O katedrze Techn. inf. lab Techn. inf. wykład SWDR lab SWDR wykład Modelowanie pożarów Teoria pożarów Zajętość sal Kontakt/konsultacje HDK SGSP



Chemia Fizyka Matematyka
Katedra Nauk Ścisłych

Nowoczesna inżynieria


Technologie komputerowe oraz związane z tym zaawansowane numeryczne metody obliczeniowe, jak na przykład numeryczna mechanika płynów (z ang. CFD - Computational Fluid Dynamics), umożliwiły znaczący postęp w zastosowaniu komputerów do symulacji różnorodnych problemów inżynierskich, włączając w to pożary budynków. Programy te umożliwiają, przeprowadzenie skomplikowanych obliczeń uwzględniających wpływ wielu czynników oddziałujących na bezpieczeństwo pożarowe w obiektach. Komputerowe modele symulacyjne dostarczają szybkich i bardzo precyzyjnych danych szacunkowych, dotyczących wpływu pożaru i kroków podjętych do zapobiegania lub kontrolowania pożaru, niż wiele innych metod używanych wcześniej. O ile metody analitycznych obliczeń dostarczają dobrych danych, dotyczących niektórych skutków pożaru (na przykład przewidywanie czasu do momentu rozgorzenia), to nie są dobrze dopasowane do wszechstronnych analiz obejmujących zależne od czasu interakcje wielorakich procesów fizycznych i chemicznych obecnych w rozwijających się pożarach.

Modele komputerowe umożliwiają ocenę własności pożaru z dokładnością wystarczającą do zastosowań inżynierskich. Dostępne obecnie programy różnią się stopniem złożoności i przeznaczeniem. Służą one do oceny własności pożarowych materiałów i układów, a także, obok innych procedur (przepisy ochrony przeciwpożarowej) mogą służyć do obiektywnej oceny stopnia zagrożenia ludzi w czasie pożaru budynku.

Poniżej przedstawiamy Państwu kilka wybranych programów komputerowych, które wykorzystuje nasz specjalistyczny zespół podczas sporządzania ekspertyz. Wszystkie wymienione aplikacje są zalecane przez Komendę Główną Państwowej Straży Pożarnej jako narzędzia, które w znaczący sposób wspomagają proces analizy scenariuszy pożarowych oraz związanych z tym obliczeń wybranych parametrów pożaru.

Fire Dynamics Simulator

FDS (Fire Dynamics Simulator) jest narzędziem, opracowanym przez amerykański instytut naukowo-badawczy NIST, powszechnie znanym i stosowanym w środowisku inżynierów oraz pracowników i studentów wyższych uczelni technicznych na całym świecie, zajmujących się inżynierią bezpieczeństwa pożarowego. Program FDS oparty jest o technikę numerycznej mechaniki płynów (z ang. CFD - Computational Fluid Dynamics ). FDS pozwala modelować, dla stanów ustalonych i nieustalonych, bardzo skomplikowane procesy wentylacyjne. Pozwala także wyznaczać dla danego układu przestrzeni i każdego wybranego jej przekroju, w konkretnych przedziałach czasowych, m.in. takie parametry jak: temperatura, ciśnienie i gęstość gazów, prędkość i stężenie gazów, a także przepływ ciepła. Program bazuje na równaniach Naviera-Stokesa, odpowiednich dla powolnych przepływów wywołanych ciągiem powstałym pod wpływem ognia ze szczególnym uwzględnieniem transportu dymu i ciepła. FDS jest doskonałym narzędziem przeznaczonym do szczegółowej analizy zagrożeń pożarowych i rozwiązywania problemów związanych z inżynierią bezpieczeństwa pożarowego. Zapewnia tym samym możliwość poznania dynamiki zjawiska pożaru oraz zachodzących tam procesów spalania. Program ten, w zakresie zagadnień związanych z bezpieczeństwem pożarowym, można stosować do modelowania następujących zjawisk:

    1. transportu ciepła i produktów spalania powstałych na skutek pożaru,
    2. wymiany ciepła poprzez promieniowanie i konwekcję,
    3. pirolizy,
    4. rozprzestrzeniania się płomieni oraz rozwój pożaru,
    5. aktywacji tryskaczy oraz czujek dymu i ciepła,
    6. oddziaływania kropli wody na płomień.

Możliwości FDS pozwalają na wykorzystanie tego programu do opracowania analizy bezpieczeństwa pożarowego obiektów. Analizie mogą zostać poddane w szczególności:

    1. zasięg widzialności np. poprzez sprawdzenie go i porównanie z wartością graniczną, przy której istnieje jeszcze możliwość bezpiecznej ewakuacji,
    2. temperatura w obszarze przebywania ludzi np. poprzez sprawdzenie rozkładu temperatury w zadanych przekrojach, ustalenie czasu po którym wystąpi temperatura graniczna zagrażająca życiu ludzi,
    3. bezpieczeństwo konstrukcji np. poprzez wyznaczenie bezpośredniej temperatury przegród lub sprawdzenie rozkładu temperatury pod stropem i jej zmian w trakcie trwania pożaru,
    4. stężenie gazów istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa ludzi w obiekcie np. poprzez porównanie otrzymanych w tym zakresie wyników z wartościami granicznymi.

Istnieje możliwość wizualizacji otrzymanych wyników w formie punktów pomiarowych czy przekrojów przez siatkę obliczeniową. Do tego celu służą programy 'towarzyszące' jak np. SmokeView.

FDS + EVAC

Dzięki współpracy dwóch instytutów naukowo-badawczych, tj. amerykańskiego National Institute of Standards and Technology (NIST) oraz fińskiego VTT Technical Research Centre, udało się opracować model przeznaczony do obliczeń parametrów ewakuacji ludzi z obszarów objętych pożarem. Program ten o nazwie FDS+EVAC oparto o modele matematyczne zawarte w programie FDS. Po uzyskaniu zadanych w tym programie obliczeń w zakresie scenariusza pożarowego, możliwe jest dokonanie symulacji warunków ewakuacji osób znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie zagrożonych obszarów, ze szczególnym uwzględnieniem prędkości przemieszczającego się tłumu w założonej geometrii obiektu, oddziaływania dymu, toksycznych produktów spalania oraz ciepła na ewakuujące się osoby, zachowania się ludzi w warunkach pożaru. Wizualizacji wyników obliczeń przeprowadzonych za pomocą programu FDS+EVAC również dokonuje się przy użyciu ww. programu Smokeview.

CFAST (Consolidated Fire And Smoke Transport model)

Jest to komputerowy model strefowy pożaru przeznaczony do analizy warunków i oddziaływania pożaru na wielopomieszczeniowe struktury budowlane. Program przystosowany jest do obliczania czasu przemieszczania się dymu i gorących gazów pożarowych w danym budynku podczas pożaru. CFAST jest następcą programu FAST, ulepszonym i zaopatrzonym w dodatkowe funkcje obliczeniowe. Program analizując warunki w pomieszczeniu, dzieli je na warstwy. Następnie temperatura, dym i stężenie gorących gazów pożarowych w takiej strefie przyjmowane są przez program jako dokładnie te same w każdym punkcie pomieszczenia. Przeważnie CFAST dzieli dane pomieszczenie na dwie warstwy, a mianowicie na warstwę dolną i górną pomieszczenia, więc warunki atmosferyczne mogą się jedynie różnić między warstwą podłogową a sufitową. Przy pomocy modelu uzyskuje się obliczenia parametrów pożaru jak ciśnienie, temperatura, moc pożaru.