CPI win FSE, lo strumento innovativo per la progettazione della sicurezza
antincendio
NAMIRIAL
La nuova normativa
Il D.M. 9 maggio 2007 ”Direttive per l’attuazione dell’approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio”, che
segue due importanti decreti riguardanti la resistenza al fuoco (DM 16 febbraio 2007 e DM 9 marzo 2007),
segna indubbiamente un passo epocale nell’attività di prevenzione degli incendi. Il D.M. introduce, per la
prima volta in Italia, il cosiddetto “approccio ingegneristico” alla sicurezza antincendio delineando aspetti
completamente nuovi rispetto al vecchio metodo di tipo prescrittivo, finora adottato.
Con l’emanazione del D.M. 3 agosto 2015 “Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi
dell'articolo 15 del decreto legislativo 8 marzo 2006, n. 139” (GU n. 192 del 20/8/2015 - S.O. n. 51), il
cosiddetto “Codice della Prevenzione Incendi” il sistema della prevenzione incendi diventa finalmente maturo
per l’utilizzo dei metodi ingegneristici che si basano sul calcolo delle prestazioni anziché sull’applicazione di
prescrizioni cogenti per classi di attività. Il D.M. 3 agosto 2015 prevede le cosiddette RTO (regole tecniche
orizzontali), utilizzabili per la progettazione, per la realizzazione e l’esercizio delle attività elencate all’art. 2
dello stesso D.M., mentre rimanda alla pubblicazione di apposite RTV (regole tecniche verticali),
l’applicazione integrale del “codice” anche alle attività dotate di regola tecnica specifica di tipo prescrittivo,
come per esempio: locali di pubblico spettacolo, ospedali, alberghi, uffici, edifici per civile abitazione,
autorimesse, locali commerciali, ecc.
Il Ministero dell’Interno ha avviato la pubblicazione delle RTV con il D.M. 8 giugno 2016 “Approvazione di
norme tecniche di prevenzione incendi per le attività di ufficio, ai sensi dell'articolo 15 del decreto
legislativo 8 marzo 2006, n. 139” (GU n.145 del 23-6-2016) e ha proseguito con la pubblicazione del ben più
importante, in quanto interessa un numero enorme di attività, D.M. 9 agosto 2016 “Approvazione di norme
tecniche di prevenzione incendi per le attività ricettive turistico - alberghiere, ai sensi dell’articolo 15 del
decreto legislativo 8 marzo 2006, n.139” (GU n.196 del 23-8-2016), rendendo il metodo prestazionale
utilizzabile, da parte dei professionisti antincendio, senza dovere ricorrere all’istituto della deroga (art. 7
D.P.R. 151/2011).
L’utilizzo delle metodologie previste nel combinato dei DD.MM. 3 agosto 2015 e 9 agosto 2016, cioè della
RTO e della RTV, consente ai professionisti la massima flessibilità nella progettazione delle misure di
prevenzione e protezione da adottare per la riduzione del rischio incendio nelle attività ricettive; infatti, le
tecniche di “fire engineering”, previste come “soluzioni alternative1” alle classiche “soluzioni conformi2”,
consentono di affrontare e risolvere molti problemi di prevenzione incendi superando i tradizionali metodi
prescrittivi previsti dalle regole tecniche. Poiché l’analisi è più “mirata”, le nuove disposizioni consentono di
ottenere risultati più aderenti alla “realtà” e consentono di commisurare le misure di prevenzione e
protezione antincendio alle “reali” necessità, con possibili risparmi anche sui costi degli interventi di
prevenzione incendi.
1
D.M. 3 Agosto 2015 punto G.1.3 - Soluzione alternativa (alternative solution): soluzione progettuale alternativa alle soluzioni conformi. Il
progettista è tenuto a dimostrare il raggiungimento del collegato livello di prestazione impiegando uno dei metodi di progettazione della sicurezza
antincendio ammessi.
2
D.M. 3 Agosto 2015 punto G.1.3 - Soluzione conforme (deemed to satisfy provision): soluzione progettuale di immediata applicazione nei casi
specificati, che garantisce il raggiungimento del collegato livello di prestazione. Nota Le soluzioni conformi sono soluzioni progettuali prescrittive
che non richiedono ulteriori valutazioni tecniche (es. "La distanza di protezione è pari a 5 m.").
1
L’ingegneria della sicurezza antincendio è una disciplina complessa, che affronta con metodi scientifici il
problema della scelta delle misure di sicurezza più adeguate. Essa è stata definita per la prima volta in modo
ufficiale con il documento ISO TR 13387 (international standard organization).
L’aspetto scientifico di questa materia è legato essenzialmente al fatto che possono essere svolte simulazioni
dell’incendio con metodi di calcolo, in modo da avere un’idea abbastanza precisa di cosa succede in un
ambiente quando al suo interno scoppia un incendio. I risultati delle simulazioni, infatti, permettono di capire
esattamente, ad esempio, quanto tempo hanno a disposizione le persone per fuggire e quanto tempo
possono resistere le strutture sotto l’azione dei carichi in condizioni di incendio. Nell’approccio tradizionale
questo calcolo è sostituito da valutazioni convenzionali, che si adattano ad intere classi di edifici senza
distinzione particolare del loro effettivo contenuto.
A differenza delle norme prescrittive, che si basano principalmente su un approccio storico-empirico, la Fire
Engineering si fonda su una prospettiva di tipo scientifico–predittivo.
La novità dell’approccio ingegneristico alla sicurezza consiste nel fatto che, di ogni misura alternativa, può
esserne quantificato l’effetto.
Il vantaggio economico deriva dal fatto che, mentre con l’approccio tradizionale si potrebbe finire con
l’accettare indifferentemente un gruppo di misure di sicurezza piuttosto che un altro, con le valutazioni
ingegneristiche tale indifferenza svanisce, perché diviene noto e misurabile l’effetto sulla sicurezza
complessiva dei singoli miglioramenti accettati
L’approccio prestazionale alla sicurezza in caso d’incendio può dare indubbi vantaggi, soprattutto in termini
di ottimizzazione nell’uso delle risorse disponibili, specie nel caso di opere complesse per le quali le
metodologie prescrittive possono risultare inapplicabili oppure portare all’applicazione di misure di
protezione troppo onerose.
Per contro l’applicazione dei metodi e dei modelli della FSE richiede conoscenze multidisciplinari: dalla
chimica alla fisica dell’incendio, alla fisica tecnica, al calcolo impiantistico e strutturale, alle tecniche che
permettono di descrivere il comportamento delle persone in caso di incendio. Inoltre i modelli di calcolo
utilizzati non sempre permettono un approccio diretto e immediato. Il modello, riconosciuto a livello
internazionale come lo “stato dell’arte” dei programmi di calcolo degli effetti dell’incendio, il Fire Dynamics
Simulator (FDS), sviluppato dal NIST (National Institute of Standards and Technology), è un modello di calcolo
di fluidodinamica computazionale (CFD) specializzato per l’incendio, che permette enormi possibilità in
termini di risultati calcolo, di contro l’input non è di facile esecuzione in quanto la cosiddetta “ergonomia del
software” non è particolarmente curata.
FDS permette l’input tramite un file di testo con estensione .fds e l’output è riportato in file di tipo .csv
(comma separated value), praticamente dei file di testo.
L’input avviene mediante l’utilizzo di gruppi di dati omogenei che FDS riconosce in quanto scritti in modo
ordinato nel file di testo di tipo .csv, preceduti dal simbolo & seguito da una stringa che indica la natura del
gruppo di comandi che segue, deve obbligatoriamente chiudere ogni singolo gruppo il simbolo /.
Un esempio di input di FDS è il seguente:
&HEAD CHID='couch', TITLE='Single Couch Test Case' /
&MESH IJK=24,10,24, XB=1.1,3.5,3.6,4.6,0.0,2.4 /
&TIME T_END=600. /
&REAC SOOT_YIELD=0.01,FUEL='PROPANE'/
&MATL ID
= 'FABRIC'
FYI
= 'Properties completely fabricated'
SPECIFIC_HEAT
= 1.0
CONDUCTIVITY
= 0.1
DENSITY
= 100.0
N_REACTIONS
= 1
2
NU_SPEC
SPEC_ID
REFERENCE_TEMPERATURE
HEAT_OF_REACTION
HEAT_OF_COMBUSTION
&SURF ID
FYI
COLOR
BURN_AWAY
MATL_ID(1:2,1)
THICKNESS(1:2)
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1.
'PROPANE'
320.
3000.
15000. /
'UPHOLSTERY'
'Properties completely fabricated'
'PURPLE'
.TRUE.
'FABRIC','FOAM'
0.002,0.1 /
&OBST XB= 1.50, 3.10, 3.80, 4.60, 0.00, 0.40 /
&OBST XB= 1.50, 3.10, 3.80, 4.60, 0.40, 0.60, SURF_ID='UPHOLSTERY', BULK_DENSITY=41.176 /
&PART ID='ignitor particle', SURF_ID='ignitor', STATIC=.TRUE. /
&SURF ID='ignitor', TMP_FRONT=100., GEOMETRY='CYLINDRICAL', LENGTH=0.15, RADIUS=0.01/
&INIT XYZ=2.45,4.35,0.65, DX=0.1, PART_ID='ignitor particle', N_PARTICLES=3 /
&VENT MB='XMIN', SURF_ID='OPEN' /
&VENT MB='XMAX', SURF_ID='OPEN' /
Un esempio di output di FDS è il seguente:
s,kW,kW,kW,kW,kW,kW,kW,kW,kW,kW,kg/s,kg/s,Pa
Time,HRR,Q_RADI,Q_CONV,Q_COND,Q_DIFF,Q_PRES,Q_PART,Q_GEOM,Q_ENTH,Q_TOTAL,MLR_FUEL,MLR_TOTAL,ZONE_1
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,
0.0000000E+000,-1.4255301E+000
2.4000000E+001, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.8602239E-008,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.8602239E-008, 1.7497502E-021, 4.8562934E009,-1.4255301E+000
4.8000000E+001, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.7220301E-008,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.7220301E-008, 2.1244054E-021, 5.4234121E009,-1.4255301E+000
7.2000000E+001, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.5251358E-008,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.5251358E-008, 2.5792340E-021, 6.0565340E009,-1.4255301E+000
9.6000000E+001, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.2578959E-008,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-1.2578959E-008, 3.1281440E-021, 6.7591417E009,-1.4255301E+000
1.2000000E+002, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-9.0743489E-009,
0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000, 0.0000000E+000,-9.0743489E-009, 3.7899109E-021, 7.5383158E009,-1.4255301E+000
………………………………………
………………………………………
………………………………………
L’avvio del calcolo deve avvenire da riga di comando in un’apposita finestra DOS, ponendosi inizialmente
nella directory che contiene il file di input (e nella quale saranno scritti i file dei risultati) ed avviando da essa
il programma. Il comando seguente lancia il calcolo del file di input esempio_calcolo.fds dalla cartella
Esempio_1 posizionata nella root dell’hard disk C:).
CPI win FSE - Strumento innovativo per la progettazione della sicurezza antincendio
Per rendere disponibili in termini di semplicità di input e di interpretazione dei risultati, le enormi opportunità
di calcolo offerte da FDS, NAMIRIAL spa, leader nel software per l’edilizia e per la prevenzione incendi, ha
implementato nell’ambito del proprio modulo grafico MEP, la possibilità di disegnare gli “scenari di incendio”
tramite un CAD vettoriale che associa automaticamente, agli oggetti disegnati, le proprietà geometriche e
fisiche dei materiali. Nasce in questo modo il modulo CPI win FSE che permette di disegnare lo scenario di
incendio con un CAD vettoriale, di calcolare tutte le caratteristiche dell’incendio compreso l’intervento dei
vari tipi impianti, e di calcolare l’evacuazione delle persone (il calcolo avviene tramite EVAC un modulo
3
comportamentale di calcolo dell’evacuazione realizzato dallo statunitense NIST in collaborazione con l’ente
di ricerca Finlandese VTT - Technical Research Centre).
CPI win FSE è tramite MEP un pre-processore e un post-processore di FDS, permette quindi un agevole input
grafico dei dati di FDS e una interpretazione dei risultati del calcolo effettuato da FDS, in termini di prodotti
della combustione e loro effetti sul comportamento delle persone (FED – Fractional effective dose),
intervento degli impianti, sprinkler, Water Mist, idranti, monitori, gas estinguenti, rivelazione, evacuazione,
ecc. Inoltre è possibile inserire in qualunque punto del dominio di calcolo delle sonde di misura sia della fase
gassosa che solida, per quantificare qualunque grandezza relativa all’incendio; possono essere valutati per
esempio gli effetti dell’irraggiamento dell’incendio sulle persone e sugli oggetti, la visibilità in qualunque
punto, l’HRR (Heat Release Rate) totale rilasciato dall’incendio con le relative componenti convettiva,
radiante e la conduzione del calore all’interno dei solidi.
4
Esempio applicativo
Si riporta un esempio di uno scenario complesso d’incendio, realizzato con CPI win FSE, che avrebbe potuto
essere realizzato con molte difficoltà utilizzando i metodi di input di FDS, in quanto contiene 1974 oggetti
solidi (OBST) utilizzati per descrivere i vari oggetti contenuti nel dominio di calcolo, per essi avrebbero dovuto
essere calcolate le coordinate descrittive e le caratteristiche dei materiali e quindi essere assegnate,
mediante i gruppi: OBST, SURF e MATL le caratteristiche al contorno e dei materiali. Inoltre sono presenti
118 device che rappresentano sensori e rivelatori vari che avrebbero dovuto essere inseriti nel file FDS
tramite le rispettive coordinate spaziali e che invece sono stati disposti, come gli altri oggetti, all’interno
dell’area grafica del programma e interpretati dal MEP.
L’esempio è riferito allo studio del tempo disponibile per l’evacuazione ASET (Available Safe Egress Time), di
un teatro soggetto a vincolo storico-artistico, finalizzato alla verifica dei tempi di evacuazione mediante
l’utilizzo della teoria riportata nel capitolo M.3. del D.M. 3 agosto 2015 “codice di prevenzione incendi”. In
allegato è riportato il “Metodo prestazionale per la salvaguardia della vita”.
CIP win FSE – Finestra di input grafico
Risultati dei modelli di simulazione
Utilizzando CPI win FSE è stata disegnata la geometria dei locali e sono state assegnate le proprietà
superficiali dei materiali; sono stati esaminati 12 scenari, ridotti per l’analisi definitiva dettagliata a 3. Gli
scenari ritenuti più significativi, sono stati studiati per determinare le caratteristiche degli impianti di
protezione attiva, con particolare riferimento agli impianti di evacuazione di fumo e calore.
Si riportano i risultati parziali, per ragioni di sintesi, ottenuti per gli scenari 1 e 3 (che rappresentano
rispettivamente, le condizioni minime e la situazione ottimale, delle condizioni di esodo dei locali)
omettendo, relativamente alle simulazioni effettuate, tutti i filmati, le figure e i grafici relativi alle
grandezze puntuali e distribuite misurate (visibilità nei vari locali, temperature, gas di combustione, FEDFractional Effective Dose, distribuzione del fumo e dei prodotti della combustione, ecc.) e gli studi
5
effettuate, sia dal punto di vista ingegneristico che architettonico, per ottenere una progettazione che
coniugasse l’esigenza della conservazione del bene storico con le esigenze della sicurezza.
Incendio
Le simulazioni di incendio sono state effettuate per determinare l’andamento dei prodotti della combustione
all’interno dei locali e quindi individuare le condizioni di “zero exposure” per il calcolo di ASET. La condizione
di “zero exposure” prevede:
- altezza minima dei fumi stratificati dal piano di calpestio pari a 2,5 m, al disotto del quale permanga
lo strato d'aria indisturbata, spesso ridotto in letteratura a 2 m,
- temperatura media dello strato di fumi caldi non superiore a 200 °C.
Gli scenari ritenuti più aderenti alla realtà, quindi esaminati in dettaglio sono i seguenti:
Scenario 1
Lo scenario rappresenta l’edificio con le dotazioni minime previste dalle norme prescrittive. E’ previsto
l’innesco dell’incendio nel palcoscenico su una superfice di 1.0 x 1.0 = 1.0 m2 dalla quale sarà generato un
incendio con HRR = 1000 kW/m2 .
La curva di crescita dell’incendio utilizzata è con andamento quadratico nella prima fase di tipo αT2 e velocità
di crescita di tipo Ultra-Fast, quindi con fase di crescita iniziale quadratica in 75 s.
La velocità di crescita è stata considerata Ultra-Fast a favore della sicurezza, l’Eurocodice 1 - UNI EN 1991-12, nel prospetto E.5, prevede per i teatri una velocità di crescita iniziale quadratica di tipo FAST che si sviluppa
quindi in 150 s.
La temperatura di autoaccensione dei materiali componenti gli arredi è stata assunta = 330 °C sono stati
utilizzati materiale a base poliuretanica (Tautoaccensione 315-360 °C).
A favore della sicurezza è stata utilizzata come “Reazione chimica di fase gassosa” di FDS quella del
Poliuretano3, che risulta il materiale in grado di produrre il maggiore quantitativo di fumo all’interno
dell’ambiente di simulazione.
Il parametro fondamentale, in caso di simulazione di incendio finalizzata alla salvaguardia della vita umana,
è quello che definisce il quantitativo di fumo prodotto da un incendio74.
Tabella da SFPE Handbook of Fire Protection Engineering
3
La formula chimica del Poliuretano è tratta da SFPE – Handbook of Fire Protection Engineering; materiale tipo CH1.7O0.3N0.08.
6
Propagazione dei fumi
Andamento delle temperature
Evacuazione
7
Osservazione finale
Il fumo invade i locali, con particolare riferimento all’ordine di palchi più alto e gli occupanti non hanno le
necessarie condizioni minime di sopravvivenza.
Non sono soddisfatte le condizioni di “Zero exposure”.
Scenario 3
Questo scenario rappresenta l’edificio con le dotazioni minime previste dalle norme prescrittive. L’incendio
è definito come per lo Scenario 1.
Sono previste le seguenti dotazioni impiantistiche:
− sistema di rivelazione e allarme progettato in conformità alla norma UNI 9795,
− sistema di evacuazione forzata di fumo e calore (SEFFC) progettato in conformità alla UNI 9494 Parte
24.
Per la determinazione della “Portata Volumetrica di Aspirazione” [m3/h] è stata utilizzata la metodologia
prevista dalla norma UNI 9494 Parte 2.
Sono stati utilizzati apparecchi (EFFC) aventi dimensioni = 1.0 m x 1.0 m = 1.0 m2 ad attivazione automatica
asservita al sistema di rivelazione dei fumi, con capacità di aspirazione di 3 m/s (velocità aria).
Vista la geometria del locale il progetto prevede l’installazione di 8 SEFFC.
Il sistema di evacuazione forzata di fumo e calore si attiva per fasi in funzione di quale rivelatore ha segnalato
la presenza dell’incendio, per evitare la complessiva entrata in funzione di tutti gli EFFC del sistema, che
potrebbe comportare un effetto di trascinamento dei prodotti della combustione in ambienti ancora non
invasi dal fumo. A tal fine il sistema si avvia indipendentemente in tre fasi in funzione della segnalazione del
sistema di relazione e allarme.
Nelle prima fase si avviano gli EFFC della zona del palcoscenico e del retropalco, successivamente si avviano
gli EFFC di tutta la sala, a seguito della segnalazione della presenza di fumo di uno dei rivelatori della stessa.
Osservazione finale
Per il periodo dell’evacuazione degli occupanti, e per molto altro tempo ancora, il fumo rimane
prevalentemente confinato nell’area del palcoscenico, quello che si propaga alla sala viene aspirato dal
sistema SEFFC; inoltre l’irraggiamento e le temperature al livello dei camminamenti, per il periodo in esame,
risultano molto contenute. Sono quindi garantite le condizioni di sopravvivenza degli occupanti.
Sono soddisfatte le condizioni di “Zero exposure” per almeno 500 s, quindi si assume ASET = 500 s.
Verifica Evacuazione
Le simulazioni di incendio sono state effettuate per determinare l’andamento dei prodotti della combustione
all’interno dei locali e quindi individuare le condizioni di “Zero exposure”, compatibili con la sopravvivenza
delle persone. Le condizioni ritenute idonee sono state ottenute con la previsione della realizzazione di un
impianto di aspirazione forzata dei prodotti della combustione da realizzare in conformità alla UNI 9494 Parte
2, asservito a un impianto di rivelazione e segnalazione di incendio da realizzare in conformità alla UNI 9795.
Lo Scenario di incendio rappresentativo di tali condizioni è il numero 3.
In funzione dei risultati di calcolo ottenuti con l’elaborazione dello Scenario di Incendio numero 3 è stato
calcolato il tempo disponibile per l’evacuazione ASET analizzando 8 scenari di evacuazione determinati al
variare delle condizioni di esodo, dipendenti dalle diverse condizioni di posizionamento geometrico delle
uscite di sicurezza, con creazione di percorsi d’esodo diversi per ogni scenario, tenendo conto della necessità
di garantire la ridondanza delle vie di esodo prevista dal punto S.4.8.4 del D.M. 3 Agosto 2015.
4
UNI 9494, Parte 2, “Sistemi per il controllo di fumo e calore Parte 2: Progettazione e installazione dei Sistemi di Evacuazione Forzata di Fumo e
Calore SEFFC)”.
8
ALLEGATO
Metodo prestazionale per la salvaguardia della vita
Nell'applicazione del metodo prestazionale alla sicurezza antincendio per la salvaguardia della vita, gli
obiettivi che il progettista deve porsi sono:
− la dimostrazione diretta ed esplicita della possibilità per tutti gli occupanti di un'attività di raggiungere
o permanere in un luogo sicuro, senza che ciò sia impedito da un'eccessiva esposizione ai prodotti
dell'incendio;
− la dimostrazione della possibilità per i soccorritori di operare in sicurezza.
La progettazione deve seguire una delle procedure riconosciute a livello internazionale per valutare la
posizione e la condizione degli occupanti durante l'evoluzione degli scenari d'incendio previsti per l'attività.
La progettazione ideale di un sistema d'esodo dovrebbe assicurare agli occupanti la possibilità di raggiungere
un luogo sicuro senza neanche accorgersi degli effetti dell'incendio. Questo e dunque il primo criterio da
impiegare per la maggior parte degli occupanti dell'attività.
Esistono comunque delle situazioni dove il suddetto criterio non è applicabile, in particolare per gli occupanti
che si trovano nel compartimento di primo innesco dell'incendio.
Confronto tra ASET ed RSET da ISO/TR 13387-8
Criterio di ASET > RSET
Per realizzare un sistema di vie di esodo in grado di assicurare agli occupanti la possibilità di raggiungere un
luogo sicuro senza essere interessati dagli effetti dell’incendio le norme internazionali 13387-8 “Life safety –
Occupant behaviour, location and condition” le britanniche BS 7974-6 “The application of fire safety
engineering principles to firesafety design of buildings” e il recentissimo, a livello nazionale, “Codice di
Prevenzione Incendi” emanato con D.M. 3 Agosto 2015, introducono il criterio:
ASET > RSET
La progettazione prestazionale del sistema di vie d'esodo consiste sostanzialmente nel calcolo e nel confronto
tra due intervalli di tempo cosi definiti:
− ASET, tempo disponibile per l'esodo (available safe escape time);
− RSET, tempo richiesto per l'esodo (requie safe escape time).
Si considera efficace il sistema d'esodo se ASET > RSET, se cioè il tempo in cui permangono condizioni
ambientali non incapacitanti per gli occupanti è superiore al tempo necessario affinché essi possano
9
raggiungere un luogo sicuro, non soggetto a condizioni ambientali sfavorevoli dovute all'incendio. La
differenza tra ASET ed RSET rappresenta il margine di sicurezza della valutazione.
Il progettista sceglie e giustifica il margine di sicurezza in relazione alle ipotesi assunte ed all'incertezza
risultante dei valori calcolati dei tempi di ASET ed RSET. Il rapporto tra ASET ed RSET non può essere inferiore
a 1,1.
Calcolo di ASET
ASET è il tempo a disposizione degli occupanti per mettersi in salvo, dipende strettamente dalle interazioni
nel sistema incendio-edificio-occupanti. L'incendio si innesca, si propaga e diffonde nell'edificio i suoi
prodotti, fumi e calore. L'edificio resiste all'incendio per mezzo delle misure di protezione attiva e passiva
come: impianti antincendio, compartimentazioni, sistemi di controllo di fumo e calore, ecc. Gli occupanti
sono esposti agli effetti dell'incendio in relazione alla attività che svolgono, alla loro posizione iniziale, al loro
percorso nell'edificio ed alla condizione fisica e psicologica. Pertanto, ciascun occupante possiede un proprio
valore di ASET. La determinazione del valore di ASET viene affrontata dal progettista con considerazioni
statistiche e con modelli di calcolo numerici.
Le norme prevedono due modi per il calcolo di ASET:
− metodo di calcolo avanzato;
− metodo di calcolo semplificato.
Metodo di calcolo avanzato per ASET
Il calcolo di ASET richiede la stima delle concentrazioni di prodotti tossici, delle temperature e delle densità
del fumo negli ambienti a seguito dell'incendio e la loro variazione nel tempo, in quanto gli occupanti possono
muoversi nel fumo, che nei casi complessi può essere ragionevolmente elaborata solo con modelli di calcolo
fluidodinamici.
La norma ISO 135715 è attualmente il riferimento più autorevole per il calcolo di ASET.
ASET globale e ivi definito come il più piccolo tra gli ASET calcolati secondo quattro modelli:
Modello gas tossici. Il modello dei gas tossici impiega il concetto di dose inalata (exposure dose) e di
FED (Fractional Effective Dose). La exposure dose è definita come la misura della dose di un gas tossico
disponibile per inalazione, cioè presente nell'aria inspirata, calcolata per integrazione della curva
concentrazione-tempo della sostanza per il tempo di esposizione. La FED e il rapporto tra questa
exposure dose e la dose del gas tossico che determina effetti incapacitanti sul soggetto medio esposto.
Quando FED = 1 il soggetto medio è sicuramente incapacitato. In entrambi i casi la sua FED e pari a 1 ed
il suo ASET per il CO è pari a 10 minuti;
Modello gas irritanti. Il modello dei gas irritanti impiega il concetto di FEC, fractional effective
concentration. La FEC è definita come il rapporto tra la concentrazione di un gas irritante disponibile per
inalazione e la concentrazione dello stesso gas che determina effetti incapacitanti sul soggetto medio
esposto. Il nuovo “Codice della Prevenzione Incendi” prevede al fine di semplificare l'analisi, qualora
negli scenari di incendio di progetto non siano identificati nel focolare materiali combustibili suscettibili
di costituire specifica sorgente di gas irritanti (es. sostanze o miscele pericolose, cavi elettrici in quantità
significative...) la verifica del modello dei gas irritanti può essere omessa;
Modello calore. Per il modello del calore irraggiato e convettivo la norma propone un approccio basato
sulla FED, simile a quello dei gas tossici. L'equazione proposta e la seguente:
t2
1
1
X FED = ∑ (
+
) ∆t
t Iconv
t1 t Irad
I valori di tIrad e tIconv sono i tempi di incapacitazione per calore radiante e calore
convettivo calcolati con altre relazioni in funzione della condizione di abbigliamento dei soggetti,
reperibili nella norma ISO 13571.
La verifica del modello del calore può essere semplificata assumendo conservativamente le seguenti
soglie di prestazione:
5
ISO 13571, Life threat from fires — Guidance on the estimation of time available for escape using fire data.
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irraggiamento sugli occupanti ≤ 2,5 kW/m2;
temperatura ambiente sugli occupanti ≤ 60°C.
Tali valori corrispondono ad un ASET oltre i 30 minuti per qualsiasi condizione di abbigliamento.
Modello visibilità. Il modello dell'oscuramento della visibilità da fumo e basato sul concetto del minimo
contrasto percettibile, cioè la minima differenza di luminosità visibile tra un oggetto e lo sfondo. Per
legare il valore della visibilità L alla massa volumica dei fumi ρsmoke si ricorre alla seguente correlazione
sperimentale, applicata ad ogni punto del dominio di calcolo:
C = σ ρsmoke L
dove:
L = visibilità [m]
C = costante adimensionale pari a 3 per cartellonistica di esodo riflettente non illuminata o 8 per
cartellonistica retroilluminata
σ = coefficiente massico di estinzione della luce pari a 10 [m2/g]
ρsmoke= massa volumica dei fumi (smoke aerosol mass concentration) [g/m3]
Grazie a questa correlazione, i codici di calcolo fluidodinamico restituiscono direttamente la ρsmoke e
calcolano la visibilità L per ogni punto degli ambienti simulati.
•
•
-
I valori di FED e FEC pari ad 1 sono associati ad effetti incapacitanti dell'esodo calibrati su occupanti di media
sensibilità agli effetti dei prodotti dell'incendio.
Per tenere conto delle categorie più deboli o più sensibili della popolazione, che risulterebbero incapacitate
ben prima del raggiungimento di FED o FEC uguale a 1, si considera ragionevole impiegare il valore 0,3 come
soglia di prestazione per FED e FEC, lasciando però al progettista l'onere di selezionare e giustificare il valore
più adatto alla tipologia di popolazione coinvolta6.
Metodo di calcolo “zero exposure” ASET
La ISO/TR 16738 prevede la possibilità di utilizzare l'ipotesi semplificativa della esposizione zero (zero
exposure).
Invece di procedere alla verifica di tutti i modelli descritti, il progettista impiega le seguenti soglie di
prestazione molto conservative:
- altezza minima dei fumi stratificati dal piano di calpestio pari a 2,5 m, al disotto del quale permanga lo
strato d'aria indisturbata, spesso ridotto in letteratura a 2 m, e
- temperatura media dello strato di fumi caldi non superiore a 200 °C.
Questi criteri permettono agli occupanti la fuga in aria indisturbata, non inquinata dai prodotti della
combustione, ed un valore dell'irraggiamento dai fumi cui sono esposti inferiore a 2,5 kW/m 2: sono dunque
automaticamente soddisfatti tutti i modelli descritti precedentemente e l'analisi ne risulta notevolmente
semplificata in quanto non occorre eseguire calcoli di esposizione degli occupanti a tossici, irritanti, calore e
oscuramento della visibilità. E infatti sufficiente valutare analiticamente o con modelli numerici a zone o di
campo l'altezza dello strato dei fumi pre-flashover nell'edificio.
Calcolo di RSET
RSET è calcolato tra l'innesco dell'incendio ed il momento in cui gli occupanti dell'edificio raggiungono un
luogo sicuro. Anche RSET dipende dalle interazioni del sistema incendio-edificio-occupanti: la fuga degli
occupanti è fortemente condizionata dalle geometrie dell'edificio ed è rallentata dagli effetti dell'incendio. Il
documento di riferimento per il calcolo di RSET e la ISO/TR 16738:2009. RSET è determinato da varie
componenti:
- Tdet: il tempo di rivelazione (detection)
- Ta: il tempo di allarme generale
- Tpre: il tempo attività di pre-movimento (pre-travel activity time, PTAT)
- Ttra: il tempo di movimento (travel)
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D.M. 3 agosto 2015, approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell’art. 15 del Decreto
Legislativo 8 marzo 2006, n. 139; (S.O al G.U n.192 del 20 agosto 2015)
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RSET = Tdet + Ta + Tpre + Ttra
Al fine del calcolo di RSET il progettista deve sviluppare lo scenario comportamentale di progetto più
appropriato per il caso specifico, perché l'attività di pre-movimento e le velocità dell'esodo dipendono dalla
tipologia di popolazione considerata e dalle modalità d'impiego dell'edificio.
Tempo di rivelazione
Il tempo di rivelazione Tdet è determinato dalla tipologia di sistema di rivelazione e dallo scenario di incendio.
È il tempo necessario al sistema di rivelazione automatico per accorgersi dell'incendio. Viene calcolato
analiticamente o con apposita modellizzazione numerica degli scenari d'incendio e del sistema di rivelazione.
Tempo di allarme generale
Il tempo di allarme generale Ta è il tempo che intercorre tra la rivelazione dell'incendio e la diffusione
dell'informazione agli occupanti, l'allarme generale sarà dunque:
- pari a zero, quando la rivelazione attiva direttamente l'allarme generale dell'edificio;
- pari al ritardo valutato dal professionista antincendio, se la rivelazione allerta una centrale di gestione
dell'emergenza che verifica l'evento ed attiva poi l'allarme manuale.
Negli edifici grandi e complessi si deve tenere conto della modalità di allarme che può essere diversificata,
ad esempio, nel caso di una evacuazione per fasi multiple.
Tempo di attività pre-movimento
Il tempo di attività pre-movimento Tpre è l'oggetto della valutazione più complessa, perché si tratta del tempo
necessario agli occupanti per svolgere una serie di attività che precedono il movimento vero e proprio verso
il luogo sicuro. La letteratura indica che questa fase occupa spesso la maggior parte del tempo totale di esodo.
Il tempo Tpre è composto da un tempo di riconoscimento (recognition) e da uno di risposta (response).
Durante il tempo di riconoscimento gli occupanti continuano le attività che stavano svolgendo prima
dell'allarme generale, finché riconoscono l'esigenza di rispondere all'allarme.
Nel tempo di risposta gli occupanti cessano le loro attività normali e si dedicano ad attività speciali legate allo
sviluppo dell'emergenza: raccolta di informazioni sull'evento, arresto e messa in sicurezza delle
apparecchiature, raggruppamento del proprio gruppo (lavorativo o familiare), lotta all'incendio, ricerca e
determinazione della via d'esodo appropriata (wayfinding) ed altre attività a volte anche errate ed
inappropriate.
A seconda dello scenario comportamentale di progetto, questi tempi possono durare anche alcune decine di
minuti. Nella tabelle seguenti tratte da ISO 16738 da SFPE Handbook e dal nuovo ”Codice di Prevenzione
Incendi” di cui al D.M. 3 Agosto 2015, sono riportati alcuni esempi di valutazione. Il progettista può impiegare
valori diversi da quelli indicati in letteratura purché adeguatamente giustificati, anche in riferimento a prove
di evacuazione riportate nel registro dei controlli.
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Tabella tratta da SFPE Handbook of Fire Protection Engineering
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Tabella tratta dal D.M. 3 Agosto 2015 riportata in ISO TR 16738
Tempo di movimento
Il tempo di movimento Ttra è il tempo impiegato dagli occupanti per raggiungere un luogo sicuro dal termine
delle attività di pre-movimento appena descritte.
Il Ttra è calcolato in riferimento ad alcune variabili:
- la distanza degli occupanti o gruppi di essi dalle vie d'esodo;
- le velocità d'esodo, che dipendono dalla tipologia degli occupanti e dalle loro interazioni con l'ambiente
costruito e gli effetti dell'incendio. E’ dimostrato che la presenza di fumi e calore rallenta notevolmente
la velocita d'esodo;
- la portata delle vie d'esodo, dovuta a geometria, dimensioni, dislivelli ed ostacoli.
Nella realtà, quando gli occupanti di edifici densamente affollati fuggono lungo le vie d'esodo, si formano
lunghe file nei restringimenti, inoltre secondo lo sviluppo degli scenari di incendio di progetto presi in esame,
alcuni percorsi possono diventare impercorribili o bloccati. Il calcolo del Ttra deve tenere conto di questi
fenomeni. Attualmente si impiegano comunemente due famiglie di modelli per il calcolo del tempo di
movimento: modelli idraulici e modelli agent based.
I modelli idraulici predicono con ragionevole precisione alcuni aspetti del movimento degli occupanti, ma
non includono fattori importanti del comportamento umano, come la familiarità con l'edificio, le interazioni
persona-persona e l'effetto del fumo sul movimento. Altri tipi di modelli (es. cellular, agent-based) sono
oggetto di intensa ricerca scientifica e di sperimentazione; attualmente esistono ancora solo validazioni
parziali dei risultati. Pertanto i risultati devono essere valutati con cautela.
Soglie di prestazione per la salvaguardia della vita
Le soglie di prestazione per la salvaguardia della vita determinano l'incapacitazione degli occupanti e dei
soccorritori quando sottoposti agli effetti dell'incendio.
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Il progettista sceglie idonee soglie di prestazione per la specifica attività, in relazione agli scenari di incendio
di progetto, ed in particolare in riferimento alle caratteristiche degli occupanti coinvolti (es. anziani, bambini,
disabili, ...).
Il rispetto delle soglie di prestazione per la salvaguardia della vita deve essere verificato:
- per gli occupanti: in tutte le zone dell'attività dove esiste contemporanea presenza di occupanti, stanziali
o in movimento, e di effetti dell'incendio;
- per i soccorritori:
• solo qualora essi abbiano un ruolo ben definito nella pianificazione d'emergenza dell'attività,
• in tutte le zone dell'attività dove esiste contemporanea presenza di soccorritori, stanziali o in
movimento, e di effetti dell'incendio.
Sono di seguito riportati le soglie di prestazione per occupanti e soccorritori con riferimento ai metodi di
calcolo avanzato e semplificato, così come previsto dal nuovo Codice di Prevenzione Incendi.
Tabella tratta dal D.M. 3 Agosto 2015
Tabella tratta dal D.M. 3 Agosto 2015
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