Come progettare un sistema di gestione del fumo? alcuni spunti

Il fumo è il pericolo principale per gli occupanti di un edificio in caso di incendio. Si stima che circa il 50% dei decessi dovuti ad un incendio siano “causati da fumi tossici”. È stato documentato infatti che possono verificarsi incidenti mortali anche in aree lontane da dove si è originato l’incendio. Ne è esempio l’incendio del MGM Grand Hotel nel novembre del 1980. Il fuoco infatti si era contenuto secondo e il quinto piano piano causando 18 morti. Le vittime restanti (67 persone) erano situate tra il quattordicesimo piano ed i piani superiori. Quest’ultime erano ben lontane da dove si era originato l’incendio (almeno 13 piani di differenza).
Ma cos’è il fumo e come è possibile gestirlo per prevenirne o minimizzarne la sua diffusione? E quali sono i requisiti di progettazione per un sistema di gestione del fumo?

In questo articolo:
• Definizione di “fumo”
• Gestione del fumo
• Requisiti di progettazione per un sistema di gestione del fumo
• Approfondisci sulla rivista Antincendio

Definizione di “fumo”

Prima di valutare il movimento del fumo negli edifici, i metodi per la gestione ed il controllo del fumo, calcolare il volume del fumo prodotto da un incendio ed il rischio tossico per gli occupanti dell’edificio, è necessario dare una definizione di “fumo”.
La NFPA 92B fornisce la seguente definizione di fumo: “L’insieme di particelle solide e liquide presenti nell’aria ed i gas sviluppati aerotrasportati quando un materiale è sottoposto a pirolisi o a combustione, assieme alla quantità d’aria che viene trattenuta o altrimenti miscelata nella massa”.
Una componente chiave del “fumo” è l’aria che viene assorbita nel plume (particelle solide e liquide e gas) emesso dall’incendio. Mentre il plume di “fumo” si alza sopra il fuoco trascina ed assorbe l’aria nel “fumo”. Più alto è il plume di fumo, maggiore è il volume dell’aria trattenuto nel plume. Infatti, la maggior parte del “fumo” sopra un incendio è “aria” assorbita dal plume.

Gestione e controllo del fumo

Il principio fondamentale della sicurezza antincendio negli edifici è quello di prevenire gli incendi. Tuttavia, dato che gli incendi negli edifici continuano a verificarsi, occorre fornire mezzi per gestire (controllare) il fumo, per prevenirne o minimizzarne la sua diffusione in modo da soddisfare gli obiettivi di sicurezza antincendio dell’edificio (ad esempio sicurezza della vita, intervento dei Vigli del fuoco, riduzione dei danni materiali, ecc.).
Esistono due metodi fondamentali per gestire il fumo, questi sono:
• La diluzione del fumo
• Il contenimento del fumo.

Il pericolo associato al fumo può essere gestito o ridotto “diluendo” la concentrazione di fumo tramite estrazione meccanica e sistemi di ventilazione naturale. Questi sistemi rimuovono il fumo dall’area di origine dell’incendio per prevenire (o ridurre al minimo) la diffusione del fumo in altre aree.
In alternativa, i sistemi di gestione del fumo possono essere basati sul contenimento del fumo nell’area di origine dell’incendio. Questo significa che invece di estrarre (diluire) il fumo, il progetto deve fare in modo che il fumo rimanga nell’area di origine del fuoco e non si diffonda in altre aree. Il contenimento del fumo può essere ottenuto con barriere fisiche (ad esempio compartimentazione), creando differenziali di pressione (ad esempio sistemi di pressurizzazione di zona e delle scale) e da flussi d’aria opposti (ad esempio sistemi di pressurizzazione delle scale creando un flusso d’aria opposto quando la porta delle scale è aperta).
La compartimentazione fornisce un mezzo per contenere il fumo in una zona e prevenire la diffusione del fumo in altre zone. L’uso della compartimentazione richiede, ad esempio, che le porte che collegano i diversi compartimenti si chiudano quando si verifica un incendio per mantenerlo separato e contenere la propagazione. In alternativa, è possibile utilizzare la pressurizzazione o i flussi d’aria opposti in combinazione con la compartimentazione per evitare la diffusione del fumo.

Requisiti di progettazione per un sistema di gestione del fumo

I requisiti di progettazione per un sistema di gestione del fumo dipendono dagli obiettivi di sicurezza antincendio dell’edificio (ad esempio se ci si concentra sulla sicurezza della vita la protezione della proprietà), nonché dal tipo d’incendio previsto, dal volume di fumo che potrebbe produrre e dalla temperatura che questo fumo potrebbe raggiungere.
Il volume del fumo prodotto da un incendio è principalmente in funzione di (i) la dimensione del fuoco e (ii) il volume dell’aria assorbita dal plume.
La dimensione dell’incendio è una funzione dei materiali consumati nell’incendio, del loro orientamento, della facilità di combustione e della ventilazione disponibile per alimentare il fuoco. Il volume d’aria immesso nel plume è una funzione dell’altezza del plume di fumo che si alza sopra l’incendio.
Quando il plume di fumo (liquidi, solidi e gas) si alza dall’incendio, l’aria viene trascinata nel plume per aggiungere massa e volume al fumo. L’aria assorbita si raffredda, diluisce il fumo e aumenta notevolmente il suo volume. Più alto è il fumo, più aria viene assorbita e più il plume di fumo si espande.
Negli ultimi 40 anni, numerose correlazioni sono state sviluppate come modelli di plume per calcolare la temperatura e la massa di fumo prodotte da un incendio. Questi includono i modelli sviluppati da Thomas (1963), McCaffrey (1979) e Heskestad (1995).

In un progetto reale, se l’incendio di progetto è relativamente piccolo e l’obbiettivo è solo la sicurezza della vita, potrebbe non essere necessario alcun sistema di “controllo” attivo, in quanto il tempo necessario per riempire di fumo l’edificio, ed arrivare ad una condizione di pericolosità, è più lungo del tempo necessario per l’evacuazione degli occupanti dall’edificio. Tuttavia, in edifici grandi e con alta concentrazione di occupanti, solitamente si richiede una forma di gestione del fumo, molto spesso attraverso un sistema di estrazione meccanica. Il metodo più affidabile per definire specifiche ottimali del sistema di gestione del fumo è utilizzando un approccio prestazionale mediante la FSE.

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Sistemi di controllo dei fumi in edifici complessi mediante la FSE
Gabriele Vigne
Antincendio n.3/2020

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