La Fire Safety Engineering applicata agli iter autorizzativi in soluzione alternativa sta rivoluzionando la Sicurezza Antincendio in Italia grazie alle facilitazioni applicative introdotte dal D.M. 3 agosto 2015, legge in continua evoluzione ed implementazione.

Il caso che vogliamo mostrarvi in questo articolo è un’interessante sfida tecnica che ben evidenzia il pieno potenziale di questo nuovo metodo, che permette di perseguire soluzioni ‘’su misura” coniugando le odierne tecniche di progettazione e simulazione con specifiche valutazioni del rischio.

Il contesto

Nell’ambito di importanti investimenti di ampliamento e potenziamento di alcuni magazzini di stoccaggio di riso, la valutazione del rischio incendio con approccio ordinario impone l’utilizzo diretto del potere calorifico del riso (14,9 MJ/kg) per la stima del carico d’incendio del nuovo reparto, mediante la ben nota formulazione di legge:

qf = Σ gi ∙ Hi ∙ mi ∙ ψi / A

– g massa dell’i-esimo materiale combustibile [kg];

– AI potere calorifico inferiore dell’i-esimo materiale combustibile [MJ/kg], i valori di AI dei materiali combustibili possono essere determinati per via sperimentale in accordo con UNI EN ISO 1716:2002 ovvero essere mutuati dalla letteratura tecnica;

– mi fattore di partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale combustibile pari a 0,80 per il legno e altri materiali di natura cellulosica e 1,00 per tutti gli altri materiali combustibili;

– ψi fattore di limitazione della partecipazione alla combustione dell’i-esimo materiale combustibile pari a 0 per i materiali contenuti in contenitori appositamente progettati per resistere al fuoco; 0,85 per i materiali contenuti in contenitori non combustibili e non appositamente progettati per resistere al fuoco; 1 in tutti gli altri casi;

– A superficie in pianta lorda del compartimento [m2].

Dall’analisi inziale, il nuovo magazzino risultava avere un carico d’incendio di progetto (cf, d) superiore alla soglia dei 2400 MJ/m2, comportando ingenti investimenti mirati a:

– Acquistare strutture prefabbricate con resistenza al fuoco in classe R-EI240 (Causa l’impossibilitá di perseguire un livello di prestazione II S.2 RTO).

– Installare un impianto di rivelazione incendio

– Installare un impianto di smaltimento fumi/calore

– Installare un impianto di controllo incendi (sprinkler) ed annessa stazione di riserva idrica.

Inoltre, dalle prime analisi dei registri storici degli eventi incidentali occorsi nelle riserie non emergevano casistiche di incendi significative (Rif. https://dustsafetyscience.com/; EUROPA – eMARS Accidents Search – European Commission), ma solamente alcune esplosioni di polveri prodotte dalle attività di lavorazione od essicamento della materia prima.

Analisi

In fase di pianificazione preliminare del progetto si è deciso di mutare approccio al problema, avviando:

1. un percorso di analisi del rischio effettivo
2. in caso di dubbio in merito alla correttezza della soluzione ordinaria, applicare i metodi dell’ingegneria della sicurezza antincendio.

Nell’ottica di perseguire un’effettiva e più aderente soluzione di riduzione del rischio incendio rappresentativa della realtà, si è deciso di indagare più approfonditamente sulle reali capacità del riso di emettere energia qualora sia coinvolto da un incendio.

L’approfondimento tecnico sperimentale, attuato con prova in scala reale di laboratorio, si è resa necessaria per colmare le lacune di dati disponibili da letteratura e per poter tarare con approccio sperimentale diretto i modelli numerici simulativi di fluidodinamica computazionale (CFD). Questi modelli costituiscono di gran lunga la più raffinata possibilità di simulazione di incendio attualmente disponibile, ma sono altamente sensibili agli errori di impostazione delle condizioni al contorno e di cui le curve HRR ne sono uno dei cardini fondamentali.

Non conoscendo le caratteristiche termochimiche del riso e non disponendo di dati sperimentali pregressi di letteratura, si é ricorso alla sperimentazione diretta per ricavare la curva HRR.

La curva HRR rappresenta l’energia termica emessa da un focolare o da un incendio per unità di tempo, quasi sempre espressa in kW (sec). Essa fornisce più estese indicazioni rispetto al concetto di carico incendio, poiché descrive nel tempo la potenza termica, parametro legato allo sviluppo dell’incendio reale. Il carico d’incendio è invece riferito all’energia rilasciata, senza riferimenti al tempo di combustione.

Per esemplificare, si può pensare a come uno stesso materiale carico di incendio possa bruciare con differenti velocità a seconda delle particolari condizioni in cui si trova stoccato (tipologia immagazzinamento, pezzatura), e dall’ambiente in cui è inserito. Queste variabili di condizione al contorno danno origine a temperature nel locale coinvolto anche molto diverse da caso a caso.

Inoltre, per il carico incendio, la stima della temperatura risulta molto conservativa in quanto si presuppone che tutto il combustibile presente partecipi alla combustione, descrivendo la dinamica dell’incendio solo nella fase di post flashover.

Il test

Il test consiste nel sottoporre un campione significativo di materiale, nel nostro caso un intero big bag di riso del peso complessivo di circa 1000 kg, ad una fiamma diretta avente potenza termica variabile nel tempo con rampa normata.

L’intero evento è eseguito al di sotto di una speciale cappa, il Cono Calorimetrico, un sofisticato strumento di prova del fuoco basato sul principio che la quantità di calore rilasciata da un campione in fiamme è direttamente correlata alla quantità di ossigeno consumata durante la combustione, questa quantità è direttamente allineata con la gravità di un incendio, come il tasso di crescita dell’incendio.

Nella foto è raffigurato uno schema di un calorimetro a cono.

Un campione viene posto sotto un riscaldatore radiante a forma di cono e tipicamente esposto a un flusso esterno del riscaldatore di 35 kW/m². Tuttavia, per i materiali più resistenti al fuoco, il riscaldatore aumenta frequentemente fino a 50 kW/m². Una volta generato un numero sufficiente di prodotti di pirolisi, si verifica l’accensione. I prodotti della combustione viaggiano attraverso il riscaldatore a cono e attraverso un tubo di scarico strumentato. I valori misurati/calcolati che sono tipicamente importanti includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo:

• – il tempo di accensione
• – il tasso di perdita di massa durante la combustione
• – il tempo e il valore della quantità massima di calore rilasciata durante la combustione
• – la quantità totale di calore rilasciata durante la prova.

Tornando al nostro caso, con grande sorpresa, il test ha evidenziato una correlazione perfetta tra le statistiche degli eventi incidentali e la reale capacità del riso lavorato stoccato nei big bag di partecipare ad un incendio, di fatto trascurabile.

Durante l’intero test, sottoposto a fiamma diretta, il riso si è carbonizzato, ma non è in grado di continuare a bruciare in assenza della sorgente di ignizione.

Quanto emerso dal test ha posto le basi per una realistica simulazione d’incendio nel magazzino, consentendo di ridurre le prestazioni strutturali ed impiantistiche di partenza, circoscrivendole alle effettive esigenze di salvaguardia degli occupanti e dei soccorritori, oltre che a ridurre significativamente i budget di investimento inziali, ed in particolare limitandole a:

• Strutture aventi resistenza al fuoco R-EI15 (in luogo di prerequisito R-EI240)
• Installazione del solo impianto di rivelazione incendio a barriera e sistema di evacuazione fumi ad azionamento manuale

In particolare, in questo caso è risultato NON necessario predisporre un impianto sprinkler ed annessa stazione di pompaggio.