Seminario CNR-IVALSA Fire Safety Engineering Giovanna Bochicchio Consiglio Nazionale delle Ricerche - IVALSA Laboratori di comportamento al fuoco San Michele all’Adige (TN) Abteilung 34 - Innovation, Forschung, Entwicklung und Genossenschaft Ripartizione 34 - Innovazione, Ricerca, Sviluppo e Cooperative FIRE SAFETY ENGINEERING Definizione:si intende il complesso di modelli, dati e criteri che permettono l'applicazione dei principi della scienza e dell'ingegneria alla protezione delle persone, dei beni e dell'ambiente dal fuoco. La novità dell'approccio ingegneristico alla sicurezza consiste nel fatto che, di ogni misura alternativa, può essere quantificato l'effetto. Fino ad oggi, invece, si accettavano misure secondo un criterio qualitativo, senza nessuna possibilità di misurare l'impatto effettivo dei singoli strumenti sul'evoluzione dell'incendio. Torre Windsor (1 h e 30 min)- Incendio facciata vetrata Riferimenti e Norme Internazionali Lo stato dell’arte a livello internazionale in materia di “fire engineering” è rappresentato dai seguenti documenti: •Documento tecnico ISO TR 13387 ISO / TR 13387-1 Applicazione dei concetti di prestazione al fuoco agli specifici obbiettivi ISO / TR 13387-2 Concetti di scenari di incendio e di fuoco ISO / TR 13387-3 Valutazione e verifica dei modelli matematici d’incendio ISO / TR 13387-4 Inizio e sviluppo del fuoco in generale ISO / TR 13387-5 Inizio e sviluppo all’interno e all’esterno degli edifici ISO / TR 13387-6 Risposta strutturale e sviluppo dell’incendio oltre l’area di origine ISO / TR 13387-7 Rilevamento e spegnimento dell’incendio ISO / TR 13387-8 Sicurezza delle persone e loro comportamento •NFPA 101 “Life Safety Code” •NFPA 914 “Code for Fire Protection of Historic Structures“ Riferimenti e Norme Internazionali: •ISO/CD 16730 Assessment, verification and validation of calculation methods •ISO/AWI 16731 Data needed for fire safety engineering •ISO/CD16732 Guidance on fire risk assessment •ISO/CD16733 Methodology for selection of design fire scenarios and design fires •ISO/CD16734 Requirements governing algebraic formulas for fire plumes •ISO/CD16735 Requirements governing algebraic formulas for smoke layers •ISO/CD16736 Requirements governing algebraic formulas for ceiling jet flows •ISO/CD16737 Requirements governing algebraic formulas for vent flows •ISO/AWI 1673 Fire safety engineering --Evaluation of behaviourand movement of people •PNWI Fire safety engineering -General Principles •PNWI Overall behaviourof structures in real fires I metodi della FSE possono presentare molti vantaggi rispetto ai metodi prescrittivi. Infatti si devono considerare la totalità dei sistemi di protezione antincendio (attiva e passiva) e fornire, in funzione dell’analisi una soluzione più mirata e più economica rispetto ai metodi tradizionali prescrittivi. I metodi della FSE possono essere gli unici mezzi possibili di raggiungimento del livello soddisfacente di protezione antincendio in alcune grandi e complesse costruzioni (attività industriali prive di norma prescrittiva, deroghe, Indagini sugli incendi). Net center - Padova Il Processo della progettazione prestazionale Analisi qualitativa del progetto (preliminare); Analisi di eventuali vincoli progettuali; Individuazione dei pericoli di incendio connessi con la destinazione d'uso prevista; Descrizione delle condizioni ambientali Analisi delle caratteristiche della costruzione e dei sui occupanti Analisi quantitativa del progetto definendo le prestazioni richieste le temperature massime dei gas o dei materiali concentrazioni di fumo o livelli di visibilità concentrazioni di gas flussi di energia radiante livelli di esposizione termica per le persone o per i materiali. Stima dei risultati dell’analisi con i risultati attesi Ripetizione dell’analisi se necessaria Creazione dei report e presentazione dei risultati ISO TR 13387-1 Appendice A L'ingegneria della sicurezza antincendio può essere definita a più livelli: Ad un livello di base, si può intendere il calcolo del diametro delle tubazioni di un impianto Sprinkler, il calcolo della risposta strutturale di un elemento di una costruzione o del complesso strutturale, oppure la conoscenza delle proprietà dei materiali alle temperature elevate in condizioni di carico e così via. Ad un livello superiore, richiedendo l'uso dei programmi destinati all'elaborazione integrata, può significare la valutazione delle conseguenze di un incendio sulla sicurezza della vita degli occupanti l’edificio soggetto ad analisi, mediante la definizione del contesto, degli scenari e del calcolo del rischio. Ad un livello più strategico, l'ingegneria di protezione antincendio può significare un insieme delle misure (metodologia, strumenti di calcolo e dati) che ha l'obiettivo di ridurre il rischio potenziale riducendo il numero di feriti, e di morti ad un livello accettabile Obiettivo del decreto 9 maggio 2007 Fornire uno strumento alternativo a quanto stabilito dall’all. I lett. A del D.M. 4/5/1998 per individuare le misure di sicurezza nella progettazione di attività non normate o nel procedimento di deroga per particolari contesti costruttivi, architettonici, urbanistici. E’ uno strumento che non può essere imposto dai vigili del fuoco ma che può essere liberamente adottato dal progettista Campo di applicazione (art. 2) insediamenti di tipo complesso o a tecnologia avanzata edifici di particolare rilevanza architettonica e/o costruttiva edifici pregevoli per arte o storia edifici ubicati in ambiti urbanistici di particolare specificità la metodologia può essere applicata in alternativa alla metodologia vigente : per la individuazione delle misure da adottare ai fini del rilascio del c.p.i. nel caso di attività non regolate da specifiche disposizioni per la individuazione delle misure di sicurezza equivalenti nell’ambito del procedimento di deroga D.M. 4 MAGGIO 1998 - … procedimenti di prevenzione incendi… Art. 1 - Richiesta esame progetto DOMANDA 2 copie (1 in bollo) VERSAMENTO (EX L. 966/65) DOCUMENTAZIONE TECNICO PROGETTUALE Scheda informativa • Informazioni generali sulle attività soggette • Indicazioni tipo progetto Relazione tecnica • Individuazione dei pericoli di incendio • Descrizione condizioni ambientali • Valutazione qualitativa del rischio • Compensazione rischio incendio (strategia antincendio) • Gestione dell’emergenza 2 copie Elaborati grafici MAX A2 (piegati A4) • planimetria generale (1:2000 - 1:200) • piante (1:50 - 1:200) • sezioni (1:50 - 1:200) • particolari (scala adatta) 10 D.M. 10/03/1998 Identificazione dei pericoli di incendio Individuazione persone esposte ai pericoli di incendio Eliminazione/riduzione dei pericoli Classificazione del livello di rischio di incendio Adeguatezza delle misure di sicurezza Rischio residuo accettabile SI Redazione/revisione del documento NO 11 D.M. 4 MAGGIO 1998 - … procedimenti di prevenzione incendi… Art. 5 - Richiesta deroga • Individuazione dei pericoli di incendio (verifica degli scenari di incendio) • Descrizione condizioni ambientali • Valutazione qualitativa del rischio • Compensazione rischio incendio (strategia antincendio) • Gestione dell’emergenza 12 I principali regolamenti vigenti in Italia in materia di Prevenzione Incendi e l’applicazione della Fire Safety Engineering ATTIVITÀ NORMATE Nessuna problematica particolare ATTIVITÀ NON NORMATE Necessità di richiesta di DEROGA FIRE SAFETY ENGINEERING (Metodo prestazionale) 13 L’allegato Tecnico DM 9/5/2007 ANALISI PRELIMINARE (I FASE) 1. Definizione del progetto 2. Identificazione degli obiettivi antincendio 3. Individuazione dei livelli di prestazione 4.Individuazione degli scenari di incendio di progetto Fase I: 1.DEFINIZIONE DEL PROGETTO 1. eventuali vincoli progettuali derivanti da previsioni normative o da esigenze peculiari dell’attività 2. individuazione dei pericoli di incendio connessi con la destinazione d’uso prevista; 3. descrizione delle condizioni ambientali per l’individuazione dei dati necessari per la valutazione degli effetti che si potrebbero produrre; 4. analisi delle caratteristiche degli occupanti in relazione alla tipologia di edificio ed alla destinazione d’uso prevista Fase I: 1.DEFINIZIONE DEL PROGETTO: Pericoli di incendio •destinazione d'uso (generale e particolare); •sostanze pericolose e loro modalità di stoccaggio; •carico di incendio nei vari compartimenti; impianti di processo; •lavorazioni; •macchine, apparecchiature ed attrezzi; •movimentazioni interne; •impianti tecnologici di servizio; •aree a rischio specifico. Fase I: 1.DEFINIZIONE DEL PROGETTO: Condizioni ambientali •condizioni accessibilità e viabilità; •lay-out aziendale (distanziamenti, separazioni, isolamento); •caratteristiche degli edifici (tipologia edilizia, geometria, volumetria, superfici, altezza, piani •interrati, articolazione planovolumetrica, •compartimentazione, ecc.); •aerazione (ventilazione); •affollamento degli ambienti, con particolare riferimento alla presenza ai persone con ridotte od •impedite capacità motorie o sensoriali; •vie di esodo. Fase I: 1.DEFINIZIONE DEL PROGETTO: Caratteristiche degli occupanti analisi delle caratteristiche degli occupanti in relazione alla tipologia di edificio ed alla destinazione d’uso prevista – tipologia degli occupanti – famigliarità con l’ambiente – presenza di anziani o bambini – presenza di disabili: » con limitazione delle capacità motorie » con limitazione delle capacità visive » con limitazione delle capacità uditive » con problematiche psicologiche o mentali – stato di veglia o di sonno – presenza di persone con compiti particolari che devono ritardare l’esodo – presenza di persone con restrizione della libertà (carceri, istituti di pena, ecc.) – numero e distribuzione degli occupanti all’interno dei locali (affollamento delle aree) nelle condizioni più sfavorevoli ai fini dell’esodo Fase I: 2.IDENTIFICAZIONE DEGLI OBIETTITIVI ANTINCENDIO In questa fase sono identificati ed esplicitati gli obiettivi di sicurezza antincendio in conformità alle vigenti disposizioni in materia di prevenzione incendi ed in relazione alle specifiche esigenze dell’attività in esame (DI N. 2 EX CPD). Minimizzare le occasioni di incendio La capacità portante dell’edificio deve essere garantita per un periodo di tempo determinato La produzione e la propagazione del fuoco e del fumo all’interno dell’opera siano limitate La propagazione del fuoco ad opere vicine sia limitata Gli occupanti possano lasciare l’opera in sicurezza o essere soccorsi altrimenti Sia presa in considerazione la sicurezza delle squadre di soccorso Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE • In relazione agli obiettivi di sicurezza individuati, il progettista deve indicare quali sono i parametri significativi presi a riferimento per garantire il soddisfacimento degli stessi obiettivi. • I parametri possono includere, ad esempio, temperature massime dei gas, livelli di visibilità, livelli di esposizione termica per le persone o per i materiali, ecc.. Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Successivamente i livelli di prestazione devono essere quantificati (valori numerici rispetto ai quali verificare i risultati attesi dal progetto) . Tali valori possono essere desunti dalla letteratura tecnica condivisa tra cui si citano, ad esempio, le norme ISO/TR 13387, BS 7974, il decreto del Ministero dei Lavori Pubblici 9/05/2001, ecc. Esempi di livelli di prestazione: • Livelli di temperatura: Il livello di temperatura massima ammissibile può variare in funzione degli obiettivi antincendio (esodo degli occupanti, permanenza del personale addetto per il tempo necessario alla messa in sicurezza degli impianti, intervento dei soccorritori…) •Livelli di irraggiamento prodotto dall’incendio, dai prodotti della combustione(fumi, gas), dalle strutture (pareti, solai); il contributo dell’irraggiamento diventa significativo per temperature dell’elemento emettitore superiori a 350-400 °C •Livelli di visibilità:la visibilità ammessa lungo le vie di esodo deve essere definita per un certo periodo temporale. La tipologia dei segnali (riflettenti, luminosi) e la loro posizione può influenzare i valori ammissibili; •Livelli di concentrazioni di specie tossiche: in generale la valutazione sulle specie tossiche riguarda l’esodo delle persone. Nella ISO /TR 13387 ed nel BS 7974 si ritrova la definizione di ASET e RSET e anche quelli di FED e FEC Cause di morte ed infortunio a seguito di incendi: 20 – 40 % : ustioni – esposizione al calore 60 – 80 % : inalazione gas nocivi - intossicazione Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Energia radiante: 0,4 kw/m2 : esposizione solare 1,4 kw/m2 : possibile danno a personale non protetto 5 kw/m2 : possibile danno a personale protetto (danni gravi a personale non protetto) 10 kw/m2 : innesco tendaggi 12 kw/m2 : possibile danno a cavi elettrici, serbatoi metallici ed altre strutture simili (elevata probabilità di letalità) 20 kw/m2 : innesco poltrone (al centro del soffitto flashover) 33 kw/m2 : possibile ignizione del legno 40 kw/m2 : possibile danno ad acciaio e cls precompresso, innesco plastiche 60 kw/m2 : possibile danno a strutture in cls 100 kw/m2 : collasso di strutture metalliche Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Gas di combustione • • ANIDRIDE CARBONICA: non tossico ma ASFISSIANTE – Si sostituisce all’ossigeno dell’aria (quando l’ossigeno scende sotto il 17% in volume si ha l’asfissia) OSSIDO DI CARBONIO (monossido di carbonio): si sviluppa in incendi con carenza di ossigeno – gas INCOLORE, INODORE, NON IRRITANTE – E’ il gas più pericoloso con cui ci confrontiamo nel corso di un incendio. – si combina con l’emoglobina del sangue, sottraendo l’ossigeno, e formando carbossiemoglobina – Provoca cefalea, nausea, vomito, palpitazioni, tremori muscolari – E’ presente in gas di scarico di motori a combustione interna e in gas di combustione di caldaie e stufe difettose – P.m. CO = 12 + 16 = 28 ; pertanto il CO non si comporta né da gas pesante né da gas leggero Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Effetti del CO sull’uomo . ppm Tempo (min) Ppm.min 200 120 – 180 24.000 – 36.000 Leggero mal di testa 800 45 36.000 Leggero Mal di testa 3200 10 – 15 32.000 – 48.000 Stato confusionale 3200 30 96.000 Morte possibile 6900 1–2 6.900 – 13.800 Stato confusionale 12800 0,1 (2-3 respiri) 1.280 Incoscienza 12800 1-3 12.800 – 38.400 morte effetti 24 ASET : tempo disponibile per l’esodo (ISO 13571:2007) RSET: tempo richiesto per l’esodo (EN 16738:2009) Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Sistema di esodo soddisfatto se ASET>RSET RSET= tempo di rivelazione+tempo di allarme generale+tempo di attività pre movimento+tempo di movimento Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Esempi di livelli di prestazione (irraggiamento) – BS 7974 Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Fase I: 3.INDIVUDUAZIONE DEI LIVELLI DI PRESTAZIONE Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Caratteristiche dei fuochi di progetto (13387-2) I fuochi di progetto sono caratterizzati solitamente dalla variazione delle seguenti variabili rispetto al tempo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. tasso di produzione di calore (Potenza termica emessa); variazione della temperatura nel tempo; tasso di produzione di sostanze tossiche; tasso di produzione del fumo; formato del fuoco (compresa la lunghezza della fiamma); tempo di accadimento degli eventi chiave quale il FLASHOVER. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Ogni SCENARIO di progetto è rappresentato da un avvenimento unico degli eventi ed è il risultato di un insieme particolare delle circostanze connesse con le misure di sicurezza antincendio. Di conseguenza, uno SCENARIO di progetto rappresenta una combinazione particolare di risultati o di eventi connessi con i fattori come: tipo di fuoco; stati interni di ventilazione; condizioni ambientali esterne; prestazione di ciascuna delle misure di sicurezza antincendio; tipo, formato e posizione della fonte d'ignizione; distribuzione e tipo di combustibile; densità di carico del fuoco; soppressione di fuoco; condizione delle porte delle finestre delle aperture in genere; rottura di finestre; sistema di trattamento d’aria della costruzione. Gli SCENARI possono essere scenari interni o esterni. Esempi di SCENARI di progetto, sono: a) Interno • fuoco della stanza (angolo, soffitto, pavimento, parete); •singolo fuoco dell'elemento (mobilia, cestino di cartastraccia, attrezzature-accessori); •sviluppo del fuoco (estrazione del fumo); •vano per cavi o fuoco del condotto; •fuochi del tetto (sotto il tetto); •fuoco della cavità (intercapedini o condotti nelle pareti, ecc.). b)Esterno •fuoco di costruzione vicina; •fuochi di pacchetti esterni di combustibile; •fuochi di tetti; •fuochi di facciate. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Tipo di Fuoco Dalle statistiche di avvenimento degli incendi adatte per la costruzione e l’attività in studio, occorre identificare: a) il tipo più probabile di scenario; b) lo scenario più probabile avente le più severe conseguenze. Posizione di Fuoco Per ciascuno degli scenari identificati al punto 1, occorre selezionare una posizione specifica o le posizioni nella costruzione che produrrebbe lo sviluppo dell’incendio con effetti più avversi. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Albero degli eventi Per la corretta definizione di uno scenario si deve costruire l’albero degli eventi che rappresenta i possibili stati dei fattori che sono stati identificati come significativi. Un percorso lungo uno dei rami dell’albero rappresenta uno scenario da considerare. La definizione del DM 9 maggio 2007: “scenario di incendio”: descrizione qualitativa dell'evoluzione di un incendio che individua gli eventi chiave che lo caratterizzano e che lo differenziano dagli altri incendi. Di solito può comprendere le seguenti fasi: innesco, crescita, incendio pienamente sviluppato, decadimento. Deve inoltre definire l'ambiente nel quale si sviluppa l'incendio di progetto ed i sistemi che possono avere impatto sulla sua evoluzione, come ad esempio eventuali impianti di protezione attiva. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO La scelta degli scenari di incendio NFPA 101: “Life Safety Code” NFPA 914 :“Code for Fire Protection of Historic Structures“ •La norma NFPA 101 prevede la prova del progetto e la valutazione rispetto ad 8 scenari predeterminati. A loro volta, ciascuno di questi scenari potrà essere multiplo o non applicabile, a seconda delle caratteristiche dell'edificio. •La norma NFPA 914 aggiunge a tali scenari quattro ulteriori indicazioni per la valutazione della tutela dei beni. In relazione alle caratteristiche dell'edificio, tutti gli scenari devono contenere alcune specificazioni, quali la posizione iniziale dell'incendio ed i valori iniziali della produzione di fumo e di calore, le caratteristiche dei materiali presenti, dell'intervento umano e degli impianti. Scenario 1 Questo scenario descrive un incendio che si sviluppa durante una fase normale dell'attività. Nella definizione delle condizioni rappresentative dovranno essere prese in considerazione specificamente: •le attività delle persone presenti; •il numero e la posizione delle persone presenti; •la caratteristiche geometriche dei locali; •il tipo e la quantità di mobilio, dei rivestimenti e del materiale contenuto nell'ambiente; •le proprietà del combustibile presente e le fonti di innesco; •le condizioni di ventilazione. Inoltre occorre definire il primo oggetto ad essere incendiato e la sua posizione. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 2 Questo scenario descrive un incendio che si sviluppa con la combustione di un materiale con curva di crescita ultraveloce,ubicato nella via di esodo più importante. Le porte interne all'inizio dell'incendio sono aperte. - ParteA :questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio con specifica attenzione ai problemi di esodo delle persone. Infatti,in considerazione del fatto che l'incendio riduce il numero di vie di esodo disponibili,dovrà essere valutata la disponibilità ed efficacia dei sistemi di esodo alternativi. -ParteB:questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio con specifica attenzione ai problemi determinati dagli effetti di una rada propagazione dell'incendio sui beni da proteggere,sulle finiture interne e sui componenti strutturali. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 3 Questo scenario descrive un incendio che ha inizio in un locale in cui normalmente non sono presenti persone ma che,per la sua posizione,può mettere in pericolo un grande numero di persone presenti in un altro locale dell'edificio. Parte A:questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio che ha inizio in una stanza in cui normalmente non sono presenti persone e migra verso l'ambiente che può contenere il più grande numero di persone nell'edificio. Parte B:questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio che partendo da un locale non occupato può crescere e mettere in pericolo la zona di maggiore interesse per i beni presenti. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 4 Questo scenario descrive un incendio che ha origine in una intercapedine o in un controsoffitto adiacente ad un locale di dimensioni rilevanti in cui sono presenti persone. Parte A:questo scenario particolare deve riguardare lasimulazione dell'incendio che ha origine in una intercapedine che non è protetta né da un sistema di rivazione né di soppressione e che si propaga nell'ambiente all'interno dell'edificio che può ospitare il maggior numero di persone. Parte B:questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio che,partendo da un locale in cui non sono presenti persone che non è protetto né da sistema di rilevazione né di soppressione,può crescere e mettere in pericolo la zona di maggiore interesse per i beni presenti. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 5 Questo scenario descrive un incendio di un materiale con curva di crescita lenta rallentato dai sistemi di soppressione, in adiacenza ad una zona con affollamento. •Parte A: questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio che parte da un innesco relativamente piccolo ma che causa un incendio rilevante. •Parte B: questo scenario particolare deve riguardare la simulazione dell'incendio che parte da un innesco relativamente piccolo ma che causa un incendio rilevante che può mettere tutta l'area di maggiore interesse per i beni presenti a rischio a causa del ritardo nell'attivazione della soppressione. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 6 Questo scenario descrive un incendio intenso, dovuto al maggior carico di incendio possibile nelle normali operazioni svolte nell'edificio. Si riferisce ad una crescita rapida in presenza di persone. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 7 Questo scenario rappresenta l'esposizione ad un incendio esterno. Si riferisce ad una combustione che inizia in una zona distante dall'area interessata alla valutazione e che si propaga nell'area oppure ne blocca le vie di esodo o rende al suo interno non sostenibili le condizioni. Fase I: 4. INDIVIDUAZIONE DEGLI SCENARI DI PROGETTO Scenario 8 Questo scenario descrive un incendio che ha origine nei combustibili ordinari oppure in un'area o stanza con sistemi di protezione (attivi o passivi) messi uno alla volta fuori uso. Questo scenario valuta l'evoluzione dell'incendio in relazione ai singoli sistemi di protezione o prodotti, considerati singolarmente non affidabili o non disponibili. FASE II: ANALISI QUANTITATIVA 1. Definizione della soluzione progettuale (elaborazione) 2. Scelta dei modelli di calcolo (valutazione) 3. Selezione delle soluzioni progettuali idonee Gli strumenti di simulazione Negli ultimi due decenni sono stati sviluppati numerosi strumenti di calcolo che consentono di stimare gli effetti di un incendio, in modo più o meno approssimato. I codici utilizzati sono stati sviluppati presso il NIST (National Institute of Standards and Technology) Building and Fire Research Laboratory CFAST si trova in http://fast.nist.gov/ FDS 4 si trova in http://fire.nist.gov/fds4/ FDS 5 si trova in http://www.fire.nist.gov Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo •FDS(Fire Dynamics Simulator) predice la distribuzione del fumo e il movimento dell’aria causati dall’incendio, dal vento, e dal sistema di ventilazione. I risultati del calcolo sono visualizzati dal codice smokeview I modelli richiedono la descrizione geometrica del compartimento e delle aperture, permettono comunque di simulare anche spazi non compartimentati, come i “plume” (cioè il pennacchio di fiamme e gas caldi che si eleva dalla regione di combustione) ed i camini. CFAST (Consolidated Fire and Smoke Transport Model) è un modello a zone sviluppato per predire gli effetti dell’incendio sulle temperature e sulle concentrazioni di gas E’ un codice di calcolo semplificato, fornisce risultati, con tempo di analisi limitato, risolve le equazioni dei modelli a zona relativamente semplici. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo: modelli a zone Si suddivide ogni locale in un piccolo numero di volumi di controllo chiamati “layer”, lo stato di ognuno dei quali è ipotizzato uniforme al suo interno, cioè i valori di temperatura, quantità di fumo, concentrazione dei prodotti della combustione sono uguali in ogni punto dello stesso volume. I modelli a zona stimano in funzione del tempo: le temperature (medie) dello strato inferiore e superiore; la posizione dell'interfaccia tra le zone; la concentrazione di ossigeno; la concentrazione di ossido di carbonio; la visibilità; il flusso in entrata ed in uscita da aperture verso l'esterno o verso altri locali. i risultati di output sono tabellari. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo: modelli a zone • • • • I fenomeni relativi ad un incendio possono venire considerati relativi a tre zone omogenee in relazione alle grandezze termodinamiche Strato caldo superiore Strato caldo inferiore la plume dove avviene la combustione Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo:modelli a zone SSjl SSij SSik SAik 48 Il modello di simulazione contenuto in CFAST è un modello a zone in grado di predire le condizioni ambientali in una struttura composta da più compartimenti e soggetta ad incendio. CFAST tiene conto dei trasferimenti di calore che avvengono con la struttura in esame e permette di selezionare diversi tipi di materiale che caratterizzano pareti, pavimento, e soffitto. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo:modelli a zone I dati di input per i modelli a zone variano dal modello e dalle informazioni che si desidera ottenere. Sono necessari dati sulla geometria del compartimento e sulle dimensioni delle aperture. La conoscenza delle proprietà termiche delle pareti di confine del compartimento é necessaria per stimare la dispersione del calore attraverso muri, soffitto, solai ecc. Software “Zone model” USA • Harvard Computer Fire Code, FIRST • CFAST, CCFM, FAST • ACOS(network), ASET, FPETOOL Fase II: JAPAN 2. Scelta dei modelli di calcolo • BRI2(T), SMKFLOW(net work model) • various kind of Code developed by Construction Company (based on BRI2) AUSTRALIA • FIRECALC 50 FDS Codici di Calcolo Fluidodinamici Codice di calcolo A VOLUMI FINITI. Forniscono la stima dell’evoluzione dell’incendio in uno spazio per via numerica, risolvendo le equazioni di conservazione (della massa, dell’energia, della diffusione delle specie ecc.) che risultano da un incendio. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo: modelli di campo I modelli di campo, quindi, dividono uno spazio in un numero elevato di elementi e risolvono le equazioni di conservazione all’interno di ciascuno di essi. Maggiore il numero di elementi, più dettagliata sarà la soluzione. I risultati sono tridimensionali e, se comparati con i modelli a zone, molto più dettagliati. I modelli di campo predicono in funzione del tempo: la distribuzione puntuale dei prodotti della combustione fiamme fumo Anidride carbonica (CO2)/Monossido di carbonio (CO) componenti del calore trasmesso Heat Release Rate La temperatura delle pareti, la trasmissione del calore attraverso le pareti, le aperture, all’interno di oggetti, ecc., la propagazione del fumo e il movimento dell’aria causati dall’incendio, dal vento, e dal sistema di ventilazione. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo: modelli di campo Rate of Heat Released RHR (1) RHR(t ) = n ∑V i =1 RHR(t) Vc, i Hi c, i (t ) H i Potenza termica rilasciata dall’incendio (kW) Velocità di combustione dell’i-esimo materiale combustibile (kg/s) Potere cal. inferiore dell’i-esimo materiale combustibile (kJ/kg) Sperimentalmente si è determinato che, fino alla condizione di flashover, RHR varia con legge quadratica in funzione di t; per consentire valutazioni analitiche, si sono introdotte 4 curve di sviluppo di incendio ognuna caratterizzata dal tempo tg che corrisponde al tempo in cui l’incendio raggiunge uno sviluppo di potenza pari a 1.000 kW. Rate of Heat Released RHR - growth phase (2) RHR(t) = Vc (t ) H = α t 2 1.000( α = t g2 ULTRAFAST 75 0,1777 FAST 150 0,0444 MEDIUM 300 0,0111 SLOW 600 0,0277 W 2 k s Tipo di incendio atteso Tempo di sviluppo della potenza di 1.000 kW tg (s) ) LIMITI DEI MODELLI Il modello contenuto in CFAST è stato creato e validato per la simulazione di incendi in spazi confinati caratterizzati da dimensioni geometriche proprie degli edifici di civile abitazione, e quindi di locali di modeste dimensioni. Per questi motivi, in tutti gli scenari per i quali le dimensioni dei locali si differenziano, per dislocazione e geometria da quelli caratteristici dell’edilizia civile, le valutazioni del modello non potranno che essere affette da un certo grado di incertezza. Valutazioni comparative tra simulazioni di incendi e prove sperimentali su scala reale hanno altresì dimostrato che i limiti del modello vengono raggiunti per potenze dell’incendio elevate (nell’ordine dei 35 MW), mentre per potenze più contenute (nell’ordine dei 4-5 MW) i risultati si possono considerare verosimili. Altre limitazioni riscontrate durante prove comparative, condotte dallo stesso ente che ha sviluppato il modello, sono nella sovrastima delle temperature (nell’ordine dei 50/150 °C secondo i casi) degli strati superiori dei compartimenti Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo Il modello contenuto in FDS è stato originariamente sviluppato per analizzare incendi a scala industriale. L’affidabilità dei risultati ottenuti per mezzo del codice di calcolo è ragionevole se la dimensione del focolaio è circoscritta e le dimensioni dell’ambiente sono relativamente grandi rispetto a quelle della sorgente. In tali condizioni, i valori delle velocità dei flussi e delle temperature dei gas sono caratterizzate da un’accuratezza del 10-20% rispetto a misure sperimentali effettuabili nelle medesime situazioni. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo Date le origini del modello, gli stessi sviluppatori ammettono che esso deve essere migliorato per quanto riguarda l’affidabilità dei risultati di simulazioni che riproducono lo sviluppo di incendi in ambienti di residenza civile. Un ulteriore limite evidenziato dai ricercatori riguarda la simulazione della crescita dell’incendio, che è strettamente legata alle caratteristiche termo fisiche dei materiali che circoscrivono l’incendio, proprietà che devono essere definite con precisione dall’utilizzatore del modello. Il modello è stato validato solo per quei pochi materiali testati sperimentalmente dal NIST. In assenza di verifica sperimentale dei dati inseriti nel codice di calcolo, non si assicura la rispondenza dei risultati ottenuti dalle simulazioni con i possibili scenari reali. Un ulteriore limite del programma, dal punto di vista applicativo, riguarda le risorse hardware necessarie per la sua esecuzione e i tempi di calcolo richiesti. Fase II: 2. Scelta dei modelli di calcolo Osservatorio per l’approccio ingegneristico (art. 7) Presso il Dipartimento è istituito l’Osservatorio per l’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio per favorire la massima integrazione tra tutti i soggetti chiamati all’attuazione delle disposizioni inerenti il FSE L’Osservatorio: • espleta attività di monitoraggio • adotta misure tese ad uniformare le modalità attuative del FSE • fornisce supporto e indirizzi agli organi territoriali del CNVVF Per garantire l’uniformità applicativa nella trattazione delle pratiche, i Comandi comunicano all’Osservatorio i dati inerenti i progetti esaminati redatti secondo l’approccio ingegneristico. L’Osservatorio, qualora lo ritenga utile per la propria attività, può richiedere ai Comandi la produzione della documentazione tecnica inerente singoli Procedimenti. L’Osservatorio opera nell’ambito della DCPrevSicTecnica avvalendosi dell’Area Coordinamento Composizione e modalità di funzionamento Fatto salvo quanto previsto dal D.M. 4.5.1998 per le modalità di presentazione della domanda, la documentazione tecnica deve essere integrata con: • sommario tecnico, firmato congiuntamente dal progettista e dal titolare dell’attività, ove è sintetizzato il processo seguito per individuare gli scenari di incendio di progetto ed i livelli di prestazione • presentazione dei risultati dell’analisi quantitativa in modo che questi riassumano, in una sintesi completa ed efficace, il comportamento del sistema per quel particolare tipo di analisi • il documento contenente il programma per l’attuazione del sistema di gestione della sicurezza antincendio Sistema di gestione della sicurezza antincendio (SGSA) (art. 6) L’ SGSA è necessario per tenere sotto controllo tutti i parametri che hanno determinato la scelta degli scenari di incendio in base ai quali sono state individuate le specifiche misure di protezione. L’ SGSA deve essere verificato dai VV.F. in concomitanza con la visita sopralluogo finalizzata al rilascio del c.p.i. e successivamente in occasione dei rinnovi e comunque ogni sei anni. Per tale verifica deve essere corrisposto un importo pari a quello dovuto per il “primo sopralluogo” o per il “rinnovo” Il FLASHOVER è una fase di transizione in corrispondenza della quale la temperatura dello strato di gas caldi a soffitto raggiunge il valore di 600 °C ed il flusso termico a livello del pavimento è pari a 20 kW/m2. Sviluppo di un incendio REAZIONE AL FUOCO RESISTENZA AL FUOCO Fattori che intervengono al verificasi del flashover L’irraggiamento di calore dall’alto provoca la pirolisi dei materiali. I gas incombusti accumulati sotto il soffitto si autoinfiammano e vengono spinti verso l’apertura creando delle lingue di fuoco L’incendio continua ad essere ventilato ma l’evacuazione del calore è insufficiente Il Flashover rischia di Intrappolare mortalmente VV.F.e civili. Destabilizzare la strategia di soccorso e di attacco all’incendio Propagare l’incendio in zone impreviste Creare problemi strutturali a causa dell’elevata temperatura UNI CEI EN ISO 13943:2010 Sicurezza in caso di incendio - Vocabolario Resistenza al fuoco Reazione al fuoco Comportamento di un materiale che contribuisce con la propria decomposizione al fuoco a cui è sottoposto in condizioni determinate. F L A S H O V E R Capacità di un elemento di conservare, per un periodo di tempo stabilito: • Capacità portante (R) • Tenuta al fumo ed alle fiamme (E) • Isolamento termico (I) Una specifica completa di un fuoco di progetto può comprendere le seguenti fasi: fase incipiente fase di sviluppo fase a sviluppo completo fase di deperimento estinzione Fase iniziale dell’incendio controllata dal combustibile (la velocità di combustione è soprattutto influenzata dalla pezzatura, dalla disposizione spaziale e tipologia del materiale combustibile.) Fase di decadimento dell’incendio per esaurimento del combustibile. Fase iniziale dell’incendio controllata dalla superficie di ventilazione (il valore della velocità di combustione, si mantiene pressoché costante nel tempo pari al valore massimo possibile che può essere raggiunto nel locale in relazione alla forma, dimensioni e posizionamento delle aperture presenti) L’incendio può essere descritto da una curva di rilascio d’energia: Curva Heat Release Rate (HRR) –Il primo tratto ha andamento parabolico (80% energia rilasciata) HRR = α t2 –Il secondo è un tratto costante HRR =HRRf –Il terzo un tratto decrescente (20% energia rilasciata) Il tasso calore rilasciato (curva RHR) Il valore del tasso di calore rilasciato nella fase stazionaria dell’incendio. A parità di carico di incendio, le modalità con cui avviene la combustione dipendono dalla configurazione del locale e dalla natura del combustibile e può svilupparsi secondo due diverse processi. Il tasso calore rilasciato (curva RHR) Nel primo caso nel locale c’è sufficiente disponibilità di ossigeno per sostenere la combustione ed il massimo valore della curva RHR dipende dalla quantità di combustibile presente (incendio controllato dal combustibile). 67 Il tasso calore rilasciato (curva RHR) Nel secondo caso la ventilazione del locale è insufficiente ed il massimo valore della curva RHR dipende dalla quantità di ossigeno disponibile (incendio controllato dalla ventilazione). 68 In relazione alla velocità di crescita ed al tipo di combustibile si possono verificare 4 tipi di incendi (UNI EN 1991-1-2:2004) Carico di incendio e curva RHR Carico di incendio (Energia - kcal o MJ) Curve RHR (Rilascio potenza termica - kW) Fornisce solo l’indicazione dell’energia presente nei materiali combustibili posti all’interno dell’attività. Non fornisce indicazioni relative a “come” e “dove” questa energia viene rilasciata Fornisce informazioni relative al rilascio dell’energia nel tempo (“come” e “dove”) È quindi possibile valutare l’andamento di alcuni parametri di riferimento per stabilire con maggior precisione obiettivi di sicurezza e metodi per raggiungerli ENERGIA POTENZIALE RILASCIABILE TASSO DI CALORE RILASCIATO 71 ROOM CORNER TEST ISO 9705:1993 e UNI EN 14390: “Camera in grande scala: prova di riferimento relativa alla superficie dei prodotti” Metodo di prova in grande scala che simula un incendio che ha origine in un angolo della camera, in condizioni di ventilazione assicurate dall’apertura di una porta. E’ impiegato per i prodotti che non possono essere testati in piccola scala (materiali termoplastici, giunti, superfici irregolari, materiali di rivestimento) e fornisce dati dalla fase di ignizione fino ad arrivare al flashover (HRR). ISO 5660-1: 2002” Reaction to fire tests . Heat release, smoke production and mass loss rate. Part 1: Heat release rate (cone calorimeter method)” E’ un metodo di prova su piccola scala per determinare il contributo che il materiale testato può dare in termini di sviluppo di calore durante un incendio: HRR (heat release rate), SPR smooke production rate) e MFR (mass flow rate). Questi ultimi due metodi, pur non avendo ancora una classificazione propria, sono richiesti per fornire dei dati di input per l’ingegneria della sicurezza antincendio, al fine di ipotizzare determinati scenari di incendio in relazione al tipo di combustibile presente nel compartimento. Si ottengono, infatti, delle curve HRR in funzione del tempo, specifiche per ogni materiale/prodotto dal quale si origina un incendio. Nelle attività non regolamentate da specifiche disposizioni di settore occorre seguire i criteri stabiliti dal decreto del M.I. 9/03/2007 – ossia il metodo che fa riferimento alle classi, oppure l’approccio basato sulla modellazione dell’incendio naturale ai sensi del D.M. 9/05/2007 (FSE). Le curve di incendio di progetto Il D.M. 9/3/2007 prevede al punto 4.2 che, nel caso in cui il progetto sia condotto con un approccio prestazionale, la capacità portante e/o la capacità di compartimentazione, in alternativa al metodo che fa riferimento alle classi, può essere verificata rispetto all’azione termica della curva naturale di incendio, applicata per l’intervallo di tempo necessario al ritorno alla temperatura ordinaria, da determinarsi attraverso uno dei seguenti modelli: - modelli di incendio sperimentali; - modelli di incendio numerici semplificati; - modelli di incendio numerici avanzati. La variazione delle temperature negli elementi costruttivi è valutato differentemente in base all’approccio adottato Approccio prescrittivo Curva nominale standard introdotta dalla norma ISO 834 Curva nominale degli idrocarburi Curva di incendio nominale esterna L’intervallo di tempo di esposizione è specificato in funzione della classe di resistenza al fuoco desiderata , senza alcuna fase di raffreddamento Approccio prestazionale Curva naturale d’incendio Si tiene conto dell’intera durata dell’incendio, compresa la fase di raffreddamento fino al ritorno alla temperatura ambiente, la curva è ottenuta con modelli di calcolo di comprovata attendibilità che tengano conto delle caratteristiche del combustibile e di quelle del compartimento. Andamento delle temperature a parità di condizioni di ventilazione con carichi d’incendio variabili in un compartimento La sicurezza può essere garantita: con mezzi attivi (rilevamento, estinzione automatica, controllo del fumo) che avvertono precocemente o riducono l'intensità dell'incendio. In alternativa, alcuni obiettivi possono essere perseguiti da mezzi passivi da soli, come la resistenza al fuoco, od associati a quelli attivi. La limitazione dei danni può essere perseguita con una strategia basata sulla resistenza al fuoco, con una prescrizione di tempi più lunghi di resistenza al fuoco e una maggior esposizione termica della struttura resistente al fuoco Resistenza alla diffusione dei gas caldi, per agevolare l'evacuazione sicura e limitare i danni del contenuto del fabbricato Resistenza alla diffusione di un incendio localizzato od in pieno sviluppo, per l'evacuazione degli occupanti e per consentire l'accesso ai vigili del fuoco CASO DI STUDIO PROGETTO SOFIE Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa FIRE ROOM Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa 82 LA STRUMENTAZIONE Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Number of sensor Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa Ivalsa--Cnr Ivalsa K(φ0,65) 73 Plate 8 Disc 27 TOTAL 108 Ivalsa--Cnr Ivalsa 83 ANALIZZATORE DI GAS (O2,CO,CO2) Ivalsa--Cnr Ivalsa RILEVATORI DI PRESSIONE Ivalsa--Cnr Ivalsa TRASDUTTORI DI POSIZIONE (pavimento e solaio della fire room) Ivalsa--Cnr Ivalsa 84 RILEVATORI DI FLUSSO DI CALORE RADIANTE Ivalsa--Cnr Ivalsa VIDEOCAMERE Ivalsa--Cnr Ivalsa 85 EC1:21,5 Kg/m2 Test:45 Kg/m2 Ivalsa--Cnr Ivalsa CAMERA DI ALBERGO Ivalsa--Cnr Ivalsa 86 53 Giovanna Bochicchio 55 Giovanna Bochicchio 91 Ivalsa--Cnr Ivalsa Temperature dei vetri 140 °C 120 100 80 MEDIA SUD 60 MEDIA OVEST 40 20 0 0.00.00 0.15.00 0.30.00 0.45.00 1.00.00 min Ivalsa--Cnr Ivalsa 93 NOVITA’…… DECRETO: Norme di prevenzione incendi generali e semplificate: RTO: Regola Tecnica Orizzontale Riordino e aggiornamento delle norme di buona tecnica antincendio strategie e livelli di prestazioni flessibili e proporzionati alla complessità delle attività Si tratta di un metodo prestazionale. Si definiscono: 1) obiettivi di sicurezza antincendio 2) strategie antincendio, cioè le misure che si ritengono indispensabili per garantire gli obiettivi 3) diversi livelli di prestazione per ogni strategia 4) soluzioni conformi per ogni livello (= misure tecniche che si considerano idonee al raggiungimento del livello fissato) - sono anche possibili soluzioni alternative, da concordare con il Comando 5) la scelta dei livelli di prestazione avviene in base ad una valutazione del rischio (a cura del titolare o fissata per norma) ALLEGATI FSE • Metodi ◦ Allegato 25 - Ingegneria della sicurezza antincendio ◦ Allegato 26 - Scenari di incendio per la progettazione prestazionale ◦ Allegato 27 - Salvaguardia della vita con la progettazione prestazionale GRAZIE PER L’ATTENZIONE Giovanna Bochicchio Laboratori di comportamento al fuoco San Michele all’Adige (TN) T. 0461 660111-214 [email protected]
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