het artikel - Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV

CFD
Tekst Dave Hensen en Stefan de Kool
Praktijkbeproeving van parkeergarages
CFD-berekening voorspelt
rook- en warmtespreiding
Voor parkeergarages die groter zijn dan duizend vierkante meter zijn in het Bouwbesluit geen prestatieeisen
opgenomen. Wel moet worden aangetoond dat de veiligheid minimaal overeenkomst met de in het
Bouwbesluit beoogde veiligheid. Senior specialist Dave Hensen en junior specialist Stefan de Kool van
Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs gaan in op de praktijkrichtlijnen die daar invulling aan geven.
30

CFD
Parkeergarages zijn tegenwoordig vaak groter
dan duizend vierkante meter. Het Bouwbesluit
geeft echter slechts voor brandcompartimenten
tot duizend vierkante meter
prestatie-eisen. Voor grotere garages moet
aangetoond worden dat de veiligheid gelijkwaardig
is aan de in het Bouwbesluit beoogde
veiligheid. Om invulling te geven aan
deze gelijkwaardige veiligheid, bestaan voor
parkeergarages diverse praktijkrichtlijnen.
Meest gangbare aanpak is om in het ontwerpstadium
de spreiding van rook en
warmte te voorspellen met een CFD-model
(CFD = Computational Fluid Dynamics,
dynamische luchtstromingberekeningen).
Bij de oplevering van de parkeergarage is
dan in veel gevallen een rookproef nodig.
Doel van deze proef is de validatie van de
CFD-berekeningen en de daarbij gehanteerde
uitgangspunten. De uitkomsten van
een CFD-berekening worden immers sterk
bepaald door de gebruikte modellen en
invoerparameters.
Een knelpunt in deze aanpak is echter dat
voor praktijkbeproevingen in parkeergarages
niet of nauwelijks goede uitgangspunten
zijn omschreven, laat staan dat er
praktische richtlijnen bestaan ten aanzien
van de te gebruiken apparatuur. Door het
ontbreken van heldere, eenduidige richtlijnen
is er geen naslagwerk waarin de relatie
tussen beproeving en uitgangspunten van
de ontwerpfase inzichtelijk gemaakt wordt.
De kwaliteit van een praktijkbeproeving
van een parkeergarage hangt hierbij dan
ook sterk af van de kennis en kunde van de
uitvoerder.
In dit artikel wordt een aanzet gedaan voor
een toepassingskader voor rookproeven in
parkeergarages. Hiertoe wordt een relatie
gelegd tussen de uitgangspunten van
de berekeningen die normatief worden
gehanteerd en de uitvoering van de praktijkbeproeving.
Verder wordt ingegaan op
de beoordeling van de rookproductie en
het simuleren ervan door middel van een
rookproef.
Ontwerpstadium
De normatieve uitgangspunten van een
autobrand zijn ontleend aan waargenomen
fenomenen tijdens experimentele
beproevingen in parkeergarages (zie grafiek
autobrandscenario). Hierbij zijn de optredende
brandvermogens en vrijkomende
Herleiding brandproeven
naar normatieve
brandvermogenscurve.
rookproductie tijdens de proeven gemeten.
Op basis van deze proeven zijn richtwaarden
afgeleid voor het brandvermogen en
de rookproductie van auto’s.
De bij deze proeven opgestelde richtwaarden
kunnen gebruikt worden om in het
ontwerpstadium van een parkeergarage de
benodigde voorzieningen te bepalen. Hierbij
worden de richtwaarden ingevoerd in
een CFD-model, waarmee de verspreiding
van warmte en rook door de parkeergarage
gesimuleerd kan worden. Op basis hiervan
kan het bevoegd gezag beoordelen of de
parkeergarage niet te warm wordt om te
betreden en of er niet te veel rook is die de
oriëntatie belemmert.
Vertekend beeld
Het nut van het uitvoeren van rookproeven
staat of valt met de gehanteerde
uitgangspunten bij de proeven. Het doel
is immers om te toetsen of het in het
ontwerpstadium gebruikte CFD-model
Mineraleolieproef
met
verspreid
vermogen.
correct is uitgevoerd. Wanneer niet correct
wordt gemeten of onjuiste uitgangspunten
worden gebruikt, geeft een praktijkproef
een vertekend beeld. Hierbij zijn drie keuzes
van belang: wordt koude of warme rook
gebruikt, welk soort rook wordt gebruikt
en – in het geval van een warme rookproef
– hoe wordt het afgegeven brandvermogen
verdeeld?
In de praktijk worden rookproeven vaak uitgevoerd
met koude rook. Echter, uit zowel
brandproeven als CFD-berekeningen blijkt
dat warme rook gelaagd optreedt in grotere
parkeergarages. De hete rooklaag ‘kleeft’
aan het plafond en onder de rooklaag
bevindt zich een koudere luchtlaag zonder
al te veel rook. Deze situatie is alleen na
te bootsen met een warme rookproef. Een
koude rookproef geeft hierbij in de meeste
gevallen een vertekend beeld. Voor het
genereren van rook bij beproevingen van
parkeergarages wordt veelal gebruikgemaakt
van glycol rookmachines. Glycol
31

CFD
Vergelijking tussen rookproef (boven)
en CFD-controleberekening (onder).
verwarming en hoge druk verdampen. De
rookdeeltjes die hiermee worden gevormd,
kunnen hoge temperaturen weerstaan en
blijven daardoor langdurig als rookdeeltjes
aanwezig.
Een derde aspect is de oppervlakte waarover
het brandvermogen wordt gerealiseerd.
Bij bestaande brandproeven wordt
het brandvermogen over het algemeen
gerealiseerd over een beperkte oppervlakte,
veelal enkele brandbakken van 1 vierkante
meter. Een groot nadeel hierbij is dat de optredende
plafondtemperaturen dusdanig
zijn (circa 200 tot 250oºC) dat bescherming
van het beton aan het plafond noodzakelijk
is. Dergelijke kostbare brandwerende
voorzieningen zijn te voorkomen door het
brandvermogen over een grotere oppervlakte
te verspreiden met kleine brandbakken
(zie foto olieproef ). De temperaturen aan
het plafond kunnen dan beperkt worden tot
circa 40 tot 60oºC.
rookmachines verdampen glycolen en
water. Glycol heeft echter de neiging samen
te klonteren waardoor de omvang van de
deeltjes groter wordt en de deeltjes in dode
hoeken vanzelf neerslaan. Hierdoor neemt
de rookdichtheid af. Dit fenomeen doet
zich al binnen korte tijd voor (

CFD
vlamlengte. Daarvoor kan bijvoorbeeld
het vlammodel van Heskestadt gebruikt
worden. Zo zou een 4 MW brand verdeeld
over drie brandbakken van 1 vierkante meter
een vlamlengte van 3 tot 4 meter moeten
geven. Als dit soort vlammen niet wordt
waargenomen (bij niet al te hoge luchtsnelheden),
is het afgegeven vermogen lager. Dit
hoeft echter geen bezwaar te zijn, zolang
dit maar gerealiseerd wordt en het correcte
vermogen wordt ingevoerd bij de CFD-controleberekening.
Wanneer er voldoende overeenkomst is
tussen het globale beeld van rook-verspreiding
in de CFD-controleberekening en de
brandproef, kan gesteld worden dat het
gehanteerde CFD-model en de gebruikte
uitgangspunten voldoende betrouwbaar
zijn. Wel moet worden bedacht dat zowel bij
een praktijkbeproeving als bij een berekening
onzekerheidsmarges gelden. Hoewel
deze onzekerheidsmarges voor een specifiek
project over het algemeen onbekend zijn,
kan algemeen gesteld worden dat het globale
beeld van de rookverspreiding binnen
ongeveer 25 procent afwijking zou moeten
overeenkomen met de CFD-berekening.
Geconcludeerd wordt dat voor correcte
rookproeven het van belang is dat deze met
voldoende kennis en kunde worden uitgevoerd.
Als richtlijn kunnen de volgende
aanbevelingen gedaan worden:
1. Voorafgaand aan de rookproef moeten
de uitgangspunten (brandvermogen,
rookproductie) en toetsingscriteria
vastgelegd te worden. Hierbij dient een
rookmachine gebruikt te worden die de
gewenste rookhoeveelheid daadwerkelijk
produceert.
2. Voor een realistisch beeld van de rookverspreiding
dienen beproevingen met
warme rook uitgevoerd te worden.
3. Geadviseerd wordt om rook op basis van
minerale olie toe te passen, omdat deze
bestand is tegen hoge temperaturen.
Wanneer glycolrook wordt toegepast,
moet bij de beoordeling rekening gehouden
worden met het neerslaan en
mogelijk vervluchtigen van de rook.
4. Om kostbare voorzieningen ter bescherming
van de constructie van de garage
te voorkomen, wordt geadviseerd het
brandvermogen zodanig uit te spreiden
dat de temperaturen aan het plafond
beperkt blijven.
5. Bij de uitvoering van rookproeven moet
bepaald worden welk brandvermogen
en welke rookproductie daadwerkelijk
gerealiseerd worden.
6. Voor het gebruik van een rookproef ter
validatie van een CFD-model,moet de
CFD-berekening herhaald worden met
hetzelfde brandvermogen en dezelfde
rookproductie als waarmee de rookproef
is uitgevoerd.
Voor een versie van dit artikel met
meer achtergrondinformatie: www.
chri.nl/ch/artikelen/beproeving-vanparkeergarages.asp