Numerical studies on smoke spread in the cavity of a double-skin façade

Abstract

Double-skin façade (DSF) is an environmental friendly architectural feature. However, fire hazard is a concern. A scenario of having a flashover room fire adjacent to the façade was identified. Heat and mass would be trapped in the façade cavity. This paper examines air flow driven out of a flashover room fire to the cavity of a DSF by Computational Fluid Dynamics. The software Fire Dynamics Simulator developed at the Building and Fire Research laboratory, National Institute of Standards and Technology, USA was selected as the simulation tool. Three DSF features labeled as DSF1, DSF2 and DSF3 were considered. Detailed simulations were carried out to understand the fire-induced aerodynamics in a 5-level model DSF1 with a fire room at the third level. Hot gas spreading out to the façade cavity was simulated under two heat release rates of 1 MW and 5 MW. Air cavity depths of 0.5 m, 1 m, 1.5 m and 2 m were considered. Three stages of flame spreading out to a DSF with a wide air cavity depth were identified. Results suggested that wider air cavity depths would be more dangerous, with higher risk of the upper interior glass pane's breaking. To study spreading of heat and mass up the façade cavity as vertical channel flow, two taller DSF façade features DSF2 and DSF3 with differing air cavity depths were simulated. Both features were of height 24 m but of differing fire room height. Vertical temperature profiles with and without the DSF feature were compared.

Skaitinis dūmų sklidimo dvigubo fasado ertmėje tyrimas

Santrauka. Dvigubas fasadas yra ekologiškas architektūrinis sprendimas. Tačiau dvigubas fasadas yra problemiškas gaisrinės saugos požiūriu. Nagrinėjamas scenarijus, kai greta dvigubo fasado esančioje patalpoje įvyksta gaisro pliūpsnis. Dvigubo fasado ertmėje gali būti uždaryti karštis ir masė. Taikomi skaitmeninės skysčių dinamikos metodai nustatyti, kaip iš patalpos, kurįoje įvyksta gaisro pliūpsnis, oras ir degimo produktai išstumiami ī dvigubo fasado ertmę. Modeliuoti naudojama kompiuterinė programa, parengta JAV Nacionaliniame standartų ir technologijos institute. Nagrinėjami trys dvigubų fasadų sprendimai. Atliekamas detalus pirmojo sprendimo fasado modeliavimas siekiant suprasti gaisro lemiamą aerodinamiką penkių aukštų fasade, kai gaisras kyla trečiame aukšte. Modeliuojamas karštu dujų sklidimas iš fasado ertmės viršaus teigiant, kad gaisro išskiriama Siluma yra 1 MW ir 5 MW. Ertmės plotis imamas lygiu 0,5 m, 1,5 m ir 2 m. Nustatomi trys liepsnos sklidimo iš dvigubo fasado etapai. Gauti rezultatai leidžia daryti išvadą, kad platesni fasadai yra pavojingesni, nes didina viršutinių stiklo diskų dužimo tikimybę. Aukštesni antro ir trečio sprendimo fasadai naudoti tirti, kaip karštis ir masė juda vertikalia fasado ertme. Skyrėsi šių fasadų ertmės plotis. Abu fasadai buvo 24 m aukščio, tačiau skyrėsi gaisro patalpos aukštis. Buvo palygintas vertikalusis temperatūros pasiskirstymas dvigubo fasado ertmėje.

Reikšminiai žodžiai: dvigubas fasadas, oro ertmė, dūmų sklidimas.

Keyword : double-skin facade, air cavity, smoke spread