UNE100040 Presurizacion de Escaleras UNE 100.040.96

Pedro Giner Editorial, S.L.

NORMA UNE 100.040-96

Protección de las vías de evacuación mediante presurización. A. INTRODUCCIÓN:

1. OBJETO: a. Protección de las vías de evacuación de los edificios mediante sistemas

de presurización. b. Se trata de establecer un flujo de aire en el edificio, que evite que el

fuego provocado por un incendio pueda entrar en una vía de evacuación.

2. NIVELES:

Los sistemas de presurización pueden diseñarse con diferentes niveles medios de presurización:

a. Con una sola etapa (emergencias) a 50 Pa. b. Con dos etapas: La primera de 15 Pa de forma continua en el espacio

presurizado y la segunda a 50 Pa, durante las emergencias. c. Con modulación entre 15 y 50 Pa, dependiendo del número de puertas

abiertas simultáneamente

3. MÉTODOS DE PRESURIZACIÓN: a. Se adoptará un sistema de presurización separado por cada vía de

evacuación cuando el acceso a la escalera desde otros espacios sea directo (Fig.1)

1


b. O bien cuando sea a través de vestíbulo (Fig.2).

2


c. Cuando exista un vestíbulo que tenga puertas que den acceso a locales que no estén destinados a estancia (aseos, huecos de ascensores, etc), cada elemento de la vía de evacuación tendrá un sistema de presurización (Fig.3).

d. Si un pasillo forma parte de una vía de evacuación, la presurización puede llevarse hasta las puertas de acceso a los locales de estancia mediante un sistema independiente de los de escalera y el vestíbulo. (Fig.4).

3


e. Si por razones constructivas no puede presurizarse la escalera, se podrán presurizar los elementos asociados a ella, vestíbulo y, ocasionalmente, pasillos. La escalera resultará presurizada de forma indirecta, por el aire que se fuga desde el vestíbulo.

f. También puede diseñarse un sistema con el cual se presuriza, todo el edificio, asociado a aberturas automáticas de expulsión de los humos al exterior. En caso de incendio en una planta, se abrirán las aberturas de expulsión de la misma planta.

g. En un edificio pueden haber diferentes espacios presurizados, tantos como vías de evacuación existan. En caso de emergencias, cualquiera que sea el método de presurización elegido, todos los sistemas de presurización de un edificio, deberá entrar en funcionamiento. Cuando existan espacios presurizados conectados entre sí y dispuestos en serie, el diseño del sistema debe asegurar el flujo de aire desde la escalera, a través del vestíbulo y del pasillo hacia los locales de estancia, donde puede darse un incendio. Debe existir un gradiente de presión entre espacios presurizados contiguos, no mayor de 5 Pa, en el sentido de la presión decreciente desde la escalera hacia las estancias.

4. INTERFERENCIAS CON EL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN: Los sistemas de presurización y aire acondicionado deben ser tratados como un único conjunto durante el diseño, ya que el funcionamiento de éste podía afectar en sentido negativo al funcionamiento del primero.

4


Cuando el sistema de presurización entre en funcionamiento, deberán adaptarse los siguientes cambios en el funcionamiento del sistema de climatización:

1. Los ventiladores de impulsión de aire deberán pararse. 2. Las compuertas con recirculación de aire deberán cerrarse. 3. El sistema de extracción podrá seguir funcionando siempre

que se cumplan las siguientes condiciones:

-La posición de las rejillas de extracción sea tal que los humos se alejen de las puertas de acceso a las vías de evacuación. -Los ventiladores y los conductos resistan la temperatura de los gases. -Los humos no puedan pasar a otras plantas a través del sistema de extracción.

5. FUNDAMENTOS DE LA PRESURIZACIÓN:

Las fuerzas principales que son causa del movimiento natural de los humos en un edificio son: 1). Efecto chimenea. La diferencia de presión causada por el efecto chimenea entre dos columnas de aire a diferentes temperaturas es:

hgp ix .)( ρρ −=∆ Siendo:

- h = la distancia media desde el plano neutro hasta el punto x. - Tx = Temperatura del exterior, en el punto x. - Ti = Temperatura de los humos. Empleando la ley de los gases perfectos:

TRP ..ρ=

La ecuación anterior se transforma:

hTTR

Pgpix⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=∆

11..

5


Se provoca la infiltración del aire exterior al interior a través de las ranuras del cerramiento por debajo del plano neutro y viceversa. 2). Flotabilidad de los humos Las altas temperaturas de los humos producidos por un incendio provoca una fuerza debido a la diferencia de densidades con respecto a aire normal.

La diferencia de presión entre un local incendiado y otro local contiguo, se expresa:

hTTR

Pgpha⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=∆

11..

Esta diferencia de presión que se genera de un lado a otro de una pared de compartimentación, provoca el paso de los humos en sentido horizontal a través de las ranuras de paredes y puertas.

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3). La expansión de los humos Además del fenómeno descrito antes, la energía desarrollada por un fuego, causa un movimiento de los humos debido a la expansión. Se cumple:

s

e

s

e

TT

QQ

=

Siendo: y los caudales volumétricos (m 3 /s), que entran y salen de un local donde existe un incendio.

eQ sQ

Para una temperatura de los humos de 700 C, se cumple: 0

Qs = 3xQe.

4). De viento La fusión que un viento de velocidad V ejerce sobre un plano

perpendicular a su dirección es:

P = 0,5 . c . xρ . V 2 El coeficiente de presión ( c ) puede tener valores dentro de los

límites de -0,8 a +0,8, siendo los valores positivos para paredes expuestas al viento ( a barlovento ) y los negativos para paredes a sotavento.

Este efecto es poco significante sobre edificios con cerramientos

muy estancos. 5). La dilución Cuando no sea posible mantener un caudal de aire

suficientemente grande a través de una puerta abierta para evitar que los humos entren en un espacio protegido, éstos deberán ser diluidos con aire exterior.

La concentración C de una substancia en el aire durante un tiempo

t se expresa en función de la concentración inicial Ci ( para t=0 ) y de las renovaciones horarias, se obtiene mediante la ecuación:

C = 3600.

.tr

i eC−

Despejando r (renovaciones horarias):

r = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

CC

tiln.3600

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Y resolviendo respecto al tiempo:

t = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

CC

riln.3600

Para no perder la visibilidad es necesario que la concentración de

los humos sea menor que el 1% de la concentración que existe en las inmediaciones de la zona de fuego.

6). El Sistema y sus componentes Los componentes principales de un sistema de presurización son: 1. El conjunto motor o ventilador para la impulsión del aire. 2. La red de conductos para distribuir el aire. 3. Las ranuras que constituyen los caminos de escape del aire

desde el espacio presurizado. 4. Las aberturas o ranuras que constituyen los caminos de escape

del aire desde los locales de estancia hacia el exterior.

B.- CÁLCULO

1. DATOS DE DISEÑO Para el cálculo de la densidad del aire deben conocerse las condiciones del aire en el interior del edificio, así como las condiciones extremas de diseño del lugar de emplazamiento del edificio, sea en verano como en invierno, y la altitud sobre el nivel del mar (véase Anexo A). Para estos últimos datos se tomarán los valores de la Norma UNE 100001, a los niveles de percentiles del 1% y 99% para verano e invierno, respectivamente. El nivel de presurización del espacio considerado en caso de emergencia debe ser igual a 50 Pa, cuando las puertas están cerradas. 2. FUERZA PARA LA APERTURA DE LAS PUERTAS. La diferencia de presión existente sobre las dos caras de la hoja de una puerta dificulta su apertura, teniendo en cuenta que las puertas abren siempre hacia el espacio presurizado (contra el dispositivo automático de cierre y contra la presión) y su valor, suma de las dos, es:

dpSbFF d .2

.. ∆+=

Donde: -Fd=Fuerza ejercida por el dispositivo automático de cierre de la puerta, de 20 a 80 N, que se debe ajustar al mínimo.

8


-∆p=Diferencia de presión entre ambos lados de la puerta ( Pa ). La fuerza necesaria para la apertura, no será mayor que 100 N. 3. CAUDAL DE AIRE El caudal de aire necesario para obtener el gradiente de presión requerido entre un espacio presurizado y un espacio contiguo, que fluirá a través de las ranuras de los elementos de separación entre los dos espacios,es:

n

tpScQ

1

2.. ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ∆=

ρ

Donde: C = Coeficiente de flujo (0,6 ÷ 0,7) St = Área total efectiva de la superficie de las ranuras (m2) n = Exponente que depende de la geometría de las ranuras, vale entre 1 y

2 ρ = Densidad del aire (1,2 kg/m3)

Despejando ∆p:

5,0)(.84,0..2

. pSSc

Qp tnf

n

n

∆==∆ρ

Para puertas y grandes aberturas: (3.1) 5,0)(.84,0 pSp t ∆=∆ Para ventanas y pequeñas aberturas : (3.2) 625,0).(.89,0 pSQ t ∆=

El área total de las ranuras es:

n

mi

mi S

St

1

1−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡Σ=

La superficie total equivalente para los huecos de ascensores:

( )[ ] 5,022.

..

ap

ap

SSn

SSnSt

+= (3.3)

Siendo:

n = El número de puertas o paredes de un ascensor. Sp = Área de las ranuras de una puerta del ascensor. Sa = Área de las aperturas hacia espacios no presurizados en el hueco del

ascensor.

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4. LOCALES CON DEPRESIÓN Para locales que se ventilan manteniéndolos en depresión mediante un sistema mecánico (como aseos, locales de archivos, etc.) y están contiguos a espacios presurizados, el caudal que se escapa desde el espacio presurizado será igual al caudal del ventilador de extracción, si funciona, y, si no funciona, al siguiente:

kpSQ ...15,1 5,05,0 ∆=

ρ

De donde:

S= Superficie de las ranuras y de la rejilla de paso en la puerta. K = Factor que depende de la relación entre la superficie del conducto de

extracción y la superficie S (entre 0,5 y 1). Si tomamos K = 0,8 y despreciando las variaciones de densidad del aire, el caudal anterior es aproximadamente: )1(..8,0 5,0pSQ ∆≈ Se coge el mayor valor que resulta del cálculo de (1) y del ventilador de extracción. Otros aspectos como: Apertura de puertas; evacuación del aire desde las dependencias hacia el exterior; altura máxima de la escalera; etc., se verán en el ejemplo. C. EJEMPLO 0. Introducción El ejemplo se ilustra con un dibujo de una planta de un edificio de 8 plantas de altura (véase figura E.1). Las hipótesis de cálculo son las siguientes:

Se presurizarán la escalera y los vestíbulos, de forma independiente y al mismo nivel. El pasillo no se presuriza.

El sistema será de una sola etapa, con una presión de 50 Pa. El edificio se considerará emplazado al nivel del mar. Las temperaturas exteriores de diseño se consideran igual a 0 ºC para el invierno

y 35 ºC para el verano. Las temperaturas interiores de diseño se consideran igual a 20 ºC en invierno y

25 ºC en verano. La altura entre pisos de planta a planta es de 3 m. Los aseos están ventilados por medios mecánicos con un caudal de 0,12 m3/s por

cada planta. 1. Cálculo de las superficies de las ranuras (véase Anexo D)

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a) Escalera

Debido a que los niveles de presurización de escalera y vestíbulo son iguales, no hay fugas de aire a través de las puertas de comunicación entre ellos. La escalera tiene una fuga de aire a través de la puerta de salida a la calle. La superficie de las ranuras de esta puerta es de 0,03 m2.

b) Vestíbulo El vestíbulo tiene fugas de aire a través de la puerta de los aseos, del sapillo y

del ascensor. Las superficies de las ranuras son: Puerta de aseos 0,04 m2 Puerta de pasillo 0,03 m2 Puerta de ascensor 0,06 m2

2. Cálculo de caudales (véase apartado 3.1) a) Escalera Q = 0,84 . 0,03 . 500,5 = 0,18 m3/s (48) b) Vestíbulo (cada uno)

A través de la doble puerta hacia el pasillo Q = 0,84 . 0,03 . 500,5 = 0,18 m3/s (49)

A través de la puerta de separación con los aseos: Q = 0,84 . 0,04 . 500,5 = 0,23 m3/s (50)

Nota: Se asumirá este valor, que es mayor que el caudal del sistema de extracción mecánica de 0,12 m3/s.

A través de la puerta del ascensor (véase apartado 3.3) S = 8 . 0,06 . 0,1/{. 0,06)2}0,5= 0,098 m2 (51) Q = 0,84 . 0,098 . 500,5 = 0,58 m3/s (52)

En total, los caudales de aire de presurización, aumentados en un 25%, son los siguientes:

Escalera 0,18 . 1,25 . 0,23 m3/s Vestíbulo (cada uno) (0,18 + 0,28 + 0,58) . 1,25 = 1,24 m3/s Ocho vestíbulos 8 . 1,24 = 9,9 m3/s

Se hace constar que el caudal de exfiltración a través de la puerta de los aseos

representa el 30% del caudal total.

3. Cálculo de la velocidad a través de puertas abiertas

3.1. Pareja de puertas escalera-vestíbulo y vestíbulo-pasillo en una planta abierta a) Escalera

Caudal suministrado directamente 0,23 m3/s Caudal que pasa a la escalera desde las puertas

cerradas de otros vestíbulos: 0,80 m3/s

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0,6 . 0,01 . (8 – 1)/(0,01 + 0,03 + 0,098/8) Total 1,03 m3/s Velocidad corregida (8.7.3): 0,6 . 1,03/1,6 = 0,39 m/s No se cumple la condición del apartado 8.7.4. caso 2 (velocidad mínima = 0,7 m/s).

b) Vestíbulo

Caudal suministrado directamente 1,24 m3/s Caudal que procede de la escalera 1,03 m3/s Caudal que procede de la puerta del ascensor:

0,35 . 0,58 . 8 1,62 m3/s Total 3,89 m3/s Velocidad corregida: 0,6 . 3,89/3,2 = 0,73 m/s Se cumple la condición del apartado 8.7.4. caso 2 (velocidad mínima = 0,7 m/s).

Si la condición del apartado 8.7.4 casi 2 no se hubiese cumplido, se hubiese tenido que aumentar el caudal impulsado en la escalera y situar, a continuación, una compuerta automática de sobrepresión en el mismo hueco de escalera para mantener la presión por debajo de 60 Pa en cualquier condición. E.3.2. Puerta vestíbulo-pasillo abierta. - Caudal suministrado directamente al vestíbulo 1,24 m3/s - Caudal desde puerta escalera-vestíbulo: 0,65 . (2/1,2)0,5 . 0,03 . 500,5 0,18m3/s - Caudal desde la puerta del ascensor: 0,35 . 0,58 . 8 1,62m3/s Total _________

3,04m3/s

Velocidad corregida: 0,6 . 3,04/3,2 = 0,57m/s Se cumple la condición del apartado 8.7.4 caso 2. Si la condición del apartado8.7.4 caso 2 no se hubiese cumplido, se hubiese tenido que comprobar la presión diferencial a través de la puerta escalera-vestíbulo: {0,23/[0,84 . (0,01 + 0,03)]}2 =47 Pa donde 0,01 es la superficie de las ranuras de la puerta escalera vestíbulo y 0,03 es la superficie de las ranuras de la puerta de la escalera que conduce a la calle. E.4 Disposición de rejillas Se dispondrán rejillas en los siguientes lugares: - una en cada vestíbulo;

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- una en los descansillos de la escalera en las plantas 1,3,5 y 7. E.5 Ventilador Si se instala un solo ventilador para los dos espacios, con dos conductos separados para escalera y vestíbulos, el caudal será de : 0,23 + 8 . 1,24 = 10,2 m3/s El caudal sería de solo 7,2 m 3 /s se no existieran las puertas de los aseos en los vestíbulos. Considerando las fugas de aire a través de los conductos de obra, el caudal podrá alcanzar el valor de 12,7 m 3 /s. Los conductos verticales de impulsión podrían tener las siguientes medidas (véase 10.3):

Caudal (m 3 /s)

Diámetro equivalente (cm)

Escalera Vestíbulos

0,30 12,4

28 123

La presión será la suma del nivel de presurización de 50 Pa más las pérdidas de presión a través de la toma de aire, los conductos y las rejillas, probablemente unos 180 a 220 Pa. E.6. Evacuación del aire al exterior. El caudal neto que hay que evacuar es de unos 1,4 m 3 /s por planta. Si las ventanas son practicables, harían falta 1 200 . 1,4 = 1680 m de rendijas en cada planta (véase el apartado 8.8.1). El examen del edificio muestra claramente que, como mucho, pueden esperarse unos 300 m de rendijas. Si se instalan rejillas de sobrepresión en las tres fachadas del edificio, hacen falta unos 0,7 m por planta. 2

Para la superficie total y situación de ranuras de ventanas y/o rejillas se tendrán en cuenta las consideraciones hechas en el apartado 8.8.5. E.7. Altura de escalera Aplicando la ecuación (28) del apartado 8.9, resulta:

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mABS

hinvierno 24

202731

02731

10.6:3

max =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

+

=−

(53)

mABS

hverano 55

252731

352731

10.6:3

max =⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+−

+

=−

(54)

La altura efectiva de la escalera es de 24 m; por lo tanto, la condición se cumple en invierno justamente y en verano con holgura. E.8. Detectores Se dispondrán detectores de humos cerca de la puerta vestíbulo-pasillo, del lado del pasillo. E.9. Puesta en marcha Se medirá la presión diferencial a través de la puerta escalera-vestíbulo. Esta presión debería ser nula o, como máximo, igual a 5 Pa. Se medirá la presión diferencial a través de la puerta vestíbulo-pasillo, que deberá estar dentro de los límites de 40 y 60 Pa, siendo el valor de diseño de 50 Pa. Se medirá la velocidad a través de las puertas escalera-vestíbulo y vestíbulo-pasillo, con ambas puertas abiertas, que deberá ser de 0,7 y 0,5 m/s respectivamente, como mínimo. Con la puerta vestíbulo-pasillo abierta, se medirá la presión diferencial a través de la puerta escalera-vestíbulo, que deberá quedarse dentro de los límites de 40 y 60 Pa. Las medidas anteriores se efectuarán en cada planta, con el edificio desocupado.

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