Economische oplossingen met behulp van moderne ingenieursmethoden in brandbeveiliging

Laptop_Mock-Up_Thermische-Analyse

Ontruiming_01

Brandveiligheidsingenieurs beschikken tegenwoordig over moderne computerondersteunde methoden, de zogenaamde ingenieurmethoden, als effectieve hulpmiddelen. Door toepassing van deze ingenieurmethoden is het mogelijk om de naleving van het vereiste veiligheidsniveau op doelgerichte wijze aan te tonen binnen het kader van het brandveiligheidsconcept – ook voor het geval dat voorschrijvende eisen van de betreffende brandveiligheidsvoorschriften niet kunnen worden nageleefd. De ingenieurmethoden maken het dus mogelijk om duurzame brandveiligheidsoplossingen voor nieuwbouw en bestaande gebouwen objectgericht en op maat uit te werken.

Met name bij de renovatie van bestaande gebouwen kunnen hiermee vaak uitgebreide goedkeuringsmaatregelen worden voorkomen, kosten en tijd worden bespaard en zo economische oplossingen worden gerealiseerd.

Hoewel de ingenieurmethoden de stand van de techniek vertegenwoordigen en stijgende bouwkosten van overheidsgebouwen momenteel in de media de aandacht krijgen, is vast te stellen dat de veelzijdige mogelijkheden van toepassing van moderne ingenieurmethoden en de daaruit voortvloeiende voordelen en besparingspotentieel niet altijd bij het publiek bekend zijn.

Hieronder worden deze ingenieurmethoden en typische vraagstukken kort geïntroduceerd. Afhankelijk van de complexiteit van de vraag worden de ingenieurmethoden afzonderlijk of in combinatie toegepast.

Brand- en rooksimulaties

Een belangrijk criterium voor de effectiviteit van brandveiligheidsconcepten is het waarborgen van een veilige begaanbaarheid van vluchtroutes en reddingswegen in geval van brand. Het moet worden gegarandeerd dat de situatie van rookontwikkeling en temperatuurverdeling bij een brand de begaanbaarheid van vluchtroutes en reddingswegen (bewijs van persoonsveiligheid, waarborging van effectieve blusmaatregelen) niet in gevaar brengt.

Voor de beoordeling van de rookverspreiding bij brandgevallen in gebouwen worden computergebaseerde brandsimulaties toegepast. De speciaal voor brandsimulaties ontwikkelde programma’s modelleren de stromingsmechanische en thermodynamische processen van een gebouwbrand. Hierdoor wordt de berekening van de rookverspreiding in het gebouw mogelijk, evenals de beoordeling van de resulterende rooksituatie en de berekening van de temperatuurverdeling of de warmtebelasting.

In welke vraagstellingen worden brandsimulaties ingezet?

• Om de effectiviteit te controleren of de warmte- en rookafvoerconcepten te optimaliseren
• Hoe lang is de begaanbaarheid van vluchtroutes en reddingswegen (zelfredding en interventie) gegarandeerd?
• Welke temperatuurbelasting ontstaat aan de beglazing? / Kan de eis voor de brandveiligheidstechnische kwaliteit van de beglazing worden verminderd?

Evacuatiesimulaties

Dit betreft personenstroomanalyses met de focus op gebouwontruiming. Hierbij kan onder rekening houdend met de gebouwgeometrie, de aanwezige installatietechniek en het te verwachten gedrag van de vluchtende gebouwgebruikers een beoordeling van vluchtroutes en reddingswegen plaatsvinden via een computermodel. Problematische knelpunten kunnen worden geanalyseerd en de ontruimingstijd van gebouwen worden vastgesteld. Computergestuurde evacuatiesimulaties vormen een erkend ingenieurstechnisch beoordelingsproces om voldoende dimensionering van vluchtroutes en reddingswegen aan te tonen bij afwijkingen van de bouwvoorschriften.

In welke vraagstellingen worden evacuatiesimulaties ingezet?

• Bij afwijkende reddingswegen in bestaande gebouwen ter onderbouwing van afwijkingen
• Bij complexe gebouwen voor het identificeren van knelpunten en het optimaliseren van het ontruimingsconcept
• Voor onderzoek naar de duur van een gebouwontruiming of het ontruimen van deelgebieden

Thermische analyse

Met thermische analyses wordt de thermische invloed van een brand op dragende constructiedelen onderzocht. Eerst wordt de resulterende tijdafhankelijke temperatuurverdeling in het onderdeel berekend. Hiertoe wordt, rekening houdend met de objectgerichte gebruiksfunctie en aanwezige brandbelastingen, een beoordelingsbrandscenario gedefinieerd en worden de rookgastemperaturen berekend met behulp van computerondersteunde brandsimulaties. In een volgende stap wordt op basis van de rookgastemperaturen de warmteflux in het onderdeel berekend en de resulterende temperatuurverdeling in het onderdeel. Op basis van de berekende tijdafhankelijke temperatuurverdeling in het dwarsprofiel van het onderdeel kunnen uitspraken worden gedaan of de temperaturen voor het te onderzoeken onderdeel (bijvoorbeeld onderzagen) in een kritische of onkritische zone liggen.

In welke vraagstellingen worden thermische analyses ingezet?

• Bij renovaties van bestaande gebouwen (bijvoorbeeld scholen) of bij herbestemming van bestaande gebouwen kan het vaak voorkomen dat onderdelen of delen van de draagconstructie niet
  • aan de voorschrijvende eisen van de geldende bouwvergunning voldoen,
  • aan de bouwvoorschriften of
  • aan de actuele normen voldoen (bijvoorbeeld te geringe betondekking bij betonnen ribben).
  • Is de brandveiligheidstechnische kwaliteit van de onderdelen voldoende in het licht van de doelstellingen?

Samenvatting en conclusie

Het toepassen van ingenieurmethoden in de brandveiligheid maakt het mogelijk om een breed scala aan brandveiligheidsvraagstukken te onderzoeken. De praktijk wijst uit dat het op veel niveaus lonend kan zijn om ingenieurmethoden als modern en actueel gereedschap (meer) te integreren.

Door een ingenieurstechnisch bewijs en het naleven van de objectgerichte doelstellingen met behulp van ingenieurmethoden kunnen bijvoorbeeld

• bij renovaties van bestaande gebouwen uitgebreide goedkeuringsmaatregelen vaak worden voorkomen door een rekenkundig bewijs,
• betere onderbouwingen worden gegeven voor alle betrokkenen bij de planning (door vergelijking van de mogelijke maatregelen), en
• resourcenefficiënte, duurzame en economische oplossingen worden gerealiseerd bij nieuwbouw en bestaande gebouwen.

 Auteurs:

Dipl.-Ing. Patrick Frey
Sectieleider Ingenieurmethoden
Sinfiro GmbH & Co. KG

David Binder
Bachelor of Engineering (Lucht- en Ruimtevaarttechniek)
Sinfiro GmbH & Co. KG

Dipl.-Ing. (FH) Ralf Galster
Deskundige voor brandveiligheid volgens VwV Brandschutzprüfung
Algemeen directeur Sinfiro GmbH & Co. KG