logo TZB-info

TZB studio
zobrazit program

Reklama

Využití CFD při predikci požárně nebezpečného prostoru

Návrh především velkých staveb za pomocí požárně inženýrského přístupu se pravděpodobně stane běžnou součástí projekční praxe. Pro zjištění chování požáru je možné využít softwaru, který rozvoj požáru modeluje pomocí různých přístupů (zónové a CFD modely). Pokročilé hodnocení je dnes při návrzích objektů používáno především v případě, kdy nelze postupovat podle norem ČSN 73 08xx a je nutné provést expertizní posouzení v souladu s normami a požadavky HZS.

Reklama

Návrh především velkých staveb za pomocí požárně inženýrského přístupu se pravděpodobně stane běžnou součástí projekční praxe. Pro zjištění chování požáru je možné využít softwaru, který rozvoj požáru modeluje pomocí různých přístupů (zónové a CFD modely). Nejpokročilejší simulace je možné provést pomocí dynamické analýzy plynů – tzv. CFD modelem. Tyto simulace jsou běžnou praxí ve výzkumné činnosti a při zpracování znaleckých posudků. Pokročilé hodnocení je dnes při návrzích objektů používáno především v případě, kdy nelze postupovat podle norem ČSN 73 08xx a je nutné provést expertizní posouzení v souladu s normami a požadavky HZS.

Článek se úzce orientuje na sdílení tepla sáláním. Posouzení sálání tepla (neboli tepelné radiace) je podstatné v oblasti požární bezpečnosti staveb zejména při řešení odstupových vzdáleností v okolí posuzovaného objektu či posouzení únikových cest [1, 2]. Pro vyhodnocení této problematiky byl použit výpočetní software Fire Dynamics Simulator (FDS).

V článku je představeno, jak jednotlivá uživatelská nastavení simulace mění výsledné hodnoty hustoty tepelného toku. Všechna měřicí zařízení byla umístěna do místa, ve kterém je dle analytického zhodnocení odstupových vzdáleností řešených dle ČSN a Eurokódu 1 [1, 3] kritická hustota tepelného toku 18,5 kW∙m−2, která je v ČR hraniční hodnotou pro stanovení požárně nebezpečného prostoru v rámci zpracování požárně bezpečnostního řešení [1, 4].

1. Úvod

Sdílení tepla probíhá třemi způsoby – prouděním, vedením a sáláním. Pro zjištění velikosti požárně nebezpečného prostoru je zásadní složkou sálání, které není závislé na proudění vzduchu. Požárně nebezpečným prostorem se rozumí prostor, ve kterém překračuje hustota sálavého tepelného toku kritickou hodnotu a může dojít k šíření požáru.

Sálavý tepelný tok představuje elektromagnetické vlnění, které nepotřebuje ke svému šíření hmotné prostředí – dochází k jeho přenosu i ve vakuu. Výsledná velikost tepelné energie závisí na vlastnostech zářiče a přijímače. Energie dopadající na těleso se rozděluje do třech částí – odráží se, prochází tělesem a z části se tělesem pohlcuje. Proto těleso, na které tato energie dopadá a dále se zahřívá, také zpětně sálá do okolního prostoru.

Z fyzikálního hlediska se do řešení sdílením tepla sáláním promítají 4 zákony – Kirchhoffův, Planckův, Stefan-Boltzmannův a Lambertův. V rámci zjištění tepelného zatížení pro teplotní analýzy se uvažuje s působením čistého tepelného toku složeného z přenosu tepla proudění a sáláním dle rov. (1) [3]:

vzorec 1 (1) [W·m−2]
 

kde je

net,c
čistý konvekční tok
net,r
čistý sálavý tok
 

Čistý sálavý tok je vyjádřený rov. (2) a je přímo závislý na emisivitě a teplotě jak prostředí požáru, tak i prvku [3]:

vzorec 2 (2) [W·m−2]
 

kde je

εm
povrchová emisivita prvku1 [–]
εf
emisivita požáru = 1,0 [–]
σ
Stefan-Boltzmannova konstanta, σ = 5,67∙10−8 [W∙m−2∙K−4]
Θr
účinná teplota prostředí požáru [°C]
Θm
povrchová teplota prvku [°C]
 

Pro zjednodušení je možné si představit sálavou plochu jako běžné okno v obvodové stěně, které sálá do exteriéru. Podobně jako stanovení čistého sálavého toku je v požární praxi při řešení odstupových vzdáleností Stefan-Boltzmannův zákon zahrnut v rovnici hustoty tepelného toku sáláním – viz rov. (3).

vzorec 3 (3) [kW·m−2]
 

kde je

σ
Stefan-Boltzmannova konstanta, σ = 5,67∙10−8 [W∙m−2∙K−4]
ε
emisivita [–]
ϕ
polohový faktor [–]
TN
teplota hořících plynů [°C]
T0
počáteční teplota [°C]
 

Pro zjednodušení je uvažováno se zanedbáním počáteční teploty T0, neboť rozdíl teplot s ohledem na čtvrtou mocninu je velký, a proto vliv počáteční teploty není příliš výrazný. Vzorec je proto užíván v upravené verzi:

vzorec 4 (4) [kW·m−2]
 

Hlavním faktorem určujícím hustotu sálavého tepelného toku je teplota v hořícím prostoru, která se zároveň uvažuje jako teplota sálající plochy – okno, dveře apod. Její stanovení je možné několika přístupy. Je možné použít zjednodušené modely – nominální (např. normovou křivku ISO 834) či parametrické křivky; i zpřesněné modely použitím zónových modelů či dynamické analýzy plynů, které jsou ovšem složitější. Zpřesněné modely zahrnují mnoho operací, které reagují na předchozí kroky a jsou závislé na mnoha okrajových podmínkách, na výpočetní technice a času.

Další proměnnou v rovnici je polohový faktor. Určuje podíl z celkového sálavého tepla vycházejícího ze sálajícího povrchu dopadajícího na přijímací plochu [3]. Při řešení odstupových vzdáleností před samotnou sálavou plochou je uvažováno pouze s konfigurací přijímače natočeného normálou kolmo na sálavou plochu. Výsledná velikost polohového faktoru je tak závislá na umístění přijímací plochy před sálavou plochou rozdělenou do několika částí (obr. 1). Pro jednotlivé části je stanoven dílčí polohový faktor. Jejich sumou je dán výsledný polohový faktor.

Obr. 1a Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [5]
Obr. 1b Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [5]
Obr. 1c Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [5]

Obr. 1 Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [5]

V rámci polohového faktoru do výpočtu hustoty tepelného toku tak vstupuje velikost sálavé plochy. Stanovení je při výše zmíněné konfiguraci řešeno dle rov. (5):

vzorec 5

a = h/s
b = w/s
(5)
 

kde je

s
vzdálenost mezi přijímacím a vysílacím povrchem [m]
h
výška oblasti sálajícího povrchu [m]
w
šířka oblasti sálajícího povrchu [m]
 

Polohový faktor nabývá hodnot od 0 do 1. Má tedy značný vliv na výslednou velikost požárně nebezpečného prostoru. Zároveň platí závislost, že s narůstající velikostí sálavé plochy se zvětšuje odstupová vzdálenost.

Posledním důležitým faktorem je emisivita, která udává poměr intenzity vyzařování reálného tělesa. Její hodnota se taktéž pohybuje mezi 0 a 1. Je závislá na vlastnostech materiálu. Ideálně černé těleso má emisivitu rovnou 1 – dokáže tedy pohltit veškeré záření a zároveň vyzařuje maximální dosažitelnou energii. Stejně jako ideálně černé těleso má plně rozvinutý požár emisivitu konzervativně rovnou 1. Ještě detailnější analýzou lze přistoupit ke snížení emisivity, nicméně toto není předmětem článku.

V požární praxi v ČR je dále možné se při řešení odstupových vzdáleností setkat i s použitím Lambertova zákona, který je užíván pro stanovení velikosti požárně nebezpečného prostoru za ostěním. Velikost přímo vychází z řešení hustoty tepelného toku stanoveného ve směru normály v místě ostění sálavé plochy. Výsledná odstupová vzdálenost je stanovena jako součin odstupové vzdálenosti ve směru normály v místě ostění sálavé plochy a kosinu úhlu mezi normálou a úhlem natočení.

Všechny výše uvedené informace jsou vstupními parametry a dále principem, jak stanovit odstupové vzdálenosti analyticky. Kromě analytického výpočtu je možné využít výpočetní software zohledňující proudění tekutin, kterým je například FDS [6–9]. Dále uvedené informace cílí na nastavení tohoto softwaru v oblasti řešení hustoty tepelného toku. Změny nastavení vstupních hodnot jsou porovnávány s analytickým stanovením odstupových vzdáleností.

2. Motivace

Simulace mohou být pomocné jak ve vědecké oblasti, tak v praxi. V laboratořích je pro zjištění hustoty tepelného toku používáno zařízení zvané radiometr. Radiometry mají ovšem omezené použití. Jsou limitovány rozsahem měření, při jehož překročení může dojít k poškození radiometru a zároveň použití radiometrů s velkým rozsahem měření může v případě nízkých tepelných toků zanést nepřesnosti. Proto je vhodné navržený experiment nejdříve vymodelovat, zjistit v jakých vzdálenostech se nacházejí určité hodnoty tepelných toků a následně zvolit radiometr určitého měřícího rozsahu tak, aby nedošlo ke špatnému vyhodnocení.

Řešení odstupových vzdáleností pomocí FDS není možné provést bez znalostí funkčnosti programu. Použití těchto modelů ovšem není příliš časově efektivní a nastavení s ohledem na snížení výpočetního času může vést k nepřesnostem či podhodnocení výsledné velikosti odstupové vzdálenosti, čímž může dojít k ohrožení stability objektu, rozšíření požáru do sousedních PÚ či rozšíření požáru na sousední objekt. Praktickým příkladem mohou být nosné sloupy zajišťujícími stabilitu objektu umístěné v blízkosti požárně otevřených ploch. Pokud se tyto sloupy nachází mimo požárně nebezpečný prostor, není nutné řešit jejich požární odolnost (čl. 8.7.3 ČSN 73 0802 [1]). Je tedy možné, že se použitím špatně nastaveného modelu dojde k výsledné „falešné bezpečnosti“, která může vést k ohrožení.

3. Metody

Výpočetní prostor

V rámci modelového příkladu byl vytvořen jednoduchý výpočetní prostor demonstrující část obvodové stěny s okem – sálavou plochou. Výpočetní prostor byl velikosti 3,0 × 3,0 × 2,0 m. Z jedné strany byl prostor uzavřen obvodovou inertní stěnou (plochu se stále stejnou teplotou) a izotermickou plochou o teplotě 902,34 °C představující okenní otvor (sálavou plochu). Toto nastavení odpovídá 45. minutě požáru dle ISO 834 (analogicky výpočtovému požárnímu zatížení pv = 45 kg∙m−2). Jedná se o typické výpočtové požární zatížení pro bytové objekty [10]. Ze spodní strany byla vytvořena inertní plocha představující zem. Horní a zbylé boční strany byly ponechány jako otevřené. Výpočetní prostor je znázorněn na obr. 2. Jedná se o základní model, který uvažuje pouze se sálavou plochou bez vlivu okolních konstrukcí.

Předběžnými výpočty bylo zjištěno, že vzhledem k izotermickému charakteru sálavé plochy okna a inertním okolním konstrukcím dochází k ustálení hodnot tepelného toku již okolo 5. sekundy. Výpočetní čas simulace byl s bezpečnostní rezervou nastaven na 15 sekund.

V FDS jsou 2 základní typy měřicích zařízení, které zjišťují tepelný tok. Jednou skupinou jsou zařízení, která musí být umístěna na pevné ploše. Druhá skupina může být umístěna volně do prostoru. Nutnost osazení na pevné ploše je u jednotlivých typů zařízení vypsána níže v tab. 1. Je také důležité zdůraznit, že zařízení různě pracují. Některá zjišťují pouze sálavý tepelný tok, jiná uvažují s kombinací sálavého tepelného toku a proudění. Na obr. 2 jsou znázorněny 2 situace. Na obr. 2a jsou osazena měřicí zařazení, která nemusí být umístěna na pevné ploše. Na obr. 2b jsou umístěna měřicí zařízení s nutností upevnění na pevnou plochu (osazeno na adiabatický povrch). Nutností osazení zařízení na pevný povrch dochází k částečnému zkreslení výsledných hodnot vlivem této pevné plochy. Pouze pro simulace, ve kterých bylo žádoucí použití měřicího zařízení, které lze umístit i volně do prostoru bylo použito zařízení Radiative Heat Flux Gas. Pro ostatní změny byly použity všechny zařízení měřící tepelnou radiaci.

Vzdálenost umístění měřicích bodů byla stanovena na základě analytického výpočtu stanovením hustoty tepelného toku pomocí Stefan-Bolzmannova zákona pro kritickou hustotu tepelného toku 18,5 kW∙m−2 [1, 3]. Bylo tedy možné přímo výsledné hodnoty porovnat.

Obr. 2 Ukázka simulovaného prostoru včetně umístění měřicích zařízení (DEVC) – (a) pouze Radiative Heat Flux Gas
(a)
Obr. 2 Ukázka simulovaného prostoru včetně umístění měřicích zařízení (DEVC) – (b) všechna zařízení řešící tepelnou radiaci [4]
(b)

Obr. 2 Ukázka simulovaného prostoru včetně umístění měřicích zařízení (DEVC)
(a) pouze Radiative Heat Flux Gas,
(b) všechna zařízení řešící tepelnou radiaci [4]

Měřicí zařízení

V níže uvedené tab. 1 jsou popsány rozdíly mezi jednotlivými zařízeními pomocí rovnic. Pro zjištění pouze vysálané energie je užíváno zařízení Incident Heat Flux (IHF). Výsledky z tohoto zařízení v konkrétní vzdálenosti by se hodnotami měly nejvíce podobat analytickému stanovení. Radiometry vodou chlazené, které jsou používány v laboratorních podmínkách, jsou citlivé také na proudění [11]. Proto jsou při simulacích představovány zařízením Gauge Heat Flux (GHF). Při simulacích bylo nutné tato zařízení umístit na pevný povrch a výsledné hodnoty mohly být zkreslené. Téma bylo zpracováváno před nejnovější aktualizací FDS verze 6.7.6 z června roku 2021. Zařízení Gauge Heat Flux může být nově osazeno do volného prostoru bez nutnosti pevné plochy – nazývá se Gauge Heat Flux Gas.

Tab. 1 Typy měřicích zařízení (DEVC) [7]
ZkratkaNázev DEVCPevná
plocha
ProuděníSáláníRovnice
RHFGRadiative Heat Flux GasNENEANOqr∙,, = εs (qinc,rad∙,, − σTs4)
RHF-SRadiative Heat FluxANONEANOqr∙,, = εs (qinc,rad∙,, − σTs4)
GHFGauge Heat FluxANOANOANOqgauge∙,, = εgauge (qinc,rad∙,, − σTgauge4) + h (Tgas − Tgauge)
GHFGGauge Heat Flux GasNEANOANOqgauge∙,, = εgauge (qinc,rad∙,, − σTgauge4) + h (Tgas − Tgauge)
IHFIncident Heat FluxANONEANOpouze část qinc,rad∙,,
NHFNet (Total) Heat FluxANOANOANOqnet∙,, = εs (qinc,rad∙,, − σTs4) + h (Tgas − Ts)
RRadiometerANONEANOqradiometer∙,, = εgauge (qinc,rad∙,, − σTgauge4)

Testované parametry

Nastavení submodelu radiace v FDS není závislé pouze na jednom parametru, vždy je nutné provést citlivostní analýzu. Testované parametry včetně řešeného rozsahu jsou uvedeny v tab. 2.

Hlavním cílem simulací bylo zjištění efektivity a rozdílů výsledných hodnot v závislosti na jednotlivých nastaveních a jejich kombinaci. V případě známé odchylky je možné upravit nastavení simulace tak, aby nebyla příliš časově náročná a zároveň vykazovala dostatečně přesné výsledky.

Tab. 2 Změny parametrů simulace včetně procentuální odchylky oproti Icrit = 18,5 kW·m−2 ve vzdálenosti stanovené analytickým výpočtem (v kolmé vzdálenosti na střed sálavé plochy)
Testovaný parametrRozsahPočet prostorových úhlů (NoSA)Změna časuMaximální odchylkaNárůst výpočetního času
Velikost výpočetních buněk10, 25 a 50 mm100ANO~ 11–20 %dny, hod, min
Poměr šířky buňky ku výšce1:1–1:4100ANO~ 0–8 %
(od poměru 1:1)
100 % → 13 %
Přírůstek časového kroku (TSI)1–3100ANO~ 7–12 %
(změna v závislosti na velikosti buněk)
~ 130–155 %
Přírůstek úhlů (AI)1–5100ANO~ 7–12 %~ 170 %
Kombinace (TSI a AI)100ANO~ 7–12 %~ 290–375 %
Počet prostorových radiačních úhlů100–2500ANO~ 2–22 %až ~ 325 %
Délka cesty – vliv na absorpční koeficient0,1–1,25 m100–1000NE~ 0–20 %
Vzdušná vlhkost0–100 %100NE~ 7–17 %

4. Výsledky

Kromě parametrů PATH_LENGTH a HUMIDITY mají všechna přesnější nastavení vliv na délku výpočetního času.

Velikost výpočetních buněk má významný vliv na délku výpočetního času. Pro porovnání byly řešeny 3 stavy – jemná, střední a hrubá síť. V případě hrubé sítě je výpočetní čas velmi příznivý. Je možné uvažovat s délkou výpočetního času v řádu minut. Hrubá síť ovšem představuje riziko vyšších odchylek oproti analytickému řešení. Střední síť je v poměru výsledných odchylek a výpočetního času nejlepší variantou. Výpočet je dlouhý v řádu jednotek hodin. Výsledky v případě správného nastavení dalších parametrů jsou poměrně přesné. Vykazují odchylku přibližně 0,16 kW∙m−2 (0,8 % oproti kritické hustotě tepelného toku). Přesnější řešení pomocí jemné sítě je časově nejnáročnější. Výpočet trvá v řádu dní. Vzhledem k odchylce při použití střední sítě je toto řešení v řešeném modelu bezpředmětné.

Úprava poměru šířky a výšky buněk obecně není příliš doporučovaná. Možnost tohoto nastavení je, ovšem opět je zdůrazňována nutnost citlivostní analýzy. [7] Změna poměru může být prospěšná pro snížení délky výpočetního času. V rámci této práce byly zjišťovány změny mezi poměry 1:1 až 1:4. Poměr 1:2 jevil shodné výsledky jako poměr 1:1. V ostatních případech docházelo k odchylce až 8 %.

Úpravou přírůstku časového kroku TSI a přírůstku úhlů AI v modelovém příkladě nedochází ke změně výsledných hodnot. Důvodem je omezení sálavé plochy na konstantní teplotu a eliminaci proměnných okrajových podmínek. Toto nastavení vedlo k velmi rychlému ustálení stavu. Změna těchto parametrů z výchozí hodnoty 3 (TSI) a 5 (AI) na nejfrekventovanější volání řešiče radiace (obě hodnoty rovné 1) je podstatná v případě, kdy se řešený model nenachází v konstantním stavu. Nárůst výpočetního času je shrnut výše v tab. 2. Vliv nastavení TSI a AI na výsledné hodnoty je možné zpozorovat v níže uvedeném obr. 3.

Obr. 3 Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [4]
Obr. 3 Změna polohového faktoru s ohledem na umístění elementární sledované plochy [4]

Důležitým parametrem je nastavení prostorových radiačních úhlů. S ohledem na náročnost řešení radiace je tento parametr nastaven na výchozí hodnotu 100. Vykreslením je zobrazen efekt tohoto nastavení, které vykazuje hvězdicovitý tvar izokřivek – viz obr. 4a. Výsledné hodnoty v měřených místech mohou být tedy velmi ovlivněné. Při nastavení prostorových radiačních úhlů na hodnotu 500 dochází k poměrně plynulému vykreslení a hodnoty v měřených bodech nejsou funkčností programu ovlivněné.

Obr. 4 Změna nastavení prostorových radiačních úhlů, izokřivka o hodnotě 18,5 kW∙m⁻² stanovená příkazem Integrated Intensity; (a) 100
(a)
Obr. 4 Změna nastavení prostorových radiačních úhlů, izokřivka o hodnotě 18,5 kW∙m⁻² stanovená příkazem Integrated Intensity; (b) 250
(b)

Obr. 4 Změna nastavení prostorových radiačních úhlů, izokřivka o hodnotě 18,5 kW∙m⁻² stanovená příkazem Integrated Intensity; (c) 500
(c)
Obr. 4 Změna nastavení prostorových radiačních úhlů, izokřivka o hodnotě 18,5 kW∙m⁻² stanovená příkazem Integrated Intensity; (d) 1000
(d)

Obr. 4 Změna nastavení prostorových radiačních úhlů, izokřivka o hodnotě 18,5 kW∙m−2 stanovená příkazem Integrated Intensity; (a) 100, (b) 250, (c) 500, (d) 1000

Vzdušná vlhkost také ovlivňuje výslednou hodnotu hustoty tepelného toku. Výchozí hodnotou je 40 % vzdušné vlhkosti. V případě snížení % dochází k nárůstu tepelných toků až o 11 % oproti výchozímu nastavení. V případě zvýšení procenta dochází ke snížení tepelných toků o 10 % oproti výchozímu nastavení. Vztaženo k meteostanici umístěné v obci Chlumec nad Cidlinou – za uplynulý rok byla naměřena relativní vlhkost v hodnotách mezi 27 a 100 %, průměr činil 79,7 % [12]. Je tedy možné říci, že výchozí nastavení 40 % vlhkosti je na straně bezpečnosti, vzhledem k proměnlivému stavu této okrajové podmínky.

Posledním testovaným parametrem byla délka cesty (příkaz PATH_LENGTH). Tento parametr má vliv na stanovení jediného efektivního absorpčního koeficientu závislého na vlnové délce. Výchozím nastavením je hodnota 0,1 m. Tato hodnota je vhodná pro tepelný radiační přenos v plamenech/požáru a jeho těsné blízkosti. V případě, že je nutné změřit bod ve větší vzdálenosti od plamene/požáru, nastavení je potřebné upravit. Vstupní hodnotou by pak měla být vzdálenost mezi požárem a měřícím zařízením. I u tohoto parametru je v publikaci FDS – User Guide [7] zmíněna nutnost citlivostní analýzy. Nastavení tohoto parametru znatelně ovlivňuje výsledné hodnoty tepelných toků – viz obr. 5. Šedě jsou vykresleny výsledné hodnoty s výchozím nastavením. Černě jsou hodnoty po úpravě tohoto parametru na vzdálenost 1,25 m. Velikost buněk je v tomto případě 25 mm. V grafu je také možné zpozorovat vliv počtu prostorových úhlů. Především před hodnotou 250 jsou patrné velké rozdíly. Po nastavení hodnoty 500 téměř nedochází ke změnám.

Obr. 5 Změna výsledných tepelných toků v závislosti na úpravě počtu prostorových úhlů a délky cesty; šedě – PATH_LENGTH = 0,1 m; černě – PATH_LENGTH = 1,25 m (typ čar se shoduje v obou barvách)
Obr. 5 Změna výsledných tepelných toků v závislosti na úpravě počtu prostorových úhlů a délky cesty; šedě – PATH_LENGTH = 0,1 m; černě – PATH_LENGTH = 1,25 m (typ čar se shoduje v obou barvách)

Závěr

Řešení tepelné radiace v CFD modelu – softwaru FDS je velmi složitý proces. Je nutné dostatečně znát vliv uživatele na výsledné hodnoty. Do výpočtu vstupuje několik nastavení a zároveň musí být výpočetní prostředí určitým způsobem zjednodušeno (např. stanovením jednoho efektivního absorpčního koeficientu). Nejzásadnějšími nastaveními jsou velikost výpočetních buněk, délka cesty a počet prostorových úhlů. Změnu těchto parametrů je vždy potřebné otestovat (provést tzv. citlivostní analýzu) a zvolit přístup s ohledem na rychlost řešení a přesnost výsledných hodnot. Při správném nastavení je vysálaný tepelný tok zjištěný zařízením Incident Heat Flux (IHF) velmi blízké analyticky stanovené hodnotě. Odchylka je o velikosti 0,8 %.

Je patrné, že velikost požárně nebezpečného prostoru určená podle výpočetního programu se může lišit i v desítkách procent s tím, že výchozí nastavení programu není konzervativní (na straně bezpečnosti). Pokud již požární specialista použije detailní výpočet pomocí počítačového modelu, musí být jistý, že software správně nastavil.

Výše uvedené postupy mají být motivací pro uživatele FDS k provedení citlivostní analýzy. Uvedené testované rozsahy a nastavení nejefektivnějšího a zároveň nejpřesnějšího hodnocení nejsou univerzální. Zároveň nelze spoléhat na výchozí nastavení programu, neboť tímto nastavením dochází až k 22 %2 odchylce pouhou změnou velikosti buněk. Dochází k tzv. hvězdicovitému vykreslení. Navržené měřící zařízení může být umístěno do vnitřního rohu, kde samotnou funkčností programu dochází k takto výrazné odchylce. Kompletní přehled odchylek je vypsaný v tab. 2.

Zcela zásadní ovšem je, že kritická hustota tepelného toku 18,5 kW∙m−2 není hranicí, za kterou se už nic nestane. Například pro výrobky na bázi dřeva jsou uváděny hodnoty cca 33,5 kW·m−2 pro vznícení a 12,5 kW·m−2 pro vzplanutí [13]. Například ve Velké Británii je kritickou hustotou tepelného toku právě 12,5 kW·m−2. Je jasné, že i přes stanovení odstupových vzdáleností na centimetry není prostor za hranicí požárně nebezpečného prostoru 100% bezpečný.

Poděkování

Tento článek vznikl za podpory studentské grantové soutěže ČVUT v Praze. SGS21/094/OHK1/2T/11.

Zdroje

  1. ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty ed.2. Praha: ÚNMZ, 2020.
  2. ČSN 73 0810 Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení (2016) + O1 (2020). Praha: ÚNMZ, nedatováno.
  3. ČSN EN 1991-1-2 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-2: Obecná zatížení – Zatížení konstrukcí vystavených účinkům požáru. B.m.: Český normalizační institut. 2004
  4. PITELKOVÁ, Daniela a Vladimír MÓZER. Vliv změny nastavení vstupních parametrů v CFD modelu na šíření tepelné radiace. In: Požární ochrana 2021: Recenzovaný Sborník abstraktů XXX. ročníku mezinárodní konference [online]. Ostrava: Sdružení požárního a bezpečnostního inženýrství, z.s. v Ostravě, 2021, s. 58–61. ISBN 978-80-7385-247-4. Dostupné z: http://www.spbi.cz/index.php?id_document=8328
  5. PITELKOVÁ, Daniela, Petr HEJTMÁNEK a Vladimír MÓZER. Comparison of Various Approaches for Determination of Separation Distances. TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University of Ostrava Safety Engineering Series [online]. 2020, 15(1) [vid. 2021-09-21]. ISSN 18053238. Dostupné z: https://doi.org/10.35182/tses-2020-0005
  6. NIST - NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY. FDS and Smokeview [online]. B.m.: U.S. Department od Commerce. Dostupné z: https://www.nist.gov/services-resources/software/fds-and-smokeview
  7. MCGRATTAN, Kevin, Simo HOSTIKKA, Jason FLOYD, Randall MCDERMOTT a Marcos VANELLA. Fire Dynamics Simulator - User’s Guide [online]. 6th edition. B.m.: National Institute of Standards and Technology, 2021. Dostupné z: https://pages.nist.gov/fds-smv/manuals.html
  8. MCGRATTAN, Kevin, Simo HOSTIKKA, Jason FLOYD, Randall MCDERMOTT a Marcos VANELLA. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical Model [online]. 6th edition. B.m.: National Institute of Standards and Technology, 2021. Dostupné z: https://pages.nist.gov/fds-smv/manuals.html
  9. MCGRATTAN, Kevin, Simo HOSTIKKA, Jason FLOYD, Randall MCDERMOTT a Marcos VANELLA. Fire Dynamics Simulator -Technical Reference Guide Volume 2: Verification [online]. 6th edition. B.m.: National Institute of Standards and Technology, 2021. Dostupné z: https://pages.nist.gov/fds-smv/manuals.html
  10. ČSN 73 0833 Požární bezpečnost staveb – Budovy pro bydlení a ubytování + Z1 (2013) + Z2 (2020). Praha: ÚNMZ, nedatováno.
  11. HUKSEFLUX TERMAL SENSORS. SBG01 heat flux meter [online]. Dostupné z:
    https://www.hukseflux.com/products/heat-flux-sensors/heat-flux-meters/sbg01-heat-flux-meter
  12. VOPÁLKA, Karel. Tabulka extrémních stavů vzduchu [online]. září 2021. Dostupné z:
    https://www.qpro.cz/Extremni-stavy-vzduchu-v-Chlumci-nad-Cidlinou
  13. HEJTMÁNEK, Petr. DISERTAČNÍ PRÁCE – Odstupové vzdálenosti požárně otevřených fasád. 2019.

Poznámky

1 Pokud není hodnota εm uvedena v částech prEN 1992 až prEN 1999 pro navrhování konstrukcí na účinky požáru, lze použít εm = 0,8.  ... Zpět

2 V řešeném rozsahu. ... Zpět

 
Komentář recenzenta doc. Ing. Tomáš Apeltauer, Ph.D., VUT FAST Brno

Článek se věnuje aktuální a moderní problematice využití simulačních nástrojů v oblasti požární bezpečnosti staveb. V současné době i s ohledem na připravovanou kategorizaci staveb z hlediska požární bezpečnosti představují moderní metody tzv. požárního inženýrství směr, prostřednictvím kterého je možné posuzovat vybrané stavby dostatečně komplexním a spolehlivým způsobem. Jako v jiných oblastech, i zde je ovšem nutné přistupovat k novým výpočtovým metodám dostatečně kriticky, tzv. citlivostní analýza je klasickým příkladem tohoto takového postupu. Článek doporučuji k vydání.

 
 

Reklama

ZOBRAZIT PLNOU VERZI
© Copyright Topinfo s.r.o. 2001-2021, všechna práva vyhrazena.