Studio parametrico di smoke management per filtro a prova di fumo tramite il C-FAST

This research thesis, developed in collaboration with Metropolitana Milanese S.p.a. and Commissione Prevenzione Incendi dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Milano, provides a benchmark analysis about smokeproof enclosure, using a parametric approach thereby C-FAST, a zone model software. The studied scenarios have a big number of variable parameters as the position of the fire in the compartment and its HRR, the size of the compartment and of course the mass flow rate. The mass flow rate have been modified for mechanical(immission and exhaust) either natural ventilation, the first by changing the flow rate of the fan, the second one by increase the net ventilated section and the highness so altogether the stack effect, from the minimum values according to law to the values suggested by Metropolitana Milanese who has chosen a performance approach. The picking of a zone model software for the simulation against a field zone model is allowed by the ISO13387 that consider this kind of model and in general the zone’s approach, a valid tool to describe the evolution of fire in con-fined space and to be used by Fire Safety Engineering, and in our particular case a smoke management analysis. The ISO 13387 limit the application of the zone models in all the context where they provide a description of the problem consistent with the assumption of the model. The success of the strategy pass through the estimation of the presence of the smoke in the stair according to security standard, previous defined, that enable an objective assumption and open possibility to cross confrontation between strategies. The simulation has been headed with several simplified hypothesis about the combustion and chemistry, assumption in the fire compartment on the safety side (all door open during the simulation and fire compartment close to mass exchange to outside except for the connection with the smokeproof. The response was good for the suggested value of flow rate in mechanical ventilation, and suggested values of the stack’s section in natural ventilation by Metropolitana Milanese while we found a substantial not comply with the minimum values prescribed by Italian law. This work has emphasized the merit of the C-FAST in the low computational cost but on the other hand has evidenced the problem connected to the deficiency of a deep understanding of flow through openings without a flow field description.

Lo scopo di questo lavoro di tesi, sviluppato in collaborazione con Metropolitana Milanese S.p.a. e la Commissione Prevenzione Incendi dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Milano, è stato quello di indagare la funzionalità del filtro a prova di fumo tramite l’utilizzo di un modello a zone, il C-FAST, conducendo uno studio parametrico. Gli scenari modellati hanno avuto come parametri variabili la grandezza del locale incendiato, la posizione dell’incendio nel compartimento, il suo HRR e ovviamente le portate. Queste sono state variate, sia nel caso naturale (tramite aumento della sezione ventilante e altezza del camino) che nel caso forzato (estrazione e immissione) differenziando tra valori minimi prescritti dalla norma e il valore consigliato da Metropolitana Milanese, che ha preferito un approccio prestazionale al dimensionamento dei sistemi di ventilazione. Si è scelto di utilizzare un modello a zone per le simulazioni rispetto ad un modello di campo in quanto la ISO TR 13387 consente e valida questi strumenti come esaustivi ai fini di un’indagine di smoke management e più in generale di Fire Safety Engineering, se utilizzati in maniera critica comprendendone limiti e pregi. La va-lutazione della presenza o meno dei fumi nelle scale, indice di conformità con la definizione di filtro a prova di fumo, è stata perseguita definendo criteri di sicurezza per confrontare i risultati a regime delle simulazioni, così da avere una base oggettiva per poter comparare i vari sistemi. Le simulazioni sono state strutturate con ipotesi semplificative riguardo la combustione e la sua chimica, con ipotesi nello scenario che siano sempre dalla parte della sicurezza (porte sempre aperte durante la simulazione, locale incendio chiuso a scambi con l’esterno ad eccezione del filtro). Il risultato è stato quello di un responso positivo per i valori consigliati da Metropolitana Milanese sia per le sezioni del camino ventilante che per le portate di ventilazione nella maggior parte degli scenari mentre una sostanziale non conformità per i valori minimi prescritti dalla normativa italiana che si è dimostrata carente in materia di camini di esalazione e specifiche per il filtro a prova di fumo. Il lavoro ha anche messo in evidenza i pregi di una modellazione tramite il C-FAST, modello a zone, per i vantaggi legati ai bassi costi computazionali ma ha anche evidenziato i limiti sostanziali di un approccio a zone che non presentando un’equazione del campo di moto fornisce un’interpretazione grossolana e via via meno corretta dei flussi di massa a cavallo delle aperture.