I teatri sono luoghi di spettacolo con una capienza compresa tra 30 e 700 spettatori, a seconda delle dimensioni. È quindi essenziale pianificare l’evacuazione improvvisa di un gran numero di persone in caso di problemi, come ad esempio un incendio. In caso di incendio, il fumo si alza e si diffonde. Ciò può comportare il blocco delle vie di fuga a causa del calore, dei fumi e della scarsa visibilità.

La fluidodinamica computazionale (CFD) assicura che le vie di fuga siano libere e che i sistemi di estrazione del fumo siano progettati in modo efficace per contribuire a salvare vite umane e a combattere l’incendio o la sua propagazione. Lo scopo del nostro studio sull’estrazione del fumo è quello di modellare la propagazione del fumo perottimizzare l’ evacuazione del fumo, dei prodotti della combustione e delle persone dal teatro nelle migliori condizioni possibili in caso di incendio.

Simulazione del vento intorno all'edificio

L’intero sito è stato riprodotto con un software 3D dai nostri ingegneri EOLIOS. Questo modello si baserà sul modello 3D dell’edificio e dei sistemi.

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Modello 3D del teatro studiato nell'ingegneria dell'estrazione dei fumi

Questa modellazione viene poi utilizzata per eseguire la simulazione CFD per ogni scenario.

Poiché l’obiettivo è quello di non sovraccaricare il modello con dettagli inappropriati, al fine di massimizzare la potenza di calcolo per le aree sensibili dello studio all’interno del volume, la volumetria viene eseguita in modo da tenere conto di tutti gli elementi che hanno un impatto sull’aeraulica del volume.

Creazione di un modello di studio digitale

I software possono essere utilizzati per studiare i fluidi, ma non possono prevedere l’accensione di oggetti combustibili o il modo in cui bruciano (energia ed effluenti prodotti). Di conseguenza, il fenomeno della combustione non viene modellato in questo studio. L’incendio viene modellato utilizzando un modello termico volumetrico, che tiene conto solo degli effetti termici e tossici della combustione, in un volume definito come la zona in cui si verifica la combustione.

È quindi responsabilità dell’utente scegliere con cura i datidi input del modello. La combustione è una reazione che libera calore. Questa quantità di calore per unità di tempo, nota come potenza termica o potenza di fuoco, non è costante nel tempo (piccole fiamme, poi fiamme vive, poi spegnimento graduale), il che la rende difficile da definire. Sono quindi in corso studi preliminari per determinare l’evoluzione temporale della potenza termica e i tassi di emissione dei prodotti di combustione, che saranno poi utilizzati come dati di input. EOLIOS dispone di un database che può essere utilizzato per definire le condizioni di generazione dei fumi per i materiali più comuni.

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Modello teatrale nell'ingegneria dell'estrazione dei fumi -Velocità della fiamma

Scenari previsti

È molto difficile prevedere la posizione precisa di un futuro incendio. Per questo motivo sono in corso numerosi studi con diversi scenari. Le posizioni dei caminetti studiati sono state prese dai casi più sfavorevoli per dimensionare al meglio gli impianti di estrazione dei fumi. Questi casi sfavorevoli soddisfano diversi vincoli:

Massimizzare il percorso dei fumi dal focolare all’uscita più vicina
Massimizzare il tempo di rilevamento
Ritardare la scoperta del fuoco
Blocco dell’uso di un’uscita di emergenza o di una via di fuga
Favorire l’accumulo di calore e fumo in un’area specifica.

La fase di sviluppo del modello si concentra sulla definizione dei parametri essenziali di ogni scenario di incendio. Questi parametri sono :

La posizione della messa a fuoco
Caratterizzazione del focolaio
Elementi della struttura, dei sistemi e delle misure che influenzano lo sviluppo e la diffusione dell’incendio

Lo scopo di questi diversi scenari è quello di garantire che gli impianti di estrazione dei fumi siano adeguatamente dimensionati per soddisfare gli obiettivi di protezione. È quindi possibile determinare la posizione ideale delle uscite di emergenza, delle porte antincendio e dei sistemi di estrazione del fumo osservando il percorso del fumo nel teatro.

Simulazione CFD del modello

Gli studi ingegneristici sull ‘estrazione dei fumi consentono di rappresentare la diffusione dei gas nello spazio e nel tempo. È abbinato a una modellazione multifisica che tiene conto dei fenomeni derivanti dalla formazione di fumo. L’esperienza di EOLIOS nei sistemi termici e aeraulici offre soluzioni innovative e pertinenti per i rischi climatici e di incendio. L’implementazione delle simulazioni CFD richiede il coinvolgimento di esperti in meccanica dei fluidi, ingegneria termica e simulazioni numeriche.

Gli ingegneri EOLIOS specializzati in termoaerodinamica e meccanica dei fluidi lavorano a stretto contatto con altri ingegneri EOLIOS specializzati in rischio incendio e sistemi.

Per il nostro studio, viene effettuata una simulazione CFD per ogni scenario considerato. È necessario determinare preventivamente le condizioni al contorno per risolvere le equazioni differenziali parziali del modello. Una mesh appropriata viene quindi generata automaticamente dalla geometria del modello, ma è possibile renderla più fine nei punti in cui è richiesta una maggiore precisione.

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Modello 3D del teatro nell'ingegneria dell'estrazione dei fumi - Temperature

Con le diverse simulazioni, possiamo studiare il movimento del calore e del fumo, che seguono il movimento dell’aria generato dall’incendio. È necessario determinare il tempo in cui i vari accessi alle uscite di emergenza sarebbero stati ostruiti dal fumo, impedendo totalmente o parzialmente l’evacuazione in buone condizioni.

Studio del potenziale eolico

I risultati danno un’idea delle condizioni termiche e del flusso di calore a cui le persone possono essere sottoposte durante l’evacuazione e i vigili del fuoco durante l’intervento. È quindi possibile sviluppare una soluzione per migliorare i sistemi di estrazione dei fumi esistenti. EOLIOS propone un nuovo sistema che tiene conto della sicurezza delle persone, delle normative vigenti e delle condizioni ambientali. Le proposte per la disposizione del sito, come l’ubicazione delle uscite di sicurezza e delle porte antincendio, sono fatte anche in considerazione della velocità con cui il fumo si diffonde negli spazi, delle temperature all’interno del teatro e della visibilità del fumo, che è la massima distanza a cui un oggetto può essere visto.