Načrtovanje odvoda dima in toplote (ODT) v velikih dvoranah: Od simulacije do preizkusa

Pri načrtovanju požarne varnosti v velikih in arhitekturno razgibanih objektih (športne dvorane, atriji, trgovski centri) se projektanti srečujemo z izzivom: standardne metode preprosto ne delujejo.

Uporaba klasičnih smernic (kot so VDS 4020, SZPV 405-1 ali TRVB 125) je v velikih dvoranah pogosto nesmiselna, saj:

• Omejujejo višino prostora
• Zahtev po velikosti dimnih sektorjev ni mogoče izpolniti.
• Temeljijo na “enakomernem požaru” in ne upoštevajo dinamike razvoja dima.

Sodobne dvorane zahtevajo naprednejši pristop. Rešitev je računalniška CFD simulacija v fazi projektiranja in vroči dimni preizkus ob zaključku gradnje.

V nadaljevanju predstavljamo študijo primera Dvorane Podmežakla, kjer smo s temi metodami potrdili ustreznost sistema ODT.

Računalniška simulacija odvoda dima in toplote (CFD)

Najbolj zanesljiva in ekonomična pot za določitev zahtev ODT v velikih volumnih je CFD simulacija (Computational Fluid Dynamics).

Za dvorano Podmežakla smo preverili tri najverjetnejše scenarije požara:

• Na športnem igrišču (prizorišče)
• Med občinstvom na tribunah
• V garderobah pod tribunami

Pri vseh scenarijih smo upoštevali različne moči požara (1 MW do 5 MW) in hitrosti širjenja po krivulji t2.

5 faz izdelave numerične simulacije

Proces simulacije je potekal v naslednjih korakih:

1. Izvedba 3D-modela: Na podlagi arhitekturnih načrtov smo izdelali poenostavljen 3D model dvorane.
2. Numerična mreža: Mrežo smo zgostili na ključnih območjih (okoli vira požara in v brezdimni coni), da smo dobili natančnejše rezultate.
3. Določitev vhodnih podatkov: To je najpomembnejši del. Kvaliteta rezultatov je neposredno odvisna od realnosti vhodnih parametrov (referenčni požar).
4. Izvedba simulacije: Simulirali smo odvod dima v obdobju od 0 do 600 sekund. Model je vseboval kar 1.300.000 numeričnih kvadratov.
5. Analiza rezultatov: Preverili smo, ali se dim dvigne dovolj visoko, da omogoči varno evakuacijo.

Ključni rezultati: Vidljivost in temperatura

Simulacija nam je dala odgovore na ključna vprašanja varnosti:

• Vidljivost na evakuacijskih poteh: Dokazali smo, da se v času, predvidenem za umik ljudi, evakuacijske poti ne zadimijo. Na južni tribuni se dim ni spustil na nivo hodnika.
• Temperatura jeklene konstrukcije: Simulacija je pokazala, da temperatura dimnih plinov pod stropom ne preseže 90°C, kar je varno za jekleno konstrukcijo (ne izgublja nosilnosti).
• Učinkovitost prezračevanja: Hitrosti zraka na odvodnih kupolah so dosegale do 3 m/s, kar potrjuje učinkovitost sistema.

Vroči dimni preizkus: Ko teorija postane praksa

Računalniški model je eno, realnost pa drugo. Zato smo v podjetju Ekosystem (skupaj z izvajalci Meteorit, Eurolux in GARS Jesenice) izvedli vroči dimni preizkus.

Osnova za preizkus je bila avstralska metoda (standard AS 4391:1999).

Potek preizkusa v dvorani Podmežakla

Simulirali smo požar moči 1 MW. Uporabili smo:

• Vir toplote: Štiri ponve z vnetljivo tekočino (skupna površina 2,54 m²).
• Vir dima: Trije dimni generatorji na višini 4 m, ki so proizvajali 150.000 m³ hladnega dima na uro.

Preizkus je trajal 15 minut, spremljali pa smo ga s termovizijskimi kamerami in merilniki pretoka zraka.

Zaključek: Potrditev varnosti

Rezultati realnega preizkusa so potrdili naše izračune. Izmerili smo maksimalen volumski pretok zraka 460.000 m³/h, kar pomeni, da se celoten zrak v dvorani zamenja kar 5,4-krat v eni uri. To je izjemen rezultat, ki zagotavlja varnost obiskovalcev.

Termovizija je prav tako potrdila, da se jekleni nosilci niso pregreli (trapezna pločevina se je segrela le na 40°C).

Zaključna misel: Načrtovanje požarne varnosti v velikih objektih zahteva izkušnje in napredna orodja. Dvorana Podmežakla je dokaz, da kombinacija inženirskega znanja, računalniških simulacij in realnih testov vodi do optimalnih in varnih rešitev.

Avtor: mag. Aleš Drnovšek, udie