stoica andrei-mihai - rezumat

ing. STOICA ANDREI – Rezumat teză de doctorat 2013 1

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor

TEZA DE DOCTORAT

Rezumat

Contribuţii Privind Evacuarea Fumului

din Clădirile de Tip Hipermarket

Doctorand

Ing. STOICA , P. ANDREI-MIHAI

Conducător ştiinţific

Prof. univ. dr. ing. Iolanda COLDA

BUCUREŞTI

2013


UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI

Facultatea de Inginerie a Instalaţiilor

Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a studiilor

universitare de doctorat de bursă atribuită prin proiectul strategic „Burse oferite

doctoranzilor în Ingineria Mediului Construit”, beneficiar UTCB, cod

POSDRU/107/1.5/S/76896, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional

Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale

Europene, din Bugetul Naţional şi cofinanţat de către Universitatea Tehnică de

Construcții București.

TEZA DE DOCTORAT

Rezumat

Contribuţii Privind Evacuarea Fumului

din Clădirile de Tip Hipermarket

Doctorand

Ing. STOICA , P. ANDREI-MIHAI

Conducător de doctorat

Prof. univ. dr. ing. Iolanda COLDA

BUCUREŞTI

2013


CUPRINS

1 Introducere

2 Actualitatea problemei; necesitatea studiului

2.1 Situaţia pe plan naţional

2.2 Situaţia pe plan internaţional

3 Fenomenul incendiu

3.1 Descrierea fenomenului

3.2 Parametrii incendiului

3.2.1 Căldura ca parametru de incendiu

3.2.2 Radiaţia flăcărilor ca parametru de incendiu

3.2.3 Fumul ca parametru de incendiu

3.3 Descrierea calitativă a fumului

3.3.1 Elementele gazoase din compoziţia fumului

3.3.2 Particule prezente în fum

3.3.3 Caracteristicile, formarea şi evoluţia particulelor de funingine

3.3.4 Caracteristicile, formarea şi evoluţia picăturilor de apă în fum

3.3.5 Caracteristicile optice ale fumului

3.3.6 Detectoarele de fum

3.4 Pericolele generate de fum

3.5 Efectele fumului asupra ocupanţilor

3.6 Principiul evacuării fumului din clădiri

3.7 Metode şi procedee de control ale fumului

4 Pana de fum

4.1 Consideraţii generale

4.2 Pana ideală

4.3 Ecuaţii ale penei bazate pe experimente

4.3.1 Pana lui Zukoski

4.3.2 Pana lui Heskestad

4.3.3 Pana lui McCaffrey

4.3.4 Pana lui Thomas

4.4 Linia penei de fum şi delimitările acesteia


5 Profilurile de presiune şi debitele de curgere în compartimentul de incendiu

5.1 Consideraţii generale

5.2 Cazul umplerii totale cu fum a încăperii incendiate

5.3 Cazul de stratificare a fumului

5.4 Caz special: evacuarea fumului şi gazelor fierbinţi prin tavan

5.5 Estimarea temperaturii stratului de fum

5.5.1 Metoda lui McCaffrey, Quintiere şi Harkleroad

5.5.2 Metoda lui Beyler - Compartiment închis

5.5.3 Metoda lui Foote, Pagni şi Alvares

5.5.4 Metoda lui Beyler şi Deal

5.6 Estimarea înălţimii stratului de fum

6 Studiul pe model fizic

6.1 Generalităţi privind studiul pe model al fenomenelor termice şi hidraulice

6.2 Metoda analizei dimensionale. Teorema produselor (Π)

6.3 Teoria similitudinii

6.4 Criteriile de similitudine

6.4.1 Criteriul Froude

6.4.2 Criteriul Reynolds

6.4.3 Criteriul Euler

6.4.4 Modelarea mişcării fumului

6.4.5 Modelarea panaşului

6.5 Studii realizate prin modelarea fizică

6.6 Descrierea modelului experimental

6.6.1 Standul experimental

6.6.2 Echiparea standului şi amplasarea punctelor de măsură pentru temperaturi.

6.6.3 Descrierea realizării studiului experimental

6.7 Rezultate obţinute şi interpretări

6.7.1 Fluxul termic degajat

6.7.2 Viteza aerului

6.7.3 Temperatura interioară

6.7.4 Debitul masic de aer

7 Modelarea numerică a evacuării fumului

7.1 Generalităţi

7.2 Modelul matematic


7.3 Ecuaţia de continuitate

7.4 Ecuaţia de conservare a impulsului

7.5 Ecuaţia de conservare a energiei

7.6 Ecuaţia de stare

7.7 Ecuaţiile de reacţie

7.8 Procedura de rezolvare a ecuaţiilor de conservare în modelul FDS

7.8.1 Conservarea masei şi transportul speciilor

7.8.2 Conservarea impulsului

7.8.3 Conservarea energiei

7.8.4 Ecuaţia de stare

7.8.5 Ecuaţia de reacţie

8 Studiul numeric privind propagarea incendiului şi a fumului

8.1 Generalităţi

8.2 Descrierea programului utilizat

8.2.1 Istoricul versiunilor

8.2.2 Utilizări preconizate

8.2.3 Parametrii de intrare

8.2.4 Datele de ieşire

8.3 Studii realizate prin modelarea numerică

8.4 Studii de caz

8.5 Rezultate obţinute şi interpretări

9 Concluzii şi contribuţii personale

9.1 Concluzii generale

9.2 Contribuţii personale

9.3 Direcţii de continuare a cercetărilor

10 Bibliografie

11 Anexa – Modelul numeric


Capitolul 1 - Introducere

Actualitatea tezei de doctorat“Contribuţii Privind Evacuarea Fumului din Clădirile de Tip

Hipermarket” este dată de numărul mare de construcţiile comerciale cu aglomerări de persoane ce se

află în plină expansiune în întreaga lume, precum şi de complexitatea proceselor de evacuarea a

fumului din astfel de clădiri.

Gradul înalt de dificultate în cercetarea propusă de teză este dat de caracterul interdisciplinar

al fenomenelor ce au loc pe parcursul dezvoltării unui incendiu într-o clădire, de la producerea penei

de fum, până la evacuarea sa din clădire. Astfel, studiul fenomenelor ce trebuie analizate necesită

cunoştinţe din domenii variate ale ingineriei, precum hidraulică, termodinamică şi energetică, dar şi

cunoştinţe din chimie, studiu dimensional şi modelare numerică.

Principalul obiectiv al tezei de doctorat este analiza influenţei parametrilor interiori şi

exteriori asupra sistemelor de evacuare naturală a fumului şi a gazelor fierbinţi produse în timpul

unui incendiu într-o clădire de tip hipermarket. În ultimii ani, clădirile de tip hipermarket au fost

construite în majoritatea zonelor urbane pentru a satisface nevoile populaţiei, devenind astfel zone

frecventate tot mai des.

În cazul producerii unui incendiu cele mai semnificative pericole sunt constituite de emisiile

de căldură, fum şi gaze fierbinţi. Este demonstrat practic că numărul de victime datorat intoxicării cu

fum şi gaze toxice este mult mai mare decât al victimelor care au suferit arsuri.

Timpul de evacuare a oamenilor dintr-o clădire incendiată este calculat de pompierii în

secunde. Focul se propagă rapid, însă fumul se propagă mai rapid ca focul. Reacţia evidentă la

incendiu este salvarea prin fugă, însă este greu să fugi din clădiri extinse. Pentru aceste situaţii

sistemele de evacuare a fumului şi a gazelor fierbinţi trebuie să asigure timpul şi protecţia necesară.

Capitolul 2 – Actualitatea problemei; necesitatea studiului descrie stadiul tehnic actual pe

plan naţional şi internaţional.

În ultimii ani protecţia şi lupta contra incendiilor au căpătat o mare importanţă în întreaga

lume prin necesitatea îndeplinirii cerinţei esenţiale de performanţă „securitatea la incendiu” la

proiectarea, executarea şi exploatarea construcţiilor şi instalaţiilor.

Un criteriu important în aprecierea performanţei la foc a construcţiilor o reprezintă fumul şi

gazele fierbinţi ca produse ale arderii, având un impact devastator atât pentru construcţii, prin

efectele sale corozive cât şi pentru utilizatori şi forţele de intervenţie, prin opacitatea, toxicitatea şi

potenţialul termic ridicat purtată de acesta.

În prezent în ţară documentele de referinţă privind proiectarea construcţiilor din punct de

vedere al siguranţei şi rezistentei la foc, bazate pe prescripţii şi nu pe "performanţe", s-au dovedit

limitate.

Există puţine ghiduri tehnice care utilizează calcule bazate pe timp pentru a da relaţii

importante între timpul necesar pentru evacuare şi timpul disponibil pentru evacuare. Norma de

evacuare a fumului şi gazelor fierbinţi, EN 12101 Sisteme de control al fumului şi gazelor fierbinţi

aprofundează numai în această direcţie, prin calcule matematice avansate şi experienţe de laborator

naturale sau simulate, elaborând astfel primele norme armonizate. Singurul act normativ care se

concentrează asupra unei categorii precise de construcţii este NP 127/2009 specific parcajelor

subterane.

Deoarece în prezent nu există o bază legală normată, completă şi unitară, în ultimi ani, au

fost întreprinse cercetări ample în vederea fundamentării unei noi concepţii privind proiectarea

construcţiilor din punct de vedere al siguranţei la foc. Există o activitate intensă în întreaga lume


pentru reformarea reglementărilor vizând incendiul, către o strategie a siguranţei la foc bazată pe

coduri de performanţă la foc opuse codurilor normative. Aceasta activitate este impulsionată de

nevoia de a avea metodologii mai flexibile de proiectare a clădirilor şi mai puţin costisitoare, în

special pentru clădirile mari, fără a scădea nivelul de siguranţă.

Unele ţări au elaborat deja coduri de siguranţă la foc bazate pe principii inginereşti, cum ar

fi: Australia, Marea Britanie, Japonia, Suedia, Noua Zeelandă.

Capitolul 3 – Fenomenul incendiu prezintă fenomenologia iniţierii şi dezvoltării incendiului

alături de parametrii săi, şi anume căldura produsă şi degajată în timpul incendiului, procesele de

degradare termică din timpul arderii şi caracteristicile fumului produs împreună cu pericolele

generate şi efectele asupra ocupanţilor.

Studiul incendiului arată modul în care se desfăşoară procesele chimice şi procesele de

transfer de masă şi căldură în timpul unui incendiu. Cu alte cuvinte, prezintă procesele de pornire,

propagare şi dezvoltare ale unui incendiu.

Incendiul poate fi definit ca o ardere ce se desfăşoară fără control în timp şi spaţiu şi în urma

căruia se înregistrează pierderi materiale şi pericole pentru oameni.

Pentru producerea unui incendiu este necesar şi suficient ca trei elemente să fie prezente şi

anume: materialul combustibil, oxigenul din aerul înconjurător şi sursa de aprindere.

O reprezentare grafică a variaţiei temperaturii în raport cu timpul este descrisă de curba

dezvoltării clasice a unui incendiu de compartiment cu o cantitate limitată de combustibil. Se poate

observa că din momentul aprinderii temperatura creşte până la faza de dezvoltare completă. Aceasta

este zona care a prezentat interes pentru lucrarea de faţă, şi pentru care s-au făcut toate cercetările ce

urmează. Cu cât este mai mare cantitatea de material combustibil, nivelul energiei continuă să

crească până când tot materialul combustibil este ars complet. După ce combustibilul este ars

complet, nivelul de energie începe să scadă. Cheia este oxigenul disponibil care se amestecă cu

gazele de ardere (combustibilul) completând astfel triunghiul incendiului şi generarea energiei.

Fig. 1. Curba dezvoltării clasice a unui incendiu

Arderea substanţelor şi materialelor combustibile are loc numai în faza gazoasă, indiferent

dacă acestea sunt solide sau lichide. Substanţele combustibile se comportă în prima fază în mod

diferit, consumând cantităţi inegale de energie termică. Astfel, în faza iniţială, materialele

combustibile solide utilizează căldura pentru asigurarea desfăşurării proceselor de topire, distilare

sau sublimare; în cazul topirii, se observă că este nevoie de un aport suplimentar de energie termică

în scopul asigurării procesului de evaporare. Aşa se explică motivul pentru care materialele

combustibile solide se aprind şi ard, în general mai greu decât lichidele sau gazele.


Produsele de ardere şi de descompunere care rezultă pe timpul incendiului sunt în general,

flăcări, o serie de gaze ca produse de ardere şi părţi componente ale fumului.

Atunci când vorbim de incendiu, ştim că fumul este unul dintre produsele de ardere prezent

încă din primele momente ale iniţierii unui incendiu. Particulele din componenţa fumului apar fie ca

urmare a reacţiilor de degradare termică şi combustie, fie sunt aerosoli din aerul ambiental antrenaţi

în flăcări şi în mediul gazos în timpul arderii.

Analiza fumului este importantă deoarece acesta este parametrul incendiului care afectează

cel mai uşor oamenii, se răspândeşte mult mai rapid comparativ cu incendiul şi este de asemenea

parametrul care declanşează sistemele de protecţie contra focului prin depistarea lui de către centrala

de detecţie.

Reacţiile faţă de incendii şi fum, sunt diferite de la individ la individ, în funcţie de

particularităţile fizico-psihice ale fiecăruia.

Particulele de fum se pot localiza pe căile respiratorii, provocând simptome de ameţeală şi

vomă. În lipsa oxigenului, victima incendiului intră în stări euforice, comportându-se într-o manieră

iraţională sau ineficace.

În compoziţia fumului intră şi gazele de ardere, deseori cu efecte extrem de nocive. Oxidul

de carbon, având pentru hemoglobina din sânge o afinitate de 300 ori mai mare decât oxigenul,

formează carboxihemoglobina, compus ce induce modificări psiho-motrice fatale. Dioxidul de

carbon produce moartea prin asfixiere, la concentraţii sub 20%, iar la concentraţii mici (3-10%),

produce dureri de cap, congestie cerebrală, reducerea capacităţii auditive. Hidrogenul sulfurat atinge

sistemul nervos central, înainte de a provoca edemul pulmonar.

Tot mai des utilizate în ultimul timp, masele plastice degajă prin ardere gaze toxice sau

corozive. Alături de fosgen, amoniac, formaldehidă, îndeosebi acidul clorhidric produce simptome

de sufocare şi afectează sistemul pulmonar, având în acelaşi timp un efect coroziv.

Specifică oricăror spaţii cu mare densitate de oameni este posibilitatea de apariţie a panicii,

care poate avea urmări deosebit de grave chiar în condiţiile în care incendiul are proporţii reduse,

nepunând în pericol real viaţa persoanelor din clădire.

Capitolul 4 – Pana de fum, prezintă ecuaţiile inginereşti bazate pe experimente ce descriu

pana de fum împreună cu delimitările acesteia pornind de la ipoteza unei pene ideale. Sunt descrise

astfel metodele de calcul a temperaturii, vitezei şi a fluxului de masă produs în cazul unui incendiu.

Pe măsură ce gazele fierbinţi care se degajă din focar se ridică, se amestecă cu aerul rece

formând pana de fum, iar acest amestec dintre gazele de ardere, produsele de combustie şi aer ajunge

la tavanul compartimentului, unde începe să se extindă radial sub forma unui jet la tavan, formând

stratul de gaze fierbinţi (stratul de fum). Amestecul are loc datorită diferenţelor de temperatură (deci

a diferenţelor de densitate) create între gazele fierbinţi din pană şi aerul din încăpere. Multe aplicaţii

în domeniul securităţii la incendiu pornesc de la estimarea proprietăţilor stratului de gaze fierbinţi şi

creşterea grosimii acestuia sub tavan, de aceea aceasta a făcut obiectul studiului multor cercetări.

Studiul penei de fum este important deoarece descrie modul în care fluxul de căldură degajat

în timpul unui incendiu determină proprietăţile stratului de gaze de sub tavan, şi care trebuie

înlăturat de către sistemul natural de evacuare. Studiul penei de fum a fost realizat în vederea

determinării factorilor determinanţi care vor sta la baza studiului de model.

În Capitolul 5 – Profilurile de presiune şi debitele de curgere în compartimentul de

incendiu sunt descrise profilele de presiune şi fluxurile de evacuare a fumului şi intrare a aerului


proaspăt pentru o încăpere incendiată cu goluri de ventilare. Apoi sunt prezentate diferite metode

experimentale de calcul pentru estimarea înălţimii şi temperaturii stratului de fum.

Un caz special este reprezentat de evacuarea fumului prin tavan. În figura de mai jos se

prezintă o incintă cu înălţimea H este plină cu fum în partea superioară până la înălţimea HD, iar

planul neutru de presiune este situat la înălţimea HN. Debitul masic al gazelor fierbinţi iese din

spaţiul incendiat doar prin deschiderea din tavan cu suprafaţa Ac, iar debitul de aer intră doar prin

deschiderea amplasată lângă pardoseală cu aria Al. Diferenţa de presiune la nivelul deschiderii din

tavan este constantă şi este notată cu ΔPc, iar diferenţa de presiune la nivelul deschiderii inferioare

este constantă şi dată de ΔPl.

Fig. 2. Evacuarea fumului prin tavan [3]

Se pleacă de la ipoteza că debitul masic de aer ce intră prin deschiderea inferioară, , este

egal cu debitul masic a gazelor fierbinţi ce ies din cameră prin deschiderea din tavan, . Prin

expresiile date pentru debitul masic ce intră şi ce iese din încăpere se poate determina diferenţa de

presiune prin deschidere şi viteza de curgere.

În practică înălţimea liberă de fum, HD , cel mai des este un criteriu de proiectare (ca

exemplu, înălţimea stratului de fum trebuie să fie peste 2 m faţă de pardoseala incintei), iar

densitatea gazelor fierbinţi, ρg, sau temperatura gazelor fierbinţi, Tg, se deduce cu ajutorul unor

formule empirice propuse de diverşi cercetători.

Capitolul 6 – Studiul pe model fizic. În cea de a doua parte a tezei sunt descrise metodele de

studiu pe model al fenomenelor termice şi hidraulice, metoda analizei dimensionale, teoria

similitudinii şi sunt prezentate principale criterii de similitudine aplicabile modelării evacuării

fumului. Tot aici este arătat stadiul actual al cercetării în domeniul modelării fizice în domeniul

studiat, este propus un model de ventilaţie aplicabil în domeniul cercetat, este descris standul

experimental şi metodologia de efectuare a testelor, apoi sunt verificate rezultatele experimentale şi

comparate cu rezultatele obţinute prin simulare numerică efectuată cu programul de simulare a

incendiilor FDS.

Metoda cercetării pe model cuprinde o bază teoretică şi o bază tehnologică, experimentală.

Baza teoretică constă în teoria proiectării modelelor şi în teoria prelucrării datelor experimentale în

scopul generalizării rezultatelor, ambele fundamentate în principial pe teoria similitudinii.

Astfel, studiul s-a realizat iniţial prin trecerea în revistă a cercetărilor efectuate în domeniul

modelării la scară a incendiilor. În majoritatea lucrărilor din literatura de specialitate s-a putut

observa utilizarea criteriului lui Froude ca fiind determinant în descrierea fenomenului. Unul din

avantajele modelării după criteriul Froude este acela că atât temperatura cât şi densitatea sunt

aceleaşi în model şi în natură. De asemenea, toţi coeficienţii de scară pentru mărimile care

caracterizează fenomenul sunt reductibili la scara geometrică la diferite puteri, iar numărul Reynolds


nu se ia în considerare deoarece fenomenul prezintă o turbulenţă dezvoltată iar fenomenele vâscoase

sunt neglijabile.

S-a putut observa faptul că în exemplele din literatură, în care s-a realizat modelarea după

criteriul Froude, înălţimea compartimentelor este mare, peste 20 m, iar acesta descrie doar

dezvoltarea panaşului pe verticală. În plus fenomenele de ventilaţie nu sunt surprinse. Înălţimea unei

clădiri de tip hipermarket este mică în comparaţie cu suprafaţa. Pentru realizarea unui studiu al

ventilaţiei pe model care să surprindă fenomenele de ventilaţie interioară datorate efectului termic

produs prin convecţie şi radiaţie de arderea materialelor s-a utilizat un model în care criteriul

determinant exprimă debitul de aer în funcţie de diferenţa de temperatură între introducere şi

evacuare.

Sensul fizic al acestui criteriu este acela că el exprimă raportul dintre energia aerului introdus

şi al curenţilor convectivi.

Pentru modelul pe care a fost realizată modelarea fizică a incendiului, relaţiile între

parametrii sunt prezentate în tabelul următor.

Mărimea fizică Relaţia pentru scara de

modelare

Scara

utilizată

1/25

1 Sarcina termică degajată

l

= 0.0016

2 Viteza aerului l = 0.36

3 Diferenţa de temperatură

l

= 2.92

4 Debit masic de aer l

= 0.0006

Tab. 1. Scara mărimilor fizice

Modelul utilizat încearcă să reproducă la scară un complex comercial cu o lungime de 60 m,

lăţime 50 m şi înălţime de 8 m. Scara aleasă pentru realizarea modelului experimental este 1/25.

Pentru construirea modelului s-au folosit plăci de ghips carton rezistent la foc şi panouri acrilice cu

grosimea de 3 mm, cunoscute şi sub denumirea de plexiglas. Acestea din urmă au fost alese

deoarece prin ele se pot observa cu uşurinţă fenomenele din experiment şi se pot fotografia.

Datorită înălţimii reduse a standului, acesta a fost construit pe o platformă înaltă de 1000

mm. Platforma a fost realizată din stâlpi dreptunghiulari de lemn cu secţiunea de 100x100 mm şi a

fost asamblat prin unirea la îmbinări utilizând cornier de oţel şi şuruburi.

Modelul reprezintă un compartiment cu dimensiunile interioare de 2400 mm lungime, 2000

mm lăţime şi 320 mm înălţime, cu o uşă amplasată pe peretele din faţă. Uşa, ce reprezintă secţiunea

de intrare a aerului are deschiderea de 160 mm lăţime şi 100 mm înălţime. Camera este prevăzută cu

16 orificii dreptunghiulare practicate în tavan, cu dimensiunea de 40x60 mm, prin care se realizează

evacuarea naturală a fumului şi a gazelor fierbinţi.


Fig. 3. Standul experimental

Combustibilul utilizat în model este motorina. Arzătorul folosit are dimensiunile de

160x40mm. Cantitatea de combustibil a fost măsurată la începutul experimentului şi la sfârşitul

arderii pentru a se determina cantitatea totală consumată. Astfel, puterea termică eliberată [kW] în

timpul experimentului este calculată în funcţie de consum, care este proporţional cu suprafaţa liberă

de ardere. Se poate observa cu uşurinţă faptul că sarcina termică a incendiului este aproximativ

constantă şi are o valoare cuprinsă între 2.57 kW.

Folosind relaţiile de transformare la scară rezultă că un incendiu la scară naturală trebuie să

aibă sarcina termică de 1600 kW, ceea ce reprezintă pentru o suprafaţă de 4 m2 un incendiu cu

sarcina de 400 kW/m2.

Pentru măsurarea temperaturilor, camera a fost echipată cu două dispozitive echipate cu câte

5 termocupluri de tip K (Cr-Al), cu domeniul de măsurare intre (0÷100)°C, cu precizia ±0.5°C.

Acestea au fost amplasate pe direcţia incendiului, la 200 mm distanţă faţă de peretele din

spate şi în centrul camerei, aşa cum se poate observa în figura următoare.

Fig. 4. Instrumentarea standului experimental

Pentru măsurarea vitezei aerului în experimente s-a utilizat un anemometru cu fir cald model

Lutron YK-2005 AH, cu un domeniu de măsurare de 0 … 20.00 m/s şi o rezoluţie de 0.1 m/s.

Deoarece aparatura nu permite salvarea datelor într-un fişier pentru prelucrare ulterioară, ci numai

vizualizarea în timp real cu un timp de răspuns de aproximativ 1 secunda, înregistrarea datelor s-a

făcut în paralel cu achiziţia valorilor furnizate de termocupluri. Temperatura aerului la intrarea în

stand este măsurată de senzorul de temperatură al anemometrului utilizat pentru măsurarea vitezei

aerului introdus.


Au fost realizate un număr de 5 teste după cum urmează:

Experimentul nr. 1 – fără ventilaţie, sursa de căldură amplasată în dreptul gurii de admisie a

aerului proaspăt. Deoarece testul s-a realizat fără ventilaţie, scopul acestuia a fost

- observarea cantităţii de fum degajate în timpul arderii;

- estimarea sarcinii termice a sursei de căldură;

- verificarea funcţionării aparaturii de măsură utilizate;

- determinarea temperaturilor maxime înregistrate în compartimentul studiat;

- stabilirea paşilor de urmat pentru realizarea corectă şi precisă a următoarelor teste cu

ventilaţie.

Experimentul nr. 2 – cu ventilaţie, sursa de căldură amplasată în dreptul gurii de admisie a

aerului proaspăt. Pentru realizarea ventilaţiei naturale, în plafonul compartimentului au fost decupate

16 guri de evacuare cu dimensiunile de 40x60 mm. Acestea au fost menţinute libere de la începutul

testului, precum şi gura de admisie a aerului proaspăt.

Experimentul nr. 3 – cu ventilaţie, sursa de căldură amplasată în dreptul gurii de admisie a

aerului proaspăt. Testul s-a realizat în aceleaşi condiţii ca cel precedent, iar pentru observarea

coborârii pernei de fum a fost montată în interiorul standului o riglă gradată la fiecare 40 mm.

Experimentul nr. 4 – cu ventilaţie, sursa de căldură amplasată departe de gura de admisie a

aerului proaspăt. În acest test sursa de căldură a fost introdusă în partea dreaptă a standului. Pentru a

introduce recipientul cu motorină a fost realizat un decupaj care a fost acoperit imediat după ce sursa

de căldură a fost amplasată pe poziţie.

Experimentul nr. 5 – cu ventilaţie întârziată, sursa de căldură amplasată în partea opusă gurii

de admisie a aerului proaspăt. Pentru deschiderea întârziată a trapelor de evacuare a fumului, iniţial

acestea au fost acoperite. Odată cu începerea testului, s-a pornit cronometrul. La 40 de secunde de la

pornirea testului au fost eliberatele gurile de evacuare. S-a putut observa o creştere rapidă a vitezei

în dreptul gurii de admisie a aerului proaspăt.

În testele realizate au fost simulate cazurile unui incendiu localizat în diferite poziţii în raport

cu golul de admisei a aerului din exterior. Rezultatele obţinute experimental au fost comparate cu

cele obţinute prin modelarea pe calculator prin modelarea la scară reală a unui incendiu cu o sarcină

termică de 1600 kW şi transformate utilizând scări de transformare.

Fig. 5. Comparaţie între vitezele obţinute experimental şi cele calculate utilizand programul FDS


Aşa cum se poate observa în graficele de mai sus, prin aplicarea coeficientului de

transformare la scară a vitezei înregistrate în dreptul gurii de admisie a aerului proaspăt, valorile

obţinute sunt comparabile cu cele generate de programul FDS. Deoarece valorile vitezelor sunt

relativ mici, de ordinul zecimilor, iar aparatura de măsură nu a permis înregistrarea unor măsurători

mai fine, s-a utilizat o aproximare de tip logaritmic (trendline).

S-a putut observa o bună corelare şi între debitele de ventilaţie înregistrate pe modelul şa

scară redusă şi cele obţinute prin modelarea numerică. În ceea ce priveşte temperaturile, valorile

generate de programul de calcul variază cu o amplitudine mult mai mare decât cele înregistrate pe

model. Rezultatele experimentale au avut valori apropiate de cele obţinute numeric în cazurile în

care sursa de căldură este amplasată în dreptul gurii de introducere a aerului.

Capitolul 7 – Modelarea numerică a evacuării fumului, tratează ecuaţiile generale de

conservare şi de stare ce compun modelul matematic alături de ecuaţiile de reacţie ce descriu arderea

şi procedura de rezolvare a acestora.

Pentru modelarea incediului se utilizează o formă aproximată a ecuaţiilor Navier-Stocks

specific aplicaţiilor cu număr Mach mic. Aproximarea presupune filtrarea şi eliminarea undelor

acustice permiţând variaţii mari de temperatură şi presiune. Acestea dau ecuaţiilor un caracter

eliptic, potrivit proceselor de convecţie termică cu viteză redusă. În practică, înseamnă că presiunea

calculată într-un punct din spaţiu p(x,y,z), este înlocuită cu o presiune medie , care este

funcţie doar de timp şi înălţime. În ceea ce priveşte ecuaţia de reacţie din timpul combustiei, aceasta

descrie o reacţie simplă, într-o singură etapă, între combustibil şi oxigen.

Capitolul 8 – Studiul numeric privind propagarea incendiului şi a fumului, descrie

programul de calcul Fire Dynamics Simulator (FDS) utilizat în studiul numeric, precum şi

principalele caracteristici ale acestuia. Tot în acest capitol este descris stadiul actual al cercetării în

domeniul modelării numerice a evacuării fumului şi sunt prezentate unele lucrări studiate şi

rezultatele obţinute în acestea. Smokeview este un program de vizualizare separat care este utilizat

pentru a crea o interfaţă grafică ce afişează rezultatele unei simulări şi produce animaţii pe ecranul

computerului.

Studiu pe model matematic încearcă să determine modul în care sistemul natural de evacuare

a fumului produs în cazul unui incendiu într-o clădire de tip hipermarket şi sistemul de detecţie care

acţionează deschiderea trapelor este influenţat de variaţia parametrilor exteriori, cum ar fi

temperatura şi de cea a parametrilor interiori, precum sarcina termică sau localizarea incendiului. Se

încearcă determinarea situaţiilor cel mai puţin favorabile şi a importanţei dimensionării

corespunzătoare a întregului sistem încă din faza de proiectare, pentru menţinerea unei înălţimi

libere de fum suficient timp, astfel încât evacuarea ocupanţilor clădirii şi intervenţia serviciilor de

urgenţă profesioniste să se facă în condiţii de siguranţă.

Pentru modelarea numerică au fost luate în calcul următoarele considerente rezultând astfel

32 cazuri simulate:

a) Variaţia temperaturii exterioare: te = -15, 0, 15 şi 30oC

b) Variaţia sarcinii termice a incendiului: Q = 500 W/m2 şi Q=1500 W/m

2

c) Localizarea incendiului în patru zone de referinţă

Când un incendiu izbucneşte, fumul se ridică către tavan datorită diferenţelor de temperatură.

Atunci când fumul ajunge la tavan, are loc fenomenul numit jet de tavan. Astfel, fumul se

răspândeşte de-a lungul tavanului în toate direcţiile acoperindu-l în totalitate. În timpul incendiului,

aerul proaspăt de compensare este introdus prin cele două uşi din faţă cu viteze de 1-3 m/s. Fig. 6

prezintă distribuţia de viteze instantanee după 300 s.


Fig. 6. Distribuţia de viteze instantanee

În Fig. 7 se prezintă influenţa localizării incendiului asupra timpului necesar pentru

acţionarea sistemului de evacuare. Cu o singura excepţie, pentru ambele sarcini termice de 500

kW/m2, respectiv 1500 kW/m

2, se poate observa că localizarea incendiului nu prezintă o influenţă

majoră asupra timpului de reacţie a sistemului. Excepţia o prezintă testele 13-16, când incendiul este

localizat în partea laterală faţă a clădirii, în apropierea uşilor de introducere a aerului de compensare.

O explicaţie poate fi faptul că temperatura aerului exterior influenţează mai mult o sarcină termică

mai mică.

Fig. 7. Comparaţie între timpii de deschidere a trapelor de evacuare

Aşa cum se poate observa în Fig. 8, influenţa temperaturii exterioare asupra timpului de

deschidere a trapelor nu este dependentă de localizarea incendiului, cu excepţia cazului menţionat

mai sus. Pentru o variaţie a temperaturii exterioare de ΔT = 45 oC, timpul de deschidere este afectat

în mică măsură, mai ales în cazul în care incendiul are un flux termic mare, cu Δt = 10 s.

500 kW/m2


Fig. 8. Temperatura interioară după 300 s de la începerea arderii

În cazul debitului de fum evacuat, din Fig. 9 rezultă faptul că sarcina termică a incendiului

nu modifică parametrii de funcţionare a sistemului de evacuare, în condiţiilor unor parametri

exteriori constanţi. Altfel spus, dimensionarea corectă încă din fază de proiectare este absolut

necesară, deoarece puterea termică a incendiului nu influenţează debitul de fum evacuat. Un

incendiu în care produsele de ardere au o rată mare de producere va afecta mai puternic parametrii

interiori ai clădirii incendiate. Temperatura exterioară prezintă un interes crescut asupra debitului de

fum evacuat doar pentru valori scăzute, chiar negative. Astfel, variaţia temperaturilor exterioare mai

mari de 15 oC nu mai modifică semnificativ debitul de fum evacuat.

Fig. 9. Variaţia debitului de fum evacuat în raport cu temperatura

exterioară şi fluxul termic al incendiului

Rezultatele obţinute au arătat că eficienţa sistemului natural de evacuare a fumului este

dependentă în cea mai mare parte de dimensionarea corespunzătoare a acestuia încă din faza de

proiectare, iar variaţia parametrilor interni prin modificarea fluxului termic al incendiului şi a

1500 kW/m2


localizării focarului în raport cu golul de ventilare prin care se face aportul de aer proaspăt nu are o

influenţă semnificativă asupra cantităţii de fum evacuate. Însă, diferenţa de presiune generată de

temperatura exterioară poate modifica performanţele sistemului cu până la 260%.

Astfel, cazul cel mai nefavorabil pentru determinarea timpului de detecţie a fumului este

acela al unui incendiu ce are loc în apropierea golului de admisie a aerului, în cazul unor temperaturi

exterioare scăzute. Pe lângă timpul mare de pornire a sistemului de ventilaţie, temperatura tavanului

răceşte stratul de fum, accelerând coborârea acestuia către căile de evacuare.

Pe de altă parte, temperaturile exterioare ridicate micşorează timpul de declanşare a

sistemului de ventilaţie şi menţine stratul de fum la o temperatură suficient de ridicată pentru a putea

fi evacuat. Totuşi, diferenţa de temperatură este mai mică, iar debitul de fum evacuat este de

asemenea mai mic.

Capitolul 9 – Concluzii şi contribuţii personale. În contextul în care legislaţia în domeniul

securităţii la incendiu are nişte limite, pe plan naţional şi internaţional au fost iniţiate cercetări,

aceste făcându-se pe mai planuri, de la analiza fenomenului până la studierea pe model şi elaborarea

de coduri de calcul numeric specifice.

În experimentele realizate au fost simulate cazurile unui incendiu localizat în diferite poziţii

în raport cu golul de admisei a aerului din exterior. Rezultatele obţinute experimental au fost

comparate cu cele obţinute prin modelarea pe calculator. Prin modelarea la scară a unui incendiu cu

un flux termic de 1600 kW s-a putut observa o bună corelare între debitele de ventilaţie înregistrate

pe model şi cele modelate numeric. În ceea ce priveşte temperaturile, acestea au avut rezultate

apropiate de cele obţinute numeric în cazurile în care sursa de căldură este amplasată în dreptul gurii

de introducere a aerului.

Au fost investigate 32 de simulări care au urmărit determinarea influenţei temperaturii

exterioare asupra sistemului natural de evacuare a fumului produs în cazul unui incendiu într-o

clădire de tip hipermarket, ţinând cont de localizarea şi fluxul termic al incendiului.

Sistemul de detecţie a fumului, care porneşte sistemul natural de evacuare prin deschiderea

golurilor de ventilaţie, este sensibil la modificarea oricăror parametrii amintiţi mai sus. Astfel,

timpul de reacţie a sistemului este proporţional cu fluxul termic al incendiului, un flux mai puternic

determinând un timp de reacţie mai scurt. Ţinând cont de faptul că senzorii sunt amplasaţi la nivelul

tavanului, temperaturile atmosferice scăzute au o influenţă negativă asupra acestora, mărind timpul

de declanşare, prin răcirea stratului de fum ce se formează în partea superioară a clădirii. De

asemenea, pana de fum ce se formează în cazul incendiilor ce au loc în apropierea golului de

introducere a aerului din exterior (unde temperatura curentului de aer o poate influenţa) este mai

“slabă”, având o densitatea mai mică şi o influenţă mai scăzută asupra senzorilor de fum.

9.2 Contribuţii personale

Pentru atingerea obiectivelor propuse în teză, au fost aduse o serie de contribuţii, dintre care

se pot menţiona următoarele:

realizarea unui studiu aprofundat al analizei problematicii incendiului şi a riscurilor generate

de acesta;

proiectarea şi realizarea unui stand experimental, pentru modelarea fizică a ventilaţiei într-o

clădire de tip hipermarket în cazul producerii unui incendiu; prin această acţiune se

relansează studiul pe model fizic, la care în ultimul timp s-a renunţat urmare a dezvoltării

tehnicii de calcul;


instrumentarea standului cu aparate de măsură a temperaturii şi a vitezei aerului, care au fost

înregistrate pe toată durata experimentelor;

vizualizarea şi analizarea evoluţiei fenomenului, de la formarea penei şi a stratului de fum şi

gaze fierbinţi în spaţiul incendiat până la evacuare;

compararea rezultatelor obţinute experimental cu cele obţinute în simulările numerice

utilizând programul FDS.

modelarea numerică a principalelor procese ce caracterizează mişcarea fumului şi gazelor

fierbinţi în clădiri de tip hipermarket incendiate utilizând programul de calcul FDS;

realizarea unor studii de caz prin modificarea parametrilor interiori şi exteriori care pot

influenţa sistemul natural de ventilaţie şi timpul de declanşarea a senzorilor de fum care

echipează clădirile;

identificarea influenţei temperaturilor exterioare, a fluxului termic al incendiului şi a

localizării acestuia într-o clădire de tip hipermarket asupra sistemului natural de evacuare a

fumului şi a gazelor fierbinţi produse în timpul unui incendiu.

9.3 Direcţii de continuare a cercetărilor

Pornind de la modelul fizic propus pentru simularea evacuării fumului din clădirile de tip

hipermarket se pot continua studiile prin urmărirea fazelor de dezvoltarea a incendiului şi

determinare a înălţimii stratului de fum necesar pentru păstrarea liberă a căilor de evacuare a

utilizatorilor clădirii. Ţinând cont de faptul că o dimensionare corectă a sistemului de evacuare încă

din faza de proiectare este deosebit de importantă, se poate determina modul în care modificarea

dimensiunii golurilor de ventilaţie influenţează înălţimea liberă de fum.

Studiile pe modele fizice la scară redusă, mai uşor de perceput şi vizualizat pot fi dezvoltate

pentru investigarea unor aspecte particulare ale fenomenelor sau pentru găsirea soluţiilor la clădirile

cu grad mare de repetabilitate sau pentru clădiri unicat de mare importanţă.

Modelarea numerică poate fi utilizată în continuare pentru clădiri comerciale cu forme mai

complexe, care pot include zonele de restaurante şi galerii comerciale, dar şi influenţa asupra penei

de fum, a zonelor unde sunt păstrate produsele reci.

Perspectivele de continuare ale cercetării decurg din rezultatele obţinute şi din interesul pe

care îl prezintă domeniul investigat; astfel se deschid noi posibilităţi de analiză a sistemelor de

evacuare a fumului, pentru alegerea rapidă a unei soluţii eficiente, pentru evaluarea economică a

soluţiei.

Capitolul 10 – Bibliografie prezintă referinţele utilizate în lucrare, după cum urmează:

[1] Legea nr. 307 din 2006 privind apărarea împotriva incendiilor, publicată în Monitorul Oficial,

Partea I nr. 633 din 21/07/2006.

[2] “Normativul de siguranţă la foc a construcţiilor, indicativ P118-1999”, publicat în Buletinul

Construcţiilor nr. 7, Ministerul Dezvoltării, Lucrărilor Publice şi Locuinţelor, Institutul

Naţional de Cercetare-Dezvoltare în Construcţii şi Economia Construcţiilor Bucureşti, 1999.

[3] O. Susan, “Contribuţii privind evacuarea fumului din clădiri incendiate” Universitatea

„Politehnica” din Bucureşti, Teză de doctorat, 2010.

[4] O. Susan, V. Panaitescu, “The principal risks caused by the fire”, University “Politehnica” of

Bucharest, Scientific Bulletin, ISSN 1454-234x, Series C, vol. 69, no. 4, pp. 557-564, 2007.

[5] I. Zgavarogea, “Contribuţii teoretice şi experimentale la ventilarea incintelor cu pericol de

foc”, Universitatea Tehnică de Construcţii din Bucureşti, Teză de doctorat, 2002.


[6] ISO/TR 13387 (toate părţile - 8), „Fire Safety Engineering – FSE” International Standards

Organization, Geneva 1996.

[7] C. Zamfir, Ş. Ventilă, S. Calotă, I. Voiculescu, „Securitatea la incendiu în reglementări

europene şi româneşti”, Editura Fast-Print, Bucureşti, 2004 Universitatea Tehnică de

Construcţii din Bucureşti, Teză de doctorat, 2002.

[8] I. Zgavarogea “Contribuţii teoretice şi experimentale la ventilarea incintelor cu pericol de foc”,

[9] R. Harrison, M. J. Spearpoint, “Smoke management issues in buildings with large enclosures”,

Fire Australia 2006, Melbourne, november, 2006.

[10] K. Y. Li, R. Huo, J. Li, B. B. Ren, “Experimental investigation on drag effect of sprinkler

spray to adjacent horiyontal natural smoke venting”, Journal of Hazardous Materials, vol. 174,

pp. 512 – 521, 2010.

[11] R. S. Miller, D. Beasley, “On stairwell and elevator shaft pressurization for smoke control in

tall buildings”, Building and Environment, International Journal, vol. 44, pp. 1306 - 1317,

2009.

[12] X. Q. Sun, L. H. Hu, Y. Z. Li, R. Huo, W. K. Chow, N. K. Fong, G. C. H. Lui, K. Y. Li,

“Studies on smoke movement in stairwell induced by an adjacent compartment fire”, Applied

Thermal Engineering, International Journal, vol. 29, pp. 2757 – 2765, 2009.

[13] L. Wang, J. G. Quintiere, “An analysis of compartment fire doorway flows”, Fire safety

Journal, vol. 44, pp. 718 – 731, 2009.

[14] V. Cublesan, “Propagarea arderii la materialele combustibile solide în interiorul incintelor”,

Universitatea Tehnică de Construcţii din Bucureşti, Teză de doctorat, 2011.

[15] SR-EN 12101 (toate părţile - 10), Sisteme pentru controlul fumului şi gazelor fierbinţi.

[16] UNI VVF 9494, Evacuarea fumului şi căldurii, caracteristici, dimensionare şi probe, Normă

Italiană, 2002.

[17] DIN 18232, Normă Germană, Instalaţii de aspiraţie a fumului şi căldurii, 2007.

[18] S. Kerber, W.D. Walton, “Effect of positive pressure ventilation on a room fire”, NISTIR

7213, march 2005;

[19] G.D. Lougheed, P.J. McBride and D.W. Carpenter, “Positive pressure ventilation for high-rise

buildings”, NRC-CNRC Research, Institute for Research in Construction National Research

Council, Canada, 2002.

[20] http://www.nist.gov/fire/fire_behavior.cfm (accesat în februarie 2013).

[21] S. Manuel, Sisteme de detecţie şi alarmă la incendiu, Editura Ministerului Administraţiei şi

Internelor, 2009.

[22] T. Şerbu, I. Matea – Instalaţii automate de semnalizare a incendiilor, Ministerul Industriei

Chimice şi Petrochimice.

[23] W. D. Walton, P. H. Thomas, “Estimating temperatures in compartment fires”, SFPE

Handbook of Fire Protection Engineering, 2nd edition, chapter 6, section 3, pp. 134-147, 1995.

[24] ISO/CD 13943, “Glossary of Fire Terms and Definitions”, International Standards

Organization, Geneva 1996.

[25] B. Karlsson, J. G. Quintiere, “Enclosure fire dynamics”, CRC Press LLC, Boca Raton, USA,

ISBN 0-8493-1300-7, 2000; B. Karlsson, J. G. Quintiere, “Enclosure fire dynamics”, CRC

Press LLC, Boca Raton, USA, ISBN 0-8493-1300-7, 2000.

[26] N. Leonăchescu, “Termotehnică”, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1981.

[27] National Fire Protection Association 92B. Guide for Smoke Management Systems in Malls,

Atria and Large Area. Quincy, Mass., USA : s.n., 1998.

[28] P. Bălulescu, I. Crăciun, “Agenda pompierului”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1993.

[29] B. J. Stratton, “Determining flame height and flame pulsation frequency and estimating heat

release rate from 3D flame reconstruction”, Departament of Civil Engineering, University of

Canterbury, New Zealand, Fire Engineering Research Report 05/2, july, 2005.

http://www.nist.gov/fire/fire_behavior.cfm


[30] B.J. McCaffrey, „Purely Buoyant Diffusion Flames: Some Experimental Results”, NBSIR 79-

1910, National Bureau of Standards, 1979.

[31] S. Kerber, “Evaluation of fire service positive pressure ventilation tactics on high-rise

buildings”, International Interflam Conference, 11th proceding, vol. 2, London, England, pp.

1289-1300, 2007.

[32] I. Colda, A. Damian, “Instalaţii şi Echipamente de Desprăfuire”, Curs pentru studenţii anului

V, specializarea IEPA, Editura Conspress, Bucureşti 2005.

[33] C. Petcana, C. Pietreanu, R. Strugariu, “Instalaţii de desfumare a construcţiilor de tip atrium”,

Inspectoratul General pentru Situaţii de Urgenţă.

[34] P.J. DiNenno “SFPE Handbook of Fire Protection Engineering”, National Fire Protection

Association, Quincy, Massachusetts, 3rd edition, 2002.

[35] T. Cleary, A. Chernovsky, W. Grosshandler, and M. Anderson. Particulate Entry Lag in Spot-

Type Smoke Detectors. In Fire Safety Science – Proceedings of the Sixth International

Symposium, pages 779–790. International Association for Fire Safety Science, 1999.

[36] http://en.wikipedia.org/wiki/Smoke_detector.

[37] N. Iqbal, M.H. Salley, “Fire Dynamics Tools (FDTs) Quantitative Fire Hazard Analysis

Methods for the U.S. Nuclear Regulatory Commission Fire Protection Inspection Program“,

Draft Report for Comment, NUREG-1805, Vol. 1, 2003.

[38] Ch. Jaeger, “Hidraulique Technique“, Paris, 1954.

[39] C. Mateescu, “Hidraulica”, Editura de Stat Didactică şi Pedacogică, Bucureşti, 1961.

[40] Publicaţie a Inspectoratului General pentru Situaţii de Urgenţă, “Caracteristicile şi pericolele

prezentate de fum în caz de incendiu într-o clădire”.

[41] I. Colda, “Studiul Ventilaţiei Naturale şi al Transferului de Căldură la Transformatoarele din

Boxele Posturilor Trafo cu Unităţi de 630, 100 şi 1600 kVA-20/0.4 kV“, Institutul de

Construcţii Bucureşti, Facultatea de Instalaţii, Catedra de Teermotehnică şi Instalaţii, 1985.

[42] J.G. Quintiere, “Scaling Applications in Fire Research”, Fire Safety Journal, vol. 15, pp. 3–29,

1989.

[43] G. Heskestad, “Determination of Gas Venting Geometry and Capacity of Air Pollution Control

System at Factory Mutual Research Center”, Norwood, MA : Fire Mutual Research Center,

November 1972.

[44] J.G. Quintiere, B.J. McCaffrey and T. Kashiwagi, “A scaling study of a corridor subject to a

room fire”, Combustion Science and Technologie 18, pp 1-19, 1978.

[45] W.K. Chow, A.C.W. Lo, “Scale modeling studies on atrium smoke movement and the smoke

filling process”, J Fire Prot Eng 7(2):56–64, 1995 .

[46] W.K. Chow “Scale modeling on natural smoke filling in an atrium”, Heat Transf Eng

29(1):76–84, 2008.

[47] Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_fuel.

[48] W.K. Chow, H.W. Henry Lo, “Scale Modeling on Natural Smoke Filling in an Atrium, Heat

Tranfer Engineering, 29(1), pp. 76-84, 2008.

[49] W.K. Chow, N.K. Fong, E. Cui, P.L. Ho, L.T. Wong, R. Huo, W.C. Fan, Y.Z. Li and L.M.

Yuan, PolyU/USTC Atrium: “A Full-Scale Burning Facility—Preliminary Experiments”,

Journal of Applied Fire Science, vol. 8, no. 3, pp. 229–241, 1999.

[50] W.K. Chow, E. Cui, Y.Z. Li, R. Huo, and J.J. Zhou, “Experimental Studies on Natural Smoke

Filling in Atrium”, Journal of Fire Science, vol. 18, no. 2, pp. 84–103, 2000.

[51] R. Huo, W.C. Fan, W.K. Chow, N.K. Fong and P.L. Ho, “Studies of Smoke Filling Process in

an Atrium”, ’98 Shanghai International Symposium on Fire Protection of High-rise Building,

Shanghai, China, 1998.

[52] T. Yamana, and T. Tanaka, “Smoke Control in Large Spaces - Part 2”, Fire Science and

Technology, vol. 5, no. 2, pp. 41–54, 1985.

http://en.wikipedia.org/wiki/Smoke_detector


[53] T. Tanaka, and T. Yamana, “Smoke Control in Large Scale Spaces - Part 1”, Fire Science &

Technology, vol. 5, pp. 31–40, 1985.

[54] F. Liu, X.Z. Fu, “Experimental Studies on Smoke Filling in Atrium Fires”, International

Journal on Engineering Performarce-Based Fire Codes, Vol. 3, Nr. 3, pp 113-117, 2001.

[55] Y. He, A. Fernando, M. Luo, “Determination of interface height from measured parameter

profile in enclosure fire experimental”, Fire Safety Journal, Vol. 31, pp. 19-38, 1998.

[56] J.A. Capote, D. Alvear, O.V. Abreu, M. Lazaro, P. Espina, “Scale Tests of Smoke Filling in

Large Atria”, Fire Technology, no. 45, pp. 201–220, 2009.

[57] National Fire Protection Association 92B. “Guide for Smoke Management Systems in Malls,

Atria and Large Area”. Quincy, Mass., USA : s.n., 1998.

[58] R. Huo, Y.Z. Li, X.H. Jin, W.C. Fan, “Studies of smoke filling process in large space

building”, Journal of Natural Disasters, 9 (1), pp.89–92, 2000.

[59] R. Huo, Y.Z. Li, X.H. Jin, W.C. Fan, “Studies of smoke filling process in large spaces”,

Journal of Combustion Science and Technology, 7(3):220–2, 2001.

[60] W.K. Chow, Y.Z. Li, E. CuI, R. Huo, “Natural smoke filling in atrium with liquid pool fires up

to 1.6MW“, Building and Environment, 36(1):121–7, 2001.

[61] M.E. Dillon, “Case Study of Smoke Control System Testing for a Large Enclosed Stadium”,

ASHRAE Transactions: Symposia, vol. 100, no. 2, pp. 878–892, 1994.

[62] W.K. Chow, “Atrium Smoke Exhaust and Technical Issues on Hot Smoke Tests”, Paper

HT2005–72412, ASME 2005 Summer Heat Transfer Conference, July 17–22, 2005, San

Francisco, Calif., USA, 4 pages, 2005.

[63] G.D. Lougheed, G.V. Hadjisophocleous, C. McCartney, and B.C. Taber, “Large-Scale

Physical Model Studies for an Atrium Smoke Exhaust System“, ASHRAE Transactions, vol.

105, pp. 676–698, 1999.

[64] G.D. Lougheed and G.V. Hadjisophocleous, “The Smoke Hazard from a Fire in High Spaces”,

ASHRAE Transactions, vol. 107, pp. 720–739, 2001.

[65] G.V. Hadjisophocleous, Z. Fu and G.D. Lougheed, “Experimental Study and Zone Modeling

of Smoke Movement in a Model Atrium”, ASHRAE Transactions, vol. 108, pp. 865–871,

2002.

[66] W.K. Chow, E. Cui, “Plume equation for studying smoke-filling process in atria with a zone

model”, Fire and Materials, 21:235–44, 1997.

[67] L. Yi, W.K. Chow, Y.Z. Li, R. Huo, “A simple two-layer zone model on mechanical exhaust

in an atrium”, Building and Environment, 40(7):869–1010, 2005.

[68] R. Sinclair, “CFD simulation in atrium smoke management system design”. ASHRAE

Transactions 2001;107:1–8.

[69] W.T. Ding, Y.K. Minegishi, Y.J. Hasemi, T.Y. Yamada, “Smoke control based on a solar-

assisted natural ventilation system“, Building and Environment 2004;39(7):775–82.

[70] W.K. Chow, E. Cui, Y.Z. Li, R. Huo, J.J. Zhou, “Experimental studies on natural smoke filling

in atria”, Journal of Fire Science, 18(2):85–103, 2000.

[71] T.X. Qin, Y.C. Guo, C.K. Chan, W.Y. Lin, “Numerical investigation of smoke exhaust

mechanism in a gymnasium under fire scenarios”, Building and Environment, 41, pp. 1203-

1204, 2006.

[72] J. Chen, H. Chen, S. Fu, “Numerical Investigation of Fire Smoke Transport in the Tsinghua

University Sports Center”, Tsinghua Science and Technology, pp. 618-622, Volume 10,

Number 5, 2005.

[73] T.X. Qin., Y.C. Guo, C.K. Chan, W.Y. Li, “Numerical simulation of the spread of smoke in an

atrium under fire scenario”, Building and Environment, 44, pp. 56–65, 2009.

[74] J.A. Milke, “Effectiveness of high capacity smoke exhaust in large spaces”, Journal of Fire

Protection Engineering, 13:111–28, 2003.


[75] L.H. Hu, F. Tang, D. Yang, S. Liu, R. Huo, “Longitudinal distributions of CO concentration

and difference with temperature field in a tunnel fire smoke flow”, International Journal of

Heat and Mass Transfer, 53, pp. 2844–2855, 2010.

[76] G.S. Yang, Y.L. An, L.M. Peng, J.H. Zhang, “Simulation of smoke flow and longitudinal

ventilation in tunnel fire”, Trans. Nonferrous Met. Soc. Chin, 16, pp. 741-746, 2006.

[77] G.Y. Hu, W. Wang, Y.H. Zhao, L. Li, “A study of an optimal smoke control strategy for an

Urban Traffic Link Tunnel fire”, Tunnelling and Underground Space Technology, 26, pp.

336–344, 2011.

[78] T. Yan, M.H. Shi, Y.F. Gong, J.P. He, “Full-scale experimental study on smoke flow in

natural ventilation road tunnel fires with shafts”, Tunnelling and Underground Space

Technology, 24, pp. 627–633, 2009.

[79] O. Vauquelin, “Experimental simulations of fire-induced smoke control in tunnels using an

‘‘air–helium reduced scale model’’: Principle, limitations, results and future, Tunnelling and

Underground Space Technology, 23, pp. 171–178, 2008.

[80] National Fire Protection Association 92B, Guide for Smoke Management Systems in Malls,

Atria and Large Area. Quincy, Mass., USA, 1998.

[81] G.O. Hansell, H.P. Morgan and N.R. Marshall, “Smoke Flow Experiments in a Model

Atrium”, BRE Occasional Paper OP 55, Fire Research Station, Building Research

Establishment, U.K., 1993.

[82] Building Code of Australia, Australian Uniform Building Regulations Co-Ordinating Council,

Australia, 1990.

[83] AS4391–1999, Smoke Management Systems—Hot Smoke Test, Standard Australia, 1, The

Crescent, Homebush, NSW, Australia, 1999.

[84] J. Klote, and J. Milke, “Design of Smoke Management Systems”, ASHRAE Publication

90022, 1992.

[85] J.C. Tanehill, D.A. Anderson, R.H. Pletcher, “Computational fluid mechanics and heat

transfer”, 2nd ed. Washington: Taylor&Francis, 1997.

[86] K. McGrattan, S. Hostikka, J. Floyd, “Fire dynamics simulator”, Technical Reference guide,

Washington: U.S. Government Printing Office, 2007. [87] F.G. Blottner, M. Johnson and M. Ellis, “Chemically Reacting Viscous Flow Program For

Multi-component Gas Mixtures”. Sandia Labs, Albuquerque, New Mexico, 1971. [88] W. G. Vincenti and C. H. Kruger, Introduction to Physical Gas Dynamics, Krieger, Malabar,

Florida, 1976.

[89] S. Srinivasan and J.C. Tannehill, “Simplified Curve Fits for the Transport Properties of

Equilibrium Air», NASA CR-178411, 1987.

[90] Η.Ε. Bailey, “Programs for Computing Equilibrium Thermodynamic Properties of Gases”,

NASA TN D-3921, 1967.

[91] T.C. Peng and A.L. Pindroh, “An Improved Calculation of Gas Properties at High

Temperatures: Air”, Boeing Co., Report D2-11722, Seattle, Washington, 1962.

[92] B.J. McBride, S. Heimel, J.G. Ehlers and S. Gordon, “Thermodinamic Properties to 6000oK

for 210 Substances Involving the First 18 Elements”, NASA SP-3001, 1963.

[93] R.A. Svehla, “Estimated Viscosities and Thermal Conductivity of Gases at High

Temperatures”, NASA TR R-132, 1962.

[94] D.K. Prabhu, J.C. Tannehill and J.G. Marvin, “A new PNS Code for Chemical Nonequilibrium

Flows”, AIAA Paper 87-0248, Reno, Nevada, 1987a.

[95] D.K. Prabhu, J.C. Tannehill and J.G. Marvin, “A new PNS Code for Three-Dimensional

Chemically Reacting Flows, AIAA Paper 87-1472, Honolulu, Hawaii, 1987b.

[96] W.W. Jones, “A Review of Compartment Fire Models”. NBSIR 83-2684, National Bureau of

Standards (now NIST), Gaithersburg, Maryland, 1983.


[97] J. Quintiere, “A Perspective on Compartment Fire Growth”, Combustion Science and

Technology, 39:11–54, 1984.

[98] R.A. Clark, J.H. Ferziger, W.C. Reynolds, “Evaluation of sub-grid scale models using an

accurately simulated turbulent flow”, Journal of Fluid Mechanics; 91:1–16, 1979.

[99] S.V. Patankar, “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Hemisphere Publishing, New York,

1980.

[100] R.G. Rehm and H.R. Baum, “The Equations of Motion for Thermally Driven”, Buoyant

Flows. Journal of Research of the NBS, 83:297–308, 1978.

[101] W.K. Brian, D. Ritchie and D. M. Ritchie, “C Programming Language”, 2nd Edition, Prentice

Hall PTR, March 1988.

[102] T. M. Ellis, Ivor R. PHilips, and Thomas M. Lahey, “Fortran 90 Programming”, Addison-

Wesley, 1994.

[103] D. Shreiner, M. Woo, J. Neider, T. Davis, “OpenGL Programming Guide - The Official Guide

to Learning OpenGL. Version 2.1.”, Addison-Wesley, Stoughton, Massachussets, 6 edition,

2007.

[104] J.K. Mark, “OpenGL Programming for the X Window System”, Addison-Wesley Developers

Press, Reading, Massachussets, 1996.

[105] V. Babrauskas, “Ignition Handbook”. Fire Science Publishers, Issaquah, Washington USA, 1st

edition, Co-published by the Society of Fire Protection Engineers, 2003.

[106] Y.Z. Li, R. Huo, L.M. Yuan, P.D. Li, W.C. Fan, E. Cui and W.K. Chow, “Study of smoke

filling processes in an atrium”. Journal of China University of Science and Technology;

29(5):590–4, 1999.

[107] R. Sinclair, “CFD simulation in atrium smoke management system design”. ASHRAE

Transactions; 107:1–8, 2001.

[108] W. Zhang, A. Hamer, M. Klassen, D. Carpenter, R. Roby, “Turbulence statistics in a fire room

model by large eddy simulation”. Fire Safety Journal; 37:721–52, 2002.

[109] K. Mizutani, S. Murakami, S. Kato, A. Mochida, “Study on influence of change of

Smagorinsky constant”, Proceedings of Architectural Institute of Japan Annual Meeting; p.p.

483–4, 1991.

[110] P. Moin, J. Kim, “Numerical investigation of turbulent channel. Journal of Fluid Mechanics” ,

p.p. 118:341–77, 1982.

La finalul tezei, în Capitolul 11, este ataşat modelul numeric utilizat pentru compararea

rezultator obţinute pe modelul la scară redusă.

stoica andrei-mihai - rezumat

Documents