Ventilação de impulso em parques de estacionamento ... · > 5 Critérios gerais de conceção do sistema de ventilação e de controlo de fumo > 6 Ventilação de despoluição

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


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


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


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



18

Varrimento I66 – CO

19

Varrimento I66 - velocidade

20

Confinamento com ventiladores de impulso


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


direita v=0.60 m/s

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


direita v=0.30 m/s

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


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


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



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



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


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


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


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


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



> 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


> 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;


> 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


58



> 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



> 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



> 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!

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