het artikel - Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV
het artikel - Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV
het artikel - Cauberg-Huygen Raadgevende Ingenieurs BV
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
CFD<br />
Tekst Dave Hensen en Stefan de Kool<br />
Praktijkbeproeving van parkeergarages<br />
CFD-berekening voorspelt<br />
rook- en warmtespreiding<br />
Voor parkeergarages die groter zijn dan duizend vierkante meter zijn in <strong>het</strong> Bouwbesluit geen prestatieeisen<br />
opgenomen. Wel moet worden aangetoond dat de veiligheid minimaal overeenkomst met de in <strong>het</strong><br />
Bouwbesluit beoogde veiligheid. Senior specialist Dave Hensen en junior specialist Stefan de Kool van<br />
<strong>Cauberg</strong>-<strong>Huygen</strong> <strong>Raadgevende</strong> <strong>Ingenieurs</strong> gaan in op de praktijkrichtlijnen die daar invulling aan geven.<br />
30
CFD<br />
Parkeergarages zijn tegenwoordig vaak groter<br />
dan duizend vierkante meter. Het Bouwbesluit<br />
geeft echter slechts voor brandcompartimenten<br />
tot duizend vierkante meter<br />
prestatie-eisen. Voor grotere garages moet<br />
aangetoond worden dat de veiligheid gelijkwaardig<br />
is aan de in <strong>het</strong> Bouwbesluit beoogde<br />
veiligheid. Om invulling te geven aan<br />
deze gelijkwaardige veiligheid, bestaan voor<br />
parkeergarages diverse praktijkrichtlijnen.<br />
Meest gangbare aanpak is om in <strong>het</strong> ontwerpstadium<br />
de spreiding van rook en<br />
warmte te voorspellen met een CFD-model<br />
(CFD = Computational Fluid Dynamics,<br />
dynamische luchtstromingberekeningen).<br />
Bij de oplevering van de parkeergarage is<br />
dan in veel gevallen een rookproef nodig.<br />
Doel van deze proef is de validatie van de<br />
CFD-berekeningen en de daarbij gehanteerde<br />
uitgangspunten. De uitkomsten van<br />
een CFD-berekening worden immers sterk<br />
bepaald door de gebruikte modellen en<br />
invoerparameters.<br />
Een knelpunt in deze aanpak is echter dat<br />
voor praktijkbeproevingen in parkeergarages<br />
niet of nauwelijks goede uitgangspunten<br />
zijn omschreven, laat staan dat er<br />
praktische richtlijnen bestaan ten aanzien<br />
van de te gebruiken apparatuur. Door <strong>het</strong><br />
ontbreken van heldere, eenduidige richtlijnen<br />
is er geen naslagwerk waarin de relatie<br />
tussen beproeving en uitgangspunten van<br />
de ontwerpfase inzichtelijk gemaakt wordt.<br />
De kwaliteit van een praktijkbeproeving<br />
van een parkeergarage hangt hierbij dan<br />
ook sterk af van de kennis en kunde van de<br />
uitvoerder.<br />
In dit <strong>artikel</strong> wordt een aanzet gedaan voor<br />
een toepassingskader voor rookproeven in<br />
parkeergarages. Hiertoe wordt een relatie<br />
gelegd tussen de uitgangspunten van<br />
de berekeningen die normatief worden<br />
gehanteerd en de uitvoering van de praktijkbeproeving.<br />
Verder wordt ingegaan op<br />
de beoordeling van de rookproductie en<br />
<strong>het</strong> simuleren ervan door middel van een<br />
rookproef.<br />
Ontwerpstadium<br />
De normatieve uitgangspunten van een<br />
autobrand zijn ontleend aan waargenomen<br />
fenomenen tijdens experimentele<br />
beproevingen in parkeergarages (zie grafiek<br />
autobrandscenario). Hierbij zijn de optredende<br />
brandvermogens en vrijkomende<br />
Herleiding brandproeven<br />
naar normatieve<br />
brandvermogenscurve.<br />
rookproductie tijdens de proeven gemeten.<br />
Op basis van deze proeven zijn richtwaarden<br />
afgeleid voor <strong>het</strong> brandvermogen en<br />
de rookproductie van auto’s.<br />
De bij deze proeven opgestelde richtwaarden<br />
kunnen gebruikt worden om in <strong>het</strong><br />
ontwerpstadium van een parkeergarage de<br />
benodigde voorzieningen te bepalen. Hierbij<br />
worden de richtwaarden ingevoerd in<br />
een CFD-model, waarmee de verspreiding<br />
van warmte en rook door de parkeergarage<br />
gesimuleerd kan worden. Op basis hiervan<br />
kan <strong>het</strong> bevoegd gezag beoordelen of de<br />
parkeergarage niet te warm wordt om te<br />
betreden en of er niet te veel rook is die de<br />
oriëntatie belemmert.<br />
Vertekend beeld<br />
Het nut van <strong>het</strong> uitvoeren van rookproeven<br />
staat of valt met de gehanteerde<br />
uitgangspunten bij de proeven. Het doel<br />
is immers om te toetsen of <strong>het</strong> in <strong>het</strong><br />
ontwerpstadium gebruikte CFD-model<br />
Mineraleolieproef<br />
met<br />
verspreid<br />
vermogen.<br />
correct is uitgevoerd. Wanneer niet correct<br />
wordt gemeten of onjuiste uitgangspunten<br />
worden gebruikt, geeft een praktijkproef<br />
een vertekend beeld. Hierbij zijn drie keuzes<br />
van belang: wordt koude of warme rook<br />
gebruikt, welk soort rook wordt gebruikt<br />
en – in <strong>het</strong> geval van een warme rookproef<br />
– hoe wordt <strong>het</strong> afgegeven brandvermogen<br />
verdeeld?<br />
In de praktijk worden rookproeven vaak uitgevoerd<br />
met koude rook. Echter, uit zowel<br />
brandproeven als CFD-berekeningen blijkt<br />
dat warme rook gelaagd optreedt in grotere<br />
parkeergarages. De <strong>het</strong>e rooklaag ‘kleeft’<br />
aan <strong>het</strong> plafond en onder de rooklaag<br />
bevindt zich een koudere luchtlaag zonder<br />
al te veel rook. Deze situatie is alleen na<br />
te bootsen met een warme rookproef. Een<br />
koude rookproef geeft hierbij in de meeste<br />
gevallen een vertekend beeld. Voor <strong>het</strong><br />
genereren van rook bij beproevingen van<br />
parkeergarages wordt veelal gebruikgemaakt<br />
van glycol rookmachines. Glycol<br />
31
CFD<br />
Vergelijking tussen rookproef (boven)<br />
en CFD-controleberekening (onder).<br />
verwarming en hoge druk verdampen. De<br />
rookdeeltjes die hiermee worden gevormd,<br />
kunnen hoge temperaturen weerstaan en<br />
blijven daardoor langdurig als rookdeeltjes<br />
aanwezig.<br />
Een derde aspect is de oppervlakte waarover<br />
<strong>het</strong> brandvermogen wordt gerealiseerd.<br />
Bij bestaande brandproeven wordt<br />
<strong>het</strong> brandvermogen over <strong>het</strong> algemeen<br />
gerealiseerd over een beperkte oppervlakte,<br />
veelal enkele brandbakken van 1 vierkante<br />
meter. Een groot nadeel hierbij is dat de optredende<br />
plafondtemperaturen dusdanig<br />
zijn (circa 200 tot 250oºC) dat bescherming<br />
van <strong>het</strong> beton aan <strong>het</strong> plafond noodzakelijk<br />
is. Dergelijke kostbare brandwerende<br />
voorzieningen zijn te voorkomen door <strong>het</strong><br />
brandvermogen over een grotere oppervlakte<br />
te verspreiden met kleine brandbakken<br />
(zie foto olieproef ). De temperaturen aan<br />
<strong>het</strong> plafond kunnen dan beperkt worden tot<br />
circa 40 tot 60oºC.<br />
rookmachines verdampen glycolen en<br />
water. Glycol heeft echter de neiging samen<br />
te klonteren waardoor de omvang van de<br />
deeltjes groter wordt en de deeltjes in dode<br />
hoeken vanzelf neerslaan. Hierdoor neemt<br />
de rookdichtheid af. Dit fenomeen doet<br />
zich al binnen korte tijd voor (
CFD<br />
vlamlengte. Daarvoor kan bijvoorbeeld<br />
<strong>het</strong> vlammodel van Heskestadt gebruikt<br />
worden. Zo zou een 4 MW brand verdeeld<br />
over drie brandbakken van 1 vierkante meter<br />
een vlamlengte van 3 tot 4 meter moeten<br />
geven. Als dit soort vlammen niet wordt<br />
waargenomen (bij niet al te hoge luchtsnelheden),<br />
is <strong>het</strong> afgegeven vermogen lager. Dit<br />
hoeft echter geen bezwaar te zijn, zolang<br />
dit maar gerealiseerd wordt en <strong>het</strong> correcte<br />
vermogen wordt ingevoerd bij de CFD-controleberekening.<br />
Wanneer er voldoende overeenkomst is<br />
tussen <strong>het</strong> globale beeld van rook-verspreiding<br />
in de CFD-controleberekening en de<br />
brandproef, kan gesteld worden dat <strong>het</strong><br />
gehanteerde CFD-model en de gebruikte<br />
uitgangspunten voldoende betrouwbaar<br />
zijn. Wel moet worden bedacht dat zowel bij<br />
een praktijkbeproeving als bij een berekening<br />
onzekerheidsmarges gelden. Hoewel<br />
deze onzekerheidsmarges voor een specifiek<br />
project over <strong>het</strong> algemeen onbekend zijn,<br />
kan algemeen gesteld worden dat <strong>het</strong> globale<br />
beeld van de rookverspreiding binnen<br />
ongeveer 25 procent afwijking zou moeten<br />
overeenkomen met de CFD-berekening.<br />
Geconcludeerd wordt dat voor correcte<br />
rookproeven <strong>het</strong> van belang is dat deze met<br />
voldoende kennis en kunde worden uitgevoerd.<br />
Als richtlijn kunnen de volgende<br />
aanbevelingen gedaan worden:<br />
1. Voorafgaand aan de rookproef moeten<br />
de uitgangspunten (brandvermogen,<br />
rookproductie) en toetsingscriteria<br />
vastgelegd te worden. Hierbij dient een<br />
rookmachine gebruikt te worden die de<br />
gewenste rookhoeveelheid daadwerkelijk<br />
produceert.<br />
2. Voor een realistisch beeld van de rookverspreiding<br />
dienen beproevingen met<br />
warme rook uitgevoerd te worden.<br />
3. Geadviseerd wordt om rook op basis van<br />
minerale olie toe te passen, omdat deze<br />
bestand is tegen hoge temperaturen.<br />
Wanneer glycolrook wordt toegepast,<br />
moet bij de beoordeling rekening gehouden<br />
worden met <strong>het</strong> neerslaan en<br />
mogelijk vervluchtigen van de rook.<br />
4. Om kostbare voorzieningen ter bescherming<br />
van de constructie van de garage<br />
te voorkomen, wordt geadviseerd <strong>het</strong><br />
brandvermogen zodanig uit te spreiden<br />
dat de temperaturen aan <strong>het</strong> plafond<br />
beperkt blijven.<br />
5. Bij de uitvoering van rookproeven moet<br />
bepaald worden welk brandvermogen<br />
en welke rookproductie daadwerkelijk<br />
gerealiseerd worden.<br />
6. Voor <strong>het</strong> gebruik van een rookproef ter<br />
validatie van een CFD-model,moet de<br />
CFD-berekening herhaald worden met<br />
<strong>het</strong>zelfde brandvermogen en dezelfde<br />
rookproductie als waarmee de rookproef<br />
is uitgevoerd.<br />
Voor een versie van dit <strong>artikel</strong> met<br />
meer achtergrondinformatie: www.<br />
chri.nl/ch/<strong>artikel</strong>en/beproeving-vanparkeergarages.asp