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La sovrapressione negli impianti antincendio

25 Febbraio 2019 | Categorie: Generale   

La norma UNI EN 15004 non contiene criteri di calcolo utili per la valutazione delle sovrapressione che si genera nei locali protetti con un sistema di spegnimento a gas.


Per colmare tale lacuna, la ISO ha istituito un gruppo di lavoro con lo scopo di fornire linee guida e dati numerici per la valutazione del fenomeno e i relativi accorgimenti necessari.

È noto come l’efficacia di un impianto di spegnimento a gas dipenda dal mantenimento della concentrazione di un agente estinguente all’interno del locale protetto in seguito alla scarica. Questo periodo noto come “tempo di mantenimento” ha durata normativa  pari a 10 minuti.

Tale obiettivo richiede la riduzione degli scambi d’aria attraverso le superfici che separano il volume protetto dall’ambiente circostante.

In altri termini risulta necessario minimizzare le aperture (perdite) del locale protetto. Questa condizione d’altro canto comporta un aumento della pressione che si genera durante la scarica dell’agente estinguente gassoso.

Talvolta l’incremento di pressione può eccedere i limiti di resistenza strutturale del locale, causando danni che, quando non gravi, potrebbero condurre all’inefficacia del mantenimento dell’agente estinguente all’interno del volume protetto.

Si può dunque affermare che una buona progettazione di un impianto di spegnimento a saturazione gassosa imponga il contemporaneo soddisfacimento di due obiettivi tra loro in contrapposizione; l’ottenimento del “tempo di mantenimento” (normativo pari al minimo di 10 minuti) e il non superamento della massima pressione ammissibile del locale.

Il gruppo di lavoro TC-21-SC-8 formato dai principali enti del settore, tra cui F.I.A. , F.S.S.A. e RETROTEC partendo dai dati numerici raccolti a seguito di numerose scariche reali dei diversi agenti estinguenti gassosi, ha chiarito alcuni aspetti in merito all’ottenimento dell’area di sfogo (“Total Vent Area”) da considerare in fase di progettazione e realizzativa dell’impianto, atta a ridurre i rischi di un eccessivo aumento della pressione durante la scarica.

Tra i risultati più significativi ottenuti dallo studio si colloca la differenza del comportamento della sovrapressione tra una scarica di gas inerti e una di gas chimici; mentre per i primi il comportamento della sovrapressione è sempre “positivo”, per i secondi si verifica inizialmente una “sotto-pressurizzazione” (depressione) e solo successivamente una “sovra-pressurizzazione” (sovrapressione).

L’origine di questo comportamento esclusivo della famiglia dei chimici è da imputarsi al passaggio di stato liquido-gassoso nei primi istanti della scarica all’ugello. L’assorbimento di energia termica a carico del gas per compiere il suddetto passaggio genera un forte abbassamento della temperatura del locale, con conseguente abbassamento della pressione.



Si è inoltre scoperto che questo fenomeno risulta fortemente influenzato dalla “umidità relativa”; il picco negativo è “amplificato” in tenore di umidità relativa ridotta (ambiente “secco”), mentre quello positivo da un tenore di umidità relativa elevata (ambiente “umido”).



Nella sua linea guida il gruppo di lavoro TC-21-SC-8 illustra dunque i concetti base che governano le escursioni di pressione, sottolineando come la garanzia dell’integrità strutturale del locale sia un fattore fondamentale in tema di sicurezza generale e di efficacia dell’impianto  di spegnimento stesso.

Al fine di lavorare in accordo con questo aspetto, nella guida vengono riportati i criteri attraverso cui calcolare, scegliere ed installare i dispositivi calibrati dedicati allo sfogo di un’eventuale eccessiva sovra o sotto-pressurizzazione, noti con il nome di serrande di sovrapressione.

In merito alla scelta dei sopracitati componenti è importante orientarsi verso i modelli dotati di certificazione specifica per applicazione antincendio.

Riprendendo quanto accennato in precedenza in merito al parametro “Total Vent Area - Area di sfogo totale” richiesta per un locale protetto  da impianto di spegnimento a saturazione gassosa, si sottolinea come quest’ultimo sia il dato più importante per il calcolo del numero e dimensione delle serrande di sovrapressione. Quest’ultimo dipende dalle proprietà chimico fisico dell’estinguente, dalla concentrazione di progetto, dalle condizioni di esercizio (valori al contorno di temperatura, altitudine e umidità relativa) dal tempo di scarica dell’impianto e dal valore limite di resistenza alla sovra (o sotto) pressurizzazione.

È utile inoltre sottolineare che la “Total Vent Area” equivale alla somma dell’ area  delle aperture naturali presenti sulla superficie di confinamento del  volume protetto (“Leakage Area –Area totale dispersione gas”) e l’area effettiva di apertura delle serrande (“Additional Vent Area-Area di sfogo addizionale”).

La “Leakage Area” viene determinata sperimentalmente attraverso la prova del “Door Fan Integrity Test” secondo appendice E della norma UNI EN 15004.

La “Additional Vent Area” dipende dalle caratteristiche geometriche e funzionali della serranda di sovrapressione installata e deve essere specificato dal costruttore del dispositivo.

In altre parole, ai fini del calcolo di un’area utile complessiva delle serrande di sovrapressione da installare, è possibile sottrarre all’area totale richiesta, la superficie equivalente che quantifica le aperture naturali presenti nel locale.

Alla luce di quanto illustrato, resta legittimo interrogarsi in merito all’invariabilità nel tempo delle caratteristiche di integrità di un locale protetto da impianto antincendio a saturazione totale.

Una risposta può essere dedotta dalla norma UNI 11280 relativa al “controllo iniziale e manutenzione dei sistemi di estinzione incendi ad estinguenti gassosi”.

Nel documento, con riferimento all’elenco delle procedure previsto per il controllo periodico (almeno semestrale) di legge quanto segue: “nel caso in cui siano disponibili i rapporti di prova dell’integrità del locale e la dichiarazione del responsabile dell’impianto che nulla è stato variato dalla data del suddetto rapporto, non è richiesta la ripetizione della prova con ventilatore sulla porta.

In caso contrario, ai fini della verifica dell’integrità sul locale, dev’essere effettuata la prova con ventilatore sulla porta come specificato dall’appendice E della UNI EN 15004:2008.

“Laddove le prova di integrità riveli che il locale non sia in grado di contenere l’agente estinguente per il necessario tempo di permanenza, si devono attuare immediate azioni correttive ed eventuale nuova progettazione-adeguamento dell’impianto”.

Qualora venissero rilevate discrepanze rispetto ai dati iniziali di progetto, è necessario adottare azioni correttive.

Tali azioni possono essere mirate, a seconda dei casi, al miglioramento della tenuta del locale nel caso in cui i tempi di permanenza previsti scendano al di sotto del valore minimo raccomandato, oppure ad un adeguamento del sistema tramite l’adozione di serrande di sovrapressione opportunamente dimensionate.

 

Esempio numerico

Caratteristiche ambiente

L’ambiente SALA PROVE COLLAUDO presenta le seguenti caratteristiche:



















Volume protetto: 32,6m3
Altezza totale volume protetto 4,30m
Agente estinguente: IG55
Quantità agente estinguente 32,1kg

 

Risultati

Hold time compliance



















LOCALE Tempo di mantenimento

Misurato

(minuti)
Tempo di mantenimento minimo richiesto (minuti) Esito prova Area totale dispersione gas

(cm2)
Altezza massima protetta*

(m)
Sala prove collaudo 111,1 10.0 POSITIVO 292,3 2.5

*Per altezza massima protetta si intende l’altezza massima di stoccaggio del materiale, e comunque l’altezza massima del rischio di incendio.

Peak pressure compliance

7.4.1: The protected enclosure shall have sufficient structural strength and integrity to contain the extinguishant discharge. Venting shall be provided to prevent excessive over- or under-pressurization of the enclosure.

Nel caso specifico è stato ipotizzata  una sovrappressione massima ammissibile di 5mbar (500Pa).

Il test ha evidenziato che nella configurazione di mantenimento della concentrazione per il tempo stabilito da norma, il locale possiede un’area totale di sfogo della sovrapressione pari a 292,3cm2. (valore misurato nella condizione standard di riferimento di 125Pa)





















Design details
Enclosure pressure limit, Plimit 500 Pa
Discharge time, td 60 seconds



















Venting – Positive Direction
Minimum required leakage 279,0 cm2
Measured venting area 292,3 cm2
Additional vent area 0,0cm2

Nel caso in cui dai risultati del Door Fan Integrity Test l’ambiente protetto risulti soggetto ad un picco di pressione superioreal limite prestabilito, si dovrà valutare la necessità di installare delle serrande di sovrappressione al fine di evitare danni alla struttura degli ambienti e/o al loro contenuto.

Tale dispositivo non richiede nessun grigliato di protezione in quanto, in condizioni di riposo, la serranda è normalmente chiusa.

Si rende dunque necessaria l’installazione del seguente numero di serrande di sovrapressione (di numero variabile a seconda della dimensione scelta) come riportato in tabella:





















LOCALE SovraPressione

Massima

Ammissibile

(Pa)
Area di sfogo

totale

(cm2)
Area totale dispersione gas

 (cm2)
Area di sfogo addizionale

(cm2)
Serranda 300x300

(n°)
Serranda 500x500

(n°)
CED 500 279,0 292,3 0,00 0 0

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