Il Copenhagen Cityringen: la validazione del TVS

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IL COPENHAGEN CITYRINGEN:

LA VALIDAZIONE DEL TVS

COLD FLOW TEST: LA METODOLOGIA DI COLLAUDO DEL SISTEMA DI VENTILAZIONE DI UNA METROPOLITANA

Il sistema di ventilazione in emergenza svolge un ruolo cruciale nel funzionamento di una linea metropolitana. La sua validazione è pertanto un momento fondante di tutto il percorso progettuale ed esecutivo dell’opera e va eseguita secondo una metodologia approvata e condivisa da tutti i principali soggetti coinvolti (Cliente, Costruttore, Fornitori, Autorità). Si tratta di un percorso articolato in numerosi step di carattere computazionale e sperimentale così come raccomandato dalla NFPA 130. La progettazione del sistema di ventilazione di una metropolitana si basa sulle analisi quantitative svolte, mediante il ricorso a simulazioni fluidodinamiche in condizioni di funzionamento normale e di emergenza, per verificare se siano sempre garantiti i requisiti progettuali e le condizioni di sicurezza. Tipicamente nei tunnel la prestazione verificata è la velocità critica a monte dell’incendio (simulazioni 1D), mentre nei punti geometricamente più complessi - stazioni e crossover - si verificano le condizioni di vivibilità lungo i percorsi di esodo (simulazioni CFD 3D). La metodologia, condivisa a livello internazionale per la validazione delle prestazioni del sistema di ventilazione, passa attraverso l’esecuzione dei cosiddetti “Cold Flow Test”, ovvero test di funzionamento del sistema a freddo, in assenza di incendio, in tutte le modalità operative previste a progetto. L’obiettivo è confrontare i risultati relativi ai valori di velocità dell’aria misurati attraverso le simulazioni, con la misura sperimentale effettuata con un sistema anemometrico nel corrispondente test in campo, nella stessa sezione di galleria e nelle stesse condizioni operative (ventilatori, serrande, ecc.). In questo modo, si verifica con un elevato livello di affidabilità la capacità del sistema di vincere le perdite di carico e quindi il corretto dimensionamento del TVS. La validazione pertanto verifica la capacità dei modelli computazionali usati in fase di progettazione di riprodurre, con sufficiente grado d’accuratezza, le prestazioni del sistema di ventilazione. Le modalità di ventilazione sanitaria sono normalmente analizzate trascurando l’effetto termico dei treni per l’impossibilità di raggiungere i livelli termici tipici del funzionamento a pieno regime. Nel caso delle Linee 3 e 4 della nuova metro Cityringen di Copenhagen, i Cold Flow Test sono effettuati solo per la modalità di ventilazione in emergenza. Il Cityringen è un anello chiuso a doppia canna con tre punti singolari: Sønder Boulevard (biforcazione), Øster Søgade (crossover + biforcazione), Nørrebroparken (crossover). Ad eccezione di questi tre punti singolari, la struttura tipica di un’intertratta tra due stazioni è costituita da due tunnel indipendenti che terminano in un tratto di tunnel di stazione. Quest’ultimo è isolato dalla stazione tramite porte di banchina (PSD) ed è provvisto di un plenum (OTE) collegato al ventilatore di stazione (TVF - Tunnel Ventilation Fan). La logica di ventilazione di emergenza per un incendio nel tunnel prevede l’attivazione Push&Pull tra la stazione a monte e quella a valle.

1. La linea del Copenhagen Cityringen

VENTILAZIONE

2. Lo SCADA e lo schema di funzionamento del Cold Flow Test

La direzione di ventilazione è sempre nella direzione di percorrenza dei treni. La logica di ventilazione prevede inoltre la chiusura delle PSD e dei pozzi di ventilazione naturale (Pressure Relief Dampers - PRD) nelle due stazioni a monte e a valle dell’incendio: questa configurazione al fine di convogliare tutto il flusso aeraulico sull’incendio. Per i Cold Flow Test corrispondenti a scenari d’incendio nelle intertratte tra due stazioni si verifica la velocità dell’aria misurata in un punto del tunnel localizzato in modo che gli effetti di turbolenza indotti dal sistema di ventilazione e dalla presenza di eventuali treni si possano ritenere trascurabili. Il valore di velocità dell’aria misurato in questo caso è corrispondente al valore misurato a caldo in fase di design per la verifica della velocità critica. Sono inoltre sviluppati casi che prevedendo la presenza dei treni così come previsto nelle logiche di funzionamento della linea, al fine di verificare il TVS anche in presenza dell’effetto di bloccaggio dovuto ai treni. Per i test corrispondenti a scenari d’incendio in stazione o in punti singolari della linea come crossover e/o biforcazioni, la verifica a freddo è più complessa in quanto non è possibile individuare una prestazione da monitorare che abbia una corrispondente a caldo direttamente correlata con le condizioni di vivibilità lungo i percorsi di esodo. In questo caso, la prova in campo consiste in test con fumogeni: si osserva la diffusione dei fumi freddi e si misura la velocità dell’aria in punti rappresentativi della stazione, tipicamente dove si prevedono flussi d’aria monodirezionali e poco turbolenti (corridoi o scale). Il confronto tra quanto ottenuto mediante la simulazione CFD (in caso di incendio) e la prova sperimentale effettuata con fumogeni è molto approssimativo. Attraverso registrazioni video dell’andamento dei fumi generati con fumogeni è possibile fare solo dei confronti di tipo qualitativo. I Cold Flow Test costituiscono una fase interdisciplinare che convolge diversi attori: • lo Specialista delle simulazioni fluidodinamiche; • lo Specialista del sistema SCADA, che fornisce le tabelle relative alle modalità operative; • il Progettista del sistema di ventilazione; • chi si occupa di effettuare le prove in campo; • il Cliente valuta e coordina il programma di esecuzione delle prove insieme all’Autorità. Le misure di velocità dell’aria svolte in campo devono essere fatte in modo da ottenere il valore medio sulla sezione trasversale. Questo è possibile tecnicamente attraverso la misura contestuale su più punti della sezione o attraverso una misura lineare sull’intera sezione. I punti di misura devono essere scelti distanti da elementi che creino disturbi e/o perturbazioni alla vena fluida come repentini cambi di direzione (immissione/estrazione), repentini cambi di sezione (in prossimità di un treno o imbocco tunnel di stazione), biforcazioni. Tipicamente il punto di misura è posto a dieci diametri idaulici da questi elementi. La fase di test e validazione del sistema di ventilazione di una infrastruttura complessa come una metropolitana è il momento decisivo di tutto il percorso progettuale ed esecutivo dell’opera, con particolare riferimento alla parte impiantistica e alle interferenze con le opere civili e con il segnalamento. È quindi un momento estremamente formativo per gli Specialisti di tutte le discipline coinvolte. n

(1) Fire Safety Engineer di Cantene Srl (2) Project Manager di Cantene Srl

3. Esempio di misure sperimentali