Interazione tra uomo (EVAC) e fuoco (FDS)

Il simulatore FDS+EVAC permette delle simulazioni contemporanee dell'evacuazione e dell'incendio. Usando FDS come piattaforma di calcolo, EVAC ha facile accesso a tutte le proprietà dell’incendio (temperatura dei gas; densità dei fumi e dei gas; livelli di radiazione termica) ad ogni punto nella griglia di calcolo e queste possono essere usate per modellare il comportamento degli esseri umani nella fase di evacuazione.

Infatti, il fuoco può influenzare le condizioni di esodo rendendo inabili gli occupanti e in alcuni casi bloccare i percorsi d’uscita principali; contemporaneamente gli evacuanti possono influenzare il fuoco, aprendo porte e finestre e attuando vari dispositivi di protezione.

La versione di EVAC attualmente distribuita permette di considerare, esclusivamente l’effetto del fumo sul movimento e l’influenza dei principali gas tossici sull’organismo umano, attraverso il calcolo della FED (Fractional Effective Dose) o dose frazionaria debilitante: per ogni valore del tempo di esposizione, restituisce il rapporto tra il valore della dose accumulata e il relativo valore critico di soglia, che conduce all’inabilità. Il software consente poi di implementare agevolmente differenti comportamenti per diverse categorie di occupanti.

Questo è possibile intervenendo sulla velocità indisturbata di esodo e sulla direzione.

In definitiva, nel modello di calcolo EVAC, ogni evacuante osserva la posizione degli altri individui e seleziona il proprio percorso d’uscita, valutando quello apparentemente più veloce; la selezione dell’uscita è modellata come un problema di ottimizzazione, per il quale ogni evacuante tenta di selezionare l’uscita che minimizza il tempo di evacuazione.

Tossicità dei prodotti della combustione

Gli effetti tossici dei prodotti della combustione gassosi sono trattati usando il concetto di Purser di FED (Fractional Effective Dose).

La FED è utilizzata per determinare il tempo in cui gli esseri umani sono incapaci di effettuare le operazioni di evacuazione in modo autonomo.

II calcolo delle dosi frazionali è inoltre finalizzato a confrontare, per ogni parametro di rischio, il valore ottenuto, rappresentativo della dose frazionale inabilitante complessivamente assunta dal generico passeggero durante l'esodo, con il valore di soglia fornito dalla norma ISO 13571 Life threat of fires - Guidance

on the estimation of time available for escape using fire data (a seguito della normalizzazione rispetto al

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Il valore 1 corrisponde al raggiungimento della condizione di impossibilità di autosoccorso (soglia di letalità), mentre il valore 0,3 indica il valore di soglia di lesività, giunto al quale l’individuo subisce una riduzione delle capacità motorie.

La versione attuale di FDS+EVAC usa soltanto le concentrazioni dei gas narcotici O2, CO2 e CO per calcolare il

valore della FED tramite la seguente formula: FEDtot = FEDCO x HVCO2 + FEDO2

L'equazione non contiene l'effetto della CO2 bensì questa provochi iperventilazione, poiché si suppone che

l’anidride carbonica abbia un livello talmente basso da non generare effetti narcotici.

L'anidride carbonica non ha effetti tossici a concentrazioni fino al 5% ma stimola la respirazione che aumenta il tasso con cui gli altri prodotti della combustione sono assorbiti.

La componente relativa al monossido di carbonio (CO), tale da rendere incapace una persona, è calcolata con la seguente formula:

FEDCO = 4,607 x 10-7 (CCO)1,036 t

Dove:

 t è tempo in secondi

 CCO è la concentrazione di monossido di carbonio (in parti per milione).

La frazione di dose relativa all’ossigeno (O2) necessaria a rendere incapace una persona esposta per ipossia

è calcolata con la seguente formula: FEDO2 = t/60exp [8,13 - 0,54(20,9 - CO2 )]

dove:

 t è tempo in secondi

 CO2 è la concentrazione di ossigeno (in ppm.)

La componente relativa all'anidride carbonica, in grado di generare l'iperventilazione, è calcolata con la formula seguente:

HVCO2, = exp(0,1930 CCO2 + 2,0004)/7,1

dove CCO2 è la concentrazione in percentuale dell'anidrite carbonica.

Un agente è considerato reso incapace o inabilitato, quando il valore della FED supera l'unità.

Un agente inabile è modellato come un agente, che non avverte alcuna forza sociale dagli altri agenti e dalle pareti e la cui velocità di movimento è impostata a zero.

La forma di un agente inabilitato non viene però modificata; ossia questo resta comunque in piedi e questo rappresenta un limite del modello che dovrebbe essere modificato nelle versioni successive.

Va sottolineato che l'algoritmo relativo all'evacuazione di FDS+EVAC è di tipo stocastico, usa cioè numeri casuali per generare le posizioni iniziali e le proprietà degli esseri umani e aggiunge inoltre una piccola forza casuale all'equazione di movimento di ogni essere umano. Di conseguenza non si ottengono gli stessi risultati per una stessa simulazione se la si calcola più volte; per questo motivo, occorrerebbe calcolare almeno una dozzina di simulazioni di evacuazione per avere una variazione significativa dei risultati. Per accelerare i tempi di calcolo è consigliabile effettuare molti calcoli di evacuazione per una sola simulazione di incendio.

Nell’attuale versione di FDS+EVAC l'effetto e l'influenza tossica del fumo sono utilizzati nella procedura che determina le velocità di movimento degli agenti.

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La procedura di selezione delle uscite degli agenti usa la densità di fumo per calcolare la visibilità delle porte di uscita e per categorizzare le stesse nei gruppi di preferenza, utilizzati per la determinazione dei criteri di scelta.

Un'altra importante caratteristica del modello è la possibilità di implementare con facilità differenti comportamenti per diverse categorie di agenti.

Il codice permette di intervenire sulla velocità di esodo libero e sulla direzionalità dello stesso, in modo da simulare diverse situazioni.

Ad esempio, nel comportamento di un anziano (elderly), la direzione del moto può essere impostata puntando agli altri evacuanti piuttosto che puntando direttamente alle uscite.

Nel modello di calcolo EVAC, ogni agente osserva la posizione degli altri individui e seleziona il proprio percorso d'uscita valutando quello apparentemente più veloce. La selezione dell'uscita è modellata come un problema di ottimizzazione, per il quale ogni agente tenta di selezionare l'uscita che minimizza il proprio tempo di evacuazione.