Brannscenarier Hvilke scenarier må analyseres? Hvordan velge analysemetode? Trondheim 2012 Audun Borg
Agenda Brannscenario Komparative analyser Preaksepterte scenarioer Risikoanalyse Analysemetoder Typiske fallgruver Sensitivitet Validering Eksempel: Røykventilasjon av atrium Hvordan tolke resultat (anvendelse)
Innledning Bakgrunn for at det utføres en analyse: Bygget blir plassert i BKL 4 (brannsikkerhet verifiseres ved analyse). Fravik fra preaksepterte løsninger (analysens omfang er avhengig av fraviket). Bygget, eller virksomheten faller utenfor VTEK. Analytisk brannteknisk prosjektering: Kvalitativ vurdering Deterministisk analyse (scenarioanalyse) Probabilistisk analyse (kvantitativ risikoanalyse) Kombinasjon av disse Støtte finnes blant annet i: NS 3901, HO- 3/2007, Byggforsk 321.026
Usikkerhet Brannen
Brannrelaterte variabler Branneffekt (Heat release rate) Antennelsespunkt Egenskaper til det som brenner Mengde brennbart materiale i bygningen Egenskaper ved bygningen Geometri Ventilasjon Hovedmålet: predikere brannvekst og maksimal branneffekt (MW)
Usikkerhet RSET
Eksempel fra SFPE Figure 8-1 from SFPE Guide: Identifying, Developing, and Evaluating Fire Scenarios
Eksempel fra ISO Figure: Selection of design fire scenarios and design fires (ISO/TS 16733:2006, p. 4)
Eksempel fra ISO The design fire(s) selection process is structured into the following ten steps: Step 1: Location of fire Step 2: Type of fire Step 3: Potential fire hazards Step 4: Systems and features impacting on fire Step 5: People response Step 6: Event tree Step 7: Consideration of probability Step 8: Consideration of consequence Step 9: Risk ranking Step 10: Final selection and documentation
Komparativ analyse Alternativ løsning (A) vs. Preakseptert løsning (P). Sikkerhetsnivå A > P => løsning A OK! Fordeler: Logisk Gitt akseptnivå Sammenfallende antagelser Utfordringer: Faktisk sikkerhetsnivå? Sammenligningsgrunnlag? Usikkerhet. Er alle forhold som påvirker sikkerhetsnivået inkludert?
Komparativ analyse?
Preaksepterte scenario Eksempel, New Zealand / NFPA 5000 A New Framework for Performance Based Fire Engineering Design in New Zealand gir et eksempel på hvilke brannscenarier som skal modelleres. Spesifiserer 10 brannscenario som i de fleste tilfeller må analyseres.
Preaksepterte scenario Eksempel, New Zealand / NFPA 5000 Under er et eksempel fra scenario 1:
Risikoanalyser Identifisere uønskede hendelser og predikere mulige konsekvenser. Behandle usikkerhet. Sekvensielle hendelser, svikt i barrierer. Betrakter faktisk sikkerhetsnivå. Utfordringer: Usikkerhet ift. sjeldne hendelser Akseptnivå Sort antall uønskede hendelser
Valg av scenario Identifisering av scenario Hva er det mest konservative? Mest sannsynlige?
Brannscenario Valg av brannscenario er ofte knyttet til konsekvens tankegang og ikke sannsynlighet for at det opptrer. Hvordan si noe om sannsynligheten til det valgte brannscenarioet?
Beskrive vs. Predikere Risikoanalyse: Predikere mulige konsekvenser av fremtidige hendelser. Modeller: Ofte blir scenariet beskrevet og konsekvensene av beregnet i modellen. Dvs. scenariet predikert av personen som gjør analysen. Brann: Beskriver branneffekten (HRR) i modeller. Egenskapene til virkelige materialer og brensel er ofte ukjent. Fysiske prosesser for forbrenning, flammespredning, stråling og varmetransport er mer kompleks en den matematiske representasjonen. Beregningene vil bli påvirket av både numeriske og fysiske forhold.
Dalmarnock fire test
Dalmarnock
Valg av analysemetode Utvikling Fult utviklet brann Reduksjon
Temperature C Analysemetode Håndberegninger EC 1 Temp. 1200 1000 800 600 Temp. 400 200 0 0 1 2 3 4 Distance m
Temperature C Temp. C Analysemetode Regneark beregninger EC 1 Temperatures 700 600 500 400 300 200 100 0-100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Time (h) T 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Time sec. Iso. Temp. Steel temp.
m Analysemetode Sonemodeller H T Distance to smokelayer V S m e T S m U f m S m e T a V S m m a,o a,i 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 s Distance to smokelayer
Analysemetode Håndberegninger og sonemodeller Godt egnet for situasjoner med relativt enkel geometri og strømningsforhold. Gir raske svar og det kan enkelt utføres mange beregninger. Godt egnet tidlig i prosjekt når geometrien ikke er 100% bestemt. Godt egnet i forbindelse med vurderinger rundt overtenning og fult utviklet brann.
Analysemetode CFD CFD analyse tar for seg den faktiske geometrien og strømningsforholdene i bygningen (3D). Deler volumet inn i kontrollvolum (celler). Generelt blir ligninger for bevaring av masse, moment og energi løst i hvert kontrollvolum. Ut fra disse kommer programmet ut med interessante variabler for brannen: Røyktetthet Hastigheter Trykk Temperaturer etc.
Analysemetode CFD
CFD Fundamentale ligninger (Navier Stokes) Bevaring av masse, moment og energi. Differensial ligninger. Grid: FDS: Form av ligningene egnet for lave hastigheter (0,3 Mach) FLACS: Form av likningene for kompressibel strømning. FDS: Tilpasse geometri og grid. FLACS: Porøsitet. Sub modeller (modeller i modellen) Turbulens, forbrenning, stråling, etc. Masse Moment Energi Perfekt gass lov FDS v.5
Moment utvidet Moment ( u) ( uu) ( vu) ( wu) p xx yx zx t x y z x x y z f ( v) ( uv) ( vv) ( wv) p xy yy zy t x y z y x y z f ( w) ( uw) ( vw) ( ww) p xz yz zz f z t x y z z x y z x y xx 2 D 2 u 3 x 2 D 2 v yy 3 y xy xz u v y x u w z x ; ; yx xy xz zx yz zy D u v w x y z zz 2 D 2 w 3 z yz w y v z
FDS Turbulens
FLACS FLACS: CFD Explosion and Dispersion Modelling Software Gass sky eksplosjon (VCE), støv eksplosjon, predikere konsentrasjon fra uslipp (brennbare og giftige gasser), væsker, hydrogen. Predikere trykkbølger fra deflagrasjoner (subsonisk).
FLACS
Analysemetode CFD fordeler Realistisk representasjon av geometrien. Transient fremstilling av hendelsesforløpet. Realistisk representasjon av brannen og det aktuelle brenselet. Tar for seg de gjeldende strømningene i volumet ift. ventilasjon. Økt detaljeringsgrad av resultater. Visualisering av hendelsesforløpet.
Utfordringer og begrensninger Tidkrevende. Lite fleksibelt ift. design forandringer. Rektangulær geometri (FDS/FLACS). Store krav til modellerer. Valg av scenario Grid oppløsning Antageler etc Problemer ifm. overtenning og fult utviklet brann. Store krav til kontroll av modelleringen. Dokumentasjonskrav.
Utfordringer og begrensninger Grid/brann
Feilkilder Matematisk modell Den matematiske modellen vil alltid representere en tilnærming til virkeligheten, og dermed introduseres feil ift. reel løsning. Oppløsning Analytiske ligninger overføres til numerisk modell og løser det i noen punkter. Valg av løsningsmetode Valg av sub modeller i f eks FDS Konvergens Grid uavhengig løsning
Eksempel Egenkomponert glassgård! Røykventileres da det er rømningsveier via atriet på plan 2. ASET > RSET (Tilgjenglig tid > Nødvendig tid) 3 etasjer, 28 m x 15 m, takhøyde: 13m til senter røykluke. Røykventilasjon dimensjonert etter HO-3/2000 (temaveiledning for røykventilasjon BE) Strømningsanalyse med FDS. Andre brannscenario?
Geometri
Input brannscenario Glassgård HO-3/2000 Sprinklet Røykfri høyde 6m Brannen: Vekst: tg = 225s Normal α = 0,01975 A = 12,5 m 2 6,25 MW
HO-3/2000
FDS analyse (sammenligning)
Sikt 900 sek. (10 m og 8 m)
Sikt 500 sekunder
FDS revidert brensel (y sot = 0,07)
Sikt 320 sek.
FDS revidert brannstørrelse (1,5MW) og plassering.
FDS revidert brannstørrelse (1,5MW) og plassering.
Sikt 230 sek.
Takk for oppmerksomheten!