Dati in output dalla simulazione

Una volta completato il file di testo può essere avviato nel programma il quale dopo aver analizzato il file avvia le procedure di calcolo. I risultati della simulazione sono visibili in un programma open-source messo a disposizione dal NIST (National Institute of Standards

and Technologies): Smokeview. FDS potenzialmente è in grado di fornire una serie molto

vasta di parametri in input, sottoforma di fogli di calcolo Excel in formato CSV, sta quindi all’utente, in fase di definizione del file sorgente, decidere quanti e quali parametri sono utili alla sua simulazione tramite l’inserimento di device (stringa DEVC) all’interno della geometria

simulata. Per ogni device l’utente definisce la posizione (puntuale, con le coordinate x, y, z) e la tipologia di grandezza che è tenuto a misurare.

3.3.1 Dati termici e profili di temperatura

In uno scenario di incendio in galleria risulta di primaria importanza, anche al fine di un calcolo del tempo a disposizione per l’esodo degli occupanti o per aspetti strutturali riguar-danti la resistenza al fuoco della struttura, monitorare l’andamento delle temperature all’in-terno del dominio di calcolo.

A questo scopo FDS permette di installare, in modo puntuale, dei device che simulano delle termocoppie e permettono di registrare, per ogni intervallo infinitesimo di tempo, la tempe-ratura dei gas che entrano in contatto con la sonda. I risultati di tali registrazioni sono riportati in un foglio Excel in funzione del tempo.

FDS, inoltre, consente di registrare la temperatura su piani che l’utente può posizionare entro il dominio di calcolo. In questo caso l’output non è in forma numerica bensì grafica, infatti, nel piano sono riportati i valori termici associati ad un colore con una scala che va da toni freddi (temperature minori) a toni caldi (temperature maggiori).

Per quanto riguarda gli aspetti strutturali di resistenza al fuoco, FDS propone un’utile tool: l’utente può decidere di impostare che durante la simulazione FDS registri il profilo termico, sotto forma grafica e con il medesimo criterio dei piani, sulle facce degli oggetti inseriti all’in-terno del dominio di calcolo. In questo modo, ad esempio, l’utente ha a disposizione un profilo di temperatura all’intradosso della galleria che può essere confrontato con i valori di resistenza a caldo del calcestruzzo, determinando così se in uno scenario di incendio pos-sano svilupparsi o meno problemi strutturali per l’infrastruttura.

3.3.2 Prodotti e sottoprodotti della combustione

Il tracciamento delle specie chimiche prodotte dall’incendio può essere effettuato in FDS, similmente a quanto visto per la temperatura, con la predisposizione di device disposti all’in-terno del dominio di calcolo in maniera puntuale.

In fase di modellazione l’utente può scegliere di mappare le specie chimiche dichiarate all’in-terno della stringa SPEC entro il dominio di calcolo registrando:

• Frazione di massa in kg/kg di aria o della specie settata come background;

• Massa per unità di volume in kg/m3 di aria o della specie settata come background; • Flusso massivo in kg/(m2 s);

Generalità sulla simulazione di incendi con FDS • Frazione di volume in m3/m3 di aria o della specie settata come background;

• Densità.

Inoltre, le grandezze elencate possono essere anche rappresentate in piani 2D che l’utente posiziona nel dominio di calcolo. Anche in questo caso l’output non è restituito in formato numerico discreto ma in formato grafico con una scala di colori che va da toni caldi a toni freddi in base all’entità della grandezza misurata.

Tra le grandezze misurabili in una simulazione, FDS permette di controllare la variabile FED (Fractional Effective Dose) utile nell’ambito di progettazione della salvaguardia della vita nei confronti di un incendio e per il calcolo di ASET con i modello e i valori di soglia indicati al paragrafo 2.1.

Il valore di FED calcolato da FDS è rappresentato dall’equazione 3.7, tratta dal manuale utente di FDS [1], qui riportata e riprende la teoria di Purser tramite la quale il calcolo della

FED avviene come sommatoria dei rapporti tra dosi inalate e dosi incapacitanti di alcune

specie di gas tossici che possono svilupparsi in un incendio moltiplicate per un fattore che considera l’iperventilazione dell’uomo quando esposto a dosi elevate di CO2. Considera inoltre la soglia minima di ossigeno presente nell’aria per permettere la respirazione di un essere umano medio, in buone condizioni di salute (𝐹𝐸𝐷_𝑂2).

𝐹𝐸𝐷 = (𝐹𝐸𝐷_𝐶𝑂+ 𝐹𝐸𝐷_𝐶𝑁+ 𝐹𝐸𝐷_𝑁𝑂2+ 𝐹𝐿𝐷_𝑖𝑟𝑟) ∙ 𝐻𝑉_𝐶𝑂2+ 𝐹𝐸𝐷_𝑂2 [3.7]

3.3.3 Altri parametri

Come detto in precedenza, la numerosità di variabili di cui è possibile tracciare l’andamento nel tempo in FDS è molto ampia.

Dal punto di vista della progettazione antincendio una variabile di estremo interesse per la salvaguardia della vita degli occupanti è la visibilità, necessaria per individuare la via d’esodo più vicina per raggiungere un luogo sicuro o un luogo sicuro temporaneo.

Durante un incendio lo sviluppo di fumi come prodotto della combustione, per via della loro opacità, può ridurre la visibilità degli occupanti i quali potrebbero rimanere bloccati all’interno del compartimento o della galleria, nell’ambito di questa tesi, senza poter individuare le vie d’esodo o i ripari.

FDS definisce la visibilità come la distanza alla quale un osservatore può identificare un oggetto [1] e l’oscuramento della visibilità come la quota parte di intensità luminosa persa durante l’attraversamento dei fumi prodotti dall’incendio [1]. Un parametro fondamentale per

il monitoraggio della visibilità all’interno del dominio di calcolo è quindi la densità dei fumi che, quando l’utente predispone un device per il controllo della visibilità, è calcolata in tutte le celle del dominio

L’attenuazione dell’intensità luminosa I nello spazio è definita in FDS dall’equazione 3.8 [1]:

𝐼 = 𝐼₀𝑒^−𝐾𝐿 [3.8]

Dove K è definito come il coefficiente di estinzione della luce (light extinction coefficient) pari al prodotto tra un coefficiente di estinzione funzione della massa e della densità dei fumi, L è la lunghezza attraverso il fumo e 𝐼₀ è l’intensità in condizioni normali.

La visibilità in FDS è calcolata con l’equazione 3.9 [1]:

𝑆 = 𝐶/𝐾 [3.9]

Dove C è un coefficiente adimensionale che assume un valore di default in FDS di 3 ed è funzione della facilità di riconoscimento della cartellonistica d’esodo.

Quindi, al fine di controllare che all’interno del dominio un occupante sia in grado di ricono-scere la cartellonistica d’esodo ed individuare le vie di fuga più vicine, l’utente può disporre dei device per la misurazione della visibilità, i cui risultati, in funzione del tempo, saranno disponibili in un foglio Excel al termine della simulazione.

Inoltre, dal punto di vista grafico, al termine della simulazione in Smokeview (il software associato a FDS per la visualizzazione degli output) è possibile vedere l’andamento dei fumi e della loro densità all’interno del dominio di calcolo. La stessa interfaccia grafica è proposta anche da un tool del software Pyrosim®.

Un parametro che descrive in modo ottimale l’andamento della simulazione è la pressione. Come nel caso della temperatura la variabile pressione è registrabile con device o, in forma grafica, con piani 2D.

Simulazione 1 – Validazione del modello di auto