CC BY
18
DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.22
mgr inz. Grzegorz Krajewski1 mgr inz. Wojciech Wçgrzynski1
Przyjçty/Accepted/Принята: 13.06.2016; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 19.08.2016; Opublikowany/Published/Опубликована: 30.09.2016;
Bariera powietrzna jako podzial przestrzeni o charakterze liniowym
w warunkach pozaru2
Air Barrier as a Compartmentation of Longontidual Space in Fire Conditions
Использование воздушной преграды для разделения линейного пространства в условиях пожара
ABSTRAKT
Cel: Przedstawienie wynikow badan wlasnych autorow w obszarze zastosowania barier powietrznych do wydzielenia obszarow niezadymionych w czasie pozaru w przestrzeniach o charakterze liniowym. Wyniki zaprezentowane w pracy s^ rezultatem badan przeprowadzonych w Zakladzie Badan Ogniowych ITB.
Wprowadzenie: Bariery powietrzne s^ stosowane jako „wirtualne przegrody" pozwalaj^ce na zredukowanie wymiany ciepla i masy pomifdzy dwoma przyleglymi do siebie strefami o roznych parametrach srodowiska. Bariera powietrzna wytwarza odpowiednio duze cisnienie dynamiczne na wylocie, uniemozliwiaj^c tym samym poprzeczny przeplyw poprzez otwor, w ktorym jest zlokalizowana. Kurtyny powietrzne mog^ bye wykorzystane do ograniczenia rozprzestrzeniania dymu w przypadku pozaru poprzez wydzielenie stref niezadymionych. Prawidlowe zastosowanie bariery powietrznej jako elementu systemu wentylacji pozarowej pozwala na podzielenie przestrzeni liniowych, jakimi s^ np. korytarze, na odcinki, w ktorych dym bfdzie utrzymywany w obszarze od kurtyny do wyci^gu powietrza. Jednym z kluczowych aspektow w tym obszarze jest zapewnienie jak najwyzszej szczelnosci takiej kurtyny.
Metodologia: W pracy przedstawiono wyniki badan laboratoryjnych przeprowadzonych w skali rzeczywistej, ktore s^ podstaw^ do weryfikacji przyjftego modelu numerycznego. Badania dotyczyly pomiaru rozkladu prfdkosci w osi plaskiej strugi ograniczonej dla roznych szerokosci szczeliny nawiewnej. Po przeprowadzonej weryfikacji wykonano szereg analiz numerycznych funkcjonowania bariery powietrznej dla roznych zmiennych, do ktorych nalezaly: wysokose korytarza, szerokose szczeliny nawiewnej, prfdkose w przekroju korytarza przy uwzglfdnieniu oddzialywania gazow powstalych w wyniku pozaru.
Wnioski: W przypadku przestrzeni o charakterze liniowym, takich jak korytarze czy tunele, dym i cieplo powstale w czasie pozaru rozprzestrzeniaj^ sif znacznie szybciej niz w przestrzeniach o duzej kubaturze i rozleglej geometrii. Z uwagi na ewakuacjf ludzi i podjfcie dzialan ratowniczo-gasniczych istotne jest ograniczenie obszaru, w ktorym dym moze sif rozprzestrzenie. Bariery powietrzne o prawidlowo dobranych parametrach s^ w stanie skutecznie powstrzymae rozprzestrzenianie sif dymu i ciepla dzifki wytworzeniu „przegrody", ktora jednoczesnie umozliwia swobodny przeplyw ludzi i urz^dzen. W zaleznosci od wymagan stawianych przez projektanta kurtyna moze bye „przegrody" dla dymu i ciepla b^dz tylko dla dymu (co wi^ze sif z nizszymi prfdkosciami na wylocie ze szczeliny nawiewnej). Rozwi^zanie to moze bye stosowane zarowno w tunelach, l^cznikach mifdzy stacjami, korytarzach, jak i wszelkich przestrzeniach, gdzie zastosowanie stalej przegrody w postaci drzwi nie jest mozliwe.
Slowa kluczowe: wentylacja pozarowa, bariery powietrzne, wentylacja korytarzy Typ artykulu: oryginalny artykul naukowy
ABSTRACT
Objective: The aim of the paper is to present the results of research carried out by the authors in the field of using air barriers to separate smoke-free areas during a fire in linear spaces. The results presented in the paper are a culmination of research conducted at the Fire Research Department of the Building Research Institute.
Introduction: Air barriers are used as virtual partitions for reducing heat and mass transfer between two zones adjacent to each other of different environmental parameters. It produces sufficiently high dynamic pressure at the exit, thereby preventing lateral movement through the aperture in which it is located. Air curtains can be used to limit the spread of smoke in case of a fire by separating smoke-free zones. Proper use of air barrier as part of a fire ventilation system allows to divide linear spaces such as corridors into sections, where the smoke will be maintained in the area from the curtain to the air extraction shaft. One of key aspects is to ensure the highest tightness of the curtain. Methodology: The study presents the results of laboratory tests in real scale, which is the basis for verification of the adopted numerical model.
1 Instytut Techniki Budowlanej / Building Research Institute, Poland; g.krajewski@itb.pl;
2 Autorzy wniesli rowny wklad merytoryczny w opracowanie artykulu / The authors contributed equally to this article;
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.22
The research referred to the measurement of velocity distribution in the axis of a flat jet limited for different widths of the inlet slot. After verification, a series of numerical analyzes was carried out to estimate the functioning of the air barrier for different variables, which included: the height of the corridor, the width of the slot diffuser, the speed in the cross-section of the corridor taking into account the interaction of gases produced by the fire.
Conclusions: In the linear spaces which are corridors and tunnels, smoke and heat caused by the fire spread much faster than in areas of large volume and extensive geometry. Due to the evacuation of people and rescue and firefighting operations, it is essential to limit the area where the smoke and heat can spread. Air barriers with properly selected parameters can effectively stop the spread of smoke and heat by creating a "partition", which also allows free movement of people and equipment. Depending on the requirements set by the designer, an air barrier can be used as a partition for smoke and heat, or only for smoke which is associated with lower velocities at the outlet of the inlet slot. This solution can be used in tunnels, connections between stations, corridors and all areas where the use of a fixed partition in the form of solid doors is impossible.
Keywords: fire ventilation, air barrier, corridor ventilation Type of article: original scientific article
АННОТАЦИЯ
Цель: Представить результаты собственных исследований авторов в области использования воздушных преград для выделения незадымлённых участков во время пожара в линейном пространстве. Результаты, представленные в работе, являются кульминацией исследований, проведенных в Отделе огневых испытаний.
Введение: Воздушные преграды используются в качестве виртуальных преград для уменьшения тепло- и массообмена между двумя соседними зонами с разными характеристиками окружающей среды. Преграда производит достаточно высокое динамическое давление на выходе, тем самым предотвращая поперечное перемещение через отверстие, в котором она расположена. Воздушные преграды могут быть использованы для ограничения распространения дыма в случае пожара и выделения незадымленных зон. Правильное использование воздушной преграды в качестве компонента системы пожарной вентиляции, позволяет разделить линейные пространства, такие как коридоры, на секции, в которых дым будет задерживаться в районе от преграды до места выхода воздуха. Одним из ключевых аспектов является обеспечение максимальной герметичности преграды.
Методология: В исследовании представлены результаты лабораторных испытаний проведенных в реальном масштабе, которые являются основой для проверки принятой числовой модели. Исследования касались измерения распределения скорости по оси плоской струи, ограниченной для различной ширины отверстия диффузора. После проверки, проведена серия числовых анализов функционирования воздушной преграды для различных переменных, к которым принадлежали: высота коридора, ширина отверстия диффузора, скорость в поперечном сечении коридора с учетом взаимодействия газов, возникших в ходе пожара. Выводы: В случае линейного пространства, которым являются в частности коридоры и туннели, дым и тепло, которые появились во время пожара, распространяются гораздо быстрее, чем в пространствах большой кубатуры и обширной геометрии. Из-за эвакуации людей и проведения спасательно-гасящих действий необходимо изолировать место, в которое может распространяться дым. Воздушные барьеры с правильно подобранными параметрами способны эффективно остановить распространение дыма и тепла, создавая „преграду", которая в то же время позволяет свободно передвигаться людям и оборудованию. В зависимости от требований проектанта преграда может быть барьером для дыма и тепла, или только дыма. Это связано с более низкими скоростями на выходе воздуха из отверстия. Это решение может быть использовано как в туннелях, соединениях между станциями, в коридорах и других помещениях, где использование стационарной перегородки в виде двери является невозможным.
Ключевые слова: пожарная вентиляция, воздушные барьеры, вентиляция коридоров Вид статьи: оригинальная научная статья
1. Wprowadzenie
Jednym z kluczowych zadan towarzysz^cych wznoszeniu nowych obiektow budowlanych oraz modernizacji obiektow juz istniej^cych jest zapewnienie wymaganego bezpieczen-stwa pozarowego. Zadanie to mozna realizowac poprzez zastosowanie zarowno zabezpieczen pasywnych w postaci przegrod budowlanych o odpowiedniej klasie odpornosci ogniowej, jak i rozwi^zan aktywnych w postaci roznorod-nych systemow i instalacji, takich jak systemy detekcji pozaru, tryskaczy oraz wentylacji pozarowej. Podstawowym zalozeniem systemow wentylacji pozarowej jest wydziele-nie obszarow o ograniczonym zadymieniu, ktore umozliwi^ ewakuaj uzytkownikow obiektu oraz prowadzenie dzialan ratowniczo-gasniczych. W wi^kszosci budynkow i obiektow budowlanych pomieszczenia techniczne oraz lokale handlo-wo-uslugowe pol^czone s^ tzw. przestrzeniami o charakterze liniowym. Typowym ich przykladem s^ korytarze umozliwia-j^ce ludziom przemieszczanie si§ pomi^dzy poszczegolnymi pomieszczeniami b^dz przyleglymi do nich obszarami.
W przypadku pozaru w obiektach liniowych (np. koryta-rzach, tunelach b^dz pionowych ci^gach komunikacyjnych) bardzo wazne jest ograniczenie rozprzestrzeniania si§ dymu i ciepla, ktore pozwoli zachowac w tych obiektach wymagane warunki srodowiska. Rozprzestrzenianie si§ dymu i przeplyw
ciepla podczas pozaru mozna ograniczyc mi^dzy innymi poprzez podzial przestrzeni za pomoc^ przegrod budowlanych. Tego typu rozwi^zanie nie zawsze jest mozliwe do zastoso-wania z uwagi na uwarunkowania architektoniczne i funk-cjonalne. Ponadto przegrody fizyczne ograniczaj^ dost^p do strefy obj^tej pozarem oraz mozliwosc przemieszczania si§. Zdaniem autorow innym rozwi^zaniem, ktore w wielu przy-padkach moze z powodzeniem zast^pic fizyczn^ przegrody budowlan^, jest bariera, ktora spelnialaby rol§ przegrody fizycznej ograniczaj^cej rozprzestrzenianie si§ dymu i przeplyw ciepla, ale jednoczesnie nie zaklocalaby ruchu osob i urz^dzen. Proponowane rozwi^zanie to bariera powietrzna, ktora l^czy obie wyzej wymienione cechy (ryc. 1).
Aktualny stan wiedzy pozwala stwierdzic, iz bezposred-nie oddzialywanie wysokiej temperatury nie jest glownym czynnikiem zagrazaj^cym zyciu ludzkiemu podczas pozaru. Wi^kszosc wypadkow w takich zdarzeniach spowodowane jest zatruciem toksycznym dymem. W celu zmniejszenia licz-by ofiar pozarow mozna zastosowac kurtyny powietrzne, ktore pozwalaj^ na wydzielenie przestrzeni obj^tej zadymieniem. Kurtyny maj^ za zadanie kontrolowac rozprzestrzenianie si§ dymu i toksycznych gazow, a w konsekwencji zapewniac do-st^p do obiektu dla ekip ratowniczo-gasniczych oraz do wyjsc ewakuacyjnych dla ludzi znajduj^cych si§ w obiekcie [4]
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ DOI:10.12845/bitp.43.3.2016.22
| Fresh air/Nawiew ezystego powietrza
Air free of smoke
Strefa wolna od dymu
bgdz о niewielkim zadymieriiu
Smoke and heat Strefa obiçta pozarem
Ryc. 1. Schemat zastosowania kurtyn powietrznych w tunelu do celow bezpieczenstwa pozarowego Fig. 1. Diagram of applying air curtains in a tunnel for fire safety reasons Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Idea zastosowania kurtyn powietrznych powstala w 1904 roku. Pierwszy opatentowal je w USA T. Van Kennet - jako metodç na powstrzymywanie przeplywu powietrza dziçki sztucznie wytworzonemu strumieniowi powietrza nawie-wanego. Pomysl ten doczekal siç pierwszej realizacji ponad 10 lat pózniej.
Pierwsza (pionowa) kurtyna powietrzna zostala zbudo-wana w 1916 roku przez Caldwella i sluzyla do wydzielenia hipodromu od przestrzeni zewnçtrznej trzema kurtynami powietrznymi. Od tego czasu mozna zauwazyc znaczny roz-wój kurtyn powietrznych oraz zwiçkszaj^cy siç obszar ich zastosowania [1].
Kurtyny powietrzne s^ instalowane przy wejsciach do bu-dynków uzytecznosci publicznej (takich jak domy towarowe, kina, biura, restauracje) oraz w bramach budynków przemy-slowych (magazynów, hali produkcyjnych, hangarów). Zasto-sowanie kurtyn nie zaklóca przemieszczania siç ludzi, pojaz-dów oraz transportu towarów.
Kurtyny powietrzne znalazly takze bardzo szerokie zastoso-wanie w niektórych procesach technologicznych np. do odci^cia przestrzeni o znacznych zyskach ciepla oraz o znacznym wydzie-laniu si§ substancji szkodliwych, takich jak opary chemiczne, zapachy, bakterie, kurz, insekty i cz^steczki radioaktywne [2-3].
Obecnie istnieje bardzo malo opracowan, które odnosz^ si§ kurtyn wykorzystywanych do celów wydzielenia stref nie-zadymionych w czasie pozaru. Wedlug wiedzy autorów jedy-na kurtyna powietrzna, która znalazla zastosowanie w tunelu drogowym, znajduje si§ w Paryzu we Francji na l^czeniu tras A13 i A86. Strumien kurtyny nachylony jest pod k^tem 35°, zas pr^dkosc na wylocie wynosi 30 m/s. Szczelnosc kurtyny si^ga niemal 100% przy róznicy cisnienia do 80 Pa [5].
Prawidlowo zaprojektowana kurtyna powietrzna jest w stanie wytworzyc cisnienie dynamiczne zapobiegaj^ce b^dz znacznie ograniczaj^ce przeplyw masy i ciepla pomi^dzy dwo-ma plynami, które rozgranicza (ryc. 2). Zasadniczym kryte-rium skutecznosci kurtyny powietrznej jest jej szczelnosc.
Ryc. 2. Schemat funkcjonowania kurtyny powietrznej w warunkach pozaru Fig. 2. Diagram of the operation of an air curtain in fire conditions Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.22
Zgodnie z przedstawionym na ryc. 2 modelem wplyw na ksztalt bariery powietrznej poddanej oddzialywvaniu róznicy cisnienia i temperatury ma wiele zmiennych. Mozna do nicli zaliczyc: róznicy cisnienia, róznicy temperatury, k^t i pr^d-kosc nawiewanego powietrza oraz szerokosc szczeliny, róznicy temperatury (AP, AT, Hy e, a, U0, I0, u, p,). Zakznos ci mi^dzy nimi mozna przedstawic w formie równania:
AP
2 pu o
= f-,^, It,a, AT ,CJymu e v
[1]
gdzie:
g - przyspieszenie grawitacyjne [m/s2 AP - róznica cisnienia [Pa],
g^stosc powietrza {kg^na3
P
e
U
a v
V
szeroPos c szczeliny nawiewnej [m], pr^dkosc powietrza na wylocie ze szczeliny [m/s], k^t pod jakim nawiewana jest struga [°], lepko sc kinematyczna [m2/s], intensywnosc turbulencji [%], dymu - koncentracja dymu [g/m3].
W celu rozwi^zania zagadnienia wykorzystano narz^dzia do numerycznej mechaniki plynow (CFD) w postaci aplikacji ANSYS Fluent 14.5. Aplikacja ta pozwala na przeprowadzenie szczegolowej analizy rozkladu pr^dkosci, temperatury oraz st^zenia dymu w analizowanej przestrzeni.
Zaprojektowanie prawidlowo funkcjonuj^cej kurtyny nie jest prostym zadaniem, gdyz na jej parametry ma wplyw wiele czynnikoww tym m.in.: szerokosc szczeliny nawiewnej, wysokosc tunelu, stosunek wysokosci tunelu do szerokosci szczeliny, pr^dkosc nawiewanego powietrza, k^t nachylenia strumienia oraz parametry srodowiska po obu stronach kurtyny, takie jak cisnienie i temperatura.Obecnie stosowane in-stalacje kurtyn powietrznych s^ regulowane w oparciu o ba-dania model twe b^dz tez bardzo kosztownebadania w peinej skali technicznej. Przeskalowanie badan do skali rzeczywistej rowniez jest zlozone i bardzo czijtto prowcdzi do przeszaco-wania parametrow kurtyny powietrznej. Dlatego tez, w celu prowadzenia dokladnych analiz parametrow, coraz cz^sciej
stosuje si§ metod^ numerycznej mechaniki plynów (CFD), która umozliwia ocen^ efektywnosci kurtyny w skali rzeczywistej. W tym celu nalezy wczesniej przeprowadzic szereg badan weryfikuj^cych, które zapewni^ prawidlowy dobór wa-runków brzegowych do symulacji [6].
2. Weryfikacja przyjftego modelu numerycznego
Przed przyst^pieniem do analiz, w których uwzgl^dniono oddzialywanie na kurtyny powietrzn^ wysokiej temperatury powstalej w wyniku pozaru oraz róznicy cisnienia, wykonano badania maj^ce na celu weryfikacja prawidlowosci przyj^tych modeli matematycznych. Weryfikacja przeprowadzono na podstawie eksperymentów w skali rzeczywistej, gdzie bada-no rozktad pr^dkosci w osi plaskiej strugi. Badania przeprowadzono na stanowisku badawczym zlokalizowanym w Za-ktadzie Badan Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej (ryc. 3). Stanowisko sktadalo si§ z tuneli o wymiarach 8,0 x 1,0 x 2,0 (dlugosc x szerokosc x wysokosc) oraz skrzynki roz-pr^znej ze szczeliny o zmiennej szerokosci. Badania przeprowadzono dla szerokosci szczeliny wynosz^cej 10,0; 15,0; 20,0 i 25,0 cm, co pozwalalo na uzyskanie stosunku wysokosci ko-rytarza do szerokosci szczeliny w zakresie 8 + 20.
W celu wykonania analiz numerycznych zbudowano trój-wymiarowy model (3D) domeny obliczeniowej o wymiarach identycznych jak stanowisko badacze. Przestrzen domeny podzielono za pomoc^ siatki hexahedralnej o wymiarach od 0,2 cm do 20 cm. W miejscach, gdzie spodziewano si§ duzego gradientu pr^dkosci, siatk^ zag^szczono (ryc. 4).
Badania weryfikacyjne posluzyly do potwierdzenia prawidlowosci przyj^tych warunków brzegowych oraz dwurównanio-wego modelu turbulencji realizable k-e z grupy modeli RANS. Pomiary i analizy CFD przeprowadzono dla 3 wartosci pr^d-kosci powietrza na wylocie ze szczeliny, wynosz^cych: 10, 20 i 30 m/s. Szerokosc szczeliny wynosila 0,02 m. Poza obszarem oddalonym o okolo 20-h40 cm od wylotu ze szczeliny wyniki po-miarów, jak i analiz byly bardzo zblizone do siebie.
W pozostalej cz^sd strugi bl^d pomi^dzy pomiarami a wynikiem analiz CFD nie przekraczal 10^15%, co mozna uznac za satysfakcjonuj^c^ dokladnosc (ryc. 5).
Ryc.3. Wizualizacja stazowiska do badan rozkladu pr^dkosci w osistrugi w skali rzeczywistej Fig. 3.Visualization of test post used to measure velocity distribution in the axis of a stream in real scale
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration .
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
DOI: 10.12845/bitp.43.3.2016.22
ттятштИИ
Ryc. 4. Siatka numeryczna w poblizu szczeliny nawiewnej Fig. 4. Numerical grid inthe vicinity of an air inlet Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
a)
1,20
15,00
Bezwymiarowy wspötczynnik odlegtosci od wylotu ze szczeliny / Ratiox/e
2D, DO
b)
Z'
TD
er
I—
a.
о ■о
1..2G
■и
о
1,00
0,ЕЙ
G, 50
5 " и
er и
ь. °
a S 5 m
0,40 '
0,20
- Expe ri me nt/Elcsp efyrre rt
■ Gnd/Smta H) cm _____
- G rid/Siat ka 15 cm -Grid/Siatka H) cm
- Grid/Siatka 25 t m G rid/Siat ka 30 t m
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 Bezwymiarowy wspotczynnik odlegtosci od wylotu ze szczeliny / Ratiox/e
Ryc. 5. Porownanie wynikow rozkladu prçdkosci badan z analizami CFD w osi strugi o szerokosci a) 0,1 m i b) 0,25 m Fig. 5. Comparison of the results of velocity distribution of tests with CFD analysis in the axis of a stream with a width of a) 0,1 m and b) 0,25 m
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
0,00
3. Kurtyna powietrzna jako wydzielenie obszarow na wypadek pozaru
Po przeprowadzeniu analiz numerycznych, maj^cych na celu dobor wlasciwego modelu turbulencji, przeprowadzono szereg analiz numerycznych plaskiej strugi ograniczonej, maj^cej sluzyc do wydzielenia obszarow niezadymionych na wypadek pozaru.
Kurtyna powietrzna, jako struga ograniczona wydziela-j^ca obszary niezadymione od zadymionych w czasie pozaru, powinna charakteryzowac siç wysok^ efektywnosci^ tzn. szczelnosci^. O poziomie szczelnosci swiadczy przetranspor-towana przez пц ilosc ciepla i masy.
Wplyw na szczelnosc kurtyny powietrznej maj^ takie parametry, jak:
• szerokosc szczeliny,
• prçdkosc nawiewanego powietrza,
• k^t nachylenia strugi.
DOI:10.12845/bitp.43.3.2016.22
Analizy numeryczne uwzglçdniaj^ce oddzialywanie ga-zow powstalych w wyniku pozaru w pomieszczeniu przyle-glym do przestrzeni korytarza (ryc. 6) przeprowadzono dla szczeliny o szerokosci 0,15, 0,20 i 0,25 cm. K^t nachylenia strugi wynosil 30 stopni w kierunku obszaru objçtego poza-rem. Analizy przeprowadzono dla roznych wariantow wysokosci korytarza 2,2; 2,6 i 3,0 m i roznej prçdkosci poprzecznej w korytarzu 0,5; 1,0 i 1,5 m/s. Przyjçta w analizach moc pozaru wynosila 2,5 MW.
Szczegolowej analizie poddano takie parametry jak roz-klad stçzenia dymu i temperatury. Analizy prowadzono dla roznych prçdkosci nawiewanego powietrza przez nawiew szczelinowy przy zmiennej prçdkosci poprzecznej w korytarzu oraz roznej wysokosci korytarza. Na ryc. 7 przedstawiono rozklad stçzenia dymu w przekroju poprzecznym korytarza dla: prçdkosci poprzecznej w korytarzu 0,5 m/s, wysokosci korytarza 2,2 m oraz szerokosci szczeliny 0,15 m.
Ryc. 6. Model domeny obliczeniowej do analiz funkcjonowania kurtyny w warunkach pozaru Fig. 6. The model of calculation domain for analyzing the operation of an air curtain in fire conditions
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 7. Rozklad stçzenia dymu w przekroju poprzecznym korytarza Fig. 7. Distribution of smoke concentration in the cross-section of the corridor Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.22
a)
b)
Ryc. 8. St^zenie dymu oraz rozklad temperatury w osi korytarza Fig. 8. Smoke concentration and temperature distribution in the corridor axis Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
E >
П
0,2
0,15
и
" 0.1
3 0,05
* \
9 M > * ,115 ln(x) + 0,4 R2 = 0,9977 213
Чч V *
* v-0,i - Fore prog m/s äst value / Wa nazowana V -i QSC
0 10 20 30 40 50
Inlet velocity from the slot/ Predkaicna wylociezeszczeliny [m/s]
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.22
353
343
n 333
323
313
303
293
Y: -22,35 ln(x) + RJ = 0,9961 3Slr9
>
♦ v-0 5 m/s -
-----For pro cast value / W gnozowan arose
0 10 20 30 40 50
Inlet velocity from the slot/ Prçdkoscna wylocieze szczeliny [m/s]
b)
Ryc. 9. Krzywe przedstawiaj^ce zaleznosc stçzenia dymu i temperatury od prçdkosci nawiewanego powietrza Fig. 9. Curves presenting the dependence of smoke concentration and temperature on air velocities
Zrôdlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Ryc. 10. Przyklad doboru pr^dkosci powietrza nawiewanego przez szczeliny w zaleznosci od szerokosci szczeliny Fig. 10. An example of selecting the velocity of air blown through the inlet slot, depending on the width of the slot
Zrodlo: Opracowanie wlasne. Source: Own elaboration.
Szczegolowe wyniki stçzenia dymu i rozkladu temperatury przedstawiono w formie wykresu w osi korytarza dla roz-nych prçdkosci nawiewanego powietrza przez szczelinç zloka-lizowan^ w suficie korytarza (ryc. 8).
Otrzymane wyniki stçzenia dymu oraz rozkladu temperatury pozwolily na opracowanie wykresow opisuj^cych ich zaleznosc od prçdkosci nawiewanego powietrza przez szcze-linç przy zadanej prçdkosci poprzecznej w korytarzu (ryc. 9).
Przedstawione wykresy pozwalaj^ na dobor wymaganej prçdkosci nawiewanego powietrza przez szczelinç dla roznych wysokosci oraz szerokosci szczeliny nawiewnej i prçdkosci w przekroju korytarza (ryc. 10).
Na podstawie powyzszego nomogramu w prosty sposob mozna dobrac prçdkosc nawiewu powietrza w odniesieniu do
wymaganego stçzenia dymu po stronie nieobjçtej pozarem, ktore wynosi 0,1 g/m3. Prçdkosc nawiewanego powietrza dla szczeliny o szerokosci 0,15 m i prçdkosci przeplywu powietrza w korytarzu wynosz^cej odpowiednio 0,5; 1,0 i 1,5 m/s bçdzie wynosila odpowiednio 16,0; 24,0; 33,0 m/s. Na podstawie przeprowadzonych prac badawczych mozliwy jest dobor parametrow kurtyny powietrznej w zaleznosci od trzech zmiennych: wysokosci korytarza, szerokosci szczeliny oraz prçdkosci porzecznej w przestrzeni korytarza.
4. Podsumowanie
Na podstawie przeprowadzonych badan i analiz nume-rycznych, wykorzystuj^cych metodç numerycznej mechani-ki plynow (CFD), potwierdzono fakt, iz bariera powietrzna
ПОЖАРНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
moze pelnic funkcjç przegrody dla dymu i ciepla w warunkach pozaru. Dobor parametrow bariery powietrznej jest za-lezny od wysokosci przestrzeni, w ktorej bçdzie ona zainstalo-wana oraz od prçdkosci poprzecznej powietrza w przestrzeni tunelu b^dz korytarza. Parametry plaskiej strugi ograniczonej mog^ byc dobierane zamiennie z uwzglçdnieniem szerokosci szczeliny b^dz prçdkosci nawiewanego powietrza. Ponadto nalezy miec na uwadze, iz niedoszacowanie prçdkosci nawiewanego powietrza dla danej szerokosci szczeliny powoduje przelamanie bariery powietrznej i ograniczenie jej skutecz-nosci.
Literatura
[1] Goyonnaud L., Solliec C., Mass transfer analysis of an air curtain system, "Transactions on Engineering Science" 1998, Vol. 18.
[2] Gugliermetti F., Santrapia L., Zori G., Air curtain applied to fire smoke pollution control, "Transactions on Ecology and the Environment" 2003, Vol. 66.
[3] Guyonnaund L., Solliec C., Dufresene de Virel M., Rey C., Design of air curtains used for area confinement in tunnels, "Experiments in Fluids" 2000, 28, 377-384.
D01:10.12845/bitp.43.3.2016.22
[4] Sztarbala G., Krajewski G., Application of CAE in designing process of fire ventilation system based on jet fan system, EBECC, London 2009.
[5] Gupta S., Pavageau M., Elicer-Cortes J.C., Cellular confinement of tunnel sections between two air curtains, "Building and Environment" 2007, 42, 3352-3365.
[6] Krajewski G., W^grzynski W., Air curtain as a barrier for smoke in case of fire: Numerical modelling, "Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences" 63(1), 145-153
[7] Hayes F.C., Stoecker W.F., Heat Transfer Characteristics of the Air Curtain, "ASHRAE Transactions" 1969, No. 2120.
[8] Hayes F.C., Stoecker W.F., Desig Data For Air Curtains, "ASHRAE Transactions" No. 2121, 196
[9] Rajaratnam N., Turbulent jets, Elsevier, Amsterdam 1976
[10 ] Schlichting H., Boundary layer theory, Mc Graw-Hill Book, New York 1968.
[11] Abramovitch G.N., The theory of turbulent jets, M.I.T. press, Massachusetts 1963.
[12 ] ANSYS Fluent 14.5. Technical Documentation.
A A A
mgr inz. Grzegorz Krajewski - pracownik Zakladu Badan Ogniowych Instytutu Techniki budowlanej od 2007 r. Ukonczyl wydzial Inzynierii Srodowiska na Politechnice Warszawskiej. Specjalizuje siç w zakresie analiz numerycznych z wykorzystaniem metody numerycznej mechaniki plynow (CFD) w szczegolnosci w obszarze rozprzestrzeniania siç dymu i ciepla oraz oddzialy-wania warunkow srodowiska zewnçtrznego na obiekty budowlane (przeplywy wewnçtrzne, aerodynamika obiektow budowla-nych). Wspolautor opracowan z projektow badawczo-rozwojowych oraz szeregu artykulow i publikacji naukowo technicznych na konferencjach krajowych i zagranicznych o tematyce zwi^zanej z bezpieczenstwem pozarowym, inzynieri^ wiatrow^ oraz analizami numerycznymi.
mgr inz. Wojciech Wçgrzynski - absolwent Wydzialu Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoly Glownej Sluzby Pozarni-czej, doktorant w Instytucie Techniki Budowlanej. Od 2010 roku zatrudniony w Zakladzie Badan Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej, obecnie pelni funkcjç Kierownika Pracowni Kontroli Dymu, Sygnalizacji i Automatyki Pozarowej. Obszarem zain-teresowan naukowych autora s^ zjawiska zwi^zane z przeplywem dymu i wentylaj pozarow^, rozwojem pozaru oraz narzçdzia inzynierskie wykorzystywane w ich analizie.
