Condizioni al contorno: come influiscono sui sistemi SEFC

Matteo Giampieri


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Tempo di lettura: 10 minuti

In questo articolo andremo a porre l’attenzione sulle condizioni al contorno, sia all’interno che all’esterno dell’edificio, che possono avere un impatto diretto sull’efficacia dei Sistemi di controllo del fumo e del calore (SEFC).

 

Lo Smoke Management è una materia estremamente vasta che prevede misure differenti a seconda delle condizioni al contorno e dagli obiettivi da raggiungere per ogni specifica applicazione; ad esempio, nei casi più semplici, per controllare il fumo ed il calore risultano sufficienti semplici aperture nell'involucro edilizio mentre in altri casi, ben più complessi, i sistemi SEFC sono costituiti da un elevato numero di componenti attivi e passivi gestiti da un'unità centrale in grado di individuare la precisa localizzazione dell’incendio ed effettuare una gestione estremamente articolata.

Una condizione al contorno di estrema importanza, interna all'edificio, di cui bisogna assolutamente tenere conto è la presenza e la distribuzione delle persone in un particolare momento (ad esempio durante o dopo un evento). Infatti, il numero e la tipologia di occupanti influirà sull'individuazione degli obiettivi da raggiungere, sulle metodologie da utilizzare e sul tipo di sistema da proporre.

Sono invece più numerose le condizioni al contorno da individuare all’esterno dell’edificio, vanno infatti prese in considerazione la direzione del vento, la sua velocità, e la temperatura esterna dell’aria, dato che tali fattori influenzeranno il moto dei fumi espulsi all'esterno.

Compartimento al fuoco e serbatoio al fumo

In particolare, negli edifici con grandi superfici (magazzini industriali, ecc.) o nelle strutture con grande concentrazione di persone (teatri, centri commerciali, ecc.) la propagazione del fumo può essere gestita unicamente attraverso una precisa suddivisione delle superfici in serbatoi al fumo a sé stanti.

Serbatoio al fumo

Ogni serbatoio al fumo non necessariamente coincide con il compartimento al fuoco, che spesso invece risulta più ampio, ad esempio in edifici caratterizzati da grandi spazi aperti i compartimenti al fuoco possono essere facilmente suddivisi in singoli serbatoi al fumo mediante l’utilizzo di barriere fisse o mobili.

Al contrario, negli edifici strutturati in locali di dimensione limitata, il serbatoio al fumo coincide direttamente con il perimetro (le pareti e il solaio) della stanza stessa.

Le barriere al fumo possono essere realizzate attraverso strutture differenti, sia come parte dell’edificio stesso (travi o elementi architettonici) o possono essere installati componenti specifici come cortine di contenimento mobili (tende tagliafumo) provviste di marcatura CE in conformità alla UNI EN 12101-1:2006, che vengono calate (srotolate) solo in caso di incendio.

Le misure di controllo del fumo possono riguardare solo il serbatoio al fumo interessato, o possono riguardare tutti i serbatoi che si vengono a creare all’interno di un edificio o di un singolo compartimento al fuoco.

Cortine di Contenimento Fumi

Generalmente questa tipologia di operatività dipende dalla strategia che si andrà ad adottare e dai sistemi di controllo dei fumi impiegati.

Ad esempio è possibile che l’estrazione del fumo avvenga in modo naturale tramite aperture automatizzate (SENFC in conformità a UNI EN 12101-2:2017) attivate unicamente nel serbatoio al fumo oggetto dell'incendio, oppure nel caso di molteplici serbatoi la gestione può avvenire tramite un sistema forzato (SEFFC) costituito da ventilatori (in conformità a UNI EN 12101-3:2015), un sistema di condotte (in conformità a UNI EN 12101-7:2011) e serrande di controllo fumo (in conformità a UNI EN 12101-8:2011) che possono essere gestite a seconda degli scenari di incendio.

La suddivisione dei serbatoi al fumo può essere definita seguendo le prescrizioni delle norme di progettazione (es. UNI 9494-1 e UNI 9494-2) ma possono anche essere vincolate alla geometria dell’edificio (locali di piccole dimensioni, di forma irregolare o presenza di travi), così come dalla posizione e dalle dimensioni delle aperture di immissione aria e dall'effetto del vento che agisce su di esse.

Immissione di aria pulita

Come è noto la massa del fumo estratta dal compartimento al fuoco deve essere sostituita da aria pulita, e tale reimmissione può essere effettuata in modo naturale attraverso delle aperture ricavate direttamente sulle pareti perimetrali dell'edificio o in modo forzato tramite un sistema di ventilatori e condotte.

Nel caso il Sistema sia concepito allo scopo di definire un layer stabile di fumo con l'obiettivo di salvaguardare l'esodo degli occupanti, l’aria pulita deve essere immessa al livello del pavimento ad una bassa velocità in modo da non creare turbolenze che potrebbero scomporre lo strato di fumo.

Per quanto concerne l'immissione di aria pulita ci sono dei precisi requisiti da rispettare, sia in relazione al tipo di estrazione (naturale o forzata), che dall'obiettivo da raggiungere (smaltimento o evacuazione) che possono essere riassunti nei seguenti punti:

  • Immissione a livello del pavimento
  • Bassa velocità
  • Direzione del flusso
  • Distribuzione dei punti

Immissione a livello del pavimento

Idealmente deve esserci un flusso costante di aria che va dal pavimento verso l’alto, ciò può essere implementato solo in alcuni casi, spesso attraverso mezzi meccanici, data la perdita di pressione che solitamente si viene a creare nei sistemi naturali. Inoltre, è importante avere un flusso lineare e costante da tutti i lati del serbatoio con una distribuzione bilanciata dei punti di immissione.

Quando il flusso è principalmente orizzontale (nel caso di finestre, porte, aperture automatizzate, …) è auspicabile che la distanza dalla parte inferiore dello strato di fumo (layer) sia di almeno un metro, nonostante alcune normative, come DIN 18232-2, in presenza di determinate condizioni permettano distanze minori.

Bassa velocità

Altro fattore importante è la velocità dell’aria immessa, che deve essere minore di 1 m/s e, nel caso di controllo naturale, la superficie minima dell’apertura di immissione deve essere 1,5 volte la dimensione dell’area delle aperture di espulsione. Tale velocità è solo di riferimento generale, dato che ad esempio la UNI 9494-2:2017 ammette una velocità massima di 2m/s se rispettate determinate condizioni.

È importante sottolineare che la velocità di immissione è riferita alla velocità effettiva del flusso d’aria nella stanza e non, ad esempio, alla velocità del flusso d’aria all’interno delle bocchette. La superficie indicata nel caso di immissione naturale è riferita alla superficie aerodinamicamente efficace e non alla superficie geometrica complessiva.

apertura vasistas ribalta

Direzione del flusso

Se si utilizzano aperture naturali già presenti nell'involucro edilizio, come porte e finestre, si viene a creare un flusso d’aria parallelo al pavimento. Tuttavia se le finestre sono ad apertura a ribalta inclinata verso l’interno si ha un flusso verso l’alto in grado di scomporre lo strato di fumo, quindi in questo caso la velocità di immissione deve essere ulteriormente ridotta.

Le finestre con apertura verso il basso e verso l'esterno invece, se vicine al pavimento, possono generalmente essere usate senza il rischio di "disturbare" il layer di fumo.

Distribuzione dei punti

Dove possibile i punti di immissione dovrebbero essere disposti nel modo più lineare ed omogeneo possibile lungo le pareti esterne.

Punto di immissione aria

Punto di immissione aria

Bocchette di immissione e aperture per immissione aria naturale

 

Nel caso di un grande spazio (compartimento al fuoco) suddiviso in diversi serbatoi al fumo collegati l’un l’altro, ad esempio mediante cortine di contenimento del fumo, è generalmente consigliato che il flusso d’aria provenga dai serbatoi al fumo non coinvolti dall’incendio.

Effetti ed influenza del vento

wind loads

Nonostante gli edifici siano influenzati dal vento il 98% dell’anno, gli standard tecnici e le normative internazionali vigenti non contemplano o contemplano solo in parte i fattori legati a questo effetto.

Gli effetti del vento risultano estremamente rilevanti nel caso di sistemi di controllo naturali dato che il vento può creare una pressione sulle aperture di evacuazione ed immissione presenti sull'involucro edilizio ed inficiare i meccanismi di stratificazione dei fumi.

Ad esempio, nel caso di un’apertura soggetta alla spinta del vento, si verrebbe a creare una pressione che causerebbe un flusso verso l'interno dell’edificio e di conseguenza renderebbe impossibile la corretta movimentazione dei fumi.

Nel caso invece di aperture utilizzate per l’immissione, la spinta del vento aumenterebbe drasticamente la velocità del flusso, con la possibilità che si vengano a creare turbolenze che scompongano dello strato di fumo.

In generale, il vento ha un impatto maggiore negli edifici isolati rispetto ad edifici circondati da altri di pari altezza.

Quindi risulta necessario considerare l’effetto del vento nella fase di progettazione dei sistemi di controllo naturali, valutando in modo preciso le forze in gioco in relazione anche alla posizione dei compartimenti al fuoco e dei serbatoi al fumo.

Fattori legati alla temperatura

La temperatura esterna dell'aria generalmente gioca un ruolo che non può essere ignorato, laddove vengano previsti sistemi a pressione differenziale a protezione delle vie di esodo o sistemi di evacuazione naturale del fumo.

Una bassa temperatura esterna favorisce il gradiente termico dei fumi, dato che l'elevata differenza di temperatura tra gas combusti ed aria esterna innesca un gradiente di pressione che favorisce i flussi. Quindi tanto maggiore sarà il delta di temperatura tanto maggiore sarà la rapidità con cui si innescherà il moto dei fumi e quindi l'efficacia dell'evacuazione naturale.

Influenza degli altri sistemi antincendio

I sistemi di controllo del fumo rappresentano solo una parte dei sistemi antincendio presenti in un edificio.

In genere sono presenti anche:

  • sistemi di allarme antincendio
  • sistemi automatici di estinzione dell’incendio
  • porte ed uscite a comunicazione dei compartimenti al fuoco
  • sistemi di allarme ottici ed acustici
  • illuminazione di emergenza e gestione delle vie di fuga
  • ascensori protetti dedicati all'intervento per i vigili del fuoco

Alcuni di questi sistemi possono influenzarsi a vicenda, anche in modo negativo.

I sistemi di estrazione del fumo e i sistemi sprinkler hanno un'elevata influenza reciproca.

sprinkler

Ad esempio, se l’estrazione del fumo si attiva tramite rivelazione di fumo in un tempo molto ridotto, e l'impianto sprinkler è posizionato ad un’altezza elevata, può accadere che l'intervento del SEFC limiti la quantità di calore accumulato, causando un ritardo nell'attivazione del sistema di spegnimento e di conseguenza limiti l'efficacia dello sprinkler.

Al contrario, l’effetto degli sprinkler ha un’azione di raffreddamento dei fumi, che causa una riduzione della differenza di pressione nei sistemi naturali attivati dal gradiente termico.

Nel caso specifico dei sistemi di evacuazione naturale essi possono coesistere con dispositivi relativi al normale uso dell’edificio, come i sistemi di ventilazione, sistemi di protezione solare, porte e uscite che dividono le varie aree dell’edificio, gli spazi interni e le zone sicure, come ad esempio negli aeroporti.

Anche qui, alcuni di questi dispositivi possono influire sull’efficacia dei sistemi di controllo del fumo e devono essere disattivati o controllati durante l’incendio; in linea di massima più gli edifici sono complessi e più complessa sarà l’identificazione delle interazioni tra i vari sistemi e quindi la loro giusta progettazione.

A conclusione dell'articolo possiamo dire che, durante la scelta e la progettazione di un Sistema di controllo del fumo e del calore è di estrema importanza l'individuazione delle condizioni al contorno, dato il loro possibile impatto nell'efficienza dell'impianto.

I fattori esterni all'edificio, come le condizioni ambientali, risultano comunque più gravosi per i sistemi naturali (SENFC) dato che il loro funzionamento si basa sull'innescarsi di meccanismi di gradiente termico, cosa che non avviene invece nei sistemi di evacuazione forzata (SEFFC) i quali, essendo impianti subordinati ad un'estrazione meccanica, risentono in maniera molto minore di questi fattori.

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Uno strumento di ausilio per tutti coloro che, a vario titolo, affrontano la complessa materia dello Smoke Management.

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