Kapalı Otoparklarda Yangın Simülasyonu
Yazan: Bahuz Can OSSO, Efe ÜNAL, Aironn Havalandırma LTD. ŞTİ.
Tasarlama aşaması bitmiş ve devreye alma durumuna gelinmiş duman egzoz sisteminin performansı “Soğuk Duman Testleri” yardımıyla yapılır. Testte duman tabletlerinden ve duman makinalarından yararlanılarak dumanın tahliyesi gözlemlenir. Ancak sistemin başarısız olması durumunda tasarımın baştan incelenmesi gerekeceği için, bu durum yatırımcıya hem zaman kaybına hem de maddi kayba sebep olacaktır. Tasarım aşamasında gerçek hayatta yapılan bu testin bilgisayar ortamında CFD yöntemi kullanılarak simüle edilmesi, bu durumun engellenmesini sağlayacaktır. Bu teknik yazıda yangın simülasyonu için yapılan CFD çalışmalarında dikkat edilmesi gereken hususlar ele alınacaktır.
CFD nedir?
CFD, akışkanlar dinamiği problemlerinin çözümlenmesinde kullanılan sayısal bir yöntemdir. Bu yöntem kullanılarak akışkanla ilgili bazı fiziksel nicelikler elde edilir. Elde ettiğimiz bu sonuçlar akış hakkında daha detaylı bilgi edinmemizi sağlamakta ve tasarımda ilgili sorunları önceden fark etmemize yardımcı olmaktadır.
Piyasada ve akademik çalışmalarda yangın simülasyonları için kullanılan yaygın CFD kodları CFX, FDS ve Fluent şeklinde sıralanabilir.
NFPA ve İngiliz Standartlarında Bahsedilen Kapalı Otopark Yangın Senaryoları
NFPA standartlarında yangın senaryoları 3 grup altında toplanmıştır. Bunlar, “Zamandan Bağımsız Yangınlar”, “Isı Çıkışının Yangın Alanına Bağlı Olduğu Yangınlar” ve “Zamana Bağlı Yangınlar” şeklindedir.
Senaryo oluşturma aşamasında yangınlar, zamandan bağımsız olarak düşünülebilir. Zamandan bağımsız yangınlarda ısı çıkışı sabit olmaktadır. Ancak yangınlar, doğası gereği zamana bağlı olarak değişiklik göstermektedir.
Bir başka yaklaşım olarak ise yangın anında çıkan ısının yangının süregeldiği alana bağlı olarak değiştiğinden bahsedilmektedir. Bu yaklaşıma göre İngiliz Standartları, kapalı otopark yangınlarında birim alan başına 400 kW/m2 ısı salınım değerinin alınmasını önermektedir.
Zamana bağlı yangınlar, yangın başladığı andan itibaren ısı salınım ve duman üreme miktarının zamana bağlı olarak değiştiği yangınlardır. Bu çeşit yangınlar, aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi NFPA 92B de 4 sınıfa ayrılmıştır. İngiliz Standartlarında ise kapalı otopark yangınlarının, orta derece büyüme sınıfında yangınlar olduğundan bahsedilmektedir.
Tablo 1: Standartlara bağlı olarak projenin sağlaması gereken koşullar
Kapalı Otoparklar Yangın CFD’lerinde, Çözüm Geometrisi Oluşturma Sürecinde Dikkat Edilmesi Gereken Temel Hususlar
- Yangın Yeri: İngiliz Standartlarında, CFD analizlerinin en kötü senaryoya göre yapılması gerektiğinden bahsedilmektedir. Bu durum için seçim kriterleri, otopark geometrisine göre farklılık gösterse de genel olarak zon sınırlarına ve rampalara yakın bölgelerde simülasyon yapılması, en kötü şartları sezebilmek açısından yol gösterici olacaktır.
- Senaryo Geometrisinin Doğru Algılanması: Senaryoya dair analiz geometrisi hazırlanırken damper boyutları, rampa yerleri, kolonlar ve akışa engel teşkil edebilecek çeşitli bina konstrüksiyonları, 3-B geometri oluşturma aşamasında başlıca dikkat edilmesi gereken hususlardır.
- Sayısal Ağ: Çözüm sonuçlarının mümkün mertebede gerçeğe yakınsayabilmesi için efektif bir sayısal ağ dağılımı yapılmalıdır. Bu aşamada yangının başladığı noktada, dumanın transport edildiği bölgede ve jet fan akış alanlarındaki sayısal ağ yoğunluklarına ve sayısal ağ elemanı boyutsal kalitelerine dikkat edilmelidir.
- Yangın Isıl Yükü: İngiliz Standartlarında, sprinkler korumalı otoparklar için 4 MW’lık enerjinin 2 x 5 m2’lik, sprinklersiz otoparklar için 8 MW’lık enerjinin 5 x 5 m2’lik alanlardan yayıldığından bahsedilmektedir. Analiz girdilerinde bu hususa dikkat edilmelidir.
- Bina Yapı Elemanlarının Isı İletim Katsayısı: Çözüm sonuçlarında sıcaklık dağılımları alınırken gerçeğe daha yakın çıktıların elde edilebilmesi için bina yapı elemanlarına dair ısı iletim katsayıları belirtilmelidir.
Kapalı Otoparklar Yangın CFD’lerinde, Çözüm Sonuçlarında Gösterilmesi Gereken Noktalar
Kapalı otopark yangınları için yapılan CFD analiz sonuçları incelenirken bazı kriterler göz önünde bulundurulmalıdır. Bu kriterler standartlarda belirtilmiştir. Belirtilen kriterler aşağıda bulunan örnekte kısaca incelenmiştir. Geometri hakkında kısa bir bilgilendirme yapacak olursak kapalı otopark geometrisi 4700 m2 olup otoparkta çalışır halde 10 adet jet fan bulunmaktadır.
- BS 7346-7:2006 kodlu standartta duman dağılımı ve sıcaklık değerlerinin döşemeden en az 1,7 m yüksekten gösterilmesi gerektiğinden bahsedilmiştir.
- Kaçış Yolları ve Rampalardaki Hızlar: BS 7346-7:2006 kodlu standartta belirtildiği üzere kaçış yolları ve rampalardaki hızlar 5 m/s’yi geçmemelidir.
Şekil 1: Hız Konturu
Yukarıdaki resimde “K” olarak kodlanmış bölgeler kaçış noktalarını göstermektedir. Resimden de anlaşıldığı gibi kaçış noktalarındaki hız değerleri 5 m/s’yi aşmamıştır ve insan kaçışını mümkün kılabilecek mertebelerdedir.
- Ortam Sıcaklığı: “Principles of Smoke Management (ASHRAE, SFPE)” adlı yayında 121 °C ve sonrasındaki sıcaklıklarda deride kalıcı hasarlar ve hipotermi hastalığı olduğundan bahsedilmektedir. Kaçış noktalarındaki sıcaklıklarda, bu değerlere erişmemelidir. Aşağıda, insanların dayanabileceği sıcaklıkların zamana bağlı değişimi verilmiştir.
Şekil 2: İnsanlar için Termal Dayanım (Principles of Smoke Management)
Şekil 3: Sıcaklık Konturu
Yukarıdaki resimde otopark içerisindeki ve kaçış noktalarındaki sıcaklık değerleri ayrıntılı olarak görülmektedir. Söz konusu senaryoda 300 – 700 s zaman aralığında yangın, pik noktada (4 MW) seyretmektedir. Buna göre jet fan projelendirmesi yapılmış otoparkta insan kaçışına engel teşkil edecek sıcaklık değerleri kaçış noktalarında gözlemlenmemektedir.
- Tavan Sıcaklığı: Sprinkler sistemi tasarımı yapan firmalara, belirlenmiş yangın senaryosuna göre ne kadarlık bir alanda yağmurlama elemanının aktif hale geldiğini gösterebilmek adına 68 oC skalasına göre otopark tavanındaki sıcaklık dağılımının ifade edilmesi önerilmektedir.
- Fan Termal Dayanımı: BS 7346-7:2006 kodlu standartta belirtildiği üzere duman egzoz fanları ve jet fanlar, minimum 300 oC’ye 1 saat dayanımlı olmalıdır.
- Görüş Mesafesi: BS 7346-7:2006 kodlu standartta ve NFPA standardında belirtildiği üzere yangının çıktığı zondaki kaçış noktalarındaki görüş mesafesi değerleri 10 m’nin altına düşmemelidir.
Şekil 4: Görüş Mesafesi Konturu
Şekil 1’de belirtilmiş olan kaçış noktalarını baz alacak olursak yangının pik noktada seyrettiği zaman aralıklarında bile görüş mesafesi değerleri, kaçış noktalarında 10 m’nin yukarısında tutulmuştur.
- CO Konsantrasyonu: BS 7346-7:2006 kodlu standartta belirtildiği üzere duman egzoz sisteminin, kaçış noktalarındaki ve rampalardaki CO konsantrasyonunun 15 dk boyunca 90 ppm (90x10-6) (parts per million – milyonda bir) değerini, 8 saat boyunca ise 15 ppm (15x10-6) değerini aşmayacak şekilde tasarlanması gerekmektedir. Ayrıca, uygun bir insan kaçışının ve itfaiye müdahalesinin olanaklı hale getirilebilmesi için kaçış noktalarındaki ve yangının 10 [m] uzağındaki bölgelerde zehirli gaz konsantrasyonu 100 ppm’i (100x10-6) aşmamalıdır.
Şekil 5: Zehirleyici Gaz Konsantrasyon Konturu
Şekil 5’te görüldüğü üzere kaçış noktalarındaki ve yangının 10 m ötesindeki zehirli gaz konsantrasyonu 100 ppm’in altındadır. Kaçış noktalarındaki zehirli gaz konsantrasyonu, standartlar dahilinde tutulmuş, efektif bir itfaiye müdahalesi de mümkün kılınmıştır. Ayrıca duman egzoz noktasına varıncaya dek başarıyla seyreltilmiş, duman koridoruna denk gelebilecek insanların kaçışı da olanaklı hale getirilmiştir.
