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Sistemi pressurizzati o filtri fumo? Soluzioni per la sicurezza dell’esodo a confronto

* Riproponiamo l’articolo apparso originariamente sulla rivista Antincendio n. 12-2021, disponibile anche in versione PDF.

Tabella dei Contenuti

 

Nel presente articolo si riportano alcuni requisiti applicabili ai sistemi pressurizzati per vani scala, sulla base di quanto previsto dalla normativa tecnica europea applicabile, anche in riferimento al fenomeno della cascata di pressione. In particolare,  viene dimostrata la continuità dell’impostazione tra l’attuale norma EN 12101-6:2005 e la futura norma EN 12101-13, di prossima pubblicazione. L’articolo propone, infine, alcuni esempi di progettazione di sistemi pressurizzati per vani scala, confrontando le soluzioni progettuali proposte con la soluzione classica di pressurizzazione delle sole lobbies.

INTRODUZIONE

Con la pubblicazione del DM 18/10/2019 (aggiornamento del Codice di Prevenzione Incendi DM 3/8/2015) sono state ribadite e precisate le caratteristiche dei filtri a prova di fumo e dei compartimenti a prova di fumo, già presenti nel DM 3/8/2015.

Il Codice, nel capitolo S.8 e soprattutto nel capitolo S.3, recepisce e offre alcuni cenni di sviluppo di quanto era stato recepito anche dalla norma UNI 9494:2017, nelle sue due versioni per i sistemi di evacuazione naturali (SENFC) e forzati (SEFFC) che annoverava, sulla scia delle recenti categorie europee, per la prima volta tra i sistemi di controllo del fumo i sistemi a differenza di pressione. La norma UNI 9494:2017 non sviluppa il tema né fa esplicito riferimento a normative volontarie (tecniche) in merito, di fatto rimandando l’argomento alla UNI 12101-6 e allineandosi in tal modo al Codice, che la considera soluzione conforme.

Come noto, i filtri a prova di fumo rappresentano una consolidata conoscenza del panorama normativo cogente italiano della prevenzione incendi, la prima menzione risale addirittura al DM 30/11/1983. L’aver destinato una serie di nuove disposizioni riguardanti i compartimenti a prova di fumo rappresenta un impegno notevole di aggiornamento delle tecniche di controllo del fumo attualmente riconosciute in Italia da parte del normatore.

Le indicazioni relative ai filtri a prova di fumo nel DM 3/8/2015 e s.m.i.  sono sostanzialmente un riordino delle disposizioni precedenti, mentre la vera novità introdotta dal Codice è l’introduzione del concetto di compartimento a prova di fumo, inteso come compartimento antincendio in cui il controllo del fumo avviene applicando anche la norma EN 12101-6:2005. In questa definizione generica vanno inclusi anche i vani scala, che rappresentano l’applicazione tipica dei sistemi pressurizzati nella normativa tecnica europea.

Va detto per inciso che le norme tecniche europee che affrontano il tema della pressurizzazione, una per tutte la EN 12101-6:2005, rivolgono la propria attenzione alla protezione diretta dei percorsi di esodo, in una visione dinamica della sicurezza degli occupanti che vede il vano scala occupare un posto di rilievo. In questo quadro è inserito anche il riferimento alle lobbies, nel nostro panorama normativo intese come filtri a prova di fumo.

In altre parole essendo il vano scala un locale dove il fumo, in linea di principio, non deve propagarsi, è necessario che vi venga stabilito e mantenuto il più elevato livello di sovrappressione rispetto ai locali dove è in atto l’incendio.

CONFRONTO DELLE SOLUZIONI

Per poter garantire un vano scala “a prova di fumo” si può ricorrere alla soluzione classica dove, in corrispondenza di ogni piano, il vano scala viene disaccoppiato mediante un locale filtro a prova di fumo (pressurizzazione delle lobbies), oppure attraverso la messa in pressione dell’intero vano scala.

Soluzione 1: pressurizzazione delle lobbies con filtri fumo

Secondo l’impostazione classica in ogni lobby viene installato un sistema di sovrappressione, mentre il vano scala rimane completamente privo di pressurizzazione in quanto disconnesso dinamicamente rispetto ai piani dell’edificio.

Per riuscire poi ad applicare questo schema anche nel caso i cui le lobbies non fossero precedentemente previste, si usa inserirle nel disegno allo specifico scopo di separare il vano scale dai locali al piano con l’intento di poterle pressurizzare. Si vedano le figure 1 e 2.

In questa impostazione, vengono poi previsti dai progettisti dei kit di sovrappressione o prodotti similari, azionati comunemente da batterie tampone a 24 oppure 48 volt, dotati di ventole che arrivano, nei casi più favorevoli, a portate di circa 4000 m3/h.

Risulta comunemente accettato il fatto che tali sistemi sono efficaci finché le porte della lobby rimangono chiuse. Il discorso cambia quando gli occupanti, nel loro percorso di esodo, attraversano la lobby per raggiungere il vano scale, aprendo la porta di entrata nella lobby e successivamente anche la porta di entrata nel vano scale. È chiaro che in tale condizione il requisito di sovrappressione non può più essere mantenuto (c’è almeno una porta aperta) e quindi il fumo dell’incendio, non più contrastato nella sua propagazione, è libero di saturare la lobby.

In questo caso la norma EN 12101-6 raccomanda un certo controflusso minimo, attraverso la porta di comunicazione tra l’incendio e la lobby, che sia in grado di contrastare la pressione che i fumi esercitano verso la lobby stessa. La velocità di questo controflusso di aria va da 0.75 m/s a 2.00 m/s, in funzione della classe del sistema. Ora, è sufficiente un semplice calcolo per vedere che tali velocità di controflusso, attraverso porte di dimensioni correnti, richiedono portate dell’ordine dei 7000÷9000 m3/h o più, senza contare i contributi provenienti da altri elementi come la porosità delle pareti, la presenza di porte ascensori e così via.

Per evitare la saturazione della lobby occorrerebbe dunque una prestazione che il kit, così concepito, potrebbe non essere in grado di fornire, a meno di prevedere un numero maggiore di apparecchi e di svolgere le opportune considerazioni.

In assenza di “controflusso”, se il filtro non è stato correttamente progettato, potrebbe accadere che a porta aperta il fumo dell’incendio sia libero di entrare nella lobby, che si satura in breve tempo, fenomeno favorito anche dalla ripetizione delle aperture/chiusure delle porte quando gli esodanti siano numerosi. Nella pratica si assiste spesso al ricorso a soluzioni progettuali di questo tipo senza però ulteriori approfondimenti, scelta che può pregiudicare il rispetto dei requisiti normativi.

Si vedano le figure 1 e 2.

FIGURA 1 – Principi operativi a confronto: le indicazioni normative tratte dalla EN 12101-6 sulla pressurizzazione differenziata per il vano scala e le lobbies a confronto con lo schema che prevede la pressurizzazione delle sole lobbies. È illustrato il caso di afflusso aria dal basso (bottom air inlet).
FIGURA 2 – Principi operativi a confronto: le indicazioni normative tratte dalla EN 12101-6 sulla pressurizzazione differenziata per il vano scala e le lobbies a confronto con lo schema che prevede la pressurizzazione delle sole lobbies. La presenza di ascensori o di altri fattori di perdita dinamica rappresenta un fattore di criticità. È illustrato il caso di afflusso aria dall’alto (top air inlet).

Cosa succede nel frattempo nel vano scale? Ricordiamo che in esso non è previsto alcun tipo di sovrappressione, caratteristica che invece è ben presente nella lobby adiacente. È sufficiente a questo punto che venga aperta la porta che mette in comunicazione la lobby con il vano scale affinché il fumo, sospinto dalla sovrappressione, rischi di propagarsi liberamente nel vano scale. Il fenomeno sarà amplificato in funzione del numero di aperture successive della porta  di accesso alla lobby.

Soluzione 2: progettare un sistema pressurizzato con la EN 12101-6

Ma allora, qual è la soluzione che previene il verificarsi di questa inefficienza? È la norma EN 1210-6 stessa a rispondere, prevedendo all’occorrenza una pressurizzazione differenziata per l’intero vano scala e le eventuali lobbies. In tal modo l’aria immessa nel vano scala per ottenerne la pressurizzazione seguirà un percorso (che va comunque studiato e dimensionato adeguatamente) di scarico verso lo spazio esterno che, attraverso una diminuzione progressiva della perdita di carico , produrrà una cascata di sovrappressioni nei locali attraversati. Si veda la figura 3.

Per comprendere la componentistica necessaria ripercorriamo brevemente il tipico ciclo di funzionamento di un PDS (Pressure Differential System, sistema a pressione differenziale), così come previsto dalla norma EN 12101-6.

All’inizio del ciclo di attivazione del sistema c’è, tipicamente, un allarme di rivelazione incendio (IRAI) proveniente da un certo piano dell’edificio. È quindi necessario che l’IRAI sia organizzato per zone, ed ogni zona corrisponda ad un piano distinto.
Il segnale di allarme deve essere inviato ad un quadro di comando dedicato a ricevere gli input e a inviare gli output ai vari componenti del PDS per garantirne la rispondenza al mutare degli scenari di incendio e delle condizioni operative del momento. La presenza del quadro di comando è dunque essenziale e non accessoria.
Ci può essere anche il caso in cui per qualche motivo (un guasto, un falso contatto, un’anomalia di qualche tipo) il fumo venga rivelato nel vano scala prima che al piano. In questo caso il quadro del PDS dovrebbe ignorare l’allarme, per due motivi:
Potrebbe trattarsi di un falso allarme. In questo caso è chiaro che il PDS non deve attivarsi;
Il fumo potrebbe essere realmente presente nel vano scale. Si tratterebbe ovviamente di una qualche anomalia, ma anche in questo caso il PDS non si dovrebbe attivare per non propagare il fumo ai piani non interessati dall’incendio. Ricordiamo per inciso che anche qui, come in tutte le normative antincendio, vale il principio dell’unicità del focolaio secondo cui l’incendio si innesca inizialmente ad un solo piano ed in un solo punto.
Questa eventualità rende necessaria la gestione della cosiddetta rivelazione precoce, per la quale è richiesto almeno un rivelatore di fumo (o più d’uno) indipendente nel vano scale da proteggere.

Il successivo passo consiste nel preparare le condizioni per l’intervento del sistema di pressurizzazione: se c’è qualche porta aperta, essa va chiusa per consentire al PDS di realizzare il differenziale di pressione minimo richiesto con tutte le porte chiuse (30 Pa minimo per la RTO – Regola Tecnica Orizzontale – del Codice, 50 Pa per la EN 12101-6). Questo è il motivo per cui tutte le porte interessate vanno dotate di chiudiporta automatico e di sensore di posizione. Alternativamente infatti, il software di controllo potrebbe semplicemente verificare che le porte interessate siano chiuse prima di attivare la pressurizzazione.

A questo punto la ventola entra in funzione per pressurizzare l’intero vano scala. L’afflusso dell’aria potrebbe avvenire attraverso un solo punto di diffusione oppure richiedere più punti, e in questo caso la regolazione delle sovrappressione, oltre che tramite la regolazione di velocità del motore, potrebbe essere affidata anche al controllo dell’apertura differenziata delle serrande di immissione. La norna raccomanda una serranda di immissione almeno ogni 3 piani.
Una menzione particolare merita la condotta di immissione, che deve avere la presa d’aria nel punto più in basso possibile per evitare contaminazioni da fumo, oltre a possedere la corretta classificazione di resistenza al fuoco. Nel caso in cui la presa d’aria possa trovare posto solamente in copertura, è obbligatorio prevedere una presa d’aria alternativa a sufficiente distanza.

La regolazione della sovrappressione richiede a sua volta una lettura della sovrappressione, quindi è necessario disporre di un certo numero di pressostati differenziali, i cui dati vengono utilizzati per elaborare i comandi da inviare ai componenti. In particolare i dati misurati dai pressostati vengono utilizzati dal software per confrontarli con i setpoint di pressione; a loro volta i setpoint vengono definiti in funzione della posizione delle porte.

La regolazione della pressione a porte chiuse è, per così dire, il compito più semplice di un PDS. Quando la porta di entrata nel vano scala viene aperta dagli occupanti in fuga si verifica una condizione operativa completamente diversa, che vede il valore di sovrappressione del vano scala non più mantenibile. Al suo posto bisogna sostituire un controflusso di aria attraverso la porta aperta. Il valore della velocità di controflusso, come si è visto, varia da 0.75 a 2.00 m/s. È chiaro che per ottenere questi valori bisogna agire sulla portata della ventola, che andrà di conseguenza dimensionata per queste prestazioni più gravose.

L’ultimo aspetto rilevante nel ciclo di funzionamento del PDS riguarda lo scarico all’esterno. Infatti, una volta realizzato il controflusso attraverso la porta di entrata nel vano scala, l’aria deve trovare una via di deflusso verso lo spazio libero esterno, detta air release. È dunque necessario che queste vie di deflusso vengano correttamente progettate, prevedendo aperture di scarico che non possono essere casuali ma devono invece rispondere sia a un determinato dimensionamento che ad una corretta classificazione di resistenza al fuoco.

FIGURA 3 – Realizzazione della cascata di sovrappressione dal punto di immissione dell’aria nel vano scale e nella lobby (indicato con 4) al punto di scarico in spazio libero esterno (indicato con 6) raffigurata dalla linea azzurra tratteggiata. È illustrata la soluzione con attraversamento di una sola lobby (a sinistra) oppure di due lobbies in serie (a destra). Si può notare come, all’aumento del numero di locali attraversati, si accompagni una crescente quantità di step nel percorso a cascata. Il locale interessato dall’incendio è evidenziato in giallo.

IMPATTO ECONOMICO

Seguire le prescrizioni della norma non è solo più sicuro dal punto di vista della tutela degli occupanti. Se svolgiamo un semplice esercizio di preventivazione a confronto possiamo vedere come, in questo caso, la soluzione più sicura è anche la più economica.

Come esempio scegliamo un edificio di 20 piani complessivi, articolati su 18 piani fuori terra e 2 piani interrati. L’edificio è adibito ad alloggi per studenti. Ad ogni piano è presente una lobby, che separa il vano scale dal corridoio di piano, come rappresentato in figura 4.

FIGURA 4 – Planimetria di dettaglio del vano scala interessato al piano tipo.

Le due soluzioni alternative poste a confronto sono così caratterizzate:

  1. Realizzazione di un PDS (sistema a differenza di pressione) di classe C, progettato secondo la norma EN 12101-6: 2005, con il compito di proteggere tutto il vano scala. Sviluppo in altezza: 20 piani, per un totale di circa 60 m. Il sistema è in grado di realizzare le seguenti prestazioni:
    • Pressione differenziale minima a porte chiuse: 50 Pa,
    • Velocità minima del controflusso a porte aperte: 0.75 m/s,
    • Massima forza di apertura delle porte: 100 N.
  2. Realizzazione di 20 filtri fumo a protezione delle lobbies che separano il vano scala dai singoli piani, tramite altrettanti sistemi di sovrappressione. progettati applicando la EN 12101-6: 2005. I loro requisiti sono:
    • Pressione differenziale minima a porte chiuse: 50Pa,
    • Velocità minima del controflusso a porte aperte: secondo la classe del PDS,
    • Massima forza di apertura delle porte: 100 N.

La valutazione di impatto economico è stata basata sul seguente computo dei componenti dei materiali necessari per la realizzazione delle seguenti due soluzioni alternative, di cui riassumiamo i capitolati:

Soluzione 1 – PDS unico a protezione dell’intero vano scala

  • Ventilatori (36 000 m3/h al netto della prevalenza) 1
  • Pressostati differenziali ai singoli piani 20
  • Sensori di posizione porte 21
  • Sensori di fumo nel vano scala per rivelazione precoce 20
  • Apertura area netta ≈ 0,76 m2 per air release al singolo piano 19
  • Condotta verticale di afflusso aria, altezza = 64 m 1
  • Griglie di diffusione per air inlet 8
  • Condotte per duplicazione presa d’aria 2
  • Riduzioni varie per condotte a corpo
  • Rivelatori di fumo da condotta 2
  • Serrande controllo fumo per duplicazione presa d’aria 2
  • Quadro di Comando e Controllo con le seguenti funzioni: 1
    • Alimentazione/regolazione di velocità del ventilatore
    • Gestione delle funzionalità a porte chiuse (Δp = 50 Pa)
    • Gestione funzionalità a porta aperta (v = 0,75 m/s, sistema di “classe C”)
    • Gestione pressione residua Δp = 10 Pa con porta uscita finale aperta
    • Regolazione della sovrappressione massima
    • Gestione della rivelazione precoce di fumo in spazio protetto
    • Pulsante bloccabile manuale di accensione/spegnimento
    • Ricezione dei segnali da IRAI a zone [n. di zone] [20]

Soluzione 2 – 20 kit di pressurizzazione a protezione delle singole lobbies

  • Sistemi comprensivi di ventole da circa 4000 m3/h 40
  • Pressostati differenziali ai singoli piani 40
  • Sensore di posizione porte 21
  • Sensori di fumo nel vano scala per rivelazione precoce 20
  • Apertura area netta ≈ 0,76 m2 per air release al singolo piano assenti
  • Condotta verticale di afflusso aria, altezza = 64 m 1
  • Griglie di diffusione per air inlet assenti
  • Condotte per duplicazione presa d’aria 2
  • Riduzioni varie per condotte a corpo
  • Rivelatori di fumo da condotta 2
  • Serrande controllo fumo per duplicazione presa d’aria 2
  • Quadri di Comando e Controllo singoli con le seguenti funzioni: 40
    • Alimentazione/ dei 40 kit
    • Gestione delle funzionalità a porte chiuse (Δp = 30 Pa)
    • Gestione delle aperture/chiusure porte
    • Gestione degli allarmi coordinati dal quadro centrale
    • Quadro centrale di controllo di coordinamento con le seguenti funzioni: 1
    • Coordinamento dei 40 kit su segnale IRAI
    • Gestione del controflusso a porte aperte
    • Gestione pressione residua Δp = 10 Pa con
    • porta uscita finale aperta
    • Gestione della rivelazione precoce di fumo in spazio protetto
    • Pulsante bloccabile manuale di accensione/spegnimento
    • Ricezione e smistamento dei segnali da SRAI a zone [n. di zone] [20]

Una preliminare stima dei costi basata su un capitolato così formulato evidenzia che, anche dal lato economico, la soluzione che pressurizza l’intero vano scala presenta dei vantaggi quantificabili nel 35-40% del costo complessivo. Questo risultato, che potrebbe sembrare controintuitivo, si giustifica in realtà per i vantaggi di scala offerti dalla configurazione con un unico sistema operante sui diversi piani, rispetto alla configurazione con tanti piccoli sistemi ad ogni piano.

CONCLUSIONI

Sono state messe a confronto due tipologie di soluzione per la protezione dei vani scale mediante sovrappressione: il PDS (sistema a pressione differenziale) e i kit di pressurizzazione separata delle lobbies presenti ad ogni piano. Il confronto si è svolto su basi tecniche, di conformità normativa e di ordine economico. In tutti e tre gli aspetti è risultato più conveniente il PDS progettato e realizzato in conformità alla norma UNI EN 12101-6: 2005 che porta in condizioni di emergenza in sovrappressione l’intero vano scala gestendo opportunamente i controflussi in caso di funzionamento a porte aperte.

BIBLIOGRAFIA

  • MINISTERO DELL’INTERNO, Decreto 3 agosto 2015 (G.U. 20 agosto 2015, n. 192 – SO n. 51 “Approvazione di norme tecniche di prevenzione incendi, ai sensi dell’articolo 15 del decreto legislativo 8 marzo 2006, n. 139”.
    DECRETO MINISTERIALE 30 novembre 1983 “Termini, definizioni, definizioni generali e simboli grafici di prevenzione incendi” (G. U. n. 339 del 12 dicembre 1983)
    “I filtri a prova di fumo alla luce del Codice di Prevenzione Incendi”, P. Cancelliere, C. Ferrari, L. Nigro – Antincendio, Giugno/2018
  • “Pressurizzazione di filtri a prova di fumo: ottimizzazione della progettazione attraverso modelli CFD” P. Cancelliere, E. Cartapati, G. Gai, M. Mazzaro – Antincendio Maggio/2017
  • “Pressurizzazione di filtri a prova di fumo: test sperimentali” P. Cancelliere, D. De Bartolomeo, G. Gai, M. Mazzaro, F. Ponziani, Antincendio Aprile/2017
  • G. Gai, P. Cancelliere, “Design of a Pressurized Smokeproof Enclosure: CFD Analysis and Experimental Tests” Published 2017, Engineering, Safety – DOI:10.3390/SAFETY3020013Corpus ID: 26976851
  • UNI EN 12101-6:2005 “Sistemi per il controllo di fumo e calore – Parte 6: Specifiche per i sistemi a differenza di pressione – Kit”.
  • UNI EN 12101-13 “Sistemi per il controllo di fumo e calore. Parte 13: Progettazione di sistemi a differenza di pressione. Metodi di progettazione e calcolo, test di collaudo e manutenzione”.

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