Dal carico d’incendio alla stima della curva RHR

Nell’ambito della resistenza al fuoco, con particolare riferimento a un compartimento antincendio, è fondamentale considerare il potenziale termico
di tutti i materiali che potrebbero partecipare alla combustione.

Per calcolare tale potenziale, e proseguire così nell’iter per la corretta realizzazione di una strategia antifuoco, il progettista antincendio
ha a disposizione due modalità: il carico di incendio e la curva RHR.

In questo articolo affronteremo la definizione e la stima della curva RHR.

La RHR, Rate of Heat Released (o HRR – Heat Release Rate – in italiano curva di rilascio termico) è il mutamento della potenza di rilascio termico all’interno di un processo di combustione. Si esprime generalmente in Kilowatt (KW) ed è calcolata in relazione al combustibile,
ai requisiti di ventilazione e alle caratteristiche geometriche del materiale.

STIMA DELLA CURVA RHR

Il D.M. 03/08/2015, Codice di Prevenzione Incendi, per mezzo del capitolo M.2.6 fornisce un metodo per poter stimare la curva RHR.

Tale metodologia può essere utilizzata per:

• creare curve naturali grazie ad un modello di incendio numerico avanzato per poter valutare la capacità portante delle strutture
  in condizioni d’incendio;
• valutare l’emissione, durante un incendio, della portata di fumo per la progettazione dei sistemi SEFC (Sistemi di Evacuazione Fumo e Calore).

Foto 1: fasi dell’incendio naturale per mezzo della curva RHR

Come si nota nella Foto 1, troviamo tre fasi distinte che aiutano a schematizzare l’incendio naturale:

1. propagazione: fase iniziale, in forma quadratica;
2. incendio stazionario: fase intermedia, di tipo costante;
3. decadimento: fase di estinzione, di tipo lineare.

1. Fase di propagazione dell’incendio

Durante la fase di propagazione, la potenza termica che l’incendio rilascia al variare del tempo RHR(t) si può rappresentare con:

RHR(t) = 1000 (t / t_α)² per t < t_A

dove:

RHR(t) è la potenza termica rilasciata dall’incendio [kW];

t            è il tempo [s];

t_α          è il tempo che serve alla potenza termica rilasciata per raggiungere i 1000 kW [s].

Per certe attività questo valore è possibile estrapolarlo dall’appendice E della UNI EN 1991-1-2 “Eurocodice 1 – Azioni sulle strutture – Parte 1-2:
Azioni in generale – Azioni sulle strutture esposte al fuoco”:

Tabella 1: velocità massima di rilascio di calore

Per tutte le restanti attività il valore di t_α si può determinare grazie a considerazioni basate sul giudizio esperto per analogia.

Effetto dei sistemi automatici di controllo dell’incendio

• In presenza di sistemi di controllo dell’incendio di tipo automatico (es. impianto sprinkler), l’andamento della potenza termica rilasciata RHR(t)
  non raggiunge il valore massimo RHR_max, ma può essere assunta costante e pari al valore di RHR(t_x) raggiunto all’istante t_x di entrata in funzione dell’impianto automatico. Tale valore è presente per un lasso di tempo uguale alla durata prevista di alimentazione dell’impianto, entro il quale si presume che l’incendio controllato venga estinto con l’aiuto di un intervento manuale;
• il progettista, in qualsiasi caso, dovrà fare la valutazione di affidabilità di funzionamento dei sistemi automatici di controllo dell’incendio preventivati in fase di progetto con il compito di modificare l’andamento della curva RHR_(t);
• se invece nell’attività sono presenti sistemi automatici di estinzione completa dell’incendio (ESFR, water mist, ecc..), il loro effetto sarà valutato singolarmente per mezzo dell’efficacia e dell’affidabilità di funzionamento;
• l’intervento manuale delle squadre antincendio, a differenza dell’attivazione dei sistemi automatici, non si può considerare in fase progettuale come modifica dell’andamento della curva RHR(t).

2. Fase dell’incendio stazionario

In quasi tutti i casi il tasso di energia termica totale contenuto potenzialmente in un compartimento antincendio è sufficiente a creare la condizione di flashover e si pensa che, anche dopo di esso, la curva aumenti ancora in modo proporzionale a t² fino al tempo t_A che corrisponde alla massima potenza RHR_max rilasciata dall’incendio nello specifico compartimento antifuoco.

Se nell’attività non sono previsti impianti di controllo o estinzione automatica del fuoco, si pensa che dal tempo t_A fino a t_B la potenza termica prodotta dall’ignizione si stabilizzi al valore massimo RHR_max:

RHR(t) = RHR_max    per t_A ≤t<t_B

Se lo sviluppo dell’incendio reale risulta sotto il controllo del combustibile, come succede all’aperto o in strutture con elevata superficie di ventilazione, il valore RHR_max può essere ricavato dalla seguente espressione:

RHR_max = RHR_fA_f

dove:

RHR_f    valore della potenza termica massima rilasciata per unità di superficie lorda. Per alcune attività questo valore può essere estrapolato dai prospetti dell’appendice E.4 dell’Eurocodice 1, UNI EN 1991-1-2 [kW/m²];

A_f           superficie lorda del compartimento in caso di distribuzione uniforme del carico d’incendio, oppure superficie lorda effettivamente occupata dal combustibile oppure area operativa di sistemi automatici di controllo dell’incendio [m²].

Se lo sviluppo del fuoco risulta limitato dal valore della superficie di ventilazione, come generalmente si verifica in strutture con superficie di ventilazione ordinaria, allora il valore RHR_max deve essere ridotto conseguentemente alla quantità di comburente disponibile che può affluire dalle superfici di ventilazione presenti nella fase di post flash-over. In questo caso, se le pareti della compartimentazione hanno solo aperture verticali, si può determinare RHR_max ridotto tramite la seguente espressione semplificata:

RHR_max = 0,10 m H_u A_v √h_eq

con:

m         fattore di partecipazione alla combustione;

H_u          potere calorifico inferiore del legno pari a 17500 kJ/kg;

A_V          area totale delle aperture verticali su tutte le pareti del compartimento [m²]

L’altezza equivalente delle aperture verticali h_eq si calcola con la seguente relazione:

con:

h_eq       altezza equivalente delle aperture verticali [m];

A_v,i       area dell’apertura verticale i-esima [m²];

h_i         altezza dell’apertura verticale i-esima [m].

Se invece le pareti del compartimento presentano anche aperture orizzontali (es. SEFC), la riduzione eventuale del valore RHR_max deve essere analizzata con modelli più sofisticati, ad esempio quelli di campo di simulazione dell’incendio, tenendo conto di ogni superficie di ventilazione aperta sin dall’innesco dell’incendio.

Noto il valore di RHR_max, il tempo t_a di inizio della fase d’ignizione stazionaria si calcola con la seguente espressione:

con:

t_A         tempo di inizio della fase di incendio stazionario [s].

La fase di incendio stazionario finisce al tempo t_B, tempo di inizio della fase di decadimento, nella quale il 70% dell’energia termica inizialmente disponibile
q_f ^. A_f è stata rilasciata nella compartimentazione intermedia.

Se l’energia termica inizialmente disponibile è sufficiente affinché l’incendio superi la fase di propagazione e raggiunga la potenza massima RHR_max, cioè:

allora il tempo t_B di fine della fase di incendio stazionario si calcola con la seguente espressione:

dove:

t_B         tempo di fine della fase di incendio stazionario [s];

q_f         carico di incendio specifico [kJ/m²].

Se l’energia termica inizialmente disponibile non è sufficiente affinché l’incendio superi la fase di propagazione, la curva RHR raggiunge il valore massimo per qualche secondo poi passa direttamente alla fase di decadimento.

3. Fase di decadimento

Il tempo t_C, trascorso il quale la potenza termica rilasciata dall’incendio si annulla, è calcolato tenendo conto che nella fase di decadimento viene consumato
il 30% restante dell’energia termica inizialmente disponibile:

dove:

tC        tempo con potenza termica rilasciata dall’incendio nulla [s].

Durante la fase di decadimento l’andamento della potenza prodotta dall’incendio è lineare e quindi:

Conclusioni

Come si può dedurre da quanto appena letto, la stima della curva RHR necessita di conoscenze e nozioni ingegneristiche di livello notevolmente elevato,
tanto per essere assimilate quanto per la messa in partica delle procedure di carico mostrate.

Una differenza però balza all’occhio, indipendentemente dal grado di conoscenza o professionalità che si ha a disposizione:
la curva RHR fornisce inequivocabilmente maggiori informazioni rispetto al carico d’incendio.
Il primo esamina il rilascio di una potenza termica, parametro strettamente legato allo sviluppo di un incendio reale
mentre il secondo si riferisce ad una quantità di energia rilasciata senza nessun tipo di indicazione relativa al tempo di combustione.

Hai bisogno di altre informazioni? Scrivici nei commenti oppure invia una e-mail a info@antifuoco.it

Fonti:

• Corpo Nazionale Vigili del Fuoco: Foto 1; Tabella 1; D.M. 03/08/2015.

Articoli correlati:

Protezione Antincendio: linee guida e quadro normativo D.M. 3 agosto 2015: il Codice di Prevenzione Incendi Normativa italiana della pressurizzazione dei filtri fumo