Brandveiligheidvan atriumgebouwening. Art van Lohuizen

Zekeren van vluchtwegenDwarsdoorsnede atriumgebouwCriteria BouwbesluitGenormeerde rekenmodellenGespecialiseerde rekenmodellen

Wanneer atrium situatie ? Verticale doorsnede

Bepaling rookvrije hoogte Schematisering conform NEN 6093Hrooklaag ? 2,5 m

Wat bij afwijkende situaties ? Hrooklaag ?Schoorsteeneffect ?Doverstek ?

Praktijkvoorbeeld atriumgebouw BovenaanzichtDoorsnede

Gehanteerde uitgangspunten DwarsdoorsnedevluchtroutesCompartimentenHorizontale doorsnedeTe openen

Gebruikstijd vluchtroutes zonder brandmeldinstallatiemet brandmeldinstallatiegebruikersbrandweergebruikersbrandweer15Figuur 5.2Figuur 5.57Conform: Brandbeveiligingsconcept kantoorgebouwen

Geschematiseerd brandverloopbrandkromme op basis van: Q = t2

Grafiek1

0026.6666666667

41.777777777853.3333333333

167.111111111180

3616106.6666666667

6428.4444444444133.3333333333

10044.4444444444160

14464186.6666666667

19687.1111111111213.3333333333

256113.7777777778240

324144266.6666666667

400177.7777777778293.3333333333

400215.1111111111320

400256346.6666666667

400300.4444444444373.3333333333

400348.4444444444400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

400400400

hoge uitbreidingsconstante

gemiddelde uitbreidingsconstante

geschematiseerde brandkromme

brandduur [min]

brandvermogen [kW/m2]

Blad1

Bepaling Brandkrommeop basis van fysica brandproces

nr.alphabezettingstype

19483000.0105woninggroeifase :

22803000.0031ziekenhuis

33773000.0042hotelkamerQ =

44003000.0044kantoort =tijd na het ontstaan van de brand

518241500.0811bibliotheekalpha =

63471500.0154scholen

77301500.0324winkelsvuurbelasting (80% fractie)

83651500.0162theater

91226000.0003publieksruimte

101000007517.7778chemische fabrieken

nr.bezettingstype

44000.0044kantoor

alpha/1,5

30t [sec]t [min]

hoge uitbreidingsconstantegemiddelde uitbreidingsconstantegeschematiseerde brandkromme

00.00027

301.04253

602.016780

903.03616107

1204.06428133

1505.010044160

1806.014464187

2107.019687213

2408.0256114240

2709.0324144267

30010.0400178293

33011.0400215320

36012.0400256347

39013.0400300373

42014.0400348400

45015.0400400400

48016.0400400400

51017.0400400400

54018.0400400400

57019.0400400400

60020.0400400400

63021.0400400400

66022.0400400400

69023.0400400400

72024.0400400400

75025.0400400400

78026.0400400400

81027.0400400400

84028.0400400400

87029.0400400400

90030.0400400400

Blad1

hoge uitbreidingsconstante

gemiddelde uitbreidingsconstante

geschematiseerde brandkromme

brandduur [min]

brandvermogen [kW/m2]

Blad2

Blad3

Blad4

Temperatuurontwikkeling ter plaatse van schoorsteen30 min.

Temperatuurontwikkeling op 2,5 m boven vloernivo 2e verdieping (loopbrug)30 min.

Brandveiligheid atriumgebouwenSamenvatting :Criteria BouwbesluitGenormeerde rekenmodellenGespecialiseerde rekenmodellen voor afwijkende situaties

AtriaAtria worden vanwege de vele gunstige aspecten steeds vaker toegepast. Er ontstaat dan ook niet alleen een beschutte galerij. Door het plaatsen van een glazen overkapping wordt er een veelal bijzonder fraaie en multifunctionele ruimte gecreerd, waar gedurende vrijwel het gehele jaar activiteiten kunnen plaatsvinden. Echter ten aanzien van de brandveiligheid kleven aan atria enkele risicos. Met name als bij brand door het atrium of de daaraan grenzende galerijen moet kunnen worden gevlucht.Besloten situatie,Als rook en warmte niet of onvoldoende wordt afgevoerd, dienen de vluchtweglengtes tot maximaal 30 m te worden beperkt. Het risico voor de veiligheid van vluchtwegen wordt door toepassing van een atrium mogelijk vergroot ten opzichte van een binnengang-situatie, door een toenemend aantal personen wat op deze vluchtwegen is aangewezen.Niet-besloten situatie,Als rook en warmte voldoende wordt afgevoerd mogen de vluchtweglengtes meer dan 30 m bedragen. Om van een niet-besloten situatie te mogen uitgaan, dient aangetoond te worden, dat de bij brand vrijkomende rook en warmte op zodanig effectieve wijze wordt afgevoerd, dat de zich binnen het atrium bevindende vluchtwegen voldoende rookvrij blijven.Cauberg-Huygen BVVeilige benaderingOmdat juist in atriumgebouwen veelal grotere aantallen personen bij brand via het atrium moeten kunnen vluchten, worden geen concessies gedaan ten aanzien van de brandveiligheid.Door een juiste dimensionering van RWA-installaties worden binnen het atrium gesitueerde vluchtwegen bij brand gevrijwaard van rook en warmte.Bij voorkeur genormaliseerde bepalingsmethoden,Omdat genormaliseerde bepalingsmethoden een breed draagvlak hebben, heeft de toepassing van normen een duidelijke voorkeur.De dimensionering van RWA-installaties dient dan ook bij voorkeur plaats te vinden conform NEN 6093 Brandveiligheid van gebouwen, beoordeling van rook- en warmteafvoerinstallaties. Soms gespecialiseerde rekenmodellen,Als een ontwerp van een atrium duidelijk buiten het toepassingsgebied van NEN 6093 valt, kunnen gespecialiseerde rekenmodellen (stromingsprogrammas) worden toegepast. Vooroverleg met de beoordelende instanties over het te gebruiken stromingsprogramma en de te hanteren uitgangspunten is hierbij noodzakelijk voor acceptatie van de uiteindelijke berekeningsresultaten.

Een voordeel van deze gespecialiseerde rekenmodellen is dat een realistisch beeld ontstaat van de verspreiding van rook en warmte.Cauberg-Huygen BVBinnenplaats of atrium ? Wanneer in het binnengebied, of daaraan grenzend, vluchtwegen zijn gesitueerd en deze vluchtwegen bij brand kunnen worden belemmerd door rook en warmte, is de problematiek identiek.Alleen als het binnengebied zodanig groot en vrij van obstakels is, dat warmte en rook bij brand onbelemmerd worden afgevoerd, kan (aanvullende) toepassing van een RWA-installatie achterwege blijven. Bepalend is of rook en warmte voldoende worden afgevoerd,Vluchtwegen moeten bij brand worden vrijgehouden van rook en warmte. Of vluchtwegen zullen worden belemmerd, is afhankelijk van een groot aantal invloedsfactoren. Als belangrijkste worden aangemerkt:- de vrijkomende hoeveelheid rook en warmte - de grootte en positie(s) van de lucht-toevoeropening(en)- de grootte (hoogte) van het rookbuffer- de grootte en positie(s) van de rookgas-afvoeropening(en)- het hoogteverschil tussen toe- en afvoeropening(en)Omdat bij binnenplaatsen luchttoevoeropeningen veelal ontbreken, wordt rook en warmte hieruit veelal onvoldoende afgevoerd. Vluchtwegen dienen dan ook bij voorkeur buiten deze binnenplaatsen te worden gesitueerd. Daarnaast dienen maatregelen tegen tegen brandoverslag en rookverspreiding naar omliggende woningen te worden voorkomen.Cauberg-Huygen BVRookvrije hoogte bepaald conform NEN 6093Vluchtwegen worden bruikbaar geacht als de rookvrije hoogte boven de hoogst gelegen vluchtweg, bepaald conform NEN 6093 brandveiligheid van gebouwen, beoordeling van rook- en warmteafvoerinstallaties, ten minste 2,5 m bedraagt.NEN 6093 voor gangbare situaties,De NEN 6093 is echter alleen geschikt om berekeningen uit te voeren voor de meer gangbare atria, welke vallen binnen het toepassingsgebied. Enkele randvoorwaarden voor gebruik van NEN 6093 zijn: -de lengte van het rooksegment mag niet meer dan 60 m bedragen- de vloeroppervlakte mag niet meer dan 2000 m2 bedragen-eventuele belemmeringen niet groter dan 10 % van de rookpluim - toepassing van ten minste twee onafhankelijke toevoeropeningenAls wordt voldaan aan de randvoorwaarden van NEN 6093 kunnen de berekeningen verantwoord worden uitgevoerd. En als de conform NEN 6093 berekende rookvrije hoogte ten minste 2,5 m bedraagt, mag worden geconcludeerd dat de vluchtwegen bij brand voldoende vrij zullen zijn van rook en warmte.

Cauberg-Huygen BVStromingsmodellen voor complexe situaties, Hoewel er een voorkeur is om rook- en warmteafvoerinstallatie ook voor minder gangbare atria (na overleg met de beoordelende instanties) te bepalen conform NEN 6093, is het soms noodzakelijk complexe situaties met stromingsprogrammas door te rekenen.In het bovenstaande ontwerp wordt voor een aantal aspecten niet voldaan aan enkele randvoorwaarden uit NEN 6093:- de belemmeringen zijn groter dan 10 %- het overstek is niet gesloten- de hoogte van het rookbuffer is niet overal gelijkVoor bovenstaande complexe situaties worden, conform NEN 6093, bepaalde rook- en warmteafvoervoorzieningen als onveilig beschouwd. Voor deze complexe situatie dient de benodigde rook- en warmteafvoerinstallatie dan ook te worden bepaald met behulp van stromingsprogrammas (CFD-berekeningen)

Cauberg-Huygen BVPraktijkvoorbeeldRWA-dimensionering conform NEN 6093ondersteund met CFD-berekeningenDe bepaling van de rook- en warmteafvoer van het atrium voor de nieuwbouw van TNO-Universiteit Utrecht, ontworpen door Hoogstad architecten, is in overleg met de beoordelende instanties uitgewerkt conform NEN 6093 Brandveiligheid van gebouwen.Bij de uitwerking conform NEN 6093 van het oorspronkelijke ontwerp (zonder schoorsteen), bleken aanvullende maatregelen noodzakelijk om rook en warmte voldoende af te voeren.Hoewel de rook- en warmteafvoer met name werd beperkt door een, ten opzichte van de afvoeropeningen (te) kleine toevoeropening, is de afvoercapaciteit vergroot door het hoogteverschil tussen toe- en afvoer te vergroten (vergroting schoorsteenwerking).Het effect van de voorgestelde schoorsteen is op basis van NEN 6093 bepaald en bleek in voldoende rookvrije hoogte te resulteren.Omdat echter de ongelijkmatige verdeling van de afvoeropeningen strijdig is met de randvoorwaarden van NEN 6093 zijn, in overleg met de beoordelende instanties (brandweer en gemeente Utrecht), ondersteunende CFD-berekeningen uitgevoerd ter bepaling van de rooklaagdikte.Cauberg-Huygen BVBerekeningsuitgangspuntenConform het huidige Bouwbesluit moet een niet-besloten ruimte waardoor een vluchtweg voert, zijn gevrijwaard van rook en brand. Omdat een dergerlijke vage omschrijving tot interpretatieverschillen kan leiden, is in overleg met de toetsende instanties (gemeente en brandweer Utrecht) een prestatie-eis geformuleerd.grenscondities vluchtroutes: - rooklaagtemperatuur op 2,5 m boven vluchtwegen 100 C.NB. In het tekstvoorstel van het nieuwe Bouwbesluit (verwachte datum van inwerkingtreding 1 juli 2002) zijn in de toelichting de volgende criteria opgenomen: - Trooklaag 45C- Qstr;max 1 kW/m- Lzicht >100 mDe noodzaak voor de gegeven strenge criteria wordt betwijfeld, een nadere onderbouwing of uitwerking van deze criteria wordt dan ook wenselijk geacht.Omdat het inzicht in de rook- en warmteverspreiding met CFD-berekeningen wordt vergroot, is ook het risico op brandoverslag door glasbreuk nader beschouwd. De volgende prestatie-eis is geformuleerd.grenscondities brandoverslag door glasbreuk:- rooklaagtemperatuur ter plaatse van standaard glas 150 C- temperatuurstijging t.p.v. standaard glas 100 C/minCauberg-Huygen BVVerkorting gebruikstijd vluchtroutesDe noodzakelijke gebruikstijd van vluchtroutes is met name afhankelijk van de volgende invloedsfactoren:- capaciteit vluchtwegen- ontdekkingtijd- alarmeringstijdIn standaard situaties duurt het circa 13 minuten voordat een beginnende brand is ontdekt en vervolgens nog circa 2 minuten voordat alarm is geslagen en het ontruimen kan beginnen. Door gebruik te maken van een automatische brandmeldinstallatie wordt een beginnende brand al na 5 minuten ontdekt. Door deze tijdwinst van circa 8 minuten worden vluchtwegen eerder gebruikt en kan de maximale verspreiding van rook en warmte buiten de ontruimingstijd vallen (afhankelijk van het brandverloop en de rookontwikkeling).Voor de nieuwbouw van TNO-Universiteit Utrecht, is uitgegaan van de toepassing van een automatische brandmeldinstallatie en, rekening houdende met de voor kantoorfuncties te verwachten brandverloop, te behalen tijdwinst.

Cauberg-Huygen BVGeschematiseerd brandverloopDe voor kantoorfuncties bij brand te verwachten rookproductie wordt, uitgaande van een directe relatie tussen de rookproductie en het vrijkomende brandvermogen, gelijkgesteld aan de brandvermogen.Het brandvermogen is tijdsafhankelijk en wordt benvloed door een groot aantal parameters, als belangrijkste worden aangemerkt:- de (permanente en variabele) vuurlast- de uitbreidingssnelheid (uitbreidingsconstante)De uitbreidingssnelheid is afhankelijk van de eigenschappen van het brandbare materiaal en de beschikbaarheid van zuurstof.Voor een kantoorfunctie van de nieuwbouw van TNO-Universiteit Utrecht is uitgegaan van een maximaal brandvermogen van circa 400 kW/m, een constante uitbreidingssnelheid en een maximaal brandvermogen na 15 minuten.De op basis van het brandproces te verwachten werkelijke uitbreidingssnelheid is echter tijdsafhankelijk en vormt een kromme. Om toekomstige CFD-berekeningen te kunnen baseren op realistische brandkrommen, is normering van de functieafhankelijke brandvermogens en uitbreidingsconstante wenselijk.Cauberg-Huygen BVResultaten CFD-berekeningen (film)Nadat het ontwerp van het atrium voor de nieuwbouw van TNO-Universiteit Utrecht is gemodelleerd, zijn uitgaande van een geschematiseerd brandverloop CFD-berekeningen uitgevoerd.Berekeningsresultaat verticale doorsnede,In bovenstaande afbeelding is een verticale doorsnede van het atrium weergegeven inclusief de aangrenzende brandcompartimenten. Het in rood weergegeven blok vormt een schematische weergave van het rookbuffer zoals dit conform NEN 6093 zou zijn berekend.De resultaten van de CFD-berekeningen zijn (daarachter) grafisch weergegeven (n afbeelding per minuut) en vormen een meer realistische weergave van de te verwachten rookverspreiding gedurende de eerste 15 minuten waarin de brand zich ontwikkeld. De na 15 minuten bereikte stationaire situatie wordt maatgevend geacht. Betrouwbaarheid berekeningsresultaten,CFD-berekeningen vinden al jaren plaats en worden sinds een aantal jaren ook gebruikt om inzicht in de verspreiding van rook en warmte bij brand te verschaffen.De betrouwbaarheid van berekeningsresultaten hangt af van het gebruikte CFD-pakket en de deskundigheid van de gebruiker. Cauberg-Huygen BV

Resultaten CFD-berekeningen (film)Berekeningsresultaat horizontale doorsnede,In bovenstaande afbeelding is een horizontale doorsnede van het atrium weergegeven op circa 2,5 m boven de hoogste gelegen vluchtweg.Berekeningsresultaten,De resultaten van de CFD-berekeningen zijn grafisch weergegeven gedurende de eerste 15 minuten (n afbeelding per minuut). De na 15 minuten bereikte stationaire situatie wordt maatgevend geacht.Op basis van de ter plaatse van de maatgevende vluchtwegdeel berekende rooklaagtemperatuur van circa 55 C is vastgesteld dat de vluchtwegen voldoende worden gevrijwaard van rook en warmte. Ten aanzien van het risico op brandoverslag door glasbreuk is een maantevende rooklaagtemperatuur van 125 C berekend. NB.Deze door CFD-berekening bepaalde rooklaagtemperatuur ligt beduidend lager dan de conform NEN 6093 berekende rooklaagtemperatuur van 173 C.Rekening houdende met de maximaal toelaatbare rooklaagtemperatuur voor standaard glas van 150 C, wordt brandoverslag door glasbreuk voorkomen.Cauberg-Huygen BVSamenvatting:Omdat juist in atriumgebouwen veelal grotere aantallen personen bij brand via het atrium moeten kunnen vluchten, worden geen concessies gedaan ten aanzien van de brandveiligheid.Omdat genormaliseerde bepalingsmethoden een breed draagvlak hebben, heeft toepassing van NEN 6093 Brandveiligheid van gebouwen, beoordeling van rook- en warmteafvoerinstallaties de voorkeur.Als een ontwerp van een atrium duidelijk buiten het toepassingsgebied van NEN 6093 valt, kunnen gespecialiseerde rekenmodellen (stromingsprogrammas) worden toegepast. NBVooroverleg met de beoordelende instanties over het te gebruiken stromingsprogramma en de te hanteren uitgangspunten is noodzakelijk voor acceptatie van de uiteindelijke berekeningsresultaten.

Een voordeel van deze gespecialiseerde rekenmodellen is dat een realistisch beeld ontstaat van de verspreiding van rook en warmte.

Cauberg-Huygen BV