Prognozowanie strumienia ciepła na zewnątrz budynku z użyciem różnych wariantów obliczeniowych w odniesieniu do danych eksperymentalnych

• Autorzy: Tofiło P. , Mozer V.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.43.3.2016.11

Warianty tytułu

EN

Estimating the Heat Flux Outside a Building Using Various Calculation Approaches with Respect to the Experimental Data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Zbadanie charakterystyki i dokładności modeli promieniowania cieplnego względem dostępnych danych eksperymentalnych. Porównanie różnych metodyk obliczania promieniowania cieplnego Projekt i metody: Ocena wielkości zewnętrznego strumienia ciepła pochodzącego z pożaru w budynku i przedostającego się do innego budynku lub innej części tego samego budynku jest ważną częścią inżynierii ochrony przeciwpożarowej. Jednocześnie nie jest to problem łatwy do rozwiązania, ponieważ wiąże się ze złożonymi procesami charakterystycznymi dla w pełni rozwiniętego pożaru, o dynamice kontrolowanej dostępem powietrza i występowaniem zewnętrznych płomieni. Obliczanie zasięgu krytycznego strumienia ciepła pozwala ustanowić minimalne wymagane odległości pomiędzy budynkami. Chociaż istnieje wiele zaawansowanych metod numerycznych, jak np. CFD, które mogą być użyte do obliczania strumienia promieniowania ciepła, w praktyce w rutynowych badaniach inżynierowie bezpieczeństwa pożarowego stosują jedynie najprostsze metody szacunków. Niektóre najnowsze badania doświadczalne wskazują, że metody te mogą być niedokładne, ponieważ nie obejmują promieniowania pochodzącego od płomieni zewnętrznych. Promieniowanie to jest ujęte w niektórych istniejących metodologiach obliczeniowych, takich jak Eurokod, czy norma amerykańska NFPA 80A. Metoda wskazana w Eurokodzie uwzględnia wiele parametrów wejściowych, takich jak geometria pomieszczenia, otworów, obciążenie ogniowe i warunki wentylacji, a jej dane wyjściowe to temperatura pomieszczenia oraz geometria i rozkład temperatury płomieni zewnętrznych. W artykule wszystkie metody obliczeniowe oparte na współczynniku konfiguracji, czyli zarówno metoda promieniującego prostokąta, jak i metody uwzględniające zewnętrzne płomienie, zostały zbadane z użyciem programu autorskiego FireRad, który umożliwia stosowanie dowolnych kształtów przestrzennych jako zestawu promieniujących powierzchni. W artykule wykorzystano dostępne publicznie literaturowe dane eksperymentalne z badań kanadyjskich i czechosłowackich. Wyniki: Wyniki przedstawiono w formie porównania rozkładów strumienia ciepła uzyskanego w eksperymentach z wynikami badań z użyciem różnych wariantów obliczeniowych promieniowania. Wskazano, które czynniki decydują o większej zbieżności danych eksperymentalnych i obliczeń. Wnioski: W artykule zebrano i omówiono wyliczenia z użyciem różnych metod oraz podano zalecenia do ostrożnego prognozowania wielkości strumienia ciepła. Program FireRad jest przydatnym narzędziem do obliczeń strumienia cieplnego dla złożonych geometrii.

EN

Goal: To examine the characteristics and the accuracy of the models of thermal radiation in terms of available experimental data. Comparison of different methodologies for calculating thermal radiation. Project and methods: Estimating the size of the external heat flux from a fire in a building to another building or another part of the same building is an important part of fire protection engineering. At the same time it is not a trivial issue, because it involves complex processes associated with a fully developed fire with dynamics controlled by air access and the presence of external flames. Calculation the range of critical heat flux leads to the establishment of the minimum required distance between buildings. Although there are many advanced numerical methods like CFD which can be used for calculating heat flux of radiation, but for practical purposes only the simplest methods for estimating the heat flux of radiation are routinely applied by fire protection engineers. Some recent experimental studies indicate that these methods may not be accurate, because they do not include radiation from external flames. Radiation from external flames is included in some of the existing computational methodologies like Eurocode or American standard NFPA 80A. The method included in Eurocode includes many input parameters like compartment geometry, characteristics of openings, fire load density and ventilation conditions, and its output parameters are the temperature of the compartment and the geometry and temperature of external flames. In this article, all the methods of calculation based on the configuration ratio, that is both the method of the radiating rectangle, and the methods including external flames, are tested using a copyright program called FireRad which allows the use of any spatial shapes as a set of radiating surfaces. The experimental data used in this paper are public literature data from Canadian and Czechoslovakian experimental programs. Results: The results are presented as a comparison of the heat flux distributions obtained from experiments to the distributions obtained using various modeling approaches. Factors which determine the increasing convergence of experimental data and calculations were indicated. Conclusion: The article summarized and discussed calculations using various methods; it also provided recommendations for prudent estimation of the size of the heat flux. FireRad proved to be a useful tool in calculating heat flux for complex geometries.

Słowa kluczowe

PL

promieniowanie cieplne; ochrona przeciwpożarowa; płomień zewnętrzny

EN

thermal radiation; fire protection; external flame

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 43, nr 3
• Strony: 117--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Tofiło P.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej

autor

Mozer V.

• Uniwersytet Żyliński, Słowacja

Bibliografia

• [1] Law M., Heat radiation from fires and building separation, “Fire Research Technical Paper” 1963, No. 5.
• [2] Law M., Radiation from fires in a compartment, “Fire Research technical Paper” 1968, No. 20.
• [3] Mcguire J.H., Fire and the spatial separation of buildings, “Fire Technology” 1965, 1(4), 278-287
• [4] Reichel V., Navrhování požární bezpečnosti staveb - Odstupové vzdálenosti [ZŠ 16], Česká státní pojišťovna, Praha 1984.
• [5] Cheng H., Hadjisophocleous G.V., Experimental study and modeling of radiation from compartment fires to adjacent buildings, “Fire Safety Journal” 2012, 53, 43-62.
• [6] Cheng H., Modeling of fire spread in buildings and modeling of fire spread from the fire building to adjacent buildings, PhD thesis, Carleton Univ., 2010.
• [7] EN 1991-1-2: Eurocode 1. Actions on Structures, Part 1-2.
• [8] Oprogramowanie Fire Engineering Platform (FEP), http://www.fireplatform.eu, [dostęp: 10.06.2016].

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.