STUDIE VAN BRAND IN KLEINE ONDERGRONDSE … · Dankwoord i DANKWOORD Mijn eerste woord van dank...

Universiteit Gent

Faculteit Ingenieurswetenschappen

Vakgroep

Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding

Voorzitter: Prof. Dr. Ir. R. Sierens

STUDIE VAN BRAND IN KLEINE

ONDERGRONDSE PARKEERGARAGES door

Nele Tilley

Promotor: Prof. Dr. Ir. B. Merci

Scriptiebegeleiders: Ir. K. Van Maele

Ir. G. Van de Gaer

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van

burgerlijk werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieur

Academiejaar 2006 – 2007

Dankwoord

i

DANKWOORD

Mijn eerste woord van dank gaat uit naar Prof. Dr. Ir. Bart Merci, die de promotor is van

mijn werk en me de gelegenheid heeft gegeven deze studie over brand in een kleine

ondergrondse parkeergarage uit te voeren. Graag bedank ik hem voor alle hulp die hij heeft

geboden bij het tot stand komen van deze masterproef.

Ik wil ook Ir. Karim Van Maele bedanken, mijn begeleider, bij wie ik steeds terecht kon voor

vragen over het simulatieprogramma waarmee in deze studie gewerkt wordt.

Ir. Guy Van de Gaer, directeur van Brandweervereniging Vlaanderen, wens ik te danken voor

zijn steun en begeleiding bij deze studie, zijn interesse voor en vakkennis over het onderwerp.

In het bijzonder wil ik hem danken voor de contacten die hij voor mij heeft gelegd met

brandweerkorpsen over heel Vlaanderen.

Uit de brandweerkorpsen wil ik ook een aantal mensen bedanken. Zij hebben mij een bezoek

laten brengen aan hun centrale en mij veel praktisch inzicht gegeven in het

onderzoeksdomein. Voor brandweer Lommel wil ik Kpt. Bart Kuyken en Cdt. Jan Jorissen

danken; voor brandweer Leuven Kpt. Dieter Brants; Kpt. Philippe Maudens van brandweer

Mechelen; ing. Chris de Graeve en Cdt. Erik Schaubroeck van brandweer Gent.

Mijn dank gaat ook uit naar alle brandweerkorpsen die mijn onderzoek vooruit geholpen

hebben door te reageren op de rondvraag over welke maatregels ze vragen bij de bouw van

een kleine parkeergarage.

Ten slotte wil ik ook alle personen bedanken die nog niet vernoemd werden, maar die

hebben bijgedragen tot het uiteindelijke resultaat van dit werk.

Toelating tot bruikleen

ii

TOELATING TOT BRUIKLEEN

Toelating tot bruikleen

“De auteur geeft de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen

van de scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik.

Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met

betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van

resultaten uit deze scriptie.”

Nele Tilley, 03/06/2007

Overzicht

iii

OVERZICHT

Studie van brand in kleine ondergrondse parkeergarages door

Nele Tilley

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk werktuigkundig - elektrotechnisch ingenieur

Academiejaar 2006 – 2007

Promotor: Prof. Dr. Ir. B. Merci

Scriptiebegeleiders: Ir. K. Van Maele Ir. G. Van de Gaer

Faculteit Ingenieurswetenschappen

Universiteit Gent

Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding Voorzitter: Prof. Dr. Ir. R. Sierens

SAMENVATTING Hoofdstuk 1. Inleiding. Hoofdstuk 2. Uitleg bij de belangrijkste begrippen. Hoofdstuk 3. Maatregels die de brandweerkorpsen vragen bij kleine parkeergarages. Hoofdstuk 4. Beschrijving van het gebruikte programma. Uitleg over de gemaakte instellingen bij de numerieke simulaties. Het gesimuleerde model van de brandhaard. Hoofdstuk 5. Opbouw van de rekenroosters. Hoofdstuk 6. Resultaten van de simulaties. Toepassingen van de brandweer worden gesimuleerd voor twee verschillende garages en de aankomst van de brandweer wordt in rekening gebracht. Hoofdstuk 7. Parameterstudie. Enkele belangrijke parameters worden gewijzigd om hun effect op de resultaten te bestuderen. TREFWOORDEN Brand, kleine ondergrondse parkeergarage, numerieke simulatie, ventilatiegecontroleerde brand, backdraft, brandbeveiliging, RWA-installatie

Extended Abstract

iv

EXTENDED ABSTRACT

Study of fire in small underground parking lots

Nele Tilley

Supervisors: Prof. Dr. Ir. Bart Merci, Ir. Karim Van Maele, Ir. Guy Van de Gaer

Abstract This article is a summary of a study concerning

fire in small underground parking lots. It describes which measures are taken in Belgium to protect these parking lots against fire. The measures are investigated in numerical simulations.

I. INTRODUCTION In Belguim, more and more small underground parking

lots are built. These give place to about ten cars. Unfortunately, up till now, no studies have been done on how to secure these parking lots against fire.

The firemen who encounter the problem of fire safety in a small parking lot choose their own solution, based on fire protection in big parking lots, their own experience or measures in other countries.

II. METHODS In the study discussed in this paper, two different small

parking lots have been investigated in numerical simulations. Each of them has a floor area less than 1000 m². An experimentally measured model of a car fire is used in the simulations.

In the first garage, every car is parked in a single box, closed by walls and a gate. In the gate, there are small openings for evacuation of smoke. The second garage doesn’t contain these boxes. The cars are placed next to each other.

III. RESULTS Since the parking lots have a floor area less than 1000

m², the volume of the garage is quite small. A car fire produces a great amount of smoke. The parking lot will soon be filled with it. The temperature will also rise quickly. As a consequence, the pressure in the garage will rise. The maximum allowed pressure in the garage is 60 Pa. If the pressure were bigger, people might not be able to open the evacuation door anymore.

One way to solve this problem is to place a ventilation

opening in the garage (Figure 1). Mass can leave the garage through this opening so that

the pressure won’t rise. This means that there is now more time available for evacuation of people. The ventilation openings don’t need to be big.

Some pvc-pipes are sufficient to let the mass leave the garage.

0

20

40

60

80

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Time [s]

Rel

ativ

e P

ress

ure

[Pa]

With ventilation openings

Without ventilation openings

Figure 1. Relative pressure in a small parking lot. When looking at the heat release rate of a car fire in a

garage with only small openings, there can be seen that the fire will extinguish in time (Figure 2).

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Time [s]

Hea

t rel

ease

rate

[kW

]

Sufficient oxygen available

Only small ventilation openings

Figure 2. Heat release rate in a small parking lot with only small

ventilation openings. One could now think that it would be a good idea to wait

until the fire is over, and then open the gate through which the firemen enter the garage. However, this is not the case. After extinction, there are many unburned gases in the garage. When these gases suddenly make contact with oxygen – like when the gate opens – they will rapidly burn. This causes a sudden rise in temperature and pressure. The burning gases will be pushed out of the garage and cause a hazardous phenomenon called ‘backdraft’.

Backdraft can be avoided by making sure the fire does not extinguish. One way to do this is to place ventilation openings, which are large enough to let oxygen enter the garage and keep the fire going. However, this is not always a possible solution. Sometimes there is not enough room around the building to place these ventilation openings.

Another solution to make sure the fire doesn’t extinguish is to place heat or smoke detectors in the garage. An automatic system can be introduced so that the gate, through which the cars enter the garage, will open as soon as fire is detected. Oxygen can enter the room through this gate and the fire will not extinguish.

One of the measures sometimes asked concerning fire

prevention is to replace the air in the parking lot ten times per hour with mechanical ventilation. When a fire occurs, the ventilation system might push the smoke out of the way and create a smoke free passage for evacuation. At the time when the firemen arrive, they can take advantage of this smoke free passage to find a visible way to the car fire.

From the simulations made, it can be seen that the smoke free passage is not created by applying mechanical ventilation in the garage.

In a big parking lot, the air blown in by the ventilation will push the smoke out of the way to make a smoke free passage.

In the small parking lot, however, there will be smoke all over the garage, so it can’t be pushed out of the way. In a small parking lot, the mechanical ventilation can’t create the effect that was hoped for.

The discussion that has been made up till now can be

applied to both investigated parking lots. There is however a difference between the garage where every car has its own box, and the garage where the cars are standing next to each other. This difference is found in the values of temperature, as can be seen in Figure 3.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 30

Time [s]

Tem

pera

ture

[°C

]

Garage with boxesGarage without boxes

Figure 3. Temperature above burning car. The structural elements of the garage with separate boxes

will have to deal with much higher temperatures than the elements of the garage without boxes. This is caused by the fact that the burning car is surrounded by air in the garage without boxes, so that there is more opportunity to cool the smoke with convective heat transfer.

In Figure 3, the temperature above the car in the garage with boxes shows a fall at about 900 s. At this moment, the fire will move out of the gate, where the oxygen can be found. When the fire starts to extinguish, it will move back to the car in the box.

Figure 3 shows the result for the two investigated parking lots when one car is burning. In the garage without boxes, however, it is possible that a second car will be set on fire. When this happens, the temperature will be higher than in the case where only one car is burning.

The last part of the study concerns the placement of

sprinklers in the parking lot. A sprinkler is placed above each parking spot, and is activated as soon as its temperature reaches 74°C. Because the sprinkler sprays water at 20°C in the garage, the temperatures will never reach the same high values as in the garages without sprinklers. It can also be seen that the fire will extinguish in some cases, but that backdraft probably won’t occur. However, more investigation is necessary before making predictions on the effect of sprinklers.

IV. CONCLUSION Three major conclusions can be drawn from the study

discussed above. First, it is important to place a ventilation opening in the garage, so that the pressure rise can be controlled.

Further, backdraft needs to be avoided by making sure

the fire will not extinguish. A possible way to do this is to open the entrance gate as soon as fire is detected in the garage.

The last conclusion is that the structural elements

encounter very high temperatures in the garage with separate boxes. The temperature will be lower in the garage without boxes, which will lower the load on the structural elements. However, in the garage without boxes a second car can be set on fire, resulting in higher temperatures. A balance has to be chosen between these two effects.

Inhoudsopgave

vii

INHOUDSOPGAVE

Dankwoord .............................................................................................................................................i

Toelating tot bruikleen .........................................................................................................................ii

Overzicht...............................................................................................................................................iii

Extended Abstract ...............................................................................................................................iv

Inhoudsopgave ....................................................................................................................................vii

Tabel van afkortingen en symbolen...................................................................................................xi

Hoofdstuk 1. Inleiding .......................................................................................................................1

DEEL 1. VOORAFGAANDE STUDIE EN OPBOUW SIMULATIES ........................................3

Hoofdstuk 2. Algemeenheden over brand ....................................................................................4

2.1. TERMINOLOGIE...............................................................................................................4

2.2. BRANDBEVEILIGING.......................................................................................................6

2.3. NORMEN...........................................................................................................................7

2.4. DEFINITIES.......................................................................................................................7

Hoofdstuk 3. Toepassingen van de brandweer.........................................................................10

3.1. GEEN MAATREGELS..................................................................................................... 10

3.2. VENTILATIEOPENINGEN ............................................................................................ 10

3.3. MECHANISCHE VENTILATIE ....................................................................................... 11

3.4. SPRINKLERS ................................................................................................................... 11

3.5. VENTILATIEOPENINGEN EN SPRINKLERS ................................................................ 12

3.6. DOEL VAN DE MASTERPROEF..................................................................................... 12

Inhoudsopgave

viii

Hoofdstuk 4. Model ..........................................................................................................................13

4.1. PROGRAMMA ................................................................................................................. 13

4.1.1. Turbulentiemodel ................................................................................................ 13

4.1.2. Verbrandingsmodel ............................................................................................. 14

4.1.2.1. Mengfractie .......................................................................................................... 14

4.1.2.2. Flame sheet.......................................................................................................... 15

4.1.2.3. Beperking van het verbrandingsmodel .................................................................... 16

4.1.2.4. Warmteoverdracht ................................................................................................ 17

4.1.3. Randvoorwaarden................................................................................................ 17

4.1.3.1. Brand .................................................................................................................. 17

4.1.3.2. Thermische randvoorwaarden ................................................................................ 18

4.1.3.3. Snelheid ............................................................................................................... 19

4.1.3.4. Opening ............................................................................................................... 19

4.1.4. Sprinklers .............................................................................................................. 19

4.1.4.1. Activering ............................................................................................................ 20

4.1.4.2. Diameter van de druppels ..................................................................................... 20

4.1.4.3. Pad van de druppels ............................................................................................. 21

4.1.4.4. Massa- en energieoverdracht van druppels.............................................................. 21

4.1.4.5. Onderdrukking van het vuur ................................................................................ 22

4.2. REKENROOSTER ........................................................................................................... 22

4.3. BRAND............................................................................................................................ 23

4.4. INSTELLINGEN IN FDS................................................................................................ 24

4.4.1. Materialen.............................................................................................................. 24

4.4.2. Brand ..................................................................................................................... 25

4.4.3. Randvoorwaarden................................................................................................ 25

4.4.4. Temperatuur ......................................................................................................... 25

4.4.5. Sprinklers .............................................................................................................. 25

4.4.6. Brandstof............................................................................................................... 27

Inhoudsopgave

ix

Hoofdstuk 5. Parkeergarage ...........................................................................................................30

5.1. GARAGE ZONDER BOXEN........................................................................................... 30

5.2. GARAGE MET BOXEN................................................................................................... 32

DEEL 2. RESULTATEN ................................................................................................................ 35

Hoofdstuk 6. Verschillende configuraties ..................................................................................36

6.1. GESLOTEN GARAGE..................................................................................................... 36

6.1.1. Garage met boxen................................................................................................ 37

6.1.2. Garage zonder boxen .......................................................................................... 39

6.2. VENTILATIEOPENINGEN ............................................................................................ 42

6.2.1. Pvc-buizen ............................................................................................................ 43

6.2.2. Roosters................................................................................................................. 44

6.2.2.1. Garage met afzonderlijke boxen ........................................................................... 44

6.2.2.2. Garage zonder boxen ........................................................................................... 47

6.2.3. Mechanische ventilatie ........................................................................................ 51

6.2.3.1. Tien keer per uur lucht verversen........................................................................... 51

6.2.3.2. Meer dan tien keer per uur lucht verversen ............................................................ 60

6.2.3.3. Conclusie ............................................................................................................. 64

6.3. POORT OPEN ................................................................................................................. 64

6.3.1. Poort open na 12 minuten.................................................................................. 66







6.3.4. Poort open door detector ................................................................................... 75


Inhoudsopgave

x


6.3.5. Poort open in garage met roosters .................................................................... 79

6.3.6. Overdrukventilator .............................................................................................. 80

6.4. SPRINKLERS ................................................................................................................... 82



6.4.1.2. Garage met boxen ................................................................................................ 88

6.4.2. Sprinklers en roosters.......................................................................................... 91


6.4.2.2. Garage met boxen ................................................................................................ 93

Hoofdstuk 7. Variatie van parameters .........................................................................................97

7.1. FIJNHEID VAN HET REKENROOSTER......................................................................... 97

7.2. PLAATS VAN DE WAGEN.............................................................................................. 99

7.3. GROOTTE VAN DE VENTILATIEOPENING .............................................................. 101

7.4. MEERDERE WAGENS IN BRAND ............................................................................... 102

7.4.1. Gesloten garage.................................................................................................. 105

7.4.2. Garage met roosters .......................................................................................... 107

7.5. OMGEVINGSTEMPERATUUR...................................................................................... 109

DEEL 3. BESLUIT ....................................................................................................................... 112

BIJLAGE ........................................................................................................................................... 117

Hoofdstuk 8. Rekenvoorbeeld: mengfractie ............................................................................118

Hoofdstuk 9. Warmteoverdracht naar en doorheen de wand .............................................121

Referenties......................................................................................................................................... 124

Lijst van figuren................................................................................................................................ 125

Lijst van tabellen............................................................................................................................... 130

Tabel van afkortingen en symbolen

xi

TABEL VAN AFKORTINGEN EN SYMBOLEN

A Oppervlakte

Ad Oppervlakte van een druppel

C Roet

C Natuurlijke convectiecoëfficiënt

C1 C1-factor

C2 Constante in verband met sprinklers

C3H8 Propaan

Cd Weerstandscoëfficiënt

CFD Computational Fluid Dynamics

CO Koolstofmonoxide

CO2 Koolstofdioxide

cp Specifieke warmte

cp,w Specifieke warmte van water

cs Specifieke wamte van het materiaal

D Diffusiecoëfficiënt

dm Mediaandiameter

EA Activatieenergie

FDS Fire Dynamics Simulator

g Valversnelling

H2O Water

hd Convectiecoëfficiënt van een druppel

HRRPUA Heat release rate per unit area

hv Verdampingswarmte

k Thermische geleidbaarheid

ks Thermische geleidbaarheid van het materiaal

L Lengte

LES Large Eddy Simulation

m Massa

m ′′& Pyrolysesnelheid van de brandstof


xii

m ′′′& Massadebiet zuurstof per volume

wm& Sprinklerdebiet

M Atoomgewicht

N Aantal componenten in het mengsel

n Stoïchiometrische coëfficiënt

NIST National Institute of Standards and Technology

O2 Zuurstof

Pr Prandtlgetal

Qc Convectieve warmteoverdracht

Qt Totale warmteoverdracht

q ′′′& Warmteoverdracht per volume

cq ′′& Convectieve warmteoverdracht per oppervlakte

rq ′′& Radiatieve warmteflux

R Gasconstante

r0 Offset distance

rd Straal van een druppel

Re Reynoldsgetal

Rf Brandweerstand

RTI Response Time Index

RWA Rook- en warmteafvoer

Sh Sherwood-getal

T Temperatuur

Td Temperatuur van een druppel

Tg Temperatuur van het gas

Tl Temperatuur van de sprinkler

Tl,a Activeringstemperatuur van de sprinkler

Tm Temperatuur van de bevestiging van de sprinkler

u Snelheid

V Volume

V& Volumedebiet

v Initiele snelheid

x Aantal koolstofatomen in molecule


xiii

yi Massafractie brandstof omgezet in component i

Yj Massafractie van component j in het mengsel

Z Mengfractie

z Aantal zuurstofatomen in molecule

zi Massafractie van element i in het mengsel

zi,B Massafractie van element i in zuiver brandstof

zi,L Massafractie van element i in zuiver lucht

Zst Stoïchiometrische mengfractie

αmax Maximale hoek

αmin Minimale hoek

β Volumefractie

γ Constante voor statistische verdeling

Δ Dikte

ΔH0 Energie per massa zuurstof

ΔHv Verdampingswarmte

ΔT Temperatuursverschil

μi,j Massa van element i per kilogram component j

ρ Massadichtheid

ρs Densiteit van het materiaal

σ Constante voor statistische verdeling

'Rχ Fractie straling in totale warmteoverdracht

Inleiding

1

Hoofdstuk 1. INLEIDING

Het is een bekend probleem in België: de bouwgrond wordt schaars, en de prijzen stijgen.

Het gevolg is dat men zoveel mogelijk wil bouwen op een zo klein mogelijke oppervlakte. Er

wordt meer en meer in de hoogte gebouwd, zoals bij appartementen. Maar ook ondergronds

bouwen van parkeergarages blijkt een plaatsbesparende oplossing te zijn. In de steden

worden al langer parkeergarages onder de grond gebouwd. Maar waar het vroeger steeds ging

om grote parkeergarages, worden tegenwoordig ook vaak kleine garages gebouwd, voor

slechts een tiental wagens. Zo zijn onder anderen de kleine parkeergarages onder

appartementsgebouwen sterk in opmars.

Deze kleine parkeergarages vormen een nieuwe uitdaging voor de preventiediensten van de

brandweerkorpsen. Er bestaat namelijk geen enkele wet of norm waarin deze garages vermeld

worden. Het komt er dus op neer dat elk korps naar eigen inzicht kiest welke maatregels

genomen kunnen worden om de brandveiligheid in deze garages te garanderen. Zo zijn

tientallen verschillende regels in omloop. De meeste daarvan zijn gesteund op ervaring met

grote parkeergarages, maar zijn nooit geverifieerd voor kleine garages. Het is dus niet met

zekerheid geweten of deze maatregels het gewenste effect hebben.

Het belangrijkste verschil tussen kleine en parkeergarages is dat er bij kleine garages niet

zoveel zuurstof voorhanden is door het veel kleinere volume. De grootte van de brand zal

eerder afhankelijk zijn van de hoeveelheid beschikbare zuurstof, dan van de brandstof.

Daardoor kunnen zogenaamde ventilatiegecontroleerde verschijnselen optreden, die bij de

grote parkeergarages niet terug te vinden zijn omdat daar altijd voldoende zuurstof aanwezig

is.

Een door zuurstoftekort uitdovende brand is één van die typische verschijnselen. Zuurstof is

immers een onmisbaar element om een brand te laten bestaan. Indien er na verloop van tijd

toch weer zuurstof beschikbaar komt, kan de brand opnieuw aanwakkeren of zou het

gevaarlijke fenomeen backdraft kunnen optreden, waarbij als het ware een vuurbal uit de

garage komt als er plots weer zuurstof beschikbaar komt. Dit kan gebeuren bij aankomst van

Inleiding

2

de brandweer, wanneer de toegangspoort geopend wordt. Deze verschijnselen verdienen

bijzondere aandacht, omdat ze mensenlevens kunnen kosten.

De bedoeling van deze masterproef is om in eerste instantie aan de verschillende

brandweerkorpsen te vragen welke maatregels ze vragen naar brandveiligheid toe bij de bouw

van een kleine parkeergarage. Deze maatregels kunnen dan met elkaar vergeleken en in een

aantal categorieën opgedeeld worden.

Daarna zullen met een computerprogramma numerieke simulaties uitgevoerd worden om de

effecten van brand te simuleren. Er worden twee verschillende configuraties van

parkeergarages bestudeerd. In de ene garage staat elke auto in een aparte parkeerbox. De

andere garage heeft geen structurele scheiding tussen de parkeerplaatsen. Daar staan de

wagens naast elkaar.

Voor elk van deze garages kunnen dan een aantal simulaties worden uitgevoerd. Dit laat toe

de door de brandweerkorpsen gevraagde maatregels te bestuderen. Het effect van de

aankomst van de brandweer – het openen van de toegangspoort – zal ook onderzocht

worden.

Het is echter ook belangrijk om voor ogen te houden dat de uitgevoerde simulaties niet alle

mogelijke situaties uitbeelden. De opbouw van de garage kan anders zijn, de plaats waar de

brandende wagen zich bevindt ligt niet vast, ... Om hieraan enigszins tegemoet te komen

worden ook een aantal parameterstudies uitgevoerd, om eventuele verschillen aan te kunnen

duiden.

Voorafgaande studie en opbouw simulaties

3

DEEL 1. VOORAFGAANDE STUDIE EN

OPBOUW SIMULATIES


4

Hoofdstuk 2. ALGEMEENHEDEN OVER BRAND

In dit hoofdstuk wordt de gebruikte terminologie in dit werk uitgelegd en een inleiding

gegeven tot brandveiligheid. Ten slotte volgt een bespreking van de normen waarop dit werk

gebaseerd is en de definitie van enkele belangrijke begrippen.

2.1. Terminologie

Om brand te veroorzaken zijn drie factoren nodig [1]. De samenhang van deze factoren

wordt de branddriehoek genoemd. Het gaat om brandstof, verbrandingsstof (zuurstof) en een

ontstekingsbron. Deze laatste kan zowel warmte zijn, als een vonk of een vlam. Indien één

van deze elementen ontbreekt, is brand onmogelijk.

Bij de ontwikkeling van brand kunnen verschillende stadia onderscheiden worden [2]. Als de

brandstof een vaste stof of vloeistof is, moet eerst pyrolyse plaatsvinden. De brandstof zal als

het ware verdampen onder invloed van warmte. De gassen die op deze manier ontstaan,

kunnen dan via een ingewikkeld chemisch proces oxideren met de zuurstof in de ruimte om

een vuurhaard te vormen.

Bij brand in een gesloten ruimte, zoals een kleine parkeergarage, is er na de ontsteking nog

voldoende zuurstof aanwezig. De grootte van de brand wordt dan bepaald door de

hoeveelheid brandstof die ter beschikking is. Er wordt energie geproduceerd, en gassen en

vaste stoffen worden uitgestoten. Omdat de verbrandingsgassen een hogere temperatuur

hebben dan de omgevingslucht, zal hun densiteit lager zijn. Hierdoor zullen ze stijgen. Is de

brand groot genoeg, dan zal er zich een laag van rookgassen vormen tegen het plafond.

Voor de verdere ontwikkeling van de brand zijn er drie scenario’s mogelijk. Op Figuur 2.1

worden die afgebeeld.


5

0

50

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102

108

114

120

126

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

Figuur 2.1. Ontwikkeling van brand in een gesloten ruimte.

Als de ruimte groot genoeg is of er een opening is waarlangs zuurstof kan aangevoerd

worden, volgt de brand de dunne volle lijn op Figuur 2.1. De grootte van de brand is dan

enkel afhankelijk van de hoeveelheid aanwezige brandstof. Een dergelijke brand wordt

brandstofgecontroleerd genoemd.

Is er geen opening in een beperkte ruimte, dan zal de laag van rookgassen die zich tegen het

plafond bevindt, steeds dikker worden, totdat ze de brandhaard bedekt. Er is dan

onvoldoende zuurstof in de buurt van de brand en hij sterft uit. Deze situatie wordt

uitgebeeld door de vette volle lijn in Figuur 2.1. De geproduceerde energie zal dalen, maar

onder invloed van de warmte in de ruimte is er nog steeds pyrolyse. Er worden brandbare

gassen gevormd, die echter niet kunnen ontbranden door een zuurstoftekort. In dit geval

wordt de brand bepaald door de aanwezige hoeveelheid zuurstof, en wordt hij met de term

ventilatiegecontroleerde brand aangeduid.

Als bij een ventilatiegecontroleerde brand in de ruimte toch een opening zou ontstaan, dan

zijn er twee situaties mogelijk. Ofwel ontstaat deze opening terwijl de brand nog aan het

uitsterven is (punt 2 in Figuur 2.1). In dit geval kunnen de rookgassen naar buiten gedreven

worden, en wakkert de brand weer aan door binnentredende zuurstof. Deze situatie komt

overeen met de stippellijn.

De tweede mogelijkheid is dat de opening ontstaat nadat de brand al helemaal was

uitgestorven. De brandbare gassen die zich nog in de ruimte bevinden, vormen een explosief

mengsel. Bij plotse toevoeging van zuurstof kunnen deze gassen dus zeer snel opbranden.


6

Een kleine vonk of een plaatselijke hoge temperatuur is voldoende voor ontsteking. De

temperatuur van de brandbare gassen, en dus ook de druk, zullen stijgen. Daardoor worden

de gassen naar buiten geduwd en vormt er zich een vuurbal die uit de opening komt. Dit

fenomeen wordt backdraft genoemd. In Figuur 2.1 treedt deze situatie op bij punt 3, waar

zuurstof wordt toegevoegd. De steile lijn toont de plotse toename van warmte en

temperatuur.

2.2. Brandbeveiliging

Brandbeveiliging heeft drie doelen [1]. Ten eerste dienen de maatregels om mensenlevens te

redden. Verder dient de veiligheid van de brandweerdiensten gewaarborgd te zijn tijdens hun

interventie. Ten slotte moet ook de schade zoveel mogelijk beperkt worden.

De brandbeveiliging van gebouwen kan onderverdeeld worden in twee soorten maatregels.

Ten eerste zijn er de passieve maatregels, onder andere de aanwezigheid van brandwerende

deuren en wanden. Ze worden geclassificeerd volgens hun brandweerstand Rf. De

brandweerstand is de tijd waarin een element gelijktijdig moet voldoen aan de opgelegde

criteria van thermische isolatie, vlamdichtheid en stabiliteit.

Daarnaast is er ook actieve beveiliging mogelijk. Hierbij gaat het over vlam-, rook- of

temperatuurdetectie, automatisch blussen onder de vorm van een sprinklerinstallatie en rook-

en warmteafvoer (RWA).

Indien er bij een brand slachtoffers vallen, dan is dat meestal ten gevolge van de

aanwezigheid van rook in de longen. Deze rook heeft immers een hoge temperatuur, zorgt

ervoor dat er minder zuurstof ingeademd wordt en is ook giftig. Dit zorgt voor

ademhalingsproblemen. Verder zal de aanwezigheid van rook in een gebouw ook de

zichtbaarheid verminderen, waardoor het moeilijker is om de uitgang te vinden.

Om de evacuatie vlot te laten verlopen, kan een RWA-systeem in de ruimte ingebouwd

worden. Dit systeem zorgt voor rookafvoer en kan zo inspelen op de eerste pijler van de

brandbeveiliging, namelijk het redden van mensenlevens.


7

2.3. Normen

Er bestaan twee normen in verband met brand in parkeergarages. De ‘basisnorm’, het

‘Koninklijk besluit tot vaststelling van de basisnormen voor de preventie van brand en

ontploffing waaraan de nieuwe gebouwen moeten voldoen’ [3] legt regels op voor de

brandweerstand. De wanden tussen de parkeergebouwen en de rest van het gebouw moeten

dezelfde brandweerstand hebben als de structurele elementen. Voor de andere wanden wordt

een brandweerstand van 1 uur gevraagd. Deuren dienen zelfsluitend te zijn en moeten een

brandweerstand Rf ½ uur hebben.

Verder wordt in deze norm de reglementering voor evacuatie vastgelegd. Er moeten minstens

twee trappenhuizen voorzien worden in een garage, waarbij de afstand vanuit elk punt in de

garage tot een nooduitgang (de toegang tot een trappenhuis) maximaal 45 m mag zijn. De

hellende rijweg mag één van de trappenhuizen vervangen.

Ten slotte moeten parkeergebouwen met een oppervlakte van meer dan 2500 m² voorzien

zijn van een RWA-installatie.

De tweede norm, NBN S21-208-2 [4], richt zich specifiek op het ontwerp van een RWA-

installatie in gesloten parkeergebouwen. Deze norm is echter geen wettelijke verplichting, en

mag men dus eerder beschouwen als een regel voor goed vakmanschap. Hij is bedoeld voor

garages met een oppervlakte groter dan 1000 m². Er wordt een onderscheid gemaakt in RWA

door verticale opstijging van de rook, en RWA met horizontale ventilatie. Hierbij worden dan

voorwaarden en prestatie-eisen opgelegd aan de garage en de RWA-installatie.

2.4. Definities

Uit paragraaf 2.3 blijkt dat er geen norm, noch wet bestaat voor parkeergarages die kleiner

zijn dan 1000 m². De definitie die in dit werk zal gehanteerd worden voor ‘kleine

ondergrondse parkeergarage’ is dan ook ‘een ondergronds gesloten parkeergebouw met een

totale oppervlakte kleiner dan 1000 m²’. Dergelijke parkeergarages vindt men typisch onder

appartementsgebouwen. Ze hebben meestal een capaciteit van ongeveer vijf tot vijftien


8

wagens. De toepassingsvoorbeelden die in dit werk gebruikt worden, zijn steeds

parkeergarages met slechts één bouwlaag.

Onderstaande definities worden geciteerd uit de norm NBN S21-208-2 [4]:

Gesloten parkeergebouw: Gebouw of deel van een gebouw met één of meerdere

bouwlagen, ontworpen om personenwagens en kleine bedrijfsvoertuigen te parkeren, en dat

niet beantwoordt aan de voorschriften van een open parkeergebouw.

Parkeerbox: Interne ruimte in een parkeergebouw, begrensd door wanden, en die bedoeld is

om er een of twee wagens te stallen.

Totale oppervlakte van een gesloten parkeergebouw: Totale bruto-oppervlakte, gemeten

tussen de binnenzijden van de verticale wanden, van alle niveaus van een gesloten

parkeergebouw, met inbegrip van de eventuele parkeerboxen, de toegangshellingen, de in- en

uitgangen, maar met uitsluiting van lokalen die van het parkeergebouw gescheiden zijn door

wanden met een brandweerstand die gelijk is aan de brandweerstand die vereist is voor de

wanden van compartimenten (technische ruimten, archief, trapzalen, sassen,…).

In de voorgaande definities werden enkele elementen gebruikt die gedefinieerd worden in het

Koninklijk Besluit van 7 juli 1994 [3]. Deze definities worden hieronder geciteerd:

Bouwlaag: Bedoeld wordt de ruimte tussen een vloer en het daarboven liggende plafond. De

bouwlagen gelegen onder het niveau Ei – het laagst gelegen evacuatieniveau – zijn

kelderverdiepingen en komen niet in aanmerking voor het bepalen van het aantal bouwlagen

van een gebouw.

Gebouw: Elke bouwconstructie die een voor mensen toegankelijke overdekte ruimte vormt,

geheel of gedeeltelijk met wanden omsloten; industriële installaties (zoals chemische

installaties en tankparken) worden niet beschouwd als gebouwen.

Open parkeergebouw: Een parkeergebouw waarvoor op elke bouwlaag de

verluchtingsopeningen gelegen zijn in ten minste twee tegenovergestelde gevels en groter of


9

gelijk zijn aan 1/3 van de totale oppervlakte van al de verticale wanden en groter of gelijk aan

5 % van de vloeroppervlakte van een bouwlaag.


10

Hoofdstuk 3. TOEPASSINGEN VAN DE BRANDWEER Als eerste onderdeel van deze masterproef werd de brandweer gecontacteerd. Uit eerdere

contacten was namelijk gebleken dat elk korps zijn eigen toepassing heeft in verband met de

rook- en warmteafvoer in een kleine parkeergarage. Daarom werd aan elk van de Vlaamse

korpsen gevraagd welke toepassingen ze voorzien in dergelijke garages. Op die manier werd

een overzicht bekomen van de toegepaste maatregels. Omdat er geen norm of wet bestaat

voor deze kleine parkeergarages, zullen de brandweerkorpsen hun toepassingen opleggen

naar wat ze zelf geschikt vinden. De maatregels worden gekozen naar eigen ervaring, op basis

van de norm voor grote parkeergarages, of worden overgenomen van andere korpsen of uit

het buitenland.

3.1. Geen maatregels

Een deel van de korpsen schrijft geen regels voor in kleine parkeergarages. Sommige korpsen

zijn nog nooit in contact gekomen met de bouw van kleine parkeergarages, en voorzien dus

nog geen maatregels. Anderen schrijven enkel de bestaande normen voor. Aangezien deze

geen regels bevatten voor kleine parkeergarages, wordt dan in deze garages niets verwacht.

3.2. Ventilatieopeningen

Er bestaan evenveel regels als er brandweerkorpsen zijn die ventilatieopeningen vragen. In de

meeste gevallen worden langs de zijkant van de garage openingen gevraagd die rechtstreeks

naar de buitenlucht leiden. Soms wordt een minimale grootte gevraagd, in andere gevallen

een percentage van de vloeroppervlakte van de garage.

Een andere mogelijkheid is om de toegangspoort te maken uit spijlers, zodat de rook langs

deze weg uit de garage kan.

Soms worden de roosters door de gemeente niet toegestaan uit stedenbouwkundige

overwegingen. Er wordt dan een noodoplossing voorzien die bestaat uit rookafvoer langs

pvc-buizen die naar buiten leiden.


11

Belangrijk is hier op te merken dat de kleine parkeergarages vaak onder een ingesloten

bebouwing liggen. Er is dan enkel mogelijkheid tot plaatsing van ventilatieopeningen langs de

straatkant of de tuin.

Ventilatieopeningen worden gekozen met de bedoeling een uitweg voor de rook te maken.

Bij een interventie van de brandweer, wordt vaak een overdrukventilator ingeschakeld om

een vrije toegangsweg te maken voor de brandweer. Dit vereist dat de rook weg kan uit de

garage langs de voorziene openingen.

3.3. Mechanische ventilatie

Als de brandweer mechanische ventilatie vraagt, is het de bedoeling dat de lucht in de garage

tien keer per uur ververst wordt met een ventilator die het gepaste debiet aanzuigt. Deze regel

is overgenomen uit de norm voor grote parkeergarages.

3.4. Sprinklers

Wanneer sprinklers in een kleine parkeergarage gevraagd worden, gaat het meestal om een

droge sprinklerinstallatie. De brandweer zal dus langs buiten druk op de leidingen moeten

zetten voordat de sprinklers in dienst kunnen treden.

Soms worden open sprinklerkoppen gevraagd. Dat betekent dat alle koppen altijd open staan.

Als de brandweer druk op de leiding zet, zullen ze dus allemaal tegelijk in werking treden. Bij

andere korpsen worden gesloten koppen voorzien. Deze treden pas in werking als de

sprinklerkop een voldoend hoge temperatuur detecteert. Het schuim of water komt dan enkel

vrij op plaatsen waar de temperatuur hoog genoeg is. Boven elke parkeerplaats wordt een

sprinklerkop voorzien.

Een dergelijke sprinklerinstallatie is goedkoper dan mechanische ventilatie. Daarom wordt

deze toepassing ook door een aantal korpsen gevraagd.


12

3.5. Ventilatieopeningen en sprinklers

De combinatie van ventilatieopeningen met sprinklers is ook één van de gebruikte

toepassingen. Ook hier eist de brandweer een minimale grootte van de ventilatieopening, of

een percentage van de vloeroppervlakte.

Vanaf een bepaalde oppervlakte wordt in enkele korpsen zelfs mechanische ventilatie in

combinatie met een sprinklersysteem gevraagd.

3.6. Doel van de masterproef

Uit de verschillende besproken toepassingen van de brandweer, blijkt dat er weinig of geen

conformiteit is tussen de opgelegde regels. In vele gevallen worden geen maatregels voorzien,

terwijl in andere gevallen de maatregels overgenomen worden uit andere normen of naar

eigen inzicht vastgelegd zijn. Het kan best dat sommige van deze regels niet het gewenste

effect hebben als ze gebruikt worden voor kleine parkeergarages.

Er zijn momenteel geen studies of experimenten voorhanden over dit onderwerp. Het doel

van deze masterproef is daarom de verschillende toepassingen van de brandweer te simuleren

in een computerprogramma. Daarbij wordt bijzondere aandacht besteed aan de

brandveiligheid, zowel voor de evacuatie van personen, als de tussenkomst van de brandweer.

Deze tussenkomst wordt ook gesimuleerd. Omdat een kleine parkeergarage slechts een

beperkt volume heeft, zou het gevaarlijke fenomeen van backdraft (zie paragraaf 2.1) kunnen

optreden. Dit vereist grote aandacht omdat in het verleden al verscheidene

brandweermannen hun leven hierdoor verloren hebben.


13

Hoofdstuk 4. MODEL

De verschillende situaties in parkeergarages worden gesimuleerd met een

computerprogramma. Dit hoofdstuk zal eerst het programma en de gebruikte rekenroosters

voor de simulaties behandelen. Daarna volgt een bespreking van het model van de

brandhaard en de verschillende instellingen in het computerprogramma.

4.1. Programma

De gebruikte programma’s voor deze masterproef zijn Fire Dynamics Simulator (FDS) en

Smokeview, beide van het Amerikaanse norminstituut National Insitute of Standards and Technology

(NIST).

FDS is een CFD-programma waarin algoritmes en numerieke methodes gebruikt worden om

een stromingsprobleem uit te rekenen. In FDS gaat het voornamelijk om de stroming van

rook en lucht ten gevolge van vuur. Het programma is geschikt om thermisch gedreven

stroming aan lage snelheid te simuleren en het rook- en warmtetransport van brand te

berekenen.

Smokeview zorgt voor de visualisatie van de door FDS berekende resultaten.

De belangrijkste elementen uit het rekenprogramma zijn het turbulentie- en

verbrandingsmodel, de warmteoverdracht en de randvoorwaarden. Ze worden hieronder

besproken.

4.1.1. Turbulentiemodel

In FDS is het standaard turbulentiemodel het LES-model (Large Eddy Simulation) van

Smagorinsky [5]. Dit wil zeggen dat enkel de bewegingen op grote schaal worden uitgerekend,

terwijl die op kleine schaal gemodelleerd worden.

Bij het gebruik van het LES-model wordt in eerste instantie een filter toegepast op het

ogenblikkelijke snelheidsveld. Deze filter deelt het snelheidsveld op in twee delen: een

gefilterde component, die de grote bewegingen omvat, en een residuele component. Om het


14

gefilterde veld uit te rekenen, wordt een aangepaste vorm van de Navier-stokes vergelijkingen

gebruikt. In deze vergelijkingen zal een bijkomende term verschijnen - de ‘residuele

spanningstensor’ – om daarmee de bewegingen op kleine schaal te modelleren. Hiervoor

wordt het model van Smagorinsky gebruikt, die een bepaald model vooropstelt voor deze

spanningstensor.

Nu de Navier-Stokes vergelijkingen volledig opgesteld zijn, kan daarmee het gefilterde

snelheidsveld uitgerekend worden.

In deze studie wordt het LES-model gebruikt omdat het berekenen van stroming op kleine

schaal zeer fijne roosters vraagt. Een kleine parkeergarage is een redelijk grote ruimte,

waardoor er bij fijne roosters veel cellen zouden zijn. Deze moeten dan allemaal uitgerekend

worden, en dit vraagt zoveel rekentijd dat het niet efficiënt meer is. Grovere cellen, in

combinatie met het LES-model, is dan ook de logische keuze.

4.1.2. Verbrandingsmodel

4.1.2.1. Mengfractie

Het gebruikte verbrandingsmodel in FDS is een mengfractiemodel. De mengfractie Z(x,t) is

een genormeerde massafractie van elk element dat deelneemt aan de verbranding. Ze is

plaatsen tijdsafhankelijk. Een element wordt hierbij gedefinieerd als een atoom, en een

component is een molecule.

De mengfractie wordt berekend als

LiBi

Liii zz

zzZ

,,

,

−

−=

(1)

Met iz , de massafractie van elk element i, gedefinieerd als:

∑=

=N

jjjii Yz

1,μ (2)

Waarbij ji,μ de massa is van element i per kilogram component j.

jY de massafractie van component j in het mengsel is.

N het aantal componenten in het mengsel voorstelt.


15

De index i loopt over alle elementen aanwezig in het mengsel.

Liz , de massafractie is van element i in zuiver lucht.

Biz , de massafractie van element i in zuiver brandstof is.

Een rekenvoorbeeld is ter verduidelijking uitgewerkt in de bijlage.

4.1.2.2. Flame sheet

Omdat het om niet-voorgemengde verbranding gaat, wordt het ‘flame sheet’ model gebruikt,

waarbij vooropgesteld wordt dat de chemische reacties oneindig snel plaatsvinden. Dit wil

zeggen dat brandstof en zuurstof nooit op het zelfde tijdstip op dezelfde plaats aanwezig

kunnen zijn, omdat ze zo snel met elkaar reageren.

Op de plaats waar brandstof en zuurstof met elkaar in contact komen, zullen ze onmiddellijk

in reactie treden, en de verbranding zal oneindig snel plaatsvinden. Op die manier wordt het

‘flame sheet’ gevormd, een oneindig dun vlamfront. Buiten dit flame sheet bevindt zich in de

ruimte een inert mengsel van lucht en verbrandingsproducten of brandstof en

verbrandingsproducten. Er wordt verondersteld dat de producten geen oxidatie meer

ondergaan.

Deze producten zijn voornamelijk CO2 en H2O. Ook CO en roet (C) worden gevormd, maar

met zeer kleine massafracties. Het chemisch model wordt afgebeeld in Figuur 4.1, waarbij de

massafracties van CO en roet niet afgebeeld zijn.

Indien op een bepaalde plaats in de garage de stoïchiometrische mengfractie (Zst = 0,072 op

Figuur 4.1) aanwezig is, wil dit zeggen dat juist de theoretische nodige hoeveelheid zuurstof

aanwezig is om de aanwezige brandstof op deze plaats te verbranden. De reactie grijpt

oneindig snel plaats, en er zal dus noch zuurstof noch brandstof aanwezig zijn.


16

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Mengfractie [-]

Mas

safra

ctie

[kg/

kg]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Mas

safra

ctie

[kg/

kg]

PropaanO2CO2N2H2O

Figuur 4.1. Massafractie in functie van de mengfractie voor de verbranding van propaan

Is er meer zuurstof aanwezig dan nodig is, dan zal alle brandstof verbranden, maar blijft er

een zekere hoeveelheid zuurstof over. Dit is in Figuur 4.1 elk punt links van de

stoïchiometrische mengfractie. Bij de verbranding van de brandstof komen de

verbrandingsproducten CO2 en H2O vrij. Ook CO en roet komen vrij, maar slechts in kleine

mate.

In het uiterste geval (Z = 0) is er enkel lucht aanwezig. Omdat er geen brandstof is, worden

ook geen verbrandingsproducten gevormd.

Als er te weinig zuurstof aanwezig is om alle brandstof te verbranden, zal alle zuurstof

opgebruikt worden, maar blijft er brandstof over. Op Figuur 4.1 is dit elk punt rechts van de

stoïchiometrische mengfractie. Ook bij deze verbranding worden de producten CO2 en H2O

(en een kleine hoeveelheid CO en roet) gevormd. In de lucht die aanwezig was, zit ook

stikstof, dat niet deelneemt aan de verbranding. De massafractie stikstof daalt tot nul bij Z =

1. In dit uiterste geval is er enkel brandstof aanwezig en vindt er geen verbranding plaats. Er

worden dus geen verbrandingsproducten gevormd.

4.1.2.3. Beperking van het verbrandingsmodel

Het gebruik van dit verbrandingsmodel wil echter ook zeggen dat slechts aan twee

voorwaarden van de branddriehoek dient voldaan te worden voor het bestaan van brand in

Zst


17

FDS. De aanwezigheid van brandstof en zuurstof is in het programma een voldoende

voorwaarde om van brand te kunnen spreken. De ontstekingsbron of hoge temperatuur, die

in realiteit noodzakelijk is voor brand, wordt in FDS niet in rekening gebracht. Enige

voorzichtigheid is dus geboden bij het analyseren van de resultaten. De gebruiker dient zelf

na te gaan of het derde element van de branddriehoek aanwezig is.

4.1.2.4. Warmteoverdracht

De warmteoverdracht wordt berekend met de formule van Huggett [6].

mHq ′′′⋅Δ=′′′ && 0 (3)

Met q ′′′& : Warmteoverdracht. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3mkW

0HΔ : Energie per kg zuurstof. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡kgkJ

m ′′′& : Zuurstofverbruik.⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

⋅ 3mskg

Als er voldoende zuurstof aanwezig is in de ruimte, hangt het verbruik van zuurstof enkel af

van de ter beschikking gestelde massa brandstof. Zuurstof en brandstof interageren dan

volgens het mengfractiemodel. Bij een tekort aan zuurstof, zal niet alle brandstof kunnen

reageren. Er is dan minder zuurstofverbruik, en de warmteoverdracht zal op deze manier ook

dalen. De warmteoverdracht is dus duidelijk bepaald door de aanwezige hoeveelheid zuurstof.

4.1.3. Randvoorwaarden

De randvoorwaarden worden opgelegd aan een oppervlak van een obstructie of opening. Er

kunnen een aantal verschillende randvoorwaarden opgelegd worden.

4.1.3.1. Brand

De warmteoverdracht per eenheid van oppervlakte wordt opgegeven als HRRPUA (Heat

Release Rate Per Unit Area) in kW/m². Bij de in dit onderzoek uitgevoerde simulaties, is de

warmteoverdracht per eenheid van oppervlakte tijdsafhankelijk. Ook dit kan als


18

randvoorwaarde opgelegd worden. Meer informatie over deze opgelegde warmteoverdracht

per eenheid van oppervlakte is te vinden in paragraaf 4.3.

4.1.3.2. Thermische randvoorwaarden

In LES-berekeningen wordt de convectieve warmteoverdracht naar de muren berekend als

[7]:

Thqc Δ⋅=′′& met ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ Δ= 3

15

43

1PrRe037,0,max

LkTCh (4)

Met cq ′′& : Convectieve warmteoverdracht naar de wand. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

2mkW

TΔ : Verschil tussen de wandtemperatuur en de gastemperatuur. [ ]K

C: Natuurlijke convectiecoëfficiënt; 1,31 voor een verticale wand, 1,52 voor een

horizontale wand. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

342 KmkW

k: Thermische geleidbaarheid van het gas. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅ KmkW

L: Karakteristieke lengte (meestal 1 m gekozen). [ ]m

Re: Reynoldsgetal gebaseerd op L en op de eigenschappen van het gas. [ ]−

Pr: Prandtlgetal gebaseerd op eigenschappen van het gas. [ ]−

Er wordt onderscheid gemaakt tussen twee soorten materialen, thermisch dik en thermisch

dun. Voor een thermisch ‘dik’ materiaal, moet men vier constanten specifiëren:

Thermische geleidbaarheid ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅ KmkWks

Massadichtheid ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3mkgρ

Specifieke warmte ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅ Kkg

kJc p

Dikte [ ]mΔ . (Dit is niet de dikte van de wand, maar eerder de dikte van de buitenste

laag.)


19

Met deze opgegeven waarden kan een ééndimensionale conductievergelijking toegepast

worden voor de temperatuur doorheen het materiaal. Meer details in de bijlage.

Gaat het om een thermisch ‘dun’ materiaal, dan dient slechts één constante opgegeven te

worden, namelijk het product van de specifieke warmte, massadichtheid en dikte

[ ]KmkJc p ⋅

Δ⋅⋅ 2ρ . Er wordt dan verondersteld dat de temperatuur constant is over de

gehele dikte van de wand. Deze wandtemperatuur zal onder andere afhankelijk zijn van de

overdracht door convectie en straling. De formules zijn uitgewerkt in de bijlage.

De rand van het domein is afgebakend met muren. Het materiaal van deze muren moet de

gebruiker zelf als standaardmateriaal instellen. In het geval van de parkeergarage zal dat beton

zijn. De dikte van deze muren is de dikte Δ die werd opgegeven als eigenschap van het

materiaal. Aan de achterzijde (buiten het rekendomein) wordt verondersteld dat de muur

grenst aan lucht op omgevingstemperatuur.

4.1.3.3. Snelheid

Een oppervlak kan als randvoorwaarde een snelheid opgelegd krijgen. Deze snelheid kan naar

buiten of naar binnen gericht zijn. Indien ze naar binnen gericht is, wordt lucht op

omgevingstemperatuur de ruimte ingeblazen.

4.1.3.4. Opening

Langs de rand van het domein kan een wand of een deel van een wand de randvoorwaarde

‘OPEN’ krijgen. Er wordt dan een passieve opening gemaakt naar de buitenlucht, zoals in het

geval van vb. een venster dat openstaat.

4.1.4. Sprinklers

De sprinklers in het rekenprogramma FDS, spuiten waterdruppels in de ruimte. Het effect

van schuimsprinklers kan dus niet gesimuleerd worden. Bij sprinklers moet de activering

voorspeld worden en moeten de druppels langs hun pad gevolgd worden. Ook de warmte- en

energietransfer van de sprinklerdruppels moeten in rekening gebracht worden.


20

4.1.4.1. Activering

In FDS is het activeringsmechanisme van de sprinklers de temperatuur. Als de sprinkler een

zekere temperatuur detecteert, treedt hij in werking. De temperatuursverandering van de

sprinkler bestaat uit drie effecten. Ten eerste stijgt de temperatuur door convectie vanuit de

warme rookgassen. Er wordt echter ook warmte afgevoerd van de sprinkler naar de

bevestiging aan de muur en naar het water in de gasstroom. Zo wordt volgende

differentiaalvergelijking bekomen, gepostuleerd door Heskestad en Bill [8]:

( ) ( ) uu

βRTIC

TTRTIC

TTRTIdt

dTmllg

l 21 −−−−= (5)

Met lT : Temperatuur van de sprinkler. [ ]K

u : Snelheid van het gas in de omgeving van de sprinkler. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

sm

RTI : ‘Response Time Index’, de gevoeligheid van de sprinkler. [ ]sm ⋅

gT : Temperatuur van het gas in de omgeving van de sprinkler. [ ]K

1C : Hoeveelheid warmte overgedragen van de sprinkler naar de bevestiging aan de

muur. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

sm

mT : Temperatuur van de bevestiging aan de muur. [ ]K

2C : Constante; empirisch gemeten als sm

K⋅

⋅ 6106

β : Volumefractie water in de gasstroom. [ ]−

4.1.4.2. Diameter van de druppels

De bedoeling in de simulaties is de sferische waterdruppels te volgen tot ze de grond of de

brandhaard bereiken. Daarom is het nodig de initiële snelheid en grootte van de druppels te

kennen.

Een mediaandiameter dm dient opgegeven te worden. Dat wil zeggen dat de helft van de

massa die uit de sprinkler vloeit, druppels zijn met een diameter kleiner dan dm. De grootte

van de druppels wordt gekozen volgens een statistische verdeling.


21

4.1.4.3. Pad van de druppels

Het traject van een afzonderlijke druppel kan berekend worden door het behoud van impuls

toe te passen. De krachten die daarbij in rekening worden gebracht, zijn de zwaartekracht en

een weerstandkracht. Dit resulteert in volgende vergelijking [7]:

( ) ( ) uuuugu −−−= dddDddd rCmmdtd 2

21 πρ (6)

Met dezelfde notaties als hierboven en met

dm : Massa van de druppel. [ ]kg

du : Snelheid van de druppel. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

sm

g : Valversnelling. 281,9sm

ρ : Massadichtheid van het gas dat de sprinkler omringt. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3mkg

dr : Straal van de waterdruppel. [ ]m

dC : Weerstandscoëfficiënt; functie van het lokale Reynoldsgetal. [ ]−

4.1.4.4. Massa- en energieoverdracht van druppels

Waterdruppels die in de lucht verdeeld zijn, zullen verdampen. Daarbij verliezen ze massa

volgens de volgende wet [9]:

( )gddd YYDShr

dtdm

−⋅⋅⋅⋅⋅−= ρπ2 (7)

Met dezelfde notaties als hierboven en

D : Diffusiecoëfficiënt voor waterdamp in lucht. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡s

m2

Sh : Sherwood getal, afgeleid uit het Reynolds- en Schmidt-getal. [ ]−

dY en gY : Massafractie waterdamp in respectievelijk de druppel en het gas. [ ]−

De energieoverdracht moet ook berekend worden. Een waterdruppel zal opwarmen door

convectieve warmteoverdracht doorheen het oppervlak. Een deel van deze warmte zal echter

de druppel verdampen, zodat volgende formule bekomen wordt [7]:


22

( ) vd

dgddd

wpd hdt

dmTThA

dtdT

cm −−=, (8)

Waarbij wpc , de specifieke warmtecapaciteit is van water. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅ KkgJ

dT de temperatuur van de waterdruppel is. [ ]K

dA de oppervlakte van de druppel voorstelt. [ ]2m

dh de convectiecoëfficiënt is van de waterdruppel. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

KmW

2

vh de verdampingswarmte is. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡kgJ

4.1.4.5. Onderdrukking van het vuur

Wanneer waterdruppels op een brandend oppervlak terechtkomen, zal de pyrolysesnelheid

van de brandstof veranderen. Vuur dooft immers uit in contact met water. Ook daarmee

wordt rekening gehouden in FDS.

4.2. Rekenrooster

Het rekenrooster in FDS is beperkt omdat het enkel rechtlijnig kan zijn. Tegelijk zorgt deze

eenvoudig voor de efficiëntie van het programma. In bouwkundige constructies, zoals

parkeergarages, is dit echter geen echte beperking voor de opbouw van de geometrie. Deze

garages bestaan namelijk meestal enkel uit rechtlijnige elementen, of kunnen zo benaderd

worden zonder belangrijke invloed op de resultaten. Het is tenslotte de bedoeling algemene

conclusies te trekken in verband met kleine parkeergarages, onafhankelijk van de

aanwezigheid van schuine muren of constructies.

Het rekenrooster in de simulaties is opgebouwd uit kubische cellen met een ribbe van 25 cm.

De structurele elementen in de garage zijn ook afgesteld op de grootte van deze cellen. De

minimale afmeting van de structurele elementen is dus 25 cm. Dit geldt voor vb. de dikte van

een muur of de grootte van een ventilatieopening.


23

4.3. Brand

Om een brand te kunnen simuleren moet eerst de brand zelf worden opgelegd. Het is

namelijk zo dat de warmteoverdracht per eenheid van oppervlakte wordt opgegeven, samen

met een oppervlakte waar de brand zal plaatsvinden. Daaruit zal het programma de nodige

massa brandstof berekenen om deze warmteoverdracht te bereiken, in de veronderstelling dat

er voldoende zuurstof aanwezig is. Deze massa wordt dan vrijgesteld, en uit de interactie van

deze massa met zuurstof volgt de berekende warmteoverdrachtscurve (zie paragraaf 4.1.2.4).

Is er voldoende zuurstof aanwezig, dan zal de berekende curve dezelfde zijn als de opgelegde

curve. Bij een tekort aan zuurstof verschillen de beide curven, en zal er een opbouw zijn van

brandstof in de ruimte.

De opgelegde brandcurve voor de simulaties van de parkeergarage, komt uit de voorlopige

versie van annex B van de norm NBN S21-208 (oktober 2006) [4]. Deze is gebaseerd op

waarden die bij een experiment werden opgemeten. Dit experiment beschrijft een brand van

één personenwagen. De brand duurde 65 minuten en had een maximale warmteoverdracht

van 3960 kW.

In de experimenteel opgemeten curve is enkel de warmteoverdracht door convectie in

rekening gebracht. De convectieve warmteoverdracht kan geschreven worden als

tRc QQ ⋅−= )'1( χ (9)

Met cQ : Convectieve warmteoverdracht

tQ : Totale warmteoverdracht

'Rχ : Fractie straling in de totale warmteoverdracht

Voor een brandende wagen geldt dat 34,0'=Rχ . Bij het instellen van de simulaties moet er

rekening mee gehouden worden dat de straling niet in de curve vervat zit (zie paragraaf 4.4).

Alle simulaties beginnen op tijdstip 0 van de brandcurve, m.a.w. bij het begin van de

autobrand.


24

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900Tijd [s]

Qc [kW]

Figuur 4.2. Opgelegde brandcurve. Convectieve warmteoverdracht in functie van de tijd.

4.4. Instellingen in FDS

4.4.1. Materialen

Als standaard materiaal wordt beton gekozen. De muren en andere structurele elementen in

de garage zijn allemaal uit beton. Omdat beton een thermisch ‘dik’ materiaal is dienen de vier

eigenschappen gespecifieerd te worden. Voor beton geldt:

Thermische geleidbaarheid [ ]mKWks 0,1=

Massadichtheid ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= 32000 mkgρ

Specifieke warmte ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅= KkgkJc p 88,0

Dikte [ ]m2,0=Δ .

De toegangspoorten en de auto zijn in staal, een thermisch ‘dun’ materiaal. Enkel het product

van specifieke warmte, dikte en massadichtheid moet bepaald worden. Voor staal is dit:

KmkJc p ⋅

=⋅Δ⋅ 220ρ


25

4.4.2. Brand

Om in overeenstemming te zijn met de opgelegde brandcurve (zie paragraaf 4.3, Figuur 4.2),

wordt alle straling uitgeschakeld in de garage. Dit wordt zo gevraagd in de voorlopige versie

van Annex B van de norm NBN S21-208 [4], om de onzekerheden in alle bestaande

stralingsmodellen uit te schakelen. Er wordt verwacht dat er enkele lokale effecten zijn op

temperatuur, maar dat de stroming weinig verschil zal ondervinden. Er is echter nog verdere

studie nodig in dit gebied om daarover meer zekerheid te krijgen.

4.4.3. Randvoorwaarden

Als verdere vereenvoudiging veronderstellen we dat alle muren en poorten in de garage

adiabaat zijn. Er is dus geen warmteoverdracht (noch convectie, noch straling) van het gas

naar de wand. Deze neemt dus de temperatuur aan van het omringende gas. De thermische

randvoorwaarden (paragraaf 4.1.3.2), gebaseerd op de eigenschappen van de materialen,

hoeven dus niet uitgerekend te worden.

4.4.4. Temperatuur

De omgevingstemperatuur (en dus ook de begintemperatuur in de garage) is 20°C. Deze

temperatuur is de standaard in FDS. In de voorlopige versie van Annex B van de norm NBN

S21-208[4] wordt een omgevingstemperatuur van 15°C opgelegd. Ook voor deze

temperatuur worden simulaties uitgevoerd. Het verschil wordt besproken in paragraaf 7.5.

4.4.5. Sprinklers

Bij de simulaties met sprinklers dienen een aantal parameters op voorhand bepaald te

worden. Voor de bespreking van de meeste van deze parameters kan verwezen worden naar

paragraaf 4.1.4. De anderen worden in deze paragraaf uitgelegd.

Ten eerste moet de gevoeligheid van de sprinkler – ‘Response Time Index’ – RTI ; de C1-factor

(zie paragraaf 4.1.4.1) en de K-factor opgegeven worden. De K-factor heeft als eenheid

( )barliter ⋅min . Uit deze K-factor kan het sprinklerdebiet berekend worden als


26

pKmw =& ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

minliter (10)

Hierbij is p de relatieve druk in [ ]bar .

Daarnaast moet ook de activeringstemperatuur alT , opgegeven worden. De ‘offset distance’ or is

de straal rond de sprinkler waar de druppels geïnjecteerd worden. Ook de snelheidsverdeling

dient gekozen te worden. In het eenvoudige geval geeft men een minimale ( minα ) en

maximale ( maxα ) hoek op, samen met een snelheid v . Nu is de initiële plaatsing (zie Figuur

4.3) en de snelheid van de druppels bepaald.

Figuur 4.3. Plaatsing van sprinklerdruppels in FDS. De druppels worden geïnjecteerd op plaatsen in

de blauwe zone.

Als laatste dient nog de verdeling van de grootte van de druppels bepaald te worden.

Daarvoor moet de mediaandiameter md opgegeven worden en twee constanten, γ en σ , die

verband houden met de statistische verdeling van de grootte van de druppeldiameters.

In de simulaties die in dit werk besproken worden, werden de standaardwaarden uit het

programma overgenomen. Deze waarden zijn opgenomen in onderstaande tabel.

αmin

αmax

r0

AUTO


27

Response Time Index RTI sm ⋅165

C1-factor 1C sm /0

K-factor K bar

litermin

166

Activeringstemperatuur alT , C°74

Offset distance or m1,0

Minimale hoek minα °55

Maximale hoek maxα °75

Initiële snelheid v sm8

Mediaandiameter md mμ800

Constante γ 43,2

Constante σ 6,0

Tabel 1. Waarden van de instellingen in FDS om sprinklers te modelleren.

4.4.6. Brandstof

De gekozen brandstof voor de simulaties is propaan, de standaard brandstof in FDS.

Als reactie van propaan met zuurstof wordt gebruik gemaakt van onderstaande

evenwichtsreactie:

RoetCOOHCOOHC roetCOOHCOO υυυυυ +++→+ 22283 222 (11)

Om de stoïchiometrische coëfficiënten te berekenen voor O2, CO2, H2O, CO en roet,

moeten de massafracties brandstof, omgezet in CO en roet, gespecifieerd worden.


28

De soot yield (massafractie brandstof die wordt omgezet in roet) wordt gehaald uit de

voorlopige versie van Annex B van de norm NBN S21-208 [4]. Deze soot yield werd

experimenteel vastgesteld op

22,0=sy

Voor CO hoeft deze waarde niet opgegeven te worden. Ze wordt berekend uit de soot yield,

volgens de formule opgesteld door Köylü en Faeth:

sff

CO yM

xy 37,00014,012+=

υ (12)

Met x : Aantal koolstofatomen in een molecule brandstof.

fM : Moleculaire massa van de brandstof.

fυ : Stoïchiometrische coëfficiënt van de brandstof.

In het geval van de verbranding met propaan geldt dus dat 3=x , 1=fυ en

molg

molgM f 44)18123( =⋅+⋅= , zodat

0825,0=COy .

Verder is y het aantal waterstofatomen in een molecule brandstof. Voor propaan: 8=y .

z het aantal zuurstofatomen in een molecule brandstof. Voor propaan: 0=z .

COM de moleculaire massa van CO; molg

molgM CO 28)1612( =+= .

CM de moleculaire massa van roet, molgM C 12= .

De stoïchiometrische coëfficiënten kunnen nu berekend worden volgens

1285,42422

=−+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

zyyMM

yMM

x sC

fCO

CO

fOυ

0637,22

=−−= sC

fCO

CO

fCO y

MM

yMM

xυ

422

==y

OHυ

1296,0== COCO

fCO y

MM

υ


29

8067,0== CC

froet y

MM

υ

Dit geeft de volgende evenwichtsreactie voor propaan:

CCOOHCOOHC ⋅+⋅+⋅+⋅→⋅+ 8067,01296,040637,21285,4 22283 (13)


30

Hoofdstuk 5. PARKEERGARAGE

De opbouw van de parkeergarages is gebaseerd op twee grondplannen van bestaande garages.

De elementen die in deze garages voorkomen zijn dan ook overgenomen in de simulaties. In

de ene garage staat elke wagen in een afzonderlijk parkeerbox. De andere garage is een vrije

ruimte, waarbij de parkeerplaatsen afgebakend worden door lijnen op de grond.

De twee garages zijn niet exact gelijk in volume. Dit omdat de oorspronkelijke garages

(waarop ze gebaseerd zijn) dat ook niet zijn. De bedoeling van dit onderzoek is algemene

conclusies te trekken over brand in parkeergarages met een oppervlakte kleiner dan 1000 m².

Het kleine verschil in oppervlakte (ongeveer 150 m²) dat gepaard gaat met een verschil in

volume tussen de twee gesimuleerde garages mag dus geen grote invloed hebben op de

resultaten. Anders zouden de resultaten van het onderzoek niet algemeen toepasbaar zijn.

Wel moet er bij het vergelijken van de resultaten van de beide garages rekening mee

gehouden worden dat eventuele verschillen ook te wijten kunnen zijn aan het verschil in

volume.

5.1. Garage zonder boxen

De garage zonder boxen is 16 m breed, 32 m lang en 2,5 m hoog. Dit komt overeen met een

rekenrooster van iets meer dan 80 000 cellen met een ribbe van 25 cm. Bij deze parkeergarage

zijn de plaatsen niet van elkaar gescheiden (zie Figuur 5.1).

De onderdelen op Figuur 5.1 zijn:

1. Parkeerplaats. De parkeerplaatsen zijn niet van elkaar gescheiden door een wand. De

rook die vrijkomt bij de brand van een wagen kan zich dus vrij over de garage

verplaaten.

2. Sectionaalpoort. Dit is de toegang van de wagens tot de parkeergarage. Ook de

brandweer zal langs deze weg in de garage binnenkomen. In de simulaties waarbij de


31

poort opengaat, zal dit gebeuren in 30 seconden tijd, waarbij telkens na 3 seconden

25cm van de poort verdwijnt, onderaan te beginnen.

Figuur 5.1. Parkeergarage zonder boxen.

3. Trappenhal. Deze hallen zijn verbonden met de rest van het gebouw. De bewoners

kunnen dus langs hier de garage in en uit. Tegelijk zijn ze ook de nooduitgang. Omdat

de hallen afgesloten zijn met brandwerende deuren, mogen ze eenvoudigweg als een

vol blok gemodelleerd worden. Deze deuren voorkomen de intrede van rook of

vlammen in de trappenhal.

4. Aan de zijkant van de garage zijn roosters voorzien, zoals ze ook in de echte garage

zitten. Deze roosters zijn 2 m breed en 1 m hoog, en worden in de simulaties als

passieve opening naar de buitenlucht gekozen. Ze bevinden zich aan beide uiteinden

van de garage.

5. De brandende wagen is geplaatst op één van de slechtst denkbare plaatsen in geval

van brand. Dicht bij de nooduitgang, en ver verwijderd van de roosters die dienen om


32

de rook te kunnen afvoeren. De vlammen en rook zullen uit de voor- en achterruit

van de wagen slaan.

5.2. Garage met boxen

De garage met boxen is 25 m lang, 15 m breed en 2,5 m hoog, wat overeenkomt met een

rekenrooster van 60 000 cellen.

De parkeerplaatsen zijn allemaal van elkaar gescheiden door een muur en een toegangspoort.

(Figuur 5.2)

1. Garagebox. Elke auto heeft een afzonderlijke box die afgesloten is met muren en een

poort tot aan het plafond.

2. Poort. In de poort zijn gaten voorzien om rookafvoer mogelijk te maken.

3. Sectionaalpoort. De toegangsweg van de wagens tot de garage, en de toegangsweg van

de brandweer. Deze poort zal op dezelfde manier opengaan als bij de simulaties van

de garage zonder boxen.

4. Trappenhal. Ook hier is de trappenhal afgesloten met een brandwerende deur en

dient die ook als nooduitgang.

5. Pvc-buis. In de werkelijke garage (waarop de gesimuleerde garage gebaseerd is) zijn

geen roosters aanwezig langs de zijkanten. Rookafvoer moet gebeuren door vier pvc-

buizen langs één kant van de garage. In werkelijkheid hebben deze buizen een

diameter van 16 cm, maar hier zijn ze gesimuleerd als vierkanten met zijde 25 cm,

omdat dit de minimale afmeting is van het rechtlijnige rekenrooster.

6. Roosters. Er zijn ook simulaties gedaan waarbij de roosters wel aanwezig zijn. Zo kan

het verschil onderzocht worden tussen de rookafvoer met pvc-buizen en die met

roosters. De roosters zijn 2 m breed en 1 m hoog. Deze waarden zijn overgenomen


33

van de garage zonder boxen. De roosters zijn als passieve opening ingebracht in de

simulaties.

Figuur 5.2. Parkeergarage met afzonderlijke boxen.

7. Op deze plaats staat in de werkelijke garage een branddeur. Ook hier wordt deze

vervangen door een doodlopende muur omdat deze deur geen rook of vuur doorlaat.

8. De wagen die zal branden staat in deze garage ook op de slechtst mogelijke plaats,

dicht bij de nooduitgang en ver van alle rookafvoer.

9. Bergruimte. Deze bergruimte is afgesloten door een branddeur, en de zuurstof die

zich hierbinnen bevindt, zal dus niet kunnen deelnemen aan de brand.

Belangrijk is op te merken dat een deel van de lucht die zich binnen het rekenrooster bevindt,

niet in reactie zal kunnen gaan, omdat er geen toegang toe is. Zo zit er lucht in de bergruimte,

waarvan de toegang afgesloten is door een branddeur. Er is 35,4 kg zuurstof en 118,5 kg

stikstof in deze berging.

9


34

Ook buiten de poort (de toegangsweg van de wagens en de brandweer) is er lucht aanwezig.

In de simulaties waarbij de poort toe blijft, kan deze lucht dus niet deelnemen aan de

verbranding. Hier is 7,2 kg zuurstof en 24,2 kg stikstof aanwezig.

Gaat de poort niet open tijdens de simulatie, dan is er in totaal dus 42,6 kg zuurstof en 142,7

kg stikstof aanwezig die niet in reactie kan gaan met brandstof. Daar moet dus rekening mee

gehouden worden bij het bestuderen van grafieken waarop de zuurstofmassa voorkomt.

Resultaten

35

DEEL 2. RESULTATEN

Resultaten

36

Hoofdstuk 6. VERSCHILLENDE CONFIGURATIES

Zoals reeds vermeld in paragraaf 2.2, is brandbeveiliging gebaseerd op drie pijlers. Het eerste

doel is redden van mensenlevens. Dit kan vooral verwezenlijkt worden door een tijdige

evacuatie uit de garage. Om dit te kunnen bestuderen, worden tijdens de eerste 300 s (5

minuten) van de simulatie temperatuur, druk en zichtbaarheid aan de nooduitgang gemeten.

Het tweede doel van brandbeveiliging is de veiligheid van de brandweer garanderen. De

temperatuur ter hoogte van de brandhaard en aan de binnenkant van de poort (waar zich de

ingang voor de brandweer bevindt) wordt opgemeten. Er wordt ook gekeken naar eventuele

gevaarlijke situaties.

Er wordt in deze studie vanuit gegaan dat er zich in de parkeergarage niets anders bevindt

dan auto’s en betonnen muren. De schade die veroorzaakt kan worden, hangt dus af van de

temperaturen die de wagens en muren te verduren krijgen. Er kan met het programma niet

gesimuleerd worden of naburige wagens al dan niet in brand schieten. Wel worden voor de

volledigheid ook simulaties uitgevoerd waarbij twee wagens in brand staan (paragraaf 7.4).

6.1. Gesloten garage

De eerste simulaties die zijn uitgevoerd, zijn deze waarbij de parkeergarage volledig afgesloten

is. Er zijn geen roosters aanwezig en de poorten blijven gesloten. Tussenkomst van de

brandweer wordt in eerste instantie dus niet in rekening gebracht.

Het eerste wat opvalt is dat de garage zich zeer snel vult met rook. Zowel in de garage met

afzonderlijke boxen, als de garage zonder, bereikt de rooklaag de grond na ongeveer 300 s.

De zichtbaarheid in de garage zal dus snel dalen, wat de evacuatie van personen die zich in de

garage bevinden bij het begin van de brand, bemoeilijkt. Op ooghoogte (1,75 m) kan men

reeds na 120 s minder dan één meter voor zich uit zien.

Resultaten

37

6.1.1. Garage met boxen

De garage heeft geen openingen naar de buitenlucht. Enkel de lucht die al aanwezig is in de

garage, zal zuurstof kunnen leveren voor de brand. Extra zuurstof van buiten laten

aanvoeren, is niet mogelijk. Omdat de garage beperkt is in volume, zal de aanwezige

hoeveelheid zuurstof bij het begin niet zo groot zijn. De brand zal binnen 25 minuten

uitdoven door een zuurstoftekort. Dit is te zien in Figuur 6.1 voor de parkeergarage met

afzonderlijke boxen.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

Mas

sa [k

g]

Opgelegde curveBerekende curveZuurstofOnverbrande gassen

Figuur 6.1. Warmteoverdracht gesloten garage, met boxen.

De massa zuurstof daalt niet tot 0 kg, maar tot 42,6 kg. Dit is de massa zuurstof die zich in de

berging bevindt, en niet kan deelnemen aan de verbranding (zie paragraaf 5.2).

De zuurstof die wél kan deelnemen aan de verbranding, wordt volledig opgebruikt, zodat de

brand uitdooft door een zuurstoftekort. De massa van de onverbrande gassen neemt hierbij

toe.

Het is belangrijk even stil te staan bij deze onverbrande gassen. In het rekenprogramma

wordt de hoeveelheid uitgestoten gassen door de auto berekend op basis van de opgelegde

brandcurve. Een hoeveelheid gas kan met een overeenkomstige hoeveelheid zuurstof

reageren. Het vermogen van de brand wordt dan berekend aan de hand van de verbruikte

Resultaten

38

massa zuurstof. De massa onverbrande gassen die uitgestoten wordt zou dus, wanneer er

voldoende zuurstof zou zijn, een vermogen geven gelijk aan het opgelegde vermogen.

In de realiteit komen ook onverbrande gassen vrij in de ruimte. Dat komt doordat onder

invloed van warmte de wagen nog steeds zal pyrolyseren. Omdat er nu een zuurstoftekort is,

kunnen deze gassen niet meer verbranden (zie paragraaf 2.1).

De massa uitgestoten gassen in realiteit is niet dezelfde als in het programma FDS, omdat ze

volgens een andere principe vrijkomen. De berekende massa onverbrande gassen is dus

eerder een maat voor het zuurstoftekort in de garage, dan voor de massa onverbrande gassen

die in realiteit aanwezig zullen zijn. Bij een echte brand zullen met zekerheid ook

onverbrande gassen in de garage zijn na het doven van de brand, maar deze massa kan niet

berekend worden met het simulatieprogramma.

Het is belangrijk om na te gaan wat er aan de nooduitgang gebeurt. Tijdens de eerste 300 s

van de simulaties werd een meting van relatieve druk en absolute temperatuur gedaan aan de

deur van de nooduitgang. Het gemiddelde werd genomen van vier druk- en

temperatuursensoren, die zich op de plaats van de deur bevinden, op 0,5 m; 1 m; 1,5 m en 2

m hoogte. Het resultaat voor de garage met afzonderlijke boxen staat in Figuur 6.2.

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

0

20

40

60

80

100

120

Dru

k [P

a]

Relatieve drukAbsolute temperatuur

Figuur 6.2. Gemiddelde relatieve druk en absolute temperatuur ter plaatse van de nooduitgang.

Garage met afzonderlijke boxen.

Resultaten

39

De norm voor de berekening van RWA-installaties in parkeergarages [4], vraagt dat het

systeem zodanig ontworpen wordt dat de druk in de garage de waarde 60 Pa niet overschrijdt.

Wanneer de druk hoger ligt dan deze richtwaarde, is de kracht die nodig is om de nooddeur

te kunnen openen te groot. De personen die zich in de garage bevinden moeten immers in

staat zijn de deur op eigen kracht te openen, om zo de evacuatie mogelijk te maken.

In de garage met afzonderlijke boxen wordt deze waarde overschreden na 190 s (ongeveer 3

minuten). Evacuatie langs de nooddeur is na deze korte tijd zo goed als onmogelijk omdat

een grote kracht vereist is om de deur te kunnen openen.

Wanneer naar de temperaturen gekeken wordt, ziet men dat in beide garages na ongeveer

210 s (3 minuten) een gemiddelde temperatuur van 50°C aan de nooduitgang wordt bereikt.

Dat is zowat de maximale temperatuur waarbij evacuatie van personen nog kan. Op dit

moment is de zichtbaarheid aan de nooduitgang echter al minder dan 1 m. Evacuatie van

personen die zich bij het ontstaan van de brand in de garage bevinden, dient dus zeer snel te

gebeuren.

De hoeveelheid zuurstof die in de garage aanwezig is, is ook een belangrijke factor bij de

evacuatie. In de garage met afzonderlijke boxen, daalt het percentage zuurstof na 570 s onder

de uiterst kritieke waarde van 16%. Beneden deze waarde zal verstikking optreden. Na deze

periode – ongeveer 9 minuten – is evacuatie niet meer mogelijk.

6.1.2. Garage zonder boxen

Ook in de garage zonder boxen zal de brand uitdoven binnen 25 minuten na het begin van de

brand (Figuur 6.3). Dit gebeurt echter op een iets andere manier dan bij de garage met


Resultaten

40

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

300

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.3. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen.

In de garage zonder boxen wordt de brandende wagen niet afgesloten door muren of een

toegangspoort. Daardoor zal de zuurstof die zich nog in de garage bevindt, gemakkelijker tot

bij de brand zelf geraken. De brandstof die de wagen uitstoot, kan zo onmiddellijk

verbranden. Dit uit zich in het feit dat de opgelegde brandcurve langer zal gevolgd worden.

Vanaf het moment dat er toch te weinig zuurstof aanwezig is (of te veel verspreid is in de

garage) zal de brand in één dalende lijn uitsterven. Bij de garage met afzonderlijke boxen

(Figuur 6.1) stierf de brand niet in een enkele lijn uit. Er was immers nog zuurstof aanwezig

in de garage. Zodra die in de buurt van de onverbrande gassen kwam, steeg de

warmteoverdracht weer kortstondig om ten slotte ook uit te sterven.

De opbouw van onverbrande massa zal in de garage zonder boxen kleiner zijn dan in de

garage met afzonderlijke boxen. Dat komt doordat het volume van de garage zonder boxen

groter is dan dat van de andere garage, zodat er initieel meer zuurstof in de garage aanwezig

zal zijn. Uit de evenwichtsvergelijking voor de brand (formule (13) in paragraaf 4.4.6) blijkt

dat om één mol propaan te verbranden, 4,1285 mol zuurstof nodig is. Om te weten hoeveel

massa van elk van de componenten nodig is om de reactie te laten doorgaan, moeten deze

waarden vermenigvuldigd worden met de moleculaire massa van de componenten:

molgM O 32

2= en

molgM HC 44

83=

Resultaten

41

Daaruit volgt dat 132,11 g zuurstof nodig is om 44 g propaan te verbranden. Per kilogram

propaan is dus 3 kg zuurstof nodig voor volledige verbranding.

Doordat in de garage zonder boxen initieel meer zuurstof aanwezig is, zal dus meer propaan

kunnen verbranden. De brandcurve die in beide garages opgelegd werd, is echter telkens

dezelfde. De massa brandstof, uitgestoten door de wagen, zal dus in elke simulatie op elk

moment even groot zijn. Omdat er meer brandstof kan verbranden in de garage zonder

boxen, zal de massa onverbrande gassen zich pas op een later tijdstip beginnen opbouwen, en

zal de totale massa onverbrande gassen niet zo hoog worden als in de garage met


Ook in de garage zonder boxen werd een meting gedaan van druk en temperatuur aan de

nooduitgang, gedurende de eerste 300 s na het begin van de brand (Figuur 6.4).

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

0

200

400

600

800

1000

1200

Dru

k [P

a]

Absolute temperatuurRelatieve druk


Garage zonder afzonderlijke boxen.

Deze grafiek heeft dezelfde temperatuurschaal als de grafiek bij de garage met afzonderlijke

boxen (Figuur 6.2), maar een verschillende schaal voor de relatieve druk. Bij de garage zonder

boxen ligt de druk namelijk tien keer zo hoog als bij de andere garage.

Het is belangrijk voorzichtig om te springen met de bekomen waarden van de druk. Elk

rekenprogramma kent zijn beperkingen. Het gebruikte programma FDS is niet altijd volledig

Resultaten

42

in staat om juiste resultaten te geven wanneer het om een gesloten ruimte gaat waarin zich

een brand bevindt. De algemene conclusies zijn wel juist, met name dat de brand uitdooft

door zuurstoftekort en dat de druk in de garage stijgt doordat de gasmassa toeneemt omdat

de brandende wagen gassen uitstoot. Met de berekende waarden voor de druk moet echter

met de nodige omzichtigheid worden omgesprongen.

De kritieke waarde van druk (60 Pa) wordt in de simulatie al na slechts 80 s (bijna anderhalve

minuut) bereikt (Figuur 6.4). Of dit in werkelijkheid ook exact zo zal zijn, kan niet met

zekerheid gesteld worden. Er mag echter wel aangenomen worden dat de druk in de garage

zeker zal stijgen. Het is dus mogelijk dat deze druk snel te hoog wordt om de nooddeur nog

te kunnen openen. Naar brandveiligheid toe is het belangrijk om er rekening mee te houden

dat deze mogelijkheid bestaat, zodat de juiste voorzieningen kunnen getroffen worden.

De temperatuurcurve loopt gelijkaardig als bij de garage met afzonderlijke boxen (Figuur 6.2).

Het percentage zuurstof in de garage bereikt na ongeveer 12 minuten de minimale waarde

waarbij een persoon nog kan overleven. Dit is later dan in de garage met afzonderlijke boxen,

omdat die garage een kleiner volume heeft. Om de modelbrand te onderhouden, is steeds

exact evenveel zuurstof nodig. Omdat de initiele hoeveelheid zuurstof groter is in de garage

zonder boxen, zal het langer duren voordat de kritieke waarde wordt bereikt. De evacuatie

moet zeker voltooid zijn voordat het percentage zuurstof onder deze waarde daalt.

6.2. Ventilatieopeningen

Als er passieve openingen zijn in de garage, gaat dit om pvc-buizen of roosters voor

rookafvoer. Deze worden in onderstaande paragraaf besproken.

Het is ook mogelijk om mechanische ventilatie toe te passen in de parkeergarage. Hierbij is

dan een ventilator aanwezig die lucht in de garage blaast. Langs een passieve opening zal deze

lucht (samen met eventuele rookgassen) de garage verlaten. Zo wordt de druk in de garage op

atmosfeerwaarde gehouden.

Resultaten

43

6.2.1. Pvc-buizen

De vier pvc-buizen die in de garage voorzien zijn als ventilatieopeningen blijken niet groot

genoeg om de brand te voeden met voldoende zuurstof. Net als bij de garage zonder

openingen, zal het vuur uitdoven (Figuur 6.5). De massa zuurstof die nog in de berekende

ruimte aanwezig blijft, is de hoeveelheid die zich in de berging bevindt, en niet kan

deelnemen aan de brand. Uit Figuur 6.5 kan ook opgemerkt worden dat de massa

onverbrande gassen zal stijgen door het zuurstoftekort.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.5. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen - garage met boxen en pvc-

buizen als ventilatieopeningen.

Als we in deze situatie kijken naar de relatieve druk en absolute temperatuur aan de

nooduitgang (Figuur 6.6), dan blijkt er toch een verschil te zijn met de garage zonder pvc-

buizen (Figuur 6.2).

Resultaten

44

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

0

20

40

60

80

100

120

Dru

k [P

a]

Absolute temperatuurRelatieve druk


Garage met afzonderlijke boxen en pvc-buizen als ventilatieopeningen.

De druk zal zich niet opbouwen, omdat het teveel aan massa langs de ventilatieopeningen

kan ontsnappen. De druk blijft zo min of meer op zijn oorspronkelijke atmosfeerwaarde. De

maximale overdruk die bereikt wordt is 1,66 Pa, heel wat lager dus dan de grens van 50 Pa

om de nooddeur nog te kunnen openen.

De temperatuur daarentegen is gelijkaardig, zodat ook hier in de buurt van de nooduitgang de

temperatuur hoger wordt dan 50 °C na ongeveer 3 minuten.

Het percentage zuurstof in de garage zal onder de minimale waarde komen op hetzelfde

moment als in de garage zonder openingen (na ongeveer 9 minuten). Het is dus duidelijk dat

door de kleine pvc-buizen geen luchttoevoer in de garage mogelijk is.

6.2.2. Roosters

6.2.2.1. Garage met afzonderlijke boxen

Met de aanwezigheid van roosters in de parkeergarage, is een mogelijkheid voor toevoer van

zuurstof voorzien. Daardoor zal de brand niet uitdoven en kan hij min of meer de

brandcurve volgen die opgelegd is (Figuur 6.7 voor de parkeergarage met afzonderlijke

Resultaten

45

boxen). Bij het vergelijken van deze figuur met Figuur 6.5 is het belangrijk op te merken dat

de schaal van de massa hier 100 keer kleiner is.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]

Opgelegde curveBerekende curveOnverbrande gassen

Figuur 6.7. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen - garage met boxen, roosters als

ventilatieopeningen.

Bij de garage met afzonderlijke boxen kan men zien dat de opgelegde curve niet overal

gevolgd wordt, en dat er zich tegelijkertijd een hoeveelheid onverbrande gassen in de garage

opbouwt. Dit komt doordat er, ondanks de aanwezigheid van de roosters, toch niet

voldoende zuurstof aanwezig is om de hoge warmteoverdracht te kunnen volgen. De brand is

nog steeds ventilatiegecontroleerd.

De zuurstof die wél aanwezig is in de garage, zal echter niet voldoende tot bij de wagen

geraken. Deze wagen staat namelijk in een gesloten box met beperkte openingen. Zuurstof

die door het rooster langs de zijkant naar binnen in de garage stroomt, zal geneigd zijn om

zich door de gang te verplaatsen. Er wordt als het ware een ‘kanaal’ gevormd voor de

binnenkomende lucht. Als de binnenkomende lucht deze weg volgt, passeert hij voorbij de

openingen in de poort die de garagebox afsluit. De onverbrande gassen die de wagen uitstoot

vullen de garagebox. Deze gassen ontmoeten de zuurstof aan de openingen in de poort en

dus zal de brand zich verplaatsen naar de poort van de box.

Dit is duidelijk te zien in Figuur 6.8. Deze figuur toont twee beelden die met het

visualisatieprogramma Smokeview werden bekomen. Het linkse en rechtse beeld tonen de

Resultaten

46

plaats van de vlammen na respectievelijk 840 s en 1200 s. In de visualisatie werd gekozen om

de rook niet te tonen, zodat de vlammen duidelijker zichtbaar zijn. In realiteit is – op beide

momenten – de garage volledig gevuld met rook.

Figuur 6.8. Beelden van de brand in de garage met afzonderlijke boxen en roosters als

ventilatieopeningen. Links: 840 s, rechts: 1200s.

Ook aan het verloop van de temperatuur kan men zien dat de brand zich zal verplaatsen in de

garage. De temperatuur die boven de wagen wordt opgemeten zal dalen, terwijl de

temperatuur aan de nooduitgang stijgt tijdens de periode waarin de brand zich aan de poort

bevindt (Figuur 6.9). Als temperatuur aan de nooduitgang werd het gemiddelde genomen van

de temperaturen op vier verschillende hoogtes.

Smokeview 4.0.7 – Mar 12 2006

Frame: 280

Time: 840.0

Frame: 400

Time: 1200.0

Resultaten

47

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

NooduitgangAuto

Figuur 6.9. Temperatuur in garage met afzonderlijke boxen, roosters als ventilatieopening.

Doordat er nu wel een mogelijkheid is om lucht binnen te laten in de garage door de roosters,

zal het percentage zuurstof in de ruimte trager dalen dan waneer er geen openingen waren of

enkel pvc-buizen. De kritieke waarde wordt bereikt na ongeveer 14 minuten. In vergelijking

met de vorige besproken garages is er dus vijf minuten langer tijd voor evacuatie. Op dat

moment zal de temperatuur aan de nooduitgang echter al zo hoog zijn, dat evacuatie toch

vroeger moet gebeuren.

6.2.2.2. Garage zonder boxen

De resultaten voor de garage zonder boxen zien er iets anders uit. De opgelegde curve van de

warmteoverdracht zal hier tijdelijk zeer goed kunnen volgen, maar kent dan een grote val

(Figuur 6.10). De hoeveelheid onverbrande massa zal ook stijgen, maar wordt nooit zo groot

als in de garage met afzonderlijke boxen (vergelijk met Figuur 6.7).

Resultaten

48

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.10. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen – garage zonder boxen, roosters als


Dit komt enerzijds doordat de massa pas later begint op te bouwen. Tijdens het eerste

gedeelte van de brand wordt de opgelegde curve immers zeer goed gevolgd. Anderzijds zal bij

deze garage ook gemakkelijker brandstof door de roosters ontsnappen. Zodra deze brandstof

buiten het rekenrooster is, wordt ze niet meer beschouwd in de berekeningen. In de garage

met afzonderlijke boxen stapelt de onverbrande massa zich op in de box. Wanneer deze

massa de box verlaat, komt ze in de gang bijna onmiddellijk in contact met zuurstof, waar ze

zal opbranden.

Terwijl de binnenstromende lucht in de garage met afzonderlijke boxen als het ware

‘gekanaliseerd’ werd in de gang, is er in de garage zonder boxen geen ‘kanaal’ aanwezig. De

lucht die door het rooster in de garage stroomt, kan zich vrij bewegen naar alle richtingen in

de garage. Deze lucht wordt dus niet noodzakelijk naar de brandbare gassen toe bewogen.

Daardoor treden de gassen niet op elk moment in reactie met de aanwezige zuurstof, wat

leidt tot de daling in de warmteoverdrachtscurve.

Resultaten

49

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

NooduitgangAuto

Figuur 6.11. Temperatuur in garage zonder boxen, roosters als ventilatieopening.

De temperatuur boven de auto is bij de garage zonder boxen (Figuur 6.11) opmerkelijk

kleiner dan bij de garage met afzonderlijke boxen (Figuur 6.9). De brandende wagen staat in

de garage met boxen afgesloten. De temperatuur zal stijgen, en er is slechts een kleine afvoer

van warmte mogelijk. In de garage zonder boxen is de wagen omgeven door lucht en

rookgassen, en kan de warmte afgevoerd worden door convectie. Dat verklaart het grote

verschil in temperatuur. (Figuur 6.12).

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Garage met boxenGarage zonder boxen

Figuur 6.12. Vergelijking temperatuur ter hoogte van brandende wagen, beide garages met roosters

als ventilatieopeningen.

Resultaten

50

Terwijl de maximale temperatuur in de garage met afzonderlijk boxen boven 1000°C komt

(1024°C), blijft deze bij de andere garage beperkt tot minder dan 500°C (472°C). Een

dergelijke hoge temperatuur, zoals in de garage met afzonderlijke boxen, kan een gevaar

vormen voor de brandweer die ter plaatse komt, en kan ook zeer nefast zijn voor het beton

van het plafond.

De situatie aan de nooduitgang tijdens de eerste 300 s van de simulatie (Figuur 6.13) is

gelijkaardig als in het geval van de garage met pvc-buizen als opening (Figuur 6.6). De

temperatuur loopt behoorlijk snel op, naar 50°C in ongeveer drie minuten. De temperatuur in

de garage zonder boxen ligt iets lager dan de andere. Dit doordat deze garage groter is in

volume, en de aanwezige lucht dus meer kan afkoelen door convectie.

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Garage met boxenGarage zonder boxen

Figuur 6.13. Gemiddelde absolute temperatuur ter plaatse van de nooduitgang. Beide garages met

roosters als ventilatieopeningen.

De relatieve druk in de garage schommelt rond 0 Pa, met een maximum van 0,65 Pa en een

minimum van -0,45 Pa. Ook hier is de oorzaak te vinden in het feit dat langs de roosters

massa naar buiten of naar binnen kan, om de druk in evenwicht te houden.

Het kritieke percentage zuurstof in de ruimte – waarbij verstikking nog net vermeden wordt –

zal na ongeveer 15 minuten bereikt worden. Evacuatie dient echter best al sneller te gebeuren,

omdat de temperatuur aan de nooduitgang op dat moment al zeer hoog zal zijn.

Resultaten

51

6.2.3. Mechanische ventilatie

6.2.3.1. Tien keer per uur lucht verversen

Als een brandweerkorps vraagt om mechanische ventilatie toe te passen, moet meestal de

lucht in de garage tien keer per uur ververst worden. Omdat het volume van de garage

gekend is, kan gemakkelijk het volumedebiet lucht berekend worden dat door een ventilator

naar binnen moet worden geblazen.

GARAGE MET AFZONDERLIJKE BOXEN

Eerst wordt de garage met afzonderlijke boxen gesimuleerd. Het volume van deze garage

wordt ruwweg berekend als 15 m x 25 m x 2,5 m (de afmetingen van het rekenrooster). Dit

geeft een volume van 937,5 m³. Het volume van deze garage tien keer per uur verversen,

betekent een volumedebiet

sm

umV

33

604,29375 ==&

Eén van de roosters die in bovenstaande simulatie (paragraaf 6.2.2) aanwezig waren, wordt

gebruikt om lucht naar binnen te blazen. Dit rooster heeft een oppervlakte 22mA = , zodat

de snelheid van de lucht gelijk wordt aan

sm

ms

m

AVv 302,1

2

604,22

3

−=−=−=&

Het minteken in de formule duidt aan dat lucht naar binnen geblazen wordt. Het rooster aan

de andere kant wordt als een passieve opening gekozen. Het debiet lucht en rookgassen dat

hierlangs uit de garage verdwijnt, zal net groot genoeg zijn om de druk in de garage op

atmosfeerdruk te houden.

De resultaten van deze simulatie worden vergeleken met de simulatie waarbij de roosters

langs beide kanten van de garage aanwezig zijn. Deze roosters zijn dan allebei passieve

openingen naar de buitenlucht.

Uit de grafiek van de warmteoverdracht in deze garage (Figuur 6.14) blijkt dat de opgelegde

curve niet gevolgd wordt. Nog sneller dan bij de garage met passieve roosters (Figuur 6.7)

wordt een grote hoeveelheid massa opgebouwd. Ook in het geval van mechanische ventilatie

zal de brand zich verplaatsen naar de poort van de garagebox, waar zuurstof in contact kan

Resultaten

52

komen met brandstof. In de garage met roosters als natuurlijke ventilatie zal de brand al

sneller terugkeren in de garagebox, wat niet het geval is in de garage met mechanische

ventilatie. Lange tijd zal de brand een ongeveer constant vermogen aanhouden, totdat de

onverbrande massa opgebrand is, en de brand weer in de box terugkeert.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

5

10

15

20

25

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.14. Warmteoverdracht en onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen en

mechanische ventilatie.

De temperatuur ter hoogte van de brandhaard ligt duidelijk lager in de garage met

mechanische ventilatie (Figuur 6.15). Dit komt doordat de brand zich verplaatst naar de

ingang van de poort, waar de brandstof in contact kan komen met zuurstof. In de garage met

natuurlijke ventilatie zal de brand zich al sneller weer ter plaatse van de wagen bevinden

(Figuur 6.16).

Resultaten

53

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Mechanische ventilatiePassieve ventilatie

Figuur 6.15. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage met afzonderlijke boxen.

Figuur 6.16. Voorstelling van de brandhaard. Beeld op 1347 s na het begin van de brand. Links:

natuurlijke ventilatie; rechts: mechanische ventilatie.

Resultaten

54

Voor de structurele elementen in de garage lijkt het beter dat de temperatuur lager ligt bij de

garage met natuurlijke ventilatie. Dit kan zeker het geval zijn. Anderzijds bereikt de

temperatuur ter hoogte van de brandhaard wel ongeveer hetzelfde maximum bij mechanische

als bij natuurlijke ventilatie. Verder werd er geen meting gedaan van de temperatuur net

buiten de garagebox. Omdat de brand daar lange tijd doorgaat, is het mogelijk dat de

temperatuur daar ook een zeer hoge waarde bereikt, maar daar is geen uitsluitsel over.

Omdat de brand langer aan de poort van de garage zal doorgaan, zal de temperatuur aan de

nooduitgang langer hoog blijven bij de garage met mechanische ventilatie. (Figuur 6.17) De

brand ligt namelijk langer dicht in de buurt van de nooduitgang.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.17. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen.

De temperatuur aan de nooduitgang is echter vooral belangrijk in de eerste minuten van de

brand, en tijdens deze periode zijn de temperaturen voor de beide garages zeer gelijkaardig

(Figuur 6.18).

Resultaten

55

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.18. Temperatuur aan nooduitgang tijdens eerste 300s. Garage met afzonderlijke boxen.

De eigenlijke bedoeling van mechanische ventilatie is rook afvoeren uit de garage, en zo een

vrije doorgang maken. Deze vrije doorgang is enerzijds gericht op evacuatie van personen bij

het begin van de brand. Anderzijds is deze vrije doorgang ook zeer welgekomen voor de

brandweer die ter plaatse komt. Zo kunnen ze onmiddellijk zien waar de brand zich bevindt.

Om dit te bekijken, wordt een grafiek gemaakt van de zichtbaarheid in het midden van de

garage, op 1,5 m hoogte. De zichtbaarheid wordt gemeten als de afstand in m die een

persoon voor zich uit kan zien, rekening houdend met de dichtheid van de rook op de plaats

waar hij staat. Bij de berekening van deze zichtbaarheid wordt geen rekening gehouden met

eventuele structurele elementen die in de weg staan. Als er ter plaatse van de meting geen

rook is, dan zal een zichtbaarheid van 30 m opgemeten worden, onafhankelijk van muren of

dichte rooklagen op minder dan 30 m afstand.

Indien de zichtbaarheid in de garage met mechanische ventilatie vergeleken wordt met de

zichtbaarheid in de garage met natuurlijke ventilatie, bekomt men Figuur 6.19.

Resultaten

56

0

5

10

15

20

25

30

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Zich

tbaa

rhei

d [m

]


Figuur 6.19. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte. Garage met afzonderlijke

boxen.

Op Figuur 6.19 is duidelijk te zien dat de zichtbaarheid in beide garages zeer snel zal dalen tot

0 m. Dit gebeurt in minder dan 300 s. Om het verschil tussen de twee ventilatiesystemen

beter te kunnen analyseren, geeft Figuur 6.20 een beeld van de zichtbaarheid tijdens de eerste

300 s na het begin van de brand.

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Zich

tbaa

rhei

d [m

]


Figuur 6.20. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens de eerste 300 s.


Resultaten

57

Uit deze figuur valt op te merken dat de zichtbaarheid in de garage met natuurlijke ventilatie

eerst zal dalen, en daarna weer een piek vertoont na ongeveer 60s. Dit heeft te maken met de

turbulente beweging van de rook. Uit de visualisatie in het programma Smokeview blijkt dat de

rooklaag eerst de detector zal bedekken. Daarna zal er een beweging gemaakt worden

waardoor de laag kortstondig wegtrekt van de detector. Dit verklaart de korte stijging van de

zichtbaarheid.

Voor de evacuatie van personen die aanwezig zijn in de garage bij het begin van de brand,

geven natuurlijke en mechanische ventilatie een zeer gelijkaardig resultaat. Al na ongeveer

120 s (2 minuten) kan men minder dan 2 m voor ogen zien. De mechanische ventilatie zal

dus geen positief effect hebben op het voorzien van een vrije uitgangsweg.

De tussenkomst van de brandweer ligt gemiddeld op 12 minuten na het begin van de brand.

Dit komt overeen met 720 s. Op dat moment is de zichtbaarheid 0 m over de hele

parkeergarage. De mechanische ventilatie zal dus ook geen vrije toegangsweg kunnen

voorzien voor de brandweer.

GARAGE ZONDER BOXEN

Bij de garage zonder afzonderlijke boxen is het resultaat helemaal anders. Hier zal de

opgelegde warmteoverdrachtscurve zeer goed gevolgd worden (Figuur 6.21). In tegenstelling

tot de situatie met passieve ventilatieopeningen, wordt nu constant lucht toegevoerd langs

één van beide openingen. Daardoor is er op elk moment voldoende zuurstof in de garage om

alle brandstof te verbranden. Het verschil in warmteoverdracht is ook te zien op Figuur 6.21.

Resultaten

58

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

Opgelegde curveMechanische ventilatiePassieve ventilatie

Figuur 6.21. Warmteoverdracht in garage zonder boxen. Verschil tussen mechanische en passieve

ventilatie.

Doordat de warmteoverdracht nu anders loopt dan in de garage met passieve openingen,

zullen ook de temperaturen een ander verloop krijgen. De temperatuurcurve zal een

gelijkaardige vorm aannemen als de warmteoverdrachtscurve. Daardoor zullen ze iets langer

op een hogere waarde liggen.

In Figuur 6.22 wordt de temperatuur ter hoogte van de wagen uitgezet. Het valt op dat de

temperatuur inderdaad langer hoog blijft in de situatie met mechanische ventilatie.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.22. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage zonder boxen.

Resultaten

59

Bij de aanwezigheid van mechanische ventilatie zal er door de omringende lucht meer

warmteafvoer mogelijk zijn zodat, in tegenstelling tot de garage met aparte boxen, de

temperatuur ter hoogte van de brandhaard lager zal liggen (zie Figuur 6.15). Dit verschil werd

ook opgemerkt bij de garages met natuurlijke ventilatie.

Ook de temperatuur aan de nooduitgang werd tijdens de simulatie opgemeten (Figuur 6.23).

De temperatuur zal ook hier langer hoog blijven, ten gevolge van de hogere

warmteoverdracht. Tijdens de eerste 300 s – belangrijk voor de evacuatie – zullen de

temperaturen in beide situaties echter gelijkaardig oplopen. De aanwezigheid van

mechanische ventilatie maakt in dat opzicht geen verschil.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.23. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage zonder boxen.

Het doel van de mechanische ventilatie is een rookvrije weg te creëren voor evacuatie en

tussenkomst van de brandweer. De zichtbaarheid op 1,75 m wordt voor de garage zonder

boxen uitgezet tijdens de eerste 300 s in Figuur 6.24. Daaruit blijkt dat het toepassen van

mechanische ventilatie een negatief effect heeft op de zichtbaarheid in de parkeergarage.

Deze zal nog sneller dalen dat in de situatie met natuurlijke ventilatie. De doelstelling – een

rookvrije weg maken – wordt dus absoluut niet bereikt.

Resultaten

60

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Zich

tbaa

rhei

d [m

]


Figuur 6.24. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens eerste 300 s.

Garage zonder boxen.

Ook bij de parkeergarage zonder boxen blijkt de mechanische zijn doel te missen. Er is geen

verlaging van temperatuur aan de nooduitgang, en de zichtbaarheid daalt nog sneller dan in

de garage met natuurlijke ventilatie. Boven de brandende wagen ligt de temperatuur zelfs

hoger dan wanneer er enkel natuurlijke ventilatie is.

6.2.3.2. Meer dan tien keer per uur lucht verversen

Uit bovenstaande paragraaf blijkt dat een mechanische ventilatie met een luchtverversing van

tien keer per uur weinig tot geen effect heeft. De vraag stelt zich nu of er wel een verschil zou

kunnen bereikt worden indien de lucht meer dan tien keer per uur ververst wordt. Om het

effect van meer luchtwisselingen te bestuderen, worden simulaties uitgevoerd met een

luchtverversing van twintig en dertig keer per uur. Het resultaat wordt in deze paragraaf

besproken.

De simulaties worden uitgevoerd voor de garage met afzonderlijke boxen. In paragraaf

6.2.3.1 werd de snelheid berekend waarmee de ventilator de lucht in de garage moet blazen

indien tien keer per uur de lucht in de garage ververst wordt. Als de lucht twintig en dertig

keer moet ververst worden, zal het volumedebiet – en dus ook de snelheid – respectievelijk

twee en drie keer zo hoog liggen. Deze snelheden zijn dan

Resultaten

61

smv 604,220 −= en

smv 906,330 −= ,

waarbij het minteken er weer op wijst dat lucht op omgevingstemperatuur de garage

binnenstroomt. De opening aan de overzijde van de parkeergarage is een passieve opening

naar de buitenlucht waarlangs het teveel aan massa in de garage kan ontsnappen om zo de

druk in de garage op atmosfeerdruk te houden.

Ook hier zullen de simulaties met mechanische ventilatie vergeleken worden met de situatie

met natuurlijke ventilatie waarbij langs beide uiteinden van de garage roosters zitten.

Eerst wordt de temperatuur vergeleken ter hoogte van de brandende wagen. In Figuur 6.25

valt op dat de temperaturen in het geval van mechanische ventilatie lager liggen dan bij

natuurlijke ventilatie. In de situatie met de passieve roosters werd al opgemerkt dat de brand

zich deels buiten de parkeerbox zal verplaatsen (paragraaf 6.2.2), wat het dal in de

temperatuurcurve kon verklaren.

In het geval van mechanische ventilatie blijkt dat de brand zich zelfs volledig buiten de

parkeerbox zal bevinden tijdens een gedeelte van de simulatie. Dat verklaart waarom de

temperaturen een nog groter dal kennen dan wanneer er enkel passieve openingen aanwezig

zijn.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Mechanisch: 20 keerMechanisch: 30 keerPassieve ventilatie

Figuur 6.25. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage met afzonderlijke boxen

Resultaten

62

De brand is nu geconcentreerd buiten de parkeerbox. Er kan verwacht worden dat daardoor

de temperatuur aan de nooduitgang hoger ligt dan indien er enkel passieve roosters aanwezig

zijn. Dit is echter niet het geval (Figuur 6.26). De temperatuur aan de nooduitgang bereikt

hetzelfde maximum, en zal ook niet veel langer hoog blijven, zoals dat wel het geval was

wanneer de lucht in de garage tien keer per uur ververst werd (zie paragraaf 6.2.3.1 en Figuur

6.17).

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.26. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen.

Ook hier is de temperatuur aan de nooduitgang het belangrijkst tijdens de eerste 300 s, om

evacuatie mogelijk te maken. Figuur 6.27 geeft daar een beeld van. Uit deze figuur blijkt dat

er geen duidelijk verschil is tussen de onderzochte situaties. De temperatuur loopt ongeveer

gelijk op. Voor de evacuatie is er in de temperaturen dus geen verbetering op te merken.

Resultaten

63

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.27. Temperatuur aan nooduitgang tijdens eerste 300s. Garage met afzonderlijke boxen.

De reden waarom mechanische ventilatie toegepast word, is – zoals reeds vermeld – dat er

zich een rookvrije weg kan vormen die voordelig is voor evacuatie en voor de aankomst van

de brandweer. De zichtbaarheid op ooghoogte – 1,75 m – wordt daartoe uitgezet in Figuur

6.28.

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Zich

tbaa

rhei

d [m

]


Figuur 6.28. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens de eerste 300 s.


Resultaten

64

Uit deze figuur blijkt dat zelfs twintig en dertig keer per uur de lucht verversen in de garage,

zo goed als geen effect heeft op de zichtbaarheid. De sterke daling is nog steeds merkbaar en

al na 90 s (anderhalve minuut) kan men slechts minder dan 2 m voor zich uit zien.

De zichtbaarheid bij aankomst van de brandweer (gemiddeld na twaalf minuten) zal overal in

de garage 0 m zijn. De mechanische ventilatie creërt dus geen vrije toegangsweg.

6.2.3.3. Conclusie

Mechanische ventilatie toepassen (zowel tien als twintig of dertig keer per uur de lucht in de

garage verversen) heeft weinig effect. Er wordt geen noemenswaardige verbetering

opgemerkt in temperaturen en zichtbaarheid aan de nooduitgang ten opzichte van de situatie

waarbij langs beide uiteinden van de garage passieve openingen zijn naar de buitenlucht. In de

garage met afzonderlijke boxen ligt de temperatuur boven de brandende wagen minder hoog

wanneer mechanische ventilatie wordt toegepast. De oorzaak daarvan is echter dat de brand

zich verplaatst buiten de box, waar de temperatuur niet opgemeten werd, maar misschien ook

een hoge waarde zou kunnen aannemen.

6.3. Poort open

Bij tussenkomst van de brandweer in de garage zal de sectionaalpoort opengaan om toegang

te verlenen aan de hulpdiensten. De aankomst van de brandweer is gemiddeld 12 minuten na

het begin van de brand. Figuur 6.29 toont nogmaals het beeld van de warmteoverdracht in de

garage met afzonderlijke boxen, en met pvc-buizen als openingen. Na 720 s (twaalf minuten)

wordt de opgelegde warmteoverdrachtscurve niet meer gevolgd maar is er nog bijna geen

opbouw van onverbrande gassen in de garage. Dit moment wordt op Figuur 6.29 aangeduid

door de witte lijn. Er is een beperkt zuurstoftekort in de garage. Als de poort nu opengaat, zal

waarschijnlijk de warmteoverdracht zich herstellen en de opgelegde curve terug volgen.

Doordat de poort opengaat, is er namelijk in de garage een toename van zuurstof die kan

reageren met de uitgestoten massa brandstof.

Resultaten

65

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.29. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen - garage met boxen en pvc-

buizen als ventilatieopeningen.

In de garage zonder boxen is bij het begin van de brand meer zuurstof aanwezig in de garage.

Daardoor zal de brand de opgelegde warmteoverdrachtscurve iets langer kunnen volgen dan

bij de garage met afzonderlijke boxen. Na 720 s wordt de curve nog steeds gevolgd in de

simulatie zonder ventilatieopeningen (witte lijn in Figuur 6.30).

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

300

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.30. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen. Gesloten garage zonder

boxen.

720 s

720 s

Resultaten

66

Als op dat moment de sectionaalpoort opengaat, zal waarschijnlijk de rest van de curve ook

gevolgd worden. Langs de opening komt dan in de garage zuurstof binnen die de brand

gaande houdt.

In kleine parkeergarages is vaak geen detectie van brand aanwezig. In een garage is ook niet

de hele tijd iemand aanwezig, en ramen of deuren waar de brand kan uitslaan ontbreken. Het

kan dus een tijdje duren voordat de brand gedetecteerd wordt en de brandweer verwittigd

wordt. Vanaf dan duurt het toch nog minstens een vijftal minuten voordat de brandweer ter

plaatse is.

Om deze redenen worden ook simulaties uitgevoerd waarbij de poort pas na 1500 s (25

minuten) opengaat. Uit Figuur 6.29 en Figuur 6.30 blijkt dat op dat moment de brand al

uitgedoofd is en dat veel onverbrande gassen zich opstapelen in de garage, zowel bij de

garage met boxen, als bij de garage zonder.

Indien de garage uitgerust is met een detectiemechanisme voor brand, zou men een

regelsysteem kunnen invoeren waarbij de poort automatisch opengaat bij detectie van brand.

Ook daarvan worden simulaties uitgevoerd.

6.3.1. Poort open na 12 minuten


Na 720 s was de warmteoverdracht in de garage met afzonderlijke boxen reeds aan het dalen

door een zuurstoftekort. Als dan de poort opengaat, zal zuurstof in de garage binnenkomen.

De verbrandingsreacties kunnen verder doorgaan en de warmteoverdracht zal weer stijgen

(Figuur 6.31).

De brandende auto staat in een afgesloten box met beperkte ventilatieopeningen. Dat zal

ervoor zorgen dat er toch een opbouw is van onverbrande gassen, en dat de

warmteoverdrachtscurve niet perfect kan gevolgd worden. Ondanks een voldoende

hoeveelheid zuurstof in de garage, zal er in de garagebox zelf een tekort aan zuurstof zijn. Dit

vertaalt zich in een opbouw van onverbrande gassen in de garage.

Resultaten

67

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.31. Warmteoverdracht in garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 720 s.

Omdat de warmteoverdrachtscurve min of meer gevolgd kan worden, zal de temperatuur in

de garagebox een hoge waarde bereiken. De maximale temperatuur in de box ligt hoger dan

1100 °C. Dit zorgt voor een enorme belasting voor de structurele elementen in de garage.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

NooduitgangSectionaalpoortAuto

Figuur 6.32. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang, brandende wagen en sectionaalpoort in

garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 720 s.

Aan de nooduitgang zal de temperatuur meer gematigd zijn. De brand is namelijk

afgezonderd in de garagebox. Buiten de box zal er geen vuur zijn, maar enkel warme rook die

voor hoge temperaturen kan zorgen. Deze rook mengt zich met de koude lucht, en zal door

Resultaten

68

convectie warmte afgeven. De temperatuur aan de nooduitgang geeft een idee van de

temperatuur in de gang tussen de boxen. Het is langs deze gang dat een interventiedienst naar

binnen zal gaan om tot bij de brand te geraken. De temperatuur hier geeft dus een beeld van

de omstandigheden waarin de brandweermannen zullen terechtkomen.

De temperatuur ter hoogte van de sectionaalpoort volgt in het begin van de simulatie

hetzelfde verloop als de temperatuur aan de nooduitgang. Wanneer de poort opengaat, zal de

rook op deze plaats zich mengen met koude lucht die van buiten naar binnen stroomt in de

garage. Dit zorgt voor een daling in de temperatuur (Figuur 6.32). Vanaf het moment dat de

poort opengaat, zal de temperatuur aan de poort op ooghoogte gemiddeld 40°C bedragen.


In de garage zonder boxen is er na 720 s nog voldoende zuurstof in de buurt van de brand,

zodat de warmteoverdrachtscurve zonder problemen gevolgd wordt. Als op dat moment de

poort opengaat, zal er langs de poort zuurstof binnenkomen in de garage, en zal de brand de

opgelegde warmteoverdrachtscurve verder volgen (Figuur 6.33). Wanneer de brand zijn

hoogtepunt bereikt, zal er toch nog een plaatselijk zuurstoftekort zijn aan de vuurhaard. Dit

resulteert in een opbouw van onverbrande gassen. Die zullen op een later tijdstip verbranden,

wanneer er weer meer zuurstof ter beschikking is.

Doordat de brandende wagen zich niet in een box bevindt, zal de aanwezige zuurstof in de

garage gemakkelijker zijn weg vinden naar de brand. Daaruit volgt het verschil met de garage

met afzonderlijke boxen, waar zich meer dan twee keer zoveel onverbrande gassen in de

garage bevonden op het hoogste vermogen van de brand.

Resultaten

69

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.33. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen. Poort open na

720 s.

Dat de auto nu niet in een afgesloten box staat, zorgt er ook voor dat de temperatuur aan de

brandende wagen merkelijk lager ligt (Figuur 6.34) dan wanneer deze wel in een aparte box

zou staan (Figuur 6.32). Er is nu meer mogelijkheid door warmteafvoer via convectie naar

lucht en rookgassen die de wagen omringen.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.34. Temperatuur ter hoogte van nooduitgang, brandende wagen en sectionaalpoort in

garage zonder boxen. Poort open na 720 s.

Resultaten

70

De temperatuur aan de nooduitgang zal een gelijkaardige waarde aannemen als in de situatie

waarbij de wagen in een aparte box staat. De temperatuur aan de sectionaalpoort zal iets

hoger liggen. Dat komt doordat de brand in deze simulatie dichter bij deze poort

gepositioneerd is.


Als de poort opengaat na 900 s (15 minuten) verschijnt er een interessante

warmteoverdrachtscurve. Op het moment dat de poort opengaat, is de brand reeds aan het

uitsterven (Figuur 6.29). Als dan een opening in de ruimte ontstaat, kan de brand weer

aanwakkeren (paragraaf 2.1 en Figuur 2.1). In de berekende warmteoverdrachtscurve van de

simulatie is dit fenomeen duidelijk zichtbaar (Figuur 6.35).

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

5

10

15

20

25

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.35. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen.

Poort open na 900 s.

Doordat extra zuurstof beschikbaar komt bij het opengaan van de poort, kan er meer

brandstof verbrand worden. Er komt echter maar geleidelijk zuurstof binnen in de garage.

Dat zorgt ervoor dat niet alle onverbrande gassen plots reageren. Is er op een zeker moment

veel zuurstof in de buurt van de brandstof, dan kan deze volledig opgebruikt worden. Het

gegenereerde vermogen van de brand hangt af van de verbruikte massa zuurstof, zoals

besproken in formule (3) in paragraaf 4.1.2.4 (formule van Huggett):

Resultaten

71

mHq ′′′⋅Δ=′′′ && 0 (3)

Als er tijdelijk meer zuurstof en brandstof beschikbaar zijn dan nodig om de vooropgestelde

warmteoverdracht te bekomen, dan zal de berekende warmteoverdracht groter zijn dan de

vooropgestelde. Dit verklaart waarom de berekende warmteoverdracht in Figuur 6.35 soms

groter is dan de opgelegde. Zolang er nog onverbrande gassen in de ruimte zijn, is deze

‘overshoot’ aanwezig. Wanneer de onverbrande gassen allemaal vrebrand zijn, kan er niet langer

méér zuurstof verbruikt worden dan nodig is om de vrijgestelde massa brandstof te laten

reageren. Vanaf dan zal de warmteoverdrachtscurve gelijklopen met de opgelegde curve.



In deze simulatie gaat de poort open na 1500 s. Op dat ogenblik zal de brand al uitgedoofd

zijn, zoals te zien is op Figuur 6.29, en zal er al veel onverbrande massa in de garage aanwezig

zijn. Het is dus mogelijk dat het fenomeen backdraft, dat besproken werd in paragraaf 2.1,

optreedt. De onverbrande gassen zullen zich over de volledige ruimte verspreid hebben. Ook

aan de sectionaalpoort zijn er dus onverbrande gassen. Als ze plots in contact komen met

zuurstof, kunnen ze zeer snel ontbranden. Door de stijging van temperatuur die daarmee

gepaard gaat, stijgt ook de druk en worden deze gassen uit de garage geduwd. Er komt als het

ware een vuurbal uit de garage naar buiten.

Uit Figuur 6.36 blijkt dat deze backdraft ook optreedt in de uitgevoerde simulatie. Dat is te

zien aan de grote en plotse toename van warmteoverdracht op het moment dat de poort

opengaat. Doordat zich al veel massa had opgebouwd, en er plots voldoende zuurstof is in de

buurt van die massa, zal de berekende warmteoverdracht veel hoger liggen dan de waarde die

opgelegd iss. De warmteoverdracht is immers evenredig met de verbruikte massa zuurstof

(formule (3) in paragraaf 4.1.2.4). Belangrijk is dat de schaal van de massa op Figuur 6.36

twintig keer zo groot is dan op de voorgaande figuren van warmteoverdracht.

Resultaten

72

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

10

20

30

40

50

Mas

sa [k

g]

Opgelegde curveOpgemeten curveMassa onverbrande gassen

Figuur 6.36. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen.

Poort open na 1500 s.

Het fenomeen backdraft wordt ook duidelijk waargenomen in het visualisatieprogramma

Smokeview (Figuur 6.37).

Figuur 6.37. Visualisatie in Smokeview van backdraft in de garage met afzonderlijke boxen, poort open

na 25 minuten.

De temperatuur aan de wagen (Figuur 6.38) zal in deze simulatie nooit de waarde bereiken die

behaald werd in simulaties waarbij de poort al vroeger openging. Omdat de brand al snel

begint uit te sterven, zal de temperatuur niet de kans krijgen om op te bouwen tijdens de

Resultaten

73

periode waarbij een grote warmteoverdracht wordt opgelegd. Tijdens de backdraft zal ook een

grote warmteoverdracht optreden, maar deze is niet gelokaliseerd in de garagebox, zodat de

temperatuur daar minder invloed heeft van dit grote vermogen.

Aan de sectionaalpoort en de nooduitgang wordt nu wel een heel ander beeld verkregen dan

wanneer de poort al vroeger tijdens de brand opengaat. Door de backdraft zullen gassen

verbranden op deze plaatsen, wat voor een kortstondige stijging in de temperatuur zorgt.

Daarna zal de temperatuur weer dalen door menging met de koude intredende lucht (Figuur

6.38).

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.38. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang, brandende wagen en sectionaalpoort in de

garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 25 minuten.

Deze simulatie werd ook uitgevoerd voor het geval waarbij geen pvc-buizen in de garage met

boxen aanwezig zijn. De resultaten daarvan zijn zeer gelijkaardig.


De opgemeten warmteoverdrachtscurve van de garage zonder boxen (Figuur 6.39) is zeer

gelijkaardig aan die van de garage met afzonderlijke boxen. Wanneer na 1500 s de poort

opengaat, schiet het vermogen van de brand omhoog, wat het gevolg is van de backdraft. Dit

fenomeen wordt dus ook in deze garage waargenomen. Ook hier is de brand uitgedoofd na

25 minuten, waardoor er zich onverbrande gassen in de garage bevinden.

Backdraft

Resultaten

74

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

10

20

30

40

50

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.39. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen. Poort open

na 1500 s.

Net als bij de vorige besproken simulaties, ligt de temperatuur boven de brandende wagen

lager in de garage zonder boxen (Figuur 6.40) dan in de garage met afzonderlijke boxen

(Figuur 6.38). Dit is te wijten aan de grotere mogelijkheid tot convectieve warmteafvoer in de

garage zonder boxen.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.40. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang, brandende wagen en sectionaalpoort in de

garage zonder boxen. Poort open na 25 minuten.

Backdraft

Resultaten

75

6.3.4. Poort open door detector


In een simulatie van de garage met afzonderlijke boxen, zonder ventilatieopeningen werd de

verduistering van een rookdetector en de temperatuur van een warmtedetector opgemeten.

Deze detectoren werden beiden boven de brandende wagen gepositioneerd. De rookdetector

geeft alarm zodra de verduistering per meter 100 is. De warmtedetector is ingesteld op een

maximale temperatuur van 60°C. In Tabel 2 staan de waarden opgelijst die de rook- en

warmtedetector opmeten tijdens de simulatie. Daaruit blijkt dat de warmtedetector al alarm

zou geven na 75 s, en de rookdetector pas na 108 s. De slechtst mogelijke waarde – 108 s –

wordt gekozen en simulaties worden uitgevoerd waarbij de poort na deze tijd opengaat.

Resultaten

76

Tijd Rookdetector Warmtedetector

s

Verduistering per meter

[1/m]

Temperatuur

°C

72 99.9965 57.6686

75 99.9974 60.0623

78 99.9985 60.0623

81 99.999 60.0623

84 99.9993 60.0623

87 99.9995 60.0623

90 99.9997 60.0623

93 99.9998 60.0623

96 99.9999 60.0623

99 99.9999 60.0623

102 99.9999 60.0623

105 99.9999 60.0623

108 100 60.0623

Tabel 2. Meetwaarden van rook- en temperatuurdetector boven de brandende wagen.

Na 108 s is de brand nog niet aan het uitdoven in de garage met afzonderlijke boxen.

Wanneer de poort automatisch opengaat bij detectie van de brand, kan zuurstof binnen in de

garage. De warmteoverdrachtscurve zal min of meer gevolgd worden. Net als in de simulatie

waarbij de poort na 12 minuten opengaat, zal er toch een tekort aan zuurstof zijn in de buurt

van de brand, zodat er zich onverbrande massa kan opbouwen (Figuur 6.41). De toegang van

zuurstof tot de wagen wordt immers bemoeilijkt door de poort die de box afsluit en waarin

zich slechts beperkte ventilatieopeningen bevinden.

Resultaten

77

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.41. Warmteoverdracht in de garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 108 s.

De temperaturen volgen hetzelfde verloop als wanneer de poort zou opengaan na 12

minuten. Een hoge temperatuur wordt bereikt aan de wagen, wat nefast kan zijn voor de

structurele onderdelen in de garage. Aan de nooduitgang en de sectionaalpoort ligt de

temperatuur betrekkelijk lager. Ook hier komt dit doordat op deze plaatsen meer

warmteoverdracht door convectie mogelijk is en er ook menging is met de koude intredende

lucht.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.42. Temperatuur ter hoogte van brandende wagen en nooduitgang in garage met

afzonderlijke boxen. Poort open na 108 s.

Resultaten

78


In de garage zonder boxen kunnen we niet dezelfde waarden van de rook- en warmtedetector

verwachten als bij de garage met afzonderlijke boxen. Uit eerder besproken simulaties is

immers al gebleken dat de temperatuur ter hoogte van de brandende wagen lager ligt in de

garage zonder boxen. Daarom worden bij de simulatie van de gesloten garage zonder boxen

ook detectoren geplaatst boven elke parkeerplaats. De rookdetector geeft alarm zodra de

verduistering per meter 100 is. De warmtedetector is ingesteld op een maximale temperatuur

van 60°C. De opgemeten waarden zijn te vinden in onderstaande Tabel 3.

Tijd Rookdetector Warmtedetector

s

Verduistering per meter

[1/m]

Temperatuur

°C

93 99.7816 49.8607

111 99.9062 60.0175

129 99.9508 60.0175

147 99.9765 60.0175

165 99.9841 60.0175

183 99.9932 60.0175

201 99.9945 60.0175

219 99.9976 60.0175

237 99.9996 60.0175

255 99.9999 60.0175

273 100 60.0175

Tabel 3. Meetwaarden van rook- en temperatuurdetector boven de brandende wagen.

De warmtedetector geeft alarm na 111 s, maar de rookdetector pas na 273 s. Een simulatie

word dan uitgevoerd waarbij de poort na 273 s opengaat. Zo wordt dus een regelsysteem

ingevoerd, waarbij de poort opengaat na alarm van een detector.

Na 273 s is er nog voldoende zuurstof in de garage aanwezig om de brand ongehinderd te

laten doorgaan volgens de opgelegde warmteoverdrachtscurve. De situatie is gelijkaardig als

bij de simulatie waarbij de poort opengaat na 12 minuten. Ook daar kan de brand de

Resultaten

79

opgelegde curve nog volgen op het moment dat de poort opengaat. De resultaten van deze

simulatie zijn dan ook zeer gelijklopend (Figuur 6.43). Door de aanwezigheid van voldoende

zuurstof die gemakkelijk tot bij de brandhaard geraakt, wordt de opgelegde

warmteoverdrachtscurve tijdens de hele simulatie ongeveer gevolgd. Op het hoogtepunt van

de brand zal er toch kortstondig een zuurstoftekort zijn in de buurt van de brand. Een kleine

hoeveelheid onverbrande gassen bouwt zich daardoor op. Zodra het vermogen van de

opgelegde curve begint af te nemen, zal deze massa weer verminderen.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]

Opgelegde curveOpgemeten curveMassa onverbrande gassen

Figuur 6.43. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen. Poort open na

273 s.

6.3.5. Poort open in garage met roosters

In de situatie waarbij na 25 minuten de poort opengaat, werd vastgesteld dat er backdraft

optrad. Dat kwam doordat de brand uitgedoofd was wegens een tekort aan zuurstof. In de

garage waarbij langs de zijkant roosters voorzien zijn als ventilatieopeningen, zal de brand

echter niet uitdoven. Het is dus interessant om na te gaan wat er gebeurt als in deze garage de

poort na 25 minuten opengaat. Figuur 6.44 geeft een beeld van de warmteoverdrachtscurve.

Resultaten

80

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.44. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in de garage zonder boxen waarbij de

poort na 25 minuten (1500 s) opengaat. In de garage zijn roosters voorzien als


Voordat de poort opengaat – tijdens de eerste 1500 s van de simulatie – toont de

warmteoverdrachtscurve, evenals de opgebouwde massa, een gelijkaardig verloop als in de

eerder besproken simulatie met roosters (Figuur 6.7 in paragraaf 6.2.2). Tijdens deze periode

is er geen verschil tussen de twee simulaties. De brandende wagen staat op dezelfde plaats, en

de roosters zijn ook identiek. Dat de simulaties toch niet exact dezelfde waarden geven, heeft

te maken met het numerieke karakter van LES-berekeningen.

Wanneer de poort na 25 minuten opengaat, zal er geen backdraft optreden. Er zijn wel

onverbrande gassen aanwezig in de garage, maar die bevinden zich op dat moment in de

buurt van de wagen. Langs de sectionaalpoort zal nieuwe lucht in de garage komen, maar die

zal daar niet reageren.

Op het tijdstip waarop de poort opengaat, is de hoeveelheid onverbrande massa reeds aan het

verminderen. Dit zal nu verder doorgaan, totdat deze massa volledig verdwenen is en de

warmteoverdracht weer de opgelegde curve volgt.

6.3.6. Overdrukventilator

Een brandweerteam dat toekomt om een brand te blussen, heeft meestal een

overdrukventilator ter beschikking. Deze ventilator wordt gebruikt om lucht met groot debiet

Resultaten

81

in de brandende ruimte te stuwen. De bedoeling is de rook weg te blazen, om zo een

rookvrije toegangsweg voor de brandweer te creëren.

Er wordt een simulatie uitgevoerd voor de garage met afzonderlijke boxen waarbij de poort

na 12 minuten opengaat. Er wordt dan aan de ingang een ventilator opgesteld die lucht in de

garage blaast met een debiet van 33 000 m³/u.

Het resultaat voor de warmteoverdracht van deze simulatie staat in Figuur 6.45. Tijdens de

eerste 720 s – voordat de poort opengaat – loopt dit resultaat gelijk met het resultaat van de

garage met roosters als ventilatieopeningen (Figuur 6.7 in paragraaf 6.2.2). Door de roosters

kan zuurstof in de ruimte binnen, zodat de brand de opgelegde curve goed kan volgen.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.45. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen en

roosters als ventilatieopening. Poort open na 12 minuten met overdrukventilator.

Nadat de poort open is, verloopt de warmteoverdracht en de opbouw van massa op dezelfde

manier als in de simulatie van de gesloten garage waarbij de poort na twaalf minuten opengaat

(paragraaf 6.3.1.1, Figuur 6.31). Het gebruik van een overdrukventilator zal de brand alvast

niet op een andere manier doen verlopen.

Wanneer naar de temperaturen gekeken wordt (Figuur 6.46), dan blijken deze ook gelijkaardig

te zijn aan de temperaturen die worden opgemeten in de simulatie waarbij de poort na twaalf

minuten opengaat in de garage zonder roosters (Figuur 6.32 in paragraaf 6.3.1.1). De

Resultaten

82

temperatuur ter hoogte van de wagen ligt wel hoger in de simulatie waarbij de

overdrukventilator geplaatst wordt. Dit kan als een nadeel beschouwd worden, omdat de

structurele elementen zo zwaarder belast zullen worden.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]



afzonderlijke boxen. Poort open na 12 minuten met overdrukventilator.

Aan de nooduitgang en de sectionaalpoort verandert de temperatuur niet ten opzichte van de

simulatie waarbij de poort na twaalf minuten opengaat. Ook hier heeft de overdrukventilator

dus geen positieve invloed.

6.4. Sprinklers

Om het effect van sprinklers ten gronde te bestuderen, zouden alle vorige simulaties opnieuw

moeten uitgevoerd worden, maar dan met de aanwezigheid van sprinklers. Dat valt echter

buiten het tijdsbestek van deze studie. Er wordt daarom gekozen om twee toonaangevende

simulaties te herhalen met als verschil dat er nu boven elke parkeerplaats een sprinkler hangt.

In de simulaties van de garages – zonder sprinklers – waarbij geen ventilatieopeningen

aanwezig waren bleek dat de brand uitdoofde door zuurstoftekort. De druk in de garage steeg

snel, wat evacuatie bemoeilijkte. Deze simulatie bleek vooral interessant tijdens de eerste

minuten van de brand, om de situatie bij evacuatie te bestuderen.

Resultaten

83

De simulatie van een gesloten garage kan gecombineerd worden met de simulatie waarbij de

poort na 25 minuten opengaat. Daarbij trad het fenomeen backdraft op in de garage zonder


In de simulatie die zo bekomen wordt, kunnen tijdens het eerste gedeelte van de simulatie de

druk en temperatuur aan de nooduitgang opgemeten worden, en kan het uitdoven van de

brand bestudeerd worden.

Wanneer de poort opengaat, is het interessant om te kijken of er nog steeds backdraft kan

optreden wanneer er sprinklers in de garage aanwezig zijn.

Een tweede interessante simulatie was deze waarbij roosters als ventilatieopeningen in de

garage aanwezig waren. Doordat de mogelijkheid tot aanvoer van zuurstof nu aanwezig is in

de garage, dooft de brand niet uit. Ook hier is het interessant te onderzoeken of het verloop

hetzelfde blijft in een garage met een sprinklerinstallatie.

Er bestaan meerdere soorten van sprinklerinstallaties. In deze studie worden sprinklers

geïnstalleerd die op elk moment aangesloten zijn op een drukleiding. Zodra de

activeringstemperatuur bereikt wordt, treden ze in werking.

In de kleine parkeergarages wordt echter vaak een andere soort installatie gevraagd. Daarbij is

het leidingnetwerk van de sprinklers al aanwezig in de garage, maar zullen de leidingen pas

onder druk komen te staan als ze aangesloten worden door de brandweer. Dat wil zeggen dat

er eerst een bepaalde tijd zal verstrijken voordat de sprinklers in werking kunnen treden.

Deze sprinklerinstallatie wordt hier niet bestudeerd. Om daarover resultaten te kunnen geven,

zou een bijkomende studie uitgevoerd moeten worden.



De plaatsing en nummering van de sprinklers wordt getoond op onderstaande Figuur 6.47.

Boven elke parkeerplaats is een sprinklerkop voorzien.

Resultaten

84

Figuur 6.47. Plaatsing van de sprinklers in garage zonder boxen.

Elke sprinklerkop is ingesteld om in werking te treden van zodra zijn temperatuur 74°C

bereikt (zie paragraaf 4.1.4.1). De volgorde waarin de sprinklers in werking treden en het

tijdstip waarop, worden gesimuleerd en weergegeven in Tabel 4.

Sprinkler Activering

Nummer Tijd [s]

Sprinkler 3 141

Sprinkler 4 237

Sprinkler 2 285

Sprinkler 1 399

Sprinkler 5 609

Sprinkler 10 684

Sprinkler 6 732

Tabel 4. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage zonder boxen; poort

open na 25 minuten.

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12

Resultaten

85

De sprinklerkop die boven de brandende wagen staat, zal eerst in werking treden. Hoe verder

de sprinkler verwijderd is van de brandende wagen, hoe later deze in werking zal treden. Bij

het werken van de sprinkler, komt echter water op kampertemperatuur de ruimte binnen. Dit

water zal snel verdampen, maar neemt daardoor warmte op uit de omgevende rookgassen.

Hoe meer sprinklers in werking treden, hoe meer warmte opgenomen wordt. Zo komt het

dat een aantal sprinklers nooit een temperatuur bereiken die hoog genoeg is om hen te

activeren. Het gaat om de sprinklers die het verst van de brandende wagen geplaatst zijn.

Ook in de grafiek van de temperatuur in de garage (Figuur 6.48) is de aanwezigheid van

sprinklers op te merken. Belangrijk is dat de schaal van de temperatuursas drie keer kleiner is

dan bij alle voorgaande temperatuursgrafieken. Op het tijdstip waarop de sprinkler boven de

brandende wagen in werking treedt, vertoont de temperatuur ter hoogte van de brandende

wagen een duidelijke val. De temperatuursensor die in de simulaties geplaatst werd, ligt vlak

onder de sprinkler. Deze voelt dus onmiddellijk de invloed van het koude water dat uit de

sprinkler komt.

0

100

200

300

400

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.48. Temperatuur ter hoogte van brandende wagen, nooduitgang en sectionaalpoort in

garage zonder boxen met sprinklers. Poort open na 25 minuten.

De temperaturen in de garage zullen nooit een gelijkaardige waarde aannemen als in de

simulatie zonder sprinklers waarbij de poort na 25 minuten openging (Figuur 6.40). Bij

afwezigheid van sprinklers klom de temperatuur aan de wagen binnen 300 s boven 200°C.

Sprinkler boven de wagen treedt in werking

Resultaten

86

Deze temperatuur wordt op geen enkel moment gehaald in de simulatie waarbij wel

sprinklers aanwezig zijn. De sprinklers maken dus een duidelijk verschil.

Ook aan de nooduitgang en de sectionaalpoort (die een gelijkaardig temperatuurverloop

vertonen) ligt de temperatuur veel lager dan wanneer er geen sprinklers in de garage aanwezig

zijn.

Op Figuur 6.48 is na 25 minuten – wanneer de poort opengaat – een stijging van de

temperatuur te merken. Dit wijst op de aanwezigheid van backdraft. Ook in de grafiek van de

warmteoverdracht (Figuur 6.49) is deze backdraft te zien. Hier dient echter gelet te worden op

de beperkingen van het rekenprogramma. Zoals uitgelegd in paragraaf 4.1.2.3 houdt FDS

enkel rekening met de aanwezigheid van brandstof en zuurstof om de brand te laten

doorgaan. In werkelijkheid is ook het derde element van de branddriehoek nodig: een vonk

of voldoende temperatuur. Na 1500 s is de brand volledig uitgedoofd, dus zal er

waarschijnlijk geen vonk meer aanwezig zijn. De temperatuur is echter op dit moment ook

gedaald tot slechts 20°C. De aanwezigheid van backdraft lijkt hierdoor eerder onwaarschijnlijk.

Daarmee moet rekening gehouden worden bij het interpreteren van de resultaten van deze

simulatie.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

5

10

15

20

25

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.49. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen met sprinklers.

Poort open na 25 minuten.

Resultaten

87

Het is in nu ook interessant om na te gaan wat er aan de nooduitgang gebeurt wanneer in de

garage sprinklers aanwezig zijn. Daartoe zijn in Figuur 6.50 en Figuur 6.51 de eerste 300 s

weergegeven van respectievelijk temperatuur en relatieve druk aan de nooduitgang.

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Met sprinklersZonder sprinklers

Figuur 6.50. Temperatuur aan de nooduitgang. Garage zonder boxen, poort open na 25 minuten.

In Figuur 6.50 valt duidelijk op dat de temperatuur in de garage met sprinklers vanaf een

bepaald punt in de tijd zal afwijken van de temperatuur in de garage zonder sprinklers. Dit

verschil begint vanaf het moment dat de eerste sprinkler in werking treedt, nl. op 141 s na het

begin van de autobrand. Op dat moment komt koud water door de sprinkler de ruimte

binnen en zal de temperatuur afnemen. Naar evacuatie toe zal de temperatuur al beter zijn,

maar na 5 minuten is toch al 50°C bereikt aan de nooduitgang. De opwarming zal trager gaan,

maar toch zal de evacuatie uit de garage zeer snel moeten gebeuren.

De relatieve druk in de garage is volgens de ideale gaswet zowel evenredig met de massa in de

garage, als met de temperatuur:

)()( 00 TTRmVpp Crel +⋅⋅=⋅+ °

De sprinklers sproeien water in de garage, zodat de massa zal stijgen. Anderzijds zal de

temperatuur dalen omdat warmte onttrokken wordt om het koude water te verdampen. Het

is dus moeilijk te voorspellen wat het effect van de sprinklers zal zijn.

Resultaten

88

0

200

400

600

800

1000

1200

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Dru

k [P

a]


Figuur 6.51. Druk aan de nooduitgang. Garage zonder boxen, poort open na 25 minuten.

Uit de opgemeten waarden voor de relatieve druk (Figuur 6.51) blijkt dat de druk minder zal

stijgen in de garage met sprinklers dan in de garage zonder. Het effect van de verlaging van

temperatuur zal dus overwegen. Niettemin zal de maximaal toelaatbare druk toch al na zeer

korte tijd overschreden worden. Deze maximale druk van 60 Pa wordt al bereikt na minder

dan 90 s, nog voordat de eerste sprinkler in werking treedt. Dit betekent dat de evacuatie al

na anderhalve minuut voltooid zou moeten zijn.

6.4.1.2. Garage met boxen

De plaats van de sprinklers in de garage met afzonderlijke boxen is weergegeven in Figuur

6.52.

Resultaten

89

Figuur 6.52. Plaatsing van de sprinklers in garage met afzonderlijke boxen.

Het tijdstip van de activatie van elk van de sprinklers wordt uit de simulatie gehaald en is

weergegeven in onderstaande Tabel 5.


Nummer Tijd [s]

Sprinkler 3 96

Sprinkler 4 807

Sprinkler 6 810

Sprinkler 1 816

Sprinkler 7 816

Sprinkler 9 819

Sprinkler 5 825

Sprinkler 8 825

Sprinkler 2 828

Tabel 5. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage met afzonderlijke boxen;

poort open na 25 minuten.

1 2 3

4 5 6 7 8 9

Resultaten

90

De eerste sprinkler die in werking zal treden, is de sprinkler boven de brandende wagen.

Deze zal redelijk snel geactiveerd worden. De temperatuur in de box loopt immers snel hoog

op. Vanaf het moment dat de sprinkler geactiveerd wordt, zal hij water in de garagebox

sproeien. Dit water verandert de pyrolyse van de wagen (paragraaf 4.1.4.5), zodat de

warmteoverdracht vermindert (Figuur 6.53). Na ongeveer 750 s is te merken dat de

warmteoverdracht een plotse stijging kent. Op dit moment verplaatsen de onverbrande

gassen zich buiten de box, waar ze weer in contact komen met zuurstof.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

5

10

15

20

25

30

35

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.53. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen en

sprinklers. Poort open na 25 minuten.

Daardoor zal de temperatuur in de andere delen van de garage plots stijgen, en de overige

sprinklers treden snel na elkaar in werking na ongeveer 800 s. Daarna zal de

warmteoverdracht weer dalen. Daar zijn twee redenen voor. Ten eerste zal het water de

pyrolyse van de wagen veranderen en ten tweede is er niet voldoende zuurstof in de ruimte

om de brand gaande te houden. Er is immers geen opening waarlangs verse lucht de garage

binnen kan. De brand dooft uit binnen 22 minuten nadat hij begon.

Wanneer de poort opengaat – na 1500 s – is op de warmteoverdrachtscurve te zien dat

backdraft optreedt. Net als bij de garage zonder boxen moet hierbij voor ogen gehouden

worden dat de temperatuur in de garage op dat moment nogal laag is (Figuur 6.54). De kans

Resultaten

91

is klein dat er nog een vonk in de garage is die voor backdraft kan zorgen. Waarschijnlijk zal

deze backdraft dus niet optreden.

0

100

200

300

400

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.54. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen, nooduitgang en sectionaalpoort in

garage afzonderlijke boxen en sprinklers. Poort open na 25 minuten.

6.4.2. Sprinklers en roosters


In de garage zonder boxen, waarbij sprinklers samen met ventilatieopeningen aanwezig zijn,

zullen meer sprinklers geactiveerd worden (Tabel 6) dan in de garage met sprinklers waarbij

na 25 minuten de poort openging (Figuur 6.47.Tabel 4).

De eerste acht sprinklers treden op ongeveer hetzelfde tijdstip in werking als in de simulatie

waarbij de poort opengaat na 25 minuten. Na ongeveer 750 s begon de brand uit te sterven in

de gesloten garage, terwijl hij in de garage met roosters nog voldoende zuurstof heeft om de

opgelegde curve te volgen. De temperatuur zal daardoor nog niet beginnen dalen (Figuur

6.56), zodat na verloop van tijd ook nog drie andere sprinklers hun activeringstemperatuur

bereiken en water in de garage zullen sproeien. Vanaf dat moment – ongeveer na 900 s – zal

de temperatuur in de garage beginnen dalen. De laatste sprinkler zal niet in werking treden

omdat op die plaats de temperatuur nooit voldoende hoog wordt.

Resultaten

92


Nummer Tijd [s]

Sprinkler 3 136

Sprinkler 4 245

Sprinkler 2 280

Sprinkler 1 421

Sprinkler 5 631

Sprinkler 10 690

Sprinkler 6 752

Sprinkler 11 846

Sprinkler 7 865

Sprinkler 9 865

Tabel 6. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage zonder boxen met

roosters als ventilatieopeningen.

Uit de grafiek van de warmteoverdracht in de garage (Figuur 6.55) volgt dat door de

sprinklers, de brand zal uitdoven omdat het water uit de sprinklers de pyrolyse van de wagen

aantast. Eén van de sprinklers staat vlak boven de brandende wagen, dus vallen de druppels

midden in de vlammen.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5M

assa

[kg]


Figuur 6.55. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen met sprinklers

en roosters.

Resultaten

93

Nadat de brand uitgedoofd is (na ongeveer 1500 s) valt de berekende temperatuur terug op

20°C (Figuur 6.56). Omdat de brand uitdooft en omdat koud water in de ruimte binnenkomt,

zullen de temperaturen nooit dezelfde waarde bereiken als bij simulatie van de garage zonder

sprinklers (Figuur 6.11). Wanneer in de garage zonder boxen enkel roosters aanwezig zijn –

en dus geen sprinklers – haalt de temperatuur waarden boven 400°C. Zijn er wel sprinklers in

de garage, dan is de maximumtemperatuur ongeveer 200°C (Figuur 6.56).

0

100

200

300

400

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

NooduitgangAuto

Figuur 6.56. Temperatuur ter hoogte van nooduitgang en brandende wagen in garage zonder boxen

met sprinklers en roosters.

6.4.2.2. Garage met boxen

In de garage met afzonderlijke boxen ziet de activatie van de sprinklers er heel anders uit dan

in de garage zonder boxen. Onderstaande Tabel 7 geeft het tijdstip van activatie van elke

sprinkler weer.

De sprinkler boven de wagen zelf treedt al in werking na slechts 93 s. Zoals uit eerder

besproken simulaties al bleek, bereikt de temperatuur boven de wagen in de garage met

afzonderlijke boxen zeer hoge waarden

Resultaten

94


Nummer Tijd [s]

Sprinkler 3 93

Sprinkler 4 900

Sprinkler 9 903

Sprinkler 1 912

Sprinkler 6 912

Sprinkler 7 918

Sprinkler 8 921

Sprinkler 2 933

Sprinkler 5 933

Tabel 7. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage met afzonderlijke boxen

en roosters als ventilatieopeningen.

Al snel is de temperatuur hoog genoeg om de sprinkler boven de wagen in werking te laten

treden. In Figuur 6.57 is dit ook merkbaar. Op het tijdstip van activatie van de eerste

sprinkler daalt de temperatuur boven de wagen plots.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.57. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en roosters.

Resultaten

95

De kleine garagebox zal zich snel vullen met water en waterdamp van de sprinkler. De

temperatuur zal daardoor redelijk laag blijven boven de brandende wagen. Ook aan het

verloop van de warmteoverdracht (Figuur 6.58) is te merken dat de brand in de box de

opgelegde curve niet kan volgen, omdat hij afgeremd wordt door het water uit de sprinkler.

Na 900 s is er echter een piek in de warmteoverdracht. Dat komt doordat de brand zich plots

verplaats buiten de garagebox, waar meer zuurstof aanwezig is. Deze plotse verhoging van

warmteoverdracht is merkbaar over heel de garage. De temperatuur aan de nooduitgang

(Figuur 6.59) zal plots stijgen, en het zal ook op dit moment zijn dat alle andere sprinklers

ongeveer tegelijk in werking treden.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

5

10

15

20

25

Mas

sa [k

g]


Figuur 6.58. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen,

roosters en sprinklers.

In de garage met afzonderlijke boxen sterft de brand niet uit. Dat komt doordat hij zich

verplaatst buiten de poort van de box, in de gang. Daar zijn echter geen sprinklers aanwezig,

zodat de invoed van de druppels geringer is dan in de garage zonder boxen. Mochten er zich

in deze gang ook sprinklers bevinden, dan zal de brand naar alle waarschijnlijkheid ook

uitdoven, zoals in de garage zonder boxen (Figuur 6.55). Om dit met zekerheid te kunnen

stellen, zijn echter bijkomende simulaties nodig.

Resultaten

96

0

100

200

300

400

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 6.59. Temperatuur aan de nooduitgang in garage met afzonderlijke boxen en roosters.

Terwijl de temperatuur boven de wagen veel lager zal liggen wanneer er sprinklers aanwezig

zijn in de garage (Figuur 6.57), blijkt dat niet zo te zijn aan de nooduitgang (Figuur 6.59). De

temperatuur ligt wel lager dan in de garage zonder sprinklers, maar het verschil is minder

groot. Dat komt doordat de brand zich in beide gevallen – zowel wanneer er sprinklers in de

garage zijn, als wanneer deze er niet zijn – verplaatst buiten de poort, dichter in de buurt van

de nooduitgang. Omdat er in de gang geen sprinklers zijn, is de invloed van de waterdruppels

geringer en dooft de brand niet. Hierdoor ligt de temperatuur niet zoveel lager wanneer er

sprinklers in de garage zijn.

Resultaten

97

Hoofdstuk 7. VARIATIE VAN PARAMETERS

7.1. Fijnheid van het rekenrooster

In de voorlopige versie van Annex B van de norm NBN S21-208-2 voor de RWA-berekening

in parkeergarages, wordt gesteld dat een simulatie herhaald moet worden met een fijner

rekenrooster als de maximale temperatuur in de buurt van de brand minder dan 800°C

bedraagt. Wanneer het verschil tussen de maximale temperaturen van beide simulaties minder

dan 10 % bedraagt, mogen de berekende waarden als juist aangenomen worden.

In bovenstaande studie werd deze situatie bekomen in de garage met afzonderlijke boxen,

wanneer de brand uitdooft – m.a.w. wanneer de garage gesloten is of er enkel pvc-buizen

aanwezig zijn. Bij de garage zonder boxen, komt in geen enkele simulatie de temperatuur

boven 800°C. Het rekenrooster wordt dus aangepast om te onderzoeken of deze berekende

temperatuur dezelfde waarde aanhoudt.

Het oorspronkelijke rekenrooster van de simulaties die in besproken werden is opgebouwd

uit kubische cellen met ribbe van 25 cm In het verfijnde rooster blijven lengte en breedte van

de cellen behouden op 25 cm, maar de hoogte wordt gehalveerd, zodat nu een cel bekomen

wordt met afmetingen 25 x 25 x 12,5 cm³.

In de simulatie van de garage met afzonderlijke boxen en pvc-buizen als ventilatieopeningen,

is het verloop van de temperatuur boven de brandende wagen alvast gelijkaardig voor beide

onderzochte roosters (Figuur 7.1). De maximumtemperatuur van het grovere rekenrooster is

698°C, en van het fijnere rooster is dat 663°C. Het verschil is dus kleiner dan 6 %, wat wil

zeggen dat de waarden die in de simulatie met het grovere rooster gevonden werden, niet

sterk zullen veranderen wanneer een fijner rooster wordt gekozen.

Resultaten

98

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

25x25x2525x25x12.5

Figuur 7.1. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met boxen en pvc-buizen.

Ook in de garage zonder boxen met roosters als ventilatieopeningen lopen de temperaturen

nogal gelijkaardig. De temperaturen met het fijnere rooster liggen tijdelijk lager, maar komen

uiteindelijk weer op dezelfde waarden uit. De maximale temperatuur in het oorspronkelijke

rooster is 472°C, en in het fijnere rooster is dit 439°C. Het verschil is kleiner dan 8%, dus het

oorspronkelijke rooster is fijn genoeg.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

25 x 25 x 2525 x 25 x 12,5

Figuur 7.2. Temperatuur boven de brandende wagen in garage zonder boxen met roosters.

Resultaten

99

7.2. Plaats van de wagen

In Figuur 7.3 wordt de nummering van de parkeerplaatsen in de garage met afzonderlijke

boxen getoond. In alle simulaties die besproken werden in Hoofdstuk 6 staat de brandende

wagen op plaats 3. Ter vergelijking wordt een simulatie uitgevoerd waarbij de wagen op plaats

9 geparkeerd staat.

Figuur 7.3. Nummering van parkeerplaatsen in garage met afzonderlijke boxen.

Als simulatie wordt de garage met afzonderlijke boxen waarbij roosters aanwezig zijn als

ventilatieopeningen bestudeerd. In deze simulatie dooft de brand niet uit (paragraaf 6.2.2.1),

zodat ook maximale temperaturen boven de brandende wagen vergeleken kunnen worden.

In vergelijking met Figuur 6.7, waar de wagen op plaats 3 geparkeerd staat, wordt de

opgelegde curve beter gevolgd op plaats 9 (Figuur 7.4). Dat komt doordat de ingang van de

box vlak naast het rooster ligt, zodat de zuurstof die de garage binnenkomt, makkelijker tot

bij de brandende wagen zal geraken. Er worden ook onverbrande gassen gevormd, maar

minder dan wanneer de wagen op plaats 3 staat.

1 2 3

4 5 6 7 8 9

Resultaten

100

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Mas

sa [k

g]


Figuur 7.4. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen,

brand op plaats 9, roosters als ventilatieopeningen.

Ook aan het verloop van de temperatuur is te merken dat er zich meer zuurstof in de box zal

bevinden wanneer de wagen op plaats 9 staat, dan wanneer hij op plaats 3 staat. In Figuur 7.5

is te zien – zoals al opgemerkt in paragraaf 6.2.2 – dat de temperatuurcurve boven de wagen

een dal vertoont wanneer de wagen op plaats 3 staat. Op dat moment verplaatst de brand

zich namelijk buiten de poort, waar de zuurstof te vinden is.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Plaats 9Plaats 3

Figuur 7.5. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en roosters.

Resultaten

101

Staat de wagen op plaats 9, dan blijkt de brand zich niet te verplaatsen en zal de temperatuur

boven de wagen geen daling kennen. Er komt nog zuurstof binnen in de box – omdat deze

vlak naast het rooster ligt – en de brand kan doorgaan in de garagebox zelf.

Aan de nooduitgang vormt zich op die manier de omgekeerde situatie (Figuur 7.6). Staat de

wagen op plaats 3, dan verplaatst de brand zich gedurende een deel van de simulatie buiten

de box. Deze brand ligt dan dichter in de buurt van de nooduitgang, zodat de temperatuur

daar zal stijgen. Wanneer de brandende wagen op plaats 9 staat, dan blijft de brand in de

garagebox, zodat de temperatuur aan de nooduitgang minder hoog wordt dan wanneer de

wagen op plaats 3 geparkeerd is.

0

40

80

120

160

200

240

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Plaats 9Plaats 3


7.3. Grootte van de ventilatieopening

Uit de besproken simulaties in hoofdstuk 6 blijkt dat wanneer er enkel pvc-buizen als

ventilatieopeningen in de garage zijn (paragraaf 6.2.1), backdraft optreedt. Zijn de

ventilatieopeningen grotere roosters (paragraaf 6.2.2), dan wordt dit fenomeen niet

waargenomen. Nu stelt zich de vraag wat de minimale grootte is waarbij geen backdraft meer

voorkomt. Dit is echter niet eenvoudigweg te onderzoeken met een rekenprogramma.

Resultaten

102

Het al dan niet optreden van backdraft kan bijvoorbeeld ook afhankelijk zijn van het gebruikte

rekenrooster. Heeft een ventilatieopening de grootte van een enkele cel (zoals in de simulaties

met pvc-buizen), dan kan op elk moment ofwel lucht door de opening naar binnen gaan,

ofwel rook naar buiten. Bestaat de oppervlakte van een ventilatieopening uit meerdere cellen

(zoals in de simulaties met roosters), dan is het mogelijk dat bijvoorbeeld door de bovenste

cellen rook naar buiten gaat, terwijl door de onderste cellen lucht binnen komt. Hoe fijner het

rekenrooster gekozen wordt, hoe meer cellen er in de ventilatieopening zullen bevat zitten en

hoe nauwkeuriger kan berekend worden hoeveel rook naar buiten gaat en hoeveel lucht naar

binnen. Hoe fijner het rooster echter, hoe langer ook de rekentijd. Er moet dus een

evenwicht gezocht worden, waarbij het rekenrooster fijn genoeg is om de werkelijkheid te

benaderen, maar waarbij de rekentijd toch enigszins binnen de perken gehouden wordt.

Daarbij zullen echter de berekeningen niet perfect overeenstemmen met de werkelijkheid.

De exacte minimale grootte van de ventilatieopening bepalen waarbij geen backdraft meer zal

optreden, is dus niet haalbaar met een rekenprogramma. Het is echter wel duidelijk dat de

ventilatieopening groot genoeg moet zijn opdat er tegelijk rook naar buiten en lucht naar

binnen kan. Door de ventilatieopeningen moet een zeker massadebiet rook naar buiten om

de druk in de garage op atmosfeerdruk te houden. Wanneer de ventilatieopeningen slechts de

oppervlakte van pvc-buizen hebben, is de snelheid van de rook die door de buizen naar

buiten gaat zeer groot. Het is onwaarschijnlijk dat er tezelfdertijd door deze buizen ook lucht

naar binnen komt. Zijn de ventilatieopeningen roosters met grote oppervlakte, dan is de

snelheid door de roosters klein. Het is nu eerder mogelijk dat er ook lucht binnenkomt,

terwijl rook naar buiten gaat door de roosters.

7.4. Meerdere wagens in brand

In de voorlopige versie van Annex B van de norm NBN S 21-208-2 [4] is ook een

experimenteel opgemeten curve opgenomen van de convectieve warmteoverdracht van twee

brandende wagens. Onder invloed van de brand van een eerste wagen, kan immers ook een

tweede wagen gaan branden. Dit kan enkel gebeuren in de garage zonder boxen. In de garage

waar wel afzonderlijke boxen zijn, worden de wagens gescheiden door een betonnen muur,

zodat de brand zich niet op een tweede wagen kan overzetten.

Resultaten

103

In het experiment werd enkel de totale convectieve warmteoverdracht opgemeten. Wanneer

deze twee brandende wagens gesimuleerd moeten worden, is echter per wagen een

warmteoverdrachtscurve nodig. Deze moeten dus afgeleid worden uit de curve van beide

brandende wagens samen.

De experimenteel opgemeten warmteoverdrachtscurve voor twee brandende wagens heeft

exact hetzelfde verloop als de opgemeten curve voor één brandende wagen tijdens de eerste

600 s van de brand. Vanaf dat moment echter begint de warmteoverdracht sterker te stijgen

in het geval van twee brandende wagens. Dit zal dus het tijdstip zijn waarop de tweede wagen

vuur vat. Als de som wordt gemaakt van twee keer de experimenteel opgemeten curve voor

één brandende wagen – waarbij de tweede curve pas begint na 600 s – dan blijkt deze som

toch af te wijken van de opgemeten warmteoverdracht bij twee brandende wagens (Figuur

7.7). Het verschil tussen deze twee curven wordt op elk tijdstip gehalveerd en opgeteld of

afgetrokken van elk van de aparte curven, naargelang de som van de warmteoverdracht van

de twee aparte wagens respectievelijk kleiner of groter is dan de opgemeten

warmteoverdracht voor twee wagens.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

Experimenteel opgemetenSom van twee aparte wagens

Figuur 7.7. Opgelegde warmteoverdrachtscurve in garage zonder boxen.

Resultaten

104

Zo worden twee verschillende warmteoverdrachtscurves bekomen (Figuur 7.8), die een

gelijkaardige vorm hebben als de experimenteel opgemeten curve voor een enkele brandende

wagen. Deze warmteoverdrachtscurves worden elk aan een andere wagen opgelegd in FDS,

om zo de brand van twee wagens zo correct mogelijk na te bootsen.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

Auto 1Auto 2

Figuur 7.8. Opgelegde warmteoverdrachtscurven aan twee brandende wagens in garage zonder

boxen.

In de garage zonder boxen staan de twee brandende wagens naast elkaar, zoals te zien is op

Figuur 7.9. De wagen met nummer 1 is de oorspronkelijk brandende wagen, die op dezelfde

plaats staat als in de simulaties uit hoofdstuk 6 waar slechts één wagen brandt. Na 600 s vat

de wagen met nummer 2 vuur.

Resultaten

105

Figuur 7.9. Plaats van de brandende wagens in de garage.

7.4.1. Gesloten garage

In de gesloten garage zonder boxen waarbij één auto in brand staat, dooft de brand uit door

een zuurstoftekort (Figuur 6.3). Staan er nu twee brandende wagens in de garage, dan zal de

brand ook doven (Figuur 7.10).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

50

100

150

200

250

300

Mas

sa [k

g]


Figuur 7.10. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen met twee

brandende wagens.

2 1

Resultaten

106

De opgelegde warmteoverdracht is nu nog hoger dan wanneer er slechts één brandende

wagen in de garage staat, zodat nog meer zuurstof nodig is om de curve te kunnen volgen. De

opgelegde curve wordt zolang gevolgd als het zuurstofgehalte in de garage toelaat, en zal

daarna snel doven. De brand zal vroeger uitgestorven zijn dan wanneer er slechts één wagen

brandt. Wanneer de brand helemaal gedoofd is, begint de massa onverbrande gassen zich

sterk op te bouwen.

Omdat de brand al na korte tijd dooft, zal de temperatuur boven de brandende wagens nooit

de maximaal mogelijke waarde bereiken (Figuur 7.11). De waarde die bereikt wordt, is echter

wel al 400°C, wat het maximum is dat gehaald wordt in alle simulaties met slechts één

brandende wagen, ook van deze waarbij het vuur niet dooft (Figuur 6.11). Er kan verwacht

worden dat de bereikte temperaturen nog veel hoger liggen wanneer er voldoende zuurstof in

de ruimte aanwezig is, en de brand niet dooft.

0

100

200

300

400

500

600

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Auto 1Auto 2Nooduitgang

Figuur 7.11. Temperatuur ter hoogte van brandende wagens en nooduitgang in garage zonder boxen.

De temperatuur boven de tweede wagen, die pas na 600 s begint te branden, loopt in het

begin trager op. Zodra deze wagen ook brandt, komen de temperaturen van beide wagens

echter dicht bij elkaar te liggen.

Resultaten

107

Aan de nooduitgang loopt de temperatuur trager op, maar ook hier is het vooral belangrijk de

temperatuur te kennen tijdens de eerste 5 minuten na het begin van de brand – de periode

voor evacuatie. Op dat moment zal enkel de eerste wagen in brand staan. De situatie is dus

dezelfde als bij een brand van een enkele wagen, en de temperatuur en druk volgen hetzelfde

verloop wanneer twee wagens bij de brand betrokken zijn. (Figuur 7.12).

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

0

200

400

600

800

1000

1200

Dru

k [P

a]

TemperatuurRelatieve druk

Figuur 7.12. Temperatuur en relatieve druk aan de nooduitgang tijdens eerste 300 s. Garage zonder

boxen met twee brandende wagens.

7.4.2. Garage met roosters

Wanneer roosters aanwezig zijn in de garage zonder boxen en er is slechts één brandende

wagen, dan zorgen de roosters voor voldoende zuurstof om de brand gaande te houden

(Figuur 6.10). Zijn er nu twee wagens aan het branden, dan is meer zuurstof nodig om deze

brand niet te laten doven. De temperaturen zullen ook hoger liggen, zodat er meer massa de

garage uit moet om de druk op atmosfeerdruk te kunnen houden. Deze twee effecten zorgen

ervoor dat de brandcurve van twee wagens niet gevolgd zal kunnen worden, ondanks de

aanwezigheid van roosters als ventilatieopeningen (Figuur 7.13).

Resultaten

108

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900

Tijd [s]

War

mte

over

drac

ht [k

W]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Mas

sa [k

g]


Figuur 7.13. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen, met roosters.

Twee wagens in brand.

De temperatuur boven de wagens klimt eerst tot boven 500°C, maar zal dan terug dalen

doordat de brand niet de opgelegde warmteoverdracht kan halen. De maximale temperatuur

is nu wel al hoger dan in de garage zonder boxen waar slechts één auto brandt.

0

100

200

300

400

500

600

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Auto 1Auto 2Nooduitgang

Figuur 7.14. Temperatuur ter hoogte van brandende wagens en nooduitgang. Garage zonder boxen,

met roosters en twee wagens in brand.

Resultaten

109

7.5. Omgevingstemperatuur

De simulaties in hoofdstuk 6 zijn uitgevoerd met een omgevingstemperatuur van 20°C, de

standaardwaarde in FDS. De voorlopige versie van Annex B van de norm NBN S 21-208-2

[4] vraagt dat een met een begintemperatuur van 15°C wordt gerekend. Een simulatie wordt

uitgevoerd om het verschil te bestuderen.

De berekende temperatuurscurve aan de nooduitgang in de garage met afzonderlijke boxen

en pvc-buizen als ventilatieopeningen is te zien op Figuur 7.15. Op deze grafiek is te lezen dat

het verschil tussen beide simulaties niet zeer groot is.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]

Begintemperatuur 15°CBegintemperatuur 20°C

Figuur 7.15. Temperatuur aan de nooduitgang in garage met afzonderlijke boxen en pvc-buizen.

Wanneer op kleinere schaal gekeken wordt naar de temperaturen, blijkt het verschil van 5°C

aangehouden te worden (Figuur 7.16). Het blijft wel zo dat binnen zeer korte tijd een kritieke

temperatuur wordt opgemeten aan de nooduitgang. Een temperatuur van 50°C wordt slechts

20 s later bereikt wanneer uitgegaan wordt van een lagere omgevingstemperatuur. Er is dus

nog steeds weinig tijd voorhanden voor evacuatie van personen.

Resultaten

110

0

20

40

60

80

100

120

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 7.16. Temperatuur aan de nooduitgang tijdens de eerste 300 s. Garage met afzonderlijke boxen

en pvc-buizen.

Ook boven de brandende wagen blijven de temperaturen ongeveer dezelfde wanneer van een

lichtjes verschillende omgevingstemperatuur wordt uitgegaan (Figuur 7.17). De vorm van de

curve is ongeveer dezelfde, en slechts lokaal treden er kleine verschillen op.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000

Tijd [s]

Tem

pera

tuur

[°C

]


Figuur 7.17. Temperatuur boven brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en pvc-buizen.

Omdat bij geen enkele van de simulaties in hoofdstuk 6 exacte temperatuurwaarden

besproken werden, maar eerder een algemeen verloop, kan gesteld worden dat het verschil in

begintemperatuur geen merkbare invloed heeft op de resultaten. Het verloop van de

Resultaten

111

temperaturen blijft er immers hetzelfde uitzien, en de maximale waarden die bereikt worden,

zijn ook ongeveer gelijk.

Besluit

112

DEEL 3. BESLUIT

MAATREGELS IN KLEINE PARKEERGARAGES

In deze studie werd in eerste instantie onderzocht welke maatregels de verschillende

brandweerkorpsen vragen met betrekking tot brandbeveiliging in een kleine parkeergarage.

Deze maatregels werden dan gesimuleerd met een computerprogramma. Een modelbrand

voor een brandende wagen werd daarbij gebruikt. De resultaten van de berekeningen worden

hieronder besproken.

In sommige gemeenten wordt er geen specifieke maatregel gevraagd in een kleine

parkeergarage. De ondergrondse garage zal dan een gesloten geheel zijn, zonder

ventilatieopeningen. In de uitgevoerde simulaties zijn ook geen spleten of openingen

waarlangs rook buitenkan, of lucht naar binnen. Wanneer brand optreedt in deze garage, zal

de ruimte zich heel snel vullen met rook. Daardoor daalt de zichtbaarheid, wat evacuatie

bemoeilijkt. Ook zal de temperatuur in de garage stijgen zolang er voldoende zuurstof is om

de brand gaande te houden. Het gevolg is dat de druk snel oploopt. De druk mag echter niet

te hoog worden, zodat de deur nog met menselijke kracht geopend kan worden. De

richtwaarde van 60 Pa wordt al overschreden binnen zeer korte tijd – minder dan drie

minuten in de simulaties waarbij een modelbrand van één brandende wagen wordt gebruikt –

zodat er slechts weinig tijd voorhanden is voor evacuatie van personen.

Doordat er initieel slechts een beperkte hoeveelheid zuurstof in de garage aanwezig is – en er

geen mogelijkheid is tot toevoer van verse lucht – zal de brand binnen 25 minuten na

aanvang uitdoven bij het gebruik van de modelbrand.

Het zuurstofgehalte in de kleine gesloten garage hangt voor een groot deel af van het volume

van de garage. Hoe groter de garage, hoe langer het duurt voordat het zuurstofgehalte onder

de kritieke waarde daalt waarbij verstikking kan optreden. In de kleinste van de bestudeerde

garages wordt de kritieke grens bereikt na ongeveer 9 minuten.

Een veel voorkomende toepassing die door verschillende brandweerkorpsen wordt gevraagd

is het plaatsen van ventilatieopeningen. Die variëren in grootte van enkele pvc-buizen tot

roosters met een oppervlakte van meer dan 4 m².

Besluit

113

Wanneer de ventilatieopeningen beperkt zijn tot de grootte van pvc-buizen, blijken deze niet

groot genoeg om verse lucht in de garage te brengen. De brand zal uitdoven, op dezelfde

manier als wanneer er geen ventilatieopeningen aanwezig zijn in de garage. Door deze pvc-

buizen kunnen echter wel rookgassen de parkeergarage verlaten, waardoor de druk niet stijgt

aan de nooduitgang. Er is dan meer tijd voor evacuatie van personen.

Doordat de brand uitdooft, kunnen ventilatiegecontroleerde verschijnselen optreden, zoals

het gevaarlijke fenomeen backdraft.

Wanneer de ventilatieopeningen groter zijn, zal de druk ook niet stijgen. Er kan nu echter wel

verse lucht naar binnen. De brand zal daardoor niet uitdoven, en backdraft kan niet optreden.

Omdat er de mogelijkheid is om lucht binnen te laten, zal ook het kritieke zuurstofgehalte pas

op een later tijdstip bereikt worden. In de kleinste bestudeerde garage is dit na ongeveer 14

minuten.

Wanneer mechanische ventilatie gevraagd wordt in een kleine parkeergarage, wordt bedoeld

dat de lucht in de garage tien keer per uur ververst moet worden. De ventilatie zou dan bij

brand een rookvrije weg kunnen creëren, zowel voor evacuatie als bij aankomst van de

brandweer. Dit gewenste effect wordt echter niet bereikt. In grote parkeergarages lukt dat

wel, omdat daar de rook uit de weg geblazen kan worden naar plaatsen waar er zich geen

rook bevindt, om zo een gewenste rookvrije weg te maken. In een kleine parkeergarage zal de

ruimte echter volledig gevuld zijn met rook, zodat deze niet “uit de weg” geblazen kan

worden.

Sprinklers in de parkeergarage zullen koud water in de ruimte sproeien. Bij het verdampen

van de druppels nemen ze warmte op uit de rookgassen, waardoor de temperatuur bij brand

in de garage lager zal liggen dan in een garage zonder sprinklers. Ook kan het water uit de

sprinklers het vuur doven. De lage temperatuur zorgt er ook voor dat de onverbrande gassen

niet meer spontaan kunnen ontsteken, wat backdraft vermijdt.

Om de effecten van sprinklers goed te kunnen voorspellen is echter nog meer onderzoek

nodig.

Besluit

114

AANKOMST VAN DE BRANDWEER

De aankomst van de brandweer wordt in de simulaties nagebootst door de toegangspoort te

laten opengaan. Gemiddeld komt de brandweer 12 minuten na het begin van de brand toe.

Op dat moment is de brand nog niet uitgedoofd. Doordat er nu een opening is waarlangs

verse lucht de garage binnen kan, zal de brand niet doven.

Als de poort pas zou opengaan nadat de brand uitgedoofd is – bijvoorbeeld 25 minuten na

het begin van de brand – dan kan er backdraft optreden. In de garage zijn namelijk

onverbrande gassen aanwezig. Wanneer de poort opengaat komen deze gassen in contact met

zuurstof. Bij voldoende hoge temperatuur zullen ze ontsteken. De plotse stijging van

temperatuur veroorzaakt een drukopbouw en de brandende gassen zullen uit de

toegangspoort geduwd worden, wat een soort van vuurbal veroorzaakt buiten de poort. Dit is

een zeer gevaarlijk fenomeen voor de brandweer die ter plaatse gekomen is.

Ten slotte kan de poort ook automatisch opengaan bij detectie van brand. Daartoe kunnen

zowel rook- als temperatuurdetectors in de garage geplaatst worden. Binnen vijf minuten na

het ontstaan van de brand geven deze detectoren alarm, zodat de poort opengaat terwijl de

brand nog niet aan het uitsterven is. Er is nu voldoende zuurstofaanvoer mogelijk zodat de

brand niet zal doven. Het automatisch laten opengaan van de poort is dus een eenvoudige

maatregel om backdraft te vermijden.

VERSCHILLEN TUSSEN DE GARAGES

Twee verschillende garages werden bestudeerd. In de eerste garage staat elke wagen in een

aparte box. Deze box is afgesloten door betonnen muren en een poort waarin enkele

openingen zijn om rookafvoer mogelijk te maken. In de andere garage is er geen fysische

scheiding tussen de parkeerplaatsen. De wagens staan naast elkaar geparkeerd.

Uit de resultaten van deze studie blijkt dat er een groot verschil is tussen deze twee garages.

In de garage zonder boxen wordt de wagen immers omringd door lucht en is er ook veel

stroming mogelijk, zodat warmte wordt afgevoerd door convectie in de parkeergarage. In de

andere garage staat de wagen in een gesloten box. Warmteoverdracht kan enkel gebeuren

door de kleine openingen in de poort. Door dit verschil zal de temperatuur boven de

Besluit

115

brandende wagen in de garage met afzonderlijke boxen veel hoger liggen dan in de andere

garage. Dit is belangrijk voor de structurele elementen in de garage. Temperaturen tot 1200°C

worden bereikt in de simulaties met een modelbrand in de garage met afzonderlijke boxen,

wat zeer nadelig is voor het beton waaruit de garage gebouwd is.

Aan de nooduitgang zijn de waarden van de temperatuur gelijkaardig voor beide garages. Hier

is namelijk in de twee situaties omringende lucht aanwezig die voor afkoeling door convectie

kan zorgen.

In de garage zonder boxen is uitbreiding mogelijk van de brand. Deze kan immers overslaan

op een naburige wagen. Wanneer dit gebeurt, laten de uitgevoerde simulaties – waarbij een

modelbrand voor twee brandende wagens wordt gebruikt – vermoeden dat de temperatuur

hoog kan oplopen als er voldoende zuurstof aanwezig is in de garage. Meer onderzoek is

nodig om na te gaan of het mogelijk is om voldoende zuurstof te voorzien in een kleine

parkeergarage met twee brandende wagens, en om de grootteorde van temperatuur te kunnen

voorspellen.

BRANDBEVEILIGING

De resultaten van de simulaties kunnen nu toegepast worden op de drie pijlers van

brandbeveiliging.

Het eerste doel van brandbeveiliging is het redden van mensenlevens. Dit komt erop neer dat

evacuatie mogelijk moet gemaakt worden. Wanneer in een garage geen enkele opening naar

de buitenlucht voorzien is, zal de druk zeer snel stijgen. De personen die op dat moment in

de garage aanwezig zijn, zijn niet bij machte om de nooddeur open te doen en zitten dus

gevangen in de garage. De oplossing hiervoor is het voorzien van ventilatieopeningen. Zelfs

enkele pvc-buizen hebben voldoende oppervlakte om de overtollige massa naar buiten te

laten en de druk op atmosfeerdruk te houden, zodat evacuatie kan doorgaan.

Er moet ook op gelet worden dat het zuurstofgehalte in de garage hoog genoeg is tijdens de

evacuatieperiode om te vermijden dat mensen omkomen door verstikking. Wanneer roosters

aanwezig zijn, zal de kritieke waarde pas na 14 minuten bereikt worden. Bij de garage zonder

openingen of met pvc-buizen is dit al na 9 minuten. Op deze tijdstippen zal de temperatuur

Besluit

116

in de garage echter al zeer hoog zijn, zodat evacuatie misschien onmogelijk gemaakt wordt

voordat het percentage zuurstof te laag wordt. Naar evacuatie toe zou het dus kunnen dat de

aanwezigheid van roosters geen groot verschil maakt.

Om aan de tweede pijler te voldoen moet de veiligheid van de brandweer gewaarborgd zijn

tijdens de interventie. Uit de uitgevoerde simulaties blijkt dat backdraft kan optreden wanneer

de brand uitdooft voordat de brandweer ter plaatse is. Dit fenomeen kan dodelijk zijn, en

dient dus vermeden te worden. Een mogelijke oplossing is het plaatsen van

ventilatieopeningen die groot genoeg zijn, zodat ze verse lucht in de garage laten om de brand

gaande te houden.

Soms is het plaatsen van grote ventilatieopeningen niet mogelijk. Een andere mogelijkheid is

het automatisch openen van de toegangspoort bij detectie van brand. Op die manier kan

lucht de garage binnen, om de brand niet te laten doven. Ook is zo de toegangsweg voor de

brandweer al vrijgemaakt, zodat daar geen tijd mee verloren wordt.

Ten derde wordt brandbeveiliging ook voorzien om schade te beperken. Hierbij speelt de

bouw van de garage een grote rol, hoewel het een afweging blijft van voor- en nadelen.

Wanneer de wagens elk in een afzonderlijke box geparkeerd staan, loopt de temperatuur

boven de brandende wagen zeer hoog op, wat nadelig is voor de structurele elementen in de

garage, met name het beton en staal waaruit de garage gebouwd is.

Staan de wagens naast elkaar geparkeerd, dan ligt de temperatuur veel lager. In dit geval is er

echter wel de mogelijkheid dat de brand zal overslaan op een andere wagen, wat niet kan

gebeuren in de garage met afzonderlijke boxen, omdat de brand daar ingesloten is.

Bijlage

117

BIJLAGE

Bijlage

118

Hoofdstuk 8. REKENVOORBEELD: MENGFRACTIE

De massafracties van de componenten zijn de volgende:

Massafractie propaan: kgkgYB 56828,0= , met 83HC de chemische formule van propaan.

Massafractie zuurstof kgkgYO 0

2=

Massafractie stikstof kgkgYN 30877,0

2=

Massafractie water kgkgY OH 050265,0

2=

Massafractie CO2 kgkgYCO 063389,0

2=

Massafractie CO kgkgYCO 0025356,0=

Massafractie roet kgkgYC 0067578,0=

Waarbij ∑=

=N

jjY

11

Nu moet de massa van een element per kilogram component bepaald worden. Voor een

component yx BA geldt:

BA

ABAA MyMx

Mxyx ⋅+⋅

⋅=,μ ,

Met iM de atoommassa van element i.

We voeren dit rekenvoorbeeld uit voor koolstof (C). Dan is de massa koolstof per kilogram

component:

kgkg

kmolkg

kmolkg

BC 81818,0)18123(

123, =

⋅+⋅

⋅=μ

Bijlage

119

kgkg

OC 02, =μ

kgkg

NC 02, =μ

kgkg

OHC 02, =μ

kgkg

kmolkg

kmolkg

COC 27272,0)162121(

1212, =

⋅+⋅

⋅=μ

kgkg

kmolkg

kmolkg

COC 42857,0)161121(

121, =

⋅+⋅

⋅=μ

kgkg

kmolkg

kmolkg

CC 1121

121, =

⋅

⋅=μ

Zodat de massafractie van koolstof gelijk wordt aan:

∑=

==N

jjjiC Yz

1, 49033,0μ

Zuiver lucht bevat enkel stikstof (N2) en zuurstof (O2). Er zit dus geen koolstof in, zodat

02222 ,,, =⋅+⋅= I

NNCI

OOCLC YYz μμ

Met de massafractie zuurstof in zuiver lucht 23,02=I

OY en de massafractie stikstof in zuiver

lucht 77,02=I

NY .

In zuiver propaan (C3H8) zit wel koolstof, dus geldt dat

81818,0,, =⋅= IBBCBC Yz μ ,

Waarbij IBY de massafractie propaan is in zuiver brandstof, of dus 1=I

BY .

Nu kan de mengfractie berekend worden als

599,0,,

, =−

−=

LCBC

LCCC zz

zzZ

Bijlage

120

Indien de berekeningen voor een ander element zouden uitgevoerd worden, bekomt men

dezelfde mengfractie.

Bij deze mengfractie komen op Figuur 8.1 de massafracties overeen die vooropgesteld

werden bij het begin van deze berekeningen.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Mengfractie [-]

Mas

safra

ctie

[kg/

kg]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Mas

safra

ctie

[kg/

kg]

PropaanO2CO2N2H2O

Figuur 8.1. Massafractie in functie van de mengfractie voor de verbranding van propaan

Deze figuur is een herhaling van Figuur 4.1.

Zst

Bijlage

121

Hoofdstuk 9. WARMTEOVERDRACHT NAAR EN DOORHEEN DE WAND

In LES-berekeningen wordt de convectieve warmteoverdracht naar de muren berekend als

Thqc Δ⋅=′′& met ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ Δ= 3

15

43

1PrRe037,0,max

LkTCh

Met cq ′′& : Convectieve warmteoverdracht naar de wand

TΔ : Verschil tussen de wandtemperatuur en de gastemperatuur

C: Natuurlijke convectiecoëfficiënt; 1,31 voor een verticale wand, 1,52 voor een

horizontale wand.

k: Thermische conductiviteit van het gas.

L: Karakteristieke lengte (meestal 1 m gekozen)

Re: Reynoldsgetal gebaseerd op karakteristieke lengte en eigenschappen van het gas.

Pr: Prandtlgetal gebaseerd op eigenschappen van het gas.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen twee soorten van materialen. Voor een thermisch ‘dik’

materiaal, dient men vier constanten te specifiëren:

Thermische conductiviteit [ ]mKWks

Densiteit ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3mkgρ

Specifieke warmte ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅KkgkJc p

Dikte [ ]mΔ . Dit is niet de dikte van de wand, maar eerder de dikte van de buitenste laag.

Met deze opgegeven waarden kan een ééndimensionale conductievergelijking toegepast

worden voor de temperatuur Ts doorheen het materiaal.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

∂∂

=∂∂

xT

kxt

Tc s

ss

ssρ en vrcs

s HmqqtxT

k Δ′′−′′+′′=∂∂

− &&&),0(

Waarbij sρ de temperatuursafhankelijke densiteit van het materiaal is. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

3mkg

Bijlage

122

sc de temperatuursafhankelijke specifieke warmte is. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅Kkg

kJ

sk de temperatuursafhankelijke thermische geleidbaarheid voorstelt. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅KmkW

cq ′′& de convectieve warmteflux is aan het oppervlak. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

2mkW

rq ′′& de radiatieve warmteflux is aan het oppervlak. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

2mkW

x de as is die naar het midden van de wand richt, met 0=x het oppervlak.

vHΔ de verdampingswarmte voorstelt. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡kgkJ

m ′′& de pyrolysesnelheid van de brandstof is. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

smkg

2

Deze pyrolysesnelheid wordt gegeven door een wet van Arrhenius RTE

sAeAm /−=′′ ρ&

Met R : De universele gasconstante, Kmol

JR⋅

= 47,8314

A : Een vermenigvuldigingsfactor.

AE : De activatieenergie. ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡molJ

De factor A en de activatieenergie EA worden zodanig gekozen dat het materiaal brandt in de

omgeving van een vooropgestelde temperatuur.

Gaat het om een thermisch ‘dun’ materiaal, dan dient slechts één constante opgegeven te

worden, namelijk het product van de specifieke warmte, densiteit en dikte

[ ]KmkJc p ⋅

Δ⋅⋅ 2ρ . Er wordt dan verondersteld dat de temperatuur constant is over de

gehele dikte van de wand.

Bijlage

123

Deze wandtemperatuur zal onder andere afhankelijk zijn van de overdracht door convectie

en straling:

δρ ss

vrcs

cHmqq

dtdT Δ′′−′′+′′

=&&&

Waarbij dezelfde notaties gelden als hierboven, en de pyrolysesnelheid ook met de wet van

Arrhenius berekend wordt.

Referenties

124

REFERENTIES

[1] P. VANDEVELDE, A. BRÜLS. Brandveiligheid in gebouwen - Deel 1: Passieve

beveiliging. Isib, Gent (2000)

[2] B. KARLSSON, J.G. QUINTIERE. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press, Boca Raton,

Florida (2000)

[3] Koninklijk besluit tot vaststelling van de basisnormen voor de preventie van brand

en ontploffing waaraan de nieuwe gebouwen moeten voldoen (7 juli 1994)

[4] Brandbeveiliging in gebouwen – Ontwerp van de rook- en warmteafvoersystemen

(RWA) in gesloten parkeergebouwen. NBN S21 – 208 – 2 (2006)

[5] J. SMAGORINKSY. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I.

The Basic Experiment. Monthly Weather Review, 91 (3): 99-164 (1963)

[6] C. HUGGETT. Estimation of Rate of Heat Release by Means of Oxygen

Consumption Measurements. Fire and Materials, 4(2):61-65 (1980)

[7] K. MCGRATTAN. Fire Dynamics Simulator (Version 4) Technical Reference Guide.

U.S. Government Printing Office, Washington (2006)

[8] G. HESKESTAD, R.G. BILL. Quantification of Thermal Responsiveness of Automatic

Sprinklers Including Conduction Effects. Fire Safety Journal, 14:113–125 (1988)

[9] N. CHEREMISINOFF. Encyclopedia of Fluid Mechanics, Volume 3: Gas-Liquid Flows.

Gulf Publishing Company, Houston, Texas (1986)

Lijst van figuren

125

LIJST VAN FIGUREN

Figuur 2.1. Ontwikkeling van brand in een gesloten ruimte...........................................................5

Figuur 4.1. Massafractie in functie van de mengfractie voor de verbranding van propaan .....16

Figuur 4.2. Opgelegde brandcurve. Convectieve warmteoverdracht in functie van de tijd.....24

Figuur 4.3. Plaatsing van sprinklerdruppels in FDS. De druppels worden geïnjecteerd op

plaatsen in de blauwe zone. ...........................................................................................26

Figuur 5.1. Parkeergarage zonder boxen. ........................................................................................31

Figuur 5.2. Parkeergarage met afzonderlijke boxen. ......................................................................33

Figuur 6.1. Warmteoverdracht gesloten garage, met boxen. ........................................................37

Figuur 6.2. Gemiddelde relatieve druk en absolute temperatuur ter plaatse van de

nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen...........................................................38

Figuur 6.3. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen...........40


nooduitgang. Garage zonder afzonderlijke boxen. ....................................................41

Figuur 6.5. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen - garage met boxen

en pvc-buizen als ventilatieopeningen. ........................................................................43


nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen en pvc-buizen als

ventilatieopeningen. ........................................................................................................44

Figuur 6.7. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen - garage met boxen, roosters als

ventilatieopeningen. ........................................................................................................45

Figuur 6.8. Beelden van de brand in de garage met afzonderlijke boxen en roosters als

ventilatieopeningen. Links: 840 s, rechts: 1200s.........................................................46

Figuur 6.9. Temperatuur in garage met afzonderlijke boxen, roosters als ventilatieopening. .47

Figuur 6.10. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen – garage zonder boxen, roosters

als ventilatieopeningen. ..................................................................................................48

Figuur 6.11. Temperatuur in garage zonder boxen, roosters als ventilatieopening.....................49

Figuur 6.12. Vergelijking temperatuur ter hoogte van brandende wagen, beide garages met

roosters als ventilatieopeningen. ...................................................................................49

Lijst van figuren

126

Figuur 6.13. Gemiddelde absolute temperatuur ter plaatse van de nooduitgang. Beide garages

met roosters als ventilatieopeningen. ...........................................................................50

Figuur 6.14. Warmteoverdracht en onverbrande gassen in garage met afzonderlijke boxen en

mechanische ventilatie....................................................................................................52

Figuur 6.15. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage met afzonderlijke

boxen. ...............................................................................................................................53

Figuur 6.16. Voorstelling van de brandhaard. Beeld op 1347 s na het begin van de brand.

Links: natuurlijke ventilatie; rechts: mechanische ventilatie. ....................................53

Figuur 6.17. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen...54

Figuur 6.18. Temperatuur aan nooduitgang tijdens eerste 300s. Garage met afzonderlijke

boxen. ...............................................................................................................................55

Figuur 6.19. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte. Garage met

afzonderlijke boxen. .......................................................................................................56

Figuur 6.20. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens de eerste

300 s. Garage met afzonderlijke boxen........................................................................56

Figuur 6.21. Warmteoverdracht in garage zonder boxen. Verschil tussen mechanische en

passieve ventilatie. ...........................................................................................................58

Figuur 6.22. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage zonder boxen. ...........58

Figuur 6.23. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage zonder boxen.....................59

Figuur 6.24. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens eerste 300 s.

Garage zonder boxen. ....................................................................................................60

Figuur 6.25. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen. Garage met afzonderlijke

boxen ................................................................................................................................61

Figuur 6.26. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang. Garage met afzonderlijke boxen...62

Figuur 6.27. Temperatuur aan nooduitgang tijdens eerste 300s. Garage met afzonderlijke

boxen. ...............................................................................................................................63

Figuur 6.28. Zichtbaarheid in het midden van de garage, op 1,75 m hoogte tijdens de eerste

300 s. Garage met afzonderlijke boxen........................................................................63

Figuur 6.29. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen - garage met boxen

en pvc-buizen als ventilatieopeningen. ........................................................................65

Figuur 6.30. Warmteoverdracht – massa zuurstof en onverbrande gassen. Gesloten garage

zonder boxen. ..................................................................................................................65

Figuur 6.31. Warmteoverdracht in garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 720 s........67

Lijst van figuren

127

Figuur 6.32. Temperatuur ter hoogte van de nooduitgang, brandende wagen en

sectionaalpoort in garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 720 s. .............67

Figuur 6.33. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen. Poort

open na 720 s...................................................................................................................69

Figuur 6.34. Temperatuur ter hoogte van nooduitgang, brandende wagen en sectionaalpoort in

garage zonder boxen. Poort open na 720 s. ................................................................69

Figuur 6.35. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage met afzonderlijke

boxen. Poort open na 900 s...........................................................................................70


boxen. Poort open na 1500 s. .......................................................................................72

Figuur 6.37. Visualisatie in Smokeview van backdraft in de garage met afzonderlijke boxen, poort

open na 25 minuten. .......................................................................................................72


sectionaalpoort in de garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 25 minuten.

...........................................................................................................................................73


open na 1500 s.................................................................................................................74


sectionaalpoort in de garage zonder boxen. Poort open na 25 minuten. ...............74

Figuur 6.41. Warmteoverdracht in de garage met afzonderlijke boxen. Poort open na 108 s. .77


afzonderlijke boxen. Poort open na 108 s...................................................................77


open na 273 s...................................................................................................................79

Figuur 6.44. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in de garage zonder boxen

waarbij de poort na 25 minuten (1500 s) opengaat. In de garage zijn roosters

voorzien als ventilatieopeningen...................................................................................80


boxen en roosters als ventilatieopening. Poort open na 12 minuten met

overdrukventilator...........................................................................................................81


afzonderlijke boxen. Poort open na 12 minuten met overdrukventilator. .............82

Figuur 6.47. Plaatsing van de sprinklers in garage zonder boxen. .................................................84

Lijst van figuren

128

Figuur 6.48. Temperatuur ter hoogte van brandende wagen, nooduitgang en sectionaalpoort in

garage zonder boxen met sprinklers. Poort open na 25 minuten. ...........................85

Figuur 6.49. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen met

sprinklers. Poort open na 25 minuten..........................................................................86

Figuur 6.50. Temperatuur aan de nooduitgang. Garage zonder boxen, poort open na 25

minuten.............................................................................................................................87

Figuur 6.51. Druk aan de nooduitgang. Garage zonder boxen, poort open na 25 minuten......88

Figuur 6.52. Plaatsing van de sprinklers in garage met afzonderlijke boxen. ...............................89


boxen en sprinklers. Poort open na 25 minuten. .......................................................90

Figuur 6.54. Temperatuur ter hoogte van de brandende wagen, nooduitgang en

sectionaalpoort in garage afzonderlijke boxen en sprinklers. Poort open na 25

minuten.............................................................................................................................91


sprinklers en roosters......................................................................................................92

Figuur 6.56. Temperatuur ter hoogte van nooduitgang en brandende wagen in garage zonder

boxen met sprinklers en roosters..................................................................................93

Figuur 6.57. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en

roosters. ............................................................................................................................94


boxen, roosters en sprinklers. .......................................................................................95

Figuur 6.59. Temperatuur aan de nooduitgang in de garage met afzonderlijke boxen en

roosters. ............................................................................................................................96

Figuur 7.1. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met boxen en pvc-buizen. ...98

Figuur 7.2. Temperatuur boven de brandende wagen in garage zonder boxen met roosters. 98

Figuur 7.3. Nummering van parkeerplaatsen in garage met afzonderlijke boxen. ....................99


boxen, brand op plaats 9, roosters als ventilatieopeningen. ...................................100

Figuur 7.5. Temperatuur boven de brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en

roosters. ..........................................................................................................................100


.........................................................................................................................................101

Figuur 7.7. Opgelegde warmteoverdrachtscurve in garage zonder boxen. ..............................103

Lijst van figuren

129

Figuur 7.8. Opgelegde warmteoverdrachtscurven aan twee brandende wagens in garage

zonder boxen. ................................................................................................................104

Figuur 7.9. Plaats van de brandende wagens in de garage. .........................................................105


twee brandende wagens. ..............................................................................................105

Figuur 7.11. Temperatuur ter hoogte van brandende wagens en nooduitgang in garage zonder

boxen. .............................................................................................................................106

Figuur 7.12. Temperatuur en relatieve druk aan de nooduitgang tijdens eerste 300 s. Garage

zonder boxen met twee brandende wagens. .............................................................107

Figuur 7.13. Warmteoverdracht en massa onverbrande gassen in garage zonder boxen, met

roosters. Twee wagens in brand..................................................................................108

Figuur 7.14. Temperatuur ter hoogte van brandende wagens en nooduitgang. Garage zonder

boxen, met roosters en twee wagens in brand..........................................................108

Figuur 7.15. Temperatuur aan de nooduitgang in garage met afzonderlijke boxen en pvc-

buizen..............................................................................................................................109

Figuur 7.16. Temperatuur aan de nooduitgang tijdens de eerste 300 s. Garage met

afzonderlijke boxen en pvc-buizen.............................................................................110

Figuur 7.17. Temperatuur boven brandende wagen in garage met afzonderlijke boxen en pvc-

buizen..............................................................................................................................110

Figuur 8.1. Massafractie in functie van de mengfractie voor de verbranding van propaan ...120

Lijst van tabellen

130

LIJST VAN TABELLEN

Tabel 1. Waarden van de instellingen in FDS om sprinklers te berekenen. ..........................27

Tabel 2. Meetwaarden van rook- en temperatuurdetector boven de brandende wagen. ....76

Tabel 3. Meetwaarden van rook- en temperatuurdetector boven de brandende wagen .....78

Tabel 4. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage zonder boxen; poort

open na 25 minuten ........................................................................................................84

Tabel 5. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage met afzonderlijke

boxen; poort open na 25 minuten ................................................................................89

Tabel 6. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage zonder boxen met

roosters als ventilatieopeningen....................................................................................92

Tabel 7. Volgorde en tijdstip van activering van de sprinklers, garage met afzonderlijke

boxen en roosters als ventilatieopeningen...................................................................94

STUDIE VAN BRAND IN KLEINE ONDERGRONDSE … · Dankwoord i DANKWOORD Mijn eerste woord van dank...

Documents

Transcript of STUDIE VAN BRAND IN KLEINE ONDERGRONDSE … · Dankwoord i DANKWOORD Mijn eerste woord van dank...