Ventilação de impulso em parques de estacionamento ... · > 5 Critérios gerais de conceção...

Ventilação de impulso em

parques de estacionamento

cobertos não compartimentados

João Viegas (LNEC)

> Ventilação em parques de estacionamento cobertos destina-se a:

realizar o escoamento dos poluentes emitidos pelos veículos para o exterior

assegurar o controlo de fumo em caso de incêndio

> Solução regulamentar apresenta algumas dificuldades:

implica o encerramento das aberturas de comunicação,

obriga à implementação de uma rede de condutas e

a compartimentação dificulta a vigilância do parque para proteção dos utentes contra a pequena criminalidade

Enquadramento

2

> A ventilação de impulso baseia-se:

na aplicação de ventiladores de impulso suspensos no teto do parque de estacionamento coberto

o como forma de impor o escoamento do fumo com a direção desejada para a sua exaustão,

o limitando o seu escoamento para as zonas que se pretendem proteger.

exaustão do fumo e a insuflação do ar novo são realizadas através de dutos, providos de ventiladores axiais, situados normalmente na periferia do parque.

Enquadramento

3

> Este tipo de tecnologia é correntemente utilizada nos túneis rodoviários.

> A sua aplicação a um espaço de características marcadamente bidimensionais levanta problemas adicionais que devem ser objeto de uma análise cuidada.

> O art.º 14.º do Regime Jurídico de Segurança Contra Incêndio (DL 220/2008) prevê o enquadramento de “perigosidade atípica”.

Enquadramento

4

> Constituindo um sistema inovador, o Laboratório Nacional de Engenharia Civil

iniciou então a sua colaboração na avaliação do desempenho desses sistemas de ventilação e de controlo de fumo,

verificando em cada instalação concreta a sua conformidade com os princípios

o da segurança e

o da habitabilidade.

> Protocolo de colaboração com ANPC

> Dinamização de uma Comissão Técnica de Normalização

Enquadramento

5

Enquadramento

> Não estão claramente definidas as regras de conceção e dimensionamento dos sistemas de ventilação de impulso, pelo que

a avaliação do desempenho passa por uma atividade experimental casuística

resultado é determinante para a confirmação da segurança do parque de estacionamento.

> A avaliação do desempenho tem sido conduzida em duas etapas:

análise do projeto e ensaio em obra.

> Norma destina-se a suprir as dificuldades de projeto

6

Âmbito

> Grupo de trabalho 7

Ventilação e controlo de fumo em parques de estacionamento cobertos

> Título e âmbito da Norma Portuguesa

Sistemas de ventilação de impulso em parques de estacionamento cobertos não compartimentados

7

Conteúdo da norma em

elaboração

> 0 Preâmbulo

> 1 Objetivo

> 2 Campo de aplicação

> 3 Referências

> 4 Definições e simbologia

> 5 Critérios gerais de conceção do sistema de ventilação e de controlo de fumo

> 6 Ventilação de despoluição

8

Conteúdo da norma em

elaboração

> 7 Conceção geral do sistema de controlo de fumo

> 8 Condições de dimensionamento básico do sistema de controlo de fumo

> 9 Comando das instalações, evacuação e combate ao incêndio

> 10 Projeto de Execução

> 11 Colocação em serviço e ensaios

> 12 Documentação e etiquetagem

9

Conteúdo da norma em

elaboração

> Anexo A - Caracterização das fontes de poluentes

> Anexo B - Caracterização do sistema de ventilação de despoluição

> Anexo C - Fundamentos físicos do sistema de controlo de fumo

> Anexo D - Fonte de calor

> ANEXO E - Exemplo de aplicação do modelo analítico de estimação do limite do fumo

10

Conteúdo da norma em

elaboração

> ANEXO F - Estimativa simplificada do caudal arrastado e do impulso de um ventilador de impulso

> ANEXO G - Estimativa do caudal de fumo

> ANEXO H - Determinação do efeito da ação do vento

> ANEXO I - Exemplos de efeitos perturbadores na eficácia da ventilação de impulso

11

Ventilação de despoluição

> O projeto da ventilação com ventiladores de impulso de um parque de estacionamento coberto obedece à seguinte metodologia:

caracterização das fontes de poluentes (secção 6.2+anexo A).

Determinação das distâncias longitudinal e transversal entre os ventiladores de impulso (secção 6.3.2 e anexo B.2);

Definição da estratégia de funcionamento (secção 6.3.3);

Estimativa do caudal arrastado pelos ventiladores de impulso (anexo B.3);

Definição do caudal de exaustão (anexos B.3 e B.6);

Definição do caudal de admissão (anexo B.7);

Estabelecimento da relação com locais adjacentes (secção 6.3.4);

Verificação do equilíbrio do momento angular (anexo B.8).

12

Caracterização das fontes de poluentes

> No caso dos parques de estacionamento de uso exclusivo para veículos ligeiros, na situação atual, é dispensável a verificação analítica de que os caudais de ventilação são suficientes para manter os poluentes emitidos pelos veículos abaixo dos limites admissíveis para a exposição dos utentes e dos trabalhadores.

CO > 50ppm⟹ 𝑉 = 300𝑚3 𝑣𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜

CO > 100ppm⟹ 𝑉 = 600𝑚3 𝑣𝑒í𝑐𝑢𝑙𝑜

13

Malha de disposição dos ventiladores de

impulso

> A distância transversal entre ventiladores de impulso deve ser selecionada de forma a que à distância máxima ocorra sobreposição dos campos de velocidade gerados por esses ventiladores de impulso. A velocidade no ponto de sobreposição deve ser superior a 0,1 m/s.

> A distância longitudinal entre ventiladores de impulso deve ser selecionada de forma a que a velocidade de arrastamento se oponha à dispersão dos poluentes, não sendo inferior a 0,05 m/s.

n

i

xxk

r

i

ii ii

i

euuuxx

rkurxu

1

00

2

0022

2

2,,

ce uv 031,0

14

Caudal volúmico do jato parietal

15

Caracterização da ventilação

> Taxa de ventilação

> Eficiência da ventilação

> Eficiência da exaustão

> Parâmetro de diluição

V

Q

scp

se

CC

CC

minmax

mine

CC

CC

max

cp

relC

CC

16

Sector estudado

> 35 m de comprimento (eixo X)

> 20 m de largura (eixo Y)

> 2,3 m de altura (eixo Z)

> Malha cartesiana não-uniforme 105*60*8

> Condições de fronteira Laterais – planos de simetria

Esquerda – abertura livre

Direita – condição de velocidade imposta

> Fonte de CO localizada em (x,y,z)=(10.5,5.0,0.0)

17

Varrimento

Simulação relC CO Velocidade Condições de fronteira

I 64 30,8 1,186 0,0267 0,0225

Velocidade de exaustão na fronteira

direita v=0.3 m/s

I 66 30,0 1,038 0,0273 0,0263

Pequena abertura de exaustão na

fronteira direita v=3.0 m/s

I 68 15,0 1,090 0,0533 0,0489

Pequena abertura de exaustão na

fronteira direita v=1.5 m/s

18

Varrimento I66 – CO

19

Varrimento I66 - velocidade

20

Confinamento com ventiladores de impulso

Simulação relC CO Velocidade Condições de fronteira

I 62 61,8 0,886 0,0141 0,0159

Velocidade de exaustão na fronteira

direita v=0.60 m/s

I 61 30,8 0,944 0,0285 0,0303

Velocidade de exaustão na fronteira

direita v=0.30 m/s

I 63 15,5 0,971 0,0466 0,0480

Velocidade de exaustão na fronteira

direita v=0.15 m/s

21

Confinamento I62 – CO

22

Confinamento I62 – velocidade

23

24

Inexistência de recirculações

> Verifica-se que só há restrição ao escoamento lateral do poluente para λ=61,8 (I62).

> Na simulação de jato duplo não restringido na exaustão (I 58, quadro 5) verifica-se que Q=102812 m³/h, correspondendo a λ=63,9.

> Evita-se a dispersão quando o caudal de exaustão é, pelo menos igual ao caudal induzido nos jatos.

25

Exaustão restringida

Simulação relC CO Velocidade Condições de fronteira

I 65 30,2 0,503 0,0265 0,0526

Pequena abertura de exaustão na

fronteira direita v=3.0 m/s

I 67 15,3 0,672 0,0490 0,0729

Pequena abertura de exaustão na

fronteira direita v=1.5 m/s

26

Exaustão restringida I65 – CO

27

Exaustão restringida I65 – vel

28

Exaustão restringida

> Em qualquer dos casos precedentes a eficiência da ventilação é menor do que no caso de simples varrimento

> Neste contexto a ventilação de impulso não parece ter vantagens

29

Indução do jato

Simulação relC CO Velocidade Condições de fronteira

I 70 30,2 1,180 0,0288 0,0244

Só um ventilador, Pequena abertura

de exaustão na fronteira direita

v=3.0 m/s

I 69 15,2 1,162 0,0546 0,0470

Só um ventilador, Pequena abertura

de exaustão na fronteira direita

v=1.5 m/s

30

Indução do jato – CO

31

Indução do jato – vel

32

Velocidade de indução

> Velocidade de indução

> Os gradientes térmicos podem alterar o campo de velocidade

> A eficiência de ventilação é similar ao caso de varrimento

> É possível evitar a contaminação de zonas adjacentes

me u031.0u

33

Efeito da distância transversal

Simulação relC CO Velocidade Condições de fronteira

I 58 63,9 0,597 0,0086 0,0144

Sem restrição na fronteira

esquerda

10 m de distância entre jactos

I 73 40,9 0,417 0,0077 0,0184

Sem restrição na fronteira

esquerda

20 m de distância entre jactos

34

I 73 – CO

35

I 73 – velocidade

36

Efeito da distância transversal

> Em ambos os casos os ventiladores de impulso são capazes de restringir a dispersão de CO

> Em I 73 identifica-se uma zona entre ventiladores de muito baixa velocidade.

> A existência de tal zona é indesejável.

37

Efeito da distância longitudinal entre

ventiladores

> Estas simulações foram realizadas nas seguintes condições:

Simulação I84, na qual foi imposta uma velocidade de 0,3 m/s em toda a fronteira de jusante e desativados os ventiladores de impulso situados em y = 15 m, correspondendo a um caudal de extração de 49680 m³/h ≈ 50000 m³/h; a fronteira de jusante é nesta simulação em X = 80 m e há um afastamento longitudinal entre ventiladores de 45 m;

Simulação I85, em condições idênticas às da simulação I84, mas com condições de fronteira de abertura livre em todas as fronteiras periféricas (exceto piso e teto);

Simulação I86, em condições idênticas às da simulação I85, mas com um afastamento longitudinal entre ventiladores de 30 m.

38

39

Conceção geral do sistema de controlo de

fumo

> Os ventiladores de impulso são orientados de forma a assegurar o varrimento do piso do parque de estacionamento.

> As admissões de ar devem ser feitas, em regra, a montante da fonte de calor e as exaustões do fumo devem encontrar-se necessariamente a jusante desta.

> Os ventiladores de impulso são dispostos numa malha que restringe o escoamento do fumo de forma a possibilitar a aproximação dos bombeiros à fonte de calor para o combate ao incêndio.

> Os ventiladores de impulso são dispostos de forma a que o seu desempenho não seja significativamente afetado pelas paredes e pelas obstruções internas.

40

Escoamento em jato de teto

Fundamentos físicos

>Modelo de Alpert (1972)

18,0HrparaH

Q9,16TTT

35

32

18,0Hrpara

H

rQ38,5TTT

32

15,0HrparaHQ96,0u31

15,0Hrparar

HQ195,0u

65

2131

41

42

Simulações

Campos de velocidade e de temperatura da simulação I107

Escoamento com fonte de calor 43

44

Resultados de Ensaio > Temperaturas

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 20 40 60 80 100

Alt

ura

do

ch

ão [

m]

T [ºC]

Coluna 1 - sem VIMP

Coluna 1 - com VIMP

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Alt

ura

do

ch

ão [

m]

T [ºC]

Coluna 3 - sem VIMP

Coluna 3 - com VIMP

y

x

Pool fire

45

Conceção geral do sistema de controlo de

fumo

> O caudal exaurido deve ser compatível com o funcionamento dos ventiladores de impulso e com o cenário de incêndio previsível, assegurando a exaustão do fumo gerado no interior do piso do parque de estacionamento coberto.

> Não deve haver escoamento do fumo para outros pisos do parque de estacionamento coberto ou para outros locais do edifício.

> O escoamento de fumo para outras zonas não acidentadas do parque de estacionamento deve ser tão reduzido quanto possível.

46

Conceção geral do sistema de controlo de

fumo

> Dado que a ventilação de impulso tem uma conceção redundante, admite-se a perda dos ventiladores de impulso que se encontram mais próximos do incêndio.

> Os restantes ventiladores devem ser capazes de resistir às temperaturas do fumo resultantes de um cenário de incêndio agravado em 50% relativamente ao de projeto (definido nas secções 8.2 e 8.17) durante o tempo previsto regulamentarmente.

> Nestas condições deve ser assegurado que o desempenho do sistema de controlo de fumo cumpra as exigências desta norma.

47

Condições de dimensionamento básico do

sistema de controlo de fumo

> Estabelecimento do cenário de incêndio (secção 8.2);

> Especificação da distância à fonte de calor de retenção do fumo (secção 8.3);

> Consideração da ação do vento (secção 8.11 e anexo H);

> Determinação da velocidade mínima do escoamento do ar novo que satisfaz a distância à fonte de calor de retenção do fumo (anexo C);

48

Distância de retenção do fumo

> Ponto de retenção do escoamento do fumo:

aquele para o qual se anula a soma vetorial das velocidades do jato de teto com origem na pluma térmica

65% da velocidade do escoamento imposto pelos ventiladores de impulso,

conjugado com o caudal extraído pelos ventiladores de exaustão.

> A distância de retenção do fumo não deve ser superior a 40 m.

> Devem existir duas linhas, de desenvolvimento transversal, de ventiladores de impulso antes da fonte de calor.

49

Condições de dimensionamento básico do

sistema de controlo de fumo

> Recolha de dados sobre os ventiladores de impulso que serão utilizados no cálculo;

> Estudo da malha de ventiladores de impulso que satisfaz o campo de velocidade requerido (anexo C);

> Estimativa da dispersão lateral do fumo (secção 8.4);

> Estimativa da área da zona enfumada (secção 8.5);

> Confirmação de que o critério de área máxima enfumada é cumprido (secção 8.5);

50

Área de retenção do fumo

> A área de retenção de fumo não deve ser superior a 6000 m² e a sua maior dimensão (comprimento ou largura) não deve exceder 120 m.

Nos pisos de parques de estacionamento de área superior a 12000 m² e para os quais a zona enfumada não seja limitada por paredes em mais do que dois lados, admite-se que a área dessa zona possa ser incrementada até 8000 m².

> A distância entre qualquer possível localização para a fonte de calor e a exaustão, em regra, não deve exceder 80 m.

51

Modelo analítico de dimensionamento

> Baseia-se nos seguintes princípios

Os ventiladores de impulso são orientados de forma a assegurar o

varrimento de todo o espaço do piso do parque de estacionamento,

existindo admissões de ar a montante e exaustões do fumo a jusante;

Os ventiladores de impulso são dispostos de forma a que o seu

desempenho não seja significativamente afetado pelas paredes e pelas

obstruções internas;

O caudal exaurido deve ser compatível com o funcionamento dos

ventiladores de impulso e com o cenário de incêndio previsível,

assegurando a exaustão do fumo gerado no interior do piso do parque

de estacionamento coberto;

Não deve haver escoamento do fumo para outros pisos do parque de

estacionamento coberto ou para outros locais do edifício;

São conhecidas as caraterísticas dos ventiladores de impulso

(velocidade, raio do bocal de saída e as constantes k e k0)

52

Modelo analítico de dimensionamento

> Fundamentos físicos

22 yxy,xr

n

1i

xxk

r2

i

i0i0i0

i

2

2

v65

2131

2

ii

i

exx

r2ukuAt

r

x

r

HQ195,0r,xu

v65

2131

Atr

y

r

HQ195,0r,yv

n

1i

xxk

r2

i

i0i0i0

i

2

65

2131

65

2131

v 2

ii

i

exx

r2ukuD

r

HQ195,0

r

HQ195,0

At

53

1. Geometria do ensaio realizado no LNEC com fonte de calor e dois ventiladores de impulso cumprindo as condições de semelhança; comparam-se os resultados obtidos com os coeficientes αi=0,65 e αi=1,00; a potência calorífica considerada foi de 5,168 MW;

2. Condição idêntica à anterior mas com uma malha de 15 ventiladores de impulso (com 3 linhas de distância longitudinal x =30 m e 5 linhas de distância transversal y =8 m); a fonte de calor encontra-se 22 m a jusante da segunda linha de ventiladores;

54

3. Condição idêntica à anterior mas com 3 linhas de distância longitudinal x =30 m e 5 linhas de distância transversal y =15 m;

4. Condição idêntica à anterior mas com a potência calorífica incrementada para 8 MW;

55

56

5. Condição idêntica à anterior mas variando o pé-direito do parque de estacionamento coberto;

Modelo analítico de dimensionamento

> Cenário de incêndio Potência calorífica Q=8,0 MW

Diluição do fumo D=0

Número de ventiladores de impulso com malha alinhada 15

Número de ventiladores de impulso com malha alternada 15

57

Modelo analítico de dimensionamento

58

Condições de dimensionamento básico do

sistema de controlo de fumo

> Estabelecimento da velocidade de escoamento fora da zona enfumada (anexo C);

> Estimativa da temperatura do escoamento e sua massa volúmica (secção 8.17);

> Determinação do caudal mínimo de exaustão (tendo em conta a temperatura do escoamento) (secção 8.7);

> Definição do projeto de desenfumagem do parque em função do caudal de exaustão (secções 8.8 e 8.10);

59

Condições de dimensionamento básico do

sistema de controlo de fumo

> Especificação do caudal de admissão e respetiva estratégia (secção 8.12);

> Especificação do modo de obtenção da restrição do escoamento de fumo entre pisos (secção 8.13);

> Verificação de que o momento angular se encontra próximo de zero (secção 8.9);

> Avaliação de zonas de estagnação e sua admissibilidade (secção 8.14);

60

Vórtice gerado pelo desequilíbrio do

momento angular

61

i

ii JxM 0

Avaliação da admissibilidade de zonas de

estagnação

62

Condições de dimensionamento básico do

sistema de controlo de fumo

> Determinação da distância dos ventiladores à parede de montante (secção 8.15);

> Determinação da distância dos ventiladores à parede de jusante (secção 8.16);

> Transmissão da informação sobre a localização do incêndio (secção 9.3).

63

Planeamento da intervenção

> É obrigatória a existência de informação disponível para os bombeiros no seu acesso ao edifício sinistrado que indique claramente:

o ponto de acesso disponível para o piso sinistrado em função:

o da localização do incêndio e

o do estado de funcionamento do sistema de controlo de fumo.

64

Transmissão de informação aos bombeiros

1. Transmitida aos bombeiros pela equipa da segurança afeta ao edifício;

2. Transmitida automaticamente aos bombeiros através do alerta do SADI,

3. Transmitida por painéis com informação luminosa ligada à unidade de controlo e sinalização (central de deteção de incêndios) localizados junto dos painéis de controlo de ventilação ao dispor dos bombeiros;

4. Transmitida por qualquer outro modo que se demonstre que assegura eficazmente a transmissão desta informação.

65

Temporização de arranque

1. Paragem do sistema de ventilação, se estiver em funcionamento no modo de ventilação de despoluição;

2. Ativação dos dispositivos de oclusão (total ou parcial) de aberturas (portões corta-fogo, cortinas resistentes ao fumo, etc.) e registos de ventilação;

3. Ativação dos dispositivos de abertura de vãos necessários ao controlo de fumo (esta ação pode ser simultânea com ativação dos dispositivos de oclusão) e de registos de ventilação;

4. Após a conclusão da oclusão (total ou parcial) de aberturas, ativação dos ventiladores de exaustão;

5. Após a conclusão do arranque dos ventiladores de exaustão e da ativação dos dispositivos de abertura de vãos necessários ao controlo de fumo, ativação dos ventiladores de insuflação;

6. Após a conclusão de todas as ações anteriores e uma vez cumprido o tempo de atraso especificado, ativação dos ventiladores de impulso.

66

Conclusões

> Esta norma tem em vista:

orientar o projetista no no dimensionamento analítico.

facilitar a avaliação do projeto

facilitar a verificação do desempenho em obra

> Espera-se que esta norma possa ser utilizada como referência técnica pelos projetistas em mercados intenacionais (p. ex., países lusófonos)

Ventilação de impulso em

parques de estacionamento

cobertos não compartimentados

Agradeço a atenção!