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El control de los humos de incendio en centros comerciales

El control de los humos de incendio en centros comerciales


COLT ens ha preparat un extens i interessant article sobre el control de fums d’incendi en centres comercials. El control de fums no només garanteix el compliment del requisit bàsic de seguretat en cas d’incendi, sinó que també aporta valor afegit en termes d’eficiència energètica.

 

Según fuentes de la Asociación Española de Centros y Parques Comerciales (AECC), en España se contabilizaban unos 544 centros comerciales, con una Superficie Bruta Alquilable (SBA) de más de 15 millones de metros cuadrados. Sin lugar a dudas, el sector de los centros comerciales representa un sector maduro que ha crecido acompañando el fuerte desarrollo de la economía y la modernización de la sociedad española desde 1980.

Los cambios en la situación económica española a partir de 2008, sumado a la madurez del mercado, trajo una disminución en el ritmo de aperturas. A pesar de ello, entre los años 2011 y 2012 se abrieron 17 nuevos centros, con más de un millón de nueva SBA si incluimos las ampliaciones de centros existentes. Hasta 2016, AECC espera que se abran 16 nuevos espacios y se amplíen otros diez, lo que supondrá unos 630.000 m2 más de superficie.

Las regulaciones sobre edificación enfatizan la necesidad de proveer sistemas que aseguren la vida de las personas en los lugares de pública concurrencia, como son los centros comerciales. El control de humos en caso de incendio es uno de estos sistemas.

Marco normativo español

Tal y como se establece en el artículo 11 de la Parte 1 del Código Técnico de la Edificación (CTE), el objetivo del requisito básico “Seguridad en caso de incendio” consiste en reducir a límites aceptables el riesgo de que los usuarios de un edificio sufran daños derivados de un incendio de origen accidental, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento.

Para satisfacer este objetivo, los edificios se proyectarán, construirán, mantendrán y utilizarán de forma que, en caso de incendio, se cumplan las exigencias básicas recogidas en el Documento Básico DB-SI del CTE.

Conforme la exigencia básica SI 3 Evacuación de ocupantes, todo edificio dispondrá de los medios de evacuación adecuados para que los ocupantes puedan abandonarlo o alcanzar un lugar seguro dentro del mismo en condiciones de seguridad.

El cumplimiento del DB-SI del CTE también es extensivo para todos los edificios existentes, mediante la modificación del artículo 2 de la Parte I del CTE, introducida por la Ley 8/2013 de 26 de junio, de rehabilitación, regeneración y renovación urbanas en el punto 3 de su artículo 1.

El apartado 8 Control del humo de incendio del DB-SI 3 Evacuación de ocupantes establece que en los establecimientos de uso comercial o pública concurrencia cuya ocupación exceda de 1000 personas, se debe instalar un sistema de control del humo de incendio capaz de garantizar dicho control durante la evacuación de los ocupantes, a fin de que ésta se lleve a cabo en condiciones de seguridad.

El diseño, cálculo, instalación y mantenimiento del sistema de control de humos pueden realizarse de acuerdo con las normas españolas:

  • UNE 23584:2008, sobre los requisitos para la instalación en obra, puesta en marcha y mantenimiento periódico de los sistemas de control de temperatura y evacuación de humos.
  • UNE 23585:2004, sobre los requisitos y métodos de cálculo y diseño para proyectar un sistema de control de temperatura y evacuación de humos en caso de incendio.
  • UNE-EN 12101-6:2006, sobre especificaciones para los sistemas de diferencial de presión. Equipos.

En un centro comercial, las exigencias de dotación de un sistema de control de humo (SI 3-8) –así como de instalaciones de protección contra incendios (SI 4-1)– son aplicables al conjunto del centro comercial, por tanto a todos los establecimientos integrados en el mismo, ya sean éstos de uso comercial o de otro uso.

A fin de justificar el cumplimiento de las exigencias básicas establecidas en el CTE, para el diseño y el cálculo de un sistema de control de humos en caso de incendio en un centro comercial es práctica habitual seguir el procedimiento recogido en la norma española UNE 23585.2004. No obstante, el proyectista o el director de obra pueden, bajo su responsabilidad y previa conformidad del promotor, adoptar soluciones alternativas basadas en prestaciones equivalentes a las que se obtendrían en aplicación de los documentos básicos DB. Entraríamos en lo que comúnmente se denomina diseño de un sistema de control de humos basado en prestaciones.

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Objetivos del sistema de control de humos en un centro comercial

Un buen diseño del sistema de ventilación y extracción de humos en caso de incendio deberá ser capaz de mantener libre de humos las vías de evacuación en las diversas plantas ocupadas, a fin de permitir la evacuación de las personas con el mínimo riesgo de inhalación de gases y otros daños físicos. Este es el objetivo básico expresado en el Código Técnico de la Edificación en lo relativo a seguridad en caso de incendio.

Por otro lado, un correcto dimensionado del sistema de control de humos en un centro comercial evitará daños estructurales en el edificio, dado que implícitamente también se controla la temperatura de las bolsas de gases calientes que tienden a acumularse bajo la cubierta (depósitos de humo). Las temperaturas de los gases calientes de combustión deberían estar siempre por debajo de los 550ºC, a fin de evitar el probable colapso del edificio (combustión súbita generalizada). Asimismo, la temperatura de diseño de los gases en estos depósitos de humos no deberá exceder los 200ºC cuando las vías de evacuación de personas pasen por debajo de los mismos.

Otro factor de importancia es que la liberación de humos de incendio permite un acceso más seguro para las brigadas de extinción de incendio, quienes encontrarán un ambiente de mayor visibilidad y respirable para acometer su trabajo.

Por consiguiente, podríamos resumir que los sistemas de control de humos en caso de incendio en centros comerciales persiguen tres objetivos principales: la liberación de gases de combustión en las vías de evacuación, la defensa estructural del edificio y la facilitación de las labores de extinción de incendios y auxilio de personas por parte de las brigadas.

Componentes de un sistema de control de humos en centros comerciales

Entre los elementos integrantes de un sistema de control de humos en caso de incendio en un centro comercial podrían relacionarse los siguientes:

  • Aireadores naturales o exutorios, para la evacuación de humos y gases calientes, así como para aporte de aire fresco de reposición en el sistema.
  • Barreras o cortinas de humo, tanto fijas como móviles, para la compartimentación de los gases de combustión y/o la canalización de los mismos.
  • Sistema de control o accionamiento del sistema, formado por cuadro de control conectado con la centralita de incendios, líneas eléctricas y/o neumáticas, fuentes de alimentación o transformación, sistema de aire comprimido…
  • Ventiladores mecánicos, para aporte de aire o extracción de humos en caso de optar por una solución mecánica, muy habitual en locales o tiendas de más de 1.000 m2 de superficie y ubicados en plantas bajas con forjado como cubierta, sin poder practicar aperturas para instalar aireadores naturales.

En cualquier caso, los elementos integrantes de un sistema de control de humos habrán de satisfacer las normas españolas de producto aprobadas y pertenecientes a la familia de normas europeas EN 12101, destacando las tres siguientes:

  • UNE-EN 12101-1:2007 + /A1:2007: Especificaciones para barreras para control de humo.
  • UNE-EN 12101-2:2004: Especificaciones para aireadores naturales de extracción de humos y calor.
  • UNE-EN 12101-3:2002 + /AC:2006: Especificaciones para aireadores extractores de humos y calor mecánicos.

También están publicadas las normas UNE-EN 12101-7:2011 Secciones de conductos de humos, UNE-EN 12101-8:2011 Compuertas de control de humos y UNE-EN 12101-10:2007 Suministro de energía. No obstante, en estos momentos todavía no existe una norma española que especifique los requisitos que deben cumplir los paneles de control (futura UNE-EN 12101-9). Colt2

 

 

Estrategias de diseño

Las estrategias en el diseño de un sistema de control de humos son variadas. En un edificio se puede emplear una simple estrategia o un conjunto de ellas dependiendo de la localización del fuego.

El procedimiento para el diseño de un sistema de control de humos en un centro comercial con dos o más plantas es más complejo que en aquellas superficies con una planta simple (por ejemplo, hipermercados y otras superficies especializadas). La geometría del edificio es significante en el diseño del sistema; los centros comerciales tienden a tener múltiple niveles, distribuciones en planta complejas, líneas de techo a diversas cotas…

Un incendio en la planta baja suele ser el peor escenario para el dimensionado de un sistema de control de humos en un centro comercial. El sistema que se implemente debe evitar que los gases de la combustión afecten a otras áreas y plantas del edificio donde se prevea la evacuación de las personas.

Por ejemplo, para limitar el ancho del penacho de humo en las balconadas de las galerías comerciales y reducir el flujo másico de humo, se suelen instalar pantallas canalizadoras, implementadas mediante cortinas o barreras de humo fijas y/o móviles.

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La evacuación de los gases de combustión se podría realizar a través de aireadores naturales instalados en cotas altas de la galería comercial, que podrían aportar también una ventilación así como iluminación natural al espacio interior. Hoy en día las prestaciones técnicas de los aireadores pueden ser muy exigentes, cumpliendo con elevados requerimientos en aislamiento térmico y acústico para aportar valor añadido a la instalación y al edificio.

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El aporte de aire en el sistema de control de humos es de vital importancia; sin una compensación de caudales (entrada de aire y salida de humos), la efectividad del sistema puede ser un fracaso. Como posibles soluciones para el aporte de aire fresco de reposición en el sistema cabrían destacar: el uso de aireadores de depósitos de humos adyacentes no afectados por el incendio; inyección de aire en cotas bajas, por debajo de la capa de humos de diseño; apertura automática de puertas y ventanas, preferiblemente en cotas bajas y siempre por debajo de la capa de humos.

Sistemas de control de humos basados en prestaciones: metodología CFD

La norma UNE 23585:2004, en su apartado 1.7, permite la utilización de otros modelos de diseño distintos a los expuestos en la misma norma siempre que estén debidamente justificados tanto los métodos como su necesidad y sean aprobados por el órgano que tenga otorgadas las competencias en la materia de prevención de incendios.

Asimismo, la norma UNE 23585 permite el uso de modelos informáticos de simulación de incendios, concretamente dentro de su capítulo 5 Procedimiento de cálculo, apartado 5.5 Modelos de zona basados en ordenador.

La metodología CFD (Computational Fluid Dynamics) es una herramienta de cálculo que aprovecha su alta capacidad de procesado para predecir, mediante un modelo de campo previamente definido, los flujos internos de temperaturas y velocidades, monitorizando con el máximo detalle el comportamiento de los fluidos en todos los puntos del edificio.

Los modelos CFD más habituales analizan y simulan dicho comportamiento teniendo en cuenta el flujo de fluidos, la transferencia de calor y todos sus fenómenos asociados, mediante la resolución numérica de las ecuaciones diferenciales de Navier-Stokes. Estas ecuaciones describen la conservación de la masa, de la energía y del momento de un fluido en movimiento.

La determinación de los datos de partida y la definición de los objetivos a alcanzar son vitales para la correcta realización de la simulación de un incendio. Además se deben introducir las condiciones de contorno, basadas en experimentos previos o en la experiencia del diseñador, que nos puedan conducir a una solución única.

El objeto/estructura a simular se divide en celdas tridimensionales en un proceso que se denomina mallado. La disposición, forma y número de estas celdas influyen considerablemente en la obtención de los resultados.

El programa trabaja resolviendo las ecuaciones en cada uno de los volúmenes de control creados, de tal manera que los datos de salida de cada celda son los de entrada de la contigua (caudal, temperatura, presión), generándose por lo tanto un modelo 3D en tiempo real del sistema descrito. A mayor número de celdas tridimensionales, mayor tiempo de computación y más precisión en el resultado.

El uso de modelos CFD para la simulación de un incendio es de gran utilidad en edificios con geometría compleja, como son los centros comerciales, pues aporta mayor información del comportamiento y evolución del humo que mediante el uso de modelos estacionarios.

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La eficiencia energética: un valor añadido de las instalaciones de control de humos

Un sistema de control de humos para un centro comercial se diseña bajo la hipotética situación de un fuego accidental. Sin embargo, afortunadamente no todos los días tenemos incendios en los centros comerciales. Cada vez más arquitectos, ingenieros y propiedades reconocen las virtudes que pueden ofrecer los sistemas de aireadores naturales instalados en un centro comercial: ahorro y eficiencia energética.

La apertura selectiva de los aireadores naturales (exutorios) instalados en un centro comercial satisface el aprovechamiento energético del aire exterior frente al aire interior del recinto. Controlar la ventilación natural de la galería comercial mediante un sistema de sondas de temperatura o bien conectando el sistema de aireadores al de climatización centralizado del centro comercial permite realizar un seguimiento y control de la temperatura en el interior del recinto sin consumo energético: se proporciona la renovación del aire interior refrescando el ambiente sin consumir más energía que la precisa para abrir los aireadores.

¿Por qué consumir energía constantemente mediante los sistemas de climatización y confort? El horario típico de apertura de un centro comercial es de 10:00h a 22:00h (salvo regulaciones locales). Considerando temporadas intermedias así como determinadas horas del día (primeras horas de la mañana, por ejemplo), la entalpía del aire exterior puede aprovecharse para refrescar el ambiente interior sin cargar gasto al consumo energético. La integración de los sistemas de aireadores dentro del sistema de climatización es una solución eficiente y eficaz para ahorrar energía en un centro comercial.

Del mismo modo, los aireadores que permiten la entrada de luz al recinto pueden ayudar a minimizar la iluminación artificial del centro comercial, y su consecuente ahorro en la factura energética.

Por último, las prestaciones técnicas de los equipos aireadores, cada vez más exigentes en cuanto a aislamiento térmico y acústico, favorecen su integración en envolventes eficientes energéticamente (cubiertas y fachadas).

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Otras instalaciones en los centros comerciales: aparcamientos subterráneos

En los aparcamientos subterráneos de los centros comerciales, aquellos que no tengan la consideración de aparcamiento abierto, también se deberá instalar un sistema de control del humo de incendio, conforme se establece en el DB SI-3 Evacuación de ocupantes, apartado 8 Control del humo de incendio.

Si bien se consideran válidos los sistemas de ventilación conforme a lo establecido en el DB-HS 3 (extracción de un caudal de aire de 150 l/plaza×s con una aportación máxima de 120 l/plaza×s), la práctica demuestra que estos caudales previstos para satisfacer condiciones de salubridad suelen ser insuficientes en caso de incendio.

Hasta que se disponga de normas españolas específicas, el CTE permite considerar adecuadas para su aplicación en los proyectos de instalaciones para el control del humo y el calor en aparcamientos, de forma no excluyente, las normas BS 7346-7 (británica) y NBN S 21-208-2 (belga).

A este respecto, dado que para aparcamientos el punto 2 del SI 3-8 admite como válidos los sistemas de ventilación conforme lo establecido en el DB HS 3, en ellos se considera también válida la aplicación del apartado 9 de la norma BS 7346-7, el cual se corresponde con el primer objetivo de su apartado 4.1, es decir, con la evacuación de humos durante el incendio o tras la extinción de éste, facilitando con ello la detección de eventuales focos secundarios, así como el retorno del edificio a su uso normal.

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Conclusión

Los sistemas de control de humos en los centros comerciales no sólo garantizan el cumplimiento del requisito básico de seguridad en caso de incendio (permitir la evacuación segura de los ocupantes), sino que además aporta valor añadido en términos de eficiencia energética, pues su integración inteligente en los sistemas de climatización permite reducir el consumo de energía global en el edificio.

Por último, el uso de modelos computarizados para la simulación de un incendio es cada vez más común en edificios con geometría compleja, pues aporta mayor información del comportamiento y evolución del humo que mediante el uso de modelos estacionarios.