Συμπεριφορά θερμομονωτικών υλικών στη φωτιά σε συσχετισμό με την θέση τους στα δομικά στοιχεία του κτιριακού κελύφους

Abstract

The aim of the present thesis was the determination of the behavior of thermal insulation materials in fire, in reference with their type, position and width on the behavior of a typical Greek apartment’s fire enclosure. The research was performed by the method of comparative parametric analysis of the basic design variables of the building envelope. For the research an advanced computational fluid dynamics model was incorporated, using specialized fire simulation software. The thermophysical properties of all building materials used in fire simulations were considered as functions of temperature, while all the relevant thermochemical processes were simulated. The data of the relevant material properties of the most commonly used building materials used in Greece were collected through an extensive literature review. In addition, a one dimension heat transfer model is proposed for the perforated brickwork, capable of accurately predicting the evolution of surface temperature on the unexposed face. This model has been validated using experimental data from relevant papers. Besides from the analytical procedure described and proposed for fire simulations, the results have been analyzed using multivariate linear regression theory. The result of this analysis is numerous linear equations which predict the various parameters of fire behavior using the basic building envelope design variables as input. These linear equations are easy to use and can be utilized from modern engineers in order to bypass the need to run a complicated fire simulation, while having a good numerical estimation of fire behavior parameters available. Finally, an evaluation method of the impact on fire behavior of each design variable considered is being proposed, exploiting the estimated results from the linear equations. This decision making tool can be used by engineers in order to check quickly their design options based of the priorities and the performability level of the design.

Σκοπός της διατριβής ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς των θερμομονωτικών υλικών στη φωτιά και η επιρροή του είδους, της θέσης τους και του πάχους τους στη συμπεριφορά ενός τυπικού πυροδιαμερίσματος κατοικίας σε περιστατικό πυρκαγιάς. Η διερεύνηση πραγματοποιήθηκε με την μέθοδο της συγκριτικής παραμετρικής ανάλυσης παραμέτρων πυροπροστασίας με μεταβολή των μεταβλητών σχεδιασμού του κτιριακού κελύφους. Η έρευνα εκτελέστηκε με την αξιοποίηση προχωρημένων ρευστοδυναμικών προσομοιωμάτων με την εκμετάλλευση κατάλληλου προσομοιωτικού λογισμικού. Όλα τα δομικά υλικά που προσομοιώνονται θεωρούνται με μεταβλητές θερμοφυσικές ιδιότητες με τη θερμοκρασία, ενώ παράλληλα προσομοιώνονται οι θερμοχημικές διεργασίες λόγω υψηλών θερμοκρασιών. Τα δεδομένα των ιδιοτήτων των υλικών συλλέχθηκαν από εκτεταμένη βιβλιογραφική έρευνα και προτείνονται κατάλληλα προσομοιώματα για τα πλέον συνηθισμένα δομικά υλικά της ελληνικής κατασκευαστικής πρακτικής. Επίσης, προτείνεται κατάλληλο μονοδιάστατο προσομοίωμα μεταφοράς θερμότητας ιδεατού ομοιόμορφου υλικού για τον διάτρητο οπτόπλινθο, ικανό να προβλέψει τις ορθές θερμοκρασίες στη μη εκτεθειμένη παρειά, το οποίο επαληθεύτηκε με πειραματικά δεδομένα της βιβλιογραφίας. Εκτός από την αναλυτική διαδικασία προσομοίωσης πυρκαγιών που περιγράφεται και προτείνεται, τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αξιοποιούνται με την μέθοδο της γραμμικής παλινδρόμησης πολλών μεταβλητών. Μέσω αυτής της ανάλυσης προκύπτουν και προτείνονται γραμμικές σχέσεις εκτίμησης των παραμέτρων συμπεριφοράς στη φωτιά από τις μεταβλητές σχεδιασμού για την εύκολη χρήση από τον μηχανικό. Τέλος, προτείνεται μέθοδος αξιολόγησης των αποτελεσμάτων από τις προσομοιώσεις ή από την εκτίμηση τους μέσω των προτεινόμενων γραμμικών σχέσεων ως εργαλείο λήψης αποφάσεων για τον σχεδιασμό του κελύφους, με βάση τις προτεραιότητες που θέτει ο μηχανικός.