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Oggetto del presente articolo èil dimensionamento di un sistemadi evacuazione di fumo e calore diun locale destinato a deposito, ap-plicando la Norma UNI 9494 e uti-lizzando i metodi della “Fire SafetyEngineering”.
Lo scopo dell’applicazione deidue metodi è quello di verificare ilcorretto dimensionamento e valu-tare l’effettiva efficacia del sistemainstallato.
Si definisce evacuatore di fumoe calore, di seguito denominato
“EFC”, un’apparecchiatura desti-nata ad assicurare, in caso di in-cendio, l’evacuazione dei fumi edei gas caldi con capacità prede-terminata e con funzionamentomanuale.
L’EFC è composto da: basa-mento e organi di fissaggio alla co-pertura, elementi mobili di chiusu-ra, dispositivi di apertura (Figura 1).
Il locale in oggetto, destinato adeposito di mobili, è un ambientechiuso monopiano che costituiscecompartimento antincendio di su-perficie totale pari a 800 mq.
L’installazione degli evacuatoridi fumo e calore sarà realizzata inmodo da assicurare, in caso di in-cendio, la fuoriuscita dei fumi e deigas caldi per evitare che il localesia totalmente invaso dai fumi,mantenendo una zona libera da fu-mo nella parte prossima al pavi-mento, di altezza y pari ad alme-no 0,5 h e in ogni caso non mino-re di 2,00 mt in conformità alla Nor-ma UNI 9494 (Figura 2).
Area totale in pianta A = 800 m2
Altezza interna h = 5,00 m
IL SISTEMA DI EVACUAZIONEDI FUMO E CALORE IN UN LOCALE
DESTINATO A DEPOSITOIl dimensionamento secondo la Norma UNI 9494 e con i metodi
della “Fire Safety Engineering” e confronto dei risultati
a cura del dott. ing. Giancarlo Cuglietta - Direttore Vice-Dirigente del C.N.VV.F.
Figura 1 - Schema di un evacuatore di fumo e calore
Valvola termica
Cupola 16 mm alveolare
Apertura165°
Cilindro pneumatico
Vano netto
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compresa tra 5 m e 20 m, mentrela distanza tra ogni EFC e le pa-reti perimetrali sarà compresa tra5 m e 10 m.
L’installazione in oggetto non siriferisce ad una copertura a dentedi sega (shed), né ad edificio conaltezza superiore a 20 m.
Ogni EFC sarà munito di un di-spositivo termico di apertura indi-viduale e sarà anche azionabile daun dispositivo di apertura a di-stanza manuale.
Il dispositivo termico individualeè tarato per funzionare alla tem-peratura di 68 °C.
La capacità di intervento dei di-spositivi deve essere certificata dal
produttore in base all’esito delleprove.
I dispositivi di azionamento a di-stanza, comprese le tubazioni, so-no progettati in modo che ne è ga-rantito il funzionamento anche incaso di incendio. Tali dispositivi sa-ranno contrassegnati adeguata-mente mediante cartellonistica, op-portunamente protetti contro urti,danneggiamenti e agenti atmo-sferici, installati in posizione visi-bile dalla quale è possibile con-trollarne il regolare funzionamen-to. L’energia di funzionamento èautonoma ed è costituita da bat-teria tampone.
I dispositivi di apertura a distan-
za saranno realizzati in modo daaprire contemporaneamente gliEFC posti nel compartimento in-teressato all’incendio. Tali dispo-sitivi sono comandati manual-mente.
Per garantire inoltre l’efficaciaaerodinamica del sistema, nellaparte bassa dei locali sono pre-senti aperture per l’immissione diaria aventi superficie non minoredi 2 volte la superficie geometricadi apertura della totalità degli EFCinstallati.
Si è tenuto conto di portoni, por-te, finestre, per la parte di superfi-cie posta nella zona libera da fu-mo di altezza y.
IL DIMENSIONAMENTODEGLI EFC
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Funzionamento degli EFC
Come è noto, un incendio in unambiente chiuso produce gas cal-di e fumi che riscaldano l’aria cir-costante presente nell’ambiente.
L’aria riscaldata si dilata e iniziaa muoversi in modo istantaneoverso l’alto, creando una correnteascensionale che richiama alla ba-se masse d’aria fredda, più pe-sante.
La colonna d’aria calda, i gas, ifumi e le particelle parzialmentecombuste salgono verso l’alto mi-scelandosi con l’aria circostantepiù fredda.
Una volta raggiunto l’intradossodella copertura, la colonna avan-za seguendo la forma della co-pertura stessa, cedendo energiaalla copertura e sotto di essa for-ma uno strato di gas caldi che, conil passare del tempo, diventa sem-pre più spesso, aumentando latemperatura.
Nella parte alta dell’ambiente,dunque, la temperatura sale piùrapidamente sulla verticale del fo-colaio di incendio e nello stessotempo sale anche la pressione deigas caldi contro la soletta. Se con-sideriamo che gas e liquidi, quan-do in pressione, esercitano unaforza perpendicolare rispetto allasuperficie che li contiene, possia-mo affermare che, realizzandoun’apertura sulla copertura, la spin-ta dei gas caldi è uguale sia sullesuperfici piane che su quelle incli-nate (tipo shed).
La velocità di uscita dei fumi ètanto maggiore quanto più è altala differenza di temperatura tra gascaldi e aria esterna.
Affinché gli EFC funzionino almeglio, è necessario apportarearia fresca all’interno dell’ambien-te e che l’apparecchio abbia unbuon tiraggio e non diventi essostesso una presa d’aria in presen-za di vento.
Scopo e utilizzo degli EFC
L’installazione degli EFC ha loscopo di:
– agevolare lo sfollamento dellepersone presenti e l’azione deisoccorritori, grazie alla mag-giore probabilità che i locali re-stino liberi dal fumo almeno fi-no ad un’altezza da terra taleda non compromettere le pos-sibilità di movimento;
– agevolare l’intervento dei soc-corritori, rendendo di conse-guenza più rapida ed efficacela loro opera;
– proteggere le strutture e le mer-ci contro l’azione del fumo e deigas caldi, riducendo in partico-lare il rischio di collasso dellestrutture portanti;
– ritardare o evitare l’incendio apieno sviluppo (“flash over”);
– ridurre i danni provocati dai gasdi combustione e da eventualisostanze tossiche o corrosiveoriginate dall’incendio.
Criteri di installazionee azionamento degli EFC
Gli EFC devono essere disloca-ti in modo omogeneo nel locale.
È preferibile installare un nume-ro elevato di EFC di dimensioni ri-dotte piuttosto che pochi di grandidimensioni.
Nel caso in esame, deve esse-re previsto, come minimo, un EFCogni 200 m2 di superficie copertain quanto la copertura è piana.
Il centro di ogni singolo EFC nonsarà posto al di sotto dell’altezzadi riferimento h del locale.
Poiché la copertura è piana, ladistanza reciproca tra gli EFC sarà
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Depositomobili
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2.00
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Figura 2 - Planimetria locale
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Caratteristiche costruttivedegli EFC
Le caratteristiche costruttive de-gli EFC devono essere garantitedal produttore in accordo conquanto di seguito descritto ed inbase alla dichiarazione di confor-mità del prodotto sottoposto alleprove previste dalla norma UNI9494 punto 7.
Gli EFC devono avere caratteri-stiche tali da evitare che il flussodi uscita dei fumi e dei gas di com-bustione si inverta in presenza divento spirante trasversalmente inqualsiasi direzione.
La superficie utile di apertura(SUA) deve essere verificata e cer-tificata dal produttore in base al-l’esito delle prove.
In caso di incendio, le eventualideformazioni e deterioramenti de-gli EFC non devono causare unariduzione della superficie utile diapertura SUA. Questa prescrizio-ne deve essere verificata e certifi-cata dal produttore in base all’esi-to delle prove. Il funzionamento de-gli EFC (movimento di apertura estabilità ad apertura avvenuta) de-ve essere garantito anche in con-dizioni critiche quali: vento parti-colarmente violento, neve, gelo,agenti atmosferici aggressivi in-terni ed esterni.
La posizione di apertura riferitaai battenti, coperchi, lamelle, ecc.degli EFC deve essere mantenu-ta con sistemi meccanici di ritegnoche garantiscono la stabilità anchecon spinta del vento di 1200 N/m2.I dispositivi di ritegno devono es-sere diversi da quelli di apertura.Queste prescrizioni devono esse-re verificate e certificate dal pro-duttore in base all’esito delle pro-ve. Il tempo totale di rilevazione e
apertura completa non deve es-sere maggiore di 5 min. Questaprescrizione deve essere verifica-ta e certificata dal produttore in ba-se all’esito delle prove.
Gli EFC devono essere costrui-ti, come minimo, con materiali clas-sificabili secondo la norma UNI8457 (Materiali combustibili su-scettibili di essere investiti dallafiamma su una sola faccia - Rea-zione al fuoco mediante applica-zione di una piccola fiamma) e UNI9177 (Classificazione di reazioneal fuoco dei materiali combustibi-li). La classe è fissata dalle com-petenti autorità (per esempio, i Vi-gili del fuoco).
Per i locali di pubblico spettaco-lo, è stabilito che i materiali del-l’EFC siano di classe 1. La classi-ficazione dei materiali deve esse-re dichiarata dal produttore.
Gli EFC devono avere la possi-bilità di essere aperti e richiusi dal-l’esterno allo scopo di eseguire iprescritti interventi di manutenzio-ne. Nessun lato di un EFC deveavere lunghezza maggiore di 2,5m. Ogni EFC deve essere con-trassegnato con targhetta di ac-ciaio inossidabile recante in modopermanente i seguenti dati: nomedel fabbricante; anno di costruzio-ne; SUA (m2). Il posizionamentodegli EFC deve essere tale da evi-tare il bagnamento diretto dell’ele-mento termosensibile da impiantidi estinzione ad acqua.
A) Dimensionamento degliEFC secondo la norma Uni9494
Di seguito viene riportato il di-mensionamento degli EFC inconformità al punto 6 della Norma
UNI 9494, secondo i criteri di se-guito descritti. I parametri presi inconsiderazione per il dimensiona-mento sono i seguenti:
– area totale del compartimento A;– presenza o meno di comparti-
menti a soffitto, di area As e al-tezza delle cortine a soffitto hc;
– altezza di riferimento h e al-tezza della zona libera dai fu-mi y;
– pendenza della copertura;– durata convenzionale prevista
dell’incendio;– velocità di sviluppo dell’incen-
dio;– numero minimo di EFC richie-
sto e superficie utile di aper-tura (SUA);
– gruppo di dimensionamento;– coefficiente di dimensiona-
mento α.
L’altezza della zona libera da fu-mo y deve corrispondere almenoal valore 0,5 h e non deve essereminore di 2,00 m.
L’area del compartimento As in-vaso da fumo non dovrebbe es-sere maggiore di 1600 m2.
In presenza di cortine di conte-nimento del fumo, il bordo inferio-re della cortina dovrebbe corri-spondere con quello inferiore del-lo stato di fumo (hc = h - y).
Nel caso di cortine con altezzaminore e di compartimenti a soffit-to con superficie maggiore di 1600m2, il valore y viene corretto in yc:
yc = y + dh/2 · (As - 1600)/1600
dove:dh = h - (y - hc)As = area del compartimento in m2
Per superfici di compartimento
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IL DIMENSIONAMENTODEGLI EFC
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Dimensionamento e numerodi EFC e relative verifiche
La superficie utile totale di aper-tura (SUT) ed il numero di EFC so-no determinati per ogni comparti-mento a soffitto di superficie A, perl’intero locale in assenza di corti-ne. La SUT minima è calcolatacon:
SUTMIN = A · α / 100.
Il numero minimo di EFC è de-terminato secondo le indicazionidescritte nei “Criteri di installazio-ne e azionamento degli EFC”: al-meno un EFC ogni 200 m2 o 400m2 in funzione della pendenza delsoffitto, nel rispetto delle distanzeminime e massime dalle pareti la-terali del locale. La superficie uti-le di apertura (SUA) è scelta in mo-do che la SUT = somma delle SUAdi tutti gli EFC sia maggiore ouguale al valore SUTMIN sopra in-dicato.
IL DIMENSIONAMENTODEGLI EFC
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As maggiori di 3200 m2, nella pre-cedente equazione va posto As =3200 m2. Il valore yc deve comun-que essere ≥ 0,5 h. Se l’utilizza-zione lo richiede, per y possonoessere utilizzati valori più alti, peresempio, nel caso di oggetti facil-mente danneggiabili dal fumo.
Durata convenzionalee velocità di sviluppodell’incendio
La durata convenzionale previ-sta di sviluppo dell’incendio è lasomma del tempo di allarme e deltempo di intervento. Il tempo di al-larme intercorre tra l’inizio dell’in-cendio e l’allarme e ha una dura-ta convenzionale determinata in:
– 5 min in assenza di impiantoautomatico di rivelazione di fu-mo.
Il tempo di intervento intercorretra l’allarme e l’inizio dell’azione dispegnimento e ha una durata con-venzionale determinata in:
– 20 min in presenza di squadreesterne (Vigili del fuoco), in ba-se alla distanza del punto dipartenza delle squadre.
Si considera inoltre una velocitàdi sviluppo dell’incendio di tipo nor-male corrispondente ad una velo-cità da 0,5 a 1,0 cm/sec.
Gruppo di dimensionamento
Il gruppo di dimensionamento èun numero indice, compreso tra 1e 7, determinato in base alla Ta-bella 1 in funzione della durataconvenzionale prevista e della ve-locità di sviluppo dell’incendio.
Coefficiente didimensionamento αα
Il coefficiente di dimensiona-mento α è determinato in base al-la Tabella 2 in funzione del grup-
po di dimensionamento e dell’al-tezza della zona libera da fumo yoppure yc in presenza di cortine asoffitto. Per valori di y o yc diversida quelli indicati, va fatta l’interpo-lazione lineare.
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Area totale in pianta A 800 m2
Altezza interna h 5,00 mAltezza libera dal fumo y 2,50 m
Tempo di allarme ta 5 min - assenza di impianto automatico di rivelazione di fumo
Tempo di intervento ti 20 min - esistenza di squadra esterna (Vigili del fuoco)
Velocità sviluppo incendio Vsi normale = 1 cm/svalore tipico convenzionale
Pendenza della copertura 0 % - piana
Numero minimo di evacuatori Ne min 4SUA minima SUA min 2,41 m2
Numero di evacuatori Ne 14SUA SUA 0,7 m2
Altezza libera corretta Yc 2,5 m
Durata convenzionale prevista 25 min
Gruppo di dimensionamento 6
Coeff. di dimensionamento α 1,2
SUT minima richiesta SUT min 9,6 m2
SUT effettiva SUT eff 9,8 m2
Tabella 2: Coefficiente di dimensionamento
altezza
della zona libera Gruppi di dimensionamento
da fumo y
oppure yc 1 2 3 4 5 6 7
0,5 h 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
0,55 h 0,35 0,5 0,7 1,0 1,2 1,5 1,7
0,6 h 0,4 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1
0,65 h 0,5 0,7 1,0 1,5 1,8 2,2 2,5
0,7 h 0,7 0,9 1,3 1,8 2,2 2,5 2,8
0,75 h 0,85 1,1 1,5 2,1 2,5 2,8 2,8
Tabella 1: Gruppi di dimensionamento
Durata convenzionale
prevista di sviluppo Velocità di sviluppo dell’incendio
dell’incendio bassa normale alta
≤≤ 5 min 1 2 3
≤≤ 10 min 2 3 4
≤≤ 15 min 3 4 5
≤≤ 20 min 4 5 6
≤≤ 25 min 5 6 7
Parametri presi in considerazione per il dimensionamento degli EFC
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Dai risultati ottenuti, si può evin-cere che, affinché siano soddisfattele verifiche richieste dalla NormaUNI 9494, è necessario installarenel locale n. 14 evacuatori di fumoe calore di dim. 100 x 100 cm, egarantire un afflusso di aria frescadall’esterno tramite aperture di al-meno 28 mq.
B) Dimensionamento degli“Efc” applicando i metodidella “Fire Safety Engineering”
Nel dimensionamento degli EFC,applicando i metodi della “Fire En-gineering”, vengono presi in con-siderazione gli stessi parametri del-la Norma UNI:
– area totale del compartimento A;– presenza o meno di comparti-
menti a soffitto, di area As e al-
tezza delle cortine a soffitto hc;– altezza di riferimento h e altez-
za della zona libera dai fumi y;– pendenza della copertura;– durata convenzionale prevista
dell’incendio;– velocità di sviluppo dell’incen-
dio;– numero minimo di EFC richie-
sto e superficie utile di apertu-ra (SUA).
Le simulazioni sono condotte,ipotizzando che nell’istante in cuisi verifica l’incendio nel locale,nessuna delle aperture presentinelle pareti siano aperte e che l’a-pertura avvenga a seguito dellarottura dei vetri al tempo t = 150sec dall’inizio dell’incendio, istan-te in cui inizierà l’apporto di ariafresca dall’esterno tramite leaperture presenti di superficie pa-ri a 28 mq, che consente all’in-
cendio inizialmente di ravvivarsi,ma, subito dopo, i fumi tende-ranno ad alzarsi fino a circa metàaltezza dell’ambiente, come evi-denziato dai risultati delle simu-lazioni allegate.
Gli evacuatori, inoltre, si apri-ranno quando la temperatura al-l’interno del locale raggiungequella del dispositivo termico ta-rato a 68°C.
Al fine di verificare se la pre-senza del sistema di evacuazionecomporta effettivamente un mi-glioramento delle condizioni di si-curezza antincendio del locale,vengono effettuate delle simula-zioni di incendio sia in assenza chein presenza degli evacuatori.
Nei riquadri B1 e B2 vengono ri-portati i risultati ottenuti delle si-mulazioni di incendio, con il mo-dello di calcolo a due zone C-FA-ST elaborato dal N.I.S.T.
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Definizione delle condizioni geometriche ed ambientali del locale
Larghezza Lunghezza Altezza interna Finestre Porte
20,00 40,00 5,00 n. 12 finestre n. 2 portoni di ingresso
(2,00 x 1,00) (4,00 x 5,00)
Incendio: Principio di incendio in un cestino con carta posto su un lato del locale
Coinvolgimento: Altro materiale combustibile presente(mobili), una volta che la temperatura all’interno del locale
ha raggiunto il valore di 200°C
Smaltimento del fumo: Attraverso le aperture est. perimetrali e gli evacuatori di fumo e calore distribuiti
in modo omogeneo sul soffitto del locale.
Curva di sviluppo dell’incendio di riferimento: Curva RHR a sviluppo medio
Durata della simulazione: 25 minuti (1500 sec)
Risultati delle verifiche secondo la norma UNI 9494
Verifica
Numero di evacuatori Ne > Ne min 14 > 4 Positiva = =
Superficie totale SUT > SUT min 9,8 > 9,6 Positivadegli evacuatori eff = =
Criteri di installazione e area delle aperture di afflusso dell’aria fresca (pendenza <= 20%)
Area massima servita da un EFC 200 m2
Distanza minima tra gli EFC 5 m
Distanza massima tra gli EFC 20 m
Distanza minima tra EFC e pareti perimetrali 5 m
Distanza massima tra EFC e pareti perimetrali 10 m
Aperture per l’afflusso di aria fresca = 28 m2 (tenendo conto di portoni, porte, finestre posti nella zona di altezza y)
Dati tecnici degli evacuatori
N. tot. evacuatori 14
Dimensioni 100 x 100 cm
Tipo di serramento Cupola monoblocco
Posizionamento A soffitto
SGA (m2) 1
SUA (m2) 0,7
Cvv 0,7
Legenda:
SUA : superficie utile dell’apertura dell’evacuatore di fumo e calore SUT : superficie utile totale d’apertura degli evacuatori di fumo e calore
SGA : superficie geometrica d’apertura dell’evacuatore di fumo e calore Cvv : coefficiente di flusso
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B2) Risultati della Simulazione in presenza di evacuatori nel locale
Risultati della simulazione al tempo t = 520 sec.
n. 14 evacuarori di dim 100x100 cm
Diagramma delle temperature Diagramma delle quote raggiunte dal fumo
B1) Risultati della Simulazione in assenza di evacuatori nel locale
Risultati della simulazione al tempo t = 520 sec.
Flusso dei fumi nel locale al tempo t = 330 sec.
Diagramma delle temperature Diagramma delle quote raggiunte dal fumo
Flusso dei fumi nel locale al tempo t = 160 sec
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Dai risultati della simulazione B1si evince quanto segue:
– Nel locale si raggiunge la tem-peratura max di circa 300°Cdopo 550 sec dall’inizio dellacombustione ed una potenzatermica rilasciata dall’incen-dio(Rateo di Rilascio Termico -RHR) pari a circa 30.000 KWdopo 520 sec.
– Il fumo dopo circa 150 sec dal-l’inizio della combustione, scen-de sotto la quota di 2,50 mt ri-spetto al pavimento, per arri-vare sotto quota 2,00 mt dopo250 sec e a quota 1,50 mt do-po 330 sec.
– Inoltre, l’altezza del fumo dal-l’istante t=150 sec non risalemai al di sopra della quota di2,50 m rispetto al pavimento,senza mai garantire quindi lecondizioni di sicurezza antin-cendio dettate dalla Norma UNI9494.
Dalla simulazione B2 effettuatain presenza del sistema di eva-cuazione di fumo e calore nel lo-cale, si può dedurre quanto segue:
– La temperatura max raggiuntanel locale dopo 550 sec dall’i-nizio dell’incendio è pari a cir-ca 250°C e dopo circa 1000sec scende al di sotto dei100°C.
– La potenza termica rilasciatadall’incendio(RHR)dopo circa520 sec dal suo inizio risultapari a 30.130 KW.
– Gli evacuatori azionati da ele-menti termosensibili si attive-ranno dopo circa 130 sec dal-l’inizio della combustione, cioèdopo che la temperatura all’in-terno del locale raggiunge quel-
la di taratura dei dispositivi pa-ri a 68°C come evidenziato neldiagramma delle temperature.
– L’altezza del fumo nel localeraggiunge la quota critica di2,00 mt per un breve intervallodi tempo rispetto al pavimentodopo 160 sec dall’inizio dell’in-cendio, per attestarsi succes-sivamente ad una quota supe-riore a 2,50 mt per tutto il restodella durata dell’incendio.
Conclusioni
Dai risultati ottenuti dalle simu-lazioni, si può notare che, in as-senza di evacuatori di fumo e ca-lore nel locale, il fumo scende sot-to la quota critica di 2,00 mt ri-spetto al pavimento.
In presenza degli evacuatori, in-vece, la temperatura a parità dicondizioni scende a valori più bas-si in entrambi gli strati del locale eil fumo si mantiene per tutta la du-rata dell’incendio ad un’altezza ri-spetto al pavimento maggiore di2,00 mt, in conformità a quanto
dettato dalla Norma UNI.Sulla base di detti risultati, pos-
siamo quindi sostenere che la pre-senza del sistema di evacuazionedi fumo e calore migliora, come at-teso, le condizioni di sicurezza an-tincendio all’interno del locale.
Confrontando, infine, i risultati dientrambi i metodi e constatandoche le condizioni di maggior sicu-rezza antincendio all’interno del lo-cale si ottengono installando n. 14evacuatori di dim. 100 x 100 cmdistribuiti in maniera omogenea sulsoffitto del locale, possiamo affer-mare che il metodo utilizzato ba-sato sulla “Fire Safety Enginee-ring”, nel caso in esame, garanti-sce le stesse misure di sicurezzaequivalenti dettate dalla Norma.
Bibliografia e riferimentinormativi
– Software di calcolo Edilclima;– Norma UNI VV.F. 9494 - Eva-
cuatori di fumo e calore. Ca-ratteristiche, dimensionamen-to e prove.
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