VDI 6019 Blatt 2-2009 Engineering methods for the dimensioning of systems for the removal of smoke from buildings - Engineering methods.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREIngenieurverfahren zur Bemessungder Rauchableitung aus GebudenIngenieurmethodenEngineering methods for the dimensioning of systems for the removal of smoke from buildingsEngineering methodsVDI 6019Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Techni

2、sche Gebudeausrstung, Band 2: RaumlufttechnikVDI-RICHTLINIENICS 13.220.99, 91.140.30Juli 2009 July 2009Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this g

3、uideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.FrhereAusgabe:07.07 Entwurf,deutschFormeredition: 07/07Draft,inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeuts

4、cher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2009VDI-Gesellschaft Bauen und Gebudetechnik (GBG)Fachbereich Technische GebudeausrstungInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32Begriffe . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Brandmodellierung und Brandablauf . . . . . 74.1 Darstellung von Brandverlaufskurven . . . 74.2 Beschreibung der brandschutztechnischen Interaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Allgemeine Hinweise fr d

6、ie Planung von Entrauchungssystemen . . . . . . . . . . . . 96 Nachweis fr die niedrigenergetische Brandphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.1 Vereinfachtes Nachweisverfahren fr niedrigenergetische Brnde (Brandphase 1 kW bis 100 kW). . . . . . . 106.2 Zusatzmanahmen . . . . . . . . . . .

7、. . 137 Bewertungsgren fr die Dimensionierung von Entrauchungseinrichtungen . . . . . . . 147.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 147.2 Bewertungsgren . . . . . . . . . . . . . 148 Analytisches Berechnungsverfahren fr einfache Raumgeometrien . . . . . . . . . . . 148.1 Einleitung . . . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . 148.2 Berechnung des Rauchgasmassenstroms . . 158.3 Wrmebilanz der Rauchschicht, Rauchschichttemperatur . . . . . . . . . . 17Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Scope . . . . . . . .

9、. . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 33Symbols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Fire modelling and fire development . . . . . 74.1 Representation of fire curves . . . . . . . . 74.2 Description of relevant fire-protection interactions . . . . . .

10、. . . . . . . . . . . 85 General guidance on planning of smoke-exhaust ventilation systems . . . . . 96 Verification method for the low-energy fire stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.1 Simplified verification method for low-energy fires (fire stage 1 kW to 100 kW) . . . . . . . . 106.

11、2 Additional measures . . . . . . . . . . . . 137 Evaluation parameters for the dimensioning of smoke-exhaust units . . . . . . . . . . . . 147.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147.2 Evaluation parameters . . . . . . . . . . . 148 Analytical calculation method for simple room geometri

12、es . . . . . . . . . . . . 148.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . 148.2 Calculation of the smoke-gas mass flow . . 158.3 Heat balance of smoke layer, smoke-layer temperature . . . . . . . . . . 17B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten

13、 Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 VDI 6019 Blatt 2 / Part 2Seite8.4 Berechnung des abzufhrenden Rauchgasvolumenstroms . . . . . . . . 218.5 Berechnung des erforderlichen Zuluftstroms . . . . . . . . . . . . . . . 218.6 Bemessung des Systems zur natrlichen Rauchableitung (NRA) . . .

14、 228.7 Bemessung des Systems zur maschinellen Rauchableitung (MRA) . . 238.8 ffnungsflchen Definitionen und Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . 248.9 Nachweis der mittleren Raumtemperatur in der raucharmen Schicht . . . . . . . . 309 Dimensionierung von Entrauchungssystemen mit Zonenmodellen .

15、 . . . . . . . . . . . . . 319.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . 319.2 Anwendungsvoraussetzungen und Anwendungsgrenzen. . . . . . . . . . . 329.3 Beschreibung der Anwendungssoftware. 349.4 Darstellung und Bewertung der Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . 349.5 Allgemeine Hinweise zu

16、r Nachweisfhrung . . . . . . . . . . . . 3510 Dimensionierung von Entrauchungs- systemen mit CFD-Rechnungen . . . . . . . 3510.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . 3510.2 Vorgehensweise bei der Berechnung . . 3610.3 Vorgaben fr die Anwendung von CFD-Verfahren. . . . . . . . . . . . . . 3610.

17、4 Darstellung und Bewertung der Simulationsergebnisse . . . . . . . . . . 4411 Modellversuche . . . . . . . . . . . . . . . . 4511.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . 4511.2 Modellgesetzmigkeiten (hnlichkeitskennzahlen) . . . . . . . . 4511.3 Modellmastab. . . . . . . . . . . . . . 4611.4 M

18、odellgestaltung . . . . . . . . . . . . 4711.5 Umrechungen physikalischer Gren . . 4711.6 Dokumentation der Ergebnisse . . . . . 49Anhang A Ergnzende Hinweise fr Zuluftffnungen . . . . . . . . . . . . 50Anhang B Datenblatt Dimensionierung von Entrauchungssystemen mit Zonenmodellen . . . . . . . . .

19、. . . 54Anhang C Datenblatt Dimensionierung von Entrauchungssystemen mit CFD-Rechnungen . . . . . . . . . . . 60Anhang D Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . 66Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Page8.4 Calculation of the smoke-gas volume flow to be removed . . . . . . . 218.5 C

20、alculation of the required inlet-air volume flow . . . . . . . . . . 218.6 Dimensioning of the natural smoke-exhaust ventilation system. . . . 228.7 Dimensioning of the mechanical smoke-exhaust ventilation system. . . . 238.8 Inlet air Definitions and requirements. . . . . . . . . . . . . . . 248.9

21、Verification of the mean room temperature in the smokeless layer . . . 309 Dimensioning of smoke-exhaust ventilation systems using zone models . . 319.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . 319.2 Application requirements and application limits . . . . . . . . . . . . 329.3 Description of the a

22、pplication software . 349.4 Representation and evaluation of the simulation results . . . . . . . . . . . . 349.5 General notes regarding verification . . 35 10 Dimensioning of smoke-exhaust ventilation systems using CFD calculations . . . . . . 3510.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . 3510

23、.2 Calculation procedure . . . . . . . . . . 3610.3 Requirements for the application of CFD methods . . . . . . . . . . . . . 3610.4 Representation and evaluation of the simulation results . . . . . . . . . . . . 4411 Simulation tests . . . . . . . . . . . . . . . 4511.1 Introduction . . . . . . . .

24、 . . . . . . . 4511.2 Laws governing simulation (similarity characteristics). . . . . . . . 4511.3 Scale of model. . . . . . . . . . . . . . 4611.4 Model design . . . . . . . . . . . . . . 4711.5 Conversion of physical quantities . . . . 4711.6 Documentation of results . . . . . . . . 49Annex A Supp

25、lementary information concerning inlet-air openings . . . . . . . . . . . . 50Annex B Data sheet Dimensioning of smoke-exhaust ventilation systems using zone models . . . . . . . . . . . 55Annex C Data sheet Dimensioning of smoke-exhaust ventilation systems using CFD calculations. . . . . . . . . 61

26、Annex D Case studies . . . . . . . . . . . . . . 66Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 6019 Blatt 2 / Part 2 3 VorbemerkungDer Inhalt dieser

27、 Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie i

28、st unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungBei der Erstellung brandschutztechnischer

29、Nach-weise zur Entrauchung fr komplexe Bauvorhaben werden zunehmend die Mglichkeiten rechnerischer Ingenieurverfahren genutzt. Die Richtlinie VDI 6019 Blatt 2 beschreibt die Grundlagen und Anwendungs-grenzen dieser Verfahren. Als Basis fr die Bemes-sung knnen die Brandverlaufskurven aus VDI 6019 Bla

30、tt 1 herangezogen werden. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist die Bandbreite der Eingangsgren zu bercksichtigen.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie gilt fr die Bemessung von Anlagen zur Rauchableitung insbesondere in Gebuden. Sie zeigt Anwendungsmglichkeiten, Grenzen und An-forderungen an die Ingen

31、ieurmethoden zur Dimensi-onierung auf. Es werden Zonenmodelle, CFD-Mo-delle und Modellversuche behandelt. Darber hinaus wird fr einfache Geometrien ein analytisches Be-rechnungsverfahren zur Verfgung gestellt.Nicht behandelt sind Anlagen zur Sicherheitsdruck-belftung und Splung sowie hnliche Systeme

32、.Die Anwendung dieser Richtlinie ist nicht beschrnkt auf Gebude; sie ist u. a. auch anwendbar fr unterir-dische Verkehrsanlagen (z. B. Tunnel) und Fahrzeuge (z. B. Schiffe).2BegriffehnlichkeitsbereichBereich der Strahlstrmung, der sich an den Strahl-formierungsbereich anschliet. Der hnlichkeitsbe-re

33、ich eines Strahls ist gekennzeichnet durch affine (hnliche) Temperatur-, Konzentrations- und Ge-schwindigkeitsverlufe fr verschiedene Abstnde vom Strahlursprung.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the gui

34、deline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the lice

35、nsing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionEngineering-grade calculation methods are increas-ingly used in the verification of the compliance of complex building projects with fi

36、re-protection regu-lations. The guideline VDI 6019 Part 2 describes the fundamentals and the application limits of these methods. The fire curves of VDI 6019 Part 1 can be used as a basis for dimensioning. The spread of the input variables must be taken into account when eval-uating the results. 1Sc

37、opeThis guideline applies to the dimensioning of smoke-exhaust ventilation systems, particularly those used in buildings. It shows potential applications and the limits and requirements of the engineering methods for dimensioning. Zone models, CFD models and simulation tests are discussed. Moreover,

38、 an analyti-cal calculation method for simple geometries is pro-vided.The guideline does not deal with safety pressurisation and flushing installations as well as similar systems.In addition to buildings, this guideline is also applica-ble to, e. g., subterranean traffic systems (such as tun-nels) a

39、nd vehicles (such as ships). 2 Terms and definitionsSimilarity rangeRange of the jet flow downstream of the jet formation range. The similarity range of a jet is characterised by affine (similar) temperature, concentration and veloc-ity curves for various distances from the jet origin. B55EB1B3E14C2

40、2109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 4 VDI 6019 Blatt 2 / Part 2MischstrmungRaumstrmungsmuster, das geprgt wird durch eine impulsbehaftete Zulufteinbringung. Kennzeichnend fr Mischstrmungen sind homogene Tempe

41、ratur- und Konzentrationsfelder im Raum.RauchabschnittBereich in einem Raum, begrenzt durch Rauchschr-zen oder Bauteile unterhalb der Decke, die im Brand-fall die horizontale Ausbreitung der Rauchgase ver-hindern.StrahlformierungsbereichBereich einer Strahlstrmung in der Nhe des Strah-lursprungs. Be

42、i einem Auftriebsstrahl (Plume) kann die Lnge des Strahlformierungsbereichs mit 2 DBabgeschtzt werden (DB= Durchmesser der Wrme-quelle).TracergasInnerhalb von Strmungsversuchen verwendetes (luftfremdes) Gas, das eingesetzt wird, um rumliche Konzentrationsfelder zu ermitteln.QuelltermInnerhalb der st

43、rmungsmechanischen Grundglei-chungen (Massenerhaltung, Impulserhaltung, Ener-gieerhaltung) beschreiben Quellterme die Entste-hung“ einer Erhaltungsgre (z. B. Masse) in einem Strmungsgebiet.3 FormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet:Formel- zeichen

44、Bezeichnung EinheitA Flche m2ABrBrandflche m2Ageogeometrische Flche m2Aii-te Flche (z. B. von Wnden)m2Alichtefreie bzw. lichte ffnungsflchem2ARRauchabschnitts-flchem2asAussplgrad Awaerodynamisch wirk-same Flchem2Ar Archimedes-Zahl b Breite der Wand-ffnungmC1Induktionskoeffizient C2Induktionskoeffizi

45、ent kg(kW s3m5)kg/ m52s()13Mixed flowFlow pattern forming in a room as the result of the momentum carried by the inlet air. Mixed flows are characterised by homogeneous temperature and con-centration fields in the room.Smoke zoneArea in a room confined by smoke barriers or build-ing elements underne

46、ath the ceiling, which will pre-vent the horizontal spread of smoke gases in the event of fire.Jet formation rangeArea of a jet flow close to the jet origin. In the case of a thermal updraught (plume), the length of the jet for-mation range can be estimated to be 2 DB(DB= di-ameter of the heat sourc

47、e). Tracer gas(Foreign) gas used in flow tests for the determination of concentration fields. Source termWithin fluid-mechanical governing equations (con-servation of mass, conservation of momentum, con-servation of energy), source terms describe the “ori-gin” of a conserved quantity (such as mass)

48、in a flow field.3SymbolsThe following symbols are used throughout this guideline:Symbol Designation UnitA area m2ABrarea on fire m2Ageogeometrical area m2Aii-th surface area (of, e. g., walls)m2Alichteclear surface area of an openingm2ARsurface area of smoke reservoirm2asrelative dilution Awaerodyna

49、mic free aream2Ar Archimedes number b width of wall openingmC1induction coefficient C2induction coefficient kg(kW s3m5)kg/ m52s()13B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 6019 Blatt 2 / Part 2 5 Formel- zeichenBezeichnung EinheitcnKonzentration g/gcv0Durchflussbeiwert (ohne Windeinfluss) cp,BBezugswrme-kapaz