Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Wentylacja pożarowa garaży – symulacje numeryczne (CFD) wg ITB 493/2015

Car park ventilation systems: CFD analysis based on ITB 493/2015
Wytyczne ITB 493/2015 stanowią bogate opracowanie dotyczące projektowania systemów wentylacji pożarowej garaży zamkniętych przeznaczonych dla samochodów osobowych.
Wytyczne ITB 493/2015 stanowią bogate opracowanie dotyczące projektowania systemów wentylacji pożarowej garaży zamkniętych przeznaczonych dla samochodów osobowych.
Fot. pixabay

Wykorzystanie symulacji komputerowych w inżynierii bezpieczeństwa pożarowego wymaga poprawnego doboru modeli fizycznych i warunków brzegowych oraz wyznaczenia celu analizy. Szczególne ważna jest weryfikacja obliczeń z pomiarami. Istotny jest też sposób prezentacji wyników – ma to być jednoznaczna ocena wyników analizy i potwierdzenie spełnienia przyjętych kryteriów oceny lub wskazanie metody czy rozwiązania technicznego pozwalającego na osiągnięcie tego stanu.

Analizy numeryczne z wykorzystaniem metody CFD kojarzą się często z najnowocześniejszymi zdobyczami nauki i techniki. Ich podstawa, czyli równania Naviera-Stokesa opisujące zasadę zachowania pędu w płynie, znane są ludzkości od ponad 150 lat. Wciąż jednak nie znamy ich bezpośredniego rozwiązania – na geniusza, który tego dokona, czeka nagroda Instytutu Claya w wysokości 1 mln dol.

 

Praktyczne wykorzystanie równań N-S umożliwiły po ponad 100 latach metody numeryczne, do dziś rozwiązanie to przeprowadzane jest poprzez uzupełnienie równania zachowania pędu modelami upraszczającymi ruch turbulentny, tzw. modelami turbulencji. Z biegiem lat i rozwojem metod numerycznych oraz rosnącą mocą ogólnodostępnych komputerów rosły możliwości modeli CFD i ich potencjalne zastosowania.

Wykorzystanie modeli numerycznych w przewidywaniu rozwoju pożarów w obiektach budowlanych nakreślił m.in. Emmons [2], przy czym dopiero gwałtowny przyrost mocy komputerów w ostatnich 25 latach umożliwił wykorzystanie komputerowych modeli CFD jako podstawowego narzędzia inżynierskiego w obszarze bezpieczeństwa pożarowego.

Za kamień milowy tego procesu można uznać opracowanie przez amerykański ośrodek NIST oprogramowania Fire Dynamics Simulator (FDS) [3], będącego ogólnodostępnym, otwartym i darmowym modelem CFD na potrzeby inżynierii bezpieczeństwa pożarowego.

 

Analizy CFD rozprzestrzeniania się dymu i ciepła w obiektach budowlanych, najpierw akademickie, później komercyjne, zyskiwały na dokładności, a czas niezbędny na ich przeprowadzenie zmniejszał się z każdą dekadą.

Narzędzia, dostępne niegdyś tylko dla najpotężniejszych agend rządowych, dziś goszczą na przenośnych komputerach każdego studenta inżynierii środowiska.

Wykorzystanie symulacji komputerowych w inżynierii bezpieczeństwa pożarowego stało się nieodłącznym elementem większości projektów budowlanych [4], do tego stopnia, że często niezwykle trudnym zadaniem jest uzasadnienie braku analiz CFD w sytuacjach, w których są one zbędne.

Metody numeryczne

Podstawą działania modeli CFD są układy równań różniczkowych opisujących ruch płynu w badanym obszarze i czasie. Jest to podejście zgoła odmienne od wykorzystywanego w modelowaniu strefowym.

Zamiast modelowania oczekiwanych zjawisk będących skutkami pożaru, wynikiem modelowania CFD jest opis przepływu płynu w rozpatrywanej przestrzeni.

Poprawne rozwiązanie numeryczne powinno dać wynik zbliżony do rzeczywistego przepływu płynu w sytuacji pożarowej. Model numeryczny nie ma odgórnych granic wynikających z empirycznych zależności opisujących modelowane zjawiska – granicą jego wykorzystania są tylko umiejętności użytkownika i dostępna moc obliczeniowa.

Rozwiązanie skomplikowanych równań różniczkowych jest niezwykle wrażliwe na błąd użytkownika lub wprowadzoną przez niego celową zmianę.

Znane są autorom przypadki nadużycia analiz numerycznych w „rozgrzeszaniu” niezbyt szczęśliwych rozwiązań technicznych systemów wentylacji. W latach poprzedzających wydanie wytycznych ITB 493/2015 argumenty ekonomiczne coraz mocniej zastępowały te praktyczne – można było zaobserwować ciągłe dążenie do zmniejszania wydajności czy klas systemów i udowadnianie słuszności tych działań wątpliwej jakości symulacjami komputerowymi.

W związku z powyższym autorzy uznali za niezbędne opracowanie dokumentu, który będzie można wykorzystać jako swoisty punkt odniesienia – sposób projektowania dobrych systemów, o jasno określonych celach i możliwościach.

Żeby założenie to zostało spełnione, poza opisem metody projektowania systemów niezbędne było również opracowanie jednolitych założeń dla analiz numerycznych i prób odbiorowych, których wzajemne porównanie jest dziś praktycznie niemożliwe.

W wytycznych przedstawiono zbiór podstawowych założeń i warunków brzegowych do wykorzystania, z analizą wpływu ich zmian na wyniki analiz. Dzięki temu osoba weryfikująca analizę CFD będzie w stanie odczytać z symulacji, do jakiego zagrożenia się ona odnosiła i jaki poziom bezpieczeństwa zapewni odwzorowany w niej system [1].

Wykorzystanie metod numerycznych w ocenie systemów

Dobrze wykonana analiza CFD wymaga poprawnego doboru modeli fizycznych i warunków brzegowych mających kluczowe znaczenie dla wyników obliczeń, takich jak np.:

  • wartości parametrów pożaru,
  • model promieniowania cieplnego,
  • model przepływu turbulentnego,
  • warunki brzegowe.

Analiza numeryczna z wykorzystaniem metody CFD składa się z czterech podstawowych etapów:

  • przygotowanie analizy, tzw. pre-processing, obejmujące:
    — definicję celu i zakresu analizy,
    — definicję obszaru analizy,
    — definicję obszarów granicznych,
    — stworzenie trójwymiarowego modelu numerycznego analizowanej przestrzeni,
    — podział modelu za pomocą siatki obliczeniowej,
    — wybór odpowiedniej metody rozwiązania,
    — wybór modeli fizycznych opisujących analizowany problem,
    — określenie właściwości materiałów;
  • rozpoczęcie obliczeń, zawierające:
    —definicję warunków brzegowych,
    − definicję warunków początkowych,
    − ustawienie zmiennych,
    — ustalenie kryteriów zbieżności rozwiązania;
  • przeprowadzenie obliczeń wraz z kontrolą poprawności rozwiązania oraz kontrolą spełnienia kryterium zbieżności rozwiązania;
  • ocenę wyników przeprowadzonej analizy, tzw. post-processing, obejmującą:
    — sprawdzenie zgodności otrzymanych wyników z przyjętymi kryteriami oceny,
    — w przypadku negatywnego wyniku obliczeń korektę przyjętych założeń i powrót do etapu przygotowania analizy,
    — przygotowanie rysunków i tabel przedstawiających wyniki analizy,
    — opracowanie wyników analizy w formie raportu końcowego.

Przebieg analizy przedstawiono w formie schematu na rys. 1.

Rys. 1. Schemat postępowania w czasie prowadzenia obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody CFD; rys. archiwum autorów (W. Węgrzyński, G. Krajewski)
Rys. 1. Schemat postępowania w czasie prowadzenia obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody CFD; rys. archiwum autorów (W. Węgrzyński, G. Krajewski)

Przed przystąpieniem do oceny działania systemu wentylacji pożarowej z wykorzystaniem zaawansowanych narzędzi inżynierskich (jak np. symulacje CFD) należy odpowiedzieć sobie na bardzo istotne pytanie: - Czy celem analizy jest weryfikacja działania systemu z wykorzystaniem szczegółowo opisanych kryteriów, czy raczej maksymalne zbliżenie się do sytuacji rzeczywistej?

Projektant musi pamiętać, że drugi z przytoczonych celów często jest jedynie mirażem – symulacja nigdy nie odda „rzeczywistości”, która sama w sobie jest splotem chaotycznych zdarzeń. Nie ma dwóch takich samych pożarów, tak więc nie istnieje sposób umożliwiający rzetelne zbadanie wszystkich prawdopodobnych zdarzeń w obiekcie. Niemniej jednak analizy CFD pozwalają nam przybliżyć możliwe rzeczywiste skutki pożaru (rys. 2).

Rys. 2. Symulacja numeryczna systemu kontroli dymu i ciepła w garażu zamkniętym o skomplikowanej architekturze stropu – jedyna droga do prawidłowej oceny skuteczności działania projektowanego systemu; rys. archiwum autorów (W. Węgrzyński, G. Krajewski)
Rys. 2. Symulacja numeryczna systemu kontroli dymu i ciepła w garażu zamkniętym o skomplikowanej architekturze stropu – jedyna droga do prawidłowej oceny skuteczności działania projektowanego systemu; rys. archiwum autorów (W. Węgrzyński, G. Krajewski)

Będąc świadomymi swoich ograniczeń, autorzy musieli rozważyć ważną kwestię związaną z prowadzeniem analiz numerycznych, która była dla nich inspiracją do stworzenia własnych wytycznych w tym zakresie. Jeżeli nie jest możliwe dalsze zbliżenie analiz do „rzeczywistości”, wartością samą w sobie jest zapewnienie możliwości porównania analiz między sobą.

W idealnym świecie dwóch niezależnych inżynierów prowadzących analizę dla tego samego obiektu powinno uzyskać bardzo zbliżony wynik. Żeby takie działanie było możliwe, ważne jest zminimalizowanie możliwości popełnienia błędu przez użytkownika programu. Drogą do tego jest katalogowanie warunków brzegowych, w szczególności warunków odnoszących się do rozwoju pożaru, mających największy wpływ na wynik analizy [5, 6].

Czytaj też: Wentylacja pożarowa garaży – dobór systemu i projektowanie wg ITB 493/2015 >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   06.06.2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Konkurs dla małych projektantów! Spraw prezent swojemu dziecku »

wentylacja

 



Obejrzyj film o bezinwazyjnej renowacji rur » Jakich zabezpieczeń wentylacyjnych potrzebujesz »
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jakie są korzyści z montażu stropów z rekuperacją w salach operacyjnych »

rekuperacja w salioperacyjnej

 



10 pytań o sterowanie ogrzewaniem grzejnikowym » Oszczędzaj nawet do 63% na zużyciu wody »
sterownik do pompy wodnej
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy automatyzacja klimatyzacji musi być droga »

automatyzacja klimatyzacji

 



Poznaj zalety pomp nowej generacji » 5 powodów, dla których warto zainwestować w pompę ciepła »
pompy woda powietrze pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Polecamy sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Serwis pompy ciepła bez problemów - jak to zrobić »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Jak działa technologia klimatyzacji bez przeciągów »

wentylacja

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
5/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 5/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - OZE w zakładach WOD-KAN
  • - Filtry antysmogowe do central
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl