ISO TR 16730-2-2013 Fire safety engineering - Assessment verification and validation of calculation methods - Part 2 Example of a fire zone model《消防安全工程 计算方法的评定.pdf

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1、 ISO 2013 Ingnierie de la scurit incendie valuation, vrification et validation des mthodes de calcul Partie 2: Exemple dun modle de zone Fire safety engineering Assessment, verification and validation of calculation methods Part 2: Example of a fire zone model Numro de rfrence ISO/TR 16730-2:2013(F)

2、 RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 16730-2 Premire dition 2013-07-01 ISO/TR 16730-2:2013(F)ii ISO 2013 Tous droits rservs DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2013 Droits de reproduction rservs. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que

3、 ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie, laffichage sur linternet ou sur un Intranet, sans autorisation crite pralable. Les demandes dautorisation peuvent tre adresses lISO ladresse ci-aprs ou au comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright offi

4、ce Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en Suisse ISO/TR 16730-2:2013(F) ISO 2013 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos iv Introduction v 1 Domaine dapplication . 1 2 Informations gnrales sur le modle

5、 de zone tudi 1 3 Mthodologie utilise dans ce Rapport technique 1 Annexe A (informative) Description de la mthode de calcul 2 Annexe B (informative) Description complte de lvaluation (vrification et validation) de la mthode de calcul . 8 Annexe C (informative) Cas dtude 10 Annexe D (informative) Man

6、uel de lutilisateur 20 Bibliographie .21 ISO/TR 16730-2:2013(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques

7、 de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. L ISO collabore troitement avec la Commission lectrotechn

8、ique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les procdures utilises pour laborer le prsent document et celles destines sa mise jour sont dcrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des diffrents critres dapprobation req

9、uis pour les diffrents types de documents ISO. Le prsent document a t rdig conformment aux rgles de rdaction donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2, www.iso. org/directives. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit i

10、ntellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. Les dtails concernant les rfrences aux droits de proprit intellectuelle ou autres droits analogues identifis lors de llaboration du documen

11、t sont indiqus dans lIntroduction et/ou sur la liste ISO des dclarations de brevets reues, www.iso.org/patents. Les ventuelles appellations commerciales utilises dans le prsent document sont donnes pour information lintention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandati

12、on. Le comit charg de llaboration du prsent document est lISO/TC 92, Scurit au feu, sous-comit SC 4, Ingnierie de la scurit incendie. LISO 16730 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Ingnierie de la scurit incendie valuation, vrification et validation des mthodes de calcul: Pa

13、rtie 2: Exemple dun modle de zone (Rapport technique) Partie 3: Exemple dun modle CFD (Rapport technique) Partie 4: Exemple dun modle structural (Rapport technique) Partie 5: Exemple dun modle dvacuation (Rapport technique) La partie suivante est en prparation: Partie 1: Gnralits (rvision de lISO 16

14、730:2008)iv ISO 2013 Tous droits rservs ISO/TR 16730-2:2013(F) Introduction Certaines entits et certains quipements, produits ou matriaux commerciaux sont identifis dans ce document afin de dcrire de faon approprie une procdure ou un concept ou de retracer lhistorique des procdures et pratiques util

15、ises. Ce type didentification nest pas destin sous-entendre une recommandation, une approbation ou une implication que ces entits, produits, matriaux ou quipements sont ncessairement les meilleurs disponibles aux fins vises. Cette identification nimplique pas non plus lexistence dune faute ou dune n

16、gligence de la part de lOrganisation internationale de normalisation. Pour le cas particulier de lexemple dapplication de lISO 16730-1 dcrit dans le prsent document, lISO dcline toute responsabilit quant lexactitude du code utilis ou la validit des noncs de vrification ou de validation pour cet exem

17、ple. La publication de cet exemple ne signifie pas que lISO approuve lutilisation du logiciel ou des hypothses du modle qui y sont dcrits, et il est prcis que dautres mthodes de calcul existent. ISO 2013 Tous droits rservs v Ingnierie de la scurit incendie valuation, vrification et validation des mt

18、hodes de calcul Partie 2: Exemple dun modle de zone 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 16730 montre comment lISO 16730-1 5est applique une mthode de calcul pour un exemple spcifique. Elle montre comment dcrire de manire approprie les aspects techniques et lutilisation de la mthode afin

19、 de permettre lvaluation de la mthode en vue dune vrification et dune validation. Lexemple donn dans la prsente partie de lISO 16730 dcrit lapplication des procdures donnes dans lISO 16730-1 un modle de zone (CFAST). Le principal objectif du modle spcifique trait ici est la simulation dun incendie d

20、ans des compartiments confins avec un systme de ventilation naturelle ou force. 2 Informations gnrales sur le modle de zone tudi Le nom donn au modle de zone tudi dans ce Rapport technique est CFAST. CFAST est un modle deux zones capable de prdire lenvironnement dans un btiment plusieurs compartimen

21、ts soumis un incendie. Il permet de calculer lvolution de la distribution de la fume et des effluents gazeux du feu en fonction du temps ainsi que la temprature lintrieur dun btiment au cours dun incendie dfini par lutilisateur. Le prsent Rapport technique dcrit les quations qui constituent le modle

22、, la base physique de ces quations, et une valuation de la sensibilit et de la capacit prdictive du modle. Les quations de modlisation ont la forme mathmatique dun problme valeurs initiales pour un systme dquations diffrentielles ordinaires (EDO). Ces quations sont tablies partir de la conservation

23、de la masse, la conservation de lnergie (la premire loi de la thermodynamique), la loi de gaz parfaits et diverses relations pour la densit et lnergie interne. Elles permettent de prdire, en fonction du temps, des grandeurs comme la pression, la hauteur dinterface et la temprature partir de laccumul

24、ation de masse et denthalpie dans les deux couches. Le modle consiste donc en un ensemble dEDO pour calculer lenvironnement de chaque compartiment et une srie dalgorithmes permettant de calculer les termes source de masse et denthalpie requis par les EDO. 3 Mthodologie utilise dans ce Rapport techni

25、que Pour la mthode de calcul tudie, des vrifications bases sur lISO 16730-1 et telles que dcrites dans ce Rapport technique sont appliques. Le prsent Rapport technique rpertorie dans lAnnexe A et lAnnexe B les points importants contrler dans la colonne de gauche des tableaux. Les points concerns son

26、t ensuite dcrits en dtail et il est indiqu comment ceux-ci ont t traits au cours du dveloppement de la mthode de calcul, dans la colonne de droite de lAnnexe A et lAnnexe B cites ci- dessus, lAnnexe A couvrant la description de la mthode de calcul et lAnnexe B la description complte de lvaluation (v

27、rification et validation) de la mthode de calcul spcifique. L Annexe C dcrit un cas dtude, et lAnnexe D ajoute un manuel de lutilisateur. RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 16730-2:2013(F) ISO 2013 Tous droits rservs 1 ISO/TR 16730-2:2013(F) Annexe A (informative) Description de la mthode de calcul A.1 Objet

28、Dfinition du problme rsolu ou de la fonction excute Le modle a t dvelopp afin de rsoudre des problmes pratiques en ingnierie de la protection incendie, tout en fournissant un outil dtude des fondamentaux de la dynamique du feu et de la propagation des fumes. Il est destin la modlisation systmique de

29、s btiments et des parties de btiments. Il nest pas destin ltude dtaille de lcoulement au sein dun compartiment telle que requise pour la pose de dtecteurs de fume. Volumes de lordre de 1 m 3 1 000 m 3et dures de lordre de 1 s plusieurs heures. Description (qualitative) des rsultats de la mthode de c

30、alcul Les donnes de sortie du modle sont les variables ncessaires pour valuer lenvironnement dun btiment soumis un incendie. Celles-ci incluent la tem- prature des couches suprieure et infrieure de gaz dans chaque comparti- ment, la temprature du plafond, des murs et du plancher dans chaque com- par

31、timent, la fume visible et les concentrations despces de gaz dans chaque couche, la temprature des cibles et le dlai dactivation des sprinklers. Justifications et tudes de fai- sabilit Le modle prdit lenvironnement, au sein de btiments compartiments, rsultant dun feu dfini par lutilisateur. Il sagit

32、 dun exemple de la classe des modles par lments finis. Cette configuration particulire est appele un modle de zone, le point essentiel tant que lespace modliser est divis en plusieurs lments. Dans un compartiment en feu, les phnomnes physiques sont domins par les coulements de fluides, principalemen

33、t les effets de flot- tabilit. Lensemble des lments comprend habituellement les zones relatives aux couches suprieure et infrieure de gaz, trois parties relatives respective- ment au plafond, aux murs et au plancher, une ou plusieurs zones de panaches et des objets tels que les feux, les cibles et l

34、es dtecteurs. Lune des caractris- tiques de cette configuration de modle par lments finis est que linterface entre les lments (dans ce cas, les couches suprieure et infrieure de gaz) peut bouger, sa position tant dfinie par les quations dterminantes. La Bibliographie jointe Rfrences 1 4 prsente un c

35、ompendium de tous les essais de validation qui ont t raliss.2 ISO 2013 Tous droits rservs ISO/TR 16730-2:2013(F) A.2 Thorie Modle conceptuel sous-jacent (phnomne dterminant) Les quations de modlisation ont la forme mathmatique dun problme valeurs initiales pour un systme dquations diffrentielles ord

36、inaires. Ces quations sont tablies partir de la conservation de la masse, la conser- vation de lnergie (la premire loi de la thermodynamique) et la loi de gaz parfaits. Elles permettent de prdire, en fonction du temps, des grandeurs comme la pression, la hauteur dinterface et la temprature partir de

37、 laccu- mulation de masse et denthalpie dans les deux couches. Lhypothse dun modle de zone est que des proprits telles que la temprature peuvent tre approximes par une valeur moyenne lintrieur dun volume de contrle. Base thorique des phno- mnes et des lois physiques sur lesquels repose la mthode de

38、calcul Les quations utilises ont la forme mathmatique dun problme valeurs initiales pour un systme dquations diffrentielles ordinaires. Ces quations sont tablies partir de la conservation de la masse, la conservation de lner- gie (la premire loi de la thermodynamique), la loi de gaz parfaits et dive

39、rses relations pour la densit et lnergie interne. Elles permettent de prdire, en fonction du temps, des grandeurs comme la pression, la hauteur dinterface et la temprature partir de laccumulation de masse et denthalpie dans les deux couches. A.3 Mise en uvre de la thorie quations dterminantes Les qu

40、ations de modlisation utilises ont la forme mathmatique dun problme valeurs initiales pour un systme dquations diffrentielles ordi- naires. Ces quations sont tablies partir de la conservation de la masse, la conservation de lnergie (la premire loi de la thermodynamique) et la loi de gaz parfaits. El

41、les permettent de prdire, en fonction du temps, des grandeurs comme la pression, la hauteur dinterface et les tempratures partir de lac- cumulation de masse et denthalpie dans les deux couches. Lhypothse dun modle de zone est que des proprits telles que la temprature peuvent tre approximes par une v

42、aleur moyenne lintrieur dun volume de contrle. La formulation utilise les dfinitions de la densit, de lnergie interne et de la loi de gaz parfaits. Des dbits reprsentent les changes de masse et denthal- pie entre les zones du fait de phnomnes physiques tels que les panaches, la ventilation naturelle

43、 ou force, le transfert de chaleur par convection ou par rayonnement, etc. Par exemple, une ouverture change de la masse et de lenthalpie entre les zones connectes par celle-ci, un panache de feu apporte de la chaleur la couche suprieure et entrane un transfert de masse et denthalpie de la couche in

44、frieure vers la couche suprieure, et la convection transfert de lenthalpie des couches de gaz aux parois du local. Techniques mathmatiques, procdures et algorithmes de calcul utiliss, avec leurs rf- rences Les quations utilises dans la modlisation du feu par zone sont des qua- tions diffrentielles o

45、rdinaires (EDO) raides. Le terme raide signifie que de grandes variations temporelles sont prsentes dans la solution des EDO. Dans notre problme, les variations de pression sont plus rapides que dautres grandeurs comme les tempratures de couche ou les hauteurs dinterface. Des solveurs spcifiques son

46、t gnralement requis pour rsoudre les EDO utilises dans la modlisation du feu par zone du fait de leur raideur, lesquels sont utiliss ici. Deux hypothses permettent de rduire le temps de calcul. La premire est que relativement peu de zones ou dlments par compartiment suffisent pour modliser la situat

47、ion physique. La deuxime hypothse est de fermer lensemble des quations sans utiliser lquation de quantit de mouvement au sein des compartiments. Cette simplification limine les problmes dondes acoustiques. Bien que cela empche de calculer les ondes de gravit dans les compartiments (ou entre les compartiments), avec seulement quelques lments par compartiment ces hypothses permettent une prdiction trs rapide dans un