Studio sulla dispersione dei fumi negli incendi di tetti fotovoltaici

Scienziati giapponesi e canadesi hanno valutato la dispersione dei fumi provocata dal vento negli incendi su tetti fotovoltaici in una galleria del vento, utilizzando modelli di edifici in scala ridotta 1:15 di un prototipo di casa in Quebec.

“La dispersione dei fumi degli incendi sui tetti con impianti fotovoltaici solleva notevoli problemi di sicurezza per quanto riguarda l’esposizione dei residenti”, ha dichiarato il gruppo. “Pertanto, è essenziale indagare il fenomeno della dispersione dei fumi generati dagli incendi di tetti fotovoltaici, in particolare attraverso le aperture del tetto come i lucernari”.

Per il loro studio su piccola scala, i ricercatori hanno utilizzato l’elio come surrogato del fumo di un incendio reale, in quanto l’elemento chimico consente di effettuare test in una galleria del vento non a prova di incendio. Per questa configurazione, hanno sviluppato nuovi modelli per la somiglianza fumo-elio.

Queste equazioni hanno permesso agli studiosi di equiparare la temperatura non dimensionale del fumo alla frazione molare non dimensionale dell’elio. La temperatura non dimensionale si riferisce a una misura relativa, eliminando la necessità di un’unità precisa come Celsius o Kelvin.

Il modello in scala ridotta misurava 53 cm di lunghezza, 75 cm di larghezza e 40 cm di altezza, rappresentando una casa in scala reale di 8 metri di lunghezza, 11,2 metri di larghezza e 6 metri di altezza. Il fumo simulato poteva entrare attraverso un lucernario di 24 cm per 8 cm nel modello, che rappresentava 3,6 metri per 1,2 metri in scala reale.

La dispersione dei fumi è stata testata su abitazioni in scala ridotta con diverse angolazioni del tetto: 0 gradi, 15 gradi, 30 gradi, 45 gradi e 60 gradi. Per ogni angolo sono state testate tre diverse velocità del vento in entrata. I ricercatori hanno testato il modello in base a diversi tassi di rilascio di calore (HRR) con venti che soffiavano a 5,16 metri al secondo su un tetto a 0 gradi.

“Confrontando i risultati per i vari angoli del tetto, l’angolo di 15 gradi è considerato pericoloso, mentre gli angoli di 45 e 60 gradi offrono il massimo livello di sicurezza per la prevenzione degli incendi”, hanno spiegato i ricercatori. “Per il tetto a 60 gradi, i residenti hanno circa 12 minuti per evacuare, mentre per gli altri tetti (meno di 45 gradi), i residenti hanno solo circa quattro minuti”.

Gli scienziati hanno affermato che, mentre i residenti dovrebbero spostarsi più in basso durante gli incendi di edifici per ridurre il rischio di inalazione di fumo, ciò potrebbe non essere efficace negli incendi di tetti fotovoltaici a causa della “rapida e uniforme infiltrazione di fumo in tutta la camera”.

Gli scienziati hanno anche scoperto che la riduzione della velocità del vento aumentava l’infiltrazione del fumo nell’edificio. Inoltre, è stato riscontrato che un HRR più elevato porta a una maggiore infiltrazione di fumo.

“I tetti verdi secchi hanno un HRR massimo di 200 kW/m2 , mentre i tetti in legno hanno un HRR massimo di 300 kW/m2 “, hanno detto. “Gli incendi sui tetti fotovoltaici hanno un HRR maggiore (massimo 500 kW/m2), il che rappresenta un rischio più elevato”.

I risultati sono stati presentati in “Wind-driven smoke dispersion in rooftop photovoltaic fires: An experimental investigation with helium smoke“, pubblicato di recente sul Journal of Building Engineering. La ricerca è stata condotta da scienziati del Niigata Institute of Technology del Giappone, dell’Università di Sherbrooke e dell’Università di Concordia del Canada.

“Gli incendi di tetti fotovoltaici comportano un rischio maggiore rispetto agli incendi di tetti normali, a causa dell’HRR relativamente più elevato e della dispersione del fumo”, hanno concluso gli scienziati. “Questo indica che quando si progettano e selezionano i sistemi fotovoltaici, il valore HRR del fotovoltaico dovrebbe essere considerato in termini di sicurezza antincendio”.