Nous protégeons l’essentiel® ECA 2008
Potentialité des modèles de calcul en matière de désenfumage
Journée SSPS 05.05.2011
Désenfumage & Installations aérauliques
Didier Guignard, ECA Vaud
Nous protégeons l’essentiel2® ECA 2008
Des fumées et des hommes…
Sources: feuerwehr.ch, lavoixdunord.fr, lemainelibre.fr
Désenfumage: gérer des fumées, dimensionner des systèmes
Qu’est-ce qu’un modèle? Contraintes et paramètres de départ
Pertinence et limitations des modèles de calcul
Valeur ajoutée de l’ingénierie feu
Reconnaître des méthodes… ou des ingénieurs spécialisés?
Conclusions et perspectives
Nous protégeons l’essentiel3® ECA 2008
Pourquoi gérer des fumées?
Parce que 90% des décès en cas d’incendie sont dus aux fumées Parce qu’on peut prévoir comme la fumée va se comporter Parce que tout local incendié devra tôt ou tard être désenfumé Pour la sécurité des personnes présentes Pour limiter l’augmentation des températures Pour améliorer la visibilité Parce que c’est imposé par le cadre légal …
Source: Fiches SPI, lefigaro.fr
Nous protégeons l’essentiel4® ECA 2008
Eléments-clé: Naturel / Mécanique Surfaces, débits Emplacements, répartition Mise en fonction, asservissement
Dimensionner les installations de désenfumage?
Source: socialisteachasseneuil.blogspot.com
Méthodes de dimensionnement
Valeursprescriptives
Approches performantielles
(ingénierie)
Nous protégeons l’essentiel5® ECA 2008
Dimensionner le désenfumage? – Une synthèse CH, F, D
Débit d’extraction, selon affectation, surface + hauteur local et hauteur libre de fumées. Principes détaillés à respecter. Exemples:DIN 18232-5 (D)Notices du GVZIT246 (F)
% de surface au sol, selon affectation, hauteur local et hauteur libre de fumées. Principes détaillés à respecter. Exemples: DIN 18232-2 (D) Notices du GVZ APSAD R17 (F) VdS CEA 4020 (D) IT246 (F)
Etats de la Technique, documents de référence
Selon calcul, basé sur scénarios feu, solution technique et objectifs de protection. Exemples: Recommandation ECADocument SICC (?)VDI 6019 (D)
Débits: non précisés.Principes généraux (?) àrespecter.
Mécanique
Selon calcul, basé sur scénarios feu, solution technique et objectifs de protection.Exemples: Recommandation ECADocument SICC (?)VDI 6019 (D)
1-2-5-10% de surface au sol. Principes généraux (?) àrespecter.
Naturel
Concept spécial (avec calcul d’ingénieur)
Cas ’’simple’’AEAI
Installations de ventilation par surpression: EN 12101-6
Nous protégeons l’essentiel6® ECA 2008
Désenfumage et concepts de protection incendie
80%
5%15%
Bâtiments "simples": Solutionsstandards
Bâtiments avec concept desécurité - Solution standardpour le désenfumage
Bâtiments avec concept desécurité - Désenfumage avecsimulation feu
ProjetProjet ConceptConcept PreuvePreuve EvaluationEvaluation DDéécisioncision
Autorité Calculsd’ingénierieArchitecte Maître
d’ouvrageInstallateurtechnique
Conseillerincendie
SpécialisteCVSE
Sources: www.buzzecolo.com, Honeywell, Wikipedia, SICC
Nous protégeons l’essentiel7® ECA 2008
Pourquoi utiliser des modèles de simulations?
Représenter une réalité, sans être la réalité, selon l’adage: « La carte n’est pas le territoire »
Mieux comprendre et pouvoir prédire.
Le comportement du modèle correspond - dans une certaine mesure et une certaine plage de validité - au comportement de la réalité.
Optimisation énergétiqueAérodynamisme Prévisions météorologiques
Nous protégeons l’essentiel8® ECA 2008
Applications-types des méthodes d’ingénierie incendie
Reconstitution de sinistres Dimensionnement de systèmes (désenfumage, éléments porteurs)
Concept « alternatif » avec sécurité équivalente Architectures « hors-normes » Outil R&D Calcul des temps d’évacuation …
Nous protégeons l’essentiel9® ECA 2008
Modèles à zones(dérivés d’équations empiriques)
Modèles à champs(CFD)
Modèles de simulation feu
Modèles pour le calcul de structures
Modèles pour l’évacuation
Source: International Fire Consultants Ltd.
Nous protégeons l’essentiel10® ECA 2008
Modèles à zones(dérivés d’équations empiriques)
Modèles à champs(CFD)
Modèles de simulation feu
Modèles pour le calcul de structures
Modèles pour l’évacuation
Source: International Fire Consultants Ltd.
Nous protégeons l’essentiel11® ECA 2008
Processus de combustion
Augmentation des débits massiques/volumiques par dilution continue
avec l‘air
Dilution desparticules
PANACHE DE FUMÉES
Particules incombustibles et
partiellement imbrûlées
Aspiration d‘air par dépression
Rayonnement
Ascension des gaz (effet
thermique)
Mélange air-fumées
Evaporation / pyrolyse
Source: Sicherheitsinstitut
Nous protégeons l’essentiel12® ECA 2008
Débit massique d’un panache de fumées: (selon DIN 18232-2)
– Thomas & Hinkley
– Zukoski
Lien entre concentration de suies (fumées) et visibilité:
Exemple de corrélations empiriques
m = 0.1888 . d3/2 . Um: débit de fumées (kg/s)d: hauteur libre de fumées (m)U: périmètre du foyer (m)Q: puissance convectée (kW)zo: origine virtuelle (m)m = 0.076 . Q1/3 . (d-zo)5/3
S = ~ =E 8 0.395
K 7.6 . c c
S: visibilité (m)E: valeur caractéristique pour des panneaux lumineux (-)K: coefficient d’absorption (d’extinction) des fumées (m-1)c: concentration de fumées (mg/m³)
Nous protégeons l’essentiel13® ECA 2008
Dimensionnement: exemple de calcul selon norme DIN 18232-2 / 18232-5
1. Champ d’application
2. Paramètres de départ
Hauteur du local
Hauteur libre de fumées (objectif de protection)
Groupe de dimensionnement (scénario feu)
3. Résultats
Surfaces/débits nécessaires (air frais / extraction fumées)
Exigences pour répartition et positionnnement
Exigences de fonctionnement
Nous protégeons l’essentiel14® ECA 2008
Modèles à zones
Source: MRFC
CFast, MRFC, Ozone, ASET, Branzfire, Figaro…
Nous protégeons l’essentiel15® ECA 2008
Que se passe-t-il dans le modèle?
? !
IN OUTBOÎTE
Couches de fumées: équations thermodynamiques Processus de combustion Formation de fumées (plume) Ouvertures, flux forcés (mécaniques) Transfert de chaleur (radiation, convection, conduction) Méthodes de résolution …
Géométries Ouvrants, portes, exutoires, ventilateurs Asservissements Conditions initiales Scénarios de feu …
Hauteur libre de fumées Températures couche / couche libre de fumées Pression Hauteur de flamme Concentrations des gaz (O2, CO, CO2, H2O, …) …
Nous protégeons l’essentiel16® ECA 2008
Modèles à champ (Computational Fluid Dynamics)
Source: FDS, NIST
CFX, FDS, Flovent, Fluent, Jasmine, Smartfire…
Nous protégeons l’essentiel17® ECA 2008
Modèles à champ (CFD)
Conservation de la masse
Conservation de l’énergie
Conservation de la quantité de mouvement
etc...
Divise le compartiment considéré en de multiples cellules (105 - 107)
Résolution d’équations différentielles dans chaque cellule (exemples):
Nous protégeons l’essentiel18® ECA 2008
Réalité ou fiction? Exemple de la reconstitution du sinistre de Rhode Island (USA)
Discothèque - Vue du dessus (2.5 m par rapport au sol)
Nous protégeons l’essentiel19® ECA 2008
Reconstitution du sinistre de Rhode Island (1)
10secondes
19 secondes
Nous protégeons l’essentiel20® ECA 2008
23secondes
53/60 secondes
Reconstitution du sinistre de Rhode Island (2)
Nous protégeons l’essentiel21® ECA 2008
Reconstitution du sinistre de Rhode Island (3)
100secondes
160 secondes
110 secondes
Nous protégeons l’essentiel22® ECA 2008
Reconstitution du sinistre de Rhode Island (4)
176secondes
289 secondes
Nous protégeons l’essentiel23® ECA 2008
Reconstitution du sinistre de Rhode Island (5)
337/300secondes
Toutefois, aujourd’hui en Suisse, l’utilisation principale des modèles de feu est le dimensionnement d’installations de désenfumage.
Nous protégeons l’essentiel24® ECA 2008
Objectifs de protection et critères de performance associés
Scénarios d’incendie et comportementaux
Projet de conception (mesures de sécurité)
Evaluation de la conception vis-à-vis du scénario
Périmètre du projet
Identification des dangers
Sélection des méthodes d’ingénierie
Mise en œuvre du projet
Critères de performance
satisfaits?
OUINON
Discusssion paramètres de départDirectives AEAI 22-03, 5.1
Discussion des résultats / ApprobationDirectives AEAI 22-03, 5.3
Source: (ISO 23932:2009)
Contrôle de réception Directive AEAI 22-03, 6.2
Cadre d’application de l’ingénierie feu
Exigences AEAI
Nous protégeons l’essentiel25® ECA 2008
Objectifs de protection et critères de performance associés
Scénarios d’incendie et comportementaux
Evaluation de la conception vis-à-vis du scénario
Périmètre du projet
Identification des dangers
Sélection des méthodes d’ingénierie
Mise en œuvre du projet
Critères de performance
satisfaits?
OUINON
Discusssion paramètres de départDirectives AEAI 22-03, 5.1
Discussion des résultats / ApprobationDirectives AEAI 22-03, 5.3
Source: (ISO 23932:2009)
Contrôle de réception Directive AEAI 22-03, 6.2
Cadre d’application de l’ingénierie feu
Projet de conception (mesures de sécurité)
Exigences AEAI
Nous protégeons l’essentiel® ECA 2008
Edition de prescriptions
+
AEAI
(directive 22-03)
Etats de la technique
SICC(BT 101- 04)
Mise en œuvrede prescriptions
Annexe 1Addenda
Document ECARecommandation de mise
en œuvre
Autorité compétente (ECA)
Architectes / ingénieurs
Interface Editeurs de prescriptions / Autorités / Planificateurs
Nous protégeons l’essentiel® ECA 2008
Edition de prescriptions
+
AEAI
(directive 22-03)
Etats de la technique
SICC(BT 101- 04)
Mise en œuvrede prescriptions
Annexe 1Addenda
Document ECARecommandation de mise
en œuvre
Autorité compétente (ECA)
Architectes / ingénieurs
Interface Editeurs de prescriptions / Autorités / Planificateurs
Nous protégeons l’essentiel28® ECA 2008
"Recommandation ECA Vaud d'application des méthodes d'ingénierie lors de l'utilisation de modèles de simulation"
Objectifs:– Intégrer pour l'Autorité le domaine concerné,
organisation, moyens– Préciser ses exigences en la matière– Fixer les conditions de rendus permettant d’évaluer les
résultats et solutions techniques– Valider objectifs, scénarios et résultats soumis
Contenu:– Cadre général de la simulation feu – Ce que l'autorité doit savoir – Ce que le bureau spécialisé doit fournir
Nous protégeons l’essentiel29® ECA 2008
Contenu d’un concept de désenfumage
Objectifs de protection et scénarios feu (validation!)
Mesures appropriées, optimisées
Intégration des contraintes (flexibilité!)
Preuve par le calcul
Dimensionnement et fonctionnement de l’installation
Document clair (concept désenfumage) établi, remis, validé
Nous protégeons l’essentiel30® ECA 2008
Objectifs du désenfumage
Objectifs de protection généraux
Mettre en sécurité les occupants, pouvoir porter secours / combattre efficacement un incendie, limiter les atteintes aux bâtiments et biens.
Niveau de sécurité: un choix de société
Principe de proportionnalité
Nous protégeons l’essentiel31® ECA 2008
Objectifs du désenfumage
Evacuation autonome Sauvetage Lutte contre le feuLutte contre le feuPré-évacuation Evacuation
Temps d’évac < 10 minutes
Limite de réanimation
Délai de sauvetage 15-20 minutes DDéélai dlai d’’intervention 30 minutesintervention 30 minutes
DEFENSE INCENDIESource: adapté de vfdb TB 04-01 (2009)
Puissance de feu
PREVENTION INCENDIE
Nous protégeons l’essentiel32® ECA 2008
Objectifs « standards » de désenfumage
Indicateurs de « performance »
Visibilité > 20 / 35 mètres pour les personnes> 10 mètres pour les pompiers
Hauteur sans fumée > 2.5 mètres
Température < 50°C
Durée des objectifs
10-15 minutes pour les personnes (évacuation autonome)
20-30 minutes pour les pompiers (sauvetage, intervention)
Nous protégeons l’essentiel33® ECA 2008
Illustration d’une visibilité à 35 mètres
Nous protégeons l’essentiel34® ECA 2008
Illustration d’une visibilité à 20 mètres
Nous protégeons l’essentiel35® ECA 2008
Illustration d’une visibilité à 10 mètres
Nous protégeons l’essentiel36® ECA 2008
Scénario de feu: Exemple d‘un feu de bureau
Source: NIST
Nous protégeons l’essentiel37® ECA 2008
Développement d‘un feu de bureau (1)
Source: NIST
Nous protégeons l’essentiel38® ECA 2008
Développement d‘un feu de bureau (2)
Source: NIST
Nous protégeons l’essentiel39® ECA 2008
Scénario d‘un feu de bureau
Source: NIST
Nous protégeons l’essentiel40® ECA 2008
Scénario d‘un feu de bureau
Scénario de feu « bureau » ECA
Source: NIST
Nous protégeons l’essentiel41® ECA 2008
Scénarios de feu
0
2'000
4'000
6'000
8'000
10'000
0 300 600 900 1'200 1'500 1'800
temps [secondes]
puis
sanc
e [k
W]
muséepetit mall, cuisinerestaurant, cafétériagrand mall, bureau, logementcentre commercialparkinglocaux de stockage
muséepetit mall, cuisinerestaurant, cafétériagrand mall, bureau, logementcentre commercialparkinglocaux de stockage
temps [secondes]
puis
sanc
e [k
W]
Nous protégeons l’essentiel42® ECA 2008
Installations techniques et désenfumage
Mise en fonction, asservissements
Influence sur scénario de feu
Contrôle nécessaire (test intégral)
Fiabilité… Rapidité… Simplicité…
Nous protégeons l’essentiel43® ECA 2008
Conception d’une installation de désenfumage (exemple)
Nous protégeons l’essentiel44® ECA 2008
Preuves de désenfumage (exemples)
Nous protégeons l’essentiel45® ECA 2008
Qu’est-ce qu’un concept de désenfumage?
Concept de désenfumage
Mise en fonction, asservissements
Preuve par le calcul
Conception, dimensionnement
Objectifs de protection
Garantie de fonctionnement
Cadre légal, contraintes
Nous protégeons l’essentiel46® ECA 2008
Peut-on croire les modèles?
Le modèle… L’incendie correspondant…
Oui! La plupart des modèles sont fiables, dans leurs limites d’application.
L’essentiel réside dans la paramétrisation des modèles, l’interprétation des résultats obtenus et la coordination avec tous les acteurs et disciplines concernés.
Nous protégeons l’essentiel47® ECA 2008
1. Validation: « Contrôle qualité » des modèles physiques / chimiques utilisés
Comparer avec des feux (tests) réels. Préciser les différences entre modèles et expériences
( limites, conditions d’application).
2. Vérification: « Contrôle qualité » des mathématiques
Les résultats calculés par le modèle sont-ils mathématiquement exacts?
Modèles: Validation et Vérification
Nous protégeons l’essentiel48® ECA 2008
Plausibilité des résultats?
Connaissance du modèle Paramétrisation, interprétation Formation des personnes
Contrôle de plausibilité P.ex. calcul « à la main » : Bilan massique, formules simplifiées (débit de fumées, modèle 1 zone…)
CFD ≠ Colourful Fluid Dynamics
Coordination Lien modèle – PI Approche interdisciplinaire
Paramètres de départ Résultats
? !
Source: forum-auto.com
Nous protégeons l’essentiel49® ECA 2008
Valeur ajoutée de l’ingénierie feu
Plus grande liberté architecturale Solutions alternatives Optimisation des solutions techniques Outil neutre d’aide à la décision Synergies (optimisation énergétique / aéraulique)
Economies de coût possibles
Nous protégeons l’essentiel50® ECA 2008
En conclusion…
Merci pour votre attention!
Merci pour votre attention!
Source: clio-photo
Rôles / responsabilités en matière d’ingénierie feu Utilisation des modèles feu s’est simplifiée. Objectifs de protection et scénarios feu: valeurs
standards liées à l’affectation. Les modèles sont fiables et constituent des outils
prédictifs incontournables.
Nous protégeons l’essentiel51® ECA 2008
Comparaison tests / modèles de calcul
Source: CFast, FDS, MRFC, Ozone
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