Confronto e analisi tra impianti antincendio a schiuma ad alta espansione e sprinkler ESFR

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POLITECNICO DI MILANO

Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria della Prevenzione e della

Sicurezza nell'Industria di Processo

Confronto e analisi tra impianti antincendio a schiuma ad alta

espansione e sprinkler ESFR

Relatori:

Prof. Marco DERUDI

Ing. Massimo MAPELLI

Tesi di Laurea magistrale di:

Cristiano MORONI 841463

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Ringraziamenti

Ringrazio il Prof. Derudi che pazientemente mi ha seguito in questo lavoro, la sua conoscenza e professionalità sono stati fondamentali, un particolare ringraziamento a Simone che nonostante i tanti impegni ha saputo darmi il suo prezioso aiuto.

Ringrazio AZG Antincendio srl per l’opportunità di sviluppare questo lavoro e per avermi permesso di mettermi alla prova sia sotto il profilo professionale che umano.

Ai miei compagni e futuri colleghi ingegneri, per il supporto e le risate di questi anni, non dimenticherò mai bei momenti vissuti insieme, grazie di cuore.

Un grazie speciale va a Gianluc, che con grande pazienza mi ha sempre strappato un sorriso, oltre che compagno di banco sarai per sempre compagno di viaggio.

Ringrazio i miei amici di sempre per i quali non serve un elenco; chi mi è stato vicino e supportato in molte occasioni, avrà per sempre la mia stima e il mio affetto, ognuno sa quanto per me sia importante l’amicizia che ci lega.

Infine il grazie infinito e più caro è per la mia famiglia, in ogni momento della mia vita non mi ha mai lasciato solo, sostenendomi e aiutandomi sempre e comunque, nonostante le mie tante mancanze e i miei momenti no; senza di voi questo non sarebbe possibile.

Spero che la soddisfazione di questo traguardo possa donarvi la felicità che meritate, questa laurea è per voi.

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Confronto e analisi tra impianti antincendio a

schiuma ad alta espansione e sprinkler ESFR

Cristiano Moroni

Abstract

La prevenzione incendi rappresenta da anni, specialmente in ambito industriale, un punto cardine per la salvaguardia di persone e cose ed è al contempo elemento da cui non si può prescindere. Esistono numerose e differenti soluzioni per proteggere i locali e le strutture, con diverse tipologie di impianto antincendio e di estinguente. In questo elaborato viene esposta la progettazione, l'esecuzione e la raccolta dei dati di diverse prove in scala reale che sono state eseguite all'interno del campo prove di AZG Antincendio srl. L'obiettivo è dimostrare, su uno specifico scenario, l’efficienza e l’efficacia di un impianto a schiuma ad alta espansione con rivelazione incendio automatica e un impianto sprinkler ESFR (Early Suppression Fast Response).

Lo scenario simulato è quello di un magazzino ad elevato impilamento, contenente per la maggior parte materiale cartaceo, tipica applicazione per questo tipo di impianti. A conclusione di questo lavoro vengono presentati i risultati ottenuti, per entrambi gli impianti, analizzando principalmente i tempi di intervento, i tempi di spegnimento e l’andamento delle temperature durante le prove; tali risultati sono alla base del confronto precedentemente illustrato.

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Indice I

Indice

Introduzione ... 1 1. Stato dell’arte ... 4 1.1 DM 9 Marzo 2007 ... 4

1.2 UNI EN 12845 e NFPA 13 (sprinkler) ... 6

1.3 ENI EN 13565-2 e NFPA 11 ... 12

2. Materiali e Metodi ... 16

2.1 Firehouse ... 16

2.2 Scenario di incendio ... 18

2.3 Calcolo del carico d'incendio ... 21

2.4 Tipologia di prova ... 22

2.5 Modalità di innesco ... 22

2.6 Impianto sprinkler ... 23

2.7 Impianto schiuma ad alta espansione ... 29

2.7.1 Test da effettuare sulla schiuma ... 33

2.8 Strumentazione/Allestimento ... 34 2.8.1 Registratore ... 35 2.8.2 Termocoppie ... 35 2.8.3 Telecamera ... 36 2.8.4 Trasduttori di pressione ... 36 3. Risultati ... 38

3.1 Prove con schiuma ad alta espansione (AE) ... 38

3.2 Test N°1 ... 38

3.2.1 Risposta del sistema ... 39

3.2.2 Andamento delle temperature ... 42

3.2.3 Rapporto di espansione della schiuma ... 50

3.3 Test N°2 ... 51

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Indice

II

3.3.3 Rapporto di espansione della schiuma ... 60

3.4 Confronto Test 1 – Test 2 ... 61

3.4.1 Confronto tempistiche ... 61

3.4.2 Confronto temperature ... 62

3.5 Test sprinkler ... 64

3.5.2 Andamento delle temperature ... 67

4. Commenti Conclusivi ... 75

Bibliografia ... 83

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Elenco delle figure

III

Elenco delle Figure

Figura 1.1 disposizione Pallet ... 8

Figura 2.1 Pianta firehouse ... 17

Figura 2.2 Firehouse AZG ... 18

Figura 2.3 Diposizione delle scaffalature all’interno della firehouse ... 19

Figura 2.4 Foto interno firehouse (sopra) - foto disposizione pallet (sx) ... 20

Figura 2.5 Schema impianto sprinkler antincendio ... 24

Figura 2.6 Modelli sprinkler pendent con diversa temperatura di attivazione ... 26

Figura 2.7 Sprinkler Pendent ... 26

Figura 2.8 Sprinkler Upright (fast response) ... 26

Figura 2.9 Sprinkler ESFR K25 Pendent Storage... 27

Figura 2.10 Protezione con sprinkler ESFR di magazzini con merci stoccate fino a 7.6 m di altezza (NFPA 13 Cap. 16.2.3.1) ... 28

Figura 2.11 Generatore schiuma ad alta espansione ... 31

Figura 2.12 Disposizione termocoppie all'interno della firehouse ... 36

Figura 2.13 Disposizione strumenti firehouse ... 37

Figura 3.1 Innesco – test 1 ... 39

Figura 3.2 Incendio dopo 139 s ... 40

Figura 3.3 Inizio erogazione schiuma (172 s) ... 41

Figura 3.4 Scarica schiuma – test 1 ... 41

Figura 3.5 Andamento temperature a 1 m – test 1 ... 44

Figura 3.9 Andamento temperature a 9 m di altezza – test 1 ... 48

Figura 3.10 Andamento temperature a soffitto – test 1 ... 49

Figura 3.11 Andamento temperature in prossimità dello scaffale – test 1 ... 50

Figura 3.12 Innesco Test 2 ... 51

Figura 3.13 Pulsante Abort esterno alla firehouse ... 52

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Elenco delle figure

IV

Figura 3.18 Andamento temperature a 9 m - test 2 ... 58

Figura 3.19 Andamento temperature a soffitto – test 2 ... 59

Figura 3.20 Andamento temperature in prossimità dell'incendio - test 2 ... 60

Figura 3.21 Confronto temperature soffitto test 1 - test 2 ... 62

Figura 3.22 Scenario prova sprinkler a 5 min dall'ignizione ... 65

Figura 3.23 Scenario prova sprinkler a 9 min dall'ignizione ... 65

Figura 3.28 Andamento temperature a 9m - test 3 ... 72

Figura 3.29 Andamento temperature a soffitto - test 3 ... 73

Figura 3.30 Andamento temperature in prossimità dell'incendio - test 3 ... 74

Figura 4.1 Linea temporale ... 75

Figura 4.2 Danni riportati con la prova dell’impianto a schiuma ad alta espansione ... 77

Figura 4.3 Danni riportati con l’impianto sprinkler ... 77

Figura 4.4 Fuoriuscita schiuma ... 79

Figura 4.5 Confronto andamento temperature a soffitto - test 1 - test 3 ... 80

Figura 4.6 Andamento temperature medie - test 1 ... 80

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Elenco delle tabelle

V

Elenco delle tabelle

Tabella 1.1 Scelta δq1 ... 5

Tabella 1.2 Scelta δq2 ... 6

Tabella 1.3 Scelta δqn ... 6

Tabella 1.4 Scelta tempo di sommersione NFPA 11 ... 13

Tabella 1.5 Scelta tempo di sommersione UNI EN 13565 ... 13

Tabella 2.1 Caratteristiche pallet di prova ... 20

Tabella 2.2 Caratteristiche Generatore ... 32

Tabella 2.3 Calcolo numero di generatori necessari ... 32

Tabella 3.1 Tempi intervento impianto schiuma AE test 1 ... 39

Tabella 3.2 Temperature massime test 1 ... 43

Tabella 3.3 Istanti temporali test 2 ... 52

Tabella 3.4 Temperature massime test 2 ... 53

Tabella 3.5 Tempi di intervento impianto sprinkler ... 64

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Elenco delle equazioni

VI

Elenco delle equazioni

Equazione 1: Calcolo del carico d'incendio secondo DM 9/3/2007 ... 4

Equazione 2: Calcolo del carico d'incendio specifico secondo DM 9/32007 ... 5

Equazione 3: Calcolo scarica di schiuma secondo UNI EN 13565 ... 14

Equazione 4: Calcolo scarica di schiuma secondo NFPA 11 ... 14

Equazione 5: Calcolo del coefficiente Rs ... 14

Equazione 6: Calcolo portata sprinkler con fattore K ... 27

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1

Introduzione

Il presente lavoro di tesi è frutto di un'esperienza di tirocinio svolta presso un'azienda che si occupa di progettazione e installazione di impianti antincendio. L'azienda in questione è l’AZG Antincendio di Borgo San Giovanni (Lodi) che da circa 20 anni si occupa in tutta Italia e in Europa di proporre e studiare soluzioni ad hoc per la protezione da incendio. L’azienda dispone inoltre di un campo prove e di una "Firehouse" ovvero una struttura che riproduce in dettaglio le differenti soluzioni di impianti antincendio che AZG propone ai propri clienti e simula realmente diversi scenari di incidente, sia in campo industriale che terziario.

Gli incendi e i metodi di prevenzione ed estinzione di questo tipo di scenari incidentali hanno sempre suscitato in me un notevole interesse e, a seguito del percorso intrapreso, ritengo vi sia la possibilità di un grande miglioramento in tale settore, soprattutto per quanto riguarda i metodi preventivi che molto spesso vengono visti come una spesa e non come un profitto. Partendo dal concetto che la prevenzione incendi, specialmente in ambito industriale, è un punto cardine per la salvaguardia di persone e cose ed è al contempo elemento da cui non si può prescindere, è per i motivi sopra esposti che ho scelto di collaborare con AZG Antincendio per la realizzazione di questo progetto. Il poter simulare casi reali di incendio ed osservarne gli sviluppi ha certamente contribuito ad accrescere il mio interesse e la mia esperienza in questo settore.

Quello che in questo elaborato viene esposto è la progettazione, l'esecuzione e la raccolta dei dati di diverse prove che sono state eseguite all'interno della firehouse ed in seguito analizzate per arrivare ad uno specifico risultato, che è poi la sintesi di tutto il lavoro per lo sviluppo della tesi.

L'obiettivo è quello di dimostrare a livello pratico tramite prove in scala reale, l'efficienza e l'efficacia di un impianto a schiuma ad alta espansione rispetto ad altri sistemi di spegnimento; verificare le temperature sulle strutture e i tempi di intervento che il suddetto impianto ha nella pratica. Un impianto a schiuma ad alta espansione ha dei tempi di intervento e di estinzione decisamente inferiori a quelli, per esempio, di un classico impianto sprinkler perché riduce drasticamente la possibilità di propagazione di

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Introduzione

2 incendio ed il rischio di sollecitazione termica delle strutture, garantendo soprattutto la salvaguardia di persone e cose e riducendo l'immissione in atmosfera di sostanze tossiche originate da molti prodotti durante la decomposizione termica.

Particolare attenzione sarà posta sulle strutture e sulle temperature che esse potranno raggiungere durante lo sviluppo dell'incendio, con un occhio di riguardo anche alla scaffalatura: all'interno del più ampio obiettivo sopra esposto vi è l'interesse a dimostrare che un edificio presidiato da un impianto a schiuma ad alta espansione, in caso di incendio, viene sottoposto a sollecitazioni termiche contenute, pertanto può essere omessa l'applicazione del DM 9 Marzo 2007 che prevede in funzione del carico di incendio, la classificazione delle strutture ad una specifica classe di resistenza al fuoco.

Per verificare l’obiettivo precedentemente esposto si è simulato lo scenario presente in un magazzino ad elevato impilamento, scenario classico per applicazione degli impianti in questione. Sono state pianificate diverse prove, con due impianti di spegnimento differenti:

- Schiuma ad alta espansione: fra i due è il sistema più innovativo ed efficiente, che trova già applicazione in ambito industriale principalmente per applicazioni specifiche e di nicchia, visti i costi più elevati rispetto ad un classico impianto sprinkler.

- Sprinkler: sistema molto conosciuto e largamente utilizzato per svariate applicazioni sia in ambito civile che industriale; con questo tipo di impianto sono state svolte le medesime prove effettuate con l'impianto a schiuma ad alta espansione così da poter fornire un preciso parametro di confronto con quest'ultimo.

Nell'ambito dello svolgimento del tirocinio mi sono occupato, in collaborazione con tutto l'ufficio tecnico aziendale, di studiare, progettare e definire tutto l'iter che questo tipo di analisi prevede. L'intero lavoro si può scomporre in 3 fasi distinte:

 Modalità di prova: nella prima parte del lavoro, è stato necessario definire quali materiali scegliere per la prova, che grandezze sperimentali prendere in

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Introduzione

3 considerazione e di conseguenza che tipologia di strumentazione fosse necessario installare.

 Svolgimento della prova: parte pratica in cui fisicamente sono state svolte le prove in campo.

 Analisi dei risultati: In quest'ultima fase sono stati confrontati tutti i risultati ottenuti nelle diverse prove svoltesi in differenti condizioni così da poter trarre le relative conclusioni e verificare se l'obiettivo prefissato inizialmente fosse raggiunto o meno..

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4

1. Stato dell’arte

In questo primo capitolo viene presentato lo “stato dell’arte” del presente lavoro di tesi; con tale termine si intende il più alto livello di sviluppo e conoscenza, attualmente raggiunto dal campo d’indagine scientifica di interesse.

Vengono ragionevolmente messe a confronto le normative UNI, riguardanti l'antincendio ed in particolare il confronto tra gli impianti a schiuma e gli impianti sprinkler, con le corrispondenti normative americane NFPA (National Fire Protection Association), viene poi esposto brevemente il DM 9/3/2007 decreto ministeriale fondamentale che traccia le linee guida sui criteri di scelta della resistenza al fuoco delle strutture.

1.1 DM 9 Marzo 2007

Il DM 9/3/2007 come recita l'art. 1 "Il presente decreto stabilisce i criteri per determinare le prestazioni di resistenza al fuoco che devono possedere le costruzioni nelle attività soggette al controllo del Corpo nazionale dei vigili del fuoco, ad esclusione delle attività per le quali le prestazioni di resistenza al fuoco sono espressamente stabilite da specifiche regole tecniche di prevenzione incendi" è il punto di riferimento da diversi anni per quanto riguarda l'assegnazione della classe di resistenza al fuoco delle strutture, il DM espone chiaramente nel suo allegato il calcolo da eseguire per determinare il carico di incendio specifico di progetto espresso in MJ/m2 con il quale si determina la classe REI1 da assegnare alla struttura.

Il calcolo del carico di incendio viene fatto con la formula:

𝒒𝒇 =

∑𝒏_𝒊=𝟏 𝒈_𝒊∗ 𝑯_𝒊∗ 𝒎_𝒊∗ 𝚿_𝒊

𝑨 (1)

gi = massa dell'i-esimo combustibile presente nel compartimento;

1_{La sigla REI sta ad indicare R=Resistance E=Entretenir I=Isolement ovvero Resistenza, Tenuta ai fumi,}

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1. Stato dell’arte

5 Hi = potere calorifico inferiore dell'i-esimo materiale ottenuto per via sperimentale con

dati ottenuti in letteratura;

mi = fattore di partecipazione alla combustione dell'i-esimo materiale posto pari a 0.8

per il legno e 1 per tutti gli altri materiali;

Ψi = fattore di limitazione della partecipazione all'incendio dell'i-esimo materiale;

A = Area del compartimento.

Una volta calcolato il carico di incendio specifico, per ottenere il carico d’incendio specifico di progetto si tiene conto di diversi coefficienti, individuati in funzione delle misure di protezione adottate; nel DM 9/3/2007 non vi è la presenza di un riferimento particolare agli impianti a schiuma ad alta espansione viene solo tenuto conto di un coefficiente che identifica un impianto di spegnimento con estinguente differente dall'acqua.

𝒒𝐟, 𝐝 = 𝛅_𝒒𝟏 · 𝛅_𝒒𝟐 · 𝛅_𝒏 · 𝐪_𝒇 ₍₂₎ δq1 è il fattore che tiene conto del rischio di incendio in relazione alla dimensione del

compartimento e i cui valori sono definiti in Tabella 1.1;

δq2 è il fattore che tiene conto del rischio di incendio in relazione al tipo di attività svolta

nel compartimento e i cui valori sono definiti in Tabella 1.2;

δ =

Π

i δni è il fattore che tiene conto delle differenti misure di protezione e i cui valori

sono definiti in Tabella 1.3.

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6 Tabella 1.2 Scelta δq2

Tabella 1.3 Scelta δqn

E' importante quindi sottolineare come questo documento non copre in maniera completa tutti i casi possibili presenti nell'ambiente industriale, è quindi discrezione del professionista scegliere quale coefficiente rappresenta maggiormente la situazione che prende in esame e che porta alla scelta della classe della struttura.

Il calcolo del carico d’incendio nel nostro caso specifico sarà mostrato dettagliatamente nei capitoli successivi.

1.2 UNI EN 12845 e NFPA 13 (sprinkler)

La scelta di una normativa di riferimento per la progettazione e l’installazione di un sistema di protezione contro l’incendio è fondamentale per il raggiungimento dell’obiettivo previsto; il sistema infatti non potrà mai essere testato nelle sue prestazioni principali è quindi la conformità ad una specifica norma l’unico elemento di valutazione valido.

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7 Per i sistemi e/o gli impianti sprinkler praticamente tutti i paesi industrializzati hanno sviluppato una normativa tecnica di riferimento, che talvolta presenta alcune differenze; si intende che possono risultare più avanzate o più perfezionate di altre. La scelta di una normativa piuttosto che un’altra dovrebbe essere quasi indifferente rispetto all’obiettivo prefissato, che consiste nella predisposizione di un sistema in grado di controllare un eventuale incendio in un dato scenario. Una corretta interpretazione delle normative tecniche di progettazione ed installazione dei sistemi di protezione dovrebbe portare alla conclusione che un sistema, se realizzato seguendo una norma tecnica riconosciuta e valida a livello internazionale, dovrebbe di per se essere considerato valido e totalmente equivalente a un sistema analogo realizzato in conformità ad una diversa normativa.

Il caso tipico è il confronto fra le norme NFPA americane e le norme UNI, entrambe affidabili e valide nel raggiungimento dell’obiettivo prestazionale; in letteratura i soli casi di fallimento che a livello statistico si sono registrati sono correlati all’errata progettazione dell’impianto o ad un suo malfunzionamento, cause non riconducibili alle scelta della normativa di riferimento; questi dati sono confermati dall’ANIA (associazione nazionale fra le imprese assicuratrici) (Giacalone, 2016).

Per gli impianti sprinkler sono disponibili diverse norme le principali sono la NFPA 13 di matrice americana e la UNI EN 12845.

“Prima di iniziare la progettazione, si deve determinare la classe di pericolo per cui deve essere progettato il sistema sprinkler.” (UNI EN 12845, 2015).

Come dice la norma nelle righe qui sopra riportate, prima di procedere al confronto tra le due norme si identifica a quale classe di pericolo appartiene il caso di studio, prendendo in considerazione più avanti la parte legata alla scelte progettuali.

Mettendo a confronto le normative per il caso in esame notiamo una diversa classificazione del pericolo individuando per casi analoghi classi tra loro differenti. La UNI EN 12845 divide il pericolo in tre classi:

- Pericolo lieve LH: La classe LH comprende attività con bassi carichi di incendio e bassa combustibilità e aventi ciascun singolo compartimento con area non maggiore di 126 m2 e con una resistenza al fuoco di almeno 30 min;

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8 - Pericolo ordinario OH: Attività in cui vengono trattati o prodotti materiali combustibili con un carico d’incendio medio e media combustibilità. Questa categoria è a sua volta suddivisa in 4 gruppi;

- Pericolo alto HH

 Pericolo alto – Processo - HHP: Un pericolo alto processo (reparto di processo) è relativo ad attività dove i materiali presenti possiedono un alto carico d’incendio e un’alta combustibilità e sono in grado di sviluppare un incendio intenso e vasto. Questa categoria è suddivisibile in 4 gruppi;

 Pericolo alto - deposito - HHS: Un pericolo alto deposito è relativo al deposito di merci in cui l’altezza dello stoccaggio supera i limiti indicati per il pericolo ordinario. Il percolo alto deposito è suddiviso in 4 categorie;

Per il nostro caso specifico viene identificata la classe HHS poiché viene superata l’altezza di stoccaggio della classe OH fissata al massimo a 4.0 m come indicato nel prospetto 1 a pag. 17 della norma UNI EN 12845.

Il tipo di deposito e il materiale utilizzato nella prova, si identifica in categoria III in riferimento ai prospetti B e C della norma UNI EN 12845, si categorizza ulteriormente facendo riferimento alla configurazione del deposito indicata nel capitolo 6.3.2. Pertanto la classificazione ricade sulla categoria ST4 “merci su scaffali per pallet” come specificato nella Figura 1.1 (UNI EN 12845, 2015)

Figura 1.1 disposizione Pallet

La norma NFPA 13 specifica nelle prime righe come la determinazione della classe di pericolo sia in relazione solo con la progettazione dell’impianto sprinkler e non sia da

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9 intendere come una classificazione generale dei pericoli, come nella UNI EN 12845 ci sono 3 differenti pericoli:

- Light Hazard Occupancies. “Light hazard occupancies shall be defined as occupancies or portions of other occupancies where the quantity and/or combustibility of contents is low and fires with relatively low rates of heat release are expected”;

- Ordinary Hazard (Group 1). Ordinary hazard (Group 1) occupancies shall be define as occupancies or portions of other occupancies where combustibility is low, quantity of combustibles is moderate, stockpiles of combustibles do not exceed 8 ft (2.4 m), and fires with moderate rates of heat release are expected; - Ordinary Hazard (Group 2) Ordinary hazard (Group 2) occupancies shall be

defined as occupancies or portions of other occupancies where the quantity and combustibility of contents are moderate to high, stockpiles of contents with moderate rates of heat release do not exceed 12 ft (3.7 m), and stockpiles of contents with high rates of heat release do not exceed 8 ft (2.4 m);

- Extra Hazard Occupancies. Extra Hazard (Group 1). Extra hazard (Group 1) occupancies shall be defined as occupancies or portions of other occupancies where the quantity and combustibility of contents are very high and dust, lint, or other materials are present, introducing the probability of rapidly developing fires with high rates of heat release but with little or no combustible or flammable liquids;

- Extra Hazard (Group 2). Extra hazard (Group 2) occupancies shall be defined as occupancies or portions of other occupancies with moderate to substantial amounts of flammable or combustible liquids or occupancies where shielding of combustibles is extensive;

- Special Occupancy Hazards: in questa categoria rientrano tutti i materiali non elencati nelle categorie precedenti, come per esempio stoccaggio intensivo di liquidi infiammabili o solventi, per un elenco dettagliato si rimanda al capitolo 22 della normativa NFPA 13 (NFPA 13, 2016 p. Chapter 22).

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10 Per la questione riguardante i pallet si fa riferimento al sottocapitolo 5.6.2.1 “When loads are palletized, the use of wood or metal pallets, or listed pallets equivalent to wood, shall be assumed in the classification of commodities”. (NFPA 13, 2016)

Nel capitolo successivo della norma vengono identificate le categorie; nel nostro caso quella di interesse è la Class III “A Class III commodity shall be permitted to contain a limited amount (5 percent or less by weight of unexpanded plastic or 5 percent or less by volume of expanded plastic) of Group A or Group B plastics”.

Questo principalmente perché nel materiale che verrà utilizzato come campione è presente una piccola parte plastica circa l’1% (film protettivo) ciò porta ad identificare la class III come classe del nostro caso.

Durante lo studio oggetto della presente tesi si è notato che nel confronto fra le due norme (NFPA - UNI) la scelta della classe di rischio è differente tra le due, nello specifico la norma UNI EN 12845 identifica la classe di pericolo tramite tabelle contenenti casi reali e specifici; di contro la norma NFPA 13 non si basa su esempi (casi reali) ma prende in considerazione le quantità e il tipo di materiale presente.

Passando ora alla parte progettuale del caso in esame per i sistemi sprinkler la caratteristica prestazionale del sistema può essere definita come la capacità di controllare un incendio che si sviluppa in una determinata area. Tutte le norme che stabiliscono le modalità di progettazione e installazione di un impianto sprinkler hanno come finalità quanto sopra e pertanto tutti gli impianti realizzati in conformità ad una norma tecnica, sostanzialmente valida, dovrebbero essere tra loro considerati equivalenti.

La NFPA 13 scende decisamente nel dettaglio analizzando quasi il completo ventaglio di scenari che si possono presentare; lasciando poco spazio ad interpretazioni. Offre una serie di indicazioni per le applicazioni più varie e risultano in costante aggiornamento rispetto alle tecnologie e ad incidenti realmente accaduti (Marinelli, et al., 2002). Differente è la norma UNI EN 12845 che costringe il progettista a ricorrere all’esperienza e alla personale conoscenza per poter adottare in fase progettuale la miglior soluzione.

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11 Un esempio su tutti è la mancanza fino al 2015 di cenni e analisi su sprinkler ESFR (Early Suppression Fast Response) o Fast response all’interno delle norme europee (Marinelli, et al., 2002); questo tipo di sprinkler consente di realizzare soluzioni più evolute ed adeguate rispetto ai rischi che effettivamente si incontrano nella realtà. Nonostante all’interno dell’ultimo aggiornamento della norma europea siano stati inseriti questo tipo di sprinkler (prospetto P UNI EN 12845, 2015) risulta a volte poco chiara la progettazione dell’impianto nel suo insieme, che ha come elemento finale uno sprinkler ESFR.

Il confronto sorge spontaneo anche per quanto riguarda l’analisi di tutti i casi di incidente possibile. Entrambe le norme prendono in esame i casi più comuni come: aree di produzione, parcheggi, teatri ecc. In questi casi è facilmente riscontrabile una marcata analogia tra le norme. Le norme NFPA invece, in presenza di casi particolari quali condizioni anomale (altezza dei fabbricati, presenza di merci speciali sia in termini di infiammabilità che in termini di comportamento all’incendio), danno al progettista indicazioni aggiuntive atte a rendere la protezione ragionevolmente più affidabile di quanto ragionevolmente conseguibile.

Per i casi che non rientrano nei casi “classici” in genere tutte quelle aree di deposito per le quali è difficile identificare un solo pericolo per questo tipo di casistica (come quello in esame) le due norme adottano approcci significativamente differenti e difficili da porre a confronto; nel nostro caso specifico la principale differenza sta nel fatto che, applicando la norma UNI EN 12845 (che impone vincoli più severi sulla posizione degli sprinkler), si rende necessario in molti casi il posizionamento di sprinkler intermedi spesso non necessari; la norma americana ha invece definito una serie di protezioni alternative basate sull’utilizzo di sprinkler con portate elevate quali gli ESFR.

In questo caso il confronto normativo risulta decisamente complicato, l’equivalenza è attestata sul principio esposto precedentemente che consente di considerare equivalenti tutti i sistemi realizzati in conformità con una normativa tecnica internazionale riconosciuta.

E’ necessario quindi che una volta intrapresa la progettazione con una norma riconosciuta e accettata dalle autorità competenti (Corpo nazionale VVF) sia applicato il

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12 criterio di equivalenza, che vieta di mescolare requisiti normativi; la mancanza di quanto sopra non permette la possibilità di dare l’attestazione di conformità all’impianto.

Il nostro particolare caso e l’utilizzo di sprinkler ESFR hanno fatto si che la NFPA 13 sia stata scelta come unico riferimento normativo, nel capitolo 2.6 sarà dettagliatamente spiegata la scelta della testina sprinkler ESFR anche in relazione alla classe di pericolo individuata per il nostro caso.

1.3 ENI EN 13565-2 e NFPA 11

Analizzando ciò che concerne la progettazione e costruzione di impianti a schiuma e analizzando i riferimenti normativi utilizzati per questo tipo di applicazione; possiamo dire in prima battuta che la normativa UNI EN 13565-2, che si occupa di progettazione, costruzione e manutenzione di impianti a schiuma, sia più recente della norma americana NFPA11, è probabilmente per questo motivo che a differenza della norma sprinkler le analogie tra la norma europea e quella americana sono in questo caso molte.

Per la nostra applicazione prendiamo in esame, di entrambe le norme, i soli capitoli dedicati agli impianti a schiuma ad alta espansione che sono rispettivamente il cap 6 per la NFPA 11 e il capitolo 7 della UNI EN 13565-2.

Parametro principale da calcolare negli impianti a schiuma è la portata di scarica, la progettazione si basa sul calcolo attraverso una formula della portata di schiuma da erogare, la formula è in entrambe le norme la medesima, differisce per un solo parametro in più nella norma americana.

Per entrambi i casi è necessario definire prima il tempo massimo di sommersione, ovvero in quanti minuti è necessario riempire completamene il volume del compartimento da proteggere; la scelta del tempo di sommersione è imposto dalla norma, andando a incrociare in una tabella contenente il tipo di pericolo in funzione della categoria di costruzione e resistenza al fuoco assegnata alle strutture (per la norma NFPA assegnata secondo standard americani e indicata con “type”). Si riportano nel seguito le tabelle estrapolate dalle due norme (Tabella 1.4, Tabella 1.5).

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13 Tabella 1.4 Scelta tempo di sommersione NFPA 11

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14 La formula per il calcolo della portata di schiuma secondo la norma UNI 13565 è la seguente:

𝑹 =𝑽

𝑻∗ 𝑪𝑵 ∗ 𝑪𝑳 (3)

Mentre secondo la norma NFPA 11 la portata di scarica schiuma va stimata come segue:

𝑹 = (𝑽

𝑻+ 𝑹𝒔) ∗ 𝑪𝑵 ∗ 𝑪𝑳 (4)

In entrambe le equazioni sono presenti due fattori correttivi che sono:

- CN: è il fattore di compensazione per il normale ritiro della schiuma dovuto allo scarico della soluzione, al fuoco, all’irroramento delle superfici asciutte, ecc. Minimo 1.15.

- CL è il fattore di compensazione per la riduzione della schiuma dovuta alle perdite attorno a porte e finestre. Minimo 1.2.

E’ facile notare come differiscano le equazioni 3 e 4 differiscano per il solo coefficiente Rs che serve a compensare la distruzione di schiuma dovuta alla scarica degli sprinkler, deve essere determinato con dei test in laboratorio, o in assenza di specifici dati con la formula seguente:

𝑹𝒔 = 𝑺 ∗ 𝑸 (5)

dove:

S = distruzione della schiuma misurata in m3/min· L/min (ft3/min · gpm) di scarica degli

sprinkler.

(27)

15 Q = scarica totale stimata per il numero massimo di sprinkler che si si aspetta funzionino in L/min (gpm)

Ultima piccola differenza tra le due è il tempo di sommersione totale, la UNI EN 13565-2 richiede un funzionamento continuo per almeno 4 volte il volume di sommersione e in ogni caso per non meno di 15 minuti di funzionamento a pieno regime, la NFPA 11 risulta ancora più restrittiva imponendo o 4 volte il volume di sommersione o 25 minuti di funzionamento.

A fronte della evidente analogia tra le due norme viene scelta per facilità di consultazione la norma europea, facendo notare che anche nell’eventualità si fosse scelta la norma americana il risultato avrebbe portato a una differenza del tutto irrisoria.

I calcoli relativi alla portata di sommersione si rimandano al capitolo successivo in cui è spiegato dettagliatamente l’impianto in opera per le prove.

(28)

16

2. Materiali e Metodi

Nei sottocapitoli successivi vengono riportate in dettaglio le modalità di prova, i materiali e la strumentazione che saranno utilizzati durante le prove, con particolare attenzione ai criteri di scelta.

2.1 Firehouse

Lo svolgimento dei test dei diversi impianti antincendio è stato svolto presso la firehouse, situata nel campo prove di AZG Antincendi srl (Figura 2.2) è una struttura all'interno della quale vengono simulate diverse situazioni di incendio e di conseguenza testati e verificati innovativi sistemi di spegnimento.

La pianta della firehouse è mostrata in Figura 2.1 è una struttura recente all'interno della quale sono installati diversi impianti antincendio che possono essere utilizzati singolarmente sezionando, mediante apposite valvole, quale sistema utilizzare. Come già esposto nell'introduzione i due sistemi di spegnimento che verranno utilizzati sono quello a schiuma ad alta espansione e l'impianto sprinkler.

Di seguito sono evidenziate le dimensioni caratteristiche della firehouse.

Il volume totale della firehouse è:

𝑉_𝑡𝑜𝑡 = 6.6 ∗ 7.6 ∗ 10 = 501.6 𝑚3

L'area di base totale del compartimento è:

𝐴 = 6.6 ∗ 7.6 = 50.16 𝑚2

Le pareti perimetrali della struttura hanno resistenza al fuoco pari REI 120 così come le due porte di accesso.

(29)

2. Materiali e Metodi

17 Figura 2.1 Pianta firehouse

(30)

18 Figura 2.2 Firehouse AZG

2.2 Scenario di incendio

Lo scenario che verrà simulato è quello di un magazzino ad elevato impilamento; è una situazione tipica in numerose aziende che si occupano di logistica e stoccaggio merci o aziende che all'interno del loro sito produttivo dispongono di un magazzino di dimensioni notevoli.

La configurazione scelta per lo svolgimento delle prove prevede una scaffalatura a più ripiani che si sviluppa in altezza (Figura 2.4), ci saranno due campate disposte parallelamente tra loro al centro della stanza a distanza di 2 m uno dall'altro, ogni campata prevede 5 ripiani posti a distanza fissa tra loro (1,5 m); ogni ripiano ospiterà due pallet di dimensioni standard, le cui caratteristiche saranno descritte in seguito. La dimensione e le quote che descrivono il posizionamento degli scaffali sono mostrate in Figura 2.3.

(31)

19 Figura 2.3 Diposizione delle scaffalature all’interno della firehouse

(32)

20 Figura 2.4 Foto interno firehouse (sopra) - foto disposizione pallet (sx)

Il pallet utilizzato per le prove ha le dimensioni standard di 80x100x120 cm; tutti i pallet utilizzati nella prova saranno identici tra loro sia per forma che per composizione del carico, di seguito viene riportata la descrizione dettagliata del singolo elemento (Tabella 2.1).

Tabella 2.1 Caratteristiche pallet di prova

PALLET

Peso medio: 60/70 Kg

Dimensioni: 1200x800xH644 mm

Materiale Stoccato: Pallet Legno (EPAL) Peso: 12 Kg

Densità: 450kg/m3

Potere calorifico: 17.5 MJ/Kg Polietilene (Film imballaggio) Peso: 1 Kg Densità: 960 Kg/m3 Potere calorifico: 46 MJ/Kg Cartone Peso: 2 Kg Densità: 1050 kg/m3 Potere calorifico: 17 MJ/Kg Carta in pacchi Peso: 50 Kg Densità: 1200 kg/m3 Potere calorifico: 47 MJ/Kg

(33)

21 Potrebbe esserci una variabilità minima nel materiale per esigenze logistiche ma ai fine della prova e del calcolo del carico di incendio non porteranno a variazioni degne di nota.

La scelta che ha portato ad utilizzare come campione di prova il pallet presentato nella Tabella 2.1 è data dal fatto che nei magazzini di stoccaggio i materiali presenti sono generalmente quelli presentati precedentemente e rappresentano la situazione classica anche per quanto riguarda le caratteristiche di carico di incendio. Questa approssimazione va bene solo per alcuni settori, non è applicabile ovviamente a settori specifici come potrebbe essere l’industria petrolchimica; la scelta di utilizzare 16 pallet della stessa composizione è dettata dal fatto che nella maggior parte dei magazzini le merci stoccate in scaffali adiacenti sono le medesime; le distanze scelte servono invece a permettere il passaggio dei carrelli elevatori per caricare i pallet.

La classificazione del tipo di pericolo è stata affrontata nel capitolo 1.2 identifificando “Extra Hazard (group 1) class III come classe di pericolo per questo tipo di prove la classe è necessaria per determinare il tipo di ugello da utilizzare.

2.3 Calcolo del carico d'incendio

Per il calcolo del carico di incendio specifico per ogni pallet si utilizza il calcolo redatto secondo il DM 9 Marzo 2007 (Alessandro, et al., 2010) già presentato nel capitolo 1.1.

Il calcolo è stato eseguito secondo la formula:

𝒒_𝒇 = ∑ 𝒈𝒊∗ 𝑯𝒊∗ 𝒎𝒊∗ 𝚿𝒊

𝒏 𝒊=𝟏

𝑨

Considerando mi = 1 e Ψi = 1 e utilizzando i dati presenti nella Tabella 2.1 si riporta di

seguito il calcolo del carico d'incendio specifico per un singolo pallet

𝑞𝑓 =

(12 ∗ 17.5 + 1 ∗ 46 + 2 ∗ 17 + 50 ∗ 47) ∗ 1 ∗ 1

50,16 = 52.63

𝑀𝐽 𝑚2

il carico di incendio totale sarà pari al carico specifico per ogni pallet moltiplicato per il numero totale di pallet.

(34)

22 𝑞_{𝑓𝑡𝑜𝑡} = 𝑞𝑓∗ 16 = 𝟖𝟒𝟐

𝑴𝑱 𝒎𝟐

Questo è il carico di incendio totale calcolato secondo il DM 9/03/2007 risulta abbastanza elevato ma era volontà dello staff rendere il più realistica possibile la prova.

2.4 Tipologia di prova

Sono state svolte in totale n° 3 prove, così suddivise:

- Impianto schiuma ad alta espansione

o n°1 prove con innesco accidentale o n°1 prova simulazione incendio doloso - Impianto sprinkler

o n°1 prove innesco accidentale

Nel sottocapitolo 2.5 sono specificate le modalità di innesco di ciascuna prova e il tipo di incidente simulato.

2.5 Modalità di innesco

Per due delle tre prove programmate sarà simulato un innesco accidentale, il classico esempio è un corto circuito elettrico o il mozzicone di una sigaretta, in questo caso ci si aspetta che la propagazione dell'incendio sia più lenta rispetto al caso di dolo.

L’innesco è realizzato innescando una piccola vasca di circa 25 cm di diametro, contenente una miscela di gasolio e benzina, posta al di sotto del bancale posizionato a terra.

Per la prova in cui viene simulato un innesco doloso, ssono stati predisposti tre punti di innesco e il materiale stoccato verrà cosparso di liquido infiammabile (alcool) che

(35)

23 accelera notevolmente la combustione cambiando in maniera significativa lo scenario incidentale, una volta terminata questa operazione l’ignizione avverrà con un accenditore.

Le modalità qui sopra descritte saranno applicate sia per l'impianto a schiuma ad alta espansione sia per l'impianto sprinkler in egual modo, cosi facendo sarà possibile in fase di analisi evidenziare le differenze tra le due tipologie di impianto a seguito del medesimo scenario.

2.6 Impianto sprinkler

Un sistema automatico sprinkler è un particolare impianto di spegnimento ad acqua che è in grado di rilevare la presenza di un incendio ed estinguerlo nello stadio iniziale, oppure di tenere sotto controllo le fiamme in modo che l’estinzione possa essere completata con altri mezzi.

Un impianto sprinkler comprende un’alimentazione idrica e uno o più impianti sprinkler; ogni impianto comprende un complesso di valvole principali di controllo dell’impianto e un insieme di tubazioni dotate di erogatori, disposti in posizioni specifiche, a livello del soffitto o della copertura e se necessario tra le scaffalature dei magazzini.

Gli sprinkler funzionano a temperature predeterminate per scaricare l’acqua sopra le parti interessate dal fuoco sottostante. Il flusso dell’acqua attraverso la valvola di allarme innesca un allarme di incendio. La temperatura di funzionamento è scelta generalmente in modo confacente alle condizioni di temperatura ambiente.

L’impianto sprinkler è di tipo localizzato, poiché entrano in funzione solamente gli sprinkler in prossimità dell’incendio, cioè quelli che si scaldano sufficientemente. Il sistema sprinkler si compone essenzialmente delle seguenti parti:

- Sistema di alimentazione idrica; - Collettore principale e montanti;

(36)

24 - Stazioni di comando e di controllo;

- Collettori di distribuzione e diramazione delle tubazioni; - Testine erogatrici (sprinkler);

- Complesso per la segnalazione allarme;

L’impianto utilizza l’acqua prelevata, tramite una pompa, da un serbatoio in grado di fornire la quantità d’acqua necessaria. Una pompa di idonea portata e prevalenza, deve essere alimentata o dal quadro elettrico di emergenza oppure essere una motopompa con alimentazione indipendente a gasolio e risultare a servizio esclusivo dell’impianto. La linea principale dell’impianto deve essere collegata al collettore principale d’incendio per mezzo di una valvola di non ritorno, in modo che, qualora vada in avaria la pompa che alimenta l’impianto, il circuito resti collegato a quello principale di incendio.

Dalla linea principale si dipartono poi le linee secondarie ciascuna delle quali è collegata a una stazione di comando e di controllo per singola zona; dalle linee secondarie a loro volta si diramano ulteriori tubazioni sulle quali sono installati gli sprinkler, che risultano distribuiti sul soffitto del locale da proteggere (Figura 2.5).

Figura 2.5 Schema impianto sprinkler antincendio

Quando si verifica l’incendio in un locale, l’aumento della temperatura causa la rottura (a seconda della testina la temperatura varia) di una o più testine automatiche con la conseguente erogazione dell’acqua, indirizzata sulla zona dove avviene l’incendio.

(37)

25 Ciò determina un abbassamento della pressione nel circuito e la messa in moto automatica della pompa antincendio che alimenta il circuito, nonché l’eccitazione dell’indicatore di allarme, il quale oltre ad emanare un allarme acustico, consente di individuare sul quadro elettrico di segnalazione la zona in cui si è verificato l’incendio. L’impianto sprinkler presenta il vantaggio di essere un sistema semplice e facilmente ispezionabile e revisionabile.

L’impianto sprinkler rappresenta in effetti un sistema di estinzione automatica efficace ed affidabile per contrastare gli incendi nella gran parte dei casi e in alcuni casi, come per depositi intensivi, l’unico vero mezzo di contrasto (Giacalone, 2016).

Tuttavia l’efficacia è strettamente connessa ad una corretta individuazione del rischio su cui è chiamato ad intervenire, nonché da una progettazione ed installazione accurata.

In base alle modalità di funzionamento si distinguono due principali impianti sprinkler a secco, ovvero quando le tubazioni sono piene d’aria in leggera pressione o a umido nelle cui tubazioni è costantemente presente acqua in pressione.

Il sistema sprinkler ha negli anni riscosso notevole successo proprio per la sua semplicità riunendo in un unico elemento quale la testina sia la funzione di rilevazione dell’incendio che di inizio dell’intervento di contrasto, con l’erogazione automatica del mezzo estinguente.

I meccanismi di rilevazione ormai consolidati sono di fatto due, il primo basato sulla fusione di una lega eutettica appositamente calibrata per avere una certa temperatura di attivazione, il secondo sulla dilatazione termica di un liquido in funzione della temperatura fino al raggiungimento di un volume tale da rompere un bulbo di vetro che, una volta rotto, consente appunto l’apertura dell’erogatore.

La temperatura di funzionamento, come accennato prima, è scelta valutando in fase di progettazione le condizioni di temperatura ambiente; ogni sprinkler a seconda della temperatura di attivazione, ha il liquido dell’ampolla di colore diverso, in Figura 2.6 ne sono mostrati alcuni esempi, con riportate le rispettive temperature (Viking, 2014), se l’attivazione avviene tramite un elemento metallico, sulla testina è comunque impressa la temperatura di attivazione.

(38)

26

57°C 68°C 79°C 93°C 141°C 182°C

Figura 2.6 Modelli sprinkler pendent con diversa temperatura di attivazione

Altra caratteristica dello sprinkler è la forma del deflettore che è ormai consolidata nelle forme delle testine da montare verso l’alto (upright) o verso il basso (pendent) mostrati in Figura 2.7 e Figura 2.8.

Figura 2.7 Sprinkler Pendent Figura 2.8 Sprinkler Upright (fast response) Come è chiaro immaginare esistono in commercio innumerevoli modelli che combinano tra loro le caratteristiche principali qui sopra accennate, si rimanda quindi a cataloghi specifici (es. Viking Product Catalogue Sprinklers And Accessories, 2014) per la spiegazione e il dettaglio dei diversi modelli e ci si limita alla spiegazione della testina sprinkler utilizzata per le prove.

La scelta è ricaduta su testine sprinkler ESFR, come già accennato nel capitolo 1.2, perché questo tipo di sprinkler è largamente utilizzato per le aree di magazzino e consente di proteggere solo con sprinkler al soffitto anche edifici di altezza elevata.

Gli ESFR (Early Supression Fast Response), hanno orifizi variabili da ¾” fino a quasi 1” (20-25 mm) e caratteristiche di erogazione in termini di coefficiente K di 14, 17, 22 o 25 in unità anglosassoni (202, 242, 320, 363 in unità metriche).

(39)

27 Il coefficiente K è un termine adimensionale necessario per calcolare la portata al variare della pressione di esercizio; il calcolo viene svolto con la formula:

𝑸 = 𝑲 ∗ √𝒑 (6)

Gli sprinkler ESFR (Figura 2.9) sono del tutto diversi dagli sprinkler tradizionali sia per dimensioni sia per caratteristiche costruttive, è una tecnologia che cambia rispetto ai classici sprinkler essendo l’azione rapida e molto intensa destinata a spegnere definitivamente l’incendio, o almeno ad esercitare un’azione di soppressione così importante da richiedere solo un minimo intervento di completamento da parte delle squadre di emergenza.

Figura 2.9 Sprinkler ESFR K25 Pendent Storage

Un impianto sprinkler risulta già installato all'interno della firehouse; l'impianto è stato progettato e realizzato per lavorare con diverse configurazioni e con diverse testine sprinkler, si riporta quindi di seguito la scelta progettuale adottata per lo svolgimento delle prove.

Per la scelta della testina sprinkler è stata utilizzata come normativa di riferimento la NFPA 13.

Viene riportata in Figura 2.10 la tabella presa dalla NFPA 13 cap. 16.2.3.1 "Early Suppression Fast-Response (ESFR) Sprinklers for Rack Storage of Class I Through Class IV Commodities Stored Up to and Including 25 ft (7.6 m) in Height"; viene preso in considerazione il capitolo sopra citato perchè per la prova verranno utilizzati sprinkler ESFR ovvero sprinkler a risposta rapida e spegnimento tempestivo specifico per l'installazione e per la protezione di magazzini ad alto impilamento.

(40)

28 Si precisa inoltre che la norma NFPA 13 non fornisce in maniera esplicita e diretta dei limiti a livello di altezza degli edifici ma tali vincoli sono dettati dalla tipologia di testine sprinkler rispetto alle quali sono state testate.

Figura 2.10 Protezione con sprinkler ESFR di magazzini con merci stoccate fino a 7.6 m di altezza (NFPA 13 Cap. 16.2.3.1)

Nella tabella sopra (Figura 2.10), utilizzata per scegliere che tipo di sprinkler, ogni colonna rappresenta un criterio di scelta, nelle prime due colonne viene indicato rispettivamente la disposizione di stoccaggio e la classe della merce, nella terza la massima altezza di stoccaggio e nella quarta la massima altezza del soffitto; sulla base di queste indicazioni si va a scegliere il tipo di sprinkler da utilizzare, la pressione di esercizio e se vi è la necessità o meno di inserire degli sprinkler all’interno della scaffalatura.

Come mostrato nella tabella (Figura 2.10) per la classe III con l'altezza di impilamento pari a circa 6.5 m e l'altezza massima del compartimento pari a 10 m, la sezione da utilizzare è quella contenuta nel riquadro rosso, verranno quindi utilizzati sprinkler modello ESFR K25 (metrico 363.3) pendent con una pressione di esercizio minima di

(41)

29 1.4 bar e temperatura di attivazione a 74°C; è inoltre specificato che non sono necessarie testine sprinkler all'interno della scaffalatura ma sono sufficienti quelle installate a soffitto.

A differenza dell'impianto a schiuma ad alta espansione che necessita di uno strumento di misura per essere attivato, l'attivazione dello sprinkler avviene non appena l'elemento termosensibile presente sulla singola testina si rompe avviando l'impianto.

2.7 Impianto schiuma ad alta espansione

Negli impianti antincendio a schiuma l’agente estinguente viene prodotto mescolando assieme, nelle giuste proporzioni, acqua, liquido schiumogeno concentrato ed aria. L’impianto è costituito dal proporzionatore e dal generatore di schiuma (mescolatore): il proporzionatore introduce il liquido schiumogeno concentrato nella linea dell’acqua, che proviene dal circuito antincendio, rispettando la proporzione imposta, che generalmente varia tra il 3% e il 6 % in volume, nel nostro caso sarà al 3% il che significa 3 parti di liquido schiumogeno e 97 di acqua. Tale soluzione viene poi inviata al generatore nel quale è aspirata l’aria nella giusta proporzione. I tre composti, così miscelati, generano la schiuma che viene alimentata nella zona da proteggere per mezzo di apposite tubazioni.

Gli impianti a schiuma possono essere a bassa, media, o alta espansione come nel nostro caso, a seconda delle caratteristiche del liquido schiumogeno impiegato e delle condizioni di miscelazione della miscela acqua/schiumogeno con l’aria.

La prima parte dell’impianto è costituita da un serbatoio in pressione, di capacità idonea in relazione alla sua potenzialità, nel quale è sistemata una membrana elastica sintetica che lo divide in due parti.

La parte inferiore del serbatoio è collegata a un eiettore idraulico, alimentato dall’acqua del circuito antincendio e per effetto della depressione causata dall’eiettore e dalla pressione dell’acqua , che staziona nella parte superiore del serbatoio, il liquido schiumogeno viene aspirato e va a mescolarsi con l’acqua nelle giuste proporzioni.

(42)

30 L’impiego di questi impianti si presta per spazi molto ampi, industrie petrolchimiche, aeroporti, ed offre una serie di vantaggi rispetto ad altri sistemi come per esempio lo sprinkler:

- Possibilità di intervento su grandi volumi;

- Rapidità della formazione dell’agente estinguente; - Alimentazione continua della schiuma;

- Possibilità di proteggere la zona senza personale; - Notevole riduzione dei fumi;

- Protezione dal calore per le zone non interessate dall’incendio;

- Limitati effetti dannosi sui materiali (es. non appesantisce gli scaffali).

Gli impianti a schiuma ad alta espansione sono destinati a proteggere volumi entro i quali sono presenti merci, impianti o materiali che non permettono un’individuazione del rischio di incendio in aree definite e circoscritte (magazzini ad alta densità, ambienti chiusi, sale macchine di navi, impianti speciali, garage ecc.); questo tipo di schiuma è nota per essere notevolmente voluminosa, molto scorrevole, a basso contenuto di liquido, non dannosa per le persone e con bassa conducibilità elettrica, in grado di raggiungere tutti i punti delle aree che possono venire a contatto con l’incendio.

La sua azione è quella di isolare completamente i combustibili dall’ossigeno per tempi elevati (3/4 ore), permettendo nel contempo il raffreddamento delle parti interessate all’incendio. La dimensione degli impianti viene calcolata in funzione dei volumi da proteggere e dei tempi di riempimento sino all’altezza del pericolo con l’aggiunta dei coefficienti di sicurezza previsti dalla norma.

La schiuma ad alta espansione viene ottenuta con dei generatori che sono l’ultimo elemento della linea che per effetto della forma del getto (angolo aperto) e per la dimensione del corpo generatore (c.a. 15 volte il diametro di ingresso della miscela) si determina un apporto di aria pari a c.a. 500÷1000 volte la quantità di miscela erogata nell’unità di tempo che è pari al rapporto di espansione; esistono diversi tipi di generatori di schiuma con rapporti di espansione e portate differenti, nello specifico all'interno della firehouse è installato un generatore schiuma ad alta espansione (GAE) le cui caratteristiche dono mostrate in Figura 2.11.

(43)

31 Figura 2.11 Generatore schiuma ad alta espansione

La normativa europea di riferimento per la progettazione dell'impianto di cui sopra è la UNI EN13565-2 del 2011; i parametri caratteristici che tale norma impone sono:

- altezza di riempimento: data dall'altezza di pericolo maggiorata di 3 m;

- tempi massimi di sommersione in base al tipo di pericolo;

- portata di scarica della schiuma calcolata con la seguente formula:

𝑅 = 𝑉

𝑇𝐶𝑁 𝐶𝐿

dove:

R = portata di scarica di schiuma (m3/min) V = volume di sommersione (m3 )

T = tempo di sommersione (min)

CN,CL (fattori di ritiro e perdita della schiuma) rispettivamente scelti pari a 1.15 e 1.2.

Nella Tabella 2.2 sono riportati i dati per il calcolo della portata di scarica della schiuma caratteristica del GAE i fattori sono stati presi dalla scheda tecnica, i dati dichiarati dalla casa madre saranno confrontati, nel capitolo 3, con opportuni test suggeriti dalla NFPA 11, descritti del sottocapitolo 2.7.1, atti a verificare la conformità e la composizione della schiuma.

(44)

32 Nella Tabella 2.2 si riporta il calcolo di R, che è la portata di schiuma teorica che il GAE può erogare con il rapporto di espansione indicato in tabella, che è quello teorico fornito dal produttore per il nostro tipo di schiumogeno.

Tabella 2.2 Caratteristiche Generatore

Mod. Generatore

Pressione Esercizio (bar)

Portata miscela acqua+liq. Schiumogeno (L/min) Rapp. Espansione 𝑹 =𝒓𝒂𝒑𝒑. 𝒆𝒔𝒑 ∗ 𝒑𝒐𝒓𝒕𝒂𝒕𝒂 𝟏𝟎𝟎𝟎 (m3/min) GAE 4 378 6502 245.7

Nella Tabella 2.3, sono riportati tutti i parametri calcolati secondo la norma sopra citata, che danno come risultato finale (evidenziato in rosso) il numero di generatori necessari all'applicazione; l’altezza di pericolo è l’altezza massima a cui viene stoccata la merce e l’altezza di riempimento è il livello che deve raggiungere la schiuma.

Tabella 2.3 Calcolo numero di generatori necessari

GAE H pericolo (m) H riempimento (m) Volume (m3) Tempo somm. (min) CN CL PORTATA SCHIUMA RICHIESTA (m3 /min) Portata Generatori (m3 /min) N° Generatori richiesti N° Gen. Da installare Pallet 6 9 451.4 4 1,15 1,2 155.7 245.7 0,63 1

Dai risultati ottenuti è evidente che è necessario un solo GAE.

Attivazione impianto

Per l'impianto a schiuma ad alta espansione è necessario predisporre un sistema di rivelazione fumi che attivi l'impianto non appena viene rilevato il pericolo, l'impianto di rilevazione nella realtà campiona l'aria in continuo, nel nostro caso l’aspirazione verrà attivata manualmente per permettere il tempo di preaccensione; l’aspirazione avviene attraverso una tubazione forata (fori a distanze prestabilite) installata sul soffitto dello stabile; l'aria prelevata passa in una camera laser che misura l'oscuramento in termini percentuali e a seconda del valore limite a cui è settata l'apparecchiatura fornirà un allarme; gli allarmi sono 4, diversi tra loro, e precisamente:

2_{Si usa un rapporto di espansione più basso perchè il rapporto indicato nella scheda tecnica è riferito a}

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2. Materiali e Metodi 33 - pre-alarm; - alarm; - fire 1; - fire 2;

Il tempo di ritardo tra i diversi allarmi è un parametro che può essere impostato variando i valori soglia della camera laser. L'apparecchiatura scelta per le prove è identificata come ICAM IFT-P.

2.7.1 Test da effettuare sulla schiuma

E possibile con i dati sperimentali raccolti procedere al calcolo del rapporto di espansione.

La normativa americana NFPA 11 suggerisce due test differenti da condurre su un campione di schiuma;:

 Foam Testing: Test necessario a verificare il rapporto di espansione.

Il test consiste nel pesare un volume campione prestabilito di miscela acqua e schiuma prima della prova e pesare lo stesso volume campione dopo l’espansione applicando la formula seguente è possibile stabilire l’effettiva espansione.

𝐸𝑠𝑝𝑎𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑚𝑖𝑠𝑐𝑒𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑧𝑖𝑎𝑙𝑒 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑖𝑜𝑛𝑒 𝑑𝑜𝑝𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒

 Foam Solution concentration determination: Test utilizzato per determinare la concentrazione percentuale di liquido schiumogeno all’interno della miscela utilizzata per lo spegnimento.

Il test viene effettuato prendendo un campione di volume della miscela utilizzata successivamente analizzato con un rifrattometro, che ci indica la percentuale di schiumogeno nella miscela (il risultato è mostrato nell’ Appendice A)

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34 Il primo test per determinare il rapporto di espansione è difficilmente applicabile al caso reale in quanto è indicato per i test in laboratorio in cui è decisamente più facile mantenere certe condizioni.

Nel nostro caso è stato effettuato il rapporto tra volumi per determinare il rapporto di espansione. E’ stato calcolato il volume di riempimento ovvero quanti metri cubi di schiuma sono stati generati e il volume di miscela acqua + schiuma che ha generato il volume di riempimento (calcolato moltiplicando la portata di miscela per il tempo di erogazione).

I dati necessari sono:

- Tempo riempimento;

- Volume di riempimento (volume schiuma); - Portata di miscela;

La formula da applicare è la seguente:

𝑅 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑖 𝑟𝑖𝑒𝑚𝑝𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑡𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑐𝑒𝑙𝑎 ∗ 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑟𝑖𝑒𝑚𝑝𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (7)

Il rapporto di espansione ottenuto va maggiorato dei due coefficienti CN e CL utilizzati nella fase di progettazione pari a 1.15 e 1.2.

2.8 Strumentazione/Allestimento

Durante lo svolgimento delle prove si sono utilizzati diversi sistemi per l'acquisizione dei dati, ai fini di valutare tutti i parametri misurabili; in dettaglio:

- Registratore: Dispositivo necessario ad acquisire i dati; - Temperatura: Misurata con termocoppie;

- Tempi: Registrazione sia dei tempi di intervento degli impianti che dei tempi di sviluppo dell'incendio, effettuata con quattro telecamere con controllo remoto che acquisiranno e registreranno le immagini;

(47)

35 - Pressione: Necessaria principalmente per vedere le pressioni di esercizio in quale misura si discostano dalle pressioni di progetto, variabile misurata con quattro trasduttori di pressione.

Nei capitoli che seguono, vengono dettagliati brevemente i diversi strumenti che verranno utilizzati e come saranno installati all'interno della Firehouse. Nella Figura 2.13 è indicata la posizione dei dispositivi di misura.

2.8.1 Registratore

Il registratore in questione è dotato di 36 ingressi disponibili è in grado di acquisire differenti segnali sia analogici che digitali, per quanto riguarda la nostra applicazione tutta la strumentazione fornisce un segnale di corrente 4-20 mA; tutti i dati che vengono acquisiti dal registratore sono scaricabili e consultabili su PC.

La frequenza di campionamento per tutte le variabili misurate è di un Hz.

2.8.2 Termocoppie

All'interno della firehouse verranno installate 30 termocoppie con funzione di rilevamento della temperatura.

Verranno disposte secondo lo schema riportato in Figura 2.12 e Figura 2.13, installando n°6 termocoppie per parete a distanze fisse, atte a rilevare le temperature raggiunte dalle medesime durante le prove, quattro termocoppie hanno cavo estendibile resistente fino a 1000°C per poter rilevare le temperature della fiamma e degli scaffali e quattro termocoppie sono poste in prossimità degli sprinkler che serviranno a valutare le temperature di attivazione di questi ultimi.

(48)

36 Figura 2.12 Disposizione termocoppie all'interno della firehouse

2.8.3 Telecamera

Durante lo svolgimento delle prove è necessario registrare immagini e video per poter, anche in un secondo momento rivedere le prove e rilevare in modo univoco tutti i tempi necessari al confronto.

Per quanto sopra verranno utilizzate quattro telecamere fisse ad alta risoluzione con controllo remoto installate come illustrato nella Figura 2.13 in quattro posizioni strategiche ovvero: una ad un'altezza di circa 1 mt. da terra, una seconda a circa tre metri e le ultime due installate a soffitto con una diversa angolazione; quanto sopra darà la possibilità di avere una visione completa durante le prove in quanto con lo sviluppo di fumi e con l'avvio degli impianti di spegnimento parte delle immagini risulteranno offuscate.

2.8.4 Trasduttori di pressione

Sono stati installati quattro traduttori di pressione necessari a valutare le pressioni di mandata e le perdite di carico sulla tubazione; nello specifico sono stati posti nelle seguenti posizioni:

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37 - N°1 a valle della valvola a diluvio

- N°1 in prossimità del generatore di schiuma - N°1 in prossimità di una delle testine sprinkler

(50)

38

3. Risultati

3.1 Prove con schiuma ad alta espansione (AE)

Nell’ambito di questo progetto sono state eseguite due prove a schiuma. Per entrambe le prove la configurazione di base era identica, sono state però condotte in maniera differente, principalmente per quanto riguarda:

- I tempi di attivazione; - Le modalità di innesco.

Nello specifico i tempi di attivazione sono stati ritardati nella seconda prova, mentre le modalità di innesco sono state limitate nella prima prova, volendo simulare per esempio un failure elettrico.

Nella seconda prova è stato simulato un incendio doloso (in scala ridotta), sono stati predisposti tre punti di innesco sui bancali a terra, questi ultimi cosparsi ulteriormente con circa un litro di alcool, poi accesi tramite accenditore.

3.2 Test N°1

La prova in oggetto è simile ad un caso reale; la potenza termica dell’innesco è di lieve entità così come la propagazione dell’incendio.

In una piccola vasca di circa 25 cm di diametro sono stati posti circa 2 litri di miscela benzina – gasolio. In concomitanza dell’attivazione dell’innesco si può considerare la prova avviata (Figura 3.1).

(51)

3. Risultati

39 Figura 3.1 Innesco – test 1

Prima di procedere con l’analisi delle temperature raggiunte è bene soffermarsi sui tempi di intervento e attivazione dell’impianto.

3.2.1 Risposta del sistema

Nella Tabella 3.1 sono riportate le tempistiche con i relativi eventi correlati.

Tabella 3.1 Tempi intervento impianto schiuma AE test 1

Fase Tempo (s)

Ignizione 0

Pre- allarme 41

Fire 2 (inizio count-down) 139

Inizio scarica schiuma 172

Spegnimento (chiusura manuale valvola) 332

Tempo di scarica della schiuma 160

Per questa prova il sistema di rilevazione automatica ha impiegato all’incirca 45 s per emettere il segnale di preallarme, tempo ridotto che fa capire come il sistema di analisi e rivelazione fumi sia pronto, nonostante la modesta quantità di fumo prodotta. Con il segnale di preallarme vengono attivate le targhe ottico/acustiche, questa fase è una sorta di avviso preliminare, che indica ad eventuali soggetti presenti nell’area controllata di procedere immediatamente con l’evacuazione.