKTI d.o.o.) već u pripremnoj fazi izrade 3D modela dvorane za potrebe numeriĉkog modeliranja.

Dva ulaza smještena su dijagonalno na razini borilišta na koti -6,46 m.

Predmetni ulazi, u obliku pristupnih hodnika namijenjeni su unosu rekvizita i opreme te izlasku igraĉa na borilište. Površina predmetnih ulaza iznosi 16,2 m2.

Daljnja ĉetiri ulaza smještena su na razini ophoda / concoursa na koti +9,25 m.

Predmetni otvori namijenjeni su iskljuĉivo dovodu zraka. Površina predmetnih otvora iznosi 2 x 21,72 m2 odnosno 2 x 20,11 m2. Na temelju postojećeg idejnog projekta, sustav odimljavanja funkcionirao bi na temelju temperaturnih gradijenta i rezultirajuće sile uzgona, pri ĉemu bi u sluĉaju nastanka poţara vrući plinovi izgaranja imali vertikalno strujanje prema krovu dvorane, koje bi nakon dostizanja najviše kote krova prešlo u stratifikacijsko strujanje prema obliţnjim kupolama za odimljavanje, dok bi se svjeţi zrak dobavljao kroz navedene otvore.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


11 Izmjena/Change

3.4. Karakteristiĉni požarni scenariji

Za potrebe predmetne studije izvršene su 2 numeriĉke simulacije rada sustava prirodnog odimljavanja dvorane, prema karakteristiĉnim poţarnim scenarijima (vidi prilog C): Numeriĉka simulacija br. 1

- poţarni scenarij 1 → Lokacija 1: na samom borilištu (sportskom terenu)

- snaga razvijenog poţara (HRR3): 5MW Numeriĉka simulacija br. 2

- poţarni scenarij 2 → Lokacija 2: u gledalištu na tribinama, izvan zone djelovanja sprinklera

- snaga razvijenog poţara (HRR): 5MW

Požarni scenarij 1 – predviĊa da je došlo do poţara na sportskom terenu. Vjerojatnost pojave poţara tijekom redovnih sportskih manifestacija na ovoj lokaciji je vrlo mala zbog toga jer se radi o nedostatku znatnije koliĉine gorive tvari u predmetnoj zoni, a i u sluĉaju njegovog nastanka bio bi zamjećen u samom poĉetku. Ipak, kao mogući uzrok nastanka poţara moţe se pretpostaviti zapaljenje vozila koja unose odreĊene dijelove pozornice i scenske opreme. Zbog svojih specifiĉnih termodinamiĉkih karakteristika (vidi 6.2.a) Model poţara, str.18), ovaj poţar je uzet u razmatranje kao numeriĉka simulacija br. 1. Požarni scenarij 2 – predviĊa da je došlo do sukcesivnog zapaljenja 16 sjedećih mjesta, rasporeĊenih u 4 reda, odnosno u svakom redu po 4 sjedeća mjesta. PredviĊeno vrijeme

trajanja simulacije iznosi 5,5 minuta 330 s, (ukljuĉuje maksimalno predviĊeno vrijeme dolaska vatrogasne brigade na mjesto poţara od 5 minuta, uz dodatnih 30 sekundi rezerve, pretpostavljenih od strane autora Studije (vidi Poglavlje 7 – Ulazni podaci). Prema Elaboratu zaštite od požara („Ekosystem“ d.o.o., 6602, 0145-09-08 spv, 1.5 oddaljenost in kategorija gasilcev) maksimalno predviĊeno vrijeme dolaska vatrogasne brigade na mjesto poţara iznosi 5 minuta, što predstavlja najpesimistiĉniji scenarij. MeĊutim, u realnim uvjetima do tog vremena bi se pristupilo gašenju ili makar lokalizaciji poţara od strane deţurnih vatrogasaca i/ili obuĉenog osoblja dvorane. Ovaj scenarij poţara je zbog visokog rizika i izravnog utjecaja na gledatelje uzet u razmatranje kao numeriĉka simulacija br. 2. . Prilikom odabira poţarnih scenarija razmatrana je i mogućnost pojave požara na pozornici, kao potencijalni treći poţarni scenarij. Naime, povremno je predviĊeno odrţavanje koncerata i scenskih dogaĊaja koji zahtjevaju izradu pozornice. Za pretpostaviti je da bi se pozornica nalazila na visini koja je izmeĊu razine terena i visine tribine na kojoj je definiran poţarni scenarij 2. U vezi s time, poţar na pozornici neće generirati najveću koliĉinu dima kao poţarni scenarij 1 niti proizvesti najviše temperature dima neposredno pod krovom, kao poţarni scenarij 2. Njegova realna opasnost leţi u tome što bi se nekontroliranim unosom scenske opreme mogla znatno povećati koliĉina gorive tvari, meĊutim unos materijala u dvoranu mora biti strogo kontroliran i prema koliĉini i prema klasi gorivosti! Ako bi i pored svih mjera predostroţnosti došlo do poţara na pozornici, on ne bi mogao u predviĊenom vremenu premašiti snagu razvijenog poţara od 5MW (vidi napomenu na str. 19.) Obzirom da nije termodinamiĉki karakteristiĉan, poţar na pozornici nije uzet u razmatranje.

3 HRR eng. Heat Release Rate, toplinska snaga požara


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


12 Izmjena/Change

4. METODOLOGIJA NUMERIĈKE SIMULACIJE

Metodologija izrade numeriĉkih simulacija procesa odimljavanja sportske dvorane podrazumijeva sljedeće korake: (a) generiranje 3-D modela sportske dvorane, (b) adekvatnu prilagodbu modela za potrebe numeriĉke simulacije, te generiranja numeriĉke mreţe, (c) unos svih ulaznih podataka (radni i rubni uvjeti) potrebnih za potpuno definiranje numeriĉkog modela, (d) numeriĉku simulaciju odabranih fizikalnih procesa, te (e) obradu, analizu i potvrdu numeriĉkih rezultata. Gore navedene aktivnosti mogu se ukratko opisati kako slijedi: a) Generiranje 3-D modela

Na osnovu arhitektonsko-graĊevinskih podloga i vrlo detaljnog 3-D modela, preuzetog u programu RHINO®, izraĊen je pojednostavljeni prostorni (3-D) model sportske dvorane. Dobiveni 3-D model se zatim prilagodio potrebama i formatu prihvatljivim za programski paket FLUENT®. b) Generiranje numeriĉke mreže

Na osnovu pripremljenog 3-D modela sportske dvorane, upotrebom pred-programa GAMBIT, izvršeno je generiranje numeriĉkih mreţa. S obzirom da su odabrane dvije lokacije nastanka poţara, sukladno tome izraĊena su dva numeriĉka geometrijska modela, te time i dvije odgovarajuće numeriĉke mreţe, koje imaju bitno veću rezoluciju u podruĉjima koja su od interesa za analizu (lokacije kupola, dovodi svjeţeg zraka i sl.). c) Definiranje rubnih uvjeta

Na osnovu generirane numeriĉke mreţe i definiranih poţarnih scenarija odreĊeni su ulazni podaci koji su potrebni za provedbu numeriĉke simulacije. Bitno je naglasiti da je toĉnost i reprezentativnost dobivenih numeriĉkih rezultata u direktnoj ovisnosti o kvaliteti i realnosti ulaznih parametara, te je u tu svrhu zatraţena od Naruĉitelja i Projektanta predmetne studije potpuna definiranost svih ulaznih podataka. S obzirom da se neki od ulaznih podataka nisu mogli egzaktno odrediti, pretpostavljene su njihove vrijednost u suradnji s nadleţnim konzultantima i projektantima, te sukladno usvojenoj praksi kod već izvedenih objekata identiĉne namjene. d) Numeriĉka simulacija

Na temelju generirane numeriĉke mreţe i ulaznih podataka izvršena je numeriĉka simulacija rada sustava prirodnog odimljavanja dvorane, i to za sluĉaj nestacionarnog, turbulentnog i prostornog strujanja, u vremenskom periodu od 0 do 330 s. e) Analiza i potvrda numeriĉkih rezultata

Na kraju, obradom i analizom rezultata numeriĉke simulacije diskutirane su fizikalne pojave od interesa, te je dana procjena o uĉinkovitosti predviĊenog sustava odimljavanja predmetne sportske dvorane, kao i maksimalne tempearture zraka u podruĉju metalne krovne konstrukcije. Ovdje je vaţno napomenuti da je u cilju potpune vjerodostojnosti rezultata numeriĉke simulacije potrebno potvrditi njihovu toĉnost prikladnim realnim testom, odnosno potrebno je izvršiti vrednovanje primijenjenih numeriĉkih modela i vrijednosti odabranih ulaznih podataka.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


13 Izmjena/Change

5. 3-D MODEL SPORTSKE DVORANE

Na osnovu arhitektonsko-graĊevinskih podloga izraĊen je prostorni (3-D) model sportske dvorane (Slike 5.1 i 5.2). U odnosu na podloge, 3-D model je za odreĊen nivo detalja pojednostavljen, pri ĉemu se pazilo da geometrija modela vjerodostojno opisuje sve potrebne karakteristike prostora dvorane koje su relevantne za simulaciju procesa odimljavanja.

Slika 5.1. Generirani 3-D model sportske dvorane ''STOŽICE'' u pogledima (sa inicijalno ucrtanim rasporedom kupola)

Duţina dvorane: cca 126 m (na najduţem dijelu) Širina dvorane: cca 106 m (na najširem dijelu)

Visina dvorane:34 m (sredina dvorane) Broj aktivnih kupola za odimljavanje: 34 kom.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


14 Izmjena/Change

Slika 5.2. Generirani 3-D modela sportske dvorane ''STOŽICE'' u prostoru (sa i bez krova)

LEGENDA

smjer dovoda svjeţeg zraka na razini terena


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


15 Izmjena/Change

6. NUMERIĈKI MODEL

Za potrebe numeriĉkog modeliranja rada sustava prirodnog odimljavanja sportske dvorane korišten je renomirani komercijalni programski paket FLUENT®. Programski paket Fluent je CFD program opće namjene koji opisuje tok fluida, prijenos topline i transport materije u kompleksnim geometrijama. Program rješava jednadţbe oĉuvanja mase, momenta, energije, koncentracije fluida, intenzitet toplinskog zraĉenja i ostalih fizikalnih veliĉina, dok neki od fizikalnih modela ukljuĉuju široki spektar modela turbulencije, modela izgaranja (homogeno, heterogeno, površinske reakcije), itd. Nadalje, program omogućuje generiranje nestrukturiranih i dinamiĉkih mreţa modela, stacionarnu i nestacionarnu analizu problema, itd. Detaljnije informacije o karakteristikama programskog paketa Fluent

mogu se pronaći na ANSYS-ovoj internet stranici 1. U odnosu na druga podruĉja primjene numeriĉkog modeliranja (npr. u podruĉju primjenjenih znanstvenih istraţivanja strujanja fluida), ovdje je vaţno uzeti u obzir

ĉinjenicu da je za oĉekivati nešto niţi nivo toĉnosti numeriĉkih rezultata 2. Egzaktnu procjenu odstupanja od realnog rješenja je jedino moguće izvršiti usporedbom sa rezultatima mjerenja relevantnih fizikalnih veliĉina u naravi tokom provedbe prikladnog eksperimenta, tzv. ''poţarnog testa''. MeĊutim, navedeni nivo toĉnosti je prihvatljiv za predmetnu inţenjersku analizu, što se potvrĊuje nizom već izvedenih objekata (vidi Poglavlje 3.1) koji su opisanu metodologiju korištenja programskog paketa FLUENT® primjenili za dimenzioniranje i optimizaciju sustava odimljavanja sportskih dvorana. TakoĊer je poznato da su i ostali komercijalno dostupni CFD programski paketi (npr. PHOENICS®) bili uspješno korišteni za numeriĉko modeliranje razvoja poţara i širenja dima u sportskim dvoranama i stadionima. Uzimanje u obzir svih radnih parametara poţara i njihovih varijabli, te mogućih scenarija, dodatno bi opteretilo numeriĉku analizu, rezultirajući nerealno dugim vremenom potrebnim za simulaciju jednog scenarija, te nepotrebno velikim brojem potrebnih simulacija, što nije praksa za ovaj nivo inţenjerske primjene numeriĉkog modeliranja. Napomena: Posebno je potrebno naglasiti da je stvarni broj mogućih poţarnih scenarija u sportskoj dvorani vrlo velik, meĊutim za potrebe numeriĉkog simuliranja razvoja poţara i širenja dima uzimaju se samo oni koji su sa termodinamiĉkog stajališta karakteristiĉni za sigurnost gledatelja, odnosno oni koji kao rezultat daju maksimalnu vrijednost neke od relevantnih termodinamiĉkih veliĉina (temeperaturu dima, maseni protok dimnih plinova i sl.) Detaljniji opis numeriĉkog pristupa u modeliranju razvoja poţara i širenja dima prikazan je u nastavku Studije.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


16 Izmjena/Change

6.1. Numeriĉka mreža

Priprema i generiranje numeriĉke geometrije i mreţe izvršeno je na temelju definirane geometrije 3-D modela dvorane, dimenzija prikazanih na Slici 5.1, te na temelju odabranih lokacija nastanka poţara (vidi prilog C), te je za svaki od poţarnih scenarija generirana zasebna numeriĉka mreţa. Na temelju procjene koje kupole će biti aktivne u sluĉaju nastanka poţara, a u ovisnosti o lokaciji poţara i pretpostavljenoj podjeli kupola za odimljavanje u tzv. „zone otvaranja“ (ZO), odreĊeni broj krovnih kupola zanemaren je iz geometrije modela (slika 6.1.). Na taj naĉin, a pod pretpostavkom da iste neće biti otvorene tokom poţarnog scenarija, smanjena je gustoća numeriĉke mreţe u odreĊenim dijelovima geometrije, a samim time i ukupni broj kontrolnih volumena. Konaĉni rezultat je i smanjenje vremena potrebnog za provoĊenje numeriĉkih simulacija. S obzirom na kratki raspoloţivi vremenski period za izradu numeriĉkih simulacija, tokom izrade predmetne studije nije provedena analiza osjetljivosti numeriĉkih rezultata na gustoću numeriĉke mreţe (postupak tzv. „optimizacija numeriĉke mreţe“). Obzirom da je broj kontrolnih volumena iznosio izmeĊu 400.000 i 500.000, sa visokim stupnjem vjerojatnosti moţe se tvrditi da povećanje gustoće numeriĉke mreţe ne bi imalo bitan upliv na toĉnost rezultata simulacije.

Slika 6.1. Numerička mreža modela-izometrija

LEGENDA

kupole otvori za dovod svjeţeg zraka


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


17 Izmjena/Change

Sveukupan broj krovnih kupola biti će rasporeĊen u nekoliko zona otvaranja (u fazi izrade Studije predviĊa se 5 zona otvaranja kupola: 4 obodna segmenta i 1 središnji), ĉime bi se u sluĉaju poţara otvarale kupole samo u zonama koje su u neposrednoj blizini poţara i koje bi i u realnim uvjetima bile zaposjednute dimom. U konkretnom primjeru pretpostavljeno je da će se u sluĉaju pojave poţara na odabranim lokacijama otvoriti krovne kupole u zonama ZO1 i ZO5 (vidi prilog C).

Generirana numeriĉka mreţa u sluĉaju ''poţarnog scenarija 1'' prikazana je na Slici 6.2. Numeriĉka mreţa je nestrukturirana, te se sastoji od 440.000 poliedarskih kontrolnih volumena. Nešto manji broj kontrolnih volumena u ovom sluĉaju rezultat je specifiĉne lokacije poţara (sportski teren).

Slika 6.2. Numerička mreža modela - požarni scenarij 1 (požar na terenu)

Numeriĉka mreţa u sluĉaju ''poţarnog scenarija 2'' (Slika 6.3.) je u principu istih karakteristika kao i numeriĉka mreţa za ''poţarni scenarij 1'', te se jedina razlika odnosi na poloţaj lokacije poţara (tlocrtni prikaz kvadratom). Numeriĉka mreţa u ovom sluĉaju je nešto gušća i sastoji se od 480.000 poliedarskih kontrolnih volumena.

Slika 6.3. Numerička mreža modela - požarni scenarij 2 (požar na tribinama)


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


18 Izmjena/Change

6.2. Fizikalni modeli

a) Model požara

Proces izgaranja ovisi o vrsti materije koja je zahvaćena poţarom te lokalnim uvjetima pri kojima se izgaranje odvija. U pravilu, izgaranje je kompleksan proces koji je predmetom mnogobrojnih znanstveno-istraţivaĉkih studija, te kao takvo nije primjenjivo za ovaj nivo inţenjerske i praktiĉne primjene numeriĉkog modeliranja. U predmetnim numeriĉkim simulacijama nije korišten model izgaranja krute gorive tvari, već je poţar tretiran kao izvor mase produkata izgaranja i topline (tzv. ''volumetriĉki'' model). Opisan je predefiniranim funkcijama promjene spomenutih varijabli u vremenu. Nadalje, odabranom metodom se dimni plinovi tretiraju kao jedan plin, odnosno nije predviĊen proraĉun koncentracije pojedinih produkata izgaranja kao što su na primjer CO, CO2, SO2, H2O i NOx. Kao reprezentativan plin za prikaz dimnih plinova odabran je ugljiĉni dioksid (CO2). Odabirom CO2 kao reprezentativnog plina za prikaz širenja dima, stalo se na stranu sigurnosti, obzirom da je podruĉje dima s odabranom koncentracijom CO2 od 0,1 % (1000 ppm)4 znatno šire od onoga koje bi bilo prikazano npr. masenim udjelom krutih ĉestica. Lokacija poţara odabrana je na temelju procjene najnepovoljnijeg mjesta pojave poţara te izvan zone djelovanja automatskog sustava za gašenje poţara tipa sprinkler, i to za:

Poţarni scenarij 1 - Lokacija 1: Na terenu (na samom borilištu) Poţarni scenarij 2 - Lokacija 2: U gledalištu, na tribinama

Odabir navedenih mjesta nastanka poţara (vidi prilog C), prema mišljenju autora, najnepovoljnije su lokacije i to iz sljedećih razloga: Lokacija 1: Na mjestu najveće visinske razlike izmeĊu nivoa poţara i nivoa kupola za odimljavanje i izvan zone djelovanja sprinklera. Ova lokacija inherentno ne ugroţava gledatelje, meĊutim zbog velike visine i poloţaja otvora za dovod zraka potrebno je utvrditi trajektorije gibanja dima i ustanoviti da li dovodi svjeţeg zraka uvjetuju nestabilnosti u uzgonskom strujanju dima (npr. deflekciju dimnog stupa). Ujedno, ova lokacija poţara uvjetuje najveći maseni protok dima, prema aksijalno simetriĉnom dimno-plamenom modelu (NFPA 92B). Lokacija 2: Na mjestu reducirane visinske razlike izmeĊu nivoa poţara i nivoa kupola za odimljavanje, gdje uslijed odstupanja od vertikalnog kretanja dimnih plinova postoji izravna opasnost od „zapunjenja'' gledališta dimom, kao i „zapunjenja“ dimom evakuacijskih putova. Osim toga je predmetna lokacija i najviša pozicija mogućeg izbijanja poţara koja se još nalazi izvan zone djelovanja sprinklera, a time predstavlja poziciju sa potencijalno najvišim temperaturama dima kojoj je izloţena krovna konstrukcija.

Potencijalni poţar uzrokovan je zapaljenjem gorive materije sjedalica, koja je u ovom sluĉaju zbog nedostatka detaljnijih podataka odabrana kao ''polypropylene'' (C3H6), dok je predviĊena snaga razvijenog poţara 5,00 MW. U realnim uvjetima izbor sjedalica bi svakako išao u smjeru teško zapaljivih materijala i konzekventno tome smanjenja razvijene snage poţara!

4 Prema raspoloživoj literaturi postoji nekoliko kriterija prema kojima se određuje po ljude opasna koncentracija ugljičnog dioksida. Tako na primjer

maksimalna dozvoljena koncentracija za kontinuirano izlaganje iznosi oko 0,1% (1.000 ppm) ugljičnog dioksida. Za život opasno izlaganje ugljičnom

dioksidu nastupa pri izlaganju koncentracijama većim od 5% (50.000 ppm) u vremenu od 30 minuta 6, odnosno pri koncentracijama većim od 7% (70.000

ppm) u vremenskom periodu od nekoliko minuta 7.Prema publikaciji ASHRAE 8, a prema regulatornim tijelima Sjedinjenih Američkih Država, dozvoljeno izlaganje određenoj koncentraciji ugljičnog dioksida (CO2) iznosi 3% (30.000 ppm) u vremenskom periodu od 15 minuta.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


19 Izmjena/Change

Koliĉina osloboĊene topline u vremenu Q(t), definirana je sljedećim algebarskim izrazima: - rast intenziteta poţara (od t=0 do t=tg):

2tαtQ

- maksimalni intenzitet poţara (od t=tg do t=td):

maxQtQ

gdje je:

Q (W) – koliĉina osloboĊene topline u vremenu, toplinska snaga Qmax (W) – maksimalna koliĉina osloboĊene topline (razvijen poţar) t (s) – vrijeme razvoja poţara tg (s) – vrijeme potrebno za razvoj poţara do maksimalnog intenziteta td (s) – vrijeme maksimalnog intenziteta poţara

(W/s2) – koeficijent rasta poţara Kao što je prikazano u poglavlju 6 (Ulazni podaci), odabrane su sljedeće vrijednosti gore

navedenih fizikalnih veliĉina (prema preporukama iz literature 3, 4, 11):

Qmax = 5,00 MW tg = 330 s (300 s + 30 s) td = 9 minuta

= 0,045 kW/s2

Napomena: Odabrana vrijednost koeficijenta rasta poţara (), koja vrijedi za oba poţarna scenarija, karakteristiĉna je za tzv. „brzi poţar“ (eng. Fast fires). Predmetna vrijednost je nešto veća nego što ju struĉna literatura predviĊa kod poţara teških vozila (HGV5). Time je indirektno pokriven i scenarij izbijanja poţara na teretnom vozilu unutar dvorane kod montaţe npr. pozornice ili raznih rekvizita. MeĊutim, u tom sluĉaju dvorana ne bi bila ispunjena gledaocima, što ovaj poţarni scenarij ĉini manje opasnim od poţara u gledalištu (na tribinama), izvan podruĉja djelovanja sprinkera. Ukoliko bi se i pojavio poţar na razini sportskog terena pred punim gledalištem, za pretpostaviti je da njegov rast ne bi bio dinamiĉniji od onoga koji se opisuje tzv. „brzim

poţarom“, kao što je vidljivo iz donje tablice, preuzete iz literature 12.

Tablica 6.1. Klasifikacija koeficijenata razvoja požara

5 HGV, eng. Heavy Goods Vehicle – teretno vozilo


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


20 Izmjena/Change

Grafiĉki prikaz navedenih podataka prikazan je Slikom 6.4, kojom se definira rast poţara do njegove projektne vrijednosti potpuno razvijenog poţara (HRR dijagram).

Slika 6.4. Oslobođena toplina požara u vremenu (max. HRR=5,00 MW)

S obzirom da vrijeme trajanja maksimalnog intenziteta poţara prelazi vrijeme numeriĉke simulacije (5 minuta + 30 s), period smanjenja osloboĊene topline tokom gašenja poţara (eng. Decay phase) ovdje nije prikazan, te samim time nije ni ukljuĉen u numeriĉke simulacije. MeĊutim, taj vremenski perioid nije od znaĉaja za proces odimljavanja, jer ne generira nove (veće) koliĉine dima! Na sliĉan naĉin, korištenjem vrijednosti za stehiometrijsko izgaranje odabranog goriva, definirane su i vrijednosti generirane koliĉine dimnih plinova u funkciji vremena. Na temelju opće jednadţbe reakcije ugljikovodika (goriva) sa zrakom, korištena jednadţba reakcije ''polypropylene'' (C3H6) i zraka moţe se prikazati kao:

22222yx N4

yx78,3OH

2

yCOxN78,3O

4

yxHC

2222263 N01,17OH3CO3N78,3O5,4HC

dok se jednadţba za proraĉun koliĉine konzumiranog goriva moţe prikazati kao:

s

kg

HV

tQm

gorivo

gorivo

pri ĉemu HVgorivo (kJ/kg) predstavlja ogrijevnu moć goriva.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


21 Izmjena/Change

U predmetnom modelu u proraĉun nije ukljuĉen prijenos topline poţara radijacijom na okolnu materiju, te prijenos topline kondukcijom kroz površine koje definiraju prostor

sportske dvorane 9. b) Model turbulencije

Numeriĉkim modeliranjem predviĊen je turbulentni tok fluida unutar dvorane, te je u tu

svrhu primijenjen RNG modificirani k- model turbulencije 5, ukljuĉujući utjecaj uzgonskih i gravitacijskih sila na turbulentni model i na cjelokupni tok fluida. Prema

preporukama iz literature 2, navedeni tip turbulentnog modela najkvalitetnije opisuje ponašanje fluida i njegovo miješanje sa okolinom u sluĉajevima kada uzgonske sile imaju znaĉajan utjecaj (na primjer, topla struja fluida okruţena hladnijom okolinom), kao što je to u sluĉaju nastanka poţara pri pribliţno atmosferskim uvjetima (T = 298 K, p = 101.325 Pa).

NAPOMENA: U gornjim dijelovima dvorane, iznad klima kanala za dovod kondicioniranog zraka, pretpostavljena temperatura zraka je T=313 K!). c) Model radijacije

Prijenos topline putem radijacije nije ukljuĉen u postojeći model. U predviĊenom modelu simulacije poţara procijenjeno je da je ukupno poţarom osloboĊena toplina u potpunosti predana okolini, tj dimnim plinovima. d) Radni i rubni uvjeti

Pod radnim i rubnim uvjetima podrazumijevaju se ulazni parametri potrebni za provedbu numeriĉke simulacije, dok su njihov opis i vrijednosti prikazani u sljedećem poglavlju (poglavlje 7 – Ulazni podaci).


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


22 Izmjena/Change

7. ULAZNI PODACI

Ulazni podaci potrebni za provedbu numeriĉke simulacije odreĊeni su na temelju postojećih saznanja autora o razvoju poţara u identiĉnim/sliĉnim objektima, te konzultacijama sa nadleţnim projektantima. S obzirom da se neki od ulaznih podataka nisu mogli egzaktno odrediti, pretpostavljene su njihove vrijednost pri ĉemu su se koristili podaci iz raspoloţive literature. a) Broj požarnih scenarija 2 (dvije lokacije poţara) b) Lokacija požara Lokacija 1 Teren (sportsko borilište) Lokacija 2 Gledalište, izvan djelovanja sprinkler instalacije c) Požarno opterećenje Lokacija 1

- koeficijent rasta poţara: 0,045 kW/s2 - maksimalna koliĉina osloboĊene topline: 5,00 MW - vrijeme potrebno za razvoj poţara do

maksimalnog intenziteta 330 s Lokacija 2

- koeficijent rasta poţara: 0,045 kW/s2 - maksimalna koliĉina osloboĊene topline: 5,00 MW - vrijeme potrebno za razvoj poţara do

maksimalnog intenziteta 330 s d) Virtualni volumen požara koji se propisuje kao izvor energije, mase i CO2 Lokacija 1 V = 8,125 m3 Lokacija 2 V = 8,125 m3 e) Vrsta gorive materije Lokacija 1 polypropylene, C3H6 Lokacija 2 polypropylene, C3H6 f) Godišnje doba simulacije Ljeto Vanjska projektna temperatura, tj. usisani zrak: Tv = 32°C (305 K) Unutarnja projektna temperatura: Tu = 26°C (299 K) pri vrhu dvorane iznad dosega klimatizacije: TSTR. = 40°C (313 K)


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


23 Izmjena/Change

g) Utjecaj vjetra Utjecaj vjetra nije uzet u obzir tokom proraĉuna, zbog niza razloga. Obzirom da je kao relevantno razdoblje za simulaciju izabrano ljeto, kada su inicijalne uzgonske sile za proces odimljavanja ionako najmanje, superponiranje negativnog utjecaja vjetra predstavljalo bi projektiranje prema ekstremnim uvjetima, što nije primjereno u inţenjerskom pristupu. U obzir takoĊer nije uzeto ni pozitivno djelovanje vjetra, tj. stvaranje propuha kroz sportsku dvoranu, te sukladno tome na usisnim otvorima nije pretpostavljen predtlak. Isti bi pospješio dovod svjeţeg zraka i pridonio još efikasnijem odimljavanju. Na kraju, postavlja se i problem statistiĉki signifikantnih podataka o karakteristikama vjetra na lokaciji graĊevine, što bi zahtjevalo dugotrajnija mjerenja i njihovu struĉnu obradu. h) Naĉin otvaranja kupola na krovu dvorane

Predvidjeti otvaranje kupola 90, tj. kupole se moraju otvarati tako da ne povećavaju otpor strujanju dima kroz kupole. Prilikom montaţe kupola, svaka treba biti tlocrtno

zarotirana za 90 u odnosu na susjedne kupole, kako bi se smanjio negativni utjecaj vjetra na sve aktivne kupole u odreĊenom scenariju odimljavanja. i) Definicija otvora dvorane (relevantnih za proces odimljavanja) Namjena: kupole za odimljavanje, 34 kom. (vidi prilog A) Od inicijalnih projektom predviĊenih 44 kupola, kao relevantne za odimljavanje, odabrano je 30 planiranih kupola. Vanjski prsten od 14 kupola smještenih uz krovni obruĉ stavljen je po pitanju odimljavanja izvan funkcije. Predmetne kupole su, zbog svoje niske pozicije u odnosu na najvišu toĉku gledališta, u smislu odimljavanja inaktivne. Postoji opravdana pretpostavka da će se otvaranje tih kupola u odnosu na dinamiku širenja dima pokazati presporim što predmetne kupole ĉini neupotrebljivima u smislu odimljavanja. Osim toga je nagib krova u tom podruĉju, u odnosu na tehnološke zahtjeve ugradnje takvih kupola, prestrm što bi vjerojatno zahtjevalo izvedbu ukošenog obruba i narušilo izgled krova. U centralnom dijelu krovne konstrukcije toĉno iznad igrališta predviĊene su dodatne 4 krovne kupole za odimljavanje. Opravdano se pretpostavlja da će se na tom najvišem mjestu dvorane najprije poĉeti stvarati dimni sloj i odatle poĉeti popunjavati dimni rezervoar. Kupole predviĊene za odimljavanje kao i pripadajući prostor krova podijeljeni su u pet zona otvaranja (ZO):

a) Prva zona otvaranja nalazi se u centru dvorane toĉno iznad borilišta (ZO1). b) Prostor iznad gledališta podijeljen je u ĉetiri rubne zone za otvaranje kupola (ZO2,

ZO3, ZO4 i ZO5). Dimenzije/Površina: prema dostavljenim arhitektonskim podlogama


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


24 Izmjena/Change

Kontakt sa svjeţim zrakom: 6 otvora/kanala za svjeţi zrak (vidi prilog B) 2 otvora/kanala na razini igrališta (kota -6,46 m) ujedno i otvori za unos rekvizita i opreme i izlaz igraĉa na borilište.

Dimenzije kanala: 3,60 m x 4,50 m Površina kanala: 16,2 m2 Sveukupna geom. površ.: 32,40 m2 4 otvora na razini ophoda/concourse-a (kota +9,25 m) namjenjenih iskljuĉivo za dovod svjeţeg zraka.

Površina otvora tip 1: 21,73 m2 (dva otvora) Površina otvora tip 2: 20,11 m2 (dva otvora) Sveukupna geom. površ.: 83,68 m2 Scenarij otvaranja: PredviĊeno vrijeme od nastanka poţara pa do otvaranja

gore definiranih otvora dvorane (ulaz svjeţeg zraka, izlaz dimnih plinova) iznosi 90 sekundi (vidi paragraf k).

U oba scenarija, u vremenu od 0-te do 90-te sekunde, svi su otvori za dovod zraka i kupole za odimljavanje zatvorene. U tom vremenu obavlja se inicijalno zapaljenje, razvoj poţara, generiranje dima, aktiviranje sustava vatrodojave, nalog za otvaranjem kupola posredstvom odgovarajućih pneumatskih razvodnih ormara, te fiziĉko otvaranje kupola (cca 20-30 s, ovisno o proizvoĊaĉu). Potrebno je napomenuti da je u realnim uvjetima poţara moguća i znatno brţa aktivacija kupola posredstvom CNUS-a, a temeljem sustava CCTV6-a integriranog s AID7 ili nekog drugog oblika dojave. Stoga se smatra da je period od 90 sekundi realno odabran period i da je odreĊen na strani sigurnosti. Kod prvog poţarnog scenarija (lokacija 1 – igralište) se nakon 90 sekundi otvaraju svi otvori za dovod zraka te kupole za odimljavanje u zoni otvaranja 1 (ZO1), odnosno zoni iznad igrališta. Nakon 120 sekundi otvaraju se kupole za odimljavanje iznad gledališta u zoni otvaranja 5 (ZO5). Kod drugog poţarnog scenarija (lokacija 2 – gledalište) se nakon 90 sekundi otvaraju svi otvori za dovod zraka te kupole za odimljavanje u zoni odimljavanja 5 (ZO5), odnosno zoni iznad pripadajućeg dijela gledališta. Nakon 120 sekundi otvaraju se kupole za odimljavanje iznad igrališta u zoni otvaranja 1 (ZO1). Princip rada: 1. Automatski, na temelju signala vatrodojave ili AID 2. Ruĉno, iz kontrolne sobe CNUS8-a j) Definicija zidova dvorane Svi zidovi dvorane, ukljuĉivo i krovnu plohu, predviĊeni su kao adijabatski, tj konstantne temperature i bez izmjene topine s okolinom.

6 eng. CCTV – Close Circuit TeleVision, televizija zatvorenog tipa, video sustav 7 eng. AID- Automatic Incident Detection, automatska detekcija incidenta, temeljem softverske obrade digitalne slike 8 CNUS - Centar za nadzor i upravljanje sustavima


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


25 Izmjena/Change

k) Opis radnih scenarija I) Standardni uvjeti pri normalnom radu dvorane (strujanje zraka uslijed klimatizacije i ventilacije dvorane) PredviĊeni sustav klimatizacije/ventilacije sportske dvorane imat će donekle utjecaj na scenarij odimljavanja, ali je isti procijenjen relativno zanemarivim jer je predviĊeno zaustavljanje rada sustava klimatizacije/ventilacije u sluĉaju nastanka poţara, a sve u skladu sa predviĊenim scenarijem rada pojedinih sustava u sluĉaju poţara. II) Požarni scenarij Poţarni scenarij moţe se podijeliti na dva vremenski razdoblja, sa razliĉitim ulogama sustava odimljavanja: Vrijeme od nastanka poţara do otvaranja otvora za ulaz svjeţeg zraka, te kupola za odimljavanje Za potrebe numeriĉkog modeliranja procesa prirodnog odimljavanja, predviĊeno je da vremenski period od trenutka zapaljenja sjedalica do ulaska dima u podruĉje detekcije, te ukljuĉivo vrijeme reakcije sustava vatrodojave i prorade alarma (a samim time i otvaranja kupola, odnosno otvora za dovod svjeţeg zraka), maksimalno iznosi 90 sekundi. Nakon prve detektirane zone otvaranja, nalog za otvaranjem središnje zone otvaranja obavlja se sa vremenskom zadrškom od 30 sekundi. Vrijeme od otvaranja otvora za ulaz svjeţeg zraka, te kupola za odimljavanje do poĉetka gašenja Prema Elaboratu zaštite od požara („Ekosystem“ d.o.o., 6602, 0145-09-08 spv, 1.5 oddaljenost in kategorija gasilcev) maksimalno predviĊeno vrijeme dolaska vatrogasne brigade na mjesto poţara iznosi 5 minuta. Kao nepovoljnija varijanta odabrano je vrijeme od nastanka poţara do poĉetka gašenja u iznosu od 5 minuta uz dodatno vrijeme od 30 sekundi. Sukladno tome odabrano je i vrijeme numeriĉkih simulacija u iznosu od 330 sekundi (vremenski period tokom kojeg se prati razvoj poţara i dima, te proces odimljavanja). Navedeno vrijeme intervencije treba u svakom sluĉaju poštivati, jer prekoraĉenje navedenog vremena kao posljedicu ima i povećanje toplinskog opterećenja dvorane iznad 5,00 MW! l) Kriterij dozvoljena rasprostranjenost dima 300 cm iznad poda najviše tribine gdje se nalaze ljudi sukladno Elaboratu zaštite od požara („Ekosystem“ d.o.o., 6602, 0145-09-08 spv).

NAPOMENE:

1. Gore prikazani ulazni podaci predstavljaju najveću moguću definiranost projektnog zadatka uzevši u obzir raspoloživost podataka, te definiranost projektne dokumentacije objekta ''STOŽICE'' u trenutku izrade Studije.

2. Važno je napomenuti da je budućim aktivnostima projektiranja raznih tehniĉkih sustava i instalacija predmetnog objekta potrebno voditi raĉuna da isti ne ometaju prirodno strujanje dima kroz kupole za odimljavanje (npr. položaj eventualnih akustiĉkih elementa, semafora i sl.).


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


26 Izmjena/Change

8. REZULTATI NUMERIĈKIH SIMULACIJA

Pretpostavljeni scenarij prema kojem su izvršene numeriĉke simulacije moţe se ukratko opisati kako slijedi: I vremenski period (od 0 do 90 s)

U prvom vremenskom periodu iniciran je poţar pri ranije definiranim uvjetima, te je simulirano strujanje zraka, uvjetovano efektom klimatizacije dvorane (zanemarive brzine od 0,01 m/s i temperature okolnog zraka od cca 298 K). U gornjim dijelovima dvorane, zbog stratifikacije toplog zraka iznad otvora za klimatizaciju, pretpostavljena je poĉetna temperatura od 313 K (40°C)!. Ovakav pristup je prihvatljiv sa aspekta odrţavanja unutarnje projektne temperature, odnosno predstavlja stanje normalnog rada sustava klimatizacije u trenutku inicijalnog razvoja poţara. II vremenski period (od 90 do 330 s)

U drugom vremenskom periodu postavljeni su novi rubni uvjeti na otvore predviĊene za rad sustava prirodnog odimljavanja (eng. ''pressure outlet''), te atmosferski uvjeti. Inicirani poţar iz prvog vremenskog koraka nastavio se razvijati do svog punog intenziteta (pri 330. sekundi), a sve prema dinamiĉkim parametrima definiranim fizikalnim modelom (vidi paragraf 6.2.). Utjecaj vjetra tijekom simulacije nije uzet u obzir, kao ni stvaranje propuha kroz sportsku dvoranu, te sukladno tome na usisnim otvorima za svjeţi zrak nije pretpostavljen predtlak. Na otvorima kupola zadani su zanemarivi podtlaci kojima se omogućuje inicijalno pokretanje modela. Cijeli proces odimljavanja praćen je do trenutka od 330 sekundi (5,5 minuta), što ujedno korespondira i s maksimalno predviĊenim vremenom potrebnim za dolazak vatrogasne brigade na mjesto poţara, ukljuĉivo i rezervu od 30 sekundi. Rezultati numeriĉkih simulacija, dobiveni prema ranije definiranim ulaznim parametrima i opisanom scenariju, prikazani su u nastavku Studije.

8.1. Požarni scenarij 1

Prema poţarnom scenariju 1 nastanak poţara predviĊen je na sportskom terenu. Rezultati numeriĉke simulacije prikazani su za koncentraciju dimnog plina (ugljiĉni dioksid), te temperaturnih polja na mjestu nastanka poţara. Slika 8.1.1. prikazuje vremensko rasprostiranje dimnog plina u tlocrtnom pogledu, dok su za vremenske trenutke odabrana karakteristiĉna vremena svakih 30 sekundi. Na predmetnoj slici vidljiv je razvoj dimne zone, te povećanje zadimljenog prostora u vremenu, odnosno razvojem poţara od poĉetnog (t = 0 s; Q = 0 MW) do maksimalnog intenziteta (t = 330 s; Q = 5,00 MW).

Koncentracija dimnog plina, odnosno ugljiĉnog dioksida, kreće se od 0% pa do maksimalnih 5,47% u 330 sekundi (na slikama 8.1.2 i 8.1.3 prikazano u masenim udjelima CO2). Na slici 8.1.1. prikazan je razvoj dima u vremenu i to kao iso-površina9 koncentracije 0,1% CO2, dok se sve koncentracije dima veće od 0,1% nalaze unutar prikazane crvene površine. Na slici 8.1.2. prikazan je razvoj dima kao i njegova koncentracija u prostoru s pogledom iz pravca x osi, u vremenskom periodu od 0 do 330 sekundi.

9 iso - površina – površina konstantne vrijednosti odabrane varijable, u konkretnom slučaju dima.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


27 Izmjena/Change

U vremenskom periodu izmeĊu 240 i 270 sekunde (slike 8.1.2. i 8.1.3), dimni plin masene koncentracije 0,1% CO2 dostiţe visinu krova dvorane (cca. 30 m), te se nakuplja pod stropom i širi u horizontalnom smjeru (stratifikacijsko širenje dimnih plinova). Na temelju predviĊenog rasporeda kupola dimni plin u svom uzgonskom kretanju odmah doseţe prve raspoloţive kupole za odimljavanje, te izlazi izvan objekta po najkraćoj trajektoriji. Raspodjela dimnog plina pod stropom dvorane u vremenskim intervalima od 270 do 330 sekunde pokazuje daljnje širenje dimne zone, uz zadrţavanje trenda stratifikacije, pri ĉemu dim izlazi kroz za to predviĊene i dosegnute kupole. Evidentno je da se u promatranom vremenu dimna zona pri stropu dvorane širi i izvan površine koja je odreĊena zonama otvaranja br. 1 i 5, a koje su u predmetnoj simulaciji odimljavanja predviĊene za otvaranje. U realnim uvjetima poţara navedeno širenje dima bi putem sustava vatrodojave aktiviralo i ostale zone otvaranja (npr. ZO2 i ZO3) i time pospiješilo proces odimljavanja, što bi kao rezultat imalo manju tlocrtnu rasprostranjenost dima, od one koja je prikazana u rezultatima modeliranja. Radi bolje vizualizacije opisanog procesa, razvoj dimnog plina prikazan je na slici 8.1.1. u tlocrtnom pogledu na krovnu plohu dvorane. Bitno je napomenuti da se do vremenskog perioda od 330 s, dimni plin zadrţava pri stropu dvorane, te se niti jednim dijelom do tog vremenskog perioda ne spušta u zonu gledališta, niti ugroţava evakuacijske putove. Slike 8.1.4. i 8.1.5. prikazuju vremenski razvoj temperaturnih polja u zoni poţara i to u dvije meĊusobno okomite površine koje presijecaju mjesto nastanka poţara.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


28 Izmjena/Change

Slika 8.1.1. Vremensko rasprostiranje dimnog plina pod stropom dvorane (ilustrirano rubnom iso-površinom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 1

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


29 Izmjena/Change

Slika 8.1.1. Vremensko rasprostiranje dimnog plina pod stropom dvorane (nastavak 1)

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


30 Izmjena/Change


T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


31 Izmjena/Change


T = 330 sec.

T = 300 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


32 Izmjena/Change

Slika 8.1.2. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi x) (ilustrirano iso-konturom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 1

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


33 Izmjena/Change

Slika 8.1.2. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi x) (nastavak 1)

T = 180 sec.

Požarni scenarij 1

T = 120 sec.

T = 150 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


34 Izmjena/Change


T = 210 sec.

T = 270 sec.

T = 240sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


35 Izmjena/Change


T = 330 sec.

Požarni scenarij 1

T = 300 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


36 Izmjena/Change

Slika 8.1.3. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi y) (ilustrirano iso-konturom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 90 sec.

T = 30 sec.

T = 60 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


37 Izmjena/Change

Slika 8.1.3. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi y) (nastavak 1)

Požarni scenarij 1

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


38 Izmjena/Change


Požarni scenarij 1

T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


39 Izmjena/Change

Slika 8.1.3. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi y)

(nastavak 3)

Požarni scenarij 1

T = 300 sec.

T = 330 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


40 Izmjena/Change

Slika 8.1.4. Prostorni prikaz temperaturnih polja u vremenu (prema osi x)

Požarni scenarij 1 Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


41 Izmjena/Change

Slika 8.1.4. Prostorni prikaz temperaturnih polja u vremenu (prema osi x) (nastavak 1)

Požarni scenarij 1

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


42 Izmjena/Change


T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


43 Izmjena/Change


(nastavak 3)

NAPOMENA: središnji dio dimno-plamenog stupa, koji je na grafiĉkim rezultatima modeliranja poţara prikazan bijelom bojom, oznaĉava podruĉje temperatura plamena iznad 373 K (100°C).

T = 300 sec.

T = 330 sec.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


44 Izmjena/Change

Slika 8.1.5. Prostorni prikaz temperaturnih polja u vremenu (prema osi y)

Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


45 Izmjena/Change

Slika 8.1.5. Prostorni prikaz temperaturnih polja u vremenu (prema osi y) (nastavak 1)

Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


46 Izmjena/Change


Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


47 Izmjena/Change


(nastavak 3)

Požarni scenarij 1

Požarni scenarij 1

T = 300 sec.

T = 330 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


48 Izmjena/Change

8.2. Požarni scenarij 2

Prema poţarnom scenariju 2 nastanak poţara predviĊen je u gledalištu, na najvišoj poziciji na tribinama, koja je izvan podruĉja djelovanja sprinklera. Rezultati numeriĉke simulacije prikazani su za masenu koncentraciju dimnog plina (ugljiĉnog dioksida), te vremenski razvoj temperaturnih polja na mjestu nastanka poţara, kao i u sluĉaju poţarnog scenarija 1. Na temelju analize rezultata, prikazanih na slikama 8.2.1. – 8.2.5., a s obzirom da se radi o istom poţarnom opterećenju, mogu se donijeti sliĉni zakljuĉci kao i u sluĉaju poţarnog scenarija 1. Specifiĉnost odabrane lokacije poţarnog scenarija 2 je u tome što se poţar nalazi na nešto većoj visini, te samim time dobivene temperature dima su nešto veće nego u scenariju 1. Uspostava stabilnog uzgonskog strujanja ukazuje na pravilno dimenzioniranje i odabrani poloţaj dostrujnih otvora/kanala za svjeţi zrak, kao i krovnih kupola. No, općenito se moţe reći da je ponašanje dima u ova dva scenarija gotovo identiĉno, te da zakljuĉci iz prethodnog poglavlja vrijede i ovdje. Posebno se to odnosi na ĉinjenicu da se do 330-te sekunde dimni plinovi zadrţavaju pri stropu dvorane, te se niti jednim dijelom unutar tog vremenskog perioda ne spuštaju u zonu gledališta, niti ugroţavaju evakuacijske putove.

*

NAPOMENA: u odreĊenim nacionalnim regulativama prilikom kombiniranog rada sprinkler instalacije i sustava odimljavanja, ne dozvoljava se otvaranje kupola za odimljavanje prije prorade sprinkler instalacije. U konkretnom sluĉaju dvorane STOŢICE, to bi znaĉilo da ukoliko do poţara doĊe na dijelu tribina koji je pokriven sprinkler instalacijom (obodni pojas pri vrhu tribina), nakon dojave poţara putem vatrodojavnog sustava ne smiju se otvarati kupole sve dok ne prorade najbliţe sprinkler glave. Iz tog razloga se svaka obodna zona otvaranja kupola (ZO2, ZO3, ZO4 i ZO5), obzirom na djelovanje sustava vatrodojave, moţe podijeliti na dvije vatrodojavne zone (VZ): ZO2 → VZ2 i VZ2a ZO3 → VZ3 i VZ3a ZO4 → VZ4 i VZ4a ZO5 → VZ5 i VZ5a s time što vatrodojavne zone sa ekstenzijom „a“ pokrivaju dio tribina koji se štiti sustavom sprinklera. Gore navedeno razmatranje kombiniranog djelovanja sprinkler instalacije i sustava odimljavanja je samo preporuka koja već zadire u podruĉje projektiranja sustava za dojavu požara, što nije predmet ove Studije. Ukoliko slovenska regulativa dozvoljava drugaĉija rješenja, ona će u tom sluĉaju biti mjerodavna za konaĉno projektno rješenje.

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


49 Izmjena/Change

Slika 8.2.1. Vremensko rasprostiranje dimnog plina pod stropom dvorane (ilustrirano graničnom iso-površinom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 2

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


50 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


51 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


52 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 300 sec.

T = 330 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


53 Izmjena/Change

Slika 8.2.2. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi x)

(ilustrirano iso-konturom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 2

T = 60 sec.

T = 90 sec.

T = 120 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


54 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 2

T = 150 sec.

T = 180 sec.

T = 210 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


55 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 240 sec.

T =270 sec.

T = 300 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


56 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 330 sec.

Požarni scenarij 2


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


57 Izmjena/Change

Slika 8.2.3. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi y) (ilustrirano iso-konturom s masenim udjelom od 0,1% CO2)

Požarni scenarij 2

T = 60 sec.

T = 120 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


58 Izmjena/Change


T = 150 sec.

T =180 sec.

T = 210 sec.

Požarni scenarij 2


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


59 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 240 sec.

T = 300 sec.

T = 270 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


60 Izmjena/Change

Slika 8.2.3. Prostorni prikaz razvoja dima u vremenu (prema osi y)

(nastavak 3)

T = 330 sec.

Požarni scenarij 2


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


61 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 2

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


62 Izmjena/Change


(nastavak 1)

Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 2

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


63 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 2

T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


64 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 2

T = 300 sec.

T = 330 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


65 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 30 sec.

T = 60 sec.

T = 90 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


66 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 120 sec.

T = 150 sec.

T = 180 sec.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


67 Izmjena/Change


T = 210 sec.

T = 240 sec.

T = 270 sec.

Požarni scenarij 2


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


68 Izmjena/Change


Požarni scenarij 2

T = 300 sec.

T = 330 sec.

Požarni scenarij 2 22222 2


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


69 Izmjena/Change

8.3. Procjena maksimalne temperature dima u podruĉju krovišta

Podatak o maksimalnoj temperaturi dima u podruĉju krova dvorane je jedan od ulaznih podataka za proraĉun ĉvrstoće metalne konstrukcije krovišta u uvjetima projektom predviĊenog poţarnog opterećenja. Procjena maksimalne temperature dima u traţenoj zoni obavlja se na temelju poţarnog scenarija 2, tj. poţara na tribinama. Prema Slici 8.3.1. vidljivo je da se na vrlo ograniĉenoj površini, neposredno uz rub krovne kupole, u 330. sekundi simulacije pojavljuje temperaturno polje s maksimalnom temperaturom dima od 332 K, tj. 59°C pri poţarnom scenariju 1 (poţar na borilištu), odnosno 381 K, tj. 108°C pri poţarnom scenariju 2 (poţar na tribini, bez djelovanja sprinkler instalacije)).

Prikaz temperaturnih polja u podruĉju krovišta dvorane omogućuje da se sa visokom sigurnosti moţe tvrditi da maksimalne temperature u tom podruĉju neće premašiti vrijednost od 150°C.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


70 Izmjena/Change

Slika 8.3.1. Prostorni prikaz temperaturnih polja dima pod krovom dvorane

Požarni scenarij 2

Požarni scenarij 1


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


71 Izmjena/Change

9. VALIDACIJA NUMERIĈKIH REZULTATA – ISPITIVANJE U NARAVI

Numeriĉki rezultati prikazani u Studiji temeljeni su na numeriĉkim simulacijama, te je poţeljno da se u cilju potvrde njihove toĉnosti i usporedbe sa stvarnim fizikalnim procesima, provedu odgovarajuća ispitivanja u naravi, na konkretnoj graĊevini. Na temelju gore navedenog, moguća su dva pristupa: a) izvršiti realni poţarni test u sportskoj dvorani ''STOŢICE'' i to na lokaciji i s

karakteristikama poţara koje su u skladu s podacima korištenim u predmetnoj studiji. Jedan od mogućih scenarija realnog testa na odabranoj lokaciji predviĊa upotrebu ''fire-pool'' izvora poţara, koji predstavlja mješavinu tekućeg goriva i vode, pri ĉemu je mješavina goruće tvari smještena u za to predviĊenu samostojeću posudu (tavu). Poţarno opterećenje ovakvog realnog poţarnog testa je moguće kontrolirati varijacijom udjela gorivih tvari i iznosi od 3 do 3,5 MW.

b) kao alternativu realnom poţarnom testu, moguće je obaviti izotermna ispitivanja sa

tzv. „hladnim dimom“. Pri tome se parafinske pare iz generatora „hladnog dima“, prije ispuštanja u prostor dvorane, mješaju u odreĊenom omjeru s helijem, da bi se ostvarilo što sliĉnije uzgonsko strujanje, koje odgovara strujanju realnog dima.

Detalji provedbe gore spomenutih ispitivanja nisu predmet ove Studije.

NAPOMENA: Osim provjere i potvrde toĉnosti numeriĉkih rezultata, provedba spomenutih ispitivanja omogućila bi provjeru uĉinkovitosti rada cjelokupnog sustava zaštite od poţara, kao što su sustav vatrodojave, sustava vatrodojavnih zona i zona otvaranja/odimljavanja, sustava krovnih kupola za odimljavanje, itd.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


72 Izmjena/Change

10. ZAKLJUĈAK

Na temelju prikazanih grafiĉkih rezultata numeriĉkih simulacija, definiranih ulaznih podataka i odabranih scenarija poţarnog incidenta mogu se donijeti sljedeći zakljuĉci: - U sluĉaju nastanka poţara na odabranim lokacijama terena i tribine, dimni plinovi imaju

izraţeno uzgonsko strujanje prema stropu sportske dvorane, pri ĉemu u kontaktu sa krovnom plohom dolazi do njihovog stratifikacijskog širenja, tijekom cijelog razdoblja numeriĉke simulacije od 330 sekundi.

- Za koncentraciju dimnog plina od 0,1% masenog udjela CO2, što predstavlja vrlo strogi

kriterij za vizualizaciju dima, u svim simulacijama poţarnih scenarija spomenuta iso-površina dima se nalazi u pravilu uz krovnu plohu dvorane, pri ĉemu ne dolazi do pribliţavanja dimnog sloja gledalištu, niti ugroţavanja predviĊenih evakuacijskih putova.

- S obzirom na predviĊeni raspored kupola za prirodno odimljavanje, te dozraĉnih

kanala/otvora, temeljem kojeg je provedeno modeliranje, moţe se konstatirati da u promatranom vremenu simulacije ne dolazi do postepenog hlaĊenja i djelomiĉnog odvajanja dima od zone krova, kao ni anomalija u formiranju dimnog stupa. Time je potvrĊena koncepcija rasporeda krovnih kupola i njihovog ukupnog broja (34 kom.), kao i broja i raspreda dozraĉnih kanala/otvora.

- Dimne zavjese, koje su inicijalno predviĊene Elaboratom zaštite od poţara u cilju

dimnog zoniranja, prema rezultatima ove Studije nisu neophodne, jer se proces odimljavanja pokazao efikasan, sa kratkim putovima propagacije dima, uz minimalno postignutu debljinu dimnog sloja.

- Maksimalne temperature dima u zoni metalne konstrukcije krovišta u uvjetima poţara

iznose prema provedenoj analizi oko 108°C. Uz sva moguća odstupanja realnih poţara od simuliranih poţarnih scenarija obraĊenih ovom Studijom, sa visokim stupnjem sigurnosti moţe se tvrditi da maksimalne temperature u tom podruĉju neće premašiti vrijednost od 150°C.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


73 Izmjena/Change

11. CONCLUSIONS

- According the presented graphic results of numerical simulations, defined input data

and chosen fire scenarios, it can be concluded as follows: - In the case of the stand and sport area characteristic fire scenarios, smoke has

dominant lifting towards the sport hall ceiling, and after the contact with roof surface continue to disperse in the stratification form during the entire period of numerical simulation, which last for 330 seconds.

- For the smoke concentration of 0,1% molar share of CO2, which represent very

rigorous criterion for smoke visualization, iso-surface of mentioned smoke concentration is situated near the roof as the general rule. Furthermore, there are no smoke tendencies to come closer to the visitors’ area or to endanger evacuation corridors.

- Regarding the final smoke vents position as well as the fresh air intakes, it can be

concluded that there are no cooling of the hot gases or any anomalies in the forming of the plumes during the entire period of simulation time. This is the final confirmation of the smoke vents position and chosen number (34 items), as well as the confirmation of the number and distribution of the fresh (make-up) air intakes.

- According the results of this Study, smoke curtains/barriers, which are initially foreseen

in the Project of the fire protection, are not necessary to install. The reason for that is because the smoke removal process is very effective with very short smoke paths and minimal depth of the smoke layer.

- Maximum smoke temperatures in the roof area are calculated to be around 108°C.

With the all possible variations and deviations of the real fire from the simulated fire scenarios, analyzed in this Study, it can be concluded with the high reliability that maximum smoke temperatures in this area will not exceed 150°C.


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


74 Izmjena/Change

12. LITERATURA

1 Fluent Inc. - www.ansys.com

2 M. Bettelini, CFD for tunnel safety, FLUENT User’s Meeting, September 2001

3 C. H. Su, Experimental Investigation on Heat Release Rate of Seats of a Sports Stadium under a Performance-based Design Approach, Applied Simulation and Modelling, 2006

4 A. Bounagui, N. Benichou, A. Kashef, Heat Release Methods, Research Report 186, NRC - CNRC, 2005

5 V. Yakhot, S. A. Orszag, Renormalisation group analysis of turbulence: I. Basic Theory, Journal of Scientific Computing, 1, (1-51), 1986

6 ACGIH, 1971, American Industrial Hygiene Association, Hygienic Guide Series. Am Ind Hyg Assoc J, 32:67-71

ACGIH, 1971, Documentation of the threshold limit values for substances in workroom air. 3rd ed., American Conference of Governmental Industrial Hygien-ists, Cincinnati, OH, p. 213

7 Hunter D, 1975, The diseases of occupations, 5th ed. London, England, Hodder and Stoughton, p. 618

8 ASHRAE Handbook - Fundamentals, General Engineering Information, Chapter 9, Indoor Environmental Health, 2005

9 Sinclair R., Atrium Smoke Management System Design, Reputation Resources Results, Technotes, Issue No. 13, RWDI, Consulting Engineers & Scientists

10 ASHRAE Handbook – HVAC Applications, General Applications, Chapter 52, Fire and Smoke Management, 2007

11 Karlsson B., Quintiere J. G., Enclosure Fire Dynamics, Environmental and Energy Engineering Series, CRS Press, 2000

12 Michael Delichatsios, Tenability conditions and filling times for fires in large spaces, Fire Safety Journal, 2004

http://www.ansys.com/


Oznaka/Ident. no

Zaj. ozn. proj.:

Knjiga:

List/Page


75 Izmjena/Change

13. PRILOZI

Prilog A KUPOLE ZA ODIMLJAVANJE SA ZONAMA OTVARANJA KUPOLA

Prilog B OTVORI ZA ULAZ ZRAKA

Prilog C POŢARNI SCENARIJ SA ZONAMA OTVARANJA KUPOLA

Prilog Da VATRODOJAVNE ZONE - GLEDALIŠTE - IGRALIŠTE (INFORMATIVNO!)

Prilog Db VATRODOJAVNE ZONE – CATWALK (INFORMATIVNO!)

Documents

STUDIJA PRIRODNOG ODIMLJAVANJA - bib.irb.hr · 2. PROJEKTNI ZADATAK Potrebno je izraditi studiju djelovanja sustava prirodnog odimljavanja sportske dvorane ''STOŢICE'' u Ljubljani