Overdruk systeembeschrijving

Met de steeds hoger wordende gebouwen worden de eisen voor betrouwbare veiligheidssystemen steeds hoger. Een belangrijke eis in de regelgeving is het waarborgen van een veilige vlucht- en evacuatie van mensen. De meeste sterfgevallen als gevolg van brand worden veroorzaakt door het inademen van rook en giftige gassen die door de brand worden geproduceerd en niet direct door de brand zelf. Daarom is de belangrijkste bedreiging de zeer giftige rook, die een dodelijke cocktail is die bestaat uit een complexe mix van zwevende deeltjes en zeer giftige gassen.

Grenfell tower fire 2017

Hoewel de gebouwen tegenwoordig steeds vaker met sprinklerinstallaties zijn uitgerust, kan dit alleen niet garanderen dat de bewoners in geval van brand niet aan giftige rook worden blootgesteld. Het is duidelijk dat sprinklersystemen kunnen bijdragen aan de veiligheid door de brand in een compartiment te beheersen, maar in veel gevallen zal de sprinkler de brand niet blussen. Daarom is een extra rookbeheersingsysteem nodig om ervoor te zorgen dat mensen een veilige, rookvrije uitweg kunnen vinden.

Rookbeheersingssystemen

Rookbeheersingsinstallaties vormen een onderdeel van de algemene brandtechnische strategie voor gebouwen en moeten samen met alle betrokken partijen worden ontworpen. Het is de verantwoordelijkheid van de ontwerper van de rookbeheersingsinstallaties om ervoor te zorgen dat de voorgestelde systemen de brandveiligheidsstrategie aanvullen en een passend niveau van brandveiligheid bieden.

Het hoofddoel van deze rookbeheersingsystemen is om een veilige evacuatie van een gebouw te verzekeren door de vluchtwegen vrij te houden van rook. Dit kan worden bereikt door middel van rookafvoersystemen of door middel van drukverschilsystemen.

Drukverschilsystemen

Lucht zal zich op natuurlijke wijze proberen te verplaatsen van een gebied met een hogere druk naar een gebied met een lagere druk. Door de druk in de beschermde gebieden (d.w.z. de vluchtwegen) te verhogen boven die in de gebieden waar de brand kan ontstaan (in dit geval de appartementen) kan worden voorkomen dat de rook zich naar deze vluchtwegen verspreidt.

Het doel is dan ook om een drukgradiënt van de beschermde ruimte naar de onbeschermde ruimte ( brandruimte) aan te brengen terwijl de deuren gesloten zijn. Bij geopende deuren dient een geschikte luchtsnelheid over de deuropeningen te worden gerealiseerd om verspreiding van rook naar de beschermde ruimte te voorkomen. Deze drukgradiënt kan worden bereikt met drukverschilsystemen.

Voor dit doel introduceert NOVENCO het Clear Choice Overdruksysteem als oplossing voor het creëren van rookvrije zones, die mensen in staat stellen te ontsnappen uit gebouwen en tunnels en die de brandweerdiensten helpen door het voorkomen van rookverspreiding via naden en scheuren van fysieke barrières zoals deuren of andere soortgelijke beperkte openingen.

Het toepassingsgebied verschilt voor verschillende gebouwen en tunnels, waar de noodzaak bestaat om vluchtmiddelen zoals trappenhuizen, gangen, vluchttunnels en lobby's te beschermen en om de brandbestrijdingsdiensten een rookvrije toegang te bieden.

Samenvattend kunnen drie belangrijke ontwerpdoelstellingen worden gehanteerd:

  1. Bescherming van vluchtroutes
  2. Beveiliging van toegangsroutes voor de brandbestrijding
  3. Bescherming van het gebouw en eigendommen

Bescherming van vluchtroutes

Dit is de belangrijkste ontwerpdoelstelling, waarbij het van essentieel belang is dat in beschermde ruimten acceptabele omstandigheden voor de veiligheid worden gehandhaafd zolang deze naar alle waarschijnlijkheid door de bewoners van het gebouw gebruikt zullen worden.

Beveiliging van toegangsroutes voor de brandbestrijding

Afhankelijk van de classificatie van het gebouw is een ander doel van het ontwerp om de brandbestrijdingsroutes te beschermen en in wezen rookvrij te houden. In dit geval moet het drukverschilsysteem zo worden ontworpen dat de verspreiding van rook naar de specifieke brandbestrijdingsroute onder normale brandbestrijdingsomstandigheden wordt voorkomen of op zijn minst beperkt.

Bescherming van het gebouw en eigendommen

Het derde doel kan zijn om te voorkomen dat de rook zich verspreidt naar gevoelige ruimten, zoals die waar zich voorwerpen bevinden die bijzonder gevoelig zijn voor rookschade.

In Europa worden de eisen voor rookbeheersingssystemen beschreven in de Europese norm EN 12101 "Rook- en warmtebeheersingssystemen". Specificaties voor drukverschilsystemen worden beschreven in EN 12101 deel 6. Momenteel wordt dit deel 6 met PDS-kits herzien en zal een deel 13 worden toegevoegd: "Drukverschilsystemen (PDS) - Ontwerp- en berekeningsmethoden, installatie, acceptatietests, routinetests en onderhoud".

De basisprincipes van drukverschilsystemen

Drukverschilsystemen zijn ontworpen om acceptabele omstandigheden te handhaven in beschermde ruimten zoals vluchtwegen, brandbestrijdingsroutes, liftschachten, lobby's, trappenhuizen en andere ruimten die vrij van rook moeten worden gehouden.

Deze drukverschilsystemen creëren een drukverschil tussen de beschermde ruimte en de onbeschermde ruimte van de brandvloer om te voorkomen dat de rook zich vanuit de onbeschermde ruimte naar de beschermde ruimte verspreidt.

In geval van (simultaan geopende) deuren moet het drukverschilsysteem zo worden ontworpen dat er een minimale luchtsnelheid wordt gecreëerd over het gebied van de openstaande deuren om te voorkomen dat er rook in de beschermde ruimte terechtkomt. Om deze luchtsnelheid te bereiken moet de luchttoevoerventilator naar de beschermde ruimte voldoende luchtstroom leveren over de som van de open deuren.

Een belangrijke factor voor deze drukverschilsystemen zijn de luchtstroompaden door het hele gebouw, niet alleen waar de toevoer van verse lucht plaatsvindt, maar ook waar die lucht (en rook) het gebouw zal verlaten en welke paden het daarbij zal volgen.

Voor een typisch drukverschilsysteem zijn drie basiscomponenten nodig:

  1. Luchttoevoer en lucht/rookafvoer.
  2. Drukverschilregeling tussen de beschermde en onbeschermde ruimte.
  3. Luchtafvoerpad voor drukontlasting en hogere luchtstroom bij geopende deur(en).

Om de beste bescherming te bieden, zou de gehele gemeenschappelijke vluchtweg van elke appartementsdeur naar de uiteindelijke uitgangsdeur onder druk moeten worden gezet. Helaas is dit meestal onpraktisch vanwege de problemen met het voorzien van luchtafvoervoorzieningen vanuit elk appartement. Het is daarom gebruikelijk om te zorgen voor luchtafvoer vanuit de gemeenschappelijke gangen/lobby's.

Drukverschilsystemen kunnen worden onderverdeeld in twee veelgebruikte technieken:

  1. Door middel van overdruk, waarbij de beschermde ruimte onder druk wordt gezet.
  2. Door middel van onderdruk, waarbij de onbeschermde ruimte op onderdruk wordt gezet.

In beide varianten is de druk in de beschermde ruimte hoger dan de druk in de onbeschermde ruimte, waar de ingestelde waarde van het drukverschil van essentieel belang is. Als het drukverschil te laag is, kan er rook de beschermde ruimte binnendringen. Te veel druk als alle deuren gesloten zijn, maakt het openen van deuren in de drukruimte moeilijk en belemmert het ontsnappen naar de beschermde ruimte. Het doel van beide varianten is hetzelfde; de beschermde ruimte, zoals een trappenhuis of een vluchttunnel, vrijhouden van rook.

Overdruksystemen

In een overdruksysteem wordt een overdrukventilator gebruikt om de beschermde ruimte onder druk te zetten.

NOVENCO Clear Choice Pressurisation System

Bij gesloten deuren wordt de druk in de beschermde ruimte (bijvoorbeeld een trappenhuis) met behulp van een toevoerventilator in combinatie met een regelsysteem op het gewenste drukverschil ingesteld. Bij het openen van een deur zal de toevoerventilator een luchtstroom over de deuropening creëren waardoor er geen rook in de beschermde ruimte kan komen. Om een effectief systeem te garanderen, moet er een luchtafvoermogelijkheid met voldoende capaciteit beschikbaar zijn. Dit kan bijvoorbeeld een rookschacht zijn met brandwerende rookafvoerkleppen.

Overdruksystemen kunnen worden ontworpen met passieve of actieve luchtafvoer. Voor een passieve luchtafvoer (d.w.z. natuurlijke luchtafvoer) moet het drukverlies van de volledige luchtafvoerweg zeer laag zijn (< 30 Pa) om de luchtstroom over de openstaande deur te garanderen, wat resulteert in zeer grote natuurlijke openingen, schachten, brandwerende rookafvoerkleppen en dakkappen die geschikt zijn voor rookafvoersystemen.

Bij een actieve luchtafvoer (d.w.z. mechanische rookafzuiging) zorgt een RWA ventilator met variabele snelheid voor de luchtstroom over de deuropening, wat resulteert in veel kleinere schachten en rookafvoerkleppen.

Onderdruk systemen

In een onderdruksysteem wordt een RWA ventilator gebruikt om het brandcompartiment in een kleine onderdruk te brengen en zodoende een drukverschil met de beschermde ruimte te creëren.

NOVENCO Clear Choice Depressurisation System

Bij gesloten deuren wordt het drukverschil tussen de beschermde ruimte en de lobby met behulp van een RWA ventilator op het gewenste drukverschil ingesteld. Als een deur in de richting van de beschermde ruimte wordt geopend, creëert het systeem voldoende luchtsnelheid over de deuropening.

Onderdruksystemen kunnen worden ontworpen met passieve of actieve luchttoevoer. Bij een passieve luchttoevoer moet de luchttoevoeropening (vaak een dakkap) groot genoeg zijn voor een zeer laag drukverlies.

Onderdruksysteem varianten

In het Verenigd Koninkrijk zijn, onder Approved Document B (ADB), de gemeenschappelijke ruimten waarvoor rookventilatie nodig is, de trappen en de lobby's en/of gangen die uitkomen op de trap. Mechanische RWA ventilatie kan worden gebruikt als alternatief voor natuurlijke RWA systemen, zoals aanbevolen in ADB. De voordelen van mechanische systemen zijn onder andere gespecificeerde afvoerhoeveelheden, beperkte windgevoeligheid, het vermogen om systeemweerstanden te overwinnen en gereduceerde schachtdoorsnedes.

NOVENCO Clear Chouce mechanische RWA systemen worden gebruikt voor de ventilatie van brandbestrijdingslobby's en vluchtwegen. In het Verenigd Koninkrijk wordt dit mechanische RWA systeem beschouwd als een equivalent van de algemene aanbevelingen van ADB en BS 9999. Verdere richtlijnen zijn te vinden in de BS9991 en de"Smoke Control Association Guidance on Smoke Control to Common Escape Routes in Apartment Buildings".

Het principe van het systeem is om mechanische afzuiging voor elk van de brandbestrijdingslobby's te voorzien, waarbij lucht uit het trappenhuis wordt aangezogen om de lobby te ontdoen van de rook tijdens de vlucht- en brandbestrijdingsperiodes. De RWA ventilator zal naar gelang er een toevoerbron beschikbaar is draaien (deur naar het trappenhuis is open) en zal in snelheid omlaag gaan wanneer de toevoer niet (meer) beschikbaar is (deur naar het trappenhuis is gesloten). Dit wordt gecontroleerd door een drukverschilmeting binnen elk van de lobby's.

Een automatische openingsventilator (AOV) zal worden voorzien in het trappenhuis om in de nodige nastroming van lucht te voorzien. De afzuigschacht wordt op elk niveau met de lobby's verbonden door een brandwerende rookklep. Het systeem kan worden geactiveerd via een branddetectiesysteem of rookmelders.

Dit systeem is ook geïnstalleerd in de nieuwste investering van Berkeley Homes, een luxueuze ontwikkeling aan de Royal Arsenal rivieroever in Zuidoost-Londen. NOVENCO Building & Industry is daar gecontracteerd om oplossingen te ontwerpen en te leveren voor onder andere ventilatie en temperatuurregeling van de gangen en trappen en een efficiënte rookafvoer van de openbare ruimtes.

Classificaties drukverschilsystemen

Binnen de huidige EN 12101 deel 6 zijn er 6 classificaties voor drukverschilsystemen op basis van het gebruik van het gebouw. Voor zeer kleine gebouwen kan klasse A van de EN 12101-6 worden gebruikt en voor complexere gebouwen (hotels, ziekenhuizen, verpleeghuizen) kan een keuze worden gemaakt uit de andere systeemclassificaties.

Binnen de EN 12101 deel 6 zijn de klassen A, C, D en E uitsluitend bedoeld als ondersteuning voor een veilige vluchtweg. Voor de klassen B en F wordt naast een veilige vluchtweg ook een rookvrije brandweertoegang in beschouwing genomen.

Systeem classificatie EN 12101-6

 

Systeemklasse Voorbeelden van gebruik
A Geen ontruiming tenzij direct bedreigd door brand. Onwaarschijnlijk dat meer dan één deur naar de beschermde ruimte tegelijkertijd open zal zijn.
B Brandweerondersteuning. De brandweer wordt mogelijk blootgesteld aan een ontwikkelde brand welke rookarm benaderd moet kunnen worden.
C Directe, gelijktijdige, kortdurende ontruiming bij brand. Personen worden verondersteld alert, bewust en vertrouwd te zijn met hun omgeving.
D Directe, gelijktijdige, langdurende ontruiming bij brand. Personen zijn minder alert (slaap) of niet vertrouwd met hun omgeving (hotel).
E Gefaseerde, langdurende ontruiming bij brand. Eerst brandverdieping, daarna overige verdiepingen. Mogelijkheid tot grote brandlast.
F Brandweerondersteuning. De brandweer wordt mogelijk blootgesteld aan een ontwikkelde brand welke rookarm benaderd moet kunnen worden.

EN 12101-6 Systeemklasse A

De ontwerpvoorwaarden zijn gebaseerd op de veronderstelling dat een gebouw niet zal worden ontruimd tenzij direct bedreigd door brand. Het niveau van de brandcompartimentering is zodanig dat het meestal veilig is voor de inzittenden om in het gebouw te blijven. Daarom is het onwaarschijnlijk dat meer dan één deur naar de beschermde ruimte tegelijkertijd open zijn zal.

Systeemklasse A mag niet worden toegepast voor een gebouw met meerdere gebouwfuncties.

Clear Choice PDS EN 12101-6 Class A

Klasse A systemen voor veilig vluchten. Verweer in positie.
Gebruiker :  Er worden geen voorwaarden gesteld aan de gebruiker.
Evacuatie :  Geen of slechts gedeeltelijke evacuatie.
Mogelijke gebouwfunctie :  Woongebouw. Niet voor multifunctionele gebouwen.
Snelheid over open deur :  0,75 m/s
Uitgangsdeur :  Gesloten
Aantal deuren gelijktijdig : 1
Drukcriterium : 50 Pa (alle deuren gesloten)
Details : Eenvoudig systeem. Geen evacuatie of direct brandgevaar. Het is veilig
voor gebruikers om in het gebouw te verblijven.

EN 12101-6 Systeemklasse C

De ontwerpvoorwaarden voor systemen van klasse C zijn gebaseerd op de veronderstelling dat de gebruikers van het gebouw allemaal gelijktijdig worden ontruimd bij het activeren van het brandalarmsignaal.

Er wordt uitgegaan van een gelijktijdige ontruiming tijdens de vroege stadia van de brandontwikkeling. Enige rooklekkage kan worden getolereerd, maar deze rook moet middels de luchtstroom van de overdrukinstallatie weer worden afgevoerd.

De personen die worden geëvacueerd worden verondersteld alert en bewust te zijn en vertrouwd te zijn met hun omgeving, waardoor de tijd die nodig is voor de evacuatie tot een minimum te beperkt blijft.

Clear Choice PDS EN 12101-6 Class C

Klasse C systemen voor veilig vluchten met gelijktijdige evacuatie.
Gebruiker :  Gebruikers zijn alert, bewust en vertrouwd met de omgeving.
Evacuatie :  Gelijktijdige evacuatie in korte tijd.
Mogelijke gebouwfunctie : Kantoorgebouwen.
Snelheid over open deur :  0,75 m/s
Uitgangsdeur :  Gesloten bij drukcriterium 1, open bij drukcriterium 2
Aantal deuren gelijktijdig : 1
Drukcriterium 1 :  50 Pa (alle deuren gesloten)
Drukcriterium 2 : 10 Pa (alleen buitendeur geopend)
Details : Korte evacuatie, wat rook toegestaan.

EN 12101-6 Systeemklasse D

Systeemklasse D systemen zijn voor gebouwen waar de gebruikers kunnen slapen, bijvoorbeeld hotels, hostels en institutionele gebouwen. De tijd die de gebruikers nodig hebben om zich naar een beschermde ruimte te begeven, voordat ze de uitgang bereiken, kan groter zijn dan in een voor hen bekende omgeving.

De gebruikers kunnen onbekend zijn met het gebouw of hulp nodig hebben om de laatste uitgang of veilige ruimte te bereiken. Klasse D systemen zijn ook geschikt wanneer de aanwezigheid van een overdrukinstallatie heeft gediend als gelijkwaardigheid voor een tweede vluchtweg.

Clear Choice PDS EN 12101-6 Class D

Klasse D systemen voor veilig vluchten met slaaprisico.
Gebruiker :  Gebouw waarin gebruikers kunnen slapen. Gebruikers zijn minder alert
en zijn misschien niet bekend met hun omgeving. 
Evacuatie : Gelijktijdige evacuatie over een langere periode.
Mogelijke gebouwfunctie : Hotels, woongebouwen, gezondheidszorg.
Snelheid over open deur : 0,75 m/s
Uitgangsdeur : Open
Aantal deuren gelijktijdig : 2
Drukcriterium 1 : 50 Pa (alle deuren gesloten)
Drukcriterium 2 : 10 Pa (alleen buitendeur geopend)
Details : Lange termijn evacuatie. Kan ook worden gebruikt als er slechts één
vluchtweg beschikbaar is, terwijl er twee nodig zijn.

Overdrukinstallaties systeemontwerp

Aan de basis van het ontwerp moet een brandveiligheidsrapport liggen dat is goedgekeurd door de bevoegde autoriteiten en waarin de functie en classificatie van het gebouw, het brandveiligheidsontwerp en het evacuatieconcept, met inbegrip van de veiligheidsdoelstellingen, zijn vastgelegd.

Aangezien drukverschilsystemen een grote impact kunnen hebben op de constructie van het gebouw, zoals structurele schachten, is het sterk aan te raden om het ontwerp van het drukverschilsysteem in een vroeg stadium van het gebouwontwerp te integreren.

Parameters voor het ontwerp van een drukverschilsysteem

Voor het ontwerp van een drukverschilsysteem moeten enkele belangrijke parameters worden ingesteld:

  • Minimum drukverschil (Pa) tussen de beschermde en onbeschermde ruimte.
  • Minimale luchtsnelheid (m/s) over de deuropening met een geopende deur tussen de beschermde en onbeschermde ruimte.
  • Maximale openingskracht (N) bij de deurkruk voor de deur tussen de beschermde en onbeschermde ruimte.
  • Maximale reactietijd (s), zoals initiatietijd na brandalarm, tijd tot volledige operationaliteit en reactietijd tijdens het gebruik.

Minimum drukverschil

In de huidige EN 12101 deel 6 is het minimale drukverschil vastgesteld op 50 Pa. In combinatie met grotere deuren (> 2 m²) en deurdrangers kan dit echter een onhaalbare eis zijn in combinatie met de maximale deuropeningskracht van 100N (zie het betreffende hoofdstuk).

PDS minimum pressure difference

In de komende EN 12101 deel 13 is deze minimumdruk dan ook teruggebracht tot 30 Pa, wat meer dan voldoende is gebleken voor een effectief drukverschilsysteem.

Minimale luchtsnelheid

Wanneer de deuren tussen de beschermde en onbeschermde ruimten open zijn, wordt het drukverschilcriterium vervangen door het luchtdebiet-criterium op basis van een minimale luchtsnelheid over de deuropening. Aangezien de lucht/rookafvoerroute alleen op de brandvloer open is, hoeft alleen op die brandverdieping aan deze eis te worden voldaan.

Minimum air velocity

Afhankelijk van de classificatie van het systeem moet ook aan deze eis worden voldaan wanneer de laatste uitgangsdeur geopend is. In dat geval moet het drukverschilsysteem zo zijn ontworpen dat het nog steeds voldoet aan de vereiste minimumsnelheid over de deuropening tussen de beschermde en de onbeschermde ruimte op de brandverdieping.

Maximale deuropeningskracht

De maximale deuropeningskracht is nauw verbonden met het drukverschil over de gesloten deur, in combinatie met de deurmaat en eventuele automatische deurdrangers.

Als norm in de EN 12101 deel 6 mag de openingskracht aan de deurkruk niet groter zijn dan 100 N. Aan deze eis moet worden voldaan op alle verdiepingen inclusief de brandverdieping en voor elke deur binnen de vluchtwegen wanneer het drukverschilsysteem in werking is.

The force required to open the escape doors

De kracht die nodig is (Fmax) om de vluchtdeuren te openen mag niet meer dan 100 N bedragen.

Influential factors:

  • Afstand van scharnierpunt tot de deurkruk (L0)
  • Draaimoment op de vluchtdeur als gevolg van de druk (M1)
    • Drukverschil over de deur (Δp)
    • Oppervlakte van de deur (hxb)
    • Afstand scharnierpunt tot het midden van de deur (L1)
  • Draaimoment automatische deurdrangers (M2)

Formula maximum door opening force

Maximale reactietijd

Om een rookvrije beschermde ruimte te garanderen, moet een drukverschilsysteem worden geactiveerd met een snel reagerend brandmeldsysteem, zoals rookmelders. Drukverschilsystemen moeten binnen 1 minuut na activering (brandmeldsignaal) in werking worden gesteld. Tegen die tijd moeten alle noodzakelijke onderdelen in de juiste werkingsstand staan (bijv. kleppen, ventilatieopeningen) en moet(en) de ventilator(en) in werking zijn gesteld. Het volledige systeem moet binnen 2 minuten na activering volledig operationeel zijn. Ter indicatie: de reactietijd is de tijd die het systeem nodig heeft tussen het openen en sluiten van deuren om ofwel het drukverschil (bij deur dicht, max. openingskracht) ofwel de luchtsnelheid over de deuropening (bij deur open) te bereiken.

Eisen aan de luchttoevoer voorziening

Bij drukverschilsystemen moet de luchtaanzuiging direct van buitenaf plaatsvinden, zodat deze niet wordt verontreinigd door rook van een brand in het gebouw. De luchtinlaat moet bij voorkeur op de begane grond liggen. Indien dit niet mogelijk is, kunnen onder bepaalde specifieke eisen ten minste 2 onafhankelijke aanzuigopeningen op dakniveau of elders in de gevel worden geplaatst. In dat geval moet elke inlaat afzonderlijk in staat zijn om aan de volledige luchtvereisten van het drukverschilsysteem te voldoen. De aanzuigkanalen moeten beiden worden voorzien van een rookdetector en afsluitklep, zodat bij rookdetectie dat kanaal met een klep afgesloten kunnen worden.

De luchttoevoer naar de trappen moet gelijkmatig over de hoogte van de trap worden verdeeld. Een verticale schacht met een luchttoevoerpunt (minimaal) om de 3 niveaus zal normaal gesproken deze prestatie leveren.

Eisen voor de luchtafvoer

Wanneer het drukverschilsysteem in bedrijf is, stroomt de lucht uit de beschermde ruimte naar de onbeschermde ruimte. Deze luchtafvoer kan passief zijn, bijvoorbeeld via ramen of een natuurlijke rookafvoerschacht of actieve afvoer middels een ventilatorregeling. Een passieve luchtafvoer kan worden beïnvloed door wind- en thermische effecten (schoorsteeneffect), waarmee rekening moet worden gehouden.

Eisen aan de drukregeling

Een drukverschilregeling kan worden bereikt door:

  • Overdrukvoorzieningen, zoals barometrische kleppen, die bij een bepaalde druk naar buiten toe openen; of
  • Het regelen van de luchthoeveelheid, zoals ventilatoren met variabele snelheid.

Belangrijke invloedsfactoren voor drukverschilsystemen

Bij een brand in een gebouw worden het rookgedrag en de luchtstroompatronen beïnvloed door een aantal belangrijke factoren:

De (opwaartse) kracht door de expansie van de hete gassen van de brand

Bij een brand wordt hete rook geproduceerd, waaruit opwaartse krachten worden ervaren door de verminderde dichtheid van de rook. Door de verminderde dichtheid wil de rook omhoog. Als er in een gebouw lekkages tussen de verdiepingen bestaan, kan dit ertoe leiden dat de rook zich naar andere verdiepingen verspreidt. Bovendien kan door de expansie van het rookvolume de rook zich ook verspreiden via lekkages door verticale barrières, zoals deuren, scheidingswanden en zelfs muren. Door het drukverschil tussen het (warme) plafond en de (relatief koudere) vloer, lekt er meestal rook door kieren aan de bovenkant van de deur, waar koele lucht via kieren in de onderkant naar de brandzone wordt gezogen.

Thermische uitzetting van hete rook

Door de expansie van gassen bij hoge temperaturen wordt meestal een drukopbouw geïnduceerd waardoor de rook uit het brandcompartiment stroomt.

Meteorologische invloeden

Ook moet rekening worden gehouden met meteorologische invloeden voor drukverschilsystemen. Neem bijvoorbeeld temperatuurverschillen (zomer/winter) of winddruk op de gevel van een gebouw. Temperatuurverschillen kunnen leiden tot verschillen in dichtheid, wat weer leidt tot het zogenaamde schoorsteeneffect.

Wat we vaak vergeten is de dynamiek van de buitenluchtdruk. De gemiddelde luchtdruk is 1.013 hPa (= 101.300 Pa). Een drukverschilinstallatie wordt over het algemeen geregeld bij een drukverschil tussen 30 en 50 Pa, wat dus slechts een fractie is van de buitenluchtdruk.

Schoorsteeneffect

Verschillen in de buiten- en binnentemperatuur leiden tot verschillen in dichtheid. Zo wordt in de winter de lucht in het gebouw verwarmd. Deze warmere lucht stijgt op, waardoor een luchtstroom naar boven ontstaat. Lekkage door onder andere kieren, (open) ramen en deuren zorgt ervoor dat de (zwaardere) koele binnenlucht van onder naar boven door het gebouw gaat. In de zomer gebeurt precies het tegenovergestelde wanneer de lucht in het gebouw kouder is dan de buitenlucht. Dit fenomeen wordt ook wel beschreven als het 'omgekeerde' schoorsteeneffect, omdat de luchtstroom dan naar beneden gaat.

In beide gevallen zal er een neutraal drukvlak zijn op een tussenliggend punt in de verticale schacht of het gebouw. Op dit neutrale drukvlak is de absolute binnenluchtdruk gelijk aan de buitenluchtdruk.

Stack effect (chimney effect)

Voor de Burj Khalifa in Dubai bijvoorbeeld in de zomer, waar de buitentemperatuur 46°C is en de binnentemperatuur 21°C, wordt het drukverschil als gevolg van het schoorsteeneffect uitgedrukt als:

Formula stack effect

Waarbij het uitgangspunt is dat de externe luchtdruk en de barometrische druk constant zijn over de hoogte van het gebouw.

Δp  Drukverschil (Pa)
Cs  Coëfficiënt schoorsteeneffect 0.0342 (K/m)
a  Barometrische druk (Pa)
h  Hoogte boven neutraal vlak (m)
T0  Absolute buitentemperatuur (K)
T1 Absolute binnentemperatuur (K)​

Bij een veronderstelde schachthoogte van 700m en een atmosferische druk van 1,012 hPa zal het resulterende drukverschil met het neutrale vlak aan de boven- en onderkant van de schacht respectievelijk +320 Pa en -320 Pa bedragen.

Maar zelfs voor een lager gebouw met een trap van 60 meter kan dit schoorsteeneffect een grote invloed hebben. Bij een buitentemperatuur in de winter van -10°C en een binnentemperatuur van 20°C zal het resulterende drukverschil respectievelijk -40 Pa en +40 Pa bedragen aan de boven- en onderkant van de trap. Bij drukverschilsystemen, waarbij het systeem wordt geregeld bij drukverschillen rond 30-50 Pa, is het duidelijk dat er rekening moet worden gehouden met dit schoorsteeneffect!

Aangezien een gebouw nooit 100% luchtdicht is, zal dit effect altijd optreden, vooral in hoogbouw. Hierdoor kunnen grote drukverschillen ontstaan tussen de druk aan de onderzijde en de bovenzijde van het trappenhuis of de liftschacht.

Voor hogere gebouwen is een stabiele referentiedruk daarom vaak onmisbaar voor een goede beheersing van een drukverschilsysteem.

Invloeden van winddruk

Door de wind zullen de drukzones rond het gebouw variëren. Aan de zijde van het gebouw waarop de wind waait, wordt de windsnelheid verminderd waardoor er een drukopbouw ontstaat. Doordat de wind wordt afgebogen en versneld rond het gebouw, zal er aan de andere kant een drukvermindering optreden. Omdat het gebouw lek is, bijvoorbeeld met open ramen en deuren, zal er luchtbeweging door het gebouw plaatsvinden, wat invloed kan hebben op drukverschilsystemen.

Opgemerkt moet worden dat het zeer moeilijk is om de windkrachten nauwkeurig te voorspellen en dus ook de resulterende luchtstromen binnen het gebouw.

Andere ventilatiesystemen

Ook andere ventilatiesystemen kunnen invloed hebben. Deze systemen kunnen verbrandingslucht leveren aan de brandzone, rook transporteren of drukverschillen in een gebouw veroorzaken. Normaal gesproken worden deze systemen daarom bij brand uitgeschakeld.

Invloeden op drukverschilsystemen

Bij het ontwerpen van een drukverschilsysteem moet rekening worden gehouden met alle bovengenoemde invloedsfactoren. Vooral drukverschillen in de beschermde ruimte, veroorzaakt door bijvoorbeeld het schoorsteeneffect of de wind, kunnen een negatieve invloed hebben op het drukverschilsysteem:

  • Bij een drukvermindering kan het zijn dat het drukverschil met de onbeschermde ruimte niet meer voldoende is. Hierdoor kan de rook uit de onbeschermde ruimte de beschermde zone binnendringen.
  • Daarentegen kan, als het drukverschil met de onbeschermde ruimte te groot wordt, dit leiden tot een toename van de deuropeningskracht. Als deze kracht te groot is, kan het uiteindelijk onmogelijk zijn om de vluchtdeur te openen.

Soorten drukverschilsystemen

Drukverschilsystemen kunnen op verschillende manieren worden gerealiseerd:

  • Passieve drukverschilsystemen
  • Actieve drukverschilsystemen

Passieve overdrukinstallatie

Bij een passieve overdrukinstallatie worden geen druksensoren of ventilatorregelingen (zoals frequentieregelaars) gebruikt. De totale luchthoeveelheid wordt continu door middel van een overdrukventilator toegevoerd aan de beschermde zone . Een mechanische barometrische drukontlastingsklep zorgt voor de drukverschilregeling. In het brandcompartiment moeten minimaal twee onafhankelijke gevelopeningen of een natuurlijke rookafvoerschacht als gegarandeerde luchtafvoer beschikbaar zijn. Als de deur van de beschermde ruimte naar het brandcompartiment opengaat, sluit de drukontlastingsklep automatisch door het wegvallen van de overdruk en stroomt de lucht over de open deur in de richting van de luchtafvoeropeningen.

De barometrische drukontlastingsklep wordt normaal gesproken boven op de beschermde ruimte geplaatst, bijvoorbeeld een trappenhuis. Het benodigde drukverschil voor opening naar buiten toe wordt bij de inbedrijfstelling ingesteld.

Omdat er in een passief systeem geen druksensoren zijn, moeten de luchtafvoeropeningen volledig natuurlijk zijn. Om te voorkomen dat de barometrische klep bij een geopende deur opengaat, moet de drukval van de luchtafvoerweg ver onder de openingsdruk (30-50 Pa) van de ontlastklep liggen. Dit lage toegestane drukverlies resulteert in zeer grote luchtafvoeropeningen, zoals bijvoorbeeld een rookafvoerschacht of gevelopeningen en brandwerende rookkleppen.

Actieve overdrukinstallatie

Active Pressure Differential System

Bij een actieve overdrukinstallatie wordt het systeem aangestuurd door drukverschilsensoren. Deze sensoren registreren het drukverschil tussen de beschermde ruimte en de aangrenzende ruimten of het brandcompartiment. Op basis van deze informatie wordt het drukverschil in de beschermde ruimte ten opzichte van de aangrenzende ruimte geregeld door een ventilatorregeling. Dit gebeurt door middel van toerenregeling met frequentieregelaars.

Als de deur van de brandruimte opengaat, registreren de druksensoren dit drukverschil. Een snel regelsysteem zal de ventilator(en) versnellen, wat resulteert in de vereiste luchtsnelheid over de geopende deur(en) in de richting van de luchtafvoeropeningen of de RWA schacht.
Voor een actief systeem is geen (drukontlastings) opening nodig in de beschermde ruimte. In het geval van een overdruksysteem levert een overdrukventilator lucht aan de beschermde ruimte, zoals een trappenhuis. Drukverschilsensoren tussen de beschermde en onbeschermde ruimte registreren het drukverschil, op basis waarvan de toevoerventilator wordt geregeld. Als een deur in de richting van de onbeschermde ruimte opengaat, registreren de drukverschilsensoren dit en verhogen ze de snelheid van de ventilator tot de vereiste luchtstroom voor de snelheid over de geopende deur is bereikt.

In een actief systeem kunnen zowel natuurlijke als mechanische afvoersystemen worden toegepast. In het geval van een natuurlijke afvoer moet het drukverlies van de luchtafvoer ruim onder het (30-50) Pa-drukverschil worden gehouden om de luchtsnelheid over de geopende deur te garanderen. Hiervoor zijn zeer grote afvoerschachten of (meerdere windonafhankelijke) gevelopeningen nodig.

Bij een mechanische luchtafvoer wordt de luchtstroom en de drukval van de afvoerschacht geregeld met een ventilatorregeling middels een toerengeregelde RWA ventilatie. Hierdoor kan het oppervlak van de afvoerschacht op een fractie van een natuurlijke afvoerschacht worden gedimensioneerd.

Vergelijking passieve versus actieve drukverschilsystemen

 

PASSIEVE DRUKVERSCHILSYSTEMEN ACTIEVE DRUKVERSCHILSYSTEMEN
Geregeld met barometrische drukontlastingskleppen (geen druksensoren nodig). Geregeld met toeren geregelde ventilatoren (druksensoren nodig). 
Alleen natuurlijke afvoer mogelijk. Zowel natuurlijke als mechanische afvoer mogelijk.
Lage weerstand en dus grote natuurlijke luchtafvoer openingen of schachten. Kleine mechanische luchtafvoerkanalen ( schachtoppervlak tot 75% kleiner!). 
Geen mechanisch afvoersysteem, grotere lekverliezen bij de toevoer. Bij mechanische luchtafvoerkanalen zijn er slechts kleine lekverliezen bij de toevoer.
Alleen geschikt voor lage gebouwen (tot 60m). Geschikt voor alle soorten gebouwen (modulair).
Geen fail-safe beveiliging van de drukontlastingskleppen. Fail-safe beveiliging met back-up druksensoren.
Drukregeling alleen mogelijk bij de drukontlastingsklep (vaste plaats). Drukregeling met nauwkeurige drukverschilsensoren op elke positie.
Hoger faalrisico door meteorologische invloeden, zomer, winter, wind. Drukinstelling op basis van de omstandigheden bij de inbedrijfstelling. Meteorologische invloeden, zoals het schoorsteeneffect en de winddruk, kunnen eenvoudig worden gecontroleerd met real-time metingen op elk niveau, waarbij de differentiële druk onafhankelijk van de weersomstandigheden wordt ingesteld.
Drukontlasting bij de inbedrijfstelling afhankelijk van de weersomstandigheden. Drukverschil instelling onafhankelijk van de weersomstandigheden.
Drukontlastingsopening naar buiten nodig in de beschermde ruimte. Geen drukontlastingsopening naar buiten nodig in de beschermde ruimte.

Voorbeeld vergelijking passief versus actief drukverschilsysteem

Hieronder vindt u een vergelijking van beide soorten drukverschilsystemen voor een voorbeeld van een gebouw van 16 verdiepingen. De veronderstelde deurgrootte is 0,85m x 2,3m met een lekoppervlak van 0,2m² per verdieping. Voor de natuurlijke luchtafvoerschacht is uitgegaan van een maximale luchtsnelheid van 2 m/s om de benodigde schachtoppervlaktes te bepalen. Voor de mechanische luchtafvoerschacht werd een luchtsnelheid van 8 m/s verondersteld.

Systeem principe

Actief drukverschilsysteem 
(mechanische toevoer & mechanische afvoer)

Passief drukverschilsysteem 
(mechanische toevoer & natuurlijke afvoer)

Systeem

Toevoer

Afvoer

Toevoer

Afvoer

 

Luchtstroom
[m³/h]

Schacht
[m²]

Luchtstroom
[m³/h]

Schacht
[m²]

Luchtstroom
[m³/h]

Schacht
[m²]

Schacht
[m²]

Gevelopeningen
[m²]

Klasse A

6.000

0,21

6.000

0,21

10.000

0,35

0,80

2x 0,60

Klasse B

34.000

1,20

14.000

0,48

50.000

1,74

2,00

2x 1,50

Klasse C

6.000

0,21

6.000

0,21

21.000

0,73

0,80

2x 0,60

Klasse D

12.000

0,42

6.000

0,21

26.000

0,90

0,80

2x 0,60

Klasse E

13.000

0,45

6.000

0,21

27.000

0,94

0,80

2x 0,60

Klasse F

34.000

1,20

14.000

0,48

50.000

1,74

2,00

2x 1,50

Gemiddeld actief

0,59

 

0,29

Passief

1,04

1,14

1,71

 

Samengevat uit dit voorbeeld, voor een actief systeem met mechanische toevoer en afvoer versus een passief systeem met mechanische toevoer en natuurlijke afvoer met een afvoerschacht:

  • Bij een klasse A systeem is de toevoerschacht 40% kleiner en de afvoerschacht 74% kleiner.
  • Bij een klasse B systeem is de toevoerschacht 31% kleiner en de afvoerschacht 76% kleiner.
  • Bij een klasse C systeem is de toevoerschacht 71% kleiner en de afvoerschacht 74% kleiner.
  • Bij een klasse D systeem is de toevoerschacht 53% kleiner en de afvoerschacht 74% kleiner.
  • Bij een klasse E systeem is de toevoerschacht 52% kleiner en de afvoerschacht 74% kleiner.
  • Bij een klasse F systeem is de toevoerschacht 31% kleiner en de afvoerschacht 76% kleiner.

Voorbeeld klasse D systeem:

Opmerkingen:

  • Oppervlakken zijn aërodynamische vrije oppervlakken.
  • Gevelopeningen zijn gebaseerd op minimaal 2 windonafhankelijke openingen.
  • De klassen zijn gebaseerd op de NEN-EN 12101 deel 6.

Dit is slechts een voorbeeldberekening. Er kunnen geen rechten aan worden ontleend. Het ontwerp is afhankelijk van vele factoren en moet worden bepaald door een ervaren bouwkundig ingenieur op het gebied van brandveiligheid.

NOVENCO Clear Choice Actieve Drukverschil Systemen

rookbeheersingssystemen van NOVENCO. Met het Clear Choice Drukverschil Systeem biedt NOVENCO een actieve overdrukinstallatie met veel interessante functies:

VOLLEDIG CONFORM REGELGEVING

  • Het Clear Choice drukverschil systeem is een modulair systeem, geschikt voor elke gebouwstructuur, maar biedt toch volledige flexibiliteit om aan alle klantspecifieke eisen te voldoen.
  • Met een Clear Choice actief drukverschil systeem kunnen de afmetingen van schachten en rookafvoerkleppen aanzienlijk worden gereduceerd, wat resulteert in meer bruikbare gebouwruimte en lagere initiële kosten.
  • Het Clear Choice drukverschil systeem heeft een hoog aanpassingsvermogen aan veranderende weersomstandigheden en de daaruit voortvloeiende effecten.
  • Het Clear Choice drukverschil systeem is geschikt voor zowel overdruk- als onderdruksystemen.
  • Clear Choice systemen zijn beschikbaar in combinatie met dagelijkse ventilatie.
  • Clear Choice Drukverschil Kits worden uitgebreid getest, zowel in onze eigen testfaciliteit als in tal van gebouwen en tunnels.

CLEAR CHOICE COMPONENTEN

  • Alle Clear Choice systemen zijn ontworpen op basis van jarenlange ervaring in RWA systemen en RWA ventilatoren.
  • Als fabrikant van ventilatoren heeft NOVENCO jarenlange ervaring in aërodynamische en drukgerelateerde oplossingen.
  • Het NOVENCO ZerAx® ventilatorprogramma biedt het hoogste rendement, duurzaamheid en betrouwbaarheid voor een gegarandeerde werking. Alle toerengeregelde RWA ventilatoren zijn in combinatie met frequentieregelaars volledig gecertificeerd volgens de NEN-EN 12101 deel 3:2015.
  • Als onderdeel van de SCHAKO groep hebben wij een volledig assortiment systeemcomponenten in huis, van ventilatoren tot kleppen, geluiddempers, roosters en sturingen.

CLEAR CHOICE FAST RESPONSE BESTURINGSSYSTEEM

  • Het Clear Choice Fast Response Systeem zorgt voor het juiste luchtvolume en de juiste druk binnen de kortst mogelijke tijd.
  • Via het Clear Choice bedieningspaneel kan het complete systeem worden geconfigureerd en aangepast voor een eenvoudige inbedrijfstelling.
  • De software voor het Clear Choice Fast Response besturingssysteem is in eigen huis ontwikkeld, waarbij de focus ligt op betrouwbaarheid en storingsvrije werking van de systemen.
  • Met onze uitgebreide Clear Choice Interface-units zijn speciale configuraties mogelijk, zoals integratie van dagelijkse ventilatie, regen- en windsensoren, enz.

SERVICE EN ONDERHOUD

  • Een optionele zelftest functionaliteit kan worden voorzien.
  • Via het Clear Choice besturingssysteem kan het complete systeem en de componenten worden bewaakt.
  • Systeem test functionaliteit met lage ventilatorsnelheden voor regelmatige wekelijkse tests, waardoor de bewoners van het gebouw minder hinder ondervinden.
  • Een optionele module voor toegang op afstand maakt het mogelijk om op afstand inspecties uit te voeren en beheer op afstand te bieden.
  • Service en onderhoud van de Clear Choice systemen is eenvoudig en overzichtelijk, met behulp van erkende servicebedrijven.

Innovatie als kerncompetentie

Als systeemleverancier biedt NOVENCO niet alleen levering van producten, maar complete turn-key oplossingen. Onze systeemorganisatie is ontworpen om complexe projecten af te handelen, van ontwerp tot levering, installatie, inbedrijfstelling, overdracht, service en onderhoud.

De kern van onze ontwikkelingen is innovatie in onze producten en oplossingen. Met meer dan 70 jaar ervaring loopt NOVENCO voorop in innovatieve ventilatieoplossingen met een focus op rendement en betrouwbaarheid. Onze innovatieve producten en oplossingen kenmerken zich door een hoge kwaliteit en betrouwbaarheid en onze klanten kunnen rekenen op oplossingen op maat die naadloos aansluiten bij hun specifieke eisen en wensen.

Oplossingen op maat voor elke klantbehoefte

Elk project heeft zijn eigen specifieke eisen en vraagt daarom om passende, op maat gemaakte oplossingen. Het zijn echter niet de specificaties die de oplossing uniek maken, maar de specifieke projectbehoeften. Daarom zijn de standaard modulaire oplossingen van NOVENCO altijd afgestemd op de eisen en wensen van de klant en het project. Als systeemleverancier van rookbeheersingssystemen kan NOVENCO de systemen dimensioneren met behulp van deterministische en probabilistische berekeningsmethoden. Daarnaast wordt ook gebruik gemaakt van geavanceerde simulatiesoftware. Indien gewenst worden producten onderworpen aan Factory Acceptance Tests (FAT), terwijl de werking van het gehele systeem wordt beoordeeld tijdens uitgebreide System Acceptance Tests (SAT).

Systeemoplossingen

Onze systeemgroep is gespecialiseerd in ventilatie- en rookbeheersingsystemen voor tunnels, parkeergarages en gebouwen. Als systeemleverancier bieden wij complete turn-key oplossingen voor complexe projecten:

  • Gedetailleerd systeemontwerp en selectie van componenten.
  • Levering en montage.
  • Inbedrijfstelling en oplevering.
  • Product- en systeemcertificering.
  • Service en onderhoud.

Met een productieoppervlak van ongeveer 30.000 m² in de fabriek in Denemarken worden alle ventilatoren in eigen beheer ontwikkeld en geproduceerd. Een volledig uitgeruste R&D-afdeling heeft toegang tot één van de meest geavanceerde aerodynamische laboratoria ter wereld.

Als gecertificeerd rookbeheersingsbedrijf is NOVENCO gecertificeerd voor het ontwerpen, leveren, installeren en in bedrijf stellen van complete rookbeheersingssystemen.

Gegarandeerde beschikbaarheid en betrouwbaarheid

Om te voldoen aan de wettelijke verplichtingen inzake de beschikbaarheid van rookbeheersingssystemen zijn service en onderhoud van vitaal belang. Over een periode van vele decennia moeten er inspecties en onderhoud worden uitgevoerd om aan de prestatie-eisen te blijven voldoen en de veiligheid te blijven garanderen. NOVENCO heeft een speciale service- en onderhoudsafdeling, die zorg draagt voor het onderhoud van deze belangrijke Life Safety systemen.

Ontvang belangrijke informatie over innovatieve ventilator techniek middels onze nieuwsbrief

NOVENCO Logo

NOVENCO Building & Industry
Bergweg-Zuid 115
2661 CS Bergschenhoek
Nederland

Tel. +31 10 524 24 24
info-nl@novenco-building.com