Development and assessment of experimetnal and numerical tools for characterization of externally venting flames and evaluation of their effect on building facades

Ο σχεδιασμός έναντι πυρασφάλειας αποτελεί έναν σχετικά νέο ερευνητικό πεδίο, ειδικά στην Ελλάδα, κατά τον οποίο απαιτείται βαθιά κατανόηση των εμπλεκόμενων φυσικών φαινομένων προκειμένου να γίνει εφικτή με αποτελεσματικό τρόπο η εγγύησης της ασφάλειας μειώνοντας τις απώλειες λόγω πυρκαγιάς, βελτιώνοντας το νομοθετικό πλαίσιο, βελτιώνοντας την ανάλυση μετά το πέρας μιας πυρκαγιάς και αυξάνοντας την περιβαλλοντολογική προστασία. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διενεργήθηκε η θεωρητική, πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση της διάδοσης πυρκαγιάς σε κτίρια και συστήματα προσόψεων λόγω Φλογών Εξερχόμενων από Άνοιγμα (ΦΕΑ).Κατά την διάρκεια μιας πυρκαγιάς σε ένα κτίριο, οι φλόγες ενδέχεται να εξέλθουν από ανοίγματα και έχει παρατηρηθεί ότι αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός εξάπλωσης φωτιάς σε προσόψεις που ευθύνεται για την διάδοση της πυρκαγιάς σε άλλους ορόφους ή και παρακείμενα κτίρια. Σήμερα, λόγω των ολοένα και αυστηρότερων απαιτήσεων για την βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κτιρίων, υπάρχει μια αυξανόμενη τάση για την εγκατάσταση εύφλεκτων υλικών θερμομόνωσης στις προσόψεις τους. Αυτή η πρακτική εξοικονόμησης ενέργειας μπορεί να επηρεάσει δυσμενώς τα χαρακτηριστικά πυρασφάλειας του κτιρίου που σχετίζονται με ΦΕΑ. Ωστόσο, η πλειοψηφία των κωδικών πυρασφάλειας δεν παρέχουν συγκεκριμένες μεθοδολογίες για την αξιολόγηση των κινδύνων που συνδέονται με ΦΕΑ, δεδομένου ότι οι νέες απαιτήσεις σχεδιασμού πρόσοψη και τα υλικά κατασκευής αμφισβητούν τις καθιερωμένες λύσεις πυρασφάλειας. Μια πληθώρα πρόσφατων πυρκαγιών και εξάπλωσής τους λόγω ΦΕΑ σε ψηλά κτίρια, με αποτέλεσμα ένα μεγάλο αριθμό θυμάτων, δομικές βλάβες και απώλεια περιουσίας, γεγονός που καθιστά την ανάγκη για βελτίωση των κανονισμών πυροπροστασίας μια επείγουσα προτεραιότητα.Με αυτόν τον γνώμονα δημιουργείται και αξιολογείται μια εμπεριστατωμένη μεθοδολογία ενώ συλλέγονται και παρουσιάζονται για πρώτη φορά οι απαραίτητες πληροφορίες για έναν μηχανικό πυρασφάλειας προκειμένου να μπορέσει να αξιολογήσει μια πληθώρα Εμπειρικών Συσχετίσεωνχέσεων (Ε.Σ.) και μεθοδολογιών κατά την διάρκεια σχεδιασμού έναντι ΦΕΑ. Πιο αναλυτικά, παρουσιάζεται μια εκτεταμένη ανασκόπηση της φαινομενολογίας και των στοιχείων πυρασφάλειας που αφορούν την διάδοση φωτιάς λόγω ΦΕΑ, δίνοντας έμφαση στην επίδραση των γεωμετρικών και θερμικών χαρακτηριστικών πλουμίων ΦΕΑ αλλά και της ροής θερμότητας σε συστήματα προσόψεων. Συγκεντρώνεται για πρώτη φορά ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων των πιο πρόσφατων πειραμάτων φωτιάς μεσαίας και μεγάλης κλίμακας, που δίνουν έμφαση σε ΦΕΑ, παρέχοντας έτσι την δυνατότητα να αναγνωριστούν οι πιο σημαντικοί παράμετροι που επηρεάζουν την εξέλιξη ΦΕΑ. Διενεργείται επίσης και μια ανάλυση ευαισθησίας των βασικών παραμέτρων Ε.Σ. και ευρέως χρησιμοποιούμενων μεθοδολογιών οι οποίες χρησιμοποιούνται κατά τον σχεδιασμό πυρασφάλειας και εντοπίζονται με αυτόν τον τρόπο τα όρια εφαρμογής και οι περιορισμοί χρήσης τους. Σχεδιάστηκαν και διενεργήθηκαν μια σειρά πειραμάτων φωτιάς μεσαίας κλίμακας προκειμένου να διενεργηθούν οι φυσικοί μηχανισμοί και οι παράμετροι που επηρεάζουν την εξέλιξη ΦΕΑ. Συγκεκριμένα διενεργείται παραμετρική μελέτη προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της ποσότητας πυροθερμικού φορτίου και της γεωμετρίας του ανοίγματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην εκτίμηση των δυναμικών χαρακτηριστικών του πλουμίου ΦΕΑ. Επιπλέον, σχεδιάστηκε και διενεργήθηκε ένα καινοτόμο μεγάλης κλίμακας πείραμα προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση ΦΕΑ σε Συστήματα Αεριζόμενης Πρόσοψης. Αναπτύσσεται μια αυτόνομη υπολογιστική μεθοδολογία για την ακριβή περιγραφή των χαρακτηριστικών ΦΕΑ σε μεσαίας και μεγάλης κλίμακας διατάξεις δωματίων πρόσοψης το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα πλαίσια των κανονισμών σχεδιαστικής απόδοσης. Σε αυτήν την μεθοδολογία ενσωματώθηκε και μεθοδολογία για την ακριβή πρόλεξη της αντίδρασης γυψοσανίδας σε υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος φωτιάς. Οι προλέξεις αξιολογούνται χρησιμοποιώντας δεδομένα μεσαίας κλίμακας αλλά και μεγάλης κλίμακας. Επιπλέον, αξιολογούνται Ε.Σ. και μεθοδολογίες για την εκτίμηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών πλουμίων ΦΕΑ, θερμοκρασία του κεντρικού άξονα πλουμίου ΦΕΑ και εκτίμησης ροής θερμότητας στην εκτιθέμενη πλευρά συστημάτων πρόσοψης χρησιμοποιώντας διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα μεσαίας και μεγάλης κλίμακας από την βιβλιογραφία αλλά και από τα πειράματα που διενεργήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής.Η καινοτομία της παρούσας διατριβής έγκειται στο ότι η εκτεταμένη θεωρητική, πειραματική και υπολογιστική διερεύνηση της διάδοσης πυρκαγιάς σε κτίρια και συστήματα προσόψεων λόγω ΦΕΑ ενσωματώθηκε για πρώτη φορά σε μια ενιαία μεθοδολογία μελέτης πυρασφάλειας προσόψεων. Επιπλέον, δημιουργήθηκε βάση δεδομένων πειραματικών μετρήσεων δοκιμών φωτιάς μεγάλης κλίμακας με εστίαση σε ΦΕΑ. Αυτή η βάση δεδομένων καθώς και τα πειράματα μεσαίας και μεγάλης κλίμακας που διενεργήθηκαν επιπλέον στα πλαίσια της παρούσας διατριβής χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας. Επιπλέον αναπτύχθηκαν υπολογιστικά εργαλεία επεξεργασίας εικόνας για εντοπισμό ΦΕΑ και διόρθωσης τιμής θερμοκρασίας λόγω ακτινοβολίας στο εσωτερικό δωματίων φωτιάς.