Diplomityö, Kristian Ehrnrooth, Tulipalon savukaasujen poiston
AALTO-YLIOPISTON TEKNILLINEN KORKEAKOULU Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Koneenrakennustekniikan laitos Kristian Ehrnrooth TULIPALON SAVUKAASUJEN POISTON MITOITUKSEN TUTKIMINEN Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomiinsinöörin tutkintoa varten. Espoo 3.6.2010 Työn valvoja Työn ohjaaja Professori Petri Kuosmanen Diplomi-insinööri Juha-Pekka Laaksonen 2 AALTO-YLIOPISTON TEKNILLINEN KORKEAKOULU Tekijä: Työn nimi: Päivämäärä: Kristian Ehrnrooth Tulipalon savukaasujen poiston mitoituksen tutkiminen 3.6.2010 Tiedekunta: Laitos: Professuuri: Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta Koneenrakennustekniikan laitos Kon-41 Koneensuunnitteluoppi Diplomityön tiivistelmä Sivumäärä: 139 Työn valvoja: Professori Petri Kuosmanen Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Juha-Pekka Laaksonen Savunpoiston suunnittelu rakennuskohteisiin on tärkeää palo- ja henkilöturvallisuuden takaamiseksi. Savunpoiston mitoitukseen käytetään Suomessa useita eri menetelmiä. Käytettävä menetelmä perustuu yleensä eri kuntien paikallisten paloviranomaisten vaatimuksiin. Menetelmät perustuvat hyviksi havaittuihin laskennallisiin prosenttimitoituksiin, vähäisissä määrin tulipalon dynamiikan laskennallisiin teorioihin ja tulipalon tietokonelaskennallisiin simulointeihin. Menetelmistä on tehty käyttäjille erinäisiä ohjeita, joilla on pyritty selkeyttämään laskentaa ja arviointia. Ohjeet ja menetelmät ovat melko erilaisia, ja savunpoiston määrissä on suuret erot. Tässä työssä tutkittiin savunpoiston mitoitusmenetelmien eroja. Tutkimus sisältää tarvittavaa teoriaa tulipalon dynamiikasta, kattavan teorian mitoitusmenetelmistä sekä mitoituspaloista. Käytetyt palotehokäyrät perustuvat mitoituspalojen teoriaan. Palotehokäyrien muodostamisessa on otettu huomioon vesisammutusjärjestelmä ja käytetty suurta varmuuskerrointa. Tutkimuksen mallit, simulaatiot ja visualisoinnit tehtiin käyttäen ohjelmistoja Pyrosim, FDS ja Smokeview. Savunpoiston imupisteiden paikkoihin, suuntiin ja korvausilmaluukkujen paikkoihin on käytetty yleisesti rakennustekniikassa käytettyjä suunnittelutapoja. Tulokset jaettiin normaalin palotehon ja suuremman palotehon ryhmiin. Ryhmien tuloksien vertailut antoivat viitteitä, että yhden imupisteen tapaukset vaakaimulla tuottaisivat parhaimmat tulokset ihmisten poistumisessa (savun määrä uloskäytävillä ajan suhteen). Savulohkon alueelle jaetut pystyimupisteet antoivat huonoimmat tulokset. Lämpötilalla ei ollut oleellista vaikutusta tuloksiin 2,1 m:n korkeudessa. Paloalueen viereisen savuotsan ympärillä usean imupisteen tapauksissa lämpötilat olivat pienempiä korkeudella 3,3 m. Korvausilmaluukkujen sijoitus korkeammalle kuin yleensä on sallittu ei vaikuttanut tuloksiin niin paljon kuin on yleensä oletettu. Suurempi resoluutio simuloinnissa (herkkyysanalyysi) antoi vain marginaalisesti parempia tuloksia, ja tällöin laskenta kesti pidempään. Herkkyysanalyysin tekeminen on kuitenkin välttämätöntä, jotta voidaan varmistaa, että tarkastelun tarkkuus on riittävä. Avainsanat: savunpoistomenetelmä, ideaalipalopatsas, palopatsasmalli, savupatsasmalli, virtausdynamiikka, palosimulointi, savunpoisto, palotehokäyrä, mitoituspalo 3 AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Abstract of Master’s Thesis Author: Title of the Thesis: Date: Kristian Ehrnrooth Research of Ventilation Dimensioning of Fire Exhaust Gases 3 June 2010 Faculty: Department: Faculty of Engineering and Architecture Department of Engineering Design and Production Number of pages: 139 Professorship: Kon-41 Machine Design Supervisor: Professor Petri Kuosmanen Instructors: Juha-Pekka Laaksonen, M.Sc. (Tech.) Planning of smoke exhaust in constructions is vital for guaranteeing fire and personal safety. In Finland the rate of smoke exhaust is based on a multiple methods. Used method is usually based on the demands of the local fire authorities. Methods are based on prosentual calculations, fire dynamics theory and computer aided simulations. There are different instructions made for the user of these methods. Instructions and methods are quite different regarding to the amount of smoke exhaust. Difference of the smoke exhaust dimensioning methods was studied in this project. Project contains the needed theory of fire dynamics and comprehensive theory of the used methods and rates of fires. Used fire rate curves are based on a theory of designfire. Water extinction system (sprinkler) and high safety factor was applied when forming the fire rate curves. Models, simulations and visualisations with different fire rates were made using Pyrosim, FDS and Smokeview softwares. Placement and direction of the smoke exhaust intakes and the placement of the replacement air hatches are based on typically used methods in construction techniques. The best results were achieved from methods including only one horizontal exhaust intake. Critical result parameters were exit time of people, visibility and temperature. Divided vertical exhaust intakes gave the weakest results. Temperature results were irrelevant at the height of 2.1 m. Although temperatures were smaller at height of 3.3 m around the smoke curtain beside the fire area in multiple intakes simulations. Higher placement of the replacement air hatches do not influence results as much as is generally assumed. Increased grid resolution in simulation (sensitivity analysis) gave only marginally better results and the simulation took longer time to complete. Sensitivity analysis is necessary to guarantee that the results are accurate enough. Keywords: smoke exhaust method, fire plume, smoke plume, fluid dynamics, fire simulation, smoke exhaust, fire rate curve, designfire 4 Esipuhe Savunpoiston suunnittelu rakennuskohteisiin on erittäin tärkeää palo- ja henkilöturvallisuuden takaamiseksi. Sen suunnittelu kokonaisuudessaan oikein, mitoitusperusteiden oikea toteutus ja soveltaminen sekä laitteiden valinta ja oikea asennus on oleellista henkilöturvallisuuden takaamiseksi ja rakennuksen suojelemiseksi. Tässä tutkimuksessa on käyty läpi yhden isomman kohteen koneellista savunpoistoa. Savunpoistoa on vertailtu eri savunpoistomenetelmien välillä ja siitä on tehty herkkyysanalyysi. Tutkimusta on myös tehty erinäisten kriittisten tekijöiden välillä. Diplomityö tehtiin L2 Paloturvallisuus Oy:n toimeksiannosta keväällä 2010. Haluan esittää kiitokseni yrityksen toimitusjohtaja Jukka Laineelle saamastani kannustuksesta ja suunnittelupäällikkö Juha-Pekka Laaksoselle laajamittaisesta avusta ja tuesta työn kaikissa vaiheissa. Lisäksi tärkeässä roolissa ovat olleet myös yrityksen turvallisuusasiantuntijat Jouni Nevala ja Timo Hakokorpi. Alan tietotaidon syventävästä kurssista kiitos kuuluu Ruotsissa luennoitavalle Lundin Yliopiston tietokoneavusteisen virtausdynamiikan kurssille ja Suomessa Otaniemessä luennoitavalle tulipalon dynamiikka kurssille. Lopuksi esitän kiitokseni professori Petri Kuosmaselle diplomityön tarkastamisesta ja arvostelemisesta. Espoossa 3.6.2010 Kristian Ehrnrooth 5 Sisällysluettelo Diplomityön tiivistelmä ........................................................................................... 2 Abstract of Master’s Thesis ..................................................................................... 3 Esipuhe .................................................................................................................... 4 Symboliluettelo ja lyhenteet .................................................................................... 7 1 Johdanto .......................................................................................................... 8 1.1 Tutkimuksen tausta ................................................................................. 8 1.2 Tutkimuksen tavoite ................................................................................ 8 1.3 Tutkimuksen rajaus ................................................................................. 8 1.4 Tutkimusmenetelmät ............................................................................... 9 2 Tutkimuksen teoria ........................................................................................ 10 2.1 Palo- ja savupatsasmallit ....................................................................... 10 2.1.1 Zukoski malli ................................................................................. 12 2.1.2 Heskestad malli .............................................................................. 13 2.1.3 McCaffrey malli............................................................................. 16 2.1.4 Thomas malli ................................................................................. 18 2.1.5 Palopatsasmallien massavirtojen vertailu ...................................... 20 2.2 Suljetun tilan palot, CFD ja tietokoneavusteinen simulaatio ................ 20 2.2.1 CFD (Computational Fluid Dynamics) ......................................... 20 2.2.2 Tietokoneavusteinen simulaatio, FDS ........................................... 22 2.3 RIL 232 ................................................................................................. 24 2.3.1 Savunpoiston automaatiotasot ....................................................... 25 2.3.2 Savunpoistoluokat.......................................................................... 25 2.3.3 Automaatiotason I edellyttämä mitoitus ........................................ 28 2.3.4 Automaatiotason II savunpoiston mitoitus .................................... 30 2.3.5 Automaatiotaso III (vakiopalotehoon perustuva mitoitus) ............ 33 2.4 Ympäristöministeriön prosenttimitoitus ................................................ 40 2.5 Sisäasiainministeriön mitoitusohje ........................................................ 42 3 Tutkimusaineisto ja kriittiset tekijät .............................................................. 48 3.1 Tärkeimmät oleelliset tekijät ................................................................. 48 3.1.1 Tilaesimerkki ja soveltuvuus teoriamalleihin ................................ 48 3.1.2 Mitoituspalon ja yleisen palotehon vaikutus ................................. 49 3.1.3 Palava materiaali ja paloala ........................................................... 55 3.1.4 Savunpoiston imupisteiden paikat ja suunnat ................................ 56 3.1.5 Korvausilmaluukkujen sijoitukset ................................................. 56 3.1.6 Näkyvyys ja lämpötila ................................................................... 56 3.2 Huomioitavia muita tekijöitä ................................................................. 57 4 Teoriamallin vertailu ja metodien laskentaa ................................................. 58 4.1 Tilaesimerkkinä kokoontumis- ja liiketila............................................. 58 4.1.1 Vertailusimulointi ilman savunpoistoa .......................................... 61 4.1.2 Käytettävät palotehot ja yleisiä arvoja ........................................... 62 4.1.3 Palo- ja savupatsasteorioiden arviot .............................................. 63 4.1.4 Ympäristöministeriön prosenttimitoituksen arvio ......................... 65 4.1.5 Sisäasiainministeriön mitoitusohjeen arvio ................................... 66 4.1.6 RIL 232 - automaatiotasojen arvioinneista .................................... 67 4.1.7 RIL 232 - automaatiotason II savunpoistomäärän arviointi .......... 67 6 4.1.8 RIL 232 - automaatiotason III savunpoistomäärän arviointi ......... 68 Tutkimustulosten tarkastelu .......................................................................... 70 5.1 Simulointitapaukset ja tutkittavat anturit .............................................. 70 5.1.1 Näkyvyydet ja lämpötilat toisessa kerroksessa ryhmän 1 tapauksessa .................................................................................................... 73 5.1.2 Näkyvyydet toisessa kerroksessa ryhmän 2 tapauksessa............... 76 5.1.3 Näkyvyydet toisessa kerroksessa ryhmän 3 tapauksessa............... 77 5.1.4 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 1 tapauksissa .... 78 5.1.5 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 1 tapauksissa ...... 80 5.1.6 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 2 tapauksissa .... 84 5.1.7 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 2 tapauksissa ...... 86 5.1.8 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 3 tapauksissa .... 90 5.1.9 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 3 tapauksissa ...... 92 5.2 Tuloksien kokoaminen .......................................................................... 96 5.3 Tuloksien tarkastelua yleisesti, näkyvyyksien ja lämpötilojen minimit ja maksimit .......................................................................................................... 102 5.4 Tuloksien tarkastelua, ryhmä 1 ja ryhmä 2 ......................................... 103 5.5 Tuloksien tarkastelua, ryhmä 3, RIL-metodit ..................................... 105 6 Yhteenveto .................................................................................................. 108 Lähdeluettelo ....................................................................................................... 111 Liite 1: Havainnekuvia: palokerros, savulohkot, savunpoiston imupisteet ja korvausilmaluukut Liite 2: FDS esimerkkikoodia Liite 3: Visualisointeja Smokeview ohjelmistolla 5 7 Symboliluettelo ja lyhenteet b (Savu)patsaan säde (m) ∆T Lämpötilan nousu (K) u Virtausnopeus (m/s) Massavirta (kg/s) z Palopatsaan korkeus (m) v Ilman sekoittumisen nopeus (m/s) Kokonaislämpöenergia (kW) Kuljettumisenergia (osa kokonaislämpöenergiaa) (kW) T∞ Ilman ominaisuus, lämpötila (K) ρ∞ Ilman ominaisuus, tiheys (kg/m3) cp Ilman ominaisuus, ominaislämpökapasiteetti (kJ/(kgK)) g Maanvetovoiman kiihtyvyys = 9,81 m/s2 D Palolähteen halkaisija (m) L Keksimääräinen liekin korkeus (m) η McCaffreyn palopatsaan kokeellinen vakio κ McCaffreyn palopatsaan kokeellinen vakio P Palon piiri (m) CFD Computational Fluid Dynamics FDS Fire Dynamics Simulator RANS Reynolds Averaged Navier Stokes LES Large Eddy Simulation DNS Direct Numerical Simulation RTI Response time index FVM Finite Volume Method 8 1 Johdanto 1.1 Tutkimuksen tausta Suomessa ei ole yksiselitteisiä määräyksiä eikä ohjeita yksiselitteiseen savunpoiston mitoitukseen. On olemassa erilaisia yleisiä tutkimustuloksia ja normeja, joiden mukaan on määritelty tapoja savunpoiston mitoitukseen. Ne perustuvat enemmän tai vähemmän tulipalon dynamiikkaan ja toimiviksi havaittuihin mitoituksiin. Näitä eri metodeja ja niiden eroja tutkitaan tässä työssä joka tehtiin 1L2 Paloturvallisuus Oy:n toimeksiannosta. 1.2 Tutkimuksen tavoite Tavoitteena on avata erilaisten savunpoiston metodien taustoja ja niissä käytettyä teoriaa. Tärkeää on löytää oikeat kriittiset ja eniten vaikuttavat tekijät liittyen savunpoistoon. Yhtenä tavoitteena on myös löytää sopiva ideaalikohde, jota voidaan käyttää vertailussa eri metodien välillä. Tärkeää on myös osata tulkita ja verrata tuloksia eri metodien kannalta. Tavoitteena on avata eri metodien tuottamia tuloksia. Kyseessä on tekijöitä kuten, sopiiko metodi kohteeseen oikein, savunpoistomäärien eroavaisuudet, kriittisten tekijöiden vaikutus ja koneellisen savunpoiston mitoitus. 1.3 Tutkimuksen rajaus Työssä ei puututa tarkasti tulipalon dynamiikan teoriaan, koska kyseessä on fysikaalisesti ja kemiallisesti erittäin laaja ilmiö. Teoriaa esitellään oikeissa paikoissa tarpeellinen määrä, jotta esitetyn asian voi ymmärtää jokainen lukija. Työn pohjana on tulipalon dynamiikan se osa jossa käsitellään paloreaktiossa syntyvien savukaasujen eri tekijöitä. Huomioon otetaan edelliseen liittyviltä osiltaan tarpeellisesti materiaalioppia ja rakennustekniikkaa. Tässä työssä tutkitaan ainoastaan koneellisen savunpoiston mitoitusmenetelmien vaikutusta. 9 1.4 Tutkimusmenetelmät Menetelmät perustuvat ensisijaisesti eri koneellisten savunpoistometodien teorioiden avaamiseen, koska näitä metodeja käytetään kaikkiin savunpoistoon liittyviin ratkaisuihin Suomessa. Tulipalon simulointi perustuu virtausoppiin ja siihen viitataan yleisesti lyhenteellä CFD (Computational Fluid Dynamics). Se viittaa laajasti virtausoppiin, jossa ratkaistaan numeerisesti hallitsevat yhtälöt, jotka määrittelevät vaihtelevan virtauksen. Hallitsevia yhtälöitä ei voida tällä hetkellä ratkaista täydellisesti ja tästä syystä simuloinnit tulevat aina sisältämään virhettä. Oikein tehtynä simuloinnit antavat hyvin tarkan kuvauksen siitä mitä tapahtuu lämpötilojen, virtauksien ja kaasujen suhteen. Tässä tutkimuksessa simuloinneilla pyritään esittämään niin sanotusti oikeat tarkimmat tulokset virheiden rajoissa. Näitä vertaillaan muihin menetelmiin ja tehdään johtopäätöksiä. 10 2 Tutkimuksen teoria 2.1 Palo- ja savupatsasmallit Palopatsasmallit2 perustuvat niin sanottuihin luonnollisten palojen lieskoihin. Yleisesti tutkitaan liekkejä, jotka syntyvät nesteiden ja kiinteiden aineiden palaessa ja tällöin polttoaineen tuottonopeus on pieni ja liekin säteilyn määräämää. Virtaus on nosteen hallitsemaa ja polttoaine sekoittuu diffuusion ja ilman laahautumisen vaikutuksesta. Paloprosessi tapahtuu siellä, missä konsentraatio on korkean lämpötilan syttymisrajojen sisällä. Palopatsasmallit koostuvat liekistä ja lämpimän ilman tai savun virtauksesta ylöspäin. Yleensä virtaus on turbulenttinen ja palopatsas on arvioitavissa sylinterisymmetriseksi. Tuulen vaikutusta voidaan kuvata vinona sylinterinä. Yleisimmät tutkimuskohteet käytettäessä palopatsasmalleja ovat: - Savunpoiston mitoitus (tilan täyttyminen savulla) - Rakenteiden lämpeneminen paikallisessa palossa - Katonalusvirtauksen mallissa voidaan tutkia paloilmaisimien toimintaa - Sammutuslaitteistojen suunnittelun mitoitus Palopatsas voidaan jaotella yleisesti kolmeen osaan. Palopinnasta lähtien ensimmäisenä on jatkuva lieska (persistent flame). Korkeammalle mentäessä toisena on hulmuava lieska (intermittent flame). Ylimpänä palopatsaassa on kelluva nostepatsas (buoyant plume). Liekin korkeus L mitataan yleensä hieman hulmuavan lieskan alapuolelle, kohtaan jossa lepattavuus on noin 50 prosenttia. Palopatsaan tärkeimmät parametrit ovat lämpötilan nousu keskiakselilla (ΔT0(z)), virtausnopeus keskiakselilla (u0(z)), patsaan leveys (b(z)) ja massavirta ( p(z)). Yleisen teorian ja olettamusten perusteella on voitu määrittää perusyhtälöt ideaalisen palopatsaan tekijöille3. Näissä on käytetty monta rajoittavaa oletusta 11 jotta on saatu analyyttiset ratkaisut ideaaliselle palopatsaalle. Esitetään tärkeimmät yhtälöt ja termit ideaaliselle palopatsaalle (Kuva 1): Kuva 1. Ideaalisen palopatsaan profiili /3/ (1) ⁄ u0(z) = 1,94 p(z) = 0,20 ΔT0(z) = 5,0 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ (2) (3) ⁄ (4) Jotta on saatu edelliset ideaalisen palopatsasmallin ominaisuudet ja analyyttiset ratkaisut, on tehty useita rajoittavia oletuksia. Oletukset ovat: 1. Oletetaan kaiken energian tulevan lähtöpisteestä (pistelähde) ja energian oletetaan jäävän palopatsaaseen kokonaisuudessaan. Tämä tarkoittaa, että ei ole lämpöhäviöitä säteilynä. Säteilyn osuus on yleensä 20-40 % vapautuvasta kokonaisenergiasta. 12 2. Käytetään Boussinesq:n approksimaatiota tiheyksien muutoksille. Tällä tarkoitetaan sitä, että oletetaan tiheyksien muutoksien olevan pieniä koko palopatsaassa. Ilman sekoittumisen johdosta palopatsaan lämpötila on vain hieman suurempi kuin ympäröivän ilman lämpötila. Tämän takia oletetaan joissain tilanteissa, että . Käytännössä tämä tarkoittaa, että yhtälöitä (1-4) ei voida käyttää korkeuksilla, joissa ollaan lähellä palolähdettä, mutta ne antavat tarpeeksi hyvät ratkaisut, kun ollaan tarpeeksi etäällä palolähteestä. 3. Oletetaan, että nopeus-, lämpötila- ja voimaprofiilit ovat samassa muodossa riippumatta korkeudesta z. Oletetaan, että nämä profiilit ovat niin sanottuja ”top hat” profiileja, niin että nopeus ja lämpötila ovat vakioita vaakasuorassa osassa säteellä b korkeudella z ja lisäksi u = 0 ja T = palopatsaan säteen ulkopuolella. 4. Oletetaan, että ilman sekoittuminen patsaan reunalla on suhteessa patsaan paikalliseen kaasun nopeuteen. Tällöin sekoittumisen nopeus voidaan kirjoittaa muodossa ν = α u, jossa α on vakio ≈ 0,15 (pätee top hat profiileissa). Toisin sanoen, vaakasuora sekoittumisnopeus oletetaan olevan 15 % ylöspäin suuntautuvasta palopatsaan nopeudesta. Arvo on vaikea mitata, mutta sen on huomattu sopivan kohtuullisesti kokeellisesti mitattuihin arvoihin. Seuraavissa kappaleissa esitetään eri tutkijoiden teorioita palopatsasmalleihin. Näissä teorioissa osaa ideaalipatsasmallien oletuksista on muokattu tai jätetty käyttämättä. Nämä teoriat on koottu ja muokattu liitteestä /2/. 2.1.1 Zukoski malli Zukoski teki tutkimuksia joissa palopatsaan kaasut kerättiin eräänlaiseen ”huppuun”. Säätämällä virtauksen määrää hupussa, kuuman kaasukerroksen korkeus pystyttiin pitämään vakiona (Kuva 2). Näin ollen virtausmäärä hupun ”pakoputkessa” oli sama kuin patsaan massavirta. 13 Kuva 2. Zukoskin palopatsaan virtausnopeuden kokeellinen järjestelmä /3/ Säätämällä polttoaineen korkeutta ja energian vapautumisnopeutta, oli mahdollista laskea useissa kokeissa patsaan massavirta korkeuden ja vapautuvan energian funktiona. Zukoski käytti ideaalisen palopatsasmallin teoriaa ja tarkensi hieman massavirtaa kaavasta (3). Hän sai uudeksi massavirraksi korkeuden suhteen tuloksen jossa kaavan (3) vakiokerroin 0,20 tarkentui kertoimeksi 0,21. Tämä kaava esitetään yleisesti muodossa: 0,071 ⁄ ⁄ , jossa ilman ominaisuudet oletetaan olevan: (5) = 293 K, = 1,1 kg/m³, = 1,0 kJ/(kg K) ja g = 9,81 m/s². Palopatsasmallin nopeuden (2) ja lämpötilan (4) yhtälöt oletetaan olevan samat kuin ideaalisen palopatsasmallinkin. 2.1.2 Heskestad malli Heskestadin palopatsasmallin ominaisuuksien määrittämiseksi kolmea ideaalisen palopatsasmallin perusolettamusta muutetaan seuraavasti: 1. Pistelähteen olettamus muutetaan esittämällä ”virtuaalinen lähde” korkeudella z0. Lisäksi otetaan huomioon, että osa palopatsaan ominaisuuksista riippuu kuljettumisenergian vapautumisnopeudesta . 14 2. Palopatsaan ”top hat” profiili nopeudelle ja lämpötilalle korvataan realistisemmalla Gaussisella profiililla. Eli esitetään uudestaan termit palopatsaan keskiakselin lämpötilalle ∆ ja keskiakselin nopeudelle u0. 3. Boussinesq approksimaatio poistetaan jolloin suuret tiheyserot voidaan ottaa huomioon. Tämä tarkoittaa, että joissain yhtälöissä ei oleteta . Yhtälöt jotka esitetään Heskestadin teorioissa sanotaan kuvaavan vahvoja palopatsaita. Aikaisemmissa kappaleissa ja kuvassa 1 on määritelty joitakin palopatsasmallin ominaisuuksia. Heskestad esittää joitakin lisämäärityksiä (Kuva 3). Kuva 3. Heskestadin palopatsasmalli /3/ Heskestad esitti virtuaalisen lähteen käsitteen. Virtuaalinen lähde, z0, riippuu palolähteen halkaisijasta ja vapautuvasta kokonaisenergiasta. Virtuaalilähde on määritelty: z0 = 0,083 ⁄ 1,02 , jossa (6) 15 D on palolähteen halkaisija [m] ja on vapautuva kokonaisenergia [kW]. Tämä ilmaisu on johdettu koetuloksista ja se esittää ”parasta” sopivuutta allaspaloihin. Arvo z0 voi olla negatiivinen ja sijaita palolähteen alla. Tällöin se osoittaa, että palolähteen ala verrattuna energian vapautumiseen on iso sillä alalla. Arvon z0 ollessa positiivinen, palossa vapautuu energiaa suhteessa pieneen alaan. Heskestad esitti keskimääräisen liekinkorkeuden käsitteen. Heskestadin kaavat määrittelevät palopatsaan ominaisuuksia kahdella alueella: keskimääräisen liekin korkeuden yläpuolella ja keskimääräisen liekinkorkeuden alapuolella. Heskestad on määritellyt tämän korkeuden kaavalla: ⁄ L = 0,235 1,02 (7) Lasketaan liekin keskikorkeutta ja virtuaalisen lähtöpisteen paikkaa, käytetään vapautuvaa kokonaisenergiaa . Kuitenkin, kun arvioidaan palopatsaan muita ominaisuuksia, käytetään vapautuvaa kuljettumisenergiaa , koska tämä osa vapautuvasta energiasta aiheuttaa nostetta. Säteilyn aiheuttama energiahäviö liekeistä on tyypillisesti noin 20-40 % vapautuvasta kokonaisenergiasta. Suurempi näistä arvoista on yleensä tilanteissa, joissa liekki on nokisempi ja kirkkaampi, johtuen polttoaineista jotka palavat alhaisella palamisteholla. Vapautuva kuljettumisenergia on täten usein rajoissa = 0,6 - 0,8 . Heskestad otti huomioon yllä olevat muutokset ja muokkasi ideaalisen palopatsasmallin yhtälöitä. Tämän jälkeen hän tutki kokeellisia tuloksia ja keksi, että patsaan säde, keskiakselin lämpötila ja keskiakselin nopeus noudattivat seuraavia yhteyksiä, kun oltiin keskimääräisen liekinkorkeuden yläpuolella (Kaava 7): ∆ ⁄ ⁄ b = 0,12 ⁄ 9,1 ∆ 25 (8) ⁄ ⁄ ⁄ (9) ⁄ , kun (10) 16 käytetään ympäröivän ilman ominaisuuksia (T = 293 K, ρ = 1,2 kg/m³, = 1,0 kJ/(kg K), g = 9,81 m/s²). ⁄ 3,4 ⁄ ⁄ 1,0 ⁄ (11) , kun (12) käytetään ympäröivän ilman ominaisuuksia (T = 293 K, ρ = 1,2 kg/m³, = 1,0 kJ/(kg K), g = 9,81 m/s²). Yllä oleville kaavoille = [kW], T = [K], c = [kJ/(kg K)] ja muut ilman ominaisuudet on annettu SI-yksiköissä. Sekoittuminen liekin alueelle ja palopatsaaseen liekin yläpuolelle on erilaista ja näiden erottaminen on tarpeellista. Heskestad esitti seuraavat kaavat palopatsaan massavirralle keskimääräisen liekinkorkeuden ylä- ja alapuolella. z > L (palopatsaan massavirta liekinkorkeuden yläpuolella): 0,071 ⁄ ⁄ 1,92 10 (13) z < L (palopatsaan massavirta liekinkorkeudella tai liekinkorkeuden alapuolella): 0,0056 Massavirran kaavoille 2.1.3 (14) = [kW], massavirta = [kg/s]. McCaffrey malli McCaffrey käytti kokeellisia tuloksia ja analyysia saadakseen palopatsaiden suhteet ylöspäin suuntautuvalle nopeudelle ja lämpötilalle. Hän jakoi palopatsaan kolmeen osaan (Kuva 4): Pysyvän liekin alueeseen, hulmuavan liekin alueeseen ja savupatsaan alueeseen. 17 Kuva 4. MacCaffreyn palopatsaan kolme aluetta /3/ Nämä suhteet olivat muotoa: ∆ ⁄ , Vakiot ⁄ ja ⁄ (15) (16) vaihtelevat riippuen näistä kolmesta alueesta (Taulukko 1). 18 Taulukko 1. Vakiot McCaffreyn palopatsasyhtälöissä /4/ ⁄ Alue ⁄ ⁄ [m/ ] Pysyvä liekki < 0,08 1/2 Hulmuava liekki 0,08-0,2 0 Savupatsas > 0,2 -1/3 ⁄ 6,8 [ / ] ⁄ 1,9 [ / 1,1 [ ⁄ ] ⁄ / ] Kun lasketaan palopatsaan ominaisuuksia, vakiot tulevat yhteydestä, jossa käytetään vapautuvaa kokonaisenergiaa. Kun palolle käytetään palotehon konvektiivista osuutta, voidaan McCaffreyn yhtälöille määrittää laskukaavat massavirran laskemiseen4: 0,124 Kaavoissa z = [m], 2.1.4 ⁄ = [kW], , kun 0,00 ≤ , 0,026 Hulmuava liekki: Savupatsas: , 0,011 Pysyvä liekki: ⁄ , ⁄ ⁄ , kun 0,08 ≤ , kun 0,20 ≤ ≤ 0,08 ⁄ ≤ 0,20 ⁄ (17) (18) (19) = [kg/s]. Thomas malli Edellä olevat kokeelliset tutkimukset eivät sisältäneet kokeita, joissa keskiarvollinen liekinkorkeus L olisi ollut paljon pienempi kuin polttoainelähteen halkaisija D. Thomas keksi, että pysyvän liekin alueella (tai lähellä sitä) palopatsaan massavirta oli enemmän tai vähemmän riippumaton energian vapautumisnopeudesta ja enimmäkseen funktio palon piiristä P ja palolähteen 19 korkeudesta z (Kuva 5). Tämän on havaittu olevan erityisen pätevä paloille, joissa keskiarvollinen liekin korkeus on huomattavasti pienempi kuin sen halkaisija. Kuva 5. Thomaksen palopatsasmalli /3/ Thomaksen massavirran yhtälö on muotoa: ⁄ 0,188 , jossa P on palon piiri (= πD) [m], z on korkeus [m] ja (20) on massavirta [kg/s]. Käyttämällä kaavaa (7) huomataan, että liekin korkeus suhteessa halkaisijaan on välillä 0,28 < L/D < 1,44. Huomataan, että ympyrämäisille lähteille palon piiri voidaan kirjoittaa halkaisijan suhteen P = πD, jolloin saadaan: 0,59 D ⁄ (21) Todetaan, että massavirran suuruus kaavan (20) mukaan on voimassa vain liekin kärkeen asti. On kuitenkin huomattu, että suuremmilla korkeuksilla massavirran arvot antavan hyviä tuloksia kokeellisiin tuloksiin verrattuna. Yhtälö on erityisen käyttökelpoinen tapauksissa joissa L/D < 1 ja tapauksissa, joissa palolähde ei ole ympyrämäinen ja P on lähteen piiri. 20 2.1.5 Palopatsasmallien massavirtojen vertailu Kuvassa (Kuva 6) vertaillaan edellä esitettyjen palopatsasmallien massavirtanopeuksia. Huomataan, että pienillä korkeuksilla mallien tulokset ovat lähellä toisiaan, mutta suuremmilla korkeuksilla McCaffreyn mallin tulos poikkeaa muiden mallien tuloksista. Kuva 6. Paloteho 1 MW, palon halkaisija 1 m /4/ 2.2 Suljetun tilan palot, CFD ja tietokoneavusteinen simulaatio Nopeasti kehittynyt ymmärrys paloprosesseista ja niiden vuorovaikutuksesta rakennuksiin on johtanut palosimulaatiomallien kehittymiseen osastoissa. Simulaatiomallit jaetaan todennäköisyyspohjaisiin -ja deterministisiin (lainalaisuuspohjaisiin) malleihin. Todennäköisyyspohjaiset mallit tekevät tilastollisia ennusteita palon kasvuasteen siirtymisestä toiseen asteeseen. Tässä tutkimustyössä käsitellään deterministisiä malleja, jotka sisältävät karkeasti CFD mallit, aluemallit ja käsin laskettavat mallit. 2.2.1 CFD (Computational Fluid Dynamics) Määritelmä CFD tarkoittaa laskennallista virtausdynamiikkaa5. Se viittaa vaihtelevan virtauksen hallitsevien yhtälöiden numeeriseen ratkaisemiseen. Yhtälöitä kutsutaan Navier-Stokes yhtälöiksi ja ne tarkoittavat esimerkiksi energian tai aineen konsentraation jatkuvuus- ja säilymisyhtälöitä. 21 Yleisemmin sanottuna käsiteltävä tilavuus jaetaan suureen määrään pienempiä tilavuuksia. Jokaiselle tilavuusalkiolle asetetaan perusfysikaaliset lait massan -, momentin -ja energian säilymiselle. Kuvassa (Kuva 6) on esimerkkikuva kuinka tämä voidaan tehdä. Kuva 7. CFD mallien esimerkki suljetun tilan tilavuusalkioiden jaottelusta /3/ Hallitsevat vaikuttavat yhtälöt sisältävät lisäksi tuntemattomina tekijöinä virtauksen viskoosiset kuormitustekijät. Näiden vaihtaminen momenttiyhtälöiksi antaa niin kutsutut Navier-Stokes yhtälöt, joiden ratkaisut ovat keskeisiä jokaiselle CFD-laskennalle. Mikään yksi CFD-koodi ei voi käsittää kaikkia fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja jotka ovat tärkeitä. On vain muutama CFD-koodi, jota voidaan käyttää palamismallin ratkaisuihin. Nämä puolestaan käyttävät monta erilaista lähestymistapaa mallinnettaville alaprosesseille. Tärkeimpinä alaprosesseina pidetään turbulenssin mallinnusta, säteilyn ja noen mallinnusta, pyrolyysin ja liekin leviämisen mallinnusta ja palamisen mallinnusta. Alaprosessit mallinnetaan yleensä hyvin perusteellisella tasolla ja niiden ymmärrys vaatii erikoisosaamista fysiikasta ja kemiasta. CFD-mallien käyttö vaatii huomattavasti tietokoneen laskentatehoa, kuten myös erikoisosaamista fysiikasta, kemiasta, numeerisista metodeista ja tietojenkäsittelyopista. Lisäksi ongelman rajaus, tietokoneella ajo, tuloksien käsittely ja oleellisten tuloksien esittäminen on erittäin aikaa vievä ja kallis prosessi. Näiden syiden vuoksi menetelmän käyttö paloturvallisuuden 22 suunnittelussa on melko harvinaista. Toisaalta tällainen mallinnus voi olla erittäin käyttökelpoista kun käsitellään monimutkaisia geometrioita ja joskus ainoa keino edetä tietyissä suunnitteluongelmissa. 2.2.2 Tietokoneavusteinen simulaatio, FDS Tässä tutkimustyössä käytetään tietokoneavusteista CFD-mallinnusta yhtenä osaalueena tutkimaan savun poistamisen toteuttamista suljetuissa tiloissa. Käytettävä mallinnusohjelma on FDS (6Fire Dynamics Simulator). FDS on tietokoneavusteinen virtausdynamiikkamalli (CFD) tulipaloon suuntautuneeseen vaihtelevaan virtaukseen. FDS ratkaisee numeerisesti yhden muodon Navier-Stokes yhtälöistä joka sopii tulipalojen matalien nopeuksien lämpimiin ilmavirtauksiin painottaen savukaasujen ja lämmön kuljettumista. Esitetään perusteet turbulenttisten virtausten malleista. Turbulenssin mallintamiseen on kolme erilaista tapaa (tietokonelaskennallisesti vaativin on alimpana listalla): - Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS). Hajottaa hetkellisen nopeuden vaihtelevaksi keskiarvoksi. Nojaa empiirisiin malleihin määrittääkseen vaihtelut. On suhteellisen tehokas laskennallisesti. Monimutkaisia tuloksia virtausilmiöstä on hankalaa saada. - Large Eddy Simulation (LES). Turbulentin virtauksen energia sisältyy suuriin skaaloihin. Vain suurten skaalojen liikkeet ratkaistaan ajassa ja tilassa. Nopeuden pienimmillä skaaloilla vaikutus mallinnetaan osittain. Laskennallisesti vaativa. - Direct Numerical Simulation (DNS). Ratkaisee kaikki skaalat. Ei ole käytännöllinen teknisiin ongelmiin. FDS:n hydrodynaamisen mallin ydinalgoritmi on toisen asteen tilan ja ajan täsmällinen ennustaja-korjaaja malli (iteraatiomalli). Turbulenssia käsitellään ”Large Eddy” simuloinnin (LES) Smagorinskyn muodolla. Jos soluverkko (mesh) on tarpeeksi hieno, voidaan käyttää myös suoraa numeerista simulointia (DNS), mutta LES on oletusarvoinen toiminto. 23 Määritellään FDS:n käyttämä palamisen mallin teoria. Useimmissa tapauksissa FDS käyttää yhden asteen kemiallista reaktiota, jonka tuotteita seurataan kahden parametrin osamallilla. Osamalli on skalaarinen säilyvä määrä, joka osoittaa yhden tai useamman kaasukomponentin massaosan suhteessa virtausalueen paikkaan. Oletuksena lasketaan kaksi komponenttia täsmällisesti. Ensimmäinen on palamattoman polttoaineen massaosa ja toinen palavan polttoaineen massaosa (palamistuotteiden massaosa). Lisäksi on olemassa kahden asteen kemiallinen malli, jossa on kolme parametria osamallissa (ensimmäinen aste on polttoaineen hapettuminen hiilimonoksidiksi ja toinen aste on hiilimonoksidin hapettuminen hiilidioksidiksi) ja moniasteinen kemiallinen malli. FDS:n säteilyn siirtyminen eli säteilevä lämmönsiirto on mallissa mukana. Se ratkaistaan harmaan kaasun säteilyn siirtymisyhtälöllä (grey gas) ja joskus rajoitetuissa tapauksissa laajakaistamallilla (wide band model). Yhtälö ratkaistaan samanlaisella tavalla kuin kuljettumisen siirtyminen äärellisen tilavuuden metodeilla (Finite Volume Method, FVM). Kaasu-noki sekoituksien imeytymisen vakiot lasketaan käyttäen RADCALin kapean kaistan mallia (narrow-band model). Nestepisarat keräävät ja hajottavat lämpösäteilyä. Tämä on tärkeää kaikissa sprinkleritapauksissa. Imeytymis- ja hajaantumisvakiot perustuvat Mie teoriaan. FDS:n rajaehtojen mukaan kaikille kiinteille pinnoille asetetaan termiset ehdot ja tieto materiaalin palokäyttäytymisestä. Lämpötilan ja massan siirtyminen kiinteisiin pintoihin ja kiinteistä pinnoista pois hoidetaan yleensä empiirisillä korrelaatioilla, mutta se on mahdollista laskea myös suoraan käytettäessä tapaa DNS. Tutkimuksessa esiintyvät tilojen simuloinnin havainnekuvat on tehty ohjelmistolla Smokeview7. Se on ohjelmisto, joka on suunniteltu visualisoimaan numeerisia laskelmia, joita on tuotettu esimerkiksi FDS palosimuloinnilla. Smokeview visualisoi savua ja muita palo-ominaisuuksia käyttäen traditionaalisia tieteellisiä metodeja. Se näyttää hiukkasvuon, kaasuvirtauksen 2D tai 3D sävytetyt muodot, kuten lämpötilan ja vuovektorin suunnan ja suuruuden. Smokeview visualisoi myös tulen ominaisuudet realistisesti, jotta käyttäjä voi kokea tulipalon. Tämä on 24 tehty näyttämällä osittain läpinäkyviä tasoja, joissa läpinäkyvyys määritellään FDS:n laskemasta noen tiheydestä. 2.3 RIL 232 RIL 2328 tarkoittaa Suomen rakennusinsinöörien Liitto RIL ry julkaisemaa teosta ”Rakennusten paloturvallisuus – Savunpoiston suunnittelu, laitteiston asennus ja ylläpito”. Sisäasiainministeriön asettama savunpoistotyöryhmä esitti vuonna 2001 mietinnöissään, että asetuksissa säädettäväksi ehdotettuja velvoittavia vaatimuksia täydentäisi opasjulkaisu, jossa käsiteltäisiin mm. savunpoiston suunnittelua, mitoitusta ja laskentaohjelmien käyttöä, laitevaatimuksia eri käyttötarkoituksissa, laitteiden kunnossapitoa, palokunnan operatiivista pelastustoimintaa ja eri tahojen vastuita ja velvoitteita. Savunpoiston suunnittelu on yksi paloturvallisuussuunnittelun erikoisaloista. RIL 232 ohjeen on ollut tarkoitus poistaa puutteet savunpoistolaitteiden asianmukaisuudesta ja toimivuudesta, savunpoistolaitteiden suunnittelusta ja asentamisesta sekä olla oppilaitoksiin soveltuva savunpoistoa käsittelevä oppikirja. Julkaisu antaa suunnitteluohjeet savunpoiston mitoitukselle ja laitteistoille sekä niiden asennus-, kunnossapito- ja käyttöohjeet. Julkaisu perustuu työryhmän omiin kokemuksiin ja soveltaviin teorioihin ja suurelta osalta EN-standardeihin. Ne eivät ole täysin luotettavia, koska osa käytettävistä EN-standardeista on nimikkeellä TR, joka tarkoittaa teknistä raporttia. Kaikki standardit eivät ole kokonaisuudessaan validoitu eivätkä ne ole mahdollisesti aivan valmiita käytettäväksi sellaisenaan. Käytännön kokemukset ovat osoittaneet RIL-julkaisuun perustuvien savunpoiston mitoitusmetodien olevan vaikeita määrittää, hankalia toteuttaa ja kustannuksiltaan kalliimpia. Teos on kokonaisuudessaan hieman sekava (toinen painos kesäkuu 2008) ja se sisältää laskentavirheitä ja ristiriitaisuuksia. 25 2.3.1 Savunpoiston automaatiotasot Savunpiston mitoituksen lähtökohtana on vaatimustason laitteiden luokitus automaatiotasoille I-III. Automaatiotaso I; savunpoistoon käytetään tavallisia ikkunoita tai kattoikkunoita, jotka palokunta avaa tai rikkoo palotilanteessa. Ikkunoissa tulisi olla pysyvä avauslaite. Normaalit asuinrakennukset ja useimmiten myös normaalit toimistot, majoitusliikkeet, hoitolaitokset ja päiväkodit kuuluvat tähän tasoon. Automaatiotaso II; savunpoistoon käytetään savunpoistoluukkuja tai – puhaltimia, jotka avautuvat luukkuun asennetun lämpöilmaisimen avulla tai palokunnan toimesta painikkeesta tai mekaanisen avauslaitteen avulla. Tavallisin esimerkki tämän tason savunpoistolaitteista on porraskäytävän katolle asennettava savunpoistoluukku, jonka palokunta voi avata alatasolta. Lämpöilmaisimista yksittäin laukeavat savunpoistoluukut kuuluvat myös tähän tasoon. Automaatiotaso III; savunpoistoon käytetään automaattista savunpoistolaitteistoa, joka toimii savuilmaisimen antaman herätteen perusteella. Laitteisto on laukaistavissa myös käsin painonapista tai muulla tavalla. Automaatiotason III laitteita käytetään silloin, kun tarkoituksena on varmistaa ihmisten poistuminen kiinteistöstä jo ennen palokunnan saapumista paikalle. 2.3.2 Savunpoistoluokat Savunpoistolaitteiden mitoituksen yksinkertaistamiseksi rakennusten tilat on luokiteltu RIL 232 ohjeessa niiden käyttötarkoituksen perusteella neljään savunpoistoluokkaan. Savunpoistoluokkia käytetään perustana automaatiotason II mitoituskaavoissa ja automaatiotason III vakiopalotehoon perustuvassa mitoituksessa. Teollisuuden tuotanto- ja varastotilat sekä muut kohteet jaetaan savunpoistoluokkiin SL1-SL4. Rakennuksen eri palotekniset osastot ja savulohkot voivat kuulua eri savunpoistoluokkaan. Jokaisen mitoitettavan kohteen soveltuvuus taulukossa esitettyyn savunpoistoluokkaan on kuitenkin analysoitava erikseen. 26 Taulukko 2. Esimerkkejä savunpoistoluokan 1 tuotanto-, varasto- ja muista kohteista (kirjoittajan kommentti: varastointikorkeus enintään 4 m, korkeammista tiloista ei varmuutta) /8/ Taulukko 3. Esimerkkejä savunpoistoluokan 2 tuotanto-, varasto- ja muista kohteista (kirjoittajan kommentti: varastointikorkeus enintään 6 m, korkeammista tiloista ei varmuutta) /8/ 27 Taulukko 4. Esimerkkejä savunpoistoluokan 3 tuotanto-, varasto- ja muista kohteista (kirjoittajan kommentti: varastointikorkeus enintään 6 m, korkeammista tiloista ei varmuutta) /8/ 28 Taulukko 5. Esimerkkejä savunpoistoluokan 4 tuotanto-, varasto- ja muista kohteista (kirjoittajan kommentti: varastointikorkeus enintään 6 m, korkeammista tiloista ei varmuutta) /8/ 2.3.3 Automaatiotason I edellyttämä mitoitus Ulkoseinän yläosassa olevia ikkunoita voidaan käyttää savunpoistoon. Aukkopinta-alaan lasketaan tällöin puolet ikkunoiden pinta-alasta. Ikkunoiden vaikutusalueen katsotaan ulottuvan 10 m:n etäisyyteen seinästä (kirjoittajan kommentti: ei tietoa miksi vain 10 m:n etäisyydelle ja onko etäisyys voimassa myös pystysuunnassa). Tuotanto- ja varastorakennuksia koskevat savunpoiston vähimmäisvaatimukset on esitetty Suomen rakentamismääräyskokoelman ohjeissa E29 erikseen palovaarallisuusluokan 1 ja 2 tiloille (Taulukko 6). 29 Taulukko 6. Savunpoistoaukkojen kokonaisala A% (geometrinen pinta-ala) /8/ Autosuojiin sovelletaan ohjeessa E2 palovaarallisuusluokan 1 tiloille esitettyjä mitoitusohjeita (ohjeen E4 ”Autosuojien paloturvallisuus”10 mukaan). Tällöin savunpoistoluukkujen kokonaispinta-ala on 1 % osaston lattia-alasta. Suojaustasolla 3 riittää 0,5 % lattia-alasta. Savunpoistoaukkojen geometrinen kokonaispinta-ala savulohkossa (Av, m2) saadaan kaavasta Av = A% As (22) Jos käytetään CE-merkittyjä savunpoistoluukkuja, saadaan luukkujen yhteenlasketun tehollisen (aerodynaamisesti vapaan) pinta-alan vähimmäisarvo seuraavasti: AvCv = 0,5 A% As (23) Jos käytetään savunpoisto-ominaisuuden osalta CE-merkittyjä savunpoistopuhaltimia, saadaan puhaltimien savukaasuvirran vähimmäisarvo kaavasta (kirjoittajan kommentti: tässä on ristiriita, koska savunpoistopuhaltimia käytettäessä ollaan automaatiotasolla II): Vtot = 1,0 A% As Kaavoissa (22), (23) ja (24) A% on Suomen rakennusmääräyskokoelman ohjeissa annettu arvo As on savulohkon pinta-ala. (24) 30 2.3.4 Automaatiotason II savunpoiston mitoitus Savunpoisto jaetaan kahteen mitoitustapaan: savunpoistoluukkujen mitoitus ja savunpoistopuhaltimien mitoitus. Savunpoistoluukkujen mitoitus Savulohkoon vaadittava savunpoistoluukkujen yhteenlaskettu tehollinen savunpoistopinta-ala lasketaan kaavalla: AvCv = kspr kspr = 0,5 α A1600 (25) SL1-luokan kohteissa, joissa on automaattinen vesisammutuslaitteisto. Lisäksi SL2-SL4-luokan kohteissa, joissa on paloilmoitin kspr = 0,25 SL2-SL4-luokan kohteissa, joissa on automaattinen vesisammutuslaitteisto Kerroin α ottaa huomioon savulohkon pinta-alan As , kun As > 1600 m² (26) 1, kun 800 m² ≤ As ≤ 1600 m² (27) 2 (28) , kun 400 m² < As < 800 m² 0,5, kun As < 400 m² (29) Eri savunpoistoluokkien 1600 m² savulohkon alueelle sijoitettavien luukkujen tehollinen kokonaispinta-ala saadaan kaavoilla (30)-(33). SL1 A1600 = 3,77 Z 0,2 (H – Z) – 4,8 SL2 A1600 = 6,89 Z 0,31 (H – Z) – 8,2 (31) SL3 A1600 = 8,81 Z 0,49 (H – Z) – 10,0 (32) (30) 31 SL4 A1600 = 11,3 Z 1,1 (H – Z) – 9,1 (33) Maksimi- ja minimiarvot: SL1 = 3,0 m² ≤ A1600 ≤ 40 m², SL2 = 7,0 m² ≤ A1600 ≤ 80 m², SL3 = 9,0 m² ≤ A1600 ≤ 100 m², SL4 = 15,0 m² ≤ A1600 ≤ 130 m². Minimi- ja maksimiarvot tulevat kysymykseen lähinnä pienillä alle 4 m:n huonekorkeuksilla ja maksimiarvot suurilla yli 20 m:n huonekorkeuksilla. H on huonetilan korkeus ja Z on savuttoman vyöhykkeen korkeus (m). Z = Savusulun alareunan etäisyys lattiatasosta + 0,1 m, siten että Z≥H/2 (34) Jos palo-osastossa ei ole savusulkuja: Z = 0,5 H, kun osaston pinta-ala on enintään 2000 m² (35) Z = 0,8 H, kun osaston pinta-ala on yli 2000 m² (36) Savulohkon alueelle sijoitettavien luukkujen lukumäärä lasketaan kaavasta: N = AvCv / Aa, jossa Aa on yhden luukun tehollinen pinta-ala (37) Savunpoistopuhaltimien mitoitus Savulohkoon vaadittava savunpoistopuhaltimien yhteenlaskettu savukaasuvirta lasketaan kaavasta: Vv tot = kspr kspr = 0,5 α V2000 (38) SL1-luokan kohteissa, joissa on automaattinen vesisammutuslaitteisto. Lisäksi SL2-SL4-luokan kohteissa, joissa on paloilmoitin kspr = 0,25 SL2-SL4-luokan kohteissa, joissa on automaattinen vesisammutuslaitteisto Kerroin α ottaa huomioon savulohkon pinta-alan As 32 , kun As > 2000 m² (39) 1, kun 1000 m² ≤ As ≤ 2000 m² (40) 2 (41) , kun 500 m² < As < 1000 m² 0,5, kun As < 500 m² (42) Eri savunpoistoluokkien 2000 m² savulohkon alueelle sijoitettavien puhaltimien savukaasuvirta saadaan kaavoilla (43)-(46). SL1 V2000 = 1,3 ⁄ +5 (43) SL2 V2000 = 2,7 ⁄ + 15 (44) SL3 V2000 = 3,7 ⁄ + 20 (45) SL4 V2000 = 5,6 ⁄ + 30 (46) Maksimi- ja minimiarvot: SL1 = 9,0 m³/s ≤ V2000 ≤ 60 m³/s, SL2 = 20 m³/s ≤ V2000 ≤ 130 m³/s, SL3 = 30 m³/s ≤ V2000 ≤ 180 m³/s, SL4 = 45 m³/s ≤ V2000 ≤ 260 m³/s. Minimi- ja maksimiarvot tulevat kysymykseen lähinnä pienillä alle 4 m:n huonekorkeuksilla ja maksimiarvot suurilla yli 20 m:n huonekorkeuksilla. H on huonetilan korkeus ja Z on savuttoman vyöhykkeen korkeus (m). Z = Savusulun alareunan etäisyys lattiatasosta + 0,1 m, siten että Z≥H/2 (47) Jos palo-osastossa ei ole savusulkuja: Z = 0,5 H, kun osaston pinta-ala on enintään 2600 m² (48) Z = 0,8 H, kun osaston pinta-ala on yli 2600 m² (49) Savulohkon alueelle sijoitettavien puhaltimien lukumäärä lasketaan kaavasta: N = Vv tot / Vv, jossa Vv on yhden puhaltimen ilmavirta (50) 33 2.3.5 Automaatiotaso III (vakiopalotehoon perustuva mitoitus) Tässä kappaleessa käydään läpi mitoitusperiaatteet liittyen Automaatiotason 3 laskentamenetelmiin. Asiat käydään läpi RIL 232 oppaan mukaan seuraavasti: yleiset periaatteet, savuton korkeus ja savupatjan lämpötila, mitoituspalo, paloteho, syntyvän savukaasun massavirta, savukaasun lämpötila, poistettavan savukaasun massavirta ja savupatjan paksuus, savunpoistoluukkujen savunpoistopinta-ala, savukaasun tilavuusvirta, savupatjan paksuus ja savunpoistoaukkojen vähimmäismäärä. Yleiset periaatteet Mitoitusmenetelmässä käytetään vakiopalotehoa, joka saadaan palon pinta-alan ja palon tiheyden perusteella. Savunmuodostus lasketaan mitoituspaloon perustuen käyttäen lähtötietoina mitoituspalon piiriä ja savuttoman vyöhykkeen korkeutta. Kuva 8. Mitoitusvaiheet atriumtyyppisessä rakennuksessa /8/ Tasapainotilanteessa syntyvän savukaasun massavirta on yhtä suuri kuin poistettavan savukaasun massavirta. Savupatjan paksuus pysyy vakiona. Savunpoistoaukkojen määrä mitoitetaan siten, että huonetilaan jää riittävän korkea savuton vyöhyke ja savupatjan lämpötila pysyy riittävän alhaisena. 34 RIL 232 menetelmän perusideana on, että palon kehittymiseen mitoitustilannetta vastaavaksi kuluva aika riittää turvalliseen poistumiseen ja palokunnan pelastus ja sammutustyön aloittamiseen. Mitoitus määritellään niin, että se on varmalla puolella. Mitoitusmenetelmän keskeinen tekijä on savulohkon pinta-ala. Mitoitusmenetelmässä annetaan savulohkon pinta-alalle raja-arvot ja kertoimet, joilla savulohkon alan vaikutus savunpoiston tehokkuuteen otetaan huomioon. RIL 232 automaatiotaso 3 menetelmän sovellusrajat: Sprinklaamattomissa kohteissa mitoitusmenetelmään voidaan soveltaa palokuorman varastointikorkeuden ollessa savunpoistoluokasta riippuen enintään taulukoissa 25 esitetyn suuruinen (kirjoittajan kommentti: ei tietoa miten mitoitetaan korkeammat tilat). Menetelmää ei voida soveltaa kohteeseen, jossa on useita toisiinsa yhteydessä olevia tiloja (voi muodostua ongelmaksi, koska tutkittava kohde on toisiinsa yhteydessä oleva kaksikerroksinen kokoontumis- ja liiketila). Menetelmä ei ota huomioon tilojen välisiä paine-, tiheys- ja lämpötilaeroja eikä eri tilojen välisiä savukaasujen virtauksia. Lisäksi RIL 232 toteaa: Menetelmää sovelletaan yksikerroksiseen tilaan ja atriumtyyppisiin tiloihin, jossa palo on sivutilassa välitason alapuolella ja savu leviää parven alta korkeampaan tilaan, jonka katosta se poistetaan. 35 Kuva 9. Esimerkkejä savupatjan muodostumisesta ja savuttomasta vyöhykkeestä /8/ Savuton korkeus ja savupatjan lämpötila RIL 232 toteaa savuttomasta korkeudesta seuraavaa: henkilöturvallisuuden kannalta vaadittu savuton minimikorkeus (Z) poistumisreittinä toimivan lattiatason yläpuolella julkisissa tiloissa on 3 m. Toimisto-, majoitus- ja vankilatiloissa sekä niihin verrattavissa kohteissa savuton minimikorkeus on 2,5 m. Matalissa autohalleissa sekä niihin verrattavissa kohteissa savuton minimikorkeus on 2 m. Jos kohde on matalampi kuin 2,5 m, niin tällöin käytetään savuttomana korkeutena 80 % tilan korkeudesta (kirjoittajan kommentti: ei tietoa miten nämä arvot on määritetty ja epäilys toimiiko tavallisten toimistojen tilanteessa joiden sisätilojen korkeus on esimerkiksi 2,5–3,0 m). Määritellään RIL 232 mukaiset laskentamenetelmän mitoitusparametrit savupatjan lämpötilalle. Savupatjan lämpötila saa henkilöturvallisuuden takia olla enintään 200 ºC. Jos savunpoiston tarkoituksena on estää lieskahdus, savupatjan lämpötila saa nousta enintään 550 ºC. Myös valittu savunpoistolaitteisto määrittää savupatjan enimmäislämpötilaa (esim. F400-luokka = savupatjan enimmäislämpötila on 400 ºC). Jos lämpötilarajat ylittyvät, lisätään savunpoistoaukkojen pinta-alaa tai savunpoiston tilavuusvirtaa. 36 Mitoituspalo RIL 232 mukaan: Mitoituspalo määritellään palon pinta-alan, palon piirin ja palon tiheyden perusteella. Palotehon kasvaessa savun lämpötila nousee. Kun paloteho pienenee, painovoimaisen savunpoiston tehokkuus pienenee. Savunpoistolaskelmat on tehtävä palontiheyden ala- ja ylärajoille. Mitoituspalon pinta-ala ja piiri sekä palavan materiaalin perusteella arvioitava palon tiheys määritetään mahdollisimman tarkasti ottaen huomioon rakennuksen elinkaari. Mitoituspalon alueen määrittämisessä otetaan huomioon palon leviämistä rajoittavat esteet kuten käytävät sekä palon leviämisen laajuus ennen palokunnan paikalle saapumista. Jos näitä tietoja ei ole käytössä, käytetään taulukoissa 7-9 esitettyjä arvoja. Taulukko 7. Mitoituspalon pinta-ala ja piiri savunpoistoluokan mukaan teollisuuden tuotanto- ja varastorakennuksissa /8/ Taulukko 8. Palon tiheys (qf) savunpoistoluokan ja suojaustason mukaan teollisuuden tuotanto- ja varastorakennuksissa /8/ 37 Taulukko 9. Mitoituspalon pinta-ala, piiri ja tiheys käyttötarkoituksen mukaan atriumtyyppisissä asuin-, liike-, majoitus- ja julkisissa rakennuksissa /8/ Paloteho Paloteho, Qc (kW) lasketaan kaavasta: Qc = (51) huomioi säteilylämpöhäviöt ja epätäydellisen palamisen (arvo yleensä 0,7), on palon tiheys (kW/m²) ja on palon pinta-ala (m²). Syntyvän savukaasun massavirta Syntyvän savukaasun massavirran laskemiseksi erotetaan toisistaan kaksi eri tapausta. Toisessa palopatsas menee suoraan kattoon ja savukaasut leviävät savulohkon alueelle. Toisessa savukaasut siirtyvät palopatsaasta katon alapintaa pitkin rakennuksen korkeampaan osaan (atriumtila). Syntyvän savukaasun massavirta, mp (kg/s), lasketaan kaavoista: mp = 0,19 pf ⁄ palopatsaassa (52) mp = 0,38 pf ⁄ savupatsaassa (53) 38 pf on palon piiri (m) ja Z on savuton korkeus (m). Savuton minimikorkeus määritetään kohdan ”Savuton korkeus ja savupatjan lämpötila” mukaan. Palon piiri määritetään kohdan ”Mitoituspalo” mukaan. Savukaasun lämpötila Savupatjan lämpötilannousu lasketaan kaavasta: (54) Qc on mitoittava paloteho (W), mp on syntyvän savukaasun massavirta (kg/s) ja c on ominaislämpökapasiteetti (c = 1040 J/(kgK)). Savupatjan lämpötila lasketaan kaavalla: Ts = To + θ, jossa To on ympäröivän ilman lämpötila (K) (55) Poistettavan savukaasun massavirta ja savupatjan paksuus RIL232 lähtee siitä, että tasapainotilanteessa poistettavan savukaasun massavirta on yhtä suuri kuin syntyvän savukaasun massavirta. Tällöin jos laskettu lämpötila Ts < Tkr (= 473 K / 823 K), niin poistettavan savukaasun massavirta mv on sama kuin savutonta minimikorkeutta vastaavan syntyvän savukaasun massavirta mp. mv = mp (56) Jos laskettu savupatjan lämpötila Ts > Tkr, poistettavan savukaasun massavirta, mv (kg/s), lasketaan käyttäen lämpötilannousuna arvoa (Tkr - To) kaavasta: mv = (57) Qc on mitoittava paloteho (W), c on ominaislämpökapasiteetti (1040 J/(kgK)) ja θ on lämpötilaero Ts - To. Savunpoistoluukkujen savunpoistopinta-ala Savulohkon savunpoistoluukkujen yhteenlaskettu tehollinen savunpoistopinta-ala lasketaan kaavalla: 39 ⁄ α mv m2 (58) on savulohkon pinta-alasta riippuva kerroin (kaavat 60-63) on poistettavan savukaasun massavirta (kg/s), katso edellinen kohta ”Poistettavan savukaasun massavirta ja savupatjan paksuus” on ilman tiheys (kg/m3), 1,225, kun To = 15 °C on savupatjan lämpötila (K) on ympäröivän ilman lämpötila (K) on savupatjan lämpötilannousu (K) on maan vetovoiman kiihtyvyys (9,81 m/s2) on savukerroksen paksuus (m) on savunpoistoaukon geometrinen pinta-ala (m2) on korvausilma-aukon geometrinen pinta-ala (m2) on savunpoistoaukon virtauskerroin (RIL 232 mukaan: 0,25-0,5) on korvausilma-aukon virtauskerroin (RIL232 mukaan: 0,3-0,7) ρo Ts To θ g d Av Ai Cv Ci Mitoituskaava on mahdollista yksinkertaistaa antamalla suhteelle AvCv / AiCi arvo 1: m2 (59) Kerroin α ottaa huomioon savulohkon pinta-alan (As) ja sen arvo saadaan kaavoista: , kun As > 1600 m² (60) 1, kun 800 m² ≤ As ≤ 1600 m² (61) 2 (62) , kun 400 m² < As < 800 m² 0,5, kun As < 400 m² (63) RIL232 asettaa lisäksi ehdot: tuotanto- ja varastorakennuksissa sekä niihin rinnastettavissa kohteissa savulohkon suurin sallittu ala (Amax) on 2000 m2. Asuin, liike- ja majoitusrakennuksissa sekä niihin rinnastettavissa kohteissa, joissa on valokatteisia tai vastaavia tiloja, savulohkon suurin sallittu ala (Amax) on 1000 m2. Savukaasun tilavuusvirta 40 Koneellisen savunpoiston tapauksessa savulohkosta poistettavan savukaasun tilavuusvirta (Vv) lasketaan kaavalla: (m3/s) Vv = α mv (64) on savulohkon pinta-alasta riippuva kerroin (kaavat 65-68) on poistettavan savukaasun massavirta (kg/s), katso kohta ”Poistettavan savukaasun massavirta ja savupatjan paksuus” on ilman tiheys (kg/m3), 1,225, kun To = 15 °C on savupatjan lämpötila (K) on ympäröivän ilman lämpötila (K) ρo Ts To Kerroin α ottaa huomioon savulohkon pinta-alan (As) ja sen arvo saadaan kaavoista: , kun As > 2000 m² (65) 1, kun 1000 m² ≤ As ≤ 2000 m² (66) 2 (67) , kun 500 m² < As < 1000 m² 0,5, kun As < 500 m² (68) RIL232 asettaa lisäksi ehdot: tuotanto- ja varastorakennuksissa sekä niihin rinnastettavissa kohteissa savulohkon suurin sallittu ala (Amax) on 2600 m2. Asuin, liike- ja majoitusrakennuksissa sekä niihin rinnastettavissa kohteissa, joissa on valokatteisia tai vastaavia tiloja, savulohkon suurin sallittu ala (Amax) on 1300 m2. 2.4 Ympäristöministeriön prosenttimitoitus Ympäristöministeriön savunpoiston prosenttimitoitus on lähtöisin Suomen Rakentamismääräyskokoelmasta E2, Tuotanto- ja varastorakennusten paloturvallisuus /9/. Tätä prosenttimitoitusta on sittemmin sovellettu yleisesti kaikentyyppisiin rakennuskohteisiin. Savunpoiston mitoituksen lähtötietoina määritellään rakennuskohteelle palovaarallisuusluokka ja suojaustaso. Palovaarallisuusluokat: Palovaarallisuusluokka 1 kuvaa toimintoja, joihin liittyy vähäinen tai kohtuullinen palovaara. Palovaarallisuusluokka 2 kuvaa toimintoja, 41 joihin liittyy huomattava tai suuri palovaara taikka joissa voi esiintyä räjähdysvaara. Palovaarallisuusluokka määräytyy yleensä rakennuksen päätoiminnan perusteella. Toimintojen luokitteluun on olemassa opastavia esimerkkejä, joissa on otettu huomioon todennäköinen syttymistaajuus, palavan aineen laatu lämmönluovutusnopeuden, syttymisherkkyyden ja savunmuodostuksen kannalta sekä palavan aineen sijoitustapa, määrä ja sammutettavuus. Suojaustasoja on kolme erilaista ja se vaikuttaa rakennuksen paloluokkaan, suurimpaan sallittuun osastokokoon, savunpoistoon sekä kantavien ja osastoivien rakennusosien paloluokkavaatimuksiin. Suojaustaso 1: tavallinen alkusammutuskalusto sekä tarvittaessa tehostettu alkusammutuskalusto. Suojaustaso 2: paikallisesti ja hätäkeskukseen automaattisen ilmoituksen antava paloilmoitin sekä suojaustason 1 mukainen alkusammutuskalusto. Suojaustaso 3: automaattinen sammutuslaitteisto sekä suojaustason 1 mukainen alkusammutuskalusto. Savunpoiston järjestäminen Rakennuksen palo-osasto jaetaan yleensä savusuluilla enintään 1600 m² savulohkoihin, joista järjestetään savunpoisto. Painovoimainen savunpoisto järjestetään yleensä jollain seuraavista tavoista: käyttämällä huoneen yläosassa sijaitsevia helposti avattavia tai helposti rikottavia ikkunoita ja luukkuja sekä korkeita oviaukkoja, käyttämällä pääosin erillisiä savunpoistoluukkuja sekä lisäksi huonetilan yläosassa sijaitsevia helposti avattavia tai helposti rikottavia ikkunoita tai käyttämällä automaattista savunpoistolaitteistoa. Ensimmäinen vaihtoehto riittää yleensä suojaustasossa 1 sekä automaattisen sammutuslaitteiston yhteydessä. Toisen vaihtoehdon mukaista ratkaisua käytetään suojaustason 2 yhteydessä. Automaattinen savunpoistolaitteisto tulee kyseeseen tapauskohtaisesti kun turvallisuusasiat eivät toteudu riittävästi tai tilan koko niin vaatii. Savunpoisto palovaarallisuusluokassa 1 on yleensä 0,25-2,0 % osaston alasta. Automaattisella sammutuslaitteistolla varustetut tilat 0,15-0,5 % osaston alasta. 42 Savunpoisto palovaarallisuusluokassa 2 on yleensä 2,0-5,0 % osaston alasta. Automaattisella sammutuslaitteistolla varustetut tilat 0,5-1,0 % osaston alasta. Käytännön kokemuksista voidaan listata tyypillisesti käytettäviä prosenttiarvoja erilaisissa kohteissa: Kohde Sprinklattu Ei sprinklattu Toimisto 0,2 % 1% Myymälä 0,3 - 0,5 % 1,5 % Varasto 0,5 % 1,5 - 2,0 % Kokoontumistila 0,3 - 0,5 % 1,0 - 1,5 % Esimerkki: Palovaarallisuusluokassa 1 oleva rakennus varustettuna automaattisella sammutuslaitteistolla. Osaston koko 800 m² vaatii siis noin 800 x 0,005 m² = noin 4 m² todellista aukkoalaa, jotta mitoitus toteutuu oikein. 2.5 Sisäasiainministeriön mitoitusohje Savunpoiston mitoitusohje11 on vanhempi ohje ja sen on tarkoitettu selventämään rakennusten savunpoistosuunnitelmien laatimista. Tätä ohjetta noudatetaan ainakin Turun kaupungin alueelle tehtävissä savunpoistosuunnitelmissa. Savunpoistoluukkujen mitoitus: - Selvitetään savunpoistolohkon koko seuraavasti: o 0-400 m² → α = 0.25 o 401-800 m² → α = 0.5 o 800-1600 m² → α = 1 o > 1600 m² → α = savulohkonpinta-ala m² / 1600 m² (sallittu vain erikoistapauksissa) 43 - Selvitetään laskentakorkeus ja savusulkujen korkeus kuvasta (Kuva 10). Kuva 10. Laskentakorkeus ja savusulkujen korkeus /11/ - Määritellään savunpoistoluokka: SL 1 - SL 4 (Kuva 11) ja varastot SL 3 SL 7 (Kuva 12). 44 Kuva 11. Savunpoistoluokka SL 1 - SL 4 /11/ 45 Kuva 12. Savunpoistoluokka SL 3 - SL 7 /11/ - Katsotaan taulukosta (Kuva 13) savunpoistoluukkujen yhteenlaskettu tehollinen pinta-ala. 46 Kuva 13. Savunpoistoluukkujen yhteenlaskettu tehollinen pinta-ala /11/ - Savunpoistoluukkujen yhteenlaskettu tehollinen pinta-ala kerrotaan korjauskertoimella α → Savunpoistoluukkujen koko (m²). 47 Koneellisen savunpoiston mitoitus: - Selvitetään savunpoistoluukkujen koko edellä kerrotulla tavalla. - Koneellisen savunpoiston virtaama: o Q = 1.7 x A o Q = koneellisen savunpoiston virtaama (m³/s) o A = savunpoistoluukkujen koko (m²) o → Koneellisen savunpoiston virtaama (m³/s) Esimerkki: Suurmyymälä, jonka pinta-ala on 1570 m², suurin savunpoistolohko on 1110 m² ja laskentakorkeus on 4 m. Savunpoistoluokka (Kuva 9) on SL 3. Savunpoistolohkon koko 1110 m² → α = 1. Savunpoistoluukkujen tehollinen pinta-ala (Kuva 11) = 9,8 m². Pinta-ala kerrotaan korjauskertoimella α → 9,8 m² x 1 = 9,8 m². Joten savunpoistoluukkujen pinta-ala on 9,8 m². Mikäli savunpoisto on koneellinen, niin Q = 1,7 x A = 1,7 m/s x 9,8 m² = 16,66 m³/s. Joten koneellisena savunpoiston virtaama on 16,66 m³/s. 48 3 Tutkimusaineisto ja kriittiset tekijät 3.1 Tärkeimmät oleelliset tekijät Tässä kappaleessa pyritään kuvaamaan tutkimuksessa käytettäviä tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat savunpoistoon. Tekijöillä on pyritty kuvaamaan tilanteita, jotka ovat mahdollisimman lähellä todellisia tilanteita ja rakentamisessa usein eteen tulevia todellisia ongelmia. Kriittiset tekijät on jaoteltu omiin kategorioihinsa, joista mitoituspalon ja yleisen palotehon vaikutus kappaleessa kerrotaan tarkemmin laskennallisen palotehon muodostamisesta. 3.1.1 Tilaesimerkki ja soveltuvuus teoriamalleihin Tässä työssä on luotu yksi suuri tilaesimerkki jolle testataan eri tekijöitä simuloimalla. Tilaksi valittiin kaksikerroksinen kokoontumis- ja liiketila. Tilan luonteesta johtuen tarkastellaan vain koneellista savunpoistoa. Tilaan liittyy myös kaksikerroksinen toimisto-osa, mutta se on erotettu palo-osastolla kokoontumistilasta eikä kuulu simuloitavaan tilaan. Esimerkkitilan parametreista on kerrottu enemmän teoriamallin vertailun yhteydessä. Esimerkkitila on valittu yleisenä kohteena sen takia, koska suurimmat kohteet ovat yleensä isoja kokoontumistiloja, niissä on suuria palo- ja savuosastoja, yleensä niissä on pitkiä poistumismatkoja, ne ovat sisätiloistaan yleensä korkeita ja ne sisältävät paljon ihmisiä. Osa teoriamalleista soveltuu hyvin kaikenlaisiin kohteisiin, osa puolestaan ei. Kriittisimpinä tekijöinä tulee vastaan esimerkiksi kerrosten määrä, tilojen korkeudet, puhaltimien, imupisteiden ja korvausilmaluukkujen määrät, sijoitukset ja suunnat, palokuorman suuruus ja vesisammutusjärjestelmä. Soveltuvuudet ovat yleensä peräisin teoriamallien asettamista raja-arvoista. Tilanteissa, joissa jokin teoriamalli ei sovellu oikein kyseiseen kohteeseen, mainitaan asia siinä kohdassa ja sovelletaan tilannetta mahdollisimman järkevällä tavalla. 49 3.1.2 Mitoituspalon ja yleisen palotehon vaikutus Tässä kappaleessa selvennetään palotehon ajallisen kehittymisen kuvaamistapojen perusteet jotta voidaan käyttää palotehotietoja kuvaamaan eri palon voimakkuuksia12. Lisäksi selvennetään määritelmät polttoaineen -ja hapen rajoittamille paloille sekä palon hiipumiselle. Lähteenä käytetään Valtion Teknillisen Tutkimuslaitoksen tutkimusta /12/. Liekin leviäminen ja palon kehittyminen lasketaan lähtien polttoaineen laadusta, geometriasta ja määrästä sekä ympäristön ominaisuuksista. Varsinaisia yleispäteviä insinöörilaskentaan soveltuvia malleja ei ole vielä olemassa. Palosuunnittelussa käytetään yksinkertaistettuja malleja, jotka perustuvat koetuloksiin tai muihin luotettaviin havaintoihin eri kohteiden palamisen voimakkuudesta ja palon leviämisestä. Yleisesti käytetään yksinkertaista potenssilakimallia /2/. Yksinkertaisin potenssilakimalli: t2-malli Yleisin tapa kvantifioida paloa sen kasvuvaiheessa on kuvata palon kehittymistä ajan suhteen toiseen potenssiin kasvavana funktiona, jolloin puhutaan yleensä ns. t2-mallista. Palotehon oletetaan kasvavan neliöllisesti ajan mukaan. Malli voidaan esittää kahdessa muodossa: , kun (69) 0, kun Edellinen muoto (α) on vanha muoto ja jälkimmäinen muoto ( ) uudempi. Vanhemmassa muodossa otetaan huomioon sen, että palo alkaa pienellä paloteholla ja vasta hetken t0 jälkeen se alkaa kasvaa voimakkaasti mallin (69) mukaisesti. Vakion arvoksi on sovittu 1000 kW, tg on aika, joka kuluu palotehon kasvamisen alkamisesta siihen, kun paloteho saavuttaa 1 W:n tehon. Näin kasvukertoimen α ja kasvuajan tg välillä on relaatio α = 1000 kW/ . Palot jaotellaan kasvukertoimen tai kasvuajan mukaan neljään luokkaan seuraavasti: - hidas palokehittyminen: tg = 600 s, hidas α = 0,0028 kW/s2 50 - normaali palokehittyminen: tg = 300 s, normaali α = 0,011 kW/s2 - nopea palokehittyminen: tg = 150 s, nopea α = 0,044 kW/s2 - erittäin nopea palokehittyminen: tg = 75 s, erittäin nopea α = 0,178 kW/s2 Hetkellä t1 palon kasvuvaihe loppuu. Tämä tapahtuu, kun joko polttoaineen tai hapen syöttönopeus paloon saavuttaa olosuhteiden määräämän suurimman mahdollisen arvonsa . Jos polttoaineen ja hapensaanti ovat riittäviä, suljetussa tilassa palava tulipalo voi äkillisesti kasvaa rajusti rajatulla alueella tapahtuvasta paikallisesta palosta koko tilan kattavaksi paloksi: tilan sanotaan lieskahtavan. Tällöin tulipalon ja tilan muodostamassa systeemissä lämpötuotot ovat suuremmat kuin lämpöhäviöt, minkä vuoksi systeemi ei päädy tasapainotilaan, vaan ajautuu termisesti epästabiiliin tilaan. Yleisempi potenssilakimalli: tp-malli Palokokeissa saadaan monesti tuloksena palotehon kehittyminen, jota kuvaamaan t2-potenssilaki on huono. Tällöin voidaan käyttää yleisempää tp-mallia, jossa potenssi p on siten, että laskettu palotehon kuvaaja kuvaa parhaiten mitatun palotehon kehittymistä. Tässä lähestymistavassa palotehon kasvuvaihe on , , kun (70) 0, kun Maksimipaloteho: polttoaineen rajoittama palo Polttoaineen saannin rajoittamassa palossa täysin kehittyneen vaiheen palotehoa voidaan arvioida seuraavasti ,kun t1 ≤ t ≤ t2 on maksimipaloteho, alayksikköä kohti, hiipuminen alkaa. (71) on palavan kohteen tuottama paloteho pinta- on palavan kohteen pinta-ala ja t2 on hetki, jolloin palon 51 Kun palon kehittymisen malli on t2-muotoa, aika t1, jolloin palon kasvuvaihe loppuu ja maksimipalamisen vaihe alkaa riippuu maksimipalotehosta ja kasvuaika tekijästä seuraavasti t t , vanhempimallinnustapa (72) t t t , uudempimallinnustapa Kun palon kehittymisen malli on tp-muotoa, aika t1, jolloin palon kasvuvaihe loppuu ja maksimipalamisen vaihe alkaa riippuu maksimipalotehosta ja kasvuaika tekijästä seuraavasti t ⁄ t t t t , vanhempimallinnustapa ⁄ (73) , uudempimallinnustapa Yksittäisille tuotteille ja materiaaleille pinta-alayksikköä kohti syntyvää palotehoa voidaan arvioida esimerkiksi kartiokalorimetrikokeiden tuloksista. Useita materiaaleja sisältävissä kohteissa suuretta voidaan arvioida sopivalla painotetulla keskiarvolla eri materiaalien osuuksista. Kirjallisuudesta löytyy useita materiaaleja koskevia kohteita käsitteleviä arvoja, kuten esimerkiksi seuraavat tiedot: myymälöissä ja kokoontumistiloissa, joissa -arvon voidaan Eurocode 1:n mukaan olettaa olevan 500 kW/m2 ja 250 kW/m2 asunnoissa, majoitustiloissa ja hoitolaitoksissa sekä työpaikkatiloissa. Täytyy kuitenkin muistaa, että arvot ovat vain asiantuntija-arvioita ja niihin tulee suhtautua sellaisina. Maksimipaloteho: hapen rajoittama palo Hapen saannin rajoittamassa palossa paloteho riippuu tilan aukkojen koosta. Suurin mahdollinen aukkojen koon sallima paloteho on max kW 1500 (74) 52 A0 on tilassa olevien aukkojen pinta-ala ja h0 on aukkojen keskimääräinen korkeus. Jos tilassa on useita aukkoja, yhdistetään niiden korkeudet ja pinta-ala laskennallisesti Eurocode 1:ssä esitetyllä tavalla. Tämän laskutavan mukaan usean aukon tapauksessa korkeudelle käytetään arvoa, joka saadaan aukkojen pintaalalla painotettuna keskiarvona eri aukkojen korkeuksista ja aukkopinta-ala on aukkojen pinta-alan summa. Palon hiipuminen Kun polttoaine käy vähiin, paloteho alkaa laskea maksimiarvostaan: alkaa hiipuvan palon vaihe. Hiipumisen oletetaan yleensä alkavan, kun 60-80 % palokuormasta on palanut. Hiipuvan palon palotehon aikariippuvuutta voidaan kuvata eksponentiaalisesti aikavakiolla τ vaimenevana funktiona: ⁄τ ,kun max exp t (75) tai lineaarisesti vähenevänä funktiona: max 1 ,kun t (76) missä t2 on hetki, jolloin hiipuminen alkaa ja t3 on palon loppumishetki. On mahdollista, että paloteho ei kehity arvoon max saakka. Tällöin hiipuminen alkaa ennen aikaa t1, eli t2 < t1. Näin kun palon kasvunopeus ja maksimipaloteho tunnetaan, palon kestoaikaa voidaan arvioida palokuorman määrän perusteella: palonteho ajallisen riippuvuuden kuvaajan integraalin yli koko palon kestoajan on sama kuin paloon osallistuvan materiaalin sisältämä palossa vapautuva lämpöenergia Q. Lämpöenergiamäärää arvioidaan tyypillisesti kahdella eri tavalla: - Etsitään tilastoista tai muista tiedonlähteistä kohdetta kuvaava palokuorman tiheys lattiapinta-alaa kohden q’’ (MJ/m2) ja kerrotaan se lattiapinta-alalla Af (m2): Q = q - Af (MJ). Määritetään kohteen palavan materiaalin laadut (mikä materiaali) ja massat ja lasketaan kokonaispalokuorma laskemalla yhteen eri 53 materiaalien palokuorma, jotka saadaan kertomalla materiaalin massa sen tehollisella lämpöarvolla. Palotehon kuvaajia Alla olevissa kuvissa esitetään tyypillisiä palotehon kuvaajia. Kuvat (14-16) esittävät t2-muotoisesti kehittyvän ja lineaarisesti hiipuvan palon palotehon kuvaajia: Kuva 14. Palo ei lieskahda, palossa on jonkin aikaa jatkuva maksimipalotehon vaihe /12/ Kuva 15. Palo ei lieskahda, palo alkaa hiipua heti, kun on saavuttanut maksimipalotehon /12/ 54 Kuva 16. Palo lieskahtaa /12/ Kuvat (17-19) esittävät t2-muotoisesti kehittyvän ja eksponentiaalisesti hiipuvan palon palotehon kuvaajia: Kuva 17. Palo ei lieskahda, palossa on jonkin aikaa jatkuva maksimipalotehon vaihe /12/ Kuva 18. Palo ei lieskahda, palo alkaa hiipua heti, kun on saavuttanut maksimipalotehon /12/ 55 Kuva 19. Palo lieskahtaa /12/ Yhteenveto Tässä tutkimuksessa käytetään koetuloksiin perustuvia kuvauksia eri kohteiden palamisen voimakkuuksista ja leviämisistä. Tueksi on esitetty yllä olevaa palosuunnittelussa tarvittavaa tietoa. Myöhemmin voidaan viitata tarvittaessa teoriaan, mutta yleisesti käytetään palotehon kuvaamiseen tyypillisiä malleja VTT:n tutkimuksesta /12/. Tutkimuksessa esitetyt tiedot perustuvat pääasiallisesti vuoden 2006 lopussa avoimessa kirjallisuudessa esitettyihin koetuloksiin ja niiden analysointiin. Joissakin tapauksissa sovelletaan asiantuntija-arviota ja tällöin on kyse jonkin palavan kohteen palon voimakkuuden arvioinnista perustuen sen osakomponenttien palokäyttäytymiseen. 3.1.3 Palava materiaali ja paloala Edellisessä kappaleessa on kerrottu mitoituspalomalleista ja palotehosta. Oleellista on myös itse palava aine ja palavan tilan suuruus. Simuloinneissa on pyritty pelkistämään osaa tekijöistä liittyen palamiseen, mutta palotehot noudattavat palotavasta riippuen oikeita palotehokäyriä ja näin ollen käyttäytyvät lähes oikean palon omaisesti. Savunpoistoon voimakkaasti vaikuttava asia on reagoiva materiaali / materiaalit. Reagoivaksi palomateriaaliksi on pyritty valitsemaan kyseiseen tilaan sopiva materiaali, jotta savuntuotto olisi mahdollisimman realistinen. Kappaleessa 4.1 on kerrottu enemmän tilaan valitusta palavasta materiaalista. 56 3.1.4 Savunpoiston imupisteiden paikat ja suunnat Koneellinen savunpoisto toteutetaan yleensä puhaltimen tai puhaltimien avulla. Puhallin kytkeytyy päälle ja imee ilmaa ja savukaasuja kanaviston kautta ulos. Kanavistossa voi olla useita imupisteitä ja ohjauspeltejä virtauksen saamiseksi oikeaan paikkaan. Tutkimuksessa imupisteet ovat joko suoraan alas tai vaakasuuntaan (imuaukko 90º kulmassa alaspäin oleviin) ja seinillä tilan reunoilla (savunpoistoluukku tai imupiste). Joskus imupisteitä sallitaan vain yksi tiettyä pinta-alaa kohden savulohkossa. Tämä mainitaan oikeissa kohdassa menetelmiä tukittaessa ja otetaan huomioon simuloinneissa. 3.1.5 Korvausilmaluukkujen sijoitukset Savunpoisto ei onnistu tai voi pahentaa palotilannetta jos korvausilmaa ei tuoda tilaan oikein tai ei tuoda ollenkaan. Korvausilma tuodaan yleensä avattavien ikkunoiden, luukkujen tai ovien kautta. Aukot avataan käsin tai koneellisesti ja ne voivat olla kytkettynä automaattiseen savunpoistojärjestelmään. Yleensä ohjeena on sijoittaa korvausilman saantipaikka vastakkaiselle puolelle mistä savu poistetaan. Lisäksi ohjeena on korvausilma-aukon sijoitus tilan alimpaan kolmannekseen, jotta luukku olisi mahdollisimman kauan savupatjan alapuolella. Tutkimuksessa tutkitaan korvausilmaluukkujen sijoitusta korkeuden suhteen. Tutkitaan miten sijoitus korkeammalle katonrajaan asti vaikuttaa kokonaisuuteen. Huomioitavaa korvausilman saannille on myös ympäristön vaikutus. Simuloinneilla voidaan tutkia esimerkiksi miten ulkopuolella oleva kylmempi ilma (< 0 ºC) vaikuttaa korvausilmaan ja sen virtaukseen eri tilanteissa (korvausilmaluukku). Tässä työssä ilman lämpötila on normaali huoneen lämpötila rakennuksen ulkopuolella. 3.1.6 Näkyvyys ja lämpötila Usein henkilöturvallisuuden tasoa tutkitaan näkyvyyden ja lämpötilan avulla. Tällöin näkyvyys pitää olla tarpeeksi hyvä ja lämpötilojen tarpeeksi alhaiset. 57 Simuloinneissa mitattiin arvoja näkyvyyksille ja lämpötiloille. Mittauspisteitä oli kummassakin kerroksessa savulohkoissa kahdella korkeudella: 2,1 m ja 4,2 m kummastakin kerroksesta, joista saadaan tuloksia seisovan ihmisen korkeudelta ja välipohjan ja katon alapintojen tasoilta. Lämpötiloja ja näkyvyyksiä mitattiin myös savuotsien kummaltakin puolelta noin 3,3 m korkeudelta kummastakin kerroksesta ja jokaisen oven kohdalta 2,1 m korkeudelta kummastakin kerroksesta. Anturien paikoista on esitetty kuvia teoriamallin vertailu ja tulokset kappaleessa. 3.2 Huomioitavia muita tekijöitä FDS-simuloinnin toimintaperiaatteista on kerrottu kappaleessa 2.2.2. Simuloinneissa vaikuttavan tekijänä on laskenta-alueen (mesh) solukoon suuruus. Tilavuusalue jaetaan useaan pienempään kuutioon, josta saadaan solujen kokonaismäärä simulointeihin. Mitä pienempi solukoko simuloidaan, sitä pienempi on laskennallinen virhe tuloksissa. Perus-simuloinnit on tehty niin, että kaksikerroksinen kokoontumistila on jaettu kuuteen eri laskenta-alueeseen, joissa paloalue ja sen ympärillä olevat alueet ovat solukokoa 0,30 m. Muualla ja toisessa kerroksessa on solukooksi valittu 0,60 m. Solukoot on pyritty valitsemaan mahdollisimman järkevästi, jotta ne olisivat tarpeeksi pieniä suureen tilaan suhteessa simulointiin kuluvaan aikaan. Tämän kokoisilla soluilla yhden tapauksen simulointiin meni aikaa noin 5-7 vuorokautta. Simuloinneista tehtiin myös herkkyysanalyysi (pienempi solukoko) vertailun vuoksi. Palon alueella käytettiin solukokoa 0,15 m, palon ympärillä solukokoa 0,30 m ja muualla solukokoa 0,60 m. 58 4 Teoriamallin vertailu ja metodien laskentaa 4.1 Tilaesimerkkinä kokoontumis- ja liiketila Testattavana tilana on malli tyypillisestä kaksikerroksisesta kokoontumis- ja liiketilasta, joka sisältää tyypillisesti liike- ja myyntitilaa (kuva 20). Kuvissa (21) ja (22) on esitetty tilan kerrokset ilman välipohjaa ja kattoa. Kuvissa (21-22) näkyy myös kaksikerroksinen toimisto-osa joka on erotettu kokoontumistilasta palo-osastolla. Toimisto-osasta simuloitavaan alueeseen kuuluu vain paloosastossa oleva ovi jonka kautta voidaan kulkea kokoontumistilaan. Kuva 20. Tyypillinen kokoontumis- ja liiketilamalli Kuva 21. Kokoontumis- ja liiketilan ensimmäinen kerros 59 Kuva 22. Kokoontumis- ja liiketilan toinen kerros Lattia, välipohja, ulkoseinät, väliseinät, katto ja savuotsat on tehty betonista, jonka tiheys on 2100 kg/m3. Savuotsat on merkitty sinisellä värillä ja ne ovat laskettu 1,2 m välipohjasta ja katosta. Tiloissa on alaosassa keskellä aukko (vihreä neliö), joka kuvastaa liukuporrasyhteyttä kahden kerroksen välillä, se on 8 m x 8 m kokoinen ja se on ympäröity savuotsilla kummassakin kerroksessa. Punainen seinä kuvastaa palo-osastoa jolla on jaettu kaksikerroksinen toimisto-osa kokoontumistilasta. Kulkuovet on esitetty kirkkaan vihreällä ja ikkunat ja korvausilma-aukot pinkillä värillä. Ruskeat kappaleet kuvastavat alueella olevia hyllyjä ja myyntitiloja. Kerrokset ovat mitoiltaan noin 70 m x 140 m ilman toimisto-osaa ja ovat sisäkorkeudeltaan 4,4 m (ensimmäinen kerros) ja 5 m (toinen kerros). Reagoivaksi palavaksi materiaaliksi on valittu polypropeeni (muovijohdannainen) sen takia, että se on todellisempi tuote palamaan ja savuntuottoon tutkimuksen tapauksessa kuin esimerkiksi pelkkä puumateriaali. Tärkeimmät arvot valitulle polypropeenille (perustuen VTT Jukka Hietaniemen arvioon vuodelta 2008) liittyen savunpoistoon: häkäpäästöt (CO yield) on 0,025 (g/g) ja nokipäästöt (Soot yield) on 0,050 (g/g). Ensimmäisessä kerroksessa keskellä tilaa on punainen ”hylly”, joka kuvastaa palavaa aluetta. Palava alue on malli yleensä käytetystä kenkähyllypalosta. 60 Mitoituspalot ja palotehokäyrät on yleisesti esitelty kappaleessa 3.1.2. Kenkähyllypalon palotehokäyrä ja tekijät on esitetty taulukossa 10 ja se perustuu Australiassa tehtyihin kokeisiin (Bennets ym. 1998). Palotehon ajallisen kehityksen kuvaus perustuu t3-malliin /12/. Taulukko 10. Kenkävaraston lieskahtavan palon paloteho /12/ Kokoontumis- ja liiketilassa on oletettu olevan vesisammutusjärjestelmä, sprinkleri. Taulukossa 10 on esitetty maksimipalotehoksi 40 MW ilman sprinklerijärjestelmää. Simuloinneissa paloteho on toteutettu samanlaisena kuvaajana niin, että palotehoa on laskettu oletetun sprinklerin toiminnan perusteella (kuva 23). Uusi paloteho on laskettu käyttäen tietoa sprinklerin laukeamisesta (68 °C), sprinklerisuuttimien etäisyyksistä toisiinsa (oletuksena 3 m välein), sprinklerin RTI arvosta (Response time index) 100 ja tilan korkeudesta (noin 4,4 m sisäkorkeus ensimmäisessä kerroksessa). Tämä arvo on kerrottu kahdella ja siihen on lisätty vielä noin 2000 kW varmuuden saamiseksi mahdollisimman hyväksi. Palotehokäyrää pidetään maksimipalotehossa jatkuvasti, kuten kuvassa (23) punaisella viivalla on esitetty. Tämä kuvastaa realistisemmin sitä, että sprinkleri ei sammuta paloa suoraan vaan pitää palotehon vakiotasolla. Paloteho on määritelty kuvan 23 palotehokäyrän mukaisesti nousevana arvona arvosta 0 kW - 5000 kW. Aikapisteet on valittu tasaisesti arvosta 0 s - 256 s, jonka aikana paloteho nousee maksimiarvoonsa ja pysyy siinä. 61 Kuva 23. Käytetty palotehokäyrä (t3-malli) sprinklerin toimiessa 4.1.1 Vertailusimulointi ilman savunpoistoa Simulointeja ajettiin jokaisessa tapauksessa 1800 s, eli 30 minuutin ajan syttymisestä. Oikeassa kenkähyllypalossa 30 minuutin kuluttua palotehon arvo olisi laskenut jo noin 500 kW:n (kuva 23). Simuloinneissa jatkettiin kuitenkin palotehoa kuvan 23 mukaisesti tasaisena loppuun asti. Tämä lisää varmuutta ja vähentää käytettävistä arvoista ja käyttäjän syötteistä johtuvaa virheiden vaikutusta. Ensimmäisessä simuloinnissa tutkittiin tilannetta, jossa ei ollut ollenkaan savunpoistoa. Tätä käytetään vertailupohjana muille simuloinneille. Korvausilmaaukkoja luotiin manuaalisesti seinien alaosiin, jotta saatiin virtaukset toimimaan oletetulla tavalla luonnollisesti. Simuloinnissa mitattiin kappaleen 3.1.6 mukaisesti näkyvyyksiä ja lämpötiloja kriittisistä paikoista. Kuvissa (24)-(25) on esitetty anturien paikkoja esittävät kuvat. Nämä anturit olivat kaikissa simuloinneissa samoilla paikoilla. 62 Kuva 24. Ensimmäisen kerroksen anturien paikat Kuva 25. Toisen kerroksen anturien paikat 4.1.2 Käytettävät palotehot ja yleisiä arvoja Jotkin teoriat tarvitsevat laskukaavoihinsa palotehojen arvot. Tässä kappaleessa määritellään käytettävät palotehojen arvot kuvan (23) palotehokäyrästä. 63 Palotehokäyrä jakautuu kahteen alueeseen: nousevaan alueeseen (≤ 256 s) ja tasaiseen alueeseen (> 256 s). Palotehokäyrän muoto on sama kuin kaavassa (70). Palotehoiksi saadaan: Alue 1: (77) , p = 3 (kolmannen asteen), tg,p = 150s (nopea palonkehitys), Q0 = 1000 kW (yleensä vakiona), t = 256s ja t0 = 0s. Saadaan Alue 2: 0 , , 4233 5000 (78) (79) Käytetään samoja arvoja kuin kaavoja (77)-(78) laskettaessa. Palotehoiksi voidaan siis määrittää 4233 kW, kun ollaan alueella 0 < t ≤ 256 s ja 5000 kW, kun ollaan alueella 256 < t ≤ 1800 s. Jos laskennoissa käytetään vapautuvan energian (palotehon) konvektiivista osuutta, joka aiheuttaa palo- ja savupatsaan nostevaikutuksen, lasketaan se käyttäen samaa arvoa kuin simuloinneissa. Säteilyn osuus energiasta on 0,35 jolloin konvektiivinen energia saadaan kertomalla vapautuva kokonaisenergia kertoimella 0,65. Käytettäväksi korkeudeksi z määritellään 4 m, joka on etäisyys kenkähyllyn puolesta välistä välipohjan alapintaan. Tilavuusvirtaa arvioidaan käyttämällä ilmalle tiheyttä 1,225 kg/m3. Tarvittaessa palolähteen halkaisijaa, on se määritelty muuttamalla suorakaiteen muotoinen palopinta ympyrän pinta-alaksi ja laskemalla siitä halkaisija: A (m2) = 1,2 m x 3,6 m = πr2 ja tästä D (m) = ≈ 2,345 m. 4.1.3 Palo- ja savupatsasteorioiden arviot Palo- ja savupatsasteoriat on esitetty kappaleessa 2.1. Teoriat perustuvat yleisesti käytännön tutkimuksiin ja abstrakteihin palotehoihin. Teoriamallien laskentakaavat eivät ota huomioon (tai niissä ei mainita) palossa reagoivan aineen 64 ominaisuuksia. Reagoivan aineen ominaisuudet vaikuttavat suoraan muodostuvaan savukaasun määrään. Suurin osa teoriamallien käytännön kokeista on tehty käyttäen vähän savua tuottavia kaasuja, kuten metaania tai propaania tai alkoholeja kuten propanolia. Näitä kokeita ja laskukaavoja ei voida suoraan verrata esimerkiksi palavaan muoviin tai puuhun. Teoriamalleilla voidaan siis arvioida hyvin karkeasti savunmuodostuksen määrää tämän tutkimuksen palotilanteessa. Lasketaan ne kuitenkin vertailupohjaksi tutkimukseen mukaan. Zukoskin teorian massavirta (kaava 5): Alueella 1 0,35 kW ja z = 4,0 m) ja Alueella 2 ≈ 10,60 kg/s ( ≈ 10,03 kg/s ( = 4233 x = 5000 x 0,35 kW ja z = 4,0 m). Zukoskin teorian mukaan arvioitu savunpoiston määrä olisi välillä: 8,19 m3/s - 8,65 m3/s, kun massavirta on välillä 10,03-10,60 kg/s ja ilman tiheys on 1,225 kg/m3. Heskestadin teorialle käytetään ylhäällä esitettyä ympyrämäisen palopinnan halkaisijaa D, virtuaalilähdettä z0 ja liekin korkeutta L (kaavat 6-14). Virtuaalilähdettä ja liekin korkeutta laskettaessa käytetään vapautuvaa kokonaisenergiaa muulloin konvektiivista energiaa (kaava 13): Alueella 1 ≈ 14,53 kg/s (D ≈ 2,345 m, 0,35 kW ja z = 4,0 m) ja Alueella 2 . Teorian massavirta = 4233 kW, ≈ 15,50 kg/s (D ≈ 2,345 m, = 4233 x = 5000 kW, = 5000 x 0,35 kW ja z = 4,0 m). Heskestadin teorian mukaan arvioitu savunpoiston määrä olisi välillä: 11,86 m3/s - 12,65 m3/s, kun massavirta on välillä 14,53-15,50 kg/s ja ilman tiheys on 1,225 kg/m3. McCaffreyn teorialle määritellään vakiot taulukon 1 mukaan. Tämän jälkeen lasketaan oikealla yhtälöllä (kaavat 17-19) massavirta. Korkeudella 4 m (z) ollaan McCaffreyn teorian mukaan hulmuavan liekin alueella. Käytetään kaavaa 18: Alueella 1 ≈ 14,16 kg/s ( = 4233 kW, = 4233 x 0,35 kW ja z = 4,0 m) ja Alueella 2 ≈ 15,75 kg/s ( = 5000 kW, = 5000 x 0,35 kW ja z = 4,0 m). McCaffreyn teorian mukaan arvioitu savunpoiston määrä olisi välillä: 11,56 m3/s - 12,86 m3/s, kun massavirta on välillä 14,16-15,75 kg/s ja ilman tiheys on 1,225 kg/m3. 65 Thomaksen teorialle käytetään ylhäällä esitettyä ympyrämäisen palopinnan halkaisijaa D ja siitä saatavaa piiriä P = πD = ≈ 7,37 m. Teorian massavirta (kaava 20): Kummallakin alueella sama massavirta ≈ 11,08 kg/s (D ≈ 2,345 m, P ≈ 7,37 m ja z = 4,0 m). Thomaksen teorian mukaan arvioitu savunpoiston määrä olisi: 9,04 m3/s, kun massavirta on 11,08 kg/s ja ilman tiheys on 1,225 kg/m3. 4.1.4 Ympäristöministeriön prosenttimitoituksen arvio Simuloidaan ympäristöministeriön ohjeen mukaista teoriaa viidellä eri simuloinnilla siksi, että teoria on yleisimmin käytetty rakennustekniikassa. Ensimmäinen simulointi on normaali simulointi käyttäen savunpoistoon arvoa 0,5 %. Toisessa simuloinnissa käytetään savunpoistoon ohjeen sallimaa pienempää savunpoistoprosenttia 0,25 %. Kolmas simulointi on identtinen savunpoistoprosentin kanssa ensimmäiseen simulointiin, mutta tehdään soluverkosta herkkyysanalyysi. Herkkyysanalyysi tarkoittaa sitä, että luodaan paloalueelle tarkempi verkko eli solut ovat pienempiä. Käytetään paloalueella solukokoa 0,15 m (kirkkaan punainen alue kuvassa 26), ympärillä solukokoa 0,3 m ja muualla solukokoa 0,6 m (kuva 26). Kuva 26. Tarkempi solukoko paloalueella 66 Neljännessä simuloinnissa tutkitaan korvausilmaluukkujen paikkojen vaikutusta. Sijoitetaan päätyseinälle useampi korvausilmaluukku niin, että ne ovat lähes katonrajassa. Viidennessä simulaatiossa tutkitaan imupisteen imusuunnan vaikutusta. Käännetään imupiste imemään savua pystysuunnassa (imupinta kohdistettu lattiaa kohden) ja käytetään prosentuaalista arvoa 0,5. Ympäristöministeriön prosenttimitoitus (kappale 2.4) antaa tälle kohteelle savunpoistomääräksi noin 0,15-0,5 % (palovaarallisuusluokka 1 ja automaattinen sammutuslaitteisto). Savunpoistomäärä lasketaan yleensä isoimman savulohkon mukaan ja yläarvoa käyttäen. Isoin savulohko mallissa on noin 1957 m2 ja tehdään savunpoistolle vertailumitoitukset 0,25 % ja 0,5 %. Savunpoistoksi saadaan Ympäristöministeriön prosenttimitoitusta käyttäen noin 0,0025 x 1957 m2 x 1,7 m/s ≈ 8,32 m3/s ja 0,005 x 1957 m2 x 1,7 m/s ≈ 16,63 m3/s (1,7 m/s on yleisesti käytetty ilmavirran nopeus). 4.1.5 Sisäasiainministeriön mitoitusohjeen arvio Tälle metodille tehdään kaksi simulaatiota (kummassakin imu yhdestä pisteestä ja vaakatasosta). Ensimmäisessä simulaatiossa käytetään normaalia savunpoistoarvoa ilman automaattisen sammutuslaitoksen tuomaa helpotusta ja toisessa käytetään helpotuksen antamaa savunpoistomäärää. Määritellään savunpoiston määrän arvio kappaleessa 2.4 esitetylle vanhemmalle mitoitusohjeelle vaiheittain. Savunpoistolohkon koko > 1600 m2 jolloin α ≈ 1,223. Laskentakorkeus b = 4,4 m ja savusulkujen korkeus a = 1,2 m. Savunpoistoluokka on 3 (kokoontumishuoneistot). Savunpoistoluukkujen tehollinen pinta-ala olisi noin 9,8 m2. Tämä tehollinen pinta-ala kerrotaan korjauskertoimella α ja tästä saadaan noin 12 m2 savunpoistoluukkujen kooksi. Koneellinen savunpoisto saadaan kertomalla edellä esitetty luukkujen koko kertoimella 1,7. Tästä saadaan koneelliseksi poistoarvoksi noin 20,38 m3/s. Ohje antaa myös mahdollisuuden vähentää koneellista savunpoiston virtaamaa 50 %:lla pelastusviranomaisen suostumuksella jos käytetään automaattista sammutuslaitteistoa. Tällöin koneellisen savunpoiston määrä olisi noin 10,19 m3/s. 67 4.1.6 RIL 232 - automaatiotasojen arvioinneista RIL määrittää teoriassaan, että savulohko saa olla vain 60 m pitkä, kun taas muissa teorioissa savulohko on rajoitettu periaatteessa vain pinta-alansa perusteella. RIL määrittää myös, että savunpoistoon käytettäviä puhaltimia ja imupisteitä tulee olla vähintään 1 suhteessa 400 m2 pinta-alaan. RIL automaatiotasoa II käytettäessä lasketaan teorian mukainen savunpoistomäärä ja tehdään simuloinnit kahdella tavalla. Ensimmäisessä tarkastellaan yleisien teorioiden mukaisesti yhtä pistemäistä imupistettä (imu vaakatasossa, tämä on sama mitoitus kuin SM-mitoituksella saadaan) ja toisessa useammalla imupisteellä RIL sääntöjen mukaisesti (imu pystytasossa). Automaatiotason II simuloinneissa käytetään vapaata savulohkon pituutta (ei 60 m sääntöä). RIL automaatiotasoa III käytettäessä voidaan tarvittavat arvot ja teoriat laskea kahdella tavalla. Ensimmäinen tapaus otetaan mukaan yleiseen vertailuun muiden teorioiden kanssa (valmiiksi määritelty palotehokäyrä kuten muissa teorioissa). Siinä on vapaa savulohkon pituus ja pistemäinen yhden imupisteen poisto (imu vaakatasossa). Tehdään myös simulointeja todelliselle tilanteelle täysin niin kuin teoriassa on määritelty. Käytetään 60 m sääntöä, imupisteiden jakaumaa (1/400 m2), imut otetaan pystytasosta ja käytetään teorian määrittelemiä arvoja ja palotehon jakaumaa. Palotehon jakauma poikkeaa kuvan (23) mukaisesta palotehokäyrästä maksimiarvoltaan. Kappaleessa 4.1.8 määritellään siinä käytettävä palotehon maksimiarvo. RIL III tehdään vielä yksi simulaatio joka on samanlainen kuin edellä mainittu, mutta imupisteet käännetään imemään vaakatasosta. 4.1.7 RIL 232 - automaatiotason II savunpoistomäärän arviointi Käytetään koneellista savunpoistoa joten RIL 232 mukaan voidaan käyttää automaatiotasoa II tai III. Katsotaan ensin taulukoista (2-5) savunpoistoluokka joka on SL 3 (kokoontumishuoneisto ja suurmyymälä). Automaatiotasolla II koneellisen savunpoiston määrä lasketaan kaavalla (38). Vakio kspr = 0,25 ja α = 1 (kaava 40). Käytetään kaavaa (45) ja määritellään V2000 68 ≈ 42,18 m3/s (Z = 3,2 + 0,1 m). Nyt kaavalla (38) saadaan kokonaismääräksi Vv tot = 0,25 x 1 x 42,18 m3/s ≈ 10,56 m3/s. 4.1.8 RIL 232 - automaatiotason III savunpoistomäärän arviointi Automaatiotasolla III määritetään yleensä ensin taulukosta 9 mitoituspalon pintaala, palon piiri ja palon tiheys. Tämän jälkeen lasketaan kaavalla (51) paloteho Qc. Voimme määrittää kaksi tapausta. Toisessa tapauksessa olemme jo määrittäneet oman palotehokäyrän, palon pinta-alan, piirin ja palotehon jakauman. Toisessa tapauksessa emme tiedä palotehoa ja voimme laskea sen käytettävistä taulukoista. Ensimmäisessä tapauksessa käytetään kokonaispalotehoa 5000 kW ja määritellään muut arvot seuraavasti (osa määritelty kappaleessa 4.1.2): Af = 4,32 m2 (1,2 m x 3,6 m), pf = 7,367 m (kappaleesta 4.1.2 d kerrottuna arvolla π) ja qf = 1157,4 (kW/m2). Seuraavaksi lasketaan paloteho Qc kaavalla (51) ja saadaan noin 3250 kW. Seuraavaksi lasketaan kaavalla (52) (oletuksena että ollaan savupatsaan alueella) savukaasun massavirta mp ≈ 7,3 kg/s (savuton korkeus Z = 3 m). Savupatjan lämpötilannousu (kaava 54) θ ≈ 430 K (Qc = 3250 x 103 W) ja savupatjan lämpötila (kaava 55) Ts ≈ 724 K (To = 294 K). Tkr on kriittinen lämpötila ja sille käytetään arvoa 200 ºC (473 K), kun kyseessä on henkilöturvallisuusvaade. Määritellään kerroin α kaavasta (66) ≈ 1,22. Nyt tilavuusvirta voidaan laskea kaavalla (64) ja saadaan Vv ≈ 22,9 m3/s (vastaa perinteisenä mitoituksena arvoa 0,7 %). Toisessa tapauksessa käytetään RIL esittämiä taulukkoja määrittämään kokonaispaloteho ja muut arvot. Määritetään ensin taulukosta 9 mitoituspalon pinta-ala, palon piiri ja palon tiheys: Af = 10 (m2) ja pf = 12 (m) ja qf = 625 (kW/m2), kun tila on varustettu normaalilla automaattisella sammutuslaitteistolla. Sitten lasketaan paloteho Qc kaavalla 51 ja saadaan noin 4063 kW (kokonaispaloteho on tässä tapauksessa 6250 kW). Seuraavaksi lasketaan kaavalla 52 (oletuksena että ollaan savupatsaan alueella) savukaasun massavirta mp ≈ 11,8 kg/s (savuton korkeus Z = 3 m). Savupatjan lämpötilannousu (kaava 54) θ ≈ 330 K (Qc = 4063 x 103 W) ja savupatjan lämpötila (kaava 55) Ts ≈ 624 K (To = 294 K). Tkr on kriittinen lämpötila ja sille käytetään arvoa 200 ºC (473 K), kun kyseessä on henkilöturvallisuusvaade. Määritellään kerroin α kaavasta (66) ≈ 69 1,22. Nyt tilavuusvirta voidaan laskea kaavalla (64) ja saadaan Vv ≈ 28,7 m3/s (vastaa perinteisenä mitoituksena arvoa 0,9 %). Huomioita kaavasta (64): Tutkimuksessa kirjoittaja huomasi hyvin oleellisen virheen kyseisestä kaavasta. Kaavassa sanotaan, että laskennassa pitää aina käyttää arvoa Ts. Tämä ei pidä paikkaansa, koska tällöin arvoa Tkr ei olisi mitään hyötyä edes määrittää. Huomion oikeellisuutta vahvistaa se, että myöhemmin esimerkeissä on käytetty laskennassa arvoa Tkr arvon Ts paikalla. 70 5 Tutkimustulosten tarkastelu 5.1 Simulointitapaukset ja tutkittavat anturit Tutkitut tapaukset ja vertailut ovat taulukossa (11). Esitetään tulokset kolmessa kokonaisuudessa. Ensin tutkitaan teorioiden tuloksia yleisessä perustapauksessa (ryhmä 1). Otetaan tähän mukaan kappaleesta 4.1.4 herkkyysvertailu, korvausilmavertailu ja imun sijoitus pystytasoon. Kappaleesta 4.1.6 otetaan mukaan kaksi tapausta: savunpoiston imun sijoitus pystytasoon niin, että imupisteet on jaoteltuna 1/400 m2 alueelle (RIL II 2-menetelmä, ei 60 m sääntöä) ja perustapaus, jossa ei käytetä 60 m sääntöä, imu on yhdestä pisteestä vaakatasosta ja siinä on jo valmiiksi määritelty paloteho kuten muissakin yleisissä teoriatapauksissa (RIL III mitoitus, sovellettu tapaus). Toisessa tarkastelussa (ryhmä 2) tutkitaan yleisen savunpoistoprosentin 0,5 tapauksia keskenään. Nähdään selvemmin muutokset, jotka aiheutuvat imun suunnasta, korvausilman sijoituksesta ja tarkemmasta solukoosta. Kolmannessa tarkastelussa (ryhmä 3) tutkitaan RIL teorioiden tapauksia keskenään tarkemmin. Yritetään näin saada selkeämpi kokonaiskuva, koska teoria on melko erilainen muihin tapauksiin nähden. 71 Taulukko 11. Tutkittuja tapauksia, imujen suunnat ja vertailuryhmät Simulointitapaus / SP menetelmä Imupiste(et) (v=vaaka, p=pysty) Vertailuryhmä (1/2/3) Ei savunpoistoa ‐ 1, 2, 3 SP 0,5 % v 1, 2 SP 0,5 % 2 (imu pystytasossa) p 1, 2 SP 0,5 % (finer grid) v 1, 2 SP 0,5 % (KIL vertaus) v 1, 2 SP 0,25 % v 1 Sisäasiainministeriön mitoitus (SM) v 1 SM spr (sprinkleri helpotus) v 1 RIL II (= SM) v 1, 3 RIL II 2 (1/400m2) p 1, 3 RIL III (sovellettu) v 1 RIL III 1 (60 m savulohkot) v 3 RIL III 2 (1/400m2, 60 m savulohkot) p 3 RIL III 3 (RIL III 2, imu vaakatasossa) v 3 Seuraavaksi määritellään tutkittavat kohdat rakennuksesta. Kuvassa (27) on esitetty näkyvyyksien ja lämpötilojen paikat, joista vertailu tehdään ensimmäisessä kerroksessa. Kuvassa (28) on esitetty näkyvyyksien ja lämpötilojen paikat, joista vertailu tehdään toisessa kerroksessa. Tutkittava lämpötila Fire C1 on palon yläpuolelta korkeudelta 4,3 m, savuotsan väliset lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ovat korkeudelta 3,3 m (0,1 m savuotsan reunasta kattotasoon päin) ja muut tutkittavat kohdat ovat 2,1 m korkeudelta. 72 Kuva 27. Tutkittavien antureiden paikat ja nimet. SO4 T4 on palon puolella savuotsaa ja SO4 T402 toisella puolella 73 Kuva 28. Toisen kerroksen tutkittavien antureiden paikat ja nimet Simuloinneista on tehtiin myös graafisia esityksiä Smokeview ohjelmistolla. Näkyvyyksien ja lämpötilojen visualisointeja on kerätty liitteeseen 3. 5.1.1 Näkyvyydet ja lämpötilat toisessa kerroksessa ryhmän 1 tapauksessa Kuvassa (29) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT2 VIS. Kuvassa (30) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT3 VIS. Kuvassa (31) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_13. Kuvassa (32) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_19. Lämpötiloista merkinnällä T21 on ymmärrettävä, että ne on mitattu läheltä lattiatasoa (2,1 m) ja ne eivät tästä syystä kasva kovin korkeiksi. 74 Kuva 29. Ryhmä 1, 2K-EXIT2 VIS Kuva 30. Ryhmä 1, 2K-EXIT3 VIS 75 Kuva 31. Ryhmä 1, 2K-T21_13 Kuva 32. Ryhmä 1, 2K-T21_13 Toisen kerroksen osalta tehdään havaintoja lämpötilan muutoksesta. Kuvaajien (kuvat 31 ja 32) mukaan lämpötilat noin 2,1 m korkeudella toisessa kerroksessa 76 vaihtelevat vain noin 1-2 °C. Tehdään tästä eteenpäin toisessa kerroksessa analyysia vain näkyvyyksien osalta antureista 2K-EXIT2 VIS ja 2K-EXIT3 VIS. 5.1.2 Näkyvyydet toisessa kerroksessa ryhmän 2 tapauksessa Kuvassa (33) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT2 VIS. Kuvassa (34) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT3 VIS. Kuva 33. Ryhmä 2, 2K-EXIT2 VIS 77 Kuva 34. Ryhmä 2, 2K-EXIT3 VIS 5.1.3 Näkyvyydet toisessa kerroksessa ryhmän 3 tapauksessa Kuvassa (35) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT2 VIS. Kuvassa (36) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa 2K-EXIT3 VIS. Kuva 35. Ryhmä 3, 2K-EXIT2 VIS 78 Kuva 36. Ryhmä 3, 2K-EXIT3 VIS 5.1.4 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 1 tapauksissa Kuvassa (37) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT2 VIS. Kuvassa (38) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT3 VIS. Kuvassa (39) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT7 VIS. Kuvassa (40) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa OPENING VIS5. 79 Kuva 37. Ryhmä 1, EXIT2 VIS Kuva 38. Ryhmä 1, EXIT3 VIS 80 Kuva 39. Ryhmä 1, EXIT7 VIS Kuva 40. Ryhmä 1, Opening VIS5 5.1.5 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 1 tapauksissa Kuvassa (41) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_4. 81 Kuvassa (42) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_7. Kuvassa (43) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_8. Kuvassa (44) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_12. Kuvassa (45) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T4 (palon puoli). Kuvassa (46) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T402 (vapaa puoli). Kuvassa (47) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa FIRE C1. Lämpötiloista merkinnällä T21 on ymmärrettävä, että ne on mitattu läheltä lattiatasoa (2,1 m) ja ne eivät tästä syystä kasva kovin korkeiksi. Kuva 41. Ryhmä 1, T21_4 82 Kuva 42. Ryhmä 1, T21_7 Kuva 43. Ryhmä 1, T21_8 83 Kuva 44. Ryhmä 1, T21_12 Kuva 45. Ryhmä 1, SO2 T4 84 Kuva 46. Ryhmä 1, SO2 T402 Kuva 47. Ryhmä 1, FIRE C1 5.1.6 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 2 tapauksissa Kuvassa (48) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT2 VIS. Kuvassa (49) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT3 VIS. 85 Kuvassa (50) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT7 VIS. Kuvassa (51) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa OPENING VIS5. Kuva 48. Ryhmä 2, EXIT2 VIS Kuva 49. Ryhmä 2, EXIT3 VIS 86 Kuva 50. Ryhmä 2, EXIT7 VIS Kuva 51. Ryhmä 2, Opening VIS5 5.1.7 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 2 tapauksissa Kuvassa (52) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_4. 87 Kuvassa (53) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_7. Kuvassa (54) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_8. Kuvassa (55) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_12. Kuvassa (56) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T4 (palon puoli). Kuvassa (57) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T402 (vapaa puoli). Kuvassa (58) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa FIRE C1. Lämpötiloista merkinnällä T21 on ymmärrettävä, että ne on mitattu läheltä lattiatasoa (2,1 m) ja ne eivät tästä syystä kasva kovin korkeiksi. Kuva 52. Ryhmä 2, T21_4 88 Kuva 53. Ryhmä 2, T21_7 Kuva 54. Ryhmä 2, T21_8 89 Kuva 55. Ryhmä 2, T21_12 Kuva 56. Ryhmä 2, SO2 T4 90 Kuva 57. Ryhmä 2, SO2 T402 Kuva 58. Ryhmä 2, FIRE C1 5.1.8 Näkyvyydet ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 3 tapauksissa Kuvassa (59) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT2 VIS. Kuvassa (60) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT3 VIS. 91 Kuvassa (61) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa EXIT7 VIS. Kuvassa (62) on esitetty näkyvyyskuvaajat kohdassa OPENING VIS5. Kuva 59. Ryhmä 3, EXIT2 VIS Kuva 60. Ryhmä 3, EXIT3 VIS 92 Kuva 61. Ryhmä 3, EXIT7 VIS Kuva 62. Ryhmä 3, Opening VIS5 5.1.9 Lämpötilat ensimmäisessä kerroksessa ryhmän 3 tapauksissa Kuvassa (63) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_4. Kuvassa (64) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_7. 93 Kuvassa (65) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_8. Kuvassa (66) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa T21_12. Kuvassa (67) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T4 (palon puoli). Kuvassa (68) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa SO2 T402 (vapaa puoli). Kuvassa (69) on esitetty lämpötilakuvaajat kohdassa FIRE C1. Lämpötiloista merkinnällä T21 on ymmärrettävä, että ne on mitattu läheltä lattiatasoa (2,1 m) ja ne eivät tästä syystä kasva kovin korkeiksi. Kuva 63. Ryhmä 3, T21_4 94 Kuva 64. Ryhmä 3, T21_7 Kuva 65. Ryhmä 3, T21_8 95 Kuva 66. Ryhmä 3, T21_12 Kuva 67. Ryhmä 3, SO2 T4 96 Kuva 68. Ryhmä 3, SO2 T402 Kuva 69. Ryhmä 3, FIRE C1 5.2 Tuloksien kokoaminen Edellisen kappaleen kuvaajista on kerätty tuloksia seuraaviin taulukoihin. Taulukossa (12) on tuloksia lämpötiloista ryhmästä 1 ja 2. 97 Taulukossa (13) on tuloksia näkyvyyksistä ryhmästä 1 ja 2. Taulukossa (14) on tuloksia lämpötiloista ryhmästä 3. Taulukossa (15) on tuloksia näkyvyyksistä ryhmästä 3. Taulukko 12. Lämpötilat, ryhmä 1 ja 2 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi ja anturin selitys Suurin lämpötila tai lämpötilan ala‐ Huomioitavaa ja yläraja / lämpötilan keskiarvo (°C) (jos soveltuu) Ei savunpoistoa (NO SP) Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 38 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 39 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 37 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 39 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 85‐360 / 199,2 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 68‐180 / 112,3 FIRE C1 500‐900 / 579,8 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 34 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 34 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 28 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 35 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 64‐370 / 205,4 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m Hetkellisesti >1000 °C (910s) SP 0,5 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 56‐176 / 111,5 FIRE C1 420‐870 / 573,9 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 36 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 38 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 30 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 36 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 77‐368 / 215,8 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SP 0,5 pysty Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 75‐173 / 116 FIRE C1 410‐870 / 588,2 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 33 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 35 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 30 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 32 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 250‐364 / 264,8 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m Hetkellisesti >1000 °C (1460s) SP 0,5 fine Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 30‐115 / 64,3 FIRE C1 480‐850 / 637,7 Hetkellisesti 950 °C (970s) SP 0,5 KI Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 32 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 38 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 32 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 35 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 60‐360 / 193,5 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 54‐187 / 107,1 FIRE C1 430‐830 / 557,3 Taulukko jatkuu seuraavalla sivulla. Hetkellisesti 930 °C (1000s) 98 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi ja anturin selitys Suurin lämpötila tai lämpötilan ala‐ Huomioitavaa ja yläraja / lämpötilan keskiarvo (°C) (jos soveltuu) SP 0,25 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 35 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 34 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 33 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 37 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 92‐364 / 214,3 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 67‐188 / 118,5 FIRE C1 450‐860 / 583,3 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 33 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 31 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 29 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 34 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 48‐360 / 191 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m Hetkellisesti 960 °C (670s) SM = RIL II Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 49‐170 / 102,7 FIRE C1 450‐780 / 544,7 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 35 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 35 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 32 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 36 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 87‐372 / 208,5 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SM spr Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 64‐175 / 115,6 FIRE C1 470‐890 / 580,1 RIL III sovellettu Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 32 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 32 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 30 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 34 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 60‐370 / 199,5 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m SO2 T402 50‐180 / 105,8 FIRE C1 440‐850 / 524,6 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 38 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 37 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 36 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 37 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 100‐350 / 185,6 Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m RIL II 2 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 55‐200 / 126,4 FIRE C1 540‐880 / 611,7 Hetkellisesti 980 °C (1750s) 99 Taulukko 13. Näkyvyydet, ryhmä 1 ja 2 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi Milloin näkyvyys alle 10 m Milloin näkyvyys alle 3 m (s/min) (s/min) (jos soveltuu) (jos soveltuu) ja anturin selitys Huomioitavaa Ei savunpoistoa (NO SP) 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS 1772 / 29,5 ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1320 / 22 ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 463 / 7,7 870 / 14,5 Näkyvyys n. 5 m (1800s) 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 520 / 8,7 853 / 14,2 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 400 / 6,7 1060 / 17,7 Opening VIS5 610 / 10,2 1500 / 25 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 16m (>1700s) 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 761 / 12,7 ‐ Näkyvyys n. 3m (>1720s) 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 648 / 10,8 1614 / 26,9 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 585 / 9,8 1412 / 23,5 Hetkellisesti <10m (210‐275s) Opening VIS5 943 / 15,7 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Hetkellisesti <10m (208‐285s) SP 0,5 1. krs, aukko, korkeus 2,1m SP 0,5 pysty 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 520 / 8,7 1552 / 25,9 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 640 / 10,7 1415 / 25,6 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 490 / 8,2 1083 / 18,1 Hetkellisesti <10m (206‐278s) Opening VIS5 895 / 14,9 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Näkyvyys <15m (>1740s) SP 0,5 fine 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 637 / 10,6 ‐ 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 615 / 10,3 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 630 / 10,5 Opening VIS5 1019 / 17 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Alin näkyvyys n. 15m (1800s) 1450 / 24,2 ‐ (noin 3m 1800s kohdalla) Hetkellisesti <10m (219‐277s) ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m SP 0,5 KI 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 470 / 7,8 ‐ 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 615 / 10,3 1530 / 25,5 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 563 / 9,4 1290 / 21,5 Hetkellisesti <10m (217‐293s) Opening VIS5 903 / 15,1 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Taulukko jatkuu seuraavalla sivulla. Alin näkyvyys n. 13m (1800s) 100 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi ja anturin selitys Milloin näkyvyys alle 10 m Milloin näkyvyys alle 3 m (s/min) (s/min) (jos soveltuu) (jos soveltuu) Huomioitavaa SP 0,25 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 19m (1800s) 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1692 / 28,2 ‐ Alin näkyvyys n. 9,5m (1800s) 1573 / 26,2 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 455 / 7,6 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 586 / 9,8 1140 / 19 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 529 / 8,8 1150 / 19,2 Hetkellisesti <10m (207‐284s) Opening VIS5 750 / 12,5 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m SM = RIL II 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 953 / 15,9 ‐ 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 725 / 12,1 ‐ EXIT7 VIS 603 / 10,1 1355 / 22,6 Hetkellisesti <10m (206‐275s) Opening VIS5 979 / 16,3 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m SM spr 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 20m (1800s) 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ Näkyvyys noin 10m (>1752s) 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 458 / 7,6 1488 / 24,8 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 602 / 10 1280 / 21,3 EXIT7 VIS 581 / 9,7 1203 / 20,1 Opening VIS5 792 / 13,2 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Hetkellisesti <10m (207‐287s) Lopussa näkyvyys n. 3m RIL III sovellettu 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 909 / 15,2 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 797 / 13,3 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 596 / 9,9 1416 / 23,6 Hetkellisesti <10m (205‐267s) Opening VIS5 1094 / 18,2 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m RIL II 2 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 16m (>1760s) 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1591 / 26,5 ‐ Alin näkyvyys n. 8m (1800s) 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 480 / 8 823 / 13,7 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 535 / 8,9 1007 / 16,8 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 487 / 8,1 1100 / 18,3 Opening VIS5 710 / 11,8 ‐ 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Hetkellisesti <10m (211‐287s) Hetkellisiä <3m näkyvyyksiä 101 Taulukko 14. Lämpötilat, ryhmä 3 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi ja anturin selitys Suurin lämpötila tai lämpötilan ala‐ Huomioitavaa ja yläraja / lämpötilan keskiarvo (°C) (jos soveltuu) Ei savunpoistoa (NO SP) Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 38 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 39 37 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 39 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 85‐360 / 199,2 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 68‐180 / 112,3 FIRE C1 500‐900 / 579,8 Hetkellisesti >1000 °C (910s) SM = RIL II Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 33 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 31 29 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 34 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 48‐360 / 191 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 49‐170 / 102,7 FIRE C1 450‐780 / 544,7 RIL II 2 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 38 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 37 36 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 37 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 100‐350 / 185,6 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 55‐200 / 126,4 FIRE C1 540‐880 / 611,7 RIL III 1 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 44 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 37 34 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 41 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 60‐110 / 92,5 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 64‐102 / 73,2 FIRE C1 760‐1160 / 797,4 Hetkellisesti >1200 °C (340s) RIL III 2 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 40 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 38 37 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 43 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 40‐105 / 64 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 33‐103 / 53,2 FIRE C1 620‐1140 / 763 Hetkellisesti >1200 °C (1590s) RIL III 3 Lämpötila 4, korkeus 2,1m T21_4 37 Lämpötila 7, korkeus 2,1m T21_7 35 35 Lämpötila 8, korkeus 2,1m T21_8 Lämpötila 12, korkeus 2,1m T21_12 38 Lämpötila T4 (palopuoli), korkeus 3,3m SO2 T4 30‐110 / 54,6 Lämpötila T4 (vapaapuoli), korkeus 3,3m Lämpötila palokohta, korkeus 4,3m SO2 T402 28‐105 / 48,6 FIRE C1 630‐1080 / 782,6 Hetkellisesti >1200 °C (1609s) 102 Taulukko 15. Näkyvyydet, ryhmä 3 Simulointitapaus / SP menetelmä Anturi ja anturin selitys Milloin näkyvyys alle 10 m Milloin näkyvyys alle 3 m (s/min) (s/min) (jos soveltuu) (jos soveltuu) Huomioitavaa Ei savunpoistoa (NO SP) 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS 1772 / 29,5 ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1320 / 22 ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 463 / 7,7 870 / 14,5 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 520 / 8,7 853 / 14,2 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 400 / 6,7 1060 / 17,7 Opening VIS5 610 / 10,2 1500 / 25 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 953 / 15,9 ‐ 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Näkyvyys n. 5 m (1800s) Hetkellisesti <10m (208‐285s) SM = RIL II 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 725 / 12,1 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 603 / 10,1 1355 / 22,6 Hetkellisesti <10m (206‐275s) Opening VIS5 979 / 16,3 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m RIL II 2 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 16m (>1760s) 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1591 / 26,5 ‐ Alin näkyvyys n. 8m (1800s) 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 480 / 8 823 / 13,7 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 535 / 8,9 1007 / 16,8 EXIT7 VIS 487 / 8,1 1100 / 18,3 Opening VIS5 710 / 11,8 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Hetkellisesti <10m (211‐287s) Hetkellisiä <3m näkyvyyksiä RIL III 1 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 833 / 13,9 ‐ Alin näkyvyys n. 19m (1730s) 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 731 / 12,2 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 685 / 11,4 1304 / 21,7 Opening VIS5 965 / 16,1 ‐ Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m Alin näkyvyys n. 13m (>1778s) 1. krs, aukko, korkeus 2,1m Näkyvyys n. 3m (>1790s) RIL III 2 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS 1731 / 28,9 ‐ 613 / 10,2 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 360 / 6 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 515 / 8,6 893 / 14,9 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m EXIT7 VIS 535 / 8,9 1163 / 19,4 Opening VIS5 589 / 9,8 ‐ 1. krs, aukko, korkeus 2,1m 1800s hetkellisesti <3m näk. RIL III 3 2. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m 2K‐EXIT2 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 15m (1800s) 2. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m 2K‐EXIT3 VIS ‐ ‐ Alin näkyvyys n. 11m (1740s) 1. krs, uloskäytävä 2, korkeus 2,1m EXIT2 VIS 415 / 6,9 952 / 15,9 1. krs, uloskäytävä 3, korkeus 2,1m EXIT3 VIS 581 / 9,7 1043 / 17,4 EXIT7 VIS 602 / 10 1726 / 28,8 Opening VIS5 681 / 11,4 ‐ 1. krs, uloskäytävä 7, korkeus 2,1m 1. krs, aukko, korkeus 2,1m 5.3 Hetkellisiä näkyvyyksiä >10m Tuloksien tarkastelua yleisesti, näkyvyyksien ja lämpötilojen minimit ja maksimit Yleisesti voidaan sanoa, että lämpötila noin 2 m korkeudella ei vaikuta oleellisesti henkilöturvallisuuteen 30 minuutin simulaatioiden jälkeen. Välipohjan ja katon rajassa lämpötilat kasvavat huomattavasti suuremmiksi. Esimerkiksi anturin T21_7 (2,1 m korkeudella) vastaavan anturin T42_7 (4,2 m korkeudella) lämpötila on yleisesti 100-130 jo aikaisessa vaiheessa (noin 370 s) pysyen siinä 103 simulaation loppuun asti. Lämpötilan tutkiminen riippuu tietenkin tarkastelukohdasta ja palon tapahtumapaikasta. Lämpötilojen tuloksia tarkasteltiin 2,1 m korkeuksilta, palon lähellä savusulun kummaltakin puolelta ja paloalueen yläpuolelta välipohjan tuntumasta. Lämpötilat ovat pääosin noin 35 asteen tuntumassa kaikissa pisteissä. Pienin keskiarvollinen lämpötila on tapauksella SM = RIL II (yksi imupiste, vaakaimu, SP-määrä 20,38 m3/s). Suurin keskiarvollinen lämpötila tarkastelukohdilla (T21) ei ole oletetulla tapauksella NO SP, vaan se on tapauksella RIL III 2 (1/400 m² imupisteet, pystyimu, 60 m savulohkot, SP-määrä 28,7 m3/s). Tämä johtuu osaltaan siitä, että RIL III 1 – RIL III 3 tapauksilla on kyseisen teorian mukainen laskettu suurempi paloteho. Paloteho ei ole kovin paljoa suurempi (1250 kW suurempi maksimiarvo), joten on hieman yllättävää, että ilman savunpoistoa tapauksessa lämpötilat jäävät pienemmiksi kokonaisuudessa. Lämpötilaa tutkittiin myös palon läheltä yhden savusulun kummaltakin puolelta (SO2 T4 ja SO2 T402). Näissä paikoissa monen imupisteen menetelmät antoivat keskiarvollisesti alhaisempia lämpötila-arvoja ja kauempana sijaitsevat yhden imupisteen menetelmät suurempia arvoja. Näkyvyyksiä mitattiin myös 2,1 m korkeuksilta uloskäytävien ja aukon kohdilta. Parhaat näkyvyyden arvot ajan suhteen saatiin tapauksilla SM = RIL II ja RIL III sovellettu. Jälleen tulos on hieman ristiriidassa savunpoiston määrään, koska RIL III 1- RIL III 3 tapauksissa savunpoistomäärä on paljon suurempi. Toisaalta näillä tapauksilla palotehon määrä on suurempi. Näkyvyyden osalta huonoin tapaus on NO SP, koska tässä ei imetä savua pois ollenkaan. Näkyvyyksien osalta tärkeää on tutkia eri tapauksien kriittisiä tekijöitä, jotta nähdään, onko niillä oikeasti niin suurta merkitystä kuin joskus luullaan. 5.4 Tuloksien tarkastelua, ryhmä 1 ja ryhmä 2 Ryhmän 1 tapauksissa vertaillaan yleisiä tapauksia keskenään samalla paloteholla. Ryhmän 2 tapauksissa vertaillaan Ympäristöministeriön prosenttimitoituksen mukaista 0,5 % tapauksia keskenään. 104 Yleisistä tapauksista ensin tutkitaan Sisäasiainministeriön mitoitusohjeen mukaisia tapauksia keskenään. Ilman sprinklerihelpotusta savunpoistomäärä on 20,38 m3/s ja sprinklerihelpotuksen kanssa savunpoistomäärä on 10,19 m3/s. SM spr tapauksessa yläkerrassa voidaan poistua 30 minuutin ajan. Alakerrassa poistuminen vaikeutuu (< 10m näkyvyys) noin 500 s kohdalla uloskäynnillä EXIT2 ja muilla uloskäytävillä noin 600 s kohdalla. Poistuminen käy lähes mahdottomaksi alakerrassa (< 3m näkyvyys) ajassa 1200 s - 1500 s, joka vastaa noin 20-25 minuutin aikaväliä. Oletuksena on, että tässä savunpoistomenetelmän tapauksessa ihmiset ehtivät poistua turvallisesti. Verrataan edelliseen Sisäasiainministeriön mitoitusohjeen mukaisiin tapauksiin tapausta SP 0,25 (savunpoistomäärä on 8,32 m3/s). SP 0,25 tapauksessa poistuminen vaikeutuu yläkerrassa uloskäytävällä EXIT3 ajassa 1700 s, mutta pysyy alimmillaan noin 9,5 m kohdalla. Alakerrassa poistuminen vaikeutuu (< 10 m näkyvyys) noin 460 s kohdalla uloskäynnillä EXIT2 ja muilla uloskäytävillä noin 590 s kohdalla. Poistuminen käy lähes mahdottomaksi alakerrassa (< 3 m näkyvyys) ajassa 1140 s - 1580 s, joka vastaa noin 19-26 minuutin aikaväliä. Huomataan, että tälle tapaukselle poistumisaika on lähes identtinen SM spr tapauksen kanssa vaikka savunpoistomäärä on pienempi. Tutkitaan keskenään SP 0,5 tapauksia. Ensin tutkitaan miten hienompi solukoko vaikuttaa tuloksiin. Normaalin SP 0,5 tapauksen kohdalla poistuminen yläkerrassa onnistuu koko puolen tunnin aikana. Alakerrassa poistuminen vaikeutuu 590 s 760 s (< 10 m näkyvyys) aikana ja käy lähes mahdottomaksi ajassa 1410 s - 1615 s (< 3 m näkyvyys). Voidaan olettaa, että tapauksessa SP 0,5 fine saadaan tarkempia virtauksia ja lämpötiloja laskettua. Tälle tapaukselle toisessa kerroksessa voidaan poistua koko simulaation ajan. Alakerrassa poistuminen vaikeutuu ajassa 615 s - 640 s (< 10 m näkyvyys) ja käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 1450 s - 1800 s (< 3 m näkyvyys). Voidaan todeta, että SP 0,5 fine tapauksessa poistuminen vaikeutuu hieman nopeammin ja alle 3 m näkyvyys saavutetaan paljon myöhemmin kuin SP 0,5 tapauksessa. Seuraavaksi verrataan samasta tapauksesta kuin edellä pystyimun vaikutusta vaakaimuun. SP 0,5 pysty tapauksessa imetään savua pystysuuntaisesti. 105 Poistuminen vaikeutuu aikavälillä 490 s - 640 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 1080 s - 1550 s (< 3 m näkyvyys). Tässä tapauksessa uloskäytävällä EXIT2 näkyvyys on noin 3 m ajassa 1800 s. Todetaan, että pystyimu näyttäisi olevan hieman huonompi tapa poistaa savua poistumisen kannalta tässä simuloitavassa rakennuksessa. Verrataan korvausilmaluukkujen sijoituksen vaikutusta näkyvyyteen. SP 0,5 KI tapauksessa korvausilmaluukut on sijoitettu välipohjan tuntumaan korkeammalle kuin yleensä sallitaan. Poistuminen vaikeutuu aikavälillä 470 s - 615 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 1290 s - 1530 s (< 3 m näkyvyys). Toisessa kerroksessa voidaan poistua koko simulaation aikana hyvin. Todetaan näkyvyyden olevan lähes samantapainen kuin SP 0,5 fine tapauksessa ja jopa parempi kuin SP 0,5 pysty tapauksessa. Korvausilmaluukkujen sijoitus välipohjan korkeudelle ei näyttäisi vaikuttavan näkyvyyteen tai lämpötiloihin niin kriittisesti kuin yleensä luullaan. RIL II 2 tapauksessa vertailtiin imupisteiden jaottelua 1/400 m² alueelle imemällä savua pystysuuntaisesti. RIL II 2 tapauksessa poistuminen vaikeutuu aikavälillä 480 s - 535 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 825 s - 1100 s (< 3 m näkyvyys). Toisessa kerroksessa näkyvyys on pienimmillään noin 8 m 1590 s eteenpäin. Todetaan, että tämä tapaus on hieman huonompi olosuhteiltaan kuin tapaus SP 0,5 pysty. 5.5 Tuloksien tarkastelua, ryhmä 3, RIL-metodit On tärkeää muistaa, että RIL III 1-3 menetelmissä on käytetty hieman suurempaa palotehoa. Se on laskettu kirjan ohjeiden mukaan ja menetelmän tapauksien keskinäinen vertaus kertoo tekijöiden vaikutuksista. Pitää myös muistaa, että kyseinen rakennus olisi voitu suunnitella pelkästään käyttäen RIL ohjeiden palotehoa. Savuotsan lämpötiloja mitattiin paloalueen lähellä antureilla SO2 T4 ja SO2 T402 kummaltakin sen puolelta. RIL III tapauksissa lämpötilat olivat pienempiä kuin muissa tapauksissa. Tämä voi johtua siitä, että savunpoistomäärän suuruus oli RIL 106 menetelmissä paljon suurempi ja imupisteet olivat aika lähellä savuotsaa kun ne jaoteltiin alueelle. RIL-menetelmien vertailussa tutkitaan ensin tapauksien SM=RIL II ja RIL II 2 eroja. RIL II 2 tapauksessa imupisteet on jaettu 1/400 m² alueille ja imetään pystysuuntaisesti. Pitää muistaa, että SM ja RIL II 2 tapauksille on käytetty yleisten tapausten pienempää palotehoa. Tavallisessa RIL II tapauksessa imetään yhdestä imupisteestä vaakasuuntaisesti. RIL II tapauksessa poistuminen vaikeutuu aikavälillä 603 s - 955 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi ajassa 1355 s (< 3 m näkyvyys), mutta vain yhden uloskäytävän, EXIT7, lähellä. Toisessa kerroksessa voidaan poistua koko simulaation aikana hyvin. RIL II 2 tapauksessa (tapausta vertailtu jo ryhmässä 1, mutta kirjoitetaan silti arvot uudestaan) poistuminen vaikeutuu aikavälillä 480 s - 535 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 825 s - 1100 s (< 3 m näkyvyys). Toisessa kerroksessa näkyvyys on pienimmillään noin 8 m 1590 s eteenpäin. Todetaan tässäkin kohdassa, että imupisteiden jaottelu suuremmalle alueelle ja pystystä tapahtuva imu aiheuttaa huonommat olosuhteet simulaation aikana. Vertaillaan seuraavaksi tapauksien RIL III 1 - RIL III 3 eroja. Kerrataan näiden parametrit: Näillä tapauksilla on RIL-mukainen suurempi palotehon maksimiarvo, kaikissa tapauksissa käytetään 60 m savulohkon maksimipituutta, RIL III 1 tapauksessa imetään yhdestä pisteestä vaakaimulla, RIL III 2 tapauksessa imupisteet on jaoteltu 1/400 m² alueelle ja imetään pystysuunnasta ja RIL III 3 tapauksessa imupisteet on kuten RIL III 2 tapauksessa, mutta imetään vaakasuunnassa. RIL III 1 tapauksessa poistuminen vaikeutuu aikavälillä 685 s - 835 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi ajassa 1305 s (< 3 m näkyvyys), mutta vain yhden uloskäytävän, EXIT7, lähellä. Toisessa kerroksessa voidaan poistua hyvin koko simulaation aikana. RIL III 2 tapauksessa poistuminen vaikeutuu aikavälillä 360 s - 535 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 615 s - 1165 s (< 3 m näkyvyys). Toisessa kerroksessa näkyvyys menee alle 10 m ajassa 1730 s uloskäytävän EXIT3 lähellä. 107 RIL III 3 tapauksessa poistuminen vaikeutuu aikavälillä 415 s - 600 s (< 10 m näkyvyys). Poistuminen käy lähes mahdottomaksi aikavälillä 950 s - 1730 s (< 3 m näkyvyys). Toisessa kerroksessa alin näkyvyys on noin 11 m ajassa 1740 s uloskäytävän EXIT3 lähellä. Todetaan näistä RIL menetelmän tapauksista, että ehdottomasti parhaat olosuhteet saavutetaan RIL III 1 tapauksessa, jossa imetään yhdestä pisteestä vaakaimulla. Toiseksi parhaat olosuhteet saavutetaan RIL III 3 tapauksessa, joka eroaa RIL III 2 tapauksesta siinä tapahtuvan vaakaimun vuoksi. Todetaan lisäksi, että RIL III 2 tapaus antaa EXIT2 uloskäytävän kohdalla huonomman näkyvyyden arvon kuin jos savunpoistoa ei olisi ollenkaan. RIL III 2 tapaus on kokonaisuudessaan kaikkein lähimpänä arvoissaan NO SP tapausta. Kaikissa RIL III tapauksissa näkyvyydet menivät keskiarvollisesti nopeammin kriittiselle tasolle (< 10 ja 3 m näkyvyys) korvausilma-aukkojen puoleisella seinällä. Tähän osaltaan vaikuttavana tekijänä on korvausilman sekoittuminen nopeiden virtauksien takia tälle puolelle rakennusta. 108 6 Yhteenveto Menetelmien ero ja jäsennys Savunpoiston mitoitusmenetelmät voidaan jakaa useampaan ryhmään karkeasti savunpoistoprosentin mukaan. Vertailusimulointi tehtiin menetelmällä, jossa ei käytetty savunpoistoa ollenkaan. SP 0,5 tapauksille tehtiin simulointeja, joissa tutkittiin tarkemman solukoon vaikutusta, pystyimun vaikutusta ja korvausilmaluukkujen sijoituksen vaikutusta (sijoitus korkeammalle kuin yleensä on sallittu). Yleisille muille tapauksille, SP 0,25, SM=RIL II ja SM spr tehtiin simuloinnit savunpoistomäärän, lämpötilojen ja näkyvyyksien vertailua varten. Tähän ryhmään lisättiin RIL menetelmistä kaksi tapausta. RIL III tapauksen sovellettu versio antamaan tuloksia vertailuun pelkästään RIL menetelmän mukaisella savunpoistomäärällä, joka laskettiin yleisten menetelmien palotehon mukaan. RIL II 2 tapauksessa vertailtiin monien imupisteiden pystyimun vaikutusta yleisiin tapauksiin. Muut simuloinnit tehtiin vertailemaan RIL menetelmän tapauksia keskenään. Näihin kuuluivat tapaukset RIL III 1, RIL III 2 ja RIL III 3. Näillä tapauksilla oli RIL mukainen suurempi paloteho ja sen mukainen savunpoistomäärä. Tapauksista vertailtiin ja tutkittiin imupisteiden jakamista savulohkoon, pystyimun vaikutusta ja yhden imupisteen vaikutusta. Savunpoistosta todetaan yleisesti, että käytettiinpä mitä savunpoiston mitoitusmenetelmää tahansa, tiloissa on aina savua. Savua kertyy aina enemmän kuin savua poistetaan ja tästä johtuen näkyvyys pienenee ajan suhteen. Savunpoiston tehokkuuteen, näkyvyyksiin ja lämpötiloihin vaikuttavat kriittiset tekijät ovat niitä asioita, jotka vaikuttavat lopputuloksen kokonaisuuteen kaikkein eniten. Kriittiset tekijät Pienempää solukokoa testattiin SP 0,5 fine tapauksessa. Alle 10 m näkyvyys saavutettiin nopeammin, mutta alle 3 m näkyvyys puolestaan myöhemmin kuin SP 0,5 tapauksessa. Voidaan arvioida pienemmän laskenta-alueen antavan 109 tarkempia tuloksia siirryttäessä harvemmille alueille. Poistuminen tapahtuu hyvin jopa 24 minuutille asti. Tätä tapausta voidaan pitää hyvänä vertailukohtana muille yleisille menetelmille. Tulokset olivat vain marginaalisesti parempia näkyvyyksien osalta, mutta lämpötilat palon kohdalla olivat jonkin verran suuremmat kuin tavallisessa SP 0,5 tapauksessa. Huonona puolena oli tietokonelaskennan pidempi kesto 6-7 päivää (normaalisti 5-6 päivää). Herkkyysanalyysin tekeminen on välttämätöntä, jotta voidaan varmistaa että tarkastelun tarkkuus on riittävä. Tuloksista voi päätellä (ainakin lämpötilan osalta), että normaalin SP 0,5 tapauksen paloalueen solukoko olisi hieman liian iso. Sopivampi solukoko voisi olla hieman suurempi kuin SP 0,5 fine tapauksessa, esimerkiksi noin 0,2. Imupisteiden jakoa alueelle testattiin ryhmässä 1 tapauksella RIL II 2 ja sen jälkeen RIL menetelmien välisillä vertailuilla. Tuloksien mukaan jaottelu antaa huonompia tuloksia kuin jos imettäisiin yhdestä pisteestä. Jaottelu mahdollisti pienemmät lämpötilat tutkitun savuotsan kummaltakin puolelta. Pystyimun vaikutusta arvioitiin kaikissa ryhmissä. Tuloksien mukaan vaikuttaisi siltä, että imu kannattaisi suunnitella vaakasuuntaan imeväksi, ainakin tässä kohteessa. Pystyimun huonouteen ei näyttänyt vaikuttavan onko imupisteet jaoteltu alueelle vai tapahtuuko imu yhdestä pisteestä. Korvausilmaluukkujen sijoitusta testattiin SP 0,5 KI tapauksessa. Tuloksien mukaan tässä kohteessa niiden sijoitus tilan katon rajaan ei vaikuta huonontavan tilannetta suuresti. 60 m savulohkojen enimmäispituudet olivat mukana RIL menetelmissä. Näyttäisi siltä, että 60 m lohkot eivät ole vaikuttaneet suuntaan jos toiseen. Ainakaan tässä kohteessa ei rajoittamaton savulohkon pituus ole vaikuttanut huonompaan suuntaan. Muita huomioita SP 0,25 mitoituksella päästään yllättävän hyviin näkyvyyksiin suhteessa savunpoistomäärään (alle 10 m näkyvyys saavutetaan ensimmäisen kerran vasta 8 minuutin kohdalla uloskäytävässä EXIT2 ja alle 3 m näkyvyyksiä esiintyy vasta 110 19 minuutin kohdalla). SP 0,25 tapaus kuvastaa lähinnä SM spr tapausta, jossa on voitu käyttää 50 % pienempää savunpoistomäärää. Kun otetaan huomioon tapausten SP 0,25 ja SM spr laskennallinen helppous, toteutuksen yksinkertaisuus ja pienemmät kustannusvaatimukset, voidaan todeta, että kummatkin pienemmän savunpoistomäärän menetelmät vaakaimuilla voisivat olla käytännöllisiä ja riittäviä savunpoiston toteutukseen kyseisessä kohteessa. Todetaan, että huonoimmassa savunpoiston mitoitusmenetelmässä on mukana pystyimu ja 1/400 m² jaottelu imupisteille. Tällainen tapaus olisi esimerkiksi RIL III 2. Savunpoiston kannalta todetaan vielä, että RIL III tapaukset näyttäisivät kokemuksesta olevan vaikeita laskennallisesti, hieman monimutkaisia ja sekavia teorialtaan ja tuottavan huomattavasti enemmän kustannuksia suunnittelussa ja toteutuksessa kuin muut menetelmät. 111 Lähdeluettelo [1] L2 Paloturvallisuus Oy, T. 2010. Tulipalon savukaasujen poiston mitoituksen tutkiminen. Diplomityö. Helsingin Teknillinen korkeakoulu, Konetekniikan linja, Espoo. [2] Rak-43.3510 Tulipalon dynamiikka, Rakenne- ja rakennustuotantotekniikan laitos, Otaniemen Teknillinen korkeakoulu, syksy 2009. [3] Karlsson, B. Quintiere, J. 2000. Enclosure Fire Dynamics. United States of America: CRC Press LLC. ISBN 0-8493-1300-7. [4] Hietaniemi, J. 2007. Palopatsaat: Laskentamalleja ja vaaran arvioinnin esimerkkejä, 1. versio. Suomi, VTT. [5] Dr. P. Rubini. 2009. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. Department of Engineering. University of Hull, England. [6] NIST Special Publication 1019-5, Fire Dynamics Simulator (Version 5) User’s Guide, December 4. 2009. [7] NIST Special Publication 1017-1, Smokeview (Version 5) A Tool for Visualizing Fire Dynamics Simulation Data, Volume I: User’s Guide, July 2008. [8] RIL 232-2008. Suomen Rakennusinsinöörien Liitto RIL ry. Suomi: Hansaprint Oy. ISBN 978-951-758-491-3. [9] Suomen Rakentamismääräyskokoelman osa E2. 2005. Tuotanto- ja varastorakennusten paloturvallisuus Ohjeet. Helsinki, ympärisöministeriö. [10] Suomen Rakentamismääräyskokoelman osa E4. 2005. Autosuojien paloturvallisuus Ohjeet. Helsinki, ympärisöministeriö. [11] Rakennusten savunpoiston suunnitteluohje. Varsinais-Suomen aluepelastuslaitos. Riskienhallinta, 2/2004. 112 [12] Hietaniemi, J. 2007. Palon voimakkuuden kuvaaminen toiminnallisessa paloteknisessä suunnittelussa, 1. versio. Suomi: VTT. [13] Drysdale, Dougal. 1998. An Introduction to Fire Dynamics, Second edition. England. ISBN: 0-471-97290-8 (ppc). [14] Suomen Rakentamismääräyskokoelman osa E1. 2002. Rakennusten paloturvallisuus Määräykset ja Ohjeet. Helsinki, ympärisöministeriö. [15] CEN/TR 12101-5. 2005. Smoke and heat control systems. Part 5: Guidelines on exhaust ventilation systems. Bryssel, CEN. EN-12101, 98 s. [16] SFS-EN 12101-1. 2006. Savunhallintajärjestelmät, Osa 1: Savusulut. Helsinki. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. SFS-Käsikirja 170. [17] SFS-EN 12101-2. 2006. Savunhallintajärjestelmät, Osa 2: Savunpoistoluukut. Helsinki. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. SFS-Käsikirja 170, prEN12101-2:2006. [18] SFS-EN 12101-3. 2006. Savunhallintajärjestelmät, Osa 1: Savunpoistopuhaltimet. Helsinki. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. SFSKäsikirja 170. [19] If Suojeluohje B7. 2002. Savunpoistolaitteet. If Vahinkovakuutusyhtiö Oy. [20] Drysdale, D. DiNenno, J. YM. 2002. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, Third Edition. United States of America. ISBN: 087765-451-4. 113 LIITE 1. Havainnekuvia: palokerros, savulohkot, savunpoiston imupisteet ja korvausilmaluukut Kuviin on merkitty oleellisia tekijöitä ja niissä on osoitettu savunpoistoon käytettyjen imupisteiden ja korvausilmaluukkujen paikkoja. Liite 1, kuva 1. Ensimmäisen kerroksen (palokerros) pohjakuva. Kuvassa esitetty savuotsat, hyllypalon paikka, aukko toiseen kerrokseen ja toimisto-osa 114 Liite 1, kuva 2. Ensimmäisen kerroksen pohjakuva. Kuvassa esitetty solualueiden jako, korvausilmaluukku, imupiste ja kanava 115 Liite 1, kuva 3. Ensimmäisen kerroksen pohjakuva. Kuvassa esitetty imupiste, kanava ja välipohjan tasolla olevat korvausilmaluukut 116 Liite 1, kuva 4. Ensimmäisen kerroksen pohjakuva. Kuvassa esitetty imupisteiden jako savulohkossa, kanava ja korvausilmaluukun paikka 117 Liite 1, kuva 5. Ensimmäisen kerroksen pohjakuva. Kuvassa esitetty 60 m savulohko, imupisteiden jako savulohkossa, kanava ja korvausilmaluukkujen paikat 118 LIITE 2. FDS esimerkkikoodia Esitetään osa yhden simulointitiedoston kooditiedostosta. Osa antureista ja seinien määrittelyistä on jätetty pois tiedoston ison koon vuoksi. Kokoontumis- ja liiketilamalli - SP 0,5.fds Generated by PyroSim - Version 2010.1.0928 28.4.2010 18:18:55 &HEAD CHID='Kokoontumis-_ja_liiketilamalli', TITLE='Kokoontumis- ja liiketilamalli - SP 0,5'/ &TIME T_END=1.8000000E003/ &DUMP RENDER_FILE='Kokoontumis-_ja_liiketilamalli.ge1', DT_PL3D=100.00, DT_RESTART=300.00, NFRAMES=1800, WRITE_XYZ=.TRUE./ &MISC SURF_DEFAULT='CONCRETE'/ &MESH ID='PALOMESH', RGB=255,51,51, IJK=256,100,16, XB=44.80,121.60,61.00,91.00,0.60,5.40/ &MESH ID='MESH2', RGB=255,153,51, IJK=128,180,16, XB=44.80,83.20,91.00,145.00,0.60,5.40/ &MESH ID='MESH3', RGB=255,153,51, IJK=128,180,16, XB=83.20,121.60,91.00,145.00,0.60,5.40/ &MESH ID='MESH4', RGB=255,153,0, IJK=256,108,16, XB=44.80,121.60,28.60,61.00,0.60,5.40/ &MESH ID='MESH5', RGB=102,255,255, IJK=128,50,8, XB=44.80,121.60,1.40,28.60,0.60,5.40/ &MESH ID='MESH6 - 2. Krs.', RGB=204,0,204, IJK=128,243,10, XB=44.80,121.60,0.80,145.00,5.40,11.40/ &REAC ID='POLYPR_FDS5', FYI='VTT HIETANIEMI 2008', C=1.00, H=1.00, O=0.00, N=0.00, IDEAL=.TRUE., CO_YIELD=0.0250, SOOT_YIELD=0.0500/ &MATL ID='CONCRETE_MATL', SPECIFIC_HEAT=0.88, CONDUCTIVITY=1.00, DENSITY=2.1000000E003/ &SURF ID='CONCRETE', COLOR='GRAY 80', MATL_ID(1,1)='CONCRETE_MATL', MATL_MASS_FRACTION(1,1)=1.00, THICKNESS(1)=0.1000/ &SURF ID='SP 8,5 m3/s', RGB=204,0,255, VOLUME_FLUX=8.50, RAMP_V='SP 8,5 m3/s_RAMP_V'/ &RAMP ID='SP 8,5 m3/s_RAMP_V', T=0.00, F=0.00/ &RAMP ID='SP 8,5 m3/s_RAMP_V', T=30.00, F=1.00/ &SURF ID='SHOE RACK END SURFACE', FYI='Kenkähyllyn pääty 1,2 x 2,4 m', COLOR='RED', TEXTURE_MAP='psm_fire.jpg', 119 &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &SURF &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP &RAMP HRRPUA=347.00, RAMP_Q='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q'/ ID='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q', T=0.00, F=0.00/ ID='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q', T=50.00, F=0.0370/ ID='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q', T=100.00, F=0.2960/ ID='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q', T=150.00, F=1.00/ ID='SHOE RACK END SURFACE_RAMP_Q', T=1.8000000E003, F=1.00/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE', FYI='Kenkähyllyn yläpinta 1,2 x 3,6 m, vakioitu Qtot 5000 kW', COLOR='RED', TEXTURE_MAP='psm_fire.jpg', HRRPUA=2.6000000E003, RAMP_Q='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q'/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=0.00, F=0.00/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=150.00, F=0.00/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=200.00, F=0.1220/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=230.00, F=0.2320/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=256.00, F=0.3560/ ID='SHOE RACK TOP SURFACE_RAMP_Q', T=1.8000000E003, F=0.3560/ &PROP ID='Heskestad Ionization', QUANTITY='CHAMBER OBSCURATION', LENGTH=1.80/ &PROP ID='68 DEG SPR', QUANTITY='LINK TEMPERATURE', ACTIVATION_TEMPERATURE=68.00/ &DEVC ID='2K-EXIT1 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=118.00,104.02,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT1 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=118.00,104.02,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT2 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=118.00,64.43,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT2 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=118.00,64.43,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT3 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=118.00,35.52,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT3 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=118.00,35.52,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT4 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=48.30,63.31,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT4 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=48.30,63.31,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT5 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=81.16,125.00,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT5 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=81.16,125.00,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT6 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=61.78,140.85,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT6 VIS', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=61.78,140.85,7.60/ &DEVC ID='2K-EXIT7 T', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=48.35,24.21,8.50/ &DEVC ID='2K-EXIT7 VIS', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=48.35,24.21,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening T1', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=67.00,38.80,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening T2', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=72.00,33.78,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening T3', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=67.00,28.80,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening T4', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=62.00,33.78,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening T5', QUANTITY='TEMPERATURE', XYZ=67.02,33.78,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening VIS1', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=67.00,38.70,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening VIS2', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=72.00,33.68,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening VIS3', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=67.00,28.70,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening VIS4', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=62.00,33.68,7.60/ &DEVC ID='2K-Opening VIS5', QUANTITY='VISIBILITY', XYZ=67.02,33.68,7.60/ . . . . . &OBST XB=46.90,119.20,29.20,29.50,0.60,0.60, SURF_IDS='CONCRETE','INERT','INERT'/ AcDbPolyline [segment] &OBST XB=46.90,119.50,29.50,44.20,0.60,0.60, SURF_IDS='CONCRETE','INERT','INERT'/ AcDbPolyline [segment] &OBST XB=117.10,117.40,28.60,28.60,0.60,5.10, SURF_ID6='INERT','INERT','INERT','CONCRETE','INERT','INERT'/ AcDbPolyline [segment] &OBST XB=117.70,118.30,28.90,28.90,0.60,5.10, COLOR='WHITE', SURF_ID='CONCRETE'/ AcDbPolyline [segment] &OBST XB=118.60,119.20,29.20,29.20,0.60,5.10, COLOR='WHITE', SURF_ID='CONCRETE'/ AcDbPolyline [segment] &OBST XB=46.90,46.90,49.30,54.10,0.60,5.10, COLOR='WHITE', SURF_ID='CONCRETE'/ AcDbPolyline [segment] 120 &HOLE XB=1.0800000E002,1.1000000E002,1.2500000E002,1.2700000E002,9.0000000E001,2.9000000E000, COLOR='MAGENTA', DEVC_ID='TIMER'/ KORVAUSILMA-1K &HOLE XB=6.3018900E001,7.1018900E001,2.9780100E001,3.7780100E001,4.8000000E000,5.7000000 E000, COLOR='GREEN'/ Opening between floors &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,44.80,61.00,91.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min X for PALOMESH &VENT SURF_ID='OPEN', XB=121.60,121.60,61.00,91.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max X for PALOMESH &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,44.80,91.00,145.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min X for MESH2 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,83.20,145.00,145.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max Y for MESH2 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=121.60,121.60,91.00,145.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max X for MESH3 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=83.20,121.60,145.00,145.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max Y for MESH3 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,44.80,28.60,61.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min X for MESH4 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=121.60,121.60,28.60,61.00,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max X for MESH4 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,44.80,-1.40,28.60,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min X for MESH5 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=121.60,121.60,-1.40,28.60,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max X for MESH5 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,121.60,-1.40,-1.40,0.60,5.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min Y for MESH5 &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,44.80,-0.80,145.00,5.40,11.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min X for MESH6 - 2. Krs. &VENT SURF_ID='OPEN', XB=121.60,121.60,-0.80,145.00,5.40,11.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max X for MESH6 - 2. Krs. &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,121.60,-0.80,-0.80,5.40,11.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Min Y for MESH6 - 2. Krs. &VENT SURF_ID='OPEN', XB=44.80,121.60,145.00,145.00,5.40,11.40, COLOR='INVISIBLE'/ Vent Max Y for MESH6 - 2. Krs. &VENT SURF_ID='SP 8,5 m3/s', XB=85.52,86.52,53.90,53.90,4.00,5.00, RGB=255,0,204, DEVC_ID='TIMER'/ Vent &VENT SURF_ID='SP 8,5 m3/s', XB=87.52,88.52,53.90,53.90,4.00,5.00, RGB=255,0,204, DEVC_ID='TIMER'/ Vent &ISOF QUANTITY='TEMPERATURE', VALUE=60.00,100.00,300.00/ &ISOF QUANTITY='VISIBILITY', VALUE=10.00/ &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF QUANTITY='VISIBILITY', PBX=63.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBX=79.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBX=85.60/ QUANTITY='VELOCITY', VECTOR=.TRUE., PBX=85.60/ QUANTITY='VISIBILITY', PBX=95.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBY=126.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBY=29.80/ QUANTITY='VISIBILITY', PBY=33.78/ QUANTITY='VISIBILITY', PBY=45.80/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=76.60/ QUANTITY='VELOCITY', VECTOR=.TRUE., PBY=76.60/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=10.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=10.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=10.30/ QUANTITY='VELOCITY', VECTOR=.TRUE., PBZ=10.30/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=10.30/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=2.70/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=2.70/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=3.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=3.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=3.50/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=3.50/ 121 &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=4.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=4.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=4.50/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=4.50/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=4.80/ QUANTITY='VELOCITY', VECTOR=.TRUE., PBZ=4.80/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=4.80/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=7.60/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=7.60/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=8.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=8.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=8.50/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=8.50/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=9.00/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=9.00/ QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=9.50/ QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=9.50/ &TAIL / 122 LIITE 3. Visualisointeja Smokeview ohjelmistolla Liite 3, kuva 1. Kenkähyllypalo ajanhetkellä 120 s 123 Liite 3, kuva 2. Kenkähyllypalo ajanhetkellä 180 s 124 Liite 3, kuva 3. Kenkähyllypalo ajanhetkellä 300 s 125 Liite 3, kuva 4. Savun muodostus simulaatiossa SP 0,5 fine. Katsottuna liukuportaan vierestä, ajanhetkellä 120 s 126 Liite 3, kuva 5. Savun muodostus simulaatiossa SP 0,5 fine. Katsottuna liukuportaan vierestä, ajanhetkellä 300 s 127 Liite 3, kuva 6. Savun muodostus simulaatiossa SP 0,5 fine. Katsottuna liukuportaan vierestä, ajanhetkellä 480 s 128 Liite 3, kuva 7. Savun muodostus simulaatiossa SP 0,5 fine. Katsottuna liukuportaan vierestä, ajanhetkellä 600 s 129 Liite 3, kuva 8. Simulaation SP 0,5 fine lämpötila ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 1200 s 130 Liite 3, kuva 9. Simulaation SP 0,5 fine lämpötila ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 4,2 m ja ajanhetkellä 1200 s. Korkeammalla lämpötilat ovat suurempia. Savuotsat suojaavat ympäröiviä tiloja lämpötilan kasvulta. 131 Liite 3, kuva 10. Simulaation SP 0,5 fine lämpötila toisessa kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 1200 s 132 Liite 3, kuva 11. Simulaation SP 0,5 fine lämpötila toisessa kerroksessa, korkeudella 4,2 m ja ajanhetkellä 1200 s. Korkeammalla lämpötilat ovat suurempia (vertaa liitteen 3 kuvaan 10) 133 Liite 3, kuva 12. Simulaation SP 0,5 fine näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 660 s 134 Liite 3, kuva 13. Simulaation SP 0,5 fine näkyvyys toisessa kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 1800 s 135 Liite 3, kuva 14. Simulaation SP 0,5 KI näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 480 s 136 Liite 3, kuva 15. Simulaation SP 0,5 pysty näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 660 s 137 Liite 3, kuva 16. Simulaation SP 0,25 näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 480 s 138 Liite 3, kuva 17. Simulaation RIL III 2 näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 540 s 139 Liite 3, kuva 18. Simulaation RIL III 3 näkyvyys ensimmäisessä kerroksessa, korkeudella 2,1 m ja ajanhetkellä 600 s (hieman parempi tilanne kuin RIL III 2, mutta 60 s myöhemmin)
© Copyright 2024