Page 1

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

a) toiminnan vaiheille arvota an todennäköisyysjakaum kokonaisajan realisaatiot ien perusteella lasketaan skenaariokohtaist a yhtälöä käyttäen.

realisaatioita,

ja

Menetelmät ja työkalut Operaatioaikamallin työka luina käytetään tapahtumap simulointia, joka toteutetaan uita, aikajanoja ja Mont e Carlo – VTT:llä kehitetyn Excel -pohj Tapahtumapuilla tunnistetaa n erilaiset tilanteet ja määri aisen PFS-ohjelman [9, 10] avulla. avulla määritetään opera tellään niiden jakauma. atioaika, jota voidaan Aikajanojen verrata vahinkojen ajallis Tapahtumapuun haarojen een kertymiseen. todennäköisyydet ja aikaja nan tapahtumien aikaviiveet tilastotietojen avulla. Tilastotietoja täydennetä määritetään än tarvittavilta osin asiant Monte Carlo –simuloinn untija-arvioilla. illa luodaan keinotekois ia tilastoja, jolloin lähtöp muuttamalla voidaan tutkia näiden muutosten vaiku arametreja tuksia. Näin saadaan vaiku ttavuusarvio. Tapahtumapuut asuntopal ojen tarkastelussa Asuntopalojen tarkasteluss tapahtumapuu laaditaan omaisuusvahingoille. Kuva a erikseen henkilö1 esittää henkilövahinkoj ja tapahtumapuu en tapahtumapuuta. Vasta on tehty avanlainen myös omaisuusvahingoille alkusammutustoimet ja huomioiden niiden mahdolliset tehok kuus EI 30 -rakenne sekä palokunnan suorit savutuuletus. tama sammutus ja

mallintamiseksi on siis ensiarvoisen tärkeä ennustetaan oikein. Suihkujen mukaansa ve tämän ilman määrä aiemmin mainittua mi krosuutinta, sekä vi kanavaan keskelle. Su uttimen ollessa takanakanavan keskilinja lla. Suuremmissa k vieressä

b) Paikalla toimintakykyisiä henkilöitä

N henkilöä paikalla Syttyy asuntopalo

Ei ketään paikalla

Puun paloturvallinen käyttö parvekkeissa ja räystäissä s. 26

Ei poistumista ajoissa

Poistuminen ajoissa Paikalla ei toimintakykyisiä henkilöitä

Ei poistumista ajoissa

Asukkaan toimintakyvyllä ei merkitystä

Poistuminen ei tarpeen

Kuva 1. Henkilövahinkoje

Pelastaminen

Pelastaminen ei tarpeen

Pelastaminen

Pelastaminen ei tarpeen

n tapahtumapuu asuntopalo

Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa s. 64 issa.

Erilaisten tilanteiden todennäköisyyksien arvioi miseksi tapahtumapuuhun haarautumistodennäköisyyd et. Paikalla olevien henki tarvitaan löiden lukumäärän (0–N) käytetään pelastustoimen määrityksessä ruutuaineistoa, jonka perus teella arvioidaan asunn lukumäärä, ja Tilastokesk on asukkaiden uksen ajankäyttötutkim usta, jonka perusteella asukkaat kotona. Asuk arvioi kaiden toimintakykyä daan, ovatko tarkastellaan Terveyden laitoksen terveyskäyttäytym ja hyvinvoinnin istutkimusten [11, 12] ja kotihoidon laskennan toimintakykytutkimuksen [13], [14] sekä Tilastokeskuksen ajankäyttötutkimuksen alkoh Stakesin tietojen perusteella. olinkäyttö-

Kuva 1. Tuulettuvan räy stään ratkaisumalli: a) per iaate ilman sisäänotosta, 30 suojattu alapuolelta ja kun räystäs on EI b) ilmavirtauksen käänty minen ulospäin palotila 4 nteessa. [7]

Sammutuksen ja sammutus­järjestelmien simulointi s. 98 Kuva 1. Vasemmalla, ko

ESPOON HANASAARESSA 27.–28.8.2013

ejärjestely suihkuje Oikealla,


7.2.

1 2013 Raju hallipalo

vaati järeän sammu tuksen s.8

usalan palo- ja pelast iaa ammattias sa es 10 kertaa vuod950! jo vuodesta 1

Lukemisen arvoinen tarjous!

in harppauksin na s. 24

4 2013 23.5.

PEL ASTUST

Kuppikuntaisuus ja sisä kiusaavat palokun iset ristiriidat nissa s.40

IETO 2/2013

ILMEST YY

14. 3. TEEMA

Tulimeri veti taas laiv iloista palokuntav an täyteen äkeä s.58

LLA PEL AST AJAN VARUST

EET

Nyt Teillä on mahdollisuus tilata Pelastustieto-lehti erikoishintaan

40 €/vsk* Nykyautoissa piilee työturvariski s. 38

Tilauksen voi jättää kätevästi osoitteeseen tilaukset@pelastustieto.fi tai soittamalla 0303 9778 (Yap-Solutions Oy). Tarjouksemme on voimassa 31.12.2013 asti. * Tarjous koskee vain uusia tilauksia. Tilaus jatkuu normaalina kestotilauksena.

18.4.

rä ERICA korvaa äkeskuksis

Tirilän VPK kahmaisi Jehumaljan neljännen kerran s. 17

s Oulu-Koillismaan pelastuslaitos. 28 hankki uusia sammutusautoja

3 2013

Nykytekniikalla potkua sisäiseen viestintään s. 8

3 ILMESTYY 20.6. PELASTUSTIETO 5/201

TEEMALLA VESIP

ELASTUS

Loviisa 13

Palo-, pelastus- ja vss-alan johtava ammattilehti, 64. vuosikerta

palontorjuntatekniikka-erikoisnumero

– mittava yhteisha rjoitus s. 44

Julkaisija Palo- ja Pelastustieto ry. KE

MI

RV

EL

LE

Päätoimittaja Esa Aalto, esa.aalto@pelastustieto.fi Pasilankatu 8, 00240 Helsinki • puh. 050 5620 735 • www.pelastustieto.fi Ulkoasu ja taitto Kimmo Kaisto Kirjapaino PunaMusta Kannen kuva Lassi Rinne ISSN 0031-0476, Aikakauslehtien liiton jäsen

Monipotilast


PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

SISÄLTÖ I: TULIPALOT JA IHMINEN 4....... Liekkivammatilanne Suomessa sekä vammojen sairaalahoitokustannukset Haikonen, Kari 8....... Sosiaalisessa mediassa syntyneen datan hyödyntäminen onnettomuuksissa ja muissa kriisitilanteissa Immonen, Aapo; Rantanen, Hannu 13.... Häkä asuintaloissa Kokki, Esa 17.... Mitoittavat tilanteet tulipalon aikaisessa poistumisessa. Kokeellinen tutkimus Rinne, Tuomo; Kling, Terhi; Grönberg, Peter ja Korhonen, Timo 22.... Osaaminen onnettomuuksien ehkäisytyössä – miten voidaan hyödyntää nykyosaamista ja voittaa oppimisen haasteita? Saine-Kottonen, Annukka II: RAKENTAMINEN 26.... Puun paloturvallinen käyttö parvekkeissa ja räystäissä Mikkola, Esko 30.... Lentokonetörmäyksen synnyttämä tulipalo ydinvoimalan riskianalyysissä Hostikka, Simo; Silde, Ari; Sikanen, Topi ja Vepsä, Ari 34.... Testimenetelmän luominen – Case jäteastian suojaetäisyyden määritykseen soveltuvan menetelmän luominen Kaukanen, Kimmo ja Heikura, Ville 38.... Korjausrakentamisen paloturvallisuus Hakkarainen, Tuula ja Mikkola, Esko 42.... EPS-eristettyjen julkisivujen paloturvallisuus kerrostaloissa Mikkola, Esko; Hakkarainen, Tuula ja Matala, Anna 46.... Sään ja ilmaston vaihteluiden vaikutus metsäpaloihin Suomessa ja Euroopassa Venäläinen, Ari; Lehtonen, Ilari; Mäkelä, Hanna; Vajda, Andrea; Junila, Päivi ja Gregow Hilppa

III: TILASTOT 49.... Uutta asuinrakennusten syttymistaajuuksista Keski-Rahkonen, Olavi ja Karhula, Teemu 54.... Pelastustilanteiden stokastinen operaatioaikamallinnus Kling, Terhi; Rinne, Tuomo; Vaari, Jukka ja Hostikka, Simo 59.... Läpivirtaustutkimus tulella tehdyistä tuhotöistä, törkeistä vahingonteoista ja petoksista Mäkelä, Päivi 64.... Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa Tillander, Kati; Hakkarainen, Tuula; Kling, Terhi ja Rinne, Tuomo 69.... Onnettomuusvahingot pelastustoimen toimintavalmiuden suunnittelussa Tillander, Kati; Hakkarainen, Tuula ja Rinne, Tuomo 72.... ProntoX Sipilä, Matti; Kortelainen, Pekka; Ketola, Johannes IV: SIMULOINTI JA PALOTUTKIMUS 76.... Pelastuslaitosten palontutkijoiden vuonna 2012 tutkimien teemojen välitulokset Hakala, Veli-Matti; Hoivanen, Raila; Jäntti, Jarkko; Paloluoma, Pasi; Pälviä, Tuomas ja Stén, Tapio.

84... Sähkökaapelien palomallinnuksen uusia menetelmiä ja tuloksia Matala, Anna; Hostikka, Simo ja Mangs, Johan 89.... Mikrokalorimetri – uusi materiaalien palamisominaisuuksien tutkimuslaite hankittu VTT:lle Mangs, Johan ja Matala, Anna 94.... Tulipalon vaikutus rakenteisiin CFD-FEM -mallinnuksella Paajanen, Antti; Korhonen, Timo; Sippola, Merja ja Hostikka, Simo 98.... Sammutuksen ja sammutusjärjestelmien simulointi Sikanen, Topi; Vaari, Jukka ja Hostikka, Simo 103.Pelastuslaitoksen ja sprinklerilaitoksen jäähdytyskyvyn simulointi suuressa nestepalossa Vaari, Jukka; Kling, Terhi; Rinne, Tuomo ja Hostikka, Simo


Kari Haikonen ja Pirjo Lillsunde, Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, Mannerheimintie 164a, 00300 Helsinki

Liekkivammatilanne Suomessa sekä vammojen sairaalahoitokustannukset Tiivistelmä Savun, tulen ja liekkien aiheuttamat vammat (ns. liekkivammat) vaativat usein kalliita hoitoja. Liekkivammoista aiheutuvia vuodeosastohoidon kustannuksia Suomessa ei oltu tutkittu. Tässä tutkimuksessa esitetään tiivis kokonaiskuvaus Suomessa vuodeosastohoitoon johtavista liekkivammoista ja esitetään niiden hoidon kustannusarviot. Kustannuslaskennan menetelmänä käytettiin kansallisen hoitoilmoitusrekisterin, HYKS:n, KYS:n sekä Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen, yliopistosairaanhoitopiirien ja Kansaneläkelaitoksen Hoitoketjun toimivuus, vaikuttavuus ja kustannukset -projektin yhdistelyä ja siten tuotettuja vuodeosastohoidon hoitopäiväkustannuksia. Vuodeosastohoitoon johtavia liekkivammaloukkaantumisia on tapahtunut karkeasti ottaen 300 vuodessa (1.1.2000–31.12.2009). Lähes 80 % loukkaantuneista sai palovamman ja 17 % palokaasumyrkytyksen vailla palovammaa. Liekkivammaloukkaantumisen keskiarvokustannus oli noin 20000 euroa. Summa on kaksijakoinen; palovammoja saaneilla keskiarvokustannus nousi 25000 euroon, kun taas pelkän palokaasumyrkytyksen saaneilla kustannus oli 3 400 euroa keskimäärin. Valtakunnan tasolla keskimääräiset vuosikustannukset olivat 6,1 miljoonaa euroa.

TAUSTA Sairaalahoitoa vaatineiden liekkivammojen epidemiologiaa ei ole juurikaan tutkittu Suo4

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

messa ennen kuin Haikonen ym. [1] tutkivat koko maan kattavaa aineistoa käyttäen Suomen vuodeosastohoitoa vaativia liekkivammoja. Tämän lisäksi 1980-luvulla tehtiin koko maan kattavasta aineistosta kaikenlaisia palovammoja käsittelevä tutkimus [2]. Lisäksi useampi tutkimus on tehty paikallisia aineistoja käyttäen [3], [4], [5], [6]. Palovammojen ja varsinkaan tuleen liittyvien palovammojen aiheuttamista kustannuksista ei oltu julkaistu suomalaisia tutkimuksia. Epidemiologinen tieto mahdollistaa liekkivammatilanteen havainnollistamisen maan laajuisesti ja siten luo myös pohjaa, jonka päälle kustannustietämys kasaantuu. Hyvin vaikeita palovammoja saaneen potilaan sairaalahoidon kustannuksia on tutkittu ja raportoitu lähinnä tapauskohtaisesti ulkomaisissa tutkimuksissa. Sairaalahoidon kustannusten osuudeksi on arvioitu tutkimuksesta riippuen satoja tuhansia euroja tai US-dollareita: noin 208 000 US$ v. 1997 [7], noin 142 000 US$ [8], noin 121000– 761 000 EUR [9]. Variaatio on siis suurta ja laskelmat perustuvat yksittäisiin potilaisiin. Joka tapauksessa on selvää, että hankalimmin vammautuneiden hoitokulut ovat erittäin korkeita. Norjalaisessa tutkimuksessa [10] arvioitiin palovammapotilaiden sairaalahoidon vuotuisten kustannusten Norjassa vuonna 2007 olleen yli 10,5 miljoonaa euroa, tosin laskentatapa perustui palovammoihin liittyvien sairaalahoitojaksojen vuosisummaan.

TAVOITTEET Tässä tutkimuksessa arvioidaan savun, tulen tai liekkien (liekkivammojen) takia aiheutuneiden vammojen sairaalahoidon kustannukset Suomessa sekä esitetään tiiviisti Suomen liekkivammatilanne. Liekkivamma on tyypillisesti palovamma, mutta se voi olla myös esimerkiksi palosta seurannut häkämyrkytys.

TUTKIMUSAINEISTOT JA MENETELMÄT Loukkaantumisten ja hoito­koko­nai­ suuksien määritys ja metodologia Tämän tutkimuksen vahvuus ja ainutlaatuisuus perustuu koko maan kattavan kokonaisaineiston käyttöön, jonka sisältämät henkilötunnisteet mahdollistavat hoidon seuraamisen alusta loppuun sekä mahdollisuuteen yhdistellä eri tahoilta saatavia rekisteritietoja täysin deterministisesti mahdollistaen yksilötason pitkittäisseuraamisen jopa useiden vuosien ajalta. Tutkimus perustuu useiden rekisteriaineistojen yhdistelyyn. Keskeisimmän lähtökohdan tutkimusaineiston kokoamiselle muodostaa kansallinen hoitoilmoitusrekisteri, joka sisältää tiedot Suomen sairaaloissa ja terveyskeskuksissa tapahtuvasta vuodeosastohoidosta sekä myös erikoissairaanhoidon avokäynneistä. Hoitoilmoitusrekisteristä poimittiin henkilöt, joilla on ollut vähintään yksi


merkintä vuodeosastohoidosta, jossa syyt viittaavat savun, tulen tai liekkien takia saatuihin vammoihin. Poiminta tehdään ICD-10 -tautiluokituksen mukaiseen hoitoilmoitusrekisteriin merkittyyn vamman ulkoisen syyn koodiin sekä hoidon diagnoositietoon perustuen [1]. Tavoitteena on ollut, että aineistoon poimiutuu kaikki sellaiset henkilöt ja heidän kaikki hoitojaksot, joilla on ollut vähintään yksi liekkivammaan viittaava hoitomerkintä. Hoitoilmoitusrekisterin tutkimuskäyttö ei ole yksioikoista. Tästä syystä hoitoilmoitusrekisterin käyttö ja siihen liittyvät metodologiset seikat liekkivammatutkimuksen käytössä on tieteellisesti läpikäyty [11]. Tässä tutkimuksessa hankittiin liekkivammapotilaiden kaikki vuodeosastohoito vuodesta 1987 alkaen, minkä jälkeen jokaiselle potilaalle muodostettiin sairaalahoidon episodit. Episodilla tarkoitetaan yhtäjaksoista ketjutettua hoitoa riippumatta osasto- tai sairaalasiirroista sallimalla enintään 2 päivän välin siirtojen välillä. Hoitoepisodi siis koostuu hoitojaksoista, jotka ovat yhteen liitetty kokonaisuudeksi. Tämän jälkeen jokaista episodia edeltävää kymmenvuotisjaksoa monitoroitiin jaksolla esiintyvän edeltävän episodin varalta. Jos edeltävällä kymmenen vuoden jaksolla ei esiintynyt liekkivammaepisodia, tulkittiin kyseinen jakso ”uudeksi” episodiksi eli ”uudeksi” liekkivammatapaukseksi. Jos edeltävällä jaksolla esiintyi liekkivammaepisodi, tulkittiin jakso edellä esiintyneen episodin jälkioperaatioksi. Tällä tavoin menetellen kerätty liekkivammapotilaiden aineisto mahdollisti ”uusien” liekkivammatapausten monitoroinnin esimerkiksi vuodesta 2000 alkaen, joka todettiin ensimmäiseksi sellaiseksi vuodeksi, jolloin aineiston kirjaamisasiat olivat tarpeeksi hyvällä tasolla. Näin ollen hoitoilmoitusrekisteriin perustuva aineisto peitti ajanjakson 1.1.2000–31.12.2009. Kustannusaineistojen tapauksessa rekisteritietoa tarvittiin ainoastaan ajalle 1.1.2001–31.12.2009, sillä kustannustietoja ei ollut saatavilla vuodelle 2000 tai aiemmin. Kustannustietomäärittelyn tapauksessa episodia edeltävä monitorointijakso määritettiin kahden vuoden pituiseksi perustuen tarkempaan tutkimustietoon [11]. Aiemmin käytetyn 10 vuoden monitorointijakson yhteydessä tehty herkkyysanalyysi kuitenkin osoitti liekkivammatilanteeseen liittyvien epidemiologisten tulosten olevan käytännössä samanlaisia kuin 2 vuoden periodia käytettäessä, sillä henkilöillä esiintyvät ”aidosti uudet” liekkivammat ovat hyvin harvinaisia. Kustannuslaskennassa näillä kuitenkin on jonkin verran eroa.

Kustannustietoaineistot Hoitoilmoitusrekisteri ei sisällä hoitojaksoon liittyvää hoidon kustannustietoa. Erillisesti

Liekkivammaloukkaantumisen keski­ arvokustannus oli noin 20000 euroa. hankittiin Helsingin ja Uudenmaan sairaanhoitopiirin Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen tietokantaan toimittamat HYKS:ssä tapahtuneiden vuodeosastohoitojaksojen yksilötason kokonaiskustannustiedot. Lisäksi hankittiin Kuopion yliopistollisen keskussairaalan yksilötason vuodeosastohoitojaksojen kokonaiskustannukset. Kyseiset yksilökustannukset voitiin deterministisesti yhdistää hoitoilmoitusrekisterin hoitojaksotietoihin. HYKS:n ja KYS:n yksilötason hoitokustannukset hankittiin varmistamaan, että vaativimpien palovammahoitojen kustannustiedot olisivat mahdollisimman laadukkaita; Suomen kaksi palovammakeskusta sijaitsevat Kuopiossa (KYS:ssä) ja Helsingissä (HYKS:ssä). Koska HYKS ja KYS peittävät vain osan Suomessa tapahtuvista vuodeosastohoitojaksoista, hankittiin puuttuvat jaksot metodologisesti estimoituina hoitopäivähintoina, joiden avulla hoitojakson hinta laskettiin. Syy tähän on ensinnäkin se, että Suomen kaikista sairaaloista erillisesti pyydettävien yksilötason hoitojaksohintojen hankkiminen olisi liian työlästä useine lupaprosesseineen sekä toisekseen läheskään kaikissa paikoissa ei joka tapauksessa ole kehittynyttä kustannustietojärjestelmää. Puutuvien hoitopäivähintojen estimointi suoritettiin Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen, yliopistosairaanhoitopiirien ja Kansaneläkelaitoksen Hoitoketjun toimivuus, vaikuttavuus ja kustannukset -projektin [12] menetelmien avulla. Näiden kolmen edellä kuvatun kustannustietolähteen avulla voitiin asettaa koko aineiston kaikille hoitojaksoille kustannus. Laskemalla hoitoepisodiin kuuluvien hoitojaksokustannusten summa saatiin lopulta tapaturmaan liittyvä vuodeosastoepisodin kokonaiskustannus.

Palovammatietojen lisäaineisto Täydentävänä aineistona käytettiin Töölön sairaalan palovammakeskukseen 1.1.200131.12.2005 hoitoon tulleiden potilaiden tietoja. Töölön sairaalan palovammakeskuksessa, joka on Kuopion lisäksi toinen Suomen keskitetyistä palovammayksiköistä, hoidetaan kaikkein hankalimmin vammautuneita palovammapotilaita. Potilastiedoista saatiin lisätietoina rekisteritietoa täydentämään mm. palovamman laajuus. Tätä aineistoa käytettiin tutkittaessa palaneen ihoalueen laajuu-

den yhteyttä kustannuksiin niiltä potilailta, jotka selvisivät hoidosta elossa.

Tilastolliset menetelmät Tilastollisina tunnuslukuina käytettiin aritmeettista keskiarvoa, mediaania ja prosenttiosuuksia, joiden 95 %:n luottamusvälit (CI) approksimoitiin bootstrap-menetelmällä [13]. Kustannus–vamman laajuus -mallituksessa käytettiin yleistettyjen lineaaristen mallien Gamma-regressiota logaritmisella linkkifunktiolla [14].

TULOKSET Liekkivammatilanne suomessa Potilaat ja vammojen laatu Vuosittain maan laajuisesti noin 300 henkilöä sai vuodeosastohoitoon johtavan liekkivamman. Loukkaantuneista valtaosa oli miehiä (74 %). Miehet olivat keskimäärin nuorempia keski-iällä (mediaani) 40 (41) vuotta kuin naiset 50 (51) vuotta. Loukkaantuneiden keski-ikä nousi tutkimusjaksolla noin 0,8–0,9 vuotta per vuosi. Tämän oletetaan johtuvan ainakin osittain nuorten tapaturmien vähenemisestä. Suurimmassa osassa tapauksista (77 %) vamma oli palovamma ja 17 prosentissa palokaasumyrkytys vailla palovammaa. Lopuissa 6 prosentissa oli kyse vaihtelevan tyyppisistä vammoista. Noin prosentissa liekkivammatapauksista oli viitteitä itsensä vahingoittamisesta. Vammojen ilmaantuvuus Liekkivammojen kokonaisilmaantuvuudessa ei ole ollut selkeää monotonista lasku- tai nousutrendiä. Kuitenkin ne tapaukset, joissa vammana oli palovamma vähenivät 5,4/100000:sta 4,0/100000:een. Tämä vähenemä on pääosin miesten ansiota. Vastaavasti palokaasumyrkytykseen (vailla varsinaisia palovammoja) johtaneet tapaukset lisääntyivät 0,6/100000:sta 1,5/100000:een. Ikäryhmittäiset liekkipalovammojen ilmaantuvuuden trendit olivat laskevia etenkin nuorten ikäluokkien miehillä. Kuolleisuus Kuusi prosenttia potilaista menehtyi ensimPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

5


Hoitopäiviä  keskimäärin Â

250 Â

Hoitopäiviä Â

200 Â keskiarvo Â

150 Â

Hoitopäiviä  keskimäärin Â

250 Â

mäisen hoitoepisodinsa aikana. Heistä 86 % 200  oli saanut palovamman.

50 Â

Hoitopäiviä Â

0 Â

Liekkivammojen 150  vuodeosastohoidon kustannukset Kokonaiskustannukset Vuosien 2001–2009 100  aikana keskimääräinen sairaalahoidon vuosikustannus liekkivammoille oli 5,6 (CI: 5,2–6,1) miljoonaa euroa potilaiden ensimmäisten hoitoepisodien osal50  ta. Kustannus nousi 6,1 (CI: 5,6–6,7) miljoonaan otettaessa mukaan jälkioperaatiot. Palovammalliset tapaukset maksoivat vuodessa 5,9 miljoonaa0  euroa kaikkineen, kun taas 0-­â€?5  5-­â€?10  palokaasumyrkytysten kustannukset olivat noin 190000 euroa.

mediaani Â

100 Â

0-­â€?5 Â

5-­â€?10 Â

10-­â€?20 Â

20-­â€?30 Â

30-­â€?40 Â

keskiarvo  40-­â€?50  50+ Â

Palaneen  ihoalueen  osuus  %  Kuva 1. Keskimääräiset hoitopäivät palaneen ihoalueen laajuuden mediaani  suhteen. Palaneen ihoalueen laajuuden vaikutus keskimääräiseen hoitoaikaan Keskimääräinen hoitoaika palaneen ihoalueen prosenttiyksikkÜä kohden oli 2.7 päivää ja mediaani oli1.1.6 päivää. Pienissä, alle 5% palovammoissa selvitään keskimäärin 7 päivän Taulukko Keskiarvokustannusten estimaatit (euroa) eräille ikä - palaneen alueen laajuus hoidolla, joskin puolet niistä voitiin hoitaa kahdessa päivässä tai nopeammin. Viisikymmentä –yhdistelmille 95% luottamusväleineen. prosenttia ja hieman laajemmin keskimääräinen hoitoaika nousi runsaaseen 4 10% palaneiden 20% 30% 40% kuukauteen käytettävissämme olleessa40000 8 potilaan osajoukossa. Annetut143000 estimaatit ovat 20v 16000 Âą 3400 Âą 8500 80000 Âą 19000 Âą 40000 10-­â€?20  20-­â€?30  30-­â€?40  40-­â€?50  50+  karkeita keskilukuja, joihin 40v 23000 liittyy Âą 3300huomattavaa 57000 Âą hajontaa. 8800 112000 Âą 23000 200000 Âą 51000

Palaneen  ihoalueen  osuus  %  60v 32000 ¹ 6900 79000 ¹ 18000

Yksinkertainen kustannusmalli

157000 Âą 43000

281000 Âą 89000

Taulukossa 1 kuvataan mallinmuiden (1) tuottamia ennusteita ja niiden luottamusvälejä. Luvut ovat Hoitokustannusten selittymistä muuttujien perusteella mallitettiin Gamma-regressiolla Keskikustannukset Kuva 1. Keskimääräiset hoitopäivät palaneen ihoalueen laajuuden suhteen.

suuntaa-antavia keskiarvon estimaatteja. Malli ei todennäkÜisesti tuota pitämiseksi hyviä ennusteita iän ja käyttämällä logaritmista linkkifunktiota. Mallin yksinkertaisena päädyttiin palaneen alueen laajuuden suurilla tai hyvin pienillä arvoilla; mm. noin 90% vammoista oli selittämään kustannuksia ainoastaan palaneen ihoalueen laajuudella (TBSA) sekä potilaan Keskimääräinen potilaskustannus oli noin laajuudeltaan korkeintaan 40%. 19 000 euroa ensimmäisen hoitoepisodin iällä. Sukupuoli poissuljettiin ei-merkitsevänä sekä mahdolliset komorbiditeetit jätettiin pois määrittämisvaikeuksien vuoksi. Palaneen ihoalueen laajuuden vaikutus keskimääräiseen hoitoaikaan

osalta ja 20000 euroa jälkioperaatioineen. aika nousi runsaaseen 4 kuukauteen käytetTaulukossa mallin (1) tuotMediaanikustannus oli noin 4200 euroa jäl- Kustannusten YHTEENVETO odotusarvolle estimoitiin malli (1) perustuen1 kuvataan palovammakeskuksen 167 tävissämme olleessa prosenttiyksikkÜä 8 potilaan osajoukossa. kohden tamia ennusteita japäivää niiden luottamusvälejä. kioperaatioineen. Palovammoja saaneilla palaneen po- havaintoon. Keskimääräinen hoitoaika ihoalueen oli 2.7 ja Tutkimuksessa on määritetty Luvut Suomen johtaneiden ovattiivistettynä karkeita keskilukuja, ovat vuodeosastohoitoon suuntaa-antavia keskiarvon estitilailla kustannukset oli korkeammat; keski- Annetut mediaani oli 1.6 päivää. Pienissä,liekkivammojen alle estimaatit 5% palovammoissa selvitään keskimäärin 7 päivänmaan kattavia tilanne sekä laskettu vuodeosastohoitojen hoitokustannukset âˆ?  âˆ—  âˆ— Ă„ liittyy huomattavaa hajontaa. maatteja. todennäkĂśisesti tuota hymäärin 25 000 euroa (mediaani 6900 euroa) joihin . Malli . ∗ei . ∗ Ă„ Ă„ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ = đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ =  đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ (1) đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ aineistoja Vuodeosastohoitoon johtavia liekkivammoja on vuosittain keskimäärin hoidolla, joskin puolet niistä voitiin hoitaakäyttäen. kahdessa päivässä tai nopeammin. Viisikymmentä viä ennusteita ja palaneen laajuujälkioperaatioineen. Palovammattomilla, 300. Viime vuosikymmenen ajan palovammoja saaneiden iän määrä on ollutalueen laskussa ja prosenttia ja hiemansaaneilla laajemmin palaneiden kustannusmalli keskimääräinen hoitoaika nousi runsaaseen 4 6 miljoonaa den suurilla tai hyvin pienillä mm. mutta palokaasumyrkytyksen kes- Yksinkertainen palokaasumyrkytyksen nousussa. Vuosittaiskustannusten todettiin olevan noinarvoilla; kuukauteen käytettävissämme olleessa 8 potilaan osajoukossa. Annetut estimaatit ovat selittymistä muidenpalovammoja noin 90 % vammoista laajuudeltaan korkikulu oli 3600 euroa (mediaani 1100 eu- Hoitokustannusten euroa, joista suurin osa syntyy saaneiden oli hoidosta. Pelkissä palokaasumyrkytyksissä hoidoksi Gammariittää useinkeintaan lyhyt tarkastusjakso sairaalassa tai lyhyt perusteella mallitettiin 40 %. roa) jälkioperaatioineen. karkeita keskilukuja, joihin liittyymuuttujien huomattavaa hajontaa. hoitojakso.käyttämällä Näin ollen palovammallisilla potilailla keskiarvokustannus ylsikin 25 000 euroon, regressiolla logaritmista linkkikun se jäi pelkän palokaasumyrkytyksen saaneilla 5 3 600 euroon. Palaneen ihoalueen laajuuden vaikutus funktiota. Mallin yksinkertaisena pitämiseksi Yksinkertainen kustannusmalli YHTEENVETO päädyttiin kustannuksia keskimääräiseen hoitoaikaan Palaneen selittämään ihoalueen laajuus vaikutti ainoasvoimakkaasti hoidossaoloaikaan. Muutaman prosentin palaneenriitti ihoalueen (TBSA) Tutkimuksessa on joukossa tiivistettynä määritetty Keskimääräinen hoitoaika palaneen ihoalu- taan vammoihin n. 2-7 laajuudella päivän hoito. Vähintään 50% palaneiden keskimääräinen Hoitokustannusten selittymistä muuttujien perusteella mallitettiin Gamma-regressiolla hoitoaika oli iällä. runsaat 4 kuukautta. Palaneen alueen laajuuden lisäksi iällä on johtaneiden huomattava sekä potilaan Sukupuoli poissuljettiin Suomen vuodeosastohoitoon een prosenttiyksikkÜä kohden oli 2,7 päi- muiden Mallin yksinkertaisena pitämiseksi päädyttiin vaikutus hoitokustannuksiin. Mallitusperusteisesti arvioituna esimerkiksi 60-vuotiailla sekä mahdolliset komorbi- liekkivammojen tilanne sekä laskettusaman vuovää jakäyttämällä mediaani oli 1,6logaritmista päivää. Pienissä,linkkifunktiota. alle ei-merkitsevänä kokoisen palovamman hoitaminen kuin 20-vuotiailla maksaa keskimäärin noin selittämään kustannuksia ainoastaan palaneen ihoalueen laajuudella (TBSA) sekä potilaan 5 prosentin palovammoissa selvitään keski- diteetit jätettiin pois määrittämisvaikeuksi- deosastohoitojen hoitokustannukset maan kaksinkertaisesti. Lisäksi palaneen alueen laajuuden kasvu lisää kustannuksia epälineaarisesti. enNäin vuoksi. kattavia aineistoja käyttäen. määrin 7 päivän hoidolla, joskin puolet niis-ei-merkitsevänä iällä. Sukupuoli poissuljettiin komorbiditeetit jätettiin poisVuodeosastoollen korkeasekä ikä jamahdolliset laaja vamma yhtäaikaisesti on erityisen huono yhtälĂś kustannusten Kustannusten odotusarvolle estimoitiin hoitoon johtavia liekkivammoja on vuosittä voitiin hoitaa kahdessa päivässä tai nopemäärittämisvaikeuksien vuoksi. kannalta. ammin. Viisikymmentä prosenttia ja hieman malli (1) perustuen palovammakeskuksen tain keskimäärin 300. Viime vuosikymmeLaajimpien palovammojen toimivalla ehkäisyllä vaikuttaa saaneiden merkittävään osaan laajemmin palaneiden keskimääräinen hoito- 167 havaintoon. nen voitaisiin ajan palovammoja määrä on

Kustannusten odotusarvolle estimoitiin malli (1) perustuen palovammakeskuksen 167 suuren osan hoitokuluista, sillä verrattain pieni osa potilaista on laajasti palaneita ja tuottavat vuosittaisista hoidon kokonaiskuluista. Laajoja palovammoja tiedetään aiheutuvan mm. havaintoon. đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜đ?‘˜ =

6

asuntopaloista. Lisäksi asuntopalosta saattaa seurata palokaasumyrkytys. Palokaasumyrkytysten vähentäminen ei vaikuttaisi tuovan hoitokustannusten mielessä suurta  Ă„ ∗ Ă„ rooli mutta erityistä vaatii niiden asuntopaloissa. Palokuoleman välitĂśn đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ âˆ?  âˆ— säästÜä, =  huomiota đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ . đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ . ∗ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ . ∗ Ă„ (1) kuolinsyy on yleisemmin palokaasumyrkytys kuin palovamma. Palokaasumyrkytyksiä ei siis voida jättää huomiotta huolimatta matalammista hoitokustannuksista. Sillon tällĂśin laajoja palovammoja aiheutuu myĂśs muissa tilanteissa vaatteiden syttymisestä. Lisäksi itsensä vahingoittaminen tulella voi tuottaa laajat palovammat. Näiden kaltaisiin liekkivammoihin saattaa olla vaikeaa kohdistaa ehkäisykeinoja.

PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013

KIITOKSET

5


ollut laskussa ja palokaasumyrkytyksen nousussa. Vuosittaiskustannusten todettiin olevan noin 6 miljoonaa euroa, joista suurin osa syntyy palovammoja saaneiden hoidosta. Pelkissä palokaasumyrkytyksissä hoidoksi riittää usein lyhyt tarkastusjakso sairaalassa tai lyhyt hoitojakso. Näin ollen palovammallisilla potilailla keskiarvokustannus ylsikin 25000 euroon, kun se jäi pelkän palokaasumyrkytyksen saaneilla 3600 euroon. Palaneen ihoalueen laajuus vaikutti voimakkaasti hoidossaoloaikaan. Muutaman prosentin vammoihin riitti noin 2–7 päivän hoito. Vähintään 50 % palaneiden joukossa keskimääräinen hoitoaika oli runsaat 4 kuukautta. Palaneen alueen laajuuden lisäksi iällä on huomattava vaikutus hoitokustannuksiin. Mallitusperusteisesti arvioituna esimerkiksi 60-vuotiailla saman kokoisen palovamman hoitaminen kuin 20-vuotiailla maksaa keskimäärin noin kaksinkertaisesti. Lisäksi palaneen alueen laajuuden kasvu lisää kustannuksia epälineaarisesti. Näin ollen korkea ikä ja laaja vamma yhtäaikaisesti on erityisen huono yhtälö kustannusten kannalta. Laajimpien palovammojen toimivalla ehkäisyllä voitaisiin vaikuttaa merkittävään osaan hoitokuluista, sillä verrattain pieni osa potilaista on laajasti palaneita ja tuottavat suuren osan vuosittaisista hoidon kokonaiskuluista. Laajoja palovammoja tiedetään aiheutuvan mm. asuntopaloista. Lisäksi asuntopalosta saattaa seurata palokaasumyrkytys. Palokaasumyrkytysten vähentäminen ei vaikuttaisi tuovan hoitokustannusten mielessä suurta säästöä, mutta erityistä huomiota vaatii niiden rooli asuntopaloissa. Palokuoleman välitön kuolinsyy on yleisemmin palokaasumyrkytys kuin palovamma. Palokaasumyrkytyksiä ei siis voida jättää huomiotta huolimatta matalammista hoitokustannuksista. Sillon tällöin laajoja palovammoja aiheutuu myös muissa tilanteissa vaatteiden syttymisestä. Lisäksi itsensä vahingoittaminen tulella voi tuottaa laajat palovammat. Näiden kaltaisiin liekkivammoihin saattaa olla vaikeaa kohdistaa ehkäisykeinoja.

Laajimpien palovammojen toimivalla ehkäisyllä voitaisiin vaikuttaa merkittävään osaan hoitokuluista. tionwide study. Burns (2012), http://dx.doi. org/10.1016/j.burns.2012.09.021 2. Hytonen M, Honkanen R, Askoseljavaara S. Incidence of Burns Requiring Hospitalization in Finland in 1980. Ann.Chir. Gynaecol. 1987;76(4):218-221. 3. Nieminen S, Laaksonen V, Viljanto J, Pakkanen A. Burn Injuries in Finland. Scand J Plast Reconstr Surg Hand Surg 1977;11(1):63-67. 4. Papp A. The first 1000 patients treated in Kuopio University Hospital Burn Unit in Finland. Burns 2009; 35(4):565-571. 5. Papp A, Rytkonen T, KoIjonen V, Vuola J. Paediatric ICU burns in Finland 19942004. Burns 2008; 34(3):339-344. 6. Zeitlin R, Somppi E, Jarnberg J. Pediatric Burns in Central Finland between the 1960s and the 1980s. Burns 1993; 19(5):418-422. 7. Takayanagi K, Kawai S, Aoki R. The cost of burn care and implications for efficient care. Clin.Perform.Qual.Health Care 1999 Apr-Jun;7(2):70-73. 8. Eldad A, Stern Z, Sover H, Neuman R, Ben Meir P, Wexler MR. The cost of an extensive burn survival. Burns 1993; 19(3):235-238.

9. Hemington-Gorse SJ, Potokar TS, Drew PJ, Dickson WA. Burn care costing: the Welsh experience. Burns 2009; 35(3):378-382. 10. Onarheim H, Jensen SA, Rosenberg BE, Guttormsen AB. The epidemiology of patients with burn injuries admitted to Norwegian hospitals in 2007. Burns 2009; 35(8):1142-6. 11. Haikonen K, Lunetta P, Lillsunde PM, Sund R. Methodological challenges in using the Finnish Hospital Discharge Register for studying fire-related injuries leading to inpatient care. BMC Med Inform Decis Mak 2013 Mar 15;13:36. 12. Peltola M, Juntunen M, Häkkinen U, Linna M, Rosenqvist G, Seppälä T, Sund R. http://www.thl.fi/attachments/perfect/PER FECTMenetelm%C3%A4raporttiV10.pdf (haettu 30.4.2013) 13. Davison, A.C. and Hinkley, D.V. (1997) Bootstrap Methods and Their Application. Cambridge University Press. 14. McCullagh P. and Nelder, J. A. (1989) Generalized Linear Models. London: Chapman and Hall.

KIITOKSET Tutkimuksen toteuttamisen on mahdollistanut Palosuojelurahaston myöntämä erityisavustus vuosille 2011–2012 ja 2013–2014. Töölön palovammaosaston osastoylilääkäri, dos. Jyrki Vuolan palovammatuntemus ja asiantuntijatuki tutkimusprojektille on ollut avuksi tutkimuksessa.

www.facebook.com/ pelastusopisto.tk

LÄHDELUETTELO 1. Haikonen K, Lillsunde PM, Lunetta P, Lounamaa A, Vuola J. Fire-related injuries with inpatient care in Finland: A 10-year naPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

7


Aapo Immonen, jatko-opiskelija, Itä- Suomen Yliopisto, Kansanterveystieteen Laitos, Itä-Suomen yliopisto, Kuopion kampus Kansanterveystieteen ja kliinisen ravitsemustieteen yksikkö, PL 1627, 70211 Kuopio Hannu Rantanen, erikoistutkija, Pelastusopisto, Hulkontie 83, 70820 KUOPIO

Sosiaalisessa mediassa syntyneen datan hyödyntäminen onnettomuuksissa ja muissa kriisitilanteissa Tiivistelmä Tieto- ja viestintäteknologian kehityksen myötä on tiedonvälitys ja informaation jakamisen keinot lisääntyneet ja monipuolistuneet myös onnettomuus- ja kriisitilanteissa. Viimeisimpien suuronnettomuuksien ja kriisien yhteydessä maailmalla on huomionarvoista ollut sosiaalisen median yhä laajentunut hyödyntäminen tiedonlähteenä ja informaation jakokanavana kansalaisten kesken. Tähän vaikuttavana tekijänä on mitä ilmeisimmin ollut sosiaalisen median sovellusten helppokäyttöisyys sekä palveluiden hinta, jotka ovat käytännössä tarjonneet lähes kaikille mahdollisuuden jatkuvaan yhteydenpitoon ja tiedon välitykseen. Samansuuntaista kehitystä on havaittu Suomessakin ja tämän myötä myös turvallisuusorganisaatioissa on ryhdytty selvittämään keinoja hyödyntää sosiaalisen median kautta syntynyttä dataa sekä tilannekuvan muodostamisessa että kansalaisten informoimisessa. Tiedonvälitys on paitsi nopeutunut, myös globalisoitunut. Tapahtumaa ja sen kehittymistä voi seurata moderneilla informaatio -ja kommunikaatioteknologian välineillä reaaliajassa. Esimerkiksi Jokelan koulusurmien viikolla, viiden suosituimman uutisvälineen sivuille tehtiin yhteensä yli 30 miljoonaa vierailua. Netin keskustelupalstalla tieto Jokelan ammuskelusta oli jo kaksi minuuttia ennen kuin poliisit saapuivat paikalle. Yleisö ei ole enää rajattu tiedotusvälineen levikki- tai 8

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

kuuluvuusalueelle ja lähetysaikoihin, vaan tietoa tuotetaan ja haetaan ajasta ja paikasta riippumatta. Tässä artikkelissa tarkastellaan erityisesti sosiaalisen median yhteyteen kerääntyvän datan suodattamista ja jalostamista hyödynnettävään muotoon. Esimerkkinä käydään läpi Australiassa tehtyä tutkimusta, jonka aineistona on vuoden 2011 Queenslandin tulvat ja saman vuoden Christchurchin maanjäristys Uudessa Seelannissa. Artikkelin fokuksena on tarkastella, kuinka sosiaalisessa mediassa syntynyt data on muunnattavissa tiedolla johtamisen välineeksi kriisi- tai onnettomuustilanteissa. Teoreettisena viitekehyksenä on käytetty UNDP:n United Nations Development Program Security Model mallina datan luokittelun perustana. Luokittelu auttaa viranomaisia hahmottamaan minkä tyyppisestä tilanteesta on kyse.

Nyky-yhteiskunnan haasteet onnettomuus- ja kriisitilanteissa Yhteiskunta on kehittynyt valtavalla vauhdilla viime vuosien aikana. Kaksi merkittävää tekijää ovat teknologinen kehitys sekä tiedon nopea leviäminen. Teknologian kehitys on jo tuonut mittavia etuja yhteiskunnalle ja taloudelle, koskettaen lähes kaikkia elämänalueitamme; sillä on merkittävä rooli arjessa, kotona, työssä ja koulutuksessa [1].

Yhteiskunta on viimeisten vuosien aikana muuttunut entistä digitaalisemmaksi ja huomattava osa tiedosta ja tietoyhteiskunnan palveluista kulkee sähköisiä reittejä pitkin [1]. Moderni yhteiskunta on monimutkainen taloudellinen, kulttuurinen ja hallinnollinen järjestelmä, jonka menestys edellyttää, että sen eri osa-alueet sopivat hyvin yhteen ja ovat sopusoinnussa jatkuvasti myös onnettomuus- ja kriisitilanteissa. Yhteiskunta on monella tasolla verkottunut ja sen myötä myös haavoittuvampi siten, että yhden osaalueen ongelmat heijastuvat helposti muihinkin ja voivat tuottaa kasautuvia ongelmia. Esimerkiksi energiasektorilla tapahtuva vakava häiriö tuntuu nopeasti televiestintäsektorilla, jossa mikä tahansa häiriö vaikuttaa nopeasti pankki- ja kuljetussektoreihin ja niin edelleen. Monet kriittiset infrastruktuurit ovat nykypäivänä yksityisen liike-elämän hoidossa. Niiden palvelurakenteet ovat kehittyneet hyvin monimutkaisiksi ja toisistaan riippuvaisiksi, ja ne kuuluvat monille eri omistajille. Tästä johtuen mikään julkishallinnon organisaatio, alue tai yritys ei voi enää yksin vastata palveluiden toimivuudesta häiriötilanteissa vaan toimivuuden takaamiseksi väestön, liike-elämän ja julkishallinnon yhteistyötä varautumisessa ja kriisitilanteissa. Tässä onnistuminen edellyttää uutta ajattelutapaa ja uusia toimintamalleja, erityisesti PPP (Public-


Private-Partnership) yhteistyötä ja sen tun- merkittävä ero on, että kriisinhallinta on pi- Informaatio- ja kommuni­k aa­tio­ nistamista, että kriisitilanteen hoitoon osallis- tempikestoista ja vaatii laajemman sidosryh- teknologian kehitys, Kriittiset tuvat kaikki, ja kaikki tarvitsevat ja myöskin män kuin (suur)onnettomuuksien pelastus- menestystekijät sosiaalisen median tuottavat tietoa, jonka oikea-aikainen käyttö toiminta, joka kattaa vain ajallisesti lyhyen ja tuottaman tiedon hyödyntämisessä on usein ratkaisevaa vaikeuksien ennaltaeh- kohtuullisen selkeästi rajatun tehtäväko-kokäisyssä ja niiden voittamisessa ja normaali- naisuuden [7]. Suuronnettomuuksissa ja kriiseissä viestintilanteen palauttamisessa. Pelastusviranomaiset ja muut pelastustoi- nän nopeus ja koordinointi on haaste. NoAiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, et- mintaan osallistuvat toimijat työskentelevät peasti toimiva media siirtyy lähes välittömästi tä informaation vaihto (Information Exhan- ympäristössä, jotka koetaan uhrin näkökul- puhtaasta tapahtuman, onnettomuuden, uuge) [2] ja tietämyksen jakaminen, (Knowled- masta kriiseiksi, viranomaisille tilanteet kui- tisoinnista tilanteen taustoittamiseen. Kosge Sharing) [3] edesauttaa kokonaisvaltaisen tenkin näyttäytyvät yhtenä osana määritel- ka media ja sen kautta kansalaiset elävät retilannetietoisuuden syntymistä, jonka avul- lyistä työtehtävistä. Pelastustoimintaan kuu- aaliajassa, tulee myös viranomaisten pystyä la yhteiskunnallisiin poikkeamiin voidaan luvat tehtävät on kokonaisvaltaisen kriisin- vastaamaan nopeasti kansalaisten tiedontarreagoida entistä varhaisemmin jopa ennal- hallinnan näkökulmasta varsin selkeästi ra- peisiin ja hyödyntää kansalaisten itse tuottataehkäistä niitä. Mitä enemmän ja tarkem- jattu. Ne alkavat yleensä virallisen ilmoituk- maa tietoa [9]. min vallitsevasta tilanteesta kerätään dataa sen tai avunpyynnön jälkeen. On tärkeää Sosiaalisen median käyttö lisääntyy myös eri lähteistä ja mitä aiemmin asiantuntija saa huomata, että kriisit saadaan päätökseen eri viranomaisten kriisiviestinnässä koko ajan. datan analysoitavakseen sen nopeammin on osapuolten näkökulmista eri aikaan. Vaik- Ulkoasianministeriö käytti tehokkaasti sekä saatavissa kokonaiskuva tilanteesta ja sen ke- ka pelastustoiminnan näkökulmasta tehtävä Facebookia että Twitteriä Japanin luonnonhittymisestä. Akateemisissa julkaisuissa ky- on hoidettu, kriisin omistajan näkökulmasta katastrofissa. Tällä hetkellä sosiaalisen median seistä vaihetta kuvataan termillä ’Sense ma- kriisi voi jatkua pitkään ja sitä pyritään lievit- ohjeistus on hyväksytty tai valmisteilla useimking phase’ [4,5]. tämään eri sidosryhmien kanssa [7]. missa ministeriöissä ja monissa niiden alaisisKriisien ollessa poikkeukselliseen moniKriisinhallinnan näkökulmasta kriisit ovat sa virastoissa ja laitoksissa [10]. ulotteisia, voidaan niitä lähestyä monesta eri laajoja ja monimutkaisia operaatioita, joissa Nyky-yhteiskunnassa dataa syntyy ja liiknäkökulmasta. Tässä artikkelissa tarkastel- toimintaa on useassa kerroksessa, ’makrota- kuu valtavia määriä sen ollessa niin heterolaan onnettomuuksia ja kriisejä inhimillisen son’ poliittisesta päätöksenteosta aina ’mikro- geenistä, ettei ilman luotettavaa varmuutta turvallisuuden viitekehyksestä, jonka UN- tason’ toimenpiteisiin, joissa toiminnan pai- sen alkuperästä ja oikeellisuudesta ole mahDP on vuonna 1994 julkaistussa ’Human nopiste on määritelty etukäteen erittäin tar- dollista johtaa syvällisiä analyysejä. Datan Development Report’ dokumentissaan jaka- kasti ja jossa organisaatiot hyödyntävät kai- luotettavuuden varmistamiseksi on kyettävä nut seuraaviin osa-alueisiin: talousturvalli- ken osaamisensa syvällisesti tarkkaan rajat- varmistamaan sen koko elinkaaren hallinta, Kriisinhallinta on syytä erotella (suur)onnettomuuksien hallinnasta (engl. Emergency suus, ruokaturvallisuus, terveysturvallisuus, tuun toimintaympäristöön. Mikrotason toi- josta selviää mistä data on muodostunut, kuympäristöturvallisuus, tur- minnalla eiactivities). tässä viitata organisaatioiden ko- ka sen omistaa, on käyttö- ja muok-on piandhenkilökohtainen Disaster Management Yksi merkittävä ero on, kenellä että kriisinhallinta valli-suus yhteisöturvallisuus sekä poliittinen koon, vaan valikoituun erikoisosaamiseen, kausoikeudet siihen sekä miten, kuinka kautempikestoista ja vaatii laajemman sidosryhmän kuin (suur)onnettomuuksien pelastusturvallisuus [6]. joita eri organisaatiot edustavat. Nämä eri an ja missä dataa säilytetään sekä milloin ja toiminta, kattaa vain lyhyen kohtuullisen selkeästi rajatun tehtäväkoKriisinhallinta on syytä erotellajoka (suur)ontasot eivät ajallisesti poissulje toisiaan, ne ovat ja pikemmiten se aikanaan tuhotaan. nettomuuksien hallinnasta (engl. Emergenkonaisuuden [7]. min toisiaan täydentäviä toimintoja kriisin- Viime aikoina on esitelty useiden projekcy and Disaster Management activities). Yksi hallinnassa [8]. tien lopputuloksina sosiaalisen median tek-

Kuva 1, Kriisin eri vaiheet

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

9


nologioihin perustuvia ratkaisuja, joiden oletetaan tuottavan tavalla tai toisella lisäarvoa kriisin- tai onnettomuuden hallintaprosesseihin. Tämän artikkelin tuottamisen yhteydessä tehdyn systemaattisen kirjallisuuskatsauksen perustella leimallista keskusteluille on ollut sen teknologiakeskeisyys, missä pyritään pohtimaan mihin uutta teknologiaa olisi helpointa soveltaa sen sijaan, että pyrittäisiin kehittämään pelastustoiminnan tai kriisinhallinnan prosesseja. Moderni lähestymistarkastelu, jota kuvaa käsite Knowledge Management (KM), pyrkii ongelmakeskeiseen lähestymiseen. Tarkastelun kohteena ovat prosessien muutokset. Tässä viitekehyksessä teknologia ei nähdä itseisarvona, vaan välineenä jolla toteutetaan tarvittava muutos prosessissa. KM käsitteiden mukaan tieto muodostuu yhdistämällä data asiantuntijuuteen, jonka pohjalta muodostuu informaatio. Informaatio taas on perusteltavissa olevan päätöksenteon peruspilari [2]. Tämän päivän tietoyhteiskunnan keskeisimpiä haasteita onkin syntyvän datan suuri määrä suhteessa asiantuntemukseen, sekä datan luottavuuteen, käytettävyyteen sekä omistajuuteen liittyvät kysymykset [11]. KM:ssä ilmiötä ei tarkastella pelkästään teknisestä viitekehyksestä, vaan prosessilla ja toimijoilla on ilmiössä yhtä suuri merkitys. KM on tapa tarkastella teknologian vaikuttavuutta suhteessa toiminnan kehitykseen siten, että kysymyksenasettelu lähtee enemmän toiminnan tarpeista kun teknisistä kysymyksistä, muodostaen dynaamisen vuorovaikutuksen teknologian ja käyttäjien välille. KM:n kolmas ulottuvuus on toimijat, joilla tässä yhteydessä tarkoitetaan käyttäjiä, sidosryhmiä sekä toiminnallista ympäristöä [12]. Toimintaympäristön kypsyydellä viitataan tässä kontekstissa siihen, että toiminnan ollessa varsin haastavaa poikkeuksellisessa ympäristössä, on kiinnitettävä erityistä huomiota, että teknologian käytettävyys täyttää käyttäjien ja toimintaympäristön sille asettamat vaatimukset. Käyttäjien kypsyyteen hyödyntää teknologiaa vaikuttaa myös suuresti systemaattinen koulutus ja tekninen tuki, joka varmistaa, että loppukäyttäjät ym-märtävät teknologian mukanaan tuoman lisäarvon [4, 12]. Kokonaisarkkitehtuuriajattelu, jota mm. Valtionvarainministeriön JulkIT-hanke on vahvasti esittämässä yleiseksi viitekehykseksi tulevaisuuden IT-strategioissa, tukee myös edellä kuvattua lähestymistä Kansalaiset voivat osallistua tiedon tuottamiseen kriisinhallinnan kannalta aktiivisina tai passiivisina toimijoina. Osallistuva havainnointi (participatory sensing), tarkoittaa tilannetta, jossa kansalaiset aktiivisesti tuottavat tietoa järjestelmään. Tietoa voidaan tuottaa joko online-laitteilla, kuten matkapuhelimilla tai offline-laitteilla, kuten kannettavat 10

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

tai työasematietokoneet. Lisäksi saman käsitteen alle luetaan usein myös sosiaaliseen mediaan kirjoittaminen. Sosiaalisessa medias­ sa syntyvä data on yksi keskeisimpiä informaation lähteistä myös kriisitilanteissa. Kansalaisilla on yhä suurempi rooli kriisitilanteissa informaation lähteinä. Kriisitilanteessa paikalla olevat henkilöt turvautuvat entistä enemmän erilaisiin sosiaalisen median sovelluksiin. Näistä yleisimpiä ovat tänä päivänä Facebook ja Twitter mutta sosiaalisen median laajamittaisen hyödyntämisen osalta ollaan vasta aivan alkumetreillä ja on syytä olettaa, että tulevaisuudessa eri tapoja ja eri tekniikoita tulee olemaan laajasti käytössä. Erilaiset sensorit ja mittauslaitteet yleistyvät jatkuvasti esimerkiksi kaupunkiympäris-tössä, ja niiden lähettämää tietoa voidaan hyödyntää uusin tavoin. Älypuhelimet sisältävät jo nyt monia erilaisia sensoreita ja niiden määrä tulee kasvamaan tulevaisuudessa. Ihminen voi myös toimia "sensorina" tekemällä erilaisia havaintoja esim. liikenteen ruuhkista tai kaupungin ilmanlaadusta, tai vedenkorkeudesta tulvan aikana. Osallistuvan havainnoinnin ratkaisuja on kehitetty eri tarpeisiin käyttäen erilaisia teknisiä havaintomenetelmiä. Alueelle on myös ehdolla arkkitehtuureja kuten G-Sense ja PRISM (Platform for Remote Sensing using Smartphones) [13] mutta sekä tekninen että toiminnallinen kehitys alalla on vielä varsin vilkasta, joten toimintamallit tulevat kehittymään jatkossa. Yhdysvalloissa on pitkä historia vapaaehtoisten havainnontekijöiden verkostojen hyödyntämisestä [14] ja todistettavasti niillä on ollut suuri merkitys varoituspäätöksen teossa [15]. Silminnäkijähavaintoja hyödynnetään varoitusprosessissa myös esimerkiksi Saksassa ja Unkarissa[16]. Suomessakin kansalaisten aktiivisesta osallistumisesta on jo kokemusta esimerkiksi voimakkaiden ukkospilvien aiheuttaman sään osalta. Siihen liittyvät havainnot perustuvat pääsääntöisesti ilmiön ja tuhojen silminnäkijähavaintoihin. Koska ukkospilvien vaikutusalue on yleensä pieni, ei niihin liittyvistä suurista rakeista, myrskypuuskista tai trombeista juuri koskaan saada havaintoja Ilmatieteen laitoksen havaintoasemilta. Suomessa VTT on ollut aktiivinen tutkija osallistuvan havainnoinnin alueella ja

kehittänyt omaa EnviObserver-tuotettaan, jota on pilotoitu mm. ilman- ja vedenlaatututkimuksessa. Pilottikäytössä olleella Levälahti-sovelluksella, jota on tehty yhteistyössä mm. Suomen ympäristökeskuksen, VTT:n ja WWF:n kesken, voi lähettää omia levähavaintoja älypuhelimella. Havainnoissa lähetettiin lämpötilatiedot, aikaleima ja GPStiedot sekä kamerakuva, jonka avulla ympäristökeskuksessa laskettiin sameus- ja näkyvyysarvot. Osallistuvaan havainnointiin soveltuvaa teknologiaa on siis jo laajasti kansalaisten käytettävissä, mutta motivointi on edelleen avoin kysymys. Aihetta on sivuttu useissa tutkimuksissa ja VTT:n on omassa raportissaan EnviObserver – Participatory Sensing Tool for Environmental Monitoring (VTT 2011) tehnyt yhteenvetoa ja todennut, että osallistuvan havainnoinnin sovellusten tulisi olla sellaisia, jotka motivoivat tekemään havainnointia. Kannustimet ja palautemenettelyt voidaan ottaa mukaan, mutta kannustimen ei tarvitse olla välttämättä rahallinen. Seuraavat seikat motivoivat osallistumista: • Relevanssi – palvelun täytyy olla merkityksellinen käyttäjälle ja liittyä hänen jo-kapäiväiseen elämäänsä • Välitön palaute käyttäjälle siitä, että annetut tiedot on otettu mukaan järjestelmään. • Palkkio – käyttäjille maksetaan tai annetaan maksutta tietoa, jota ei ole muuten yleisesti saatavilla. • Sosiaaliset näkökohdat – Mukaan tulevat käyttäjät saavat havainnoijan statuksen ja liittyvät vertaisverkostoon. • Muistutukset – käyttäjät muistutetaan havaintojen tekemisestä ja pyydetään mukaan uusiin havainnointihankkeisiin. Datan käyttöoikeudet ovat tärkeä kriteeri tiedon hyödyntämisessä. Esimerkiksi Twitter avaa vain osan liikenteestään kolmansien osapuolien käsiteltäväksi. Tällä tavoin datan omistaja voi sekä osallistua avoimeen jakeluun että pitää arvokkaimman raakamateriaalin itsellään. Tällaisin rajoituksin mahdollistetaan palveluiden sisältämän datan hyödyntäminen osana sovelluksia, mutta estetään da-

Ulkoasianministeriö käytti tehokkaasti sekä Facebookia että Twitteriä Japanin luonnonkatastrofissa.


tan kopioiminen kokonaisuudessaan louhittavaksi. Kolmansien osapuolien kyky seuloa tietoa keskusteluista tai tietokantoja on rajoitettu ja rajoitusten purku onnistuu korkeintaan investoimalla merkittäviä summia datan ostamiseen. [17] Avoimeksi onkin jäänyt keskustelu, millä perusteella kaupallinen yritys, tässä tapauksessa Twitter, on kyennyt määrittelemän kertyneen aineiston omistajuuden itselleen. Tyypillistä nykypäivän kriiseissä on, että ne koetaan varsin subjektiivisiksi. Se mikä on jollekin kriisitilanne, voi toiselle olla normaalia arkea. Juuri tämä tekee kriiseistä monitahoisia vaatien kriisinhallintaviranomaisilta poikkeuksellista monialaista osaamista hyödynnettäväksi lyhyessä ajassa kovan paineen alla. Päätöksentekoprosesseja onkin pyritty helpottamaan tuomalla tilanteeseen mukaan eri toimialojen asiantuntijuutta tulkitsemaan tilanteesta syntyvää dataa ja ennakoimaan mahdollisimman varhaisessa vaiheessa tilanteen muodostumista [9,11]. Kriisinhallinnan näkökulmasta kriittiseksi menestystekijäksi on muodostunut kyky saada mahdollisimman varhaisessa vaiheessa kokonaisvaltainen käsitys tapahtuneesta perustuen kertyneeseen luotettavaan dataan. Myös viranomaisten keskuudessa on alettu pohtia sosiaalisen median mukanaan tuomaa lisäarvoa. Viranomaiset etsivät jatkuvasti keinoja hyödyntää kansalasia lisäresursseina. Sosiaalinen media välineenä voi toimija näiden toimijoiden yhdistäjänä. Ilmiötä on alettu myös tutkia syvällisemmin. Ilmiön ympärille onkin syntynyt kokonaan oma tutkimusala, ’Crisis informatics’. Sosiaalisen median hyödyt näyttävät kiistattomilta; rat-kaisujen käytettävyys, kustannukset sekä käytön jatkuvuus ovat ominaisuuksia, jotka takaavat ratkaisujen laajamittaisen käytön lähitulevaisuudessakin. Käyttäjämäärät osoittavat, ettei kyseisen teknologian käytöstä tulla luopumaan lähitulevaisuudessa, joten on perusteltua arvioida, miten kriisinhallinta voi hyödyntää ko. teknologiaa. Haasteeksesi näyttää kuitenkin muodistuvan tietoturvallisuuteen liittyvät kysymykset.

Case-esimerkki Queenslandin tulvat ja Christchurchin maanjäristys Seuraavassa tarkastellaan Australiassa tehtyä tutkimusta, jonka aineistona oli vuoden 2011Queenslandin tulvat ja saman vuoden Christchurchin maanjäristys Uudessa Seelannissa. Kyseisen vuoden alkupuolella kohtasi Australian Queenslandia tulva peittäen nopeasti mm. mittavan osan Brisbanen kaupunkia. Pian tämän jälkeen koki myös Uusi Seelanti voimakkaan maanjäristyksen, mikä tuhosi minuuteissa suuren osan Christchurchin kaupunkia. Molempien vakavien krii-

Suomessakin kansalaisten aktiivisesta osallistumisesta on jo kokemusta esimerkiksi voimakkaiden ukkos­ pilvien aiheuttaman sään osalta. sien aikana todettiin sosiaalisessa mediassa dramaattinen viestiliikenteen kasvu Twittermikroblogipalvelussa. Kyseinen poikkeama herätti kiinnostuksen tutkimaan ilmiötä sekä arvioimaan, sisältävätkö kansalaisten sosiaalisen median kautta lähtemät viestit kriisinhallinnan viitekehyksestä sellaista tietoa, jota voidaan tulkita kriisinhallinnan näkökulmasta heikoiksi signaaleiksi, varhaisiksi varoituksiksi tai voidaanko syntynyttä dataa muutoin hyödyntää kriisinhallinnassa tai onnettomuustilanteissa? Työssä määriteltiin edellä mainitut UNDP:n turvallisuuden osa-alueet luokiksi, joihin sosiaalisessa mediassa onnettomuustilanteeseen liittyvät viestit pyrittiin luokittelemaan. Tavoitteena oli todentaa pystytäänkö viestien perusteella määrittelemään minkä tyyppisestä onnetonmudesta on mahdollisesti kysymys, jotta tarvittavat asiantuntijaresurssit voidaan ottaa käyttöön mahdollisimman varhaisessa vaiheessa. Ennen luokittelua oli kuitenkin kyettävä erottelemaan inhimillisen turvallisuuden näkö-kulmasta relevantti data. Tämä toteutettiin käytännössä hyödyntämällä tiedolla johtamisen teoriaa (Knowledge Management, KM) Nonaka jonka mukaan maailma on täynnä dataa, josta syntyy informaatiota tietämyksen ja viisauden pohjaksi, kun asiantuntija kykenee tekemään johtopäätöksiä datan perusteella [3, 12]. Käytännössä mallissa pyritään inhimillisen turvallisuuden avainkäsitteiden perusteella poimimaan tähän kontekstiin olennainen data arvioitavaksi. Kun kontekstin kannalta olennainen informaatio on eroteltu datasta, tapahtuu itse uuden tiedon luokittelu [3]. Tutkimuksen tausta-aineisto kerättiin Twitter mikroblogi -palvelusta, joka on yksi maailman käytetyimmistä sosiaalisen median sovelluksista. Twitterin perusideana on tarjota massajakeluna reaaliaikaista lyhytsanomapalvelua (max 140 merkkiä). Viestit voidaan myös liittää metadataan lisäinformaatiota varten. Keskeisenä ominaisuutena Twitterissä on, että käyttäjät rajaavat viestit tiettyihin sisältöihin, joka on helpotti myös tässä tutki-muksessa esitettyihin kriiseihin liittyvien viestien hakua [18]. Tutkimus toteutettiin vuoden 2011 ja sen tavoitteena oli luoda Twitter mikroblogi -pal-

velun kautta kyseisten kriisien aikana lähetetyille viestille luokittelukriteeristö sekä ohjeistus aineiston luokittelulle inhimillisen turvallisuuden viitekehyksestä. Ttavoitteena oli että jatkossa mallista voitaisiin luoda geneerinen, jotta se soveltuu laajemminkin datan luokitteluun kriisitilanteissa. Tutkimuksessa käytetty aineisto valikoitui avainkäsitteiden perusteella noin 48000 twitter-viestistä, jotka oli tuotettu noin 18000 eri lähteestä, tässä tapauksessa viestien kirjoittajasta. Analyysivaiheeseen valikoitui satunnaisotannalla 339 viestiä, jotka luokiteltiin manuaalisesti kolmen tutkijan voimin. Luokittelu tapahtui kahdessa eri vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa pyrittiin erottelemaan datainformaatiosta. Annettu ohjeistus tukehtui vahvasti Nonakan ja Takeuchin vuonna 1995 kuvaamaan tietoteoriaan (Knowledge Management, KM) [12]. Tämän mukaan maailma on täynnä dataa, jota ei voi eikä tarvitse hallita. Datasta syntyy informaatiota tietämyksen ja viisauden pohjaksi asiantuntijan kyetessä tekemään johtopäätöksiä datan perusteella. [3]. Työssä siis pyrittiin ensimmäisessä vaiheessa erottelemaan kriisinhallinnan näkökul-masta sellaiset viestit, jotka viittasivat johonkin inhimillisen turvallisuuden osa-alueeseen. Nämä viestit tunnistettiin informaation lähteiksi ja loput kontekstin kannalta merkityksettömäksi dataksi, jota ei hyödynnetty jatkokäsittelyssä. Toisen vaiheen luokittelun perustana käytettiin UNDP:n (United Nations Development Programme) vuonna 1994 julkaistua Human Development -raporttia [6]. Kerätty aineisto luokiteltiin raportin mukaisten osaalueiden perusteella. Luokittelua varten kirjoitettiin erillinen ohjeistus (guidelines), jonka luotettavuutta testattiin Cohen's kappa -menetelmän avulla. Menetelmä on luokkamuuttujien välinen yhtäpitävyyden mitta ja jolla arvioidaan useamman arvioitsijan luokittelun menettelytavan yhtäpitävyyttä. Kappa-arvo on tilastotieteellinen laskennallinen arvo, jota voidaan soveltaa monenlaiseen käyttöön ja joka on tilastollinen mitta tutkijoiden välisestä luotettavuudesta (interrater reliability). Kappa-arvoa pidetään vankempana mittana kuin yksinkertaista prosentuaalista yhtäpitävyyden PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

11


laskemista, koska kappa-arvo ottaa huomioon myös sattuman. Manuaalisia luokittelukierroksia tehtiin kolme kappaletta, joiden välissä ohjeistuksia tarkennettiin tutkijoilta saadun palautteen perusteella. Ensimmäisen vaiheen luokittelu onnistui tutkijoilta ensimmäisestä kierroksesta lähtien Cohen's kappa-vertailun perusteella kiitettävästi. Luokittelun jälkeen noin 24 % havaintoaineistosta päätyi hyödynnettäväksi luokittelun toiselle kierrokselle. Toisen kierroksen luokittelun ohjeistus oli ensimmäisellä kierroksella puutteellista johtaen siihen, etteivät tutkijat päässeet yksimielisyyteen. Ohjeistusten tarkennusten jälkeen toisen kierroksen luokittelun luotettavuus saatiin Cohen's kappa-vertailun perusteella hyväksyttäväksi ja yhtäpitäväksi,. Haasteellisimmiksi luokitteluluokiksi osoittautuivat viestit, joissa viitat-tiin henkilökohtaiseen, yhteisölliseen tai ympäristöön liittyviin uhkiin. Helpoimmin luokiteltavia olivat talousturvallisuus, ruokaturvallisuus, terveysturvallisuus sekä poliittiseen turvallisuuteen liittyvät viestit.. Tuloksena syntyi luotettava luokittelukriteeristö, jonka avulla saadaan tuotettua sosiaalisessa mediassa syntynyt relevantti data oikeiden asiantuntijoiden käyttöön perustuen UNDP:n määrittelyihin. Kriisinhallinnan tavoitteiden mukaisiin ennaltaehkäiseviin toimenpiteisiin tähtääviin prosessin muutoksiin päästään, kun asiantuntijoiden analyysien perusteella saadaan entistä aiemmin kokonaiskuva poikkeavasta yhteiskunnallisesta tilanteesta.

Pohdintaa Kehittyvissä yhteiskunnissa sosiaalinen media näyttää olevan luonnollinen ja moderni kehitystrendi datan tuottamiselle, jota kriisinhallinnankin tulisi kyetä hyödyntämään. Kerätty data tulisi olla kriisinhallinnan kriittisen tarkastelun kohde mahdollisten heikkojen signaalien tunnistamiseksi. Sosiaalisen median hyödyntäminen näyttää olevan myös varteenotettava keino saada kansalaiset aktiivisiksi toimijoiksi kriisitilanteissa. Poikkeavaan tilanteeseen ajautuneet kansalaiset, jotka välittävät dataa kohteesta, voidaankin määritellä interaktiivisiksi mobiileiksi sensoreiksi, jotka toimivat aktiivisina datan lähteinä. Tehdyn tutkimuksen pohjalta voi todeta, että sosiaalinen media on kriisitilanteissa runsas datan lähde, jonka informaatioarvoa tulee kuitenkin kyetä tarkastelemaan kriittisesti. Syntyneen datan hyödynnettävyys kriisin- tai onnettomuuksienhallinnan aineistona vaatii, että koko data ja datan luotettavuus hallitaan aina koko sen elinkaaren ajan. Tähän tarvitaan valmiita ja testattuja menetelmiä, joilla voidaan varmistaa data luotettavuus sekä luokitella ja analysoida tietoa, niin 12

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

että datasta nousee merkityksellinen sekä tilannekuvan rakentamiseen ja päätöksenteon pohjaksi soveltuva informaatio esiin. Kritiikkiä kohdistuu tietoturvallisuuteen liittyviin kysymyksiin, kuten esimerkiksi siihen miten varmistetaan tiedon oikeellisuus, muuttumattomuus (eheys) sekä datan luotettavuus. Lisäksi keskeisiksi kysymyksiksi nousevat aineiston omistajuuteen, editointiin, arkistointiin, kaupalliseen käyttöön sekä tuhoamiseen liittyvät kysymykset, jotka tulisi olla etukäteen määriteltyä ennen datan laajamittaisempaa hyödyntämistä. nousevat esiin, kun kehitetään ja käyttöönotetaan osallistuvaan havainnointiin tukeutuvia järjestelmiä. Tätäkin on tutkittu varsin laajasti ja mm. VTT on havainnut omissa piloteissaan asian tärkeyden. He havaitsivat myös ristiriidan yksityisyyden suojan ja tietojen laadun välillä. Käyttäjiä olisi ollut tarpeen luokitella, jotta saatuja tietoja olisi voitu evaluoida. Mutta vaatimalla käyttäjäprofiilia ja mahdollista rekisteröitymistä olisi toisaalta rajoitettu halukkaitten osallistujien määrää ja samalla hyödyllisten havaintojen määrää. Suomalaisten turvallisuustoimijoiden näkökulmasta oleellista on, ettei tarkastelun asettelu ole teknologiakeskeistä, eikä pidättäydytä juuri nyt käytössä olevien teknologioiden hyödyntämiseen. Tarkastelussa onkin syytä laajemmin ottaa haltuun käynnissä oleva tietoyhteiskunnan uusi murros ja arvioida, millä reunaehdoilla sosiaalisen median ja muiden kehittyvien järjestelmien kautta syntyvä informaatio voidaan parhaiten hyödyn-tää kriisitilanteissa. Tulevaisuuden teknologiset kehityssuunnat ja niiden käyttötapojen ollessa tuntemattomia, olisi loogista pyrkiä luomaan kehityspolku tukemaan ongelmakeskeistä ratkaisua, jossa huomioidaan myös toimintaympäristön kypsyys teknologian avulla toteutettavaan prosessinmuutokseen.

LÄHDELUETTELO 1. Kohti esteetöntä tietoyhteiskuntaa. Toimenpideohjelma 2011–2015 Liikenne- ja viestintäministeriö, Ohjelmia ja strategioita 1/2011. 2. Awad, E.M.,
Ghaziri, H. Knowledge Management. Prentice Hall, 2004. 3. Bali, R.K., Wickramasinghe, N.,Lehaney. B. Knowledge Management Primer. Routledge, USA, 2008 4. Aaltonen, M., The third lens: multi-ontology sense-making and strategic decisionmaking. Ashgate Publishing House, 2007. 5. Koraeus, M., Who Knows? The Use of Knowledge Management in Crisis Crisis Management Europe Research Program, Volume 36, Swedish National Defence College and CRISMART, 2008.

6. UNDP, The United Nations Development Programme's 1994 Human Development Report: http://hdr.undp.org/en/reports/global/hdr1994/. Haettu 15.1.2013 7. McLoughlin, D. A Framework for Integrated Emergency Management: A Challenge for Public Administration. Public Administration Review Vol. 45 pp. 165–172. 1985. 8. Häikiö, A., Narrow and Broad Interpretation of the Priority Areas in Civilian Crisis Management' Teoksessa Korhonen S, Sumuvuori J. 2006: 'From Conflicts to Development An Introduction to EU Civilian Crisis Management.' Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 2006. 9. Immonen, A., Rantanen, H.. Informaatio- ja kommunikaatioteknologian (ICT) liiketoimintamahdollisuudet kriisinhallinnassa’ Pelastusopiston julkaisu B-sarja: Tutkimusraportit 4/2011. ISBN 978-952-590511. 2011. 10. Pääministerin vastaus kirjalliseen kysymykseen Sähköisen kriisiviestinnän paranta-misesta KK 1406/2010 vp http://www. eduskunta.fi/faktatmp/utatmp/akxtmp/ kk_1406_2010_p.shtml 11. Immonen, A., Bali, RK., Naguib, R., 2009: 'Towards a Knowledge-Based Conceptual Model for Post-Crisis Public Health Scenarios.' 4th International Conference Humanoid, Nanotechnology, Information Technology Communication and Control, Environment and Management (HNICEM). The Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE). 12. Nonaka, I., & Takeuchi, H. The knowledge-creating company. Oxford University Press, 1995. 13. Perez, A., Labrador, M., Barbeau. GSense: A Scalable Architecture for Global Sensing and Monitoring. IEEE Networks. 24, 4 s. 57–64. 2010. 14. Doswell ym. 1999; Moller 2001 Doswell III, C. A., Moller, A. R. ja Brooks, H. E. 1999. Storm spotting and public awareness since the first tornado forecasts of 1948. Wea. Forecasting, 14, s. 544–557. 2001 15. McCarthy, D. H. 2002. The role of ground-truth reports in the warning decision-making process during the 3 May 1999 Oklahoma tornado outbreak. Wea. Forecasting,17, s. 647–649. 2002. 16. Rauhala, J. ja. Schultz, D. M. Severe thunderstorm and tornado warnings in Europe. Atmos. Res. 93, s. 369–380. 2009 17. Alanko Big data ja yksityisyydensuoja lähde http://ivorio.fi/fi/blogi/big-data-ja-yksityisyydensuoja. Haettu 26.4.2013 18. Welcome to Twitter. Available: http:// twitter.com. 2012


Esa Kokki, Pelastusopisto, PL 1122, 70820 Kuopio

Häkä asuintaloissa

Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella häkäpitoisuuksia Itä-Suomen asuinrakennuksissa talvella 2011. Tutkimuksen aineisto kerättiin kyselylomakkeella neljän pelastusalueen palotarkastusten yhteydessä. Häkäpitoisuuksien mittaamisessa käytettiin pelastusviranomaisten häkämittareita. Aineisto analysoitiin kuvailevin tilastollisin menetelmin. Joka kymmenennessä asuinrakennuksessa esiintyi kohonneita häkäpitoisuuksia. Asuinrakennusten pääasiallinen hään lähde oli leivinuuni. Lämmityskaudella tulisijaa käytettiin viikoittain. Häkävaroitin oli hankittu joka kolmanteen asuntoon. Puolet varoittimista oli asennettu seinälle ja puolet kattoon. Mitä vanhempi ja kokeneempi tulisijan käyttäjä oli, sitä useammin asuinrakennuksessa ilmeni kohonneita häkäpitoisuuksia. Palamisen pitkittämisellä, säätämällä savuhormin sulkupeltiä pienemmälle ja pellin aikaisella sulkemisella, oli yhteys kohonneisiin häkäpitoisuuksiin. Kohteissa, joissa mitattiin kohonneita häkäpitoisuuksia, asukkaat kokivat useasti terveydentilansa huonoksi.

JOHDANTO Häkää syntyy, kun palaminen on epätäydellistä. Suomessa todetaan vuosittain noin sata kuolemaan johtanutta häkämyrkytystä. Tilastokeskuksen kuolemansyytilastojen mukaan 5–20:ssä tapauksista häkäkuolema ei ole liittynyt tulipaloon. [1,2] Häkämyrkytysten ennaltaehkäisy on osa pelastuslaitosten riskienhallintatyötä. Pelastusalan asiantuntijat ovat arvioineet, että kaikilla kansalaisilla ei ole riittävää kokemusta tulisijojen käytöstä, eivätkä he myöskään ole

saaneet siihen asianmukaista perehdytystä. Toisaalta on epäilty, että myös kokeneet tulisijojen käyttäjät saattavat altistua arjessaan korkeille häkäpitoisuuksille. Palotarkastajat pyrkivät suosittelemaan häkävaroittimia kohteisiin, joissa häkäesiintymän riski on kohonnut. Häkäonnettomuuksien ehkäisyssä on esitetty erilaisia näkemyksiä häkävaroittimen oikeasta sijoittelusta. Häkäkaasujen käyttäytymistä erilaisissa rakennuksissa ei ole pystytty uskottavasti todentamaan, koska ilman liikkuminen tilassa riippuu monista tekijöistä, muiden muassa ilmanvaihdon voimakkuudesta ja häkäkaasujen lämpötilasta.

TUTKIMUKSEN TAVOITTEET Tutkimuksen [3] tavoitteena oli tarkastella häkäpitoisuuksia tutkimusalueen asuinrakennuksissa talvella 2011, lämmityskaudella. Varsinaisia tutkimuskysymyksiä olivat: • Onko käyttökokemuksella yhteyttä tulisijojen käyttöön? • Onko tulisijojen tai hormien iällä yhteyttä häkäesiintymiin? • Onko ilmanvaihtojärjestelmillä yhteyttä häkäesiintymiin? • Onko muita tekijöitä, joilla on yhteyttä häkäesiintymiin? • • Onko häkäpitoisuuksilla yhteyttä asukkaiden terveydentilaan?

TUTKIMUSAINEISTO Aineisto kerättiin 1.1.–30.4.2011 välisenä aikana Etelä-Karjalan, Etelä-Savon, PohjoisKarjalan ja Pohjois-Savon pelastuslaitosten alueilla asuinrakennusten palotarkastusten yhteydessä. Häkäpitoisuudet mitattiin kaikissa kohteissa samanlaisella häkämittarilla. Kyselyllä kerättiin rakennusten tulisijojen käyt-

töön ja asukkaiden terveyteen liittyviä tietoja. Havaintoja kertyi yhteensä 754 kappaletta, mikä on noin viidesosa alueella tehdyistä palotarkastuksista (Taulukko 1). Analysoinnissa aineistoa kuvailtiin tunnuslukujen ja kuvioiden avulla. Muuttujien välisiä riippuvuuksia tarkasteltiin ristiintaulukoinnilla ja testattiin siihen liittyvällä khii-toiseen -testillä. Muuttujien keskilukujen eroja testattiin Mann Whitneyn U- ja Kruskall-Wallisin testillä.

TULOKSET Rakennukset Lähes kaikki aineiston rakennukset olivat omakotitaloja. Rivitaloja ja kerrostaloja oli yhteensä 12 kappaletta. Yleisin rakentamisajankohta oli 1980-luku. Rakennuksista kolmannes oli rakennettu vuosien 1980–1999 välisenä aikana. Vanhin rakennus oli arvioitu olevan vuodelta 1800 ja uusin rakennuksista oli valmistunut tarkastusvuonna. Tutkimusaineiston asuinrakennusten jakauma vastaa hyvin pitkälti Suomen asuinrakennuskantaa [2]. Vuosina 1980–1999 rakennettuja oli aineistossa hieman enemmän (35 %) kuin koko maan asuinrakennuskannassa (28 %). Rakennusten ilmanvaihto tapahtui pääasiassa painovoimaisesti (71 %). Koneellinen poistoilmanvaihto oli noin 15 prosentissa kohteissa. Koneellinen tulo- sekä poistoilmanvaihto oli 14 prosentissa kohderakennuksista. Kolmasosassa kohteista oli tehty ikkunaremontti. Näistä 85 prosenttia oli kohteita, joissa oli painovoimainen ilmanvaihto. Kohteista 6 prosentissa ikkunaremontPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

13


Taulukko 1. Palotarkastusten ja palautettujen tutkimuslomakkeiden määrät pelastuslaitoksittain tutkimusajanjaksolla. palotarkastuksia

ti oli tehty viiden vuoden kuluessa. Ikkunatiivisteet oli vaihdettu viiden vuoden sisällä 29 prosentissa kohteista. Näistä 71 prosenttia oli kohteita, joissa on painovoimainen ilmanvaihto. Kolmasosassa kohteista tulisijan yhteydessä oli oma tuloilmalähde.

Tulisijat ja muut asuinrakennusten häkälähteet Asuinrakennuksissa oli tulisija kahdeksaa kohdetta lukuun ottamatta. Kolmasosassa oli kaksi tulisijaa ja lähes yhtä usein asuinrakennuksessa oli yksi tulisija. Yhdessä kohteessa oli kahdeksan käytössä olevaa tulisijaa. Tulisijojen käyttöaste lämmityskaudella oli korkea. Tulisijaa lämmitettiin päivittäin 78 prosentissa ja viikoittain 19 prosentissa kohteista. Kolme neljäsosaa hormeista oli yli 20 vuotta vanhoja. Lisäksi 15 prosenttia oli yli 10 vuotta vanhoja hormeja. Suurimmassa osassa hormin ikä vastasi tulisijan ikää. Ainoastaan kiukaiden kohdalla tulisija oli useimmiten nuorempi kuin hormi. Suurimmassa osassa (87 %) kohteista lakisääteinen nuohous oli tehty viimeisen 12 kuukauden aikana. 65 kohteissa, joissa lakisääteisestä nuohouksesta aikaa oli yli vuosi, useimmiten tulisijaa käytettiin kuitenkin päivittäin. Muutamissa kohteissa nuohous oli tehty omatoimisesti ja joissakin hormia ei oltu nuohottu lainkaan, vaikka tulisijaa käytettiin päivittäin. Asuinrakennuksista 318 kohteessa oli leivinuuni (Taulukko 2). Liesileivinuuniyhdistelmä oli 313 kohteessa. Puulämmitteinen kiuas oli 274:ssä ja muuripata 22 kohteessa. Takka oli 214 kohteessa, takkaleivinuuniyhdistelmä 99 kohteessa ja avotakka 22 kohteessa. Keskuslämmityskattila oli 89 kohteessa. Lämmitysuuni tai -kamina oli 90 kohteessa. Puolet tulisijoista oli yli 20 vuotta vanhoja. Takkaleivinuuniyhdistelmät ja kiukaat olivat ainoat tulisijatyypit, joissa yli 20 vuotta vanhempia oli alle puolet. Puolet tulisijoista oli tehdasvalmisteisia ja puolet paikalla muurattuja. Liesileivinuuneista, leivinuuneista, avotakoista ja lämmitysuuneista yli kaksi kolmasosaa oli paikalla muurattuja. Neljäsosassa kohteista oli savuhormissa savupelti, joissa oli täysin tiiviin sulkemisen estävä lovi tai reikä. Kolmasosassa kohteista ainakin yksi tulisija oli kytketty savuhormin lisäksi erilliseen häkähormiin. Kyselylomakkeella kysyttiin muista mahdollisista häkälähteistä. Käytössä olevia nes14

palautettuja lomakkeita

lomakkeita / palotarkastuksia

Etelä-Karjala

735

95

13 %

Etelä-Savo

311

159

51 %

Pohjois-Savo

471

41

9%

Pohjois-Karjala

1 912

459

24 %

Yhteensä

3 429

754

22 %

Analysoinnissa aineistoa kuvailtiin tunnuslukujen ja kuvioiden avulla. Muuttujien välisiä riipTaulukko 2.tarkasteltiin Tulisijojenristiintaulukoinnilla lukumäärä asuinrakennuksissa pääasiallinen lähde. puvuuksia ja testattiin ja siihen liittyvällähäkäkaasujen khii-toiseen -testillä. Muuttujien keskilukujen eroja testattiin Mann Whitneyn U- ja Kruskall-Wallisin testillä. tulisija, pääasiallinen pääasiallinen TULOKSET lähde, n (%) lähde / tulisija, n % Rakennukset

Liesileivinuuni 313 92 (17 %) 29 % Lähes kaikki aineiston rakennukset olivat omakotitaloja. Rivitaloja ja kerrostaloja oli yhteensä 12 kappaletta. Yleisin rakentamisajankohta oli 1980-luku. Rakennuksista kolmannes oli Leivinuunivuosien 1980–1999 välisenä 318 aikana. Vanhin 310 (56rakennus %) 97olevan % rakennettu oli arvioitu vuodelta 1800 ja uusin rakennuksista oli valmistunut tarkastusvuonna. Tutkimusaineiston asuinrakennusten jakauma vastaa hyvin pitkälti Suomen asuinrakennuskantaa [2]. Vuosina 1980–1999 Takkaleivinuuni 99 56 (10 57 % rakennettuja oli aineistossa hieman enemmän (35 %) kuin%) koko maan asuinrakennuskannassa (28 %). Avotakka 22 1 (0 %) 5% Rakennusten ilmanvaihto tapahtui pääasiassa painovoimaisesti (71 %). Koneellinen poistoilmanvaihto oli noin 15 prosentissa kohteissa. Koneellinen tulo- sekä poistoilmanvaihto oli 14 Takka 214 71 (13 oli %)tehty ikkunaremontti. 33 % Näistä 85 prosentissa kohderakennuksista. Kolmasosassa kohteista prosenttia oli kohteita, joissa oli painovoimainen ilmanvaihto. Kohteista 6 prosentissa ikkunaremontti oli tehty viiden vuoden kuluessa. Ikkunatiivisteet oli vaihdettu viiden vuoden sisällä Kiuas 274 3 (1 %) 1% 2

Muuripata

22

0 (0 %)

0%

Lämmitysuuni

69

10 (2 %)

14 %

Lämmityskamina

21

0 (0 %)

0%

Keskuslämmityskattila

89

6 (1 %)

4%

Tieto puuttuu Yhteensä

205 1 441

754 (100%)

te-Häkäpitoisuus ja maakaasulaitteita oli harvoin, seitse- Häkäpitoisuus asuinrakennuksissa asuinrakennuksissa mässä prosentissa kohteista. Asunnon lähelkohteessa havaittiin Joka kohonneita häkäpitoisuuksia (Taulukko kymmenennessä kohteessa havaittiin3). Niissä läJoka oleviakymmenennessä autokatoksia, voimakasta tupakoin84 kohteessa, joissa hetkellinen pitoisuus poikkesi nollasta, pienin mitattu arvo tia tai maakellaria ei myöskään mainittu mo- kohonneita häkäpitoisuuksia (Taulukkooli3).2 ppm ja korkein 500 ppm. Korkeimman hetkellisenNiissä pitoisuuden mediaani olihetkellinen 18 ppm japitoikeskiarvo 32 84 kohteessa, joissa nesti häkälähteenä. ppm. Niissä 76 kohteessa, joissa 15 minuutin kertymä poikkesi nollasta, pienin arvo arvo Asukkaat nimesivät pääasialliseksi häkäkaa- suus poikkesi nollasta, pienin mitattu mitattu oli 1 ppm ja korkein 130 ppm. Häkäpitoisuuden 15 minuutin kertymän mediaani oli 15 ppm ja sujen lähteeksi useimmiten (310 kertaa) lei- oli 2 ppm ja korkein 500 ppm. Korkeimkeskiarvo 22 ppm. vinuunin. Niissä kohteissa, joissa leivinuuni man hetkellisen pitoisuuden mediaani oli 18 oli lähes kaikissa, se oli nimetty pääasiallisek- ppm ja keskiarvo 32 ppm. Niissä 76 kohteessa, joissa 15 minuutin kertymä poikkesi lähteeksi (Taulukko 2).

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

4


Taulukko 3. Mitattuja häkäpitoisuuksia.

si nollasta, pienin mitattu arvo oli 1 ppm ja korkein 130 ppm. Häkäpitoisuuden 15 minuutin kertymän mediaani oli 15 ppm ja keskiarvo 22 ppm. Palotarkastusten yhteydessä tulisijaa lämmitettiin parhaillaan kahdessa kohteessa kolmesta. Yhdeksässä kymmenestä kohteesta tulisijaa oli lämmitetty vuorokauden aikana. Häkävaroitin oli 29 prosentissa kohteista. Vähän yli puolessa häkävaroitin oli asennettu seinälle ja vajaassa puolessa kattoon. Joka neljännessä kohteessa häkävaroitin on joskus hälyttänyt.

Asukkaat ja tulisijojen käyttäjät Suurin osa vastaajista asui useamman hengen taloudessa, yksin asuvia miehiä oli 18 prosenttia ja yksinasuvia naisia 8 prosenttia vastaajista. Tulisijojen pääasiallisen käyttäjän keskimääräinen ikä oli 55 vuotta. Asunto ja tulisija olivat asukkaille tuttuja. Nykyisessä asunnossa asumisajan keskiarvo oli 21 vuotta ja nykyisenkaltaisen tulisijan käyttökokemus keskimäärin 27 vuotta. Suurin osa tulisijojen käyttäjistä (79 %) sulkee savuhormin pellit kokonaan vasta kun kekäleiden hehku on loppunut. Vastaajista 16 prosenttia sulkee pellin, kun tulipesässä on punahehkuisia kekäleitä. Vastaajista 5 prosenttia sulkee pellin vanhan ajan ohjeiden mukaan, kun siniset liekit häviävät. Joka kolmas vastaaja myönsi pitkittävänsä palamista säätämällä savuhormin sulkupeltiä. Joka kolmas myönsi polttavansa roskia tai muita epäpuhtaita materiaaleja tulisijassaan. Lähes puolet vastaajista (44 %) ei ollut saanut opastusta tulisijojen käyttöön. Opastusta saaneista 23 prosenttia oli lukenut ohjeet tulisijan käyttöohjeesta. Loput olivat saaneet opastusta muualta, useimmiten perinnetietoa.

Asukkaiden terveystiedot Tutkimuksessa haluttiin selvittää asuinrakennuksissa esiintyvien korkeiden häkäpitoisuuksien vaikutuksia. Vaikutusten selvittämiseksi asukkailta kysyttiin terveystietoja yhdeltä henkilöltä asuinrakennusta kohti. Vastauksia saatiin 746 asukkaalta. Terveystietoihin vastanneista 68 prosenttia oli miehiä. Vastaajien keskimääräinen ikä oli 58 vuotta. Asukkaista 42 prosenttia tunnusti tupakoineensa säännöllisesti joskus elämänsä aikana. Nykyisin päivittäin tupakoi 17 prosenttia ja satunnaisesti tupakoi 7 prosenttia vastaajista. Kaksi kolmesta vastaajasta arvioi oman terveydentilansa hyväksi. Huonoksi terveydentilansa arvioi 6 prosenttia vastaajista. Häkäaltistuminen voi aiheuttaa erilaisia ihmisille oireita tai vaivoja [1]. Moni näistä oireista tai vaivoista on varsin yleisiä ja niitä voi aiheutua monista muistakin syistä. Nenän

Häkäpitoisuus 0 ppm, n (%) Korkein

Nollasta poikkeavat häkäpitoisuudet [ppm] vaihteluväli

mediaani

(min, max)

keski-

keski-

arvo

hajonta

657 (87 %)

(2, 500)

18

32

58

678 (90 %)

(1, 130)

15

22

23

hetkellinen pitoisuus 15 minuutin kertymä

Palotarkastusten yhteydessä tulisijaa lämmitettiin parhaillaan kahdessa kohteessa kolmesta. Yhdeksässä kymmenestä kohteesta tulisijaa oli lämmitetty vuorokauden aikana. Häkävaroitin oli 29 prosentissa kohteista. Vähän yli puolessa häkävaroitin oli asennettu seinälle ja vajaassa puolessa kattoon. Joka neljännessä kohteessa häkävaroitin on joskus hälyttänyt.

tukkoisuutta ja nuhaa oli ilmennyt viimeisen Tässä esitellään ne tulokset, missä yhteys oli Asukkaat ja tulisijojen puolen vuoden aikana läheskäyttäjät puolella vastaa- tilastollisesti merkitsevä. jista. Päänsärkyä ja pahoinvointia oli esiintySuurin osa vastaajista asui useamman hengen taloudessa, yksin asuvia miehiä oli 18 prosentnyt neljännellänaisia vastaajista. Allergia-, sil- Korkea häkäpitoisuus ja tia joka ja yksinasuvia 8 prosenttia vastaajista. Tulisijojen pääasiallisen käyttäjän keskimäämien ärsytys-, ärsytys-, kurkun tai nie- olivat räinen ikä olinenän 55 vuotta. Asunto ja tulisija asukkaillekäyttö tuttuja. Nykyisessä asunnossa tulisijojen lun ärsytys- ja nenän kuivuusoireita -vaiasumisajan keskiarvo oli 21 vuotta jatai nykyisenkaltaisen tulisijan käyttökokemus keskimäärin 27 vuotta. voja oli ilmennyt noin joka viidennellä vastaa- Tulisijojen pääasiallisen käyttäjän iällä oli yhjalla. Hengitysvaikeuksia, sydänperäistä rin- teys korkeisiin häkäpitoisuuksiin. Mitä vanSuurin osa tulisijojen käyttäjistä (79 %) sulkee savuhormin pellit kokonaan vasta kun kekäleitakipua ja huimausta oli esiintynyt noin jo- hempi tulisijan käyttäjä oli, sitä useammin den hehku on loppunut. Vastaajista 16 prosenttia sulkee pellin, kun tulipesässä on punahehkohteessa mitattiin korkeita häkäpitoisuukkakuisia kymmenennellä vastaajalla. Pahoinvointi kekäleitä. Vastaajista 5 prosenttia sulkee pellin vanhan ajan ohjeiden mukaan, kun sini(p=0.045). palamista Nykyisen säätämällä kaltaisten tulisijojen onsetvaivannut 6 prosenttia vastaajista viimeiliekit häviävät. Joka kolmas vastaaja myönsisiapitkittävänsä savuhormin sulkupeltiä. sen puolen vuoden aikana. oireista päänsärkyä käyttökokemuksella oli yhteys korkeisiin häesiintyy tutkimusjoukossa hieman vähemmän käpitoisuuksiin. Mitä pidempi tulisijan käytJokayleisesti kolmasväestössä. myönsi polttavansa roskia tai muitatökokemus epäpuhtaitaoli, materiaaleja tulisijassaan. Lähes kuin Vuonna 2007 miehissitä useammin kohteessa mipuolet vastaajista (44 %) ei ollut saanut opastusta tulisijojen käyttöön. Opastusta saaneista 23 täprosenttia 32 prosenttia ja naisista 44 prosenttia iltattiin korkeita häkäpitoisuuksia (p=0.004). oli lukenut ohjeet tulisijan käyttöohjeesta. Loput olivat saaneet opastusta muualta, moitti kärsineensä päänsärystä [4]. Savuhormin sulkupellin sulkemisajankohuseimmiten perinnetietoa. Sairauksista keuhkoputken tulehdus, keuh- dalla oli yhteys korkeisiin häkäpitoisuuksiin. Asukkaiden terveystiedot kokuume tai muu hengitystieinfektio oli lää- Mitä aikaisemmin hormin pelti suljettiin, sikärin toteama viimeisen puolen vuoden ai- tä useammin kohteessa mitattiin korkeita häkana yhteensä 62 henkilöllä (6 %). Allergi- käpitoisuuksia (p=0.001). Palamisen aikaiselnen nuha oli 53 henkilöllä (7 %) ja astma la savuhormin pellin säätämisellä oli yhteys 45 henkilöllä (6 %). Keuhkoahtaumatau- 5 korkeisiin häkäpitoisuuksiin. Kun palamista ti oli lääkärin toteama 16 henkilöllä (2 %) pitkitettiin säätämällä savuhormin sulkupelja silmän sidekalvontulehdus 15 henkilöl- tiä pienemmälle, kohteessa mitattiin korkeilä (2 %). Lääkärin toteama keuhkosyöpä oli ta häkäpitoisuuksia useammin, kuin kohteisyhdellä henkilöllä. Sairauksista astman esiin- sa, joissa palamista ei pitkitetty (p=0.018). tyvyys tutkimusjoukossa on hieman korkeampi kuin yleisesti väestössä. Vuonna 2007 Korkea häkäpitoisuus ja miehistä 4 prosentilla ja naisista 5 prosentil- kohteiden tiedot la oli lääkärin toteama tai hoitama astma [4]. Leivinuunien iällä oli yhteys korkeisiin 15 minuutin häkäpitoisuuskertymiin. Mitä vanKorkeat häkäpitoisuudet hempi leivinuuni oli, sitä korkeampia pitoiKorkean häkäpitoisuuden rajana tutkimuk- suuskertymiä mitattiin (p=0.038). Leivinuusessa käytettiin arvoa 30 ppm, mikä vastaa nien valmistustavalla oli yhteys korkeisiin 15 arvoa 35 mg häkää yhdessä m3:ssa ilmaa. So- minuutin häkäpitoisuuskertymiin. Paikalla siaali- ja terveysministeriön [5] määrittämä muuratuissa leivinuunien yhteydessä mitathaitalliseksi tunnettu pitoisuus häkäkaasulle tiin korkeampia pitoisuuskertymiä (p=0.015). Takkojen kohdalla löytyi ero savuhoron 30 ppm 8 tunnin aikana. Tutkimuksessa käytetyt häkämittarit hälyttivät, jos hetkelli- min pellin tiiveydessä. Ne takat, joissa sanen mittaustulos ylitti 30 ppm, joten se on vuhormissa ei ollut aukkoa sulkupellisluonteva valinta korkean häkäpitoisuuden ra- sä, kohonneita häkäpitoisuuksia oli enemja-arvoksi. Korkeita häkäpitoisuuksia verrat- män kuin niissä, joissa sulkupellissä oli auktiin kaikkiin edellä mainittuihin tekijöihin. ko (p=0.016). PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

15


Korkea häkäpitoisuus ja asukkaan terveystiedot Asukkaan omalla mielipiteellä nykyisestä terveydentilasta oli yhteys korkeisiin häkäpitoisuuksiin. Mikäli terveydentila oli mielletty huonoksi, kohteessa mitattiin useammin korkeita häkäpitoisuuksia kuin tapauksissa, joissa asukas arvioi terveydentilan hyväksi (p=0.043). Kyselylomakkeella kysytyistä oireista, vaivoista tai sairauksista ainoastaan huimauksella oli yhteys korkeisiin häkäpitoisuuksiin (p=0.035). Yhteys ei selity asukkaan tupakoinnilla, sillä nykyisen tupakoinnin ja huimauksen välillä ei ole yhteyttä.

Häkäpitoisuuksiin yhteydessä olevien tekijöiden keskinäiset yhteydet Korkeisiin häkäpitoisuuksiin yhteydessä olevien tekijöiden välillä löytyi keskinäisiä yhteyksiä. Ainoastaan savuhormin pellin sulkemisella ei ollut minkään muun tekijän kanssa yhteyttä. Käyttäjän ikä ja tulisijan käyttökokemus korreloivat keskenään. On luonnollista, että tulisijan käyttökokemus on pidempi vanhemmilla henkilöillä. Palamisen pitkittäminen sulkupeltiä säätämällä korreloi sekä tulisijan käyttäjän iän että käyttökokemuksen kanssa. Mitä vanhempi tai kokeneempi tulisijan käyttäjä oli, sitä useammin tämä pitkitti palamista säätämällä sulkupeltiä pienemmälle. Myös leivinuunin ikä korreloi sekä tulisijan käyttäjän iän että käyttökokemuk-sen kanssa. Mitä vanhempi tai kokeneempi tulisijan käyttäjä oli, sitä useammin myös leivinuuni oli vanhempi. Leivinuunin valmistustapa korreloi käyttökokemuksen kanssa. Mitä kokeneempi tulisijan käyttäjä oli, sitä useammin leivinuuni oli paikalla muurattu. Myös häkäreiän olemassaolo korreloi tulisijan käyttökokemuksen kanssa. Mitä kokeneempi tulisijan käyttäjä oli, sitä harvemmin takan savuhormin sulkupellissä oli aukko. Myös terveystietoihin asukkaan iällä oli yhteyttä. Mitä vanhempi asukas oli, sitä useammin hän tunsi yleisen terveydentilansa huonoksi tai erittäin huonoksi. Lisäksi vanhemmat asukkaat tunsivat huimausta useammin kuin nuoret asukkaat.

POHDINTAA Rakennuksessa voi esiintyä kohonneita häkäpitoisuuksia, mikäli tulisijaa käytetään väärin. Käyttäjän iän ja käyttökokemuksen yhteyttä haluttiin selvittää, koska oli epäilys, että toisaalta kokemattomat tulisijan käyttäjät voivat tehdä virheitä, jotka aiheuttavat häkäpitoisuuksien kohoamista. Toisaalta oli epäilyksiä, että ikääntyneellä väestöllä on tulisijojen käyttöön liittyviä perinnetietona 16

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

opittuja tapoja, jotka voivat aiheuttaa häkäpitoisuuksien kohoamista. Tällaisia ovat esimerkiksi savuhormin sulkupellin säätäminen pienemmälle häkäkaasuja tuottavan palamisen aikana tai pellin sulkeminen kekäleiden hehkuessa palamisajan lisäämiseksi tai lämmönhukan estämiseksi. Nuorilla käyttäjillä ei havaittu kohonneita häkäpitoisuuksia, mutta vanhemmilla ja kokeneemmilla käyttäjillä sen sijaan havaittiin. Palamisen pitkittämisellä oli yhteys kohonneisiin häkäpitoisuuksiin. Tulisijan ominaisuuksilla epäiltiin olevan yhteyttä kohonneisiin häkäpitoisuuksiin. Paikalla muurattujen ja tehdasvalmisteisten tulisijojen välillä arvioitiin voivan olla eroja häkäesiintymissä. Tulisijan ja savuhormin iällä epäiltiin myös olevan mahdollisesti yhteyttä kohonneisiin häkäpitoisuuksiin. Uudisrakentamisessa savuhormin sulkupeltiin vaaditaan häkäkaasujen poistumisen mahdollistava aukko. Sen vaikutusta häkäesiintymiin haluttiin selvittää. Erillisen häkähormin kytkennän ja erillisen tuloilma-aukon yhteyttä alhaisempiin häkäpitoisuuksiin haluttiin myös selvittää. Myös hormin nuohoamattomuuden yhteyttä kohonneisiin häkäesiintymiin haluttiin selvittää. Vanhojen ja paikalla muurattujen leivinuunien yhteydessä havaittiin kohonneita häkäpitoi-suuksia. Takkojen yhteydessä häkäreiän puuttuminen oli yhteydessä häkäesiintymiin. Muita yhteyksiä ei havaittu. Rakennuksen ilmanvaihdolla oletettiin olevan yhteys häkäesiintymiin. Etukäteisolettamus oli, että painovoimaisen ilmanvaihdon omaavissa kohteissa ilma vaihtuu niin hyvin, että häkäesiintymiä ei havaita. Toisaalta oli esitetty epäilyksiä, että painovoimaisessa asunnossa ilmanvaihtuminen voi olla hidasta, ilmanpaineesta, ikkunaremontista tai ikkunoiden tiivistyksestä johtuen. Näihin epäilyihin ei saatu tässä tutkimuksessa vahvistusta.

YHTEENVETO Joka kymmenennessä itäsuomalaisessa omakotitalossa mitattiin kohonneita häkäpitoisuuksia. Asuinrakennusten pääasiallinen häkäkaasujen lähde on tulisija, asukkaiden arvioimana useimmiten leivinuuni. Lähes kaikissa omakotitaloissa tulisijaa käytetään päivittäin tai viikoittain lämmityskaudella. Häkävaroitin on hankittu joka kolmanteen asuntoon. Puolet varoittimista on asennettu seinälle ja puolet kattoon. Joka kymmenennessä kohteessa lakisääteisestä nuohouksesta oli kulunut yli vuosi. Vastaajista 44 prosenttia ei ole saanut opastusta tulisijan käyttöön. Näiden lisäksi 30 prosenttia vastaajista oli saanut opastusta perinnetietona. Tulisijan käyttökokemuksella on yhteys häkäesiintymiin. Mitä vanhempi ja kokeneempi tulisijan käyttäjä on, sitä useammin

asuinrakennuksessa ilmenee kohonneita häkäpitoisuuksia. Palamisen pitkittämisellä, säätämällä savuhormin sulkupeltiä pienemmälle ja pellin aikaisella sulkemisella, on yhteys kohonneisiin häkäpitoisuuksiin. Tulisijojen ja hormien iällä ei ole yleistä yhteyttä häkäesiintymiin, ainoastaan leivinuunien tapauksessa. Kohonneita häkäpitoisuuksia ilmeni yli 20 vuotta vanhojen ja paikalla muurattujen leivinuunien yhteydessä. Asuinrakennuksista 71 prosentissa oli painovoimainen ilmanvaihto. Ilmanvaihtojärjestelmällä ei ollut yhteyttä häkäesiintymiin. Takkojen yhteydessä havaittiin, että jos savuhormin pellissä ei ollut tiivistä sulkemista estävää aukkoa, kohteessa mitattiin kohonneita häkäpitoisuuksia. Asukkaan kokemalla yleisellä terveydentilalla oli yhteys häkäesiintymiin. Mikäli terveydentila koettiin huonoksi, kohteessa mitattiin kohonneita häkäpitoisuuksia. Lukuisista häkäaltistukseen yhdistettävistä oireista, vaivoista tai sairauksista ainoastaan huimauksen ja kohonneen häkäpitoisuuden välillä havaittiin olevan yhteyttä.

KIITOKSET Tutkimuksen idean isä oli palomestari Jukka Taskinen Pohjois-Karjalan pelastuslaitoksesta. Tutkimusaineiston keräsivät Etelä-Karjalan, Etelä-Savon, Pohjois-Karjalan ja Pohjois-Savon pelastuslaitosten palotarkastajat. Tutkimusaineiston tallensivat Pelastusopiston palopäällystökurssin opiskelija Kari Kummunsalo ja toimistosihteeri Arja Miettinen. Hankkeen ohjausryhmään kuuluneet Kuopion yliopistollisen sairaalan, Nuohousalan Keskusliiton, Sisäasiainministeriön pelastusosaston, Suomen pelastusalan keskusjärjestön ja Turvallisuus- ja kemikaaliviraston edustajat ansaitsevat kiitokset. Tutkimus sai taloudellista tukea Palosuojelurahastolta ja Dräger Suomi Oy:ltä.

LÄHDELUETTELO 1. Mustajoki, P. Häkämyrkytys. Lääkärikirja Duodecim. Terveyskirjasto. www.terveyskirjasto.fi/terveyskirjasto/tk.koti?p_ artikkeli=dlk00759. Luettu 17.11.2011. 2. Tilastokeskus. Suomen tilastollinen vuosikirja 2011, 2011, Tilastokeskus. 3. Kokki, E. Häkä asuintaloissa 2011, 2012, Pelastusopiston julkaisu, B1/2012. 4. Helakorpi, S, Prättälä, R, Uutela, A. Suomalaisen aikuisväestön terveyskäyttäytyminen ja terveys, kevät 2007, 2008, Kansanterveyslaitoksen julkaisuja B6/2008. 5. Sosiaali- ja terveysministeriö. HTP-arvot 2009 – Haitallisiksi tunnetut pitoisuudet, 2009, Sosiaali- ja terveysministeriön julkaisu 11/2009.


Tuomo Rinne, Terhi Kling, Timo Korhonen ja Peter Grönberg, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Mitoittavat tilanteet tulipalon aikaisessa poistumisessa. Kokeellinen tutkimus TIIVISTELMÄ Tämä artikkeli pohjautuu VTT:n koordinoiman TULPPA-projektin loppuraporttiin, jossa esitetään kokeelliseen tutkimukseen perustuen tuloksia ja havaintoja neljästä erilaisesta koeasetelmasta, jotka liittyivät mm. pelastushenkilöstön ja poistuvien ihmisten vastavirtaustilanteisiin ja ihmisten liikkumiseen poistumisturvallisuuden kannalta mitoittavimmissa rakennuksen kohdissa, kuten portaikoissa ja oviaukoissa. Lisäksi hankkeessa tarkasteltiin kulkureittien ja ovien valintaan liittyviä tilanteita ja ihmisten liikkumista näkyvyyden ollessa rajoitettua. Kokeet toteutettiin erillisinä ja valvottuina harjoituksina, joihin osallistui vapaaehtoisia koehenkilöitä (opiskelijoita ja varusmiehiä). Fyysisesti raskaimmissa kokeissa koehenkilöiden kuntotaso oli yleisesti ottaen hyvä ja BMI normaali.

JOHDANTO Poistumistilanteessa yhdistyvät ympäristön ja henkilöiden vuorovaikutteisuus niin päätöksenteon eri vaiheissa kuin fysikaalisissa ilmiöissäkin. Olosuhteet eivät ole yleensä pysyviä vaan muuttuvat ajan suhteen hetkellisesti, paikallisesti ja vieläpä usein ihmisten tiedostamatta. Poistumistilanteiden monitorointia voidaan toteuttaa mm. poistumisharjoituksissa, joista saatavan tiedon määrä ja aineiston laatu riippuvat paljolti kohteesta itsestään ja sen turvallisuuskulttuurista. Normaalit kiinteistöissä suoritettavat poistumisharjoitukset tarjoavat olosuhteet, joissa poistuvat henkilöt ovat yleensä hyvin tietoisia tulevasta har-

joituksesta. Tämä vaikuttaa henkilöiden poistumisen aikaiseen käytökseen mm. siten, että tuttujen reittien käyttö korostuu, kaikki rakennuksessa olevat poistuvat, reagointivaihe on hyvin samankaltainen eri henkilöiden kesken jne. Sen sijaan yksittäisinä kenttäkokeina suoritettavat tilanneharjoitukset mahdollistavat eri ilmiöiden tarkemman seurannan suuremmilla toistomäärillä. Tällöin koetilanteessa pystytään yksilöimään henkilöitä ja monitoroimaan tarkemmin myös yksilötasolla tapahtuvia ilmiöitä. Lisäksi valikoiduilla koeasetelmilla voidaan saavuttaa hyvinkin erilaisia tuloksia verrattuna tavanomaisiin poistumisharjoituksiin. Näiden seikkojen merkitys korostuu etenkin verrattaessa kohteiden suunnittelussa käytettyjä reunaehtoja (alkuperäiset mitoitusarvot ja ns. perustilanteet) ja käytön aikaista toiminnallisuutta (painotus mahdollisesti nk. herkkyystarkasteluissa), jossa myös henkilökunnan toiminta ja rooli otetaan tietoisemmin huomioon.

AINEISTO JA MENETELMÄT Tausta Kokeisiin liittyvä suunnittelu aloitettiin syksyllä 2011 ja varsinaiset kokeet suoritettiin maaliskuussa 2012. Ennen suunnitteluvaihetta oli tutustuttu alan kirjallisuuteen ja pyrittiin löytämään sellaisia koeasetelmia, joi-

ta ei ollut tutkittu vielä runsaasti tai joiden jotkin jo tutkitut asiat kaipasivat uudelleen tarkastelua eri näkökohdista. Syksyn ja alkuvuoden 2012 aikana koepaikoilla käytiin tutustumassa useaan otteeseen mm. soveliaiden koepaikkojen löytämiseksi. Koehenkilöiden sijainnin (Kuopion seudulta) ja käytännön asioiden, esim. kuljetusten, takia päädyttiin valitsemaan koepaikat Kuopion alueelta. Nämä olivat Puijon torni, Lippumäen uimahalli, Pelastusopisto ja Karjalan Lennosto. Näiden lisäksi kokeita pidettiin Aalto-yliopiston tiloissa Espoossa. Kuopiossa suoritetut kokeet tapahtuivat viikolla 13/2012. Edeltävä viikko oli nk. valmisteluviikko, jolloin tuleviin kokeisiin liittyen valmisteltiin mm. tarvittavat tilapäisrakenteet ja kuljetettiin paikalle tarvittavaa kalustoa ym. Kuopion seudulla koeasetelmat liittyivät portaikkoihin, ovigeometrian ja näkyvyyden vaikutukseen. Aalto-yliopiston kokeet liittyivät kahden ryhmän vastavirtaukseen käytävällä. Koepäivien sisältö oli rakennettu siten, että aamulla tehtiin tarvittavia asennuksia ennen kuin koehenkilöt saapuivat koepaikalle. Koepäivään sisältyi 2–3 taukoa (sis. lounastauon). Ennen koepäivää annettiin yleisen tason informaatio tulevasta, kuitenkin niin ettei tutkimuksellisista ilmiöstä puhuttu ja näin vaikutettu koehenkilöiden asenteisiin tai käyttäytymiseen. Tarkat ja lyhyet kuvaukset varsinaisista suorituksista (3–6 per päivä) annettiin juuri ennen kyseisten suoritusten aloitusta kootusti joko yksilö- tai ryhmätaPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

17


den ikäjakauma oli 20–34 vuotta ja Karjalan Lennoston varusmiesten 19–21 vuotta. Sekä rusmiesten että Pelastusopiston opiskelijoiden joukossa oli kummassakin kaksi naista. a)

BMI (kg/m2)

30.0 25.0

20.0 15.0 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cooper-testin tulos (m)

b)

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 Cooper-testin tulos (m) viimeisimmän Cooper-testin

Kertymä

35.0

Taulukko 1. Koehenkilöiden prosenttiosuudet ja luokittuminen tuloksen perusteella. Kuva 1.täyttiKoehenkilöiden a) BMI:n ja Cooper-tuloksen välinen yhteys ja b) solla. Kokeiden jälkeen koehenkilöt prosenttiosuus(varusmiehet) kaivät kuhunkin koeasetelmaanCooper-tuloksen liittyvän kysyluokitusviiva normaalijakaumasovite luokitusperuste kista jakauma (yhtenäinen mediaani 2607 m ja h myslomakkeen. 5,6 % huono 1600–2199 m jonta 257 m). tarvita suurta voimaa. Kokeessa käytettävä geometria edustaa hyvin yksinkertaista ra 15,3 % 2200–2399 m joka löytyy keskitaso yleensä jokaisesta kiinteistöstä uloskäytäviin johtavilla ovilla. Va 56,4 % hyvä 2400–2800 m kupujen annetaan olla paikallaan (eikä niitä Koehenkilöt ja monitorointi poistumisharjoitusten yhteydessä vihreiden 22,7 % erinomainenei käytetä) yli 2800 jolloin reittejäkään tai mne poistetaan, jotta olisi mahdollista käyt Koehenkilöt olivat Kuopion alueella tehpoistumisreittejä kuin tavallisesti. dyissä kokeissa pääasiassa Aalto-yliopiston varusmiehiä (noin tiloissa tehdyissä käytäväkokeissa opiskelijoita oli 83 henkilöä. Opiskelijat 2 heidän taustatiedoistaan suku50 henkilöä) ja Pelastusopiston opiskelijoitäyttivät kokeiden jälkeen palautelomakkeen, jossa kyseltiin puoli, ikäkokeissa sekä arvio omasta kävelynopeudesta verrattuna muihin (opiskelijoihin) nähden. ta (viisi henkilöä). Kuopion alueen Koehenkilöistä 59 (71 %) oli miehiä ja 24 (29 %) naisia. Ikäjakauma ikäryhmittäin oli seuraakoehenkilöille jaettiin rintaan ja selkään nuva: 7 % 18–20-vuotiaita, 23 % 21–22-vuotiaita, 27 % 23–24-vuotiaita ja loput 43 % 25merolaput, joiden avulla heidät pystyttiin yhvuotiaita taikka vanhempia. Oman kävelynopeutensa arvioi olevan normaaliksi 40 %, nopeadistämään tarvittaessa videoanalyysistä ja kyhkoksi 54 % ja hitaahkoksi 6 %. selykaavakkeista saatuihin tietoihin. Kaikissa kokeissa päämääränä ei ollut tutkia yksilötaKokokoko tutkimushankkeessa koehenkilöiden monitorointi perustui koetta valvovien ja son ilmiöitä vaan keskityttiin ryhmän toimitsijoina olleiden henkilöiden havainnointiin sekä videokameroilla kuvattuun aineistoon. suoritukseen. Kuopion alueen kokeissa peToimitsijoita olivat VTT:n tutkijat (3–4 henkilöä) ja Pelastusopiston henkilökuntaan kuuluvat rustiedoissa kysyttiin mm. kuntotasoa, ikää, tai päällystökurssilta valmistuvat henkilöt (3 henkilöä). Tämän lisäksi Aalto-yliopiston tiloissa pituutta, viimeisimmän Cooper-testin tulossuoritetuissa kokeissa oli toimitsijoina VTT:n henkilöiden lisäksi kaksi henkilöä yliopiston ta jne. Näiden asioiden uskottiin vaikuttavan puolelta. Videokameroita oli kokeesta riippuen noin 4–6 kpl, ja ne asennettiin tyypillisesti koeasetelmien fyysisimmissä suori-tuksissa. muutamaa tuntia ennen koetta. Kamerapaikat oli luonnollisesti valmisteltu hyvissä Kuvassa 1 esitetään taustatietoja Kuopion Kuva 2. . OVI 4 -kokeen geometriakatsottu (yllä) ja ja koehenkilöiden suoritukset, joissa vihreä k ajoin ennen varsinaista koepäivää. Koska koepäivien pituus haluttiin pitää normaalin työajanpoistumishenkilöiden havainnoin- jajöitä ja ilmiöitä koehenkilöiden koehenkilöiden kuntotasosta. Havaitaan, et- mitsijoina olleiden rikkoudu (alhaalla vasemmalla) rikkoutuu (alhaalla oikealla). mukaisena (koehenkilöiden takia), ei koepäivän aikana tauoilla ollut mahdollisuutta esim. tiin sekä videokameroilla kuvattuun aineisreiteillä olevien ovien käytölle. Tutkimuksen tä BMI:n (body mass index, painoindeksi) ladata kamera-akkuja tai tehdä varmuuskopioita videotiedostoista, vaan tämä hoidettiin OVI 4 -kokeen tuloksissa on tarkasteltu ajanhetkeä, kun tarttuu ovenkahv tehdä ovigeoja Cooper-testin tuloksen välillä ei ole kovin toon. Toimitsijoita olivat VTT:n tutkijat (3– alkuperäisenä tavoitteena olihenkilö ylimääräisillä vara-akuilla ja muistikorteilla. Varmuuskopiointi ja muu huolto suoritettiin vihreän kuvun peittämään salpaan (nollahetki), ja myös sitä aikaa, jos henkilö on k vahvaa korrelaatiota. BMI-tuloksen perus- 4 henkilöä) ja Pelastusopiston henkilökun- metriaan liittyviä koeasetelmia, joissa tarkasvasta koepäivän päätteeksi. Videoaineistoa syntyi jo pelkästään Kuopion alueella tehdyissä ympärilleen (avunkatsomisaika, esim. toiveissa saada lisäapua toimitsijoilta, jotka tark teella koehenkilöistä 25 % oli lievästi ylipai- taan kuuluvat tai päällystökurssilta valmistu- tellaan kokeissa n. 20–30 h. 2 suoritusta vieressä), sekä aikaa, kun yritys on päättynyt onnistuneesti oven avautu noisia (arvo 25–29,9 kg/m ) ja loput 75 % vat henkilöt (3 henkilöä). Tämän lisäksi Aal• ovilehden aukeamiskulmaa, -voimaa ja (läpimenoaika). Henkilön kävelemistä ja ovelle saapumista ei ole kellotettu. Tuloksi 2 normaalipainoisia (arvo 18,5–24,9 kg/m ). to-yliopiston tiloissa suoritetuissa kokeissa oli käytettävyyttä OVIKOKEISIIN KOESARJA ilmi, ettähenkilöiden kokonaisuudessaan ovista pääsi läpi 8/18 henkilöä (44 %) ja v toimitsijoina VTT:n lisäksi kak-molemmista Vastaavasti Cooper-tuloksen perusteella hen- LIITTYVÄ • oven valintaan liittyvää jonon muodoskupuun tarttui (riippumatta siitä, pääsikö ovesta läpi vai ei) 12/18 henkilöä (67 %). Tu kilöt luokittuivat taulukon 1 mukaisesti. Pe- si henkilöä yliopiston puolelta. Videokame- tumista käy myös ilmi, että työnnettävän oven kanssa useampi henkilö katsoi toimitsijoit Ovikokeiden tavoitteet kasvattamista geolastusopiston koehenkilöiden ikäjakauma oli roita oli kokeesta riippuen noin 4–6 kpl, ja • ominaishenkilövirran (ilmeisesti toivoen opastusta tai apua – toimitsijat eivät puuttuneet kokeen kulkuu tyypillisesti muutamaa tuntia metrisillä tai rakenteellisilla 20–34 vuotta ja Karjalan Lennoston varus- ne asennettiin aukivedettävän kanssa.koehenkilöiden Vastaavasti ovesta meni läpi ratkaisuilla henkilöitä enemmän, kun Kokeissa pyrittiin löytämään selittäviä tekijöitäoven ja ilmiöitä poistumisreiteillä KamerapaikatLyhimmillään oli luonnollises-koko suoritus käytöstä lukittuna olevan miesten 19–21 vuotta. Sekä varusmiesten et- ennen koetta. • ihmisten aukivedettävä. (oveen tarttumisesta siihen oven kun ovesta pää olevien ovien käytölle. Tutkimuksen alkuperäisenä tavoitteena oli tehdä ovigeometriaan valmisteltu hyvissä ajoin ennen tapauksessa. tä Pelastusopiston opiskelijoiden joukossa oli ti katsottu jakesti n. 2 s ja pisimmillään n. 32 s. Keskimäärin aikaa meni n. 10 s. liittyviä koeasetelmia, joissa tarkastellaan varsinaista koepäivää. Koska koepäivien pikummassakin kaksi naista. G ovilehden aukeamiskulmaa, -voimaa ja käytettävyyttä pitää normaalin työajan mu- Vihreän kuvun rikkomiskoe Aalto-yliopiston tiloissa tehdyissä käytävä- tuus haluttiin G oven valintaan liittyvääPORRASKOKEET jonon muodostumista kokeissa opiskelijoita oli 83 henkilöä. Opis- kaisena (koehenkilöiden takia), ei koepäivän Ovikokeiden koesarjassa tehtiin kaikkiaan G ominaishenkilövirran kasvattamista geometrisillä tai rakenteellisilla ratkaisuilla ollut mahdollisuutta esim. lakuusi koetta, joista yksi esitetään tässä artikkelijat täyttivät kokeiden jälkeen palautelo- aikana tauoilla Porraskokeet toteutettiin Pelastusopiston letkutornissa, Puijon tornissa, Lip G ihmisten käytöstä lukittuna olevan oven tapauksessa. uimahallista maanpinnalle sekä(kuva Pelastusopiston tai tehdä varmuuskopi-pystykuilua kelissa. OVIpitkin 4 -kokeessa 2) tarkkailtiin B-raken makkeen, jossa kyseltiin heidän taustatiedois- data kamera-akkuja portaikossa. oita videotiedostoista, vaan tämä hoidettiin henkilöiden reaktioita ja toimintaa tilanteestaan sukupuoli, ikä sekä arvio omasta käve-rikkomiskoe Vihreän kuvun lynopeudesta verrattuna muihin (opiskelijoi- ylimääräisillä vara-akuilla ja muistikorteilla. sa, jossa poistumisreitille sijoitettu ovi on luPorraskokeiden tavoitteet hin) nähden. Koehenkilöistä 59 (71 %)koesarjassa oli Varmuuskopiointi ja muu huolto suoritetkittuesitetään ja se on tässä avattavissa rikkomalla vihreä Ovikokeiden tehtiin kaikkiaan kuusi koetta, joista yksi artikkelissa. miehiä ja 24 (29 %) naisia. Ikäjakauma ikätiin vasta koepäivän päätteeksi. Videoaineiskupu salvan ympäriltä ja vääntämällä OVI 4 -kokeessa (kuva 2) tarkkailtiin henkilöiden reaktioita japelastushenkilöstön toimintaa tilanteessa, jossa samanTavoitteena oli saada uutta tietoaaikaisesti ja poistuvien ihmisten liikku ryhmittäin oli seuraava: 7poistumisreitille % 18–20-vuotiai-sijoitettu toa syntyi pelkästään Kuopion tehkahvasta (periaate kuten normaalisovijoportaissa. on lukittuErityisesti ja se onalueella avattavissa rikkomalla vihreä kupu salvan tutkimusta kohdennettiin niihin asioihin, joista kirjallisuustutki ta, 23 % 21–22-vuotiaita,ympäriltä 27 % 23–24-vuodyissä kokeissa n. 20–30 h. kahvasta (periaateti lukitussa ovessa). Vihreä kupu rikkoutuu jo ja vääntämällä samanaikaisesti kuten normaalisti lukitussa perusteella oli olemassa vain vähän tietoa: tiaita ja loput 43 % 25-vuotiaita van-kupu rikkoutuu jo pelkästä salvan vääntämisestä, pelkästä salvan vääntämisestä, eikä ovessa).taikka Vihreä eikä kuvun rikkomiseen siiskuvun rikG liikkuminen kierreportaissa hempia. Oman kävelynopeutensa arvioi olekomiseen siis tarvita suurta voimaa. Kokeessa G LIITTYVÄ liikkuminen KOESARJAportaissa ylöspäin van normaaliksi 40 %, nopeahkoksi 54 % ja OVIKOKEISIIN käytettävä geometria edustaa hyvin yksinker3 G kävelynopeuden muuttuminen portaiden pituuden suhteen hitaahkoksi 6 %. taista ratkaisua, joka löytyy yleensä jokaisesKoko tutkimushankkeessa koehenkilöiden Ovikokeiden tavoitteet ta kiinteistöstä uloskäytäviin johtavilla ovilla. 4 monitorointi perustui koetta valvovien ja toi- Kokeissa pyrittiin löytämään selittäviä teki- Varsinkin poistumisharjoitusten yhteydessä lähtö (luokkahuone)

18

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


6 opiskelijoita. Puijon tornissa suoritettiin 2 koetta (PT1–2), joiden tulokset esitetään seuraavaksi.

Taulukko 2. Mittauspisteiden korkeudet Puijon tornissa. vihreiden kupujen annetaan olla paikallaan Kerros 1 2 4 6 8 10 11 (eikä niitä rikota, jolloin reittejäkään ei käyKorkeus 0 m 5,4 m 16,3 m 27,2 m 38,1 m 49 m 54,5 m tetä) tai ne poistetaan, jotta olisi mahdollista käyttää eri poistumisreittejä kuin tavallisesti. OVI 4 -kokeen tuloksissa on tarkasteltu Koe PT1: Kävely yksitellen kierreportaita ylös ajanhetkeä, kun henkilö tarttuu ovenkahvaan tai vihreän kuvun peittämään salpaan (nolla- Henkilöt lähetettiin portaisiin yksitellen kymmenen sekunnin välein, ohjeena ”kävely yksitelhetki), ja myös sitä aikaa, jos henkilö on kat- len omaan tahtiin”. Kokeen eteneminen on esitetty kuvassa 3. Kuvasta nähdään, että kokeen sonut ympärilleen (avunkatsomisaika, esim. edetessä tapahtuu ”ryhmittymistä”, kun hitaampien edelle syntyy pidempiä välejä ja vastaatoiveissa saada lisäapua toimitsijoilta, jotka vasti nopeammat saavat edellisiä kiinni. Ohittaminen oli palautteen perusteella melko vähäistä tarkkailivat suoritusta vieressä), sekä aikaa, (taulukko 3); 51 koehenkilöä ei ohittanut ketään kokeen aikana. Kerrosten väliset pystysuorat etenemisnopeudet on esitetty taulukossa 4. Havaitaan, että etenemisnopeus hidastuu nousun kun yritys on päättynyt onnistuneesti oven aikana n. 33–39 % ja että hidastumista tapahtuu aluksi enemmän ja myöhemmin vähemmän. avautumiseen (läpimenoaika). Henkilön kä- Myös hajonta on alkuvaiheessa voimakkaampaa ja vähenee kokeen edetessä. velemistä ja ovelle saapumista ei ole kello’ tettu. Tuloksista kävi ilmi, että kokonaisuu- Kuvassa 4 on esitetty koehenkilöiden pystysuoran etenemisnopeuden riippuvuus tasaisella ’ Kuva8/18 3. Koe PT1: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille ylöspäinHavaitaan, kävellessä. että pystysuora etenemisnodessaan molemmista ovista pääsi läpi kävelemisen nopeudesta ja Cooperin testin tuloksesta. Kuva 3. Koe PT1: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille ylöspäin kävellessä. henkilöä (44 %) ja vihreään kupuun tarttui peus riippuu jonkin verran tasaisella kävelemisen nopeudesta (korrelaatio 0,45), mutta ei juuri Taulukko 3. Ohittaminen ylöspäin kävellessä kokeessa PT1. (riippumatta siitä, pääsikö ovesta läpi vai ei) lainkaan Cooperin testin tuloksesta (korrelaatio 0,14). Painon ja pituuden suhteen ei havaittu ’ Taulukko 3. Ohittaminen ylöspäin kävellessä kokeessa PT1. minkäänlaista lineaarista riippuvuutta (korrelaatiot –0,013 ja –0,03). Kokeen jälkeen koehenki12/18 henkilöä (67 %). Tuloksista käy myös Ohitettujen lkm. 0 1 2 4 ’ löiltä kysyttiin, kuinka paljon he hengästyivät ja kuinka raskaalta nousu tuntui. Hengästymistä ilmi, että työnnettävän oven kanssa useam- Kuva Ohittajien lkm. 51 6 1 0 2 3. Koe PT1: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille ylöspäin kävellessä. Ohitettujen lkm. 0 1 2eri 3 testin 4 tuloksesta Kuva 3. Koe PT1: Henkilöiden saapuminen tasanteille ylöspäin kävellessä. ja raskautta kuvaavien indeksien riippuvuus Cooperin oli: hengästyminen pi henkilö katsoi toimitsijoita kohti (ilmei- Ohittajien lkm. 51 6 1 0 2 –0,52) pystysuora ja raskaus etenemisnopeus (korrelaatio –0,56), jotenkäveltäessä ne korreloivat jonkin verran Cooperin Taulukko (korrelaatio 4. Keskimääräinen ylöspäin kokeessa PT1. sesti toivoen opastusta tai apua – toimitsijat Taulukko 3. Ohittaminen ylöspäin kävellessä kokeessa PT1. henkilön testin tuloksen kanssa. Olettaen, että Cooperin testi mittaa yleiskuntoa, voidaan pääTaulukko 3. Ohittaminen ylöspäin kävellessä kokeessa PT1. Taulukko eivät puuttuneet kokeen kulkuun) kuin 4. au-Keskimääräinen pystysuora etenemisnopeus ylöspäin käveltäessä kokeessa PT1. Kerrosten välinen pystysuora nopeus (m/s) tellä, että henkilön nousunopeus kokeessa riippuu enemmän kävelytyylistä kuin yleiskunnoskivedettävän oven kanssa. Vastaavasti ovesta ta, mutta huonokuntoisemmat 1.–11. 3 Ohitettujen lkm. 0 1 2 4 hengästyvät enemmän ja10.–11. kokevat nousun raskaampana kuin 1.–2.välinen krsOhittajien 2.–4. krs krs (m/s) 6.–8. 51 krs 8.–10. krs krs 10 krs Kerrosten pystysuora nopeus lkm. 4.–6. 6 2 Ohitettujen lkm. 0 1 2 3 4 meni läpi henkilöitä enemmän, kun ovi oli hyväkuntoiset. 10.–11. 1.–11. Toisin sanottuna: henkilöt eivät sopeuta nousunopeuttaan sen perusteella, mikä 0,36 0,25 0,24 0,23 0,22 0,22 0,24 Keskiarvo 1.–2. krs 2.–4. krs 4.–6. krs 6.–8. krs 8.–10. krs krs krs Ohittajien lkm. 51 6 1 0 2 aukivedettävä. Lyhimmillään koko suoritus heidän kuntonsa on. 0,09 0,04 pystysuora 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02 Keskihajonta Taulukko 4.0,36 Keskimääräinen etenemisnopeus ylöspäin käveltäessä kokeessa PT1. 0,25 0,24 0,23 0,22 0,22 0,24 Keskiarvo (oveen tarttumisesta siihen kun ovesta pääsi 0,09 0,04 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02 Keskihajonta läpi) kesti n. 2 s ja pisimmillään n. 32 s. Kes- Taulukko 4. Keskimääräinen pystysuora Kerrosten välinen pystysuora nopeus (m/s)etenemisnopeus ylöspäin käveltäessä k 10.–11. 1.–11. kimäärin aikaa meni n. 10 s. 1.–2. krs 2.–4. krs 4.–6. krs 6.–8. krs 8.–10. krs krs krs

PORRASKOKEET Porraskokeet toteutettiin Pelastusopiston letkutornissa, Puijon tornissa, Lippumäen uimahallista maanpinnalle pystykuilua pitkin sekä Pelastusopiston B-rakennuksen portaikossa.

Keskiarvo

0,36

Keskihajonta

0,09

0,25 0,24 0,23 0,22 0,22 Kerrosten välinen pystysuora nopeus (m/s) 0,04

1.–2. krs

0,04

0,03

2.–4. krs

0,02

4.–6. krs

0,02

6.–8. krs

0,24 0,02

8.–10. krs

10.–11. krs

1.–11. krs

Keskiarvo

0,36

0,25

0,24

0,23

0,22

0,22

0

Keskihajonta

0,09

0,04

0,04

0,03

0,02

0,02

0

5

Porraskokeiden tavoitteet 4. Vasen: Pystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus tasaisella kävelemisen Tavoitteena oli saada uutta tietoa Kuva pelastusnopeudesta (korrelaatio etenemisnopeuden 0,45). Oikea: Pystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus henkilöstön ja poistuvien ihmisten Kuva 4.liikkuVasen: Pystysuoran (noustessa) riippuvuus tasaisella kävelemisen Cooperin testin tuloksesta (korrelaatio 0,14). misesta portaissa. Erityisestinopeudesta tutkimusta (korrelaatio 0,45). Oikea: Pystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus testin tuloksesta (korrelaatio 0,14). kohdennettiin niihin asioihin,Cooperin joista kirjallisuustutkimuksen perusteella oli olemassa Kuva 4. Vasen: Pystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus tasaisella kävelemisen vain vähän tietoa: nopeudesta (korrelaatio 0,45). Oikea: Koe PT2: Kävely yksitellen kierreportaita alasPystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus Cooperin tuloksesta (korrelaatio 0,14). Koe PT1:testin Kävely yksitellen kierreportaiKuvassa 4 on esitetty koehenkilöiden pys• liikkuminen kierreportaissaKoe PT2: Kävely yksitellen kierreportaita alas Henkilöt lähetettiin portaisiin yksitellen kymmenen sekunnintysuoran välein, ohjeena ”kävely yksitelta ylös etenemisnopeuden riippuvuus ta• liikkuminen portaissa ylöspäin len omaan tahtiin”. Kokeen eteneminen on esitetty kuvassa 5. Kuvasta nähdään, kokeen ja Coopeportaiden Henkilöt lähetettiin saisella kävelemisen nopeudesta • kävelynopeuden muuttuminen Henkilöt lähetettiin portaisiin yksitellen portaisiin kymmenen yksitellen sekunnin välein, ohjeena ”kävelyettä yksiteledetessä ryhmittymistä tapahtuu vielä kuin ylöspäin kävellessä. Ohittaminen pituuden suhteen kymmenen sekunnin välein, ohjeena ”kävely rin testin tuloksesta. Havaitaan, että pystylen omaan tahtiin”. Kokeen eteneminen on voimakkaammin esitetty kuvassa 5. Kuvasta nähdään, että kokeen Koe PT2: kuin Kävely yksitellen kierreportaita alas oli hieman yleisempää noustessa (taulukko 5).kuin Pystysuorat etenemisnopeudet eri kerrosedetessä ryhmittymistä tapahtuu vielä voimakkaammin ylöspäin kävellessä. Ohittaminen yksitellen omaan tahtiin”. Kokeen etenemi- suora etenemisnopeus riippuu jonkin verran • pelastushenkilökunnan liikkumisnopeus väleillä on esitetty taulukossa 6. Havaitaan, että alaspäin käveltäessä keskimääräinen eteneoli hieman yleisempää noustessa (taulukko 5). Pystysuorat etenemisnopeudet kerrosHenkilöt lähetettiin portaisiin yksitellen kymmenen sekunnin välein,eri ohjeena ”kävely yksitelvarusteet päällä nen onkuin esitetty kuvassa 3. Kuvasta nähdään, tasaisella kävelemisen nopeudesta (korrelaaväleillä on esitetty taulukossa 6. Havaitaan, että alaspäin käveltäessä keskimääräinen eteneKuva 4. Vasen: Pystysuoran etenemisnopeuden (noustessa) riippuvuus len omaan tahtiin”. Kokeen eteneminen on esitetty kuvassa 5. Kuvasta nähdään, että kokeen että kokeen edetessä tapahtuu ”ryhmittymistio 0,45), mutta ei juuri lainkaan Cooperintasaisel 6 • myötä- ja vastavirtaus edetessä ryhmittymistä tapahtuu vielä voimakkaammin kuin ylöspäin kävellessä. Ohittaminen nopeudesta (korrelaatio 0,45). Oikea: Pystysuoran etenemisnopeuden tä”, kun hitaampien edelle syntyy pidempiä testin tuloksesta (korrelaatio 0,14). Painon(noustes • pelastaminen. 6 oli hieman yleisempää kuin noustessa (taulukko 5). Pystysuorat etenemisnopeudet eri kerrosCooperin testin tuloksesta (korrelaatio 0,14). välejä ja on vastaavasti nopeammat saavat edellija pituuden suhteen ei havaittu eteneminkäänväleillä esitetty taulukossa 6. Havaitaan, että alaspäin käveltäessä keskimääräinen Puijon tornin kokeet siä kiinni. Ohittaminen oli palautteen perus- laista lineaarista riippuvuutta (korrelaatiot Puijon tornissa videokameroita asennettiin teella melko vähäistä (taulukko 3); 51 koe- 6 –0,01 ja –0,03). Kokeen jälkeen koehenkikerroksiin 1, 2, 4, 6, 8, 10 ja 11, joiden kor- henkilöä ei ohittanut ketään kokeen aikana. löiltä kysyttiin, kuinka paljon he hengästyikeudet esitetään taulukossa 2. Ajanotto suo- Kerrosten väliset pystysuorat etenemisnope- vät ja kuinka raskaalta nousu tuntui. HenKoeonPT2: yksitellen kierreportaita ritettiin lisäksi sekuntikellolla kerroksissa 1 udet esitettyKävely taulukossa 4. Havaitaan, et- gästymistä alas ja raskautta kuvaavien indeksija 11. Kellot ja kamerat synkronoitiin. Ko- tä etenemisnopeus hidastuu nousun aikana en riippuvuus Cooperin testin tuloksesta oli: Henkilöt portaisiin yksitellen kymmenen sekunnin välein, ohjeena ” keeseen osallistui 60 henkilöä, joista 54 oli n. 33–39 %lähetettiin ja että hidastumista tapahtuu hengästyminen (korrelaatio –0,52) ja raskaus len omaan tahtiin”. Kokeen eteneminen on esitetty kuvassa 5. Kuvasta varusmiehiä ja loput 6 opiskelijoita. Puijon aluksi enemmän ja myöhemmin vähemmän. (korrelaatio –0,56), joten ne korreloivat jon-nähdään tornissa suoritettiin 2 koetta (PT1–2), joi- Myös hajonta on alkuvaiheessa tapahtuu voimakkaamverran Cooperin testin tuloksen kanssa. edetessä ryhmittymistä vieläkinvoimakkaammin kuin ylöspäin kävelless den tulokset esitetään seuraavaksi. paa väheneeyleisempää kokeen edetessä. että Cooperin testi mittaa henkioli jahieman kuin noustessaOlettaen, (taulukko 5). Pystysuorat etenemisnopeu

väleillä on esitetty taulukossa 6. Havaitaan, että alaspäin käveltäessä keskimäär PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

6

19


rin testin tuloksesta. rin testin tuloksesta. lön yleiskuntoa, voidaan päätellä, että henkilön nousunopeus kokeessa riippuu enemmän kävelytyylistä kuin yleiskunnosta, mutta huonokuntoisemmat hengästyvät enemmän ja kokevat nousun raskaampana kuin hyväkuntoiset. Toisin sanottuna: henkilöt eivät sopeuta nousunopeuttaan sen perusteella, mikä heidän kuntonsa on.

Koe PT2: Kävely yksitellen kierreportaita alas Kuva 5. Koe PT2: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille alaspäin kävellessä. 5. Koe PT2: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille alaspäin kävellessä. Henkilöt lähetettiin portaisiin Kuva yksitellen kymmenen sekunnin välein, ohjeena ”kävely Taulukko 5. Ohittaminen alaspäin kävellessä kokeessa PT2. yksitellen omaan tahtiin”. KokeenTaulukko etenemi- 5. Ohittaminen alaspäin kävellessä kokeessa PT2. Kuva 5. Koe PT2: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille alaspäin kävellessä. nen on esitetty kuvassa 5. Kuvasta nähdään, Kuva 5. Koe PT2: Henkilöiden saapuminen eri tasanteille alaspäin kävellessä. Ohitettujen lkm. 0 1 2 3 4 että kokeen edetessä ryhmittymistä tapahtuu Ohitettujen lkm. 0 8 1 4 2 3 3 2 4 Ohittajien lkm. 42 Taulukko 5. Ohittaminen alaspäin kävellessä kokeessa PT2. vielä voimakkaammin kuin ylöspäin kävellesOhittajien lkm. 42 8 4 3 2 Taulukko 5. Ohittaminen alaspäin kävellessä kokeessa PT2. sä. Ohittaminen oli hieman yleisempää kuin noustessa (taulukko 5). Pystysuorat etenemisOhitettujen lkm. 0 1 2 3 4 Ohitettujen lkm. 0 1 2 3 4 6. Keskimääräinen pystysuora etenemisnopeus eri alaspäin käveltänopeudet eri kerrosväleilläTaulukko on esitetty tauluOhittajien lkm. 42 kerrosväleillä 8 4 3 2 Taulukko 6. Keskimääräinen pystysuora etenemisnopeus eri kerrosväleillä alaspäin käveltäOhittajien lkm. 42 8 4 3 2 kossa 6. Havaitaan, että alaspäin essä. käveltäessä essä. keskimääräinen etenemisnopeus pysyy koko Kerrosten välinen pystysuora etenemisnopeus (m/s) Kerrosten välinen pystysuora etenemisnopeus (m/s) matkan suunnilleen samana lukuun ottamat11.–10. 10.–8. krs 8.–6. pystysuora krs 6.–4. krs etenemisnopeus 4.–2. krs 2.–1. krs 11.–1. krs Taulukko 6. krs Keskimääräinen eri kerrosväleillä alas ta alimpia kerroksia, joissa tapahtuu äkillinen Taulukko 6.11.–10. Keskimääräinen etenemisnopeus alas krs 10.–8. krs pystysuora 8.–6. krs 6.–4. krs 4.–2. krs 2.–1.eri krs kerrosväleillä 11.–1. krs Keskiarvo 0,36 0,37 0,36 0,34 0,33 0,44 0,35 essä. vauhdin lisääntyminen. Myös hajonta pysyy essä. Keskiarvo 0,36 0,37 0,36 0,34 0,33 0,44 0,35 Keskihajonta 0,08 0,1Kerrosten 0,17 0,08 0,07 0,1 0,07 välinen pystysuora etenemisnopeus (m/s) koko matkan suunnilleen samana. Keskihajonta 0,08 0,1 välinen 0,17 0,08 0,07 (m/s) 0,1 0,07 Kerrosten pystysuora etenemisnopeus 11.–10. krs 10.–8. krs 8.–6. krs 6.–4. krs 4.–2. krs 2.–1. krs 11.–1. Kuvassa 6 on esitetty koehenkilöiden pys11.–10. krs 10.–8. krs 8.–6. krs 6.–4. krs 4.–2. krs 2.–1. krs 11.–1 tysuoran etenemisnopeuden riippuvuus taKeskiarvo 0,36 0,37 0,36 0,34 0,33 0,44 Keskiarvo 0,36 0,37 0,36 0,34 0,33 0,44 saisella kävelemisen nopeudesta ja Cooperin Keskihajonta 0,08 0,1 0,17 0,08 0,07 0,1 Keskihajonta 0,08 0,1 0,17 0,08 0,07 0,1 testin tuloksesta. Havaitaan, että pystysuora etenemisnopeus riippuu jonkin verran tasaisella kävelemisen nopeudesta, mutta ei juuri lainkaan Cooperin testin tuloksesta. Kaikki porraskokeet huomioiden tutkimuksen keskeisiä havaintoja oli, että pystysuora etenemisnopeus kierreportaissa riippuu suuresti portaiden geometriasta sekä ylös (0,22–0,39 m/s) että alaspäin (0,33–0,48 m/s) mentäessä. Suoritetuissa kokeissa pystysuorat etenemisnopeudet olivat suurempia jyrkissä kuin loivissa portaissa. EtenemisnoKuvapitkissä 6. Pystysuoran etenemisnopeuden (laskeutuessa) riippuvuus tasaisella kävelemisen nopeus hidastui ylöspäin mentäessä porKuva 6. Pystysuoran taissa 15–39 % portaidenpeudesta pituudesta ja kal(korrelaatio 0,55).etenemisnopeuden (laskeutuessa) riippuvuus tasaisella kävelemisen no peudesta (korrelaatio 0,55). tevuudesta riippuen; laskeutumisnopeuksissa vastaavaa trendiä ei voitu havaita. Vastavirtaus­ 6. Pystysuoran etenemisnopeuden (laskeutuessa) riippuvuus tasaisella käv 7 hidasti portaita ylöspäin tehtävää letkuselvi- Kuva Kuva 6. Pystysuoran etenemisnopeuden (laskeutuessa) riippuvuus tasaisella kä 7 VASTAVIRTAUSKOKEET peudesta (korrelaatio 0,55). tystä n. 24 %. Myötävirtaus hidasti portaita tajien tullessa portaisiin. Poistujien jono pypeudesta (korrelaatio 0,55). alaspäin tehtävää pelastamista n. 41 %. Alas- sähtyi sisäkaarteen jyrkkyydestä johtuen pe- Hankkeessa tehtiin myös Aalto-yliopiston päin poistuvien henkilöiden eteneminen hi- lastajien portaissa olon ajaksi. Porraskokeiden opiskelijoilla vastavirtakokeita 2,7 m leve7 dastui vastaavissa tilanteissa n. 32 % (letku- tulokset ovat hyödyllisiä mm. maanalaisen ra- ässä käytävässä, 7 jossa suurehkoa pääjoukkoa selvitys vastavirtaan) ja n. 22 % (pelastaminen kentamisen ja korkeiden rakennusten turval- vastaan käveli alle kymmenen hengen kokoimyötävirtaan). Käytännössä poistujat väistivät lisuuden arvioinnissa, kun on tarpeen arvioi- sia vastavirtaryhmiä niin, että joukot kohmolemmissa tapauksissa sisäkaarteeseen pelas- da henkilöiden pystysuuntaista liikkumista. tasivat toisensa käytävän mutkassa, jolloin ne eivät voineet reagoida toisiinsa ennakolta. Yksityiskohtaisemmat kuvaukset kokeesta ja tuloksista voi löytää viitteestä (Rinne ym. 2012). Ilman vastavirtausta tehdyissä normituskokeissa ihmisten ominaisvirtaukselle saatu arvo 1,43 1/s/m osuu hyvin yhteen kirjallisuudessa esitettyjen arvojen kanssa etenkin kun muistetaan se tosiasia, että nyt käytössä oli varsin homogeeninen ja hyvin liikkuvista henkilöistä koottu joukko. Varsinaisissa vas-

Suoritetuissa kokeissa pystysuorat­ etenemis­nopeudet olivat suurempia jyrkissä kuin loivissa portaissa.

20

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


a)

b)

4. Näkyvyys 0–0,25 m (pimeä): Tässä tilan valaistus oli katkaistu ja poistu-misopasteiden näkemistä haittasi savu. Koehenkilö ei paikoitellen pysty näkemään mitään. Valaisevat opasteet näkyivät niiden välittömässä läheisyydessä (< 1 m etäisyydeltä). Tilan hahmottamisessa korostuvat muut tekijät kuin näköaisti. Kuvassa 7 on kokeen aikana kuvatusta materiaalista koostetut vertailukuvat koeolosuhc) d) teista suorituksen ajalta. Reitin tuntemisen vaikutusta tutkittiin suorittamalla kokeet neljällä eri koehenkilöryhmällä, joiden tilantuntemus ja poistumisvalmius vaihtelivat myöhemmin esitettävällä tavalla. Kokeeseen osallistui neljä ryhmää, yhteensä 42 henkilöä. Ryhmä 1 (henkilöt 1–10) suoritti kaikki neljä koetta. Ryhmä 2 (henkilöt 11–22) suoritti vain kokeen 2, ryhmä 3 (henkilöt 23–32) vain kokeen 3 ja uva 7. Koeolosuhteet. a) Koe 1: näkyvyys vähintään 26 m. b) Koe 2: näkyvyys 10–12 ryhmä 4 (henkilöt 33–42) vain kokeen nel. c) Koe 3: näkyvyys 5–7 m. d) Koe 4: näkyvyys enintään 0,25 m (lämpöjä. Yksittäisiä poistumissuorituksia tuli näin amerakuva). ollen yhteensä 72 kappaletta. Vertailuryhmän (ryhmä 1) suoritusta tarvarioitiin vasta- kokeet Tutkimusilmiöinä haluttiin tarkastella yksi- kasteltaessa havaittiin, että absoluuttiset käntemisentavirtakokeissa vaikutusta koeaselmassa tutkittiin suorittamalla neljällä eri koehenkilö-ryhmällä, virtaryhmän motivaatiota (pysyäkövaihtelivat tiiviinä kertaisessa geometriassa (käytävä) asteittain velynopeudet pysyivät kokeiden 1–3 välililantuntemus ja poistumisvalmius myöhemmin esitet-tävällä tavalla. ryhmänä vai ei), pääjoukon suuntaa mutheikentyvän näkyvyyden vaikutusta kävelylä jokseenkin samoina, mutta pääsääntöisesen osallistui neljä ryhmää, yhteensä 42 henkilöä. Ryhmä 1 (henkilöt 1–10) suoritti kassa (oikealle taikka vasemmalle kaartaen) nopeuteen ja samalla tutkia reitin oppimis- ti suurempina kuin muilla ryhmillä vastaaeljä koetta. Ryhmä 2 (henkilöt 11–22) suoritti vain kokeen 2, ryhmä 3 (henkilöt 23– sekä vastavirtaryhmän kokoa (neljä taikka ta. Kokeet suoritettiin yksilötasolla. vissa kokeissa. Samoin kyselyn tuloksista oli n kokeen 3 ja ryhmä 4 (henkilötkool33–42)Koesarjassa vain kokeen neljä. diskreettiä Yksittäisiä kahdeksan). Vain vastavirtaryhmän tutkittiin neljää pääteltävissä samainen trendi. Tämä selittyy ssuorituksia tuli näin ollen yhteensä 72pääjoukappaletta. la nähtiin olevan pientä vaikutusta poistumisolosuhdetta, joissa muuttujana on osaksi juuri geometrian oppimisella ja koetikon etenemiseen. Kaiken kaikkiaan pääjou- näkyvyys. Näkyvyys tässä tarkoittaa sitä, mis- lanteeseen tottumisella. Asteittain heikentyeteneminen varsin sujuvaa, tarkasteltaessa ja selkeää sä määrinhavaittiin, koehenkilön oliettä mahdollista hah- neen näkyvyyden havaittiin laskevan kävelyyhmän kon (ryhmä 1) olisuoritusta absoluuttiset kaistoittumista oli havaittavissa, eli samaan mottaa ympäristöään, reittitopologiaa ja pois- nopeuksia yleisesti ottaen. Muutos kokeiden peudet pysyivät kokeiden 1–3 välillä jokseenkin samoina, mutta pääsääntöisesti ihmiset pyrkivät seuraatumisopasteita. vaikutti oli ääritilanteiden välillä tilan kävelynopeuksisna kuinsuuntaan muillamenevät ryhmillä vastaavissa kokeissa. SamoinHaasteellisuuteen kyselyn tuloksista maan toisiaan. Nyt tehtyjen kokeiden ha- myös tilan tuntemuksen variointi. sa oli kaikki tulokset huomioiden n. 1,4–1,5 issä samainen trendi. Tämä selittyy osaksi juuri geometrian oppimisella ja vainnot ovat varsin hyvin sopusoinnussa 1. Normaaliolosuhde (referenssi): Tässä m/s:stä 0,4–0,5 m/s:iin. Lukuarvot ovat aaeeseen tottumisella. Asteittain heikentyneen näkyvyyden havaittiin laskevan vuonna 2006 Duisburgin yliopistossa teh- poistumisreitillä oli normaali pois-tumisva- vistuksen suurempia kuin vastaavat alan kirpeuksia tyjen yleisesti ottaen.joissaMuutos kokeiden ääritilanteiden välillä kokeiden kanssa, käytettiin suolaistus (valaisimien määrä, tyyppi ja sijain-tilan jallisuudessa esitetyt arvot ovat. peuksissaraa oli kaikki tulokset huomioiden n. 1,4–1,5 m/s:stä 0,4–0,5 m/s:iin. käytävää, jolloin henkilöt pystyivät väis- nit eritelty jäljempänä) ja koehenkilö pystyi ot ovat aavistuksen suurempia kuin vastaavat kirjallisuudessa esitetyt arvot ovat.KIITOKSET tämään toisiaan jo ennakolta. Näkyvin ero oli alan hahmottamaan kulkureittinsä tavanomaisespääjoukon ensimmäisten henkilöiden liikku- ti näkemällä tilaa rajoittavat rakenteet, opas- Kiitokset osoitamme hanketta rahoittaneilmisen hidastuminen törmättäessä vastavir- teet jne. Näkyvyyttä rajoittivat vain raken- le tahoille ja yrityksille, joita olivat PalosuoSET taryhmään, koska käytävän mutkan takia ei teet (käytävän kaartuessa yms.). Tässä yh- jelurahasto, Abloy Oy, sisäasiainministeriö, väistöliikettä voitu tehdä ennakolta. Loppu- teydessä käytettiin savua uhkakuvan luomi- ympäristöministeriö, L2 Paloturvallisuus Oy osoitamme hanketta rahoittaneille tahoille ja yrityksille, joita olivat tulemana kokeista voidaan sanoa, että pie- seksi. Koehenkilö pystyi näkemään käytävän ja VTT. Omalla ja merkittävällä työpanokelurahasto, Abloy Oy, sisäasiainministeriö, L2 Paloturvallisuus nehkön vastavirtaan kulkevan ryhmän vaiku- ympäristöministeriö, ”päästä päähän”. sellaan hankkeen kokeellista tutkimusta oliTT. Omalla ja merkittävällä kokeellista tutkimusta olivat tus pääjoukon liikkeeseentyöpanoksellaan on hyvin vähäistä hankkeen 2. Näkyvyys 10–12 m: Tässä tilan valaistus vat toteuttamassa yhteistyössä Pelastusopisto, massa yhteistyössä Pelastusopisto, Karjalan Lennosto ja Aalto-yliopiston eli esimerkiksi henkilökunnan (laivat) tehtäoli kuten referenssikokeessa, mutta keinosa- Karjalan Lennosto ja Aalto-yliopiston Peruseiden korkeakoulun systeemianalyysin laboratorio. vistä johtuva vastavirtaus ei juurikaan vaikuta vulla käytävään luotiin mahdollisimman ta- tieteiden korkeakoulun systeemianalyysin lapoistuviin henkilöihin vaakasuorissa käytävis- sainen keinosavu vastaamaan vaimennuksel- boratorio. sä. Portaikoissa tilanne voi olla toinen johtu- taan suunniteltua näkyvyyttä. Koehenkilö LUETTELO en porrasaskelmien vaikutuksesta ihmisten pystyi hahmottamaan tilaa paikallisesti ja te- LÄHDELUETTELO mahdollisuuteen väistää toisiaan tehokkaasti. kemään päätelmiä kauempana mahdollisesti 1. Rinne, T., Kling, T., Grönberg, P. & KorT., Kling, T., Grönberg, P. & Korhonen, T. 2012. Mitoittavat tilanteet tulipalon ainäkyvien opasteiden avulla. honen, T. 2012. Mitoittavat tilanteet tulipoistumisessa. Kokeellinen tutkimus. Espoo, VTT. 134 s. +5–7 liitt. s. tilan valaistus palon ai-kaisessa poistumisessa. Kokeellinen NÄKYVYYDEN HEIKKENEMISEEN 3. Näkyvyys m:22 Tässä KOKEET hnology;LIITTYVÄT 70 ISBN 978-951-38-7906-8 oli kuten referenssikokeessa, mutta keinosa- tutkimus. Espoo, VTT. 134 s. + liitt. 22 s. Näkyvyyden heikkenemiseen liittyvät kokeet vulla käytävään luotiin mahdollisimman taVTT Technology; 70 ISBN 978-951-3810 tarjosivat geometrian, jossa kukaan koehenkisainen keinosavu vastaamaan vaimennuksel- 7906-8 URL:http://www.vtt.fi/publications/ löistä ei ollut käynyt aiemmin. Kirjallisuuden taan suunniteltua näkyvyyttä. Koehenkilö index.jsp). Saatavilla osoitteesta: perusteella vastaavia näkyvyyden heikkemi- pystyi hahmottamaan tilaa paikallisesti ja tehttp://www.vtt.fi/inf/pdf/technoloseen liittyviä kokeita oli suoritettu aiemmin kemään päätelmiä kauempana mahdollisesti gy/2012/T70.pdf. vain kaksi, jotka nekin poikkesivat toisistaan. näkyvien opasteiden avulla. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

21


Annukka Saine-Kottonen, Helsingin kaupungin pelastuslaitos, PL 112, 00099 Helsingin kaupunki

Osaaminen onnettomuuksien ehkäisytyössä

Tiivistelmä Artikkeli yhdistää kahden pelastuslaitoksilla toteutetun tutkimus- ja kehittämishankkeen havaintoja ja tuloksia osaamisen merkityksestä ja sen kehittämisen haasteista ja mahdollisuuksista onnettomuuksien ehkäisytyössä. Aineistona on haastattelututkimus 13 valvontatyötä tekevälle henkilölle 4 pelastuslaitokselta sekä kyselytutkimus, johon on artikkelin kirjoittamishetkellä vastannut 145 henkilöä 14 pelastuslaitokselta. Osaamisen kehittäminen näyttäytyy aineistossa avainkysymyksenä niin työntekijöiden motivaation, työn vaikuttavuuden kuin arvostuksenkin näkökulmasta. Koko pelastustoimen vaikuttavuuden kehittämisessä onnettomuuksien ehkäisyn menetelmien ja osaamisen kehittäminen on oleellista. Alalla on yhtenäinen näkemys toivottavasta kehittämissuunnasta ja motivaatio uuden oppimiseen ja osaamisen kehittämiseen on työntekijöiden keskuudessa vahva.

TAUSTA Pelastusviranomaisen onnettomuuksien ehkäisytyö on ihmisten, yritysten sekä muiden yhteisöjen ja oikeushenkilöiden ohjausta, neuvontaa, valistusta ja valvontaa tulipalojen ja muiden onnettomuuksien ehkäisemiseksi, niihin varautumiseksi ja niiden seurauksien rajoittamiseksi. Onnettomuuksien ehkäisyä tehdään myös yhteistyössä muiden viranomaisten sekä alueen yhteisöjen ja asukkaiden kanssa sekä osallistumalla paikalliseen 22

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

ja alueelliseen turvallisuussuunnittelutyöhön. Onnettomuuksien ehkäisytyöhön ei ole yhtenäisiä, määrättyjä kelpoisuusvaatimuksia. Pelastuslaitokset määrittelevät näin ollen itsenäisesti omat onnettomuuksien ehkäisytyötä koskevat vaatimuksensa. Perinteiset onnettomuuksien ehkäisyn (erityisesti valvonnan) osaamisalueet, kuten rakenteellinen paloturvallisuus, paloturvallisuustekniikka ja pelastustoiminnan edellytysten varmistaminen ovat edelleen ja tulevat jatkossakin olemaan keskeinen osa onnettomuuksien ehkäisyä. Niiden rinnalle on kuitenkin noussut uusia painopisteitä, joista on tunnistettu mm. seuraavia: • kyky omaksua uutta • vuorovaikutus- ja yhteistyötaidot • asiakaslähtöinen ajattelutapa • kokonaisvaltainen ymmärrys turvallisuuskulttuurista ja sen edistämisestä • ymmärrys turvallisuudesta ja riskienhallinnasta liiketoiminnassa • tekniset taidot [1] Tämä artikkeli tarkastelee osaamisen merkitystä ja sen kehittämisen haasteita ja mahdollisuuksia pelastusviranomaisen onnettomuuksien ehkäisytyössä. Artikkeli perustuu kahteen pelastuslaitosten tutkimus- ja kehittämishankkeeseen. Turvallisuuskulttuuria kehittävä valvonta II on Helsingin, Keski- ja Länsi-Uudenmaan

pelastuslaitosten yhteistyössä toteuttama tutkimus- ja kehittämishanke (2011–2012), jossa kehitettiin valvontamenetelmiä ja niiden vaikuttavuuden arviointia. Hankkeen yhtenä tehtävänä oli tarkastella valvontatyötä tekevien ammatti-identiteettiä ja työmotivaatiota. Tutkimusaineisto kerättiin teemahaastatteluilla keväällä 2011. Haastateltavat (N=13) edustivat neljää pelastuslaitosta. [2] Onnettomuuksien ehkäisytyössä tarvittavan osaamisen kehittäminen -hanke on Helsingin, Pirkanmaan ja Länsi-Uudenmaan pelastuslaitosten yhteishanke, jonka tavoitteena on kartoittaa pelastusviranomaisen tekemässä onnettomuuksien ehkäisytyössä tarvittavaa osaamista ja muodostaa sen perusteella ehdotus työhön soveltuvasta koulutuskokonaisuudesta. Hankkeessa myös koulutetaan onnettomuuksien ehkäisytyötä tekeviä. [3] Osana hanketta laadittiin kysely, joka suunnattiin pelastuslaitoksilla onnettomuuksien ehkäisytehtävissä toimiville henkilöille. Kyselyssä selvitettiin vastaajien näkemystä 54 osaamissisällössä. Sisältöjen valinta perustui Osaamisen johtaminen kuntasektorilla –työkirjan osaamiskartoitusmallin [4] avulla muodostettuihin osaamisalueisiin, jotka jaoteltiin Pohjoismaisen aikuisten oppimisen verkoston Tulevaisuuden osaamisen aivoriihen mallin [5] mukaisesti kolmeen pääosaamisalueeseen: henkilökohtaiseen osaamiseen, sosiaaliseen osaamiseen ja ammattiosaamiseen.


Tutkimus toteutettiin keväällä 2013 ja artikkelin kirjoitushetkellä kysely on vielä avoinna. Näin ollen sitä koskevat tulokset ovat alustavia. Kirjoittamishetkellä vastaajat (N=145) edustavat 14 pelastuslaitosta.

ONNETTOMUUKSIEN EHKÄISY MUUTOKSESSA Onnettomuuksien ehkäisytyöhön on viimeisten vuosien aikana kohdistunut suuria muutoksia. Pelastustoimen tutkimusohjelmassa 2010-2014 todetaan, että onnettomuuksien ehkäisy on kahden viimeisen [pelastus]lainsäädännön uudistuksen myötä tullut pelastustoimen perustehtäväksi. Pelastustoimen velvoitteet liittyvät tulipalojen ehkäisyn lisäksi laajemminkin onnettomuuksien ennaltaehkäisyyn. Laajentunut tehtäväkenttä edellyttää työmenetelmien kehittämistä. [6] Viime vuosien aikana on alettu korostaa turvallisuuskulttuurin huomioinnin merkitystä onnettomuuksien ehkäisyssä. Turvallisuuskulttuurin kehittymisen edistäminen vaatii pelastustoimelta merkittäviä toimenpiteitä [6]. Turvallisuuskulttuurilähtöisen ajattelutavan perusoletus on, että vaikuttavaa onnettomuuksien ehkäisyä ei tehdä yksittäisiä puutteita poistamalla. Tavoitteena on, että ihmiset ja yhteisöt huolehtivat omatoimisesti turvallisuudestaan niin, että se ei edellytä viranomaisen jatkuvaa kontrollia. Viranomaisen roolista turvallisuuskulttuurin kehittymisestä on keskusteltu runsaasti. Kotien, organisaatioiden tai yhteiskunnan turvallisuuskulttuurin kehittäminen ei ole pelastusviranomaisen vastuulla, mutta pelastusviranomainen voi sopivalla työmenetelmällä ja -otteella tukea asiakkaidensa turvallisuuskulttuurin kehittymistä.

Muutoksissa osaamisen merkitys korostuu Onnettomuuksien ehkäisyn laajentuneessa ja muuttuvassa tehtäväkentässä osaamisen ja sen kehittämisen merkitys korostuu. Muuttuvat työmenetelmät edellyttävät uusien taitojen opettelua ja vanhoista toimintatavoista poisoppimista. Tämä on huomioitava niin uusien työntekijöiden rekrytoinnissa kuin nykyisten työntekijöiden osaamisen kehittämisessä. Uusia menetelmiä on lisäksi ajateltava koko organisaatiota – ei ainoastaan yksilöitä – koskevana oppimistehtävänä. Op-

piminen on yhteisöllinen ja ympäristöönsä kiinteästi sidottu ilmiö. Oppimisen tutkimuksessa vahvana suuntauksena onkin viime vuosina ollut sosiokulttuurinen näkökulma, joka korostaa oppimisen ja taitojen kehittymisen konteksti- ja tilannesidonnaisuutta. [7] Uudet osaamistarpeet eivät nouse ainoastaan pelastustoimen ja onnettomuuksien ehkäisyn kehittymisestä, vaan koko työelämän katsotaan olevan jatkuvassa muutostilassa, lisäksi vieläpä erityisessä murroskohdassa. Kairinen ym. listaavat muutossuunniksi palvelutyövaltaistumisen, tietotyövaltaistumisen, verkottumisen, toimintatapojen joustavoitumisen, työnteon muotojen epätyypillistymisen sekä kansainvälistymisen ja globalisaation. [8] Julkinen sektori tai pelastustoimi sen osana eivät ole näiden muutosten ulkopuolella. Muutosvauhdin uskotaan yleisesti vain kiihtyvän edelleen. Tämä voi olla yksi syy siihen, minkä vuoksi viime vuosina on alkanut vahvistua elinikäisen oppimisen ideologia. Sen mukaan jokaisen on opittava uutta koko ikänsä. Nopeasti muuttuva työelämä edellyttää työntekijöiden osaamisvaatimusten jatkuvaa päivittämistä ja suhteuttamista uusiin ammattitaitovaatimuksiin. Vahvaa asiantuntijuutta vaativat tehtävät edellyttävät nykyään erinomaisen tietopohjan lisäksi kykyä etsiä ja hankkia uutta tietoa sekä kykyä reflektiivisyyteen, kriittiseen tiedon arviointiin ja eettisiin ratkaisuihin, monenlaisia kommunikointitaitoja ja yhteistyötaitoja sekä ennen kaikkea kykyä jatkuvaan uuden oppimiseen ja luomiseen. [9]

TYÖELÄMÄN MUUTOS ON HAASTE AMMATTI-IDENTITEETILLE Ammatti-identiteetin käsite kuvaa ihmisen ja työn välistä suhdetta. Siinä kietoutuvat yhteen ammattialan yhteiskunnallinen, sosiaalinen ja kulttuurinen käytäntö sekä yksilön rakentamat ja jatkuvasti muokkaamat yksilölliset merkitykset ja käsitykset työn asemasta elämässä sekä työhön liittyvistä arvoista ja eettisistä sitoumuksista. Ammatti-identiteetti rakentuu oman henkilöhistorian perusteella, mutta siinä ovat mukana myös tulevaisuuden odotukset suhteessa työhön. [10] Onnettomuuksien ehkäisytyö tarjoaa hyvät edellytykset vahvan ammatti-identiteetin rakentumiselle, koska sillä koetaan olevan selkeä yhteiskunnallinen merkitys, tavoite ja

Tavoitteena on, että ihmiset ja yhteisöt huolehtivat­ omatoimisesti turvallisuudestaan niin, että se ei edellytä viranomaisen jatkuvaa kontrollia.

tehtävä. Ennen kaikkea ammatti näyttäytyy työntekijöille asiakkaiden kanssa tehtävänä yhteistyönä turvallisuuden ylläpitämiseksi ja parantamiseksi. Työhön liittyvä kontrollointi, määräykset ja pakkokeinot sen sijaan herättävät ristiriitaisia tunteita. Tällä hetkellä ammatti-identiteetin ylläpitämisen haasteena on se, että työssä vaadittavan ammattitaidon koetaan olevan suuressa muutoksessa. Työntekijät kokevat epävarmuutta siitä, selviytyvätkö he jatkossakin ammatillisista haasteista ja kykenevätkö suorittamaan ammatin vaatimia työtehtäviä ja hallitsemaan tarvittavan teoreettisen tiedon. [2] Ammatti-identiteettiin liittyvät kysymykset aktivoituvat muutostilanteissa, jotka pakottavat tarkastelemaan työtä ja omaa suhdetta siihen uudella tavalla. Onnettomuuksien ehkäisyn muutos näyttäytyy ennen kaikkea mahdollisuutena ja työntekijöiden odotukset työn mielekkyyden ja vaikuttavuuden lisääntymisestä ovat korkealla. (Huom. Haastattelut on tehty ennen pelastuslakiuudistusta.) Keskeistä olisi, että pelastuslaitoksilla tartuttaisiin rohkeasti haasteisiin, panostettaisiin uusien menetelmien kehittämiseen, kouluttamiseen ja osaamisen hallintaan. Muutosta ei tule, jos sitä ei tehdä. ”Tommoseen uuteen lakiin on aina helppo laittaa kauheesti toiveita ja odotetaan, et kun laki muuttuu niin kaikki muuttuu. Mut ei se muutu, jos ei sille jotain tehä.” [2]

Uudet toimintamallit eivät jalkaudu hetkessä Uusien toimintamallien käyttöönotto ja jalkauttaminen ei tapahdu itsestään. Se edellyttää muutosta sekä työntekijöiden että asiakkaiden asenteisiin ja totuttuihin toimintatapoihin. On kiinnitettävä huomiota siihen, että työntekijät koulutetaan toimintamallien käyttöön ja käytön opetteluun annetaan riittävästi aikaa ja resursseja. Opetteluvaiheessa toivotaan ymmärrystä sille, jos työtahti hetkellisesti hidastuu. Uuden omaksuminen ei tapahdu hetkessä. [2] Tapa tehdä havaintoja, ajatella, muistaa ja ratkaista ongelmia ovat aikuisilla melko vakiintuneita verrattuna lapsiin ja nuoriin. Totuttu tapa toimii tulkintojen ja uuden oppimisen viitekehyksenä mutta voi myös rajoittaa uuden oppimista. Syvällinen oppiminen edellyttää muutosta vakiintuneessa ja osin tiedostamattomassa tavassa havaita ja tulkita maailmaa. [7] ”Et kyl se tulee vaatimaan paljon myös pelastusviranomaiselta. Ja just se, että ei olla uppiniskasia vaan otetaan uutta vastaan ja ollaan valmiita kokeilemaan uusia toimintatapoja. Sekin vaatii ihmiseltä paljon. Jos ihmiset on tottunu tekemään tiettyä työtä 10–30 vuotPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

23


Vähitellen uudet tiedot­ ja taidot voivat muut­ tua uusiksi rutiineiksi. ta, niin ei se hetkessä muutu se mieli, et nyt tehdäänkin toisin. Yleensä ihmisille tulee se muutosvastarinta, että mä en ainakaan rupee tätä tekemään tai et mä en rupee tätä soveltamaan omassa työssäni.” [2] Syvällisen oppimisen edellyttämää kokemusta kutsutaan joskus säröksi. Särö syntyy, kun elämänkokemus ja oppimiskokemus törmäävät yhteen. Aikuisten oppimisen ohjaajan yhtenä tärkeimmistä tehtävistä voidaankin pitää särökokemusten aikaansaamista. [7] Tämä näkökulma tekee muutosvastarinnan ymmärrettäväksi ja suorastaan väistämättömäksi osaksi muutosta. Muutosvastarinnan hyväksyminen ja ottaminen hyötykäyttöön muutosten läpiviennissä onkin yksi osaamisen kehittämisen tärkeistä haasteista. Vanhoista toimintatavoista poisoppiminen koetaan haastavaksi (ka. 2,53 kun vastausvaihtoehdot olivat 1=erittäin haastavaa – 4=erittäin helppoa.). [3] Poisoppiminen edellyttää totutuista toimintatavoista luopumista ja vanhojen rutiinien hylkäämistä. Muuttuvassa ympäristössä osaamisen ajan tasalla pysyminen edellyttää muutosta. Joskus jokin ”tieto” osoittautuukin vääräksi tai vanhentuneeksi ja se on hylättävä. Tämä vaatii tietoista keskittymistä. Lisähaastetta tulee siitä, jos poisoppimisen tarve ei koske pelkkää toimintaa vaan sen taustalla olevia ajattelumalleja ja perusoletuksia. Onnettomuuksien ehkäisytyössä nähdään olevan meneillään tällainen ajattelutavan murros. ”Varmaan nyt just eletään semmosta muutosaikaa pelastuslaitoksilla. Että ollaan luopumassa siitä vanhasta kangistuneesta järjestelmästä. Ja mennään vähän tähän nykykelkkaan mukaan.” ”No ehkä se koko ajattelu tähän hommaan on muuttunu.” [2] Vähitellen uudet tiedot ja taidot voivat muuttua uusiksi rutiineiksi ja toimintatavoiksi. Aiemmassa tutkimuksessa riskienhallintapäälliköt ovat katsoneet, että uusien toimintamallien omaksuminen ei ole joustavaa. [1] Vaikuttaisi kuitenkin siltä, että haasteeksi koetaan nimenomaan vanhasta poisoppiminen, ei uuden opettelu (ka. 2,96). Uudistukset koetaan positiivisena asiana, jot24

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

ka voivat merkittävällä tavalla parantaa onnettomuuksien ehkäisyn laatua ja yhdenmukaisuutta. ”Kyl mä ainakin pidän tätä uutta suuntaa mielekkäänä.” [2]

OPPIMISEN HAASTEITA JA MAHDOLLISUUKSIA Aikuinen oppijana Aikuiskoulutuksessa on huomioitava aikuisten oppijoiden heterogeenisuus: suuri vaihtelu mm. iässä, kokemus- ja koulutustaustassa. Aikuisena opiskelusta ja aikuisten kyvystä oppia uusia asioita on vallalla paljon erilaisia mielikuvia, kokemuksia, näkemyksiä ja uskomuksia. Jokaisella aikuisella on omaan kokemukseen perustuvaa tietoa siitä, millaista oppiminen oli lapsena ja nuorena ja miten aikuisena oppiminen siitä eroaa. [7] Perinteinen näkemys oppimisesta perustuu behavioristiseen taustateoriaan, jossa oppiminen ajatellaan reaktioiksi ärsykkeisiin. Tällöin oppimista voidaan säädellä ulkoisella vahvistamisella. Opettajalla on tärkeä ja aktiivinen rooli, oppijalla taas ennemmin passiivinen ja reagoiva. Behaviorismia tietoisen oppimisen taustateoriana voidaan pitää vanhentuneena [7] Viimeaikaisessa oppimisen tutkimuksessa valtavirtaus on ollut konstruktivistinen näkemys tiedosta ja oppimisesta. Sen mukaan oppija rakentaa ja tulkitsee tietoa sekä antaa sille merkityksen omasta tieto- ja kokemustaustastaan käsin. Oppiminen on siis aktiivista tiedon rakentamista. [7] Työntekijät kokevat käytännön taitojen opettelun (ka. 3,28) ja kokeilemalla oppimisen (ka. 3,36) helpoksi. Nämä ovat asioita, joissa oppija nimenomaan itse aktiivisesti ratkoo ongelmia ja kokeilee eri vaihtoehtoja. Myös katsomalla oppiminen koetaan helpoksi (ka. 3,22). Haastavaksi koetaan lainsäädännön kehityksen seuranta (ka. 2,52) sekä yksityiskohtien opettelu ja muistaminen (ka. 2,64). Nämä taas ovat asioita, joita perinteisesti opetellaan yksin puurtaen ja jotka vaativat yksityiskohtaisen tiedon ulkoa opettelua ja ulkoa annettujen tosiasioiden omaksumista. [3]

Oppia ikä kaikki Työelämän muutokset yhdessä väestön ikääntymisen kanssa ovat nostaneet esiin kysymyksen ikääntyvien työntekijöiden osaamisesta sekä ammatillisen peruskoulutuksen että osaamisen ylläpitämisen näkökulmasta. Toisaalta vaatimus ylläpitää ja kehittää osaamista, esimerkiksi työvälineissä tapahtuvien muutosten vuoksi, koskettaa kaiken ikäisiä työntekijöitä. Kysymys ei ole vain koulutuk-

sesta vaan entistä enemmän oman ammatillisuuden ja osaamisen kehittämisestä työssä ja työyhteisössä, osana jokapäiväistä työtä ja kanssakäymistä. [11] Pelkästään ikään perustuvia suoria johtopäätöksiä oppimiskyvystä ja -mahdollisuuksista on syytä tehdä hyvin varovasti. Vaikkakin ikääntyminen merkitsee vähittäistä heikkenemistä joissakin fyysisissä toiminnoissa, kuten näkö- ja kuuloaistissa, reaktioajassa ja fyysisessä voimassa, ei näitä muutoksia voi pitää kovin merkittävinä työikäisten keskuudessa. Sekä fyysisen että mentaalisen oppimiskyvyn on todettu säilyvän läpi elämän. [7] Aikuisten oppimista edistää riittävä aika oppimiseen ja erilaisten tekniikoiden ja apuvälineiden käyttö muistin tueksi. Tämän merkitystä on syytä korostaa, sillä lisäosaamista kaivataan moneen sellaiseen asiaan, joka edellyttää yksityiskohtaisen tiedon muistamista ja hallintaa, kuten lainsäädännön tuntemus ja sen kehityksen seuranta. [3] Lähivuosina onnettomuuksien ehkäisytyötä pitkään (yli 15 vuotta) tehneiden osuuden uskotaan kasvavan. Tärkeää on, että heidän kokemuksensa, osaamisensa ja ammattitaitonsa pystytään hyödyntämään. Vaikka aikuisten oppimiskykyä usein vähätelläänkin, ”- - - mutku ei se vanha koira opi uusia temppuja. Se oikeesti vaan on niin - - -” [2] on aikuisella oppijalla myös vahvuuksia. Aikuinen ohjaa, arvioi ja tarkkailee omaa oppimistaan ja katsoo asioita monesta eri näkökulmasta. Aikuisille on tyypillistä nuoria oppijoita parempi kyky käyttää käytännön kokemusta ja kontekstuaalista tietoa apuna ongelmien ratkaisussa. Kognitiivisen oppimisteorian mukaan uusi asia havaitaan ja opitaan aina suhteessa aiempaan tietoon. Tätä korostetaan erityisesti aikuisten oppimisessa ja ohjaamisessa. On helpompi omaksua ja palauttaa mieleen tietoa, joka koetaan itselle merkitykselliseksi. [7]

Oppiminen jatkuu koko työuran ajan Osaamisen kehittämistä tapahtuu uran eri vaiheissa. Alalle tultaessa yksilöillä on oman koulutustaustansa ja aiemman työkokemuksensa sekä harrastuneisuutensa perusteella tietty osaamistaso. Onnettomuuksien ehkäisytyötä tehdään usein pelastusalan (N= 63) tai muun tekniikan alan (N=68) koulutustaustalla. [3] Ne tuottavat vahvaa perusosaamista tietyillä onnettomuuksien ehkäisyn osaamisalueilla. Jatkossa myös muunlaisen koulutustaustan uskotaan yleistyvän. Tärkeää olisi tunnistaa erilaisten taustojen tuoma osaaminen ja ottaa se hyötykäyttöön – samoin kuin tulee tunnistaa erilaiset koulutustarpeet ja vastata niihin. Riittävä yhteinen perusosaaminen on varmistettava.


Työn alkuvaiheessa saatava perehdytys on tärkeää ja se voi värittää pitkälti sitä kokonaiskuvaa, joka työntekijälle ammatista, sen sisällöstä ja tavoitteista muodostuu. Erityisesti tämä pätee onnettomuuksien ehkäisyn kaltaiseen ammattiin, josta monella ei ehkä ole kovin selvää mielikuvaa ja käsitystä ennalta. Työhön päätyminen saatetaan kokea sattumaksi, kun aiemmin ”Ei ollu niinku ajatustakaan, et tällanen mahdollisuus ees on” [2] Pelastuslaitoksilla on perinteisesti ollut käytössä ns. oppipoikamalli, jossa uusi työntekijä tutustuu työtehtäviin kokeneemman kollegan toimintaa seuraamalla. Vaikka tässä onkin se riski, että näin siirretään eteenpäin myös vanhentunutta tietoa ja vakiintuneita mutta epätarkoituksenmukaisia käytäntöjä, on mallissa myös paljon vahvuuksia ja hyödynnettävää. Ns. hiljaisen tiedon, eli vaikeasti sanoiksi puettavan lähinnä kokemukseen tai intuitioon perustuvan tiedon siirtäminen mahdollistuu. Katselemalla oppiminen koetaan myös helpoksi tavaksi oppia (ka. 3,22). [3] Oppiminen ei luonnollisestikaan pääty eikä ammatissa olla valmiita perehdytyksen jälkeen vaan elinikäisen oppimisen ideologian mukaisesti oppiminen jatkuu koko työuran ajan. Työorganisaatioiden henkilöstön kehittämisen painopiste on vähitellen siirtymässä henkilöstökoulutuksesta kohti työssä oppimisen ohjaamista. Aikaisemmin ajateltiin, että työntekijä ottaa passiivisesti tietoa vastaan koulutuksessa ja sitten soveltaa sitä omassa työssään. Ajatus on kestämätön, koska pelkkä tiedon jakaminen ei riitä osaamista tuottavan oppimisen perustaksi, vaan oppimisen ohjaus pitää ulottaa työpaikalle asti. Oppimisprosessi ei ole vain henkilökohtainen asia. [12] Pelastustoimen kehitysnäkökulmien kannalta yksi keskeinen kysymys liittyy koulutustarpeisiin operatiivisista pelastustoiminnan tehtävistä onnettomuuksien ehkäisytehtäviin siirryttäessä. Keskeisimpiä koulutustarpeita siirtymän kokeneiden henkilöiden (N=40) mukaan näyttäisivät olevan rakenteellinen ja tekninen paloturvallisuus, lainsäädännön ja valvontavelvoitteiden tuntemus, palotarkastusprosessin ja –ohjelmiston hallinta, kirjalliset ja tietotekniset taidot sekä riskiryhmien tuntemus. [3]

Jatkuva oppiminen voi myös ahdistaa Elinikäisen oppimisen ideologialla on myös kääntöpuolensa. Jatkuvan koulutuksen ja kilpailun yhteiskunnassa eläminen saattaa merkitä monille aikuisille raskasta taakkaa. Siihen liittyy toistuva valmentautuminen uusiin tehtäviin, pelko omien taitojen vanhenemisesta ja jatkuva muutospaine. [13] Vaikka uudistuksiin ja uuden opetteluun

suhtaudutaan pääosin positiivisesti, herättävät ne myös huolta siitä, saavatko työntekijät oppimiselleen tarvitsemansa tuen. Työn arvostuksen kannalta tyytymättömyyttä herättää se, että kovassa muutosvauhdissa ei muisteta arvostaa ja kunnioittaa tehtyä työtä ja vanhoja käytäntöjä, vaikka niissä olisi paljon hyvääkin. [2] Olisikin tärkeää muistaa, että lainsäädäntö ja tehtävänkuvat ovat aiemmin edellyttäneet toisentyyppistä osaamista ja työotetta kuin nykyisin. Siksi vanhoja suorituksia ei tule arvioida tämän päivän kriteerein vaan oman aikansa valossa – aivan kuten rakennusten paloturvallisuutta arvioidaan rakennusaikaisen lainsäädännön perusteella eikä nykyisten normien.

YHTEINEN KÄSITYS OIKEASTA SUUNNASTA ON VAHVA Onnettomuuksien ehkäisy on muutoksessa. Pelastustoimen vaikuttavuuden lisääminen perustuu pitkälti onnettomuuksien ehkäisytyön kehittämiseen. Näkemys toivottavasta kehittämissuunnasta on pelastustoimen sisällä vahva ja yhtenäinen. Pelastuslaitosten ja sidosryhmien yhteiset tutkimus- ja kehittämishankkeet voivat tehokkaasti edistää alan kehitystä koko maan tasolla. Osaamisen kehittäminen on muutoksen avain. Sillä on merkitystä työmotivaation, työn laadun ja vaikuttavuuden sekä työn arvostuksen kannalta. Onnettomuuksien ehkäisy vaatii monipuolista osaamista. Työntekijät tunnistavat runsaasti osaamis- ja koulutustarpeita. He myös ovat motivoituneita oppimaan uutta, kunhan oppimiselle annetaan riittävä tuki ja huomioidaan vanhasta poisoppimiseen liittyvät haasteet. Uudet työmenetelmät ja työn haasteellisuus koetaan motivaatiota vahvistaviksi tekijöiksi. Motivaatiota vähentävänä tekijänä taas nähdään ehkäisevän työn arvostuksen puute pelastustoimen sisällä. Yhdeksi ratkaisuksi tähän esitetään osaamiseen ja koulutukseen panostamista – työn arvostus syntyy vahvasta ammattitaidosta. Yhtenä vaihtoehtona olisi, että lakiin kirjattaisiin pätevyysvaatimukset onnettomuuksien ehkäisytyöhön. Panostamalla niin pelastusalan tutkintojen ja täydennyskoulutuksen kuin työssä tapahtuvan oppimisen hallintaan ja kehittämiseen voidaan vastata niihin haasteisiin, joita jatkuvasti muuttuva työelämä myös onnettomuuksien­ehkäisylle asettaa.

KIITOKSET Sekä Turvallisuuskulttuuria kehittävä valvonta II että Onnettomuuksien ehkäisytyössä tarvittavan osaamisen kehittäminen ovat Palosuojelurahaston tukemia hankkeita. Niiden toteuttaminen ei olisi ollut mahdollista ilman rahaston myöntämää tukea.

LÄHDELUETTELO 1. Helsingin kaupungin pelastuslaitos. 2011. Turvallisuuskulttuuria kehittävä valvonta – hankkeen loppuraportti. 2. Helsingin kaupungin pelastuslaitos. 2013. Turvallisuuskulttuuria kehittävä valvonta II -hankkeen loppuraportti. (Julkaisuprosessissa) 3. Helsingin kaupungin pelastuslaitos. 2013. Onnettomuuksien ehkäisytyössä tarvittavan osaamisen kehittäminen – hankkeen loppuraportti. (Luonnos) 4. Efeko Oy. 2005. Osaamisen johtaminen kuntasektorilla. Kuntaosaaja 2012-työkirja. Saatavissa osoitteesta: http://www.laaninhallitus.fi/lh/ita/sivistys/home.nsf/files/AF 4573A549C21546C225785B003782C1/$fi le/Osaamisen%20johtaminen%20kuntasektorilla.pdf (viitattu 30.04.2013) 5. Pohjoismainen aikuisten oppimisen verkosto. 2006. Tulevaisuuden osaaminen. Tiivistelmä. Saatavissa osoitteesta: http://www. vsy.fi/doc/FramtidensKompetenser_fi.pdf (viitattu 29.4.2013) 6. Pelastustoimen tutkimusohjelma 20102014. Saatavissa osoitteesta: http://www.pelastusopisto.fi/pelastus/home.nsf/www/tutkimusohjelma (viitattu 9.4.2013) 7. Valleala, U. M. 2007. Oppiiko vanha koira uusia temppuja? Näkökulmia aikuisten opiskeluun ja oppimiseen. Teoksessa K. Collin ja S. Paloniemi (toim.) 2007. Aikuiskasvatus tieteenä ja toimintakenttinä (s. 5590). Juva: PS-kustannnus. 8. Julkunen, R. 2007. Työ – talouden ja minän välissä. Teoksessa A. Eteläpelto, K. Collin ja J. Saarinen (toim.) Työ, identiteetti ja oppiminen (s. 18–48). Porvoo: WSOY. 9. Collin, K. 2007. Työssä oppiminen. Teoksessa K. Collin ja S. Paloniemi (toim.) 2007. Aikuiskasvatus tieteenä ja toimintakenttinä (s. 123-154). Juva: PS-kustannnus. 10. Eteläpelto, A. 2007. Työidentiteetti ja subjektius rakenteiden ja toimijuuden ristiaallokossa. Teoksessa A. Eteläpelto, K. Collin ja J. Saarinen (toim.) Työ, identiteetti ja oppiminen (s. 90-142). Porvoo: WSOY. 11. Paloniemi, S. 2007. Ikä ja ikäisyys työssä. Teoksessa A. Eteläpelto, K. Collin ja J. Saarinen (toim.) Työ, identiteetti ja oppiminen (s. 49-53). Porvoo: WSOY. 12. Poikela, E. ja Järvinen, A. 2007. Työssä oppimisen prosessimalli oppimisen johtamisessa ja osaamisen arvioinnissa. Teoksessa A. Eteläpelto, K. Collin ja J. Saarinen (toim.) Työ, identiteetti ja oppiminen (s. 178–197). Porvoo: WSOY. 13. Virtanen, A. 2007. Ammatillinen aikuiskoulutus: taustaa, kirjoa ja nykytilaa. Teoksessa K. Collin ja S. Paloniemi (toim.) 2007. Aikuiskasvatus tieteenä ja toimintakenttinä (s. 93-122). Juva: PS-kustannnus. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

25


Esko Mikkola, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Puun paloturvallinen käyttö parvekkeissa ja räystäissä

Tiivistelmä Puuparvekkeiden ja luhtikäytävien paloturvallisuuteen liittyviä ehtoja ja vaatimuksia on selvitetty seuraavissa maissa: Ruotsi, Norja, Saksa, Ranska, Itävalta, Sveitsi, UK ja Kanada. Selvitys koskee 3–8-kerroksisia puurunkoisia asuinkerrostaloja (osittain myös toimisto-rakennuksia) sisältäen seuraavia asiakokonaisuuksia: Oletukset palorasituksesta, rakenteiden palonkestävyyden vaatimukset, pintojen palovaatimukset, mahdolliset palosuojausten vaatimukset ja parvekkeiden käyttö poistumiseen palotilanteessa. Täysin suljettu räystäs on yksinkertaisin ratkaisu estämään palon leviämistä ullakolle ja yläpohjan onteloon, mutta se ei välttämättä aina ole käytännöllisin. Tämän sijasta käytettäviä ratkaisuja ovat palonrajoittimina toimivien venttiilien/paisuvien tiivisteiden käyttö ja alapinnaltaan EI 30 -vaatimuksen täyttävien tuulettuvien räystäiden käyttö. Lisäksi räystään vaatimuksia voidaan tapauskohtaisesti kompensoida yläpohjan vaatimuksilla.

PARVEKKEIDEN JA LUHTIKÄYTÄVIEN VAATIMUKSIA Selvitys koski 3–8-kerroksisia puurunkoisia asuinkerrostaloja (osittain myös toimistorakennuksia) sisältäen seuraavia asiakokonaisuuksia: • Oletukset palorasituksesta • Rakenteiden palonkestävyyden vaatimukset 26

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

• Pintojen palovaatimukset • Palosuojausten vaatimukset • Parvekelasitusten vaikutuksia • Parvekkeiden käyttö poistumiseen. Vastauksia saatiin kysymyksiin melko kattavasti. Osa vastaajista antoi vastauksia vain osaan kysymyksistä, jolloin näiden osalta täydennettiin tietoja hyödyntäen aiempaa VTT:n käytössä ollutta aineistoa. Rakennusten palokuormaa koskevia oletuksia Useissa tarkastelluissa maissa ei ole käytössä rakennusten palokuormaa koskevia oletuksia. Muutamissa maissa palorasitusten oletuksen pohjana käytetään Eurokoodin (EN 1991-1-2) [1] palokuormia kansallisin arvoin ja sprinklauksen vaikutus otetaan huomioon vähennyskertoimien avulla (Taulukko 1). Kantavan puurungon mukanaoloa palokuormassa ei ole yleensä yksiselitteisesti määritelty, paitsi Ruotsissa ”suojatun energian” periaatetta voidaan soveltaa, jos rungon osallistuminen todennäköisyys paloon on alhainen. Rakenteiden palonkestävyyden vaatimuksia Kantavien rakenteiden (puuta) palonkestävyysvaatimuksia rakennusten seinille ja välipohjille sekä parvekkeille ja luhtikäytäville on esitetty seuraavassa (Taulukko 2). Itse

rakennusten osalta palokestävyyden perusvaatimuksena näyttää yleensä olevan R60 kuten Suomessakin. Parvekkeiden palonkestävyysvaatimukset vaihtelevat välillä R0− R60 ja ne ovat yleensä samat sprinklatuille ja sprinklaamattomille rakennuksille. Luhtikäytävien palonkestävyys-vaatimukset ovat yleensä tiukemmat kuin parvekkeiden, vaihdellen välillä R30−R90. Asuin- ja toimistorakennusten vaatimusten välillä ei todettu yleensä olevan eroja. Pintojen palovaatimuksia Pintoja koskevia vaatimuksia rakennuksen julkisivulle yleisesti sekä erityisesti parvekkeille ja luhtikäytäville on esitetty taulukossa 3. Käsittelemättömän puun käyttö on yleensä mahdollista julkisivujen pinnoissa 4–7 kerrokseen asti ja enemmänkin, jos on näyttöä palon rajallisesta leviämisestä. Ensimmäisen kerroksen pinnoilta voidaan vaatia palamattomuutta (Ruotsi esimerkkinä). Parvekkeiden pintakerrosten vaatimuksena on yleisimmin D- (tai C-) taso. Lattialle tyypillinen vaatimus on DFL. Luhtikäytävien pintakerrosvaatimukset ovat yleensä tiukemmat (seinät ja katot yleisimmin B-tasoa) kuin parvekkeiden vaatimukset kuvastaen käyttöä uloskäytävänä. Asuin- ja toimistorakennusten vaatimusten välillä ei yleensä ole eroja Palosuojausten vaatimuksia Tarkastellussa maaryhmässä parvekkeiden palosuojauksen suhteen ei aseteta vaatimuksia


*Ei varsinaisesti määritelty. Irtaimen palokuorman oletetaan olevan < 400 MJ/m2. Taulukko 1. Rakennusten sisältämän palokuorman oletuksia. Rakenteiden palonkestävyyden vaatimuksia Palokuorma (MJ/m2) (puuta) palonkestävyysvaatimuksia D N S seinille ja välipohjille UK Kantavien rakenteiden rakennusten 1085 on esitetty seuraavassa 400* Asuinrakennus 800 2). Itse rakennusten 870 sekä parvekkeille ja luhtikäytäville (Taulukko Sprinklattu rakennus perusvaatimuksena näyttää yleensä olevan488 570 osalta palokestävyyden R60 kuten Suomessakin. 584 400* Toimistorakennus 520 522 samat Parvekkeiden palonkestävyysvaatimukset vaihtelevat välillä R0−R60 ja ne ovat yleensä Sprinklattu rakennus 317 342 sprinklatuille ja sprinklaamattomille rakennuksille. Luhtikäytävien palonkestävyys2 *Ei varsinaisesti Irtaimen palokuorman oletetaan olevan <välillä 400 MJ/m . vaatimukset ovatmääritelty. yleensä tiukemmat kuin parvekkeiden, vaihdellen R30−R90. Asuinja toimistorakennusten vaatimusten välillä ei todettu yleensä olevan eroja. Rakenteiden palonkestävyyden vaatimuksia Taulukko 2. Palonkestävyyden vaatimuksia yksinkertaistettuna seinille, välipohjille, Kantavien rakenteiden (puuta)(asuinrakennukset). palonkestävyysvaatimuksia rakennusten seinille ja välipohjille parvekkeille ja luhtikäytäville sekä parvekkeille ja luhtikäytäville on esitetty seuraavassa (Taulukko 2). Itse rakennusten osalta palokestävyyden perusvaatimuksena näyttää yleensä olevan R60 kuten Suomessakin. Parvekkeiden palonkestävyysvaatimukset vaihtelevat samat Palonkestävyys A CH D F välilläNR0−R60S ja ne ovat UK yleensä CAN sprinklatuille ja sprinklaamattomille rakennuksille. Luhtikäytävien palonkestävyysAsuinrak. 3-4 krs 6) vaatimukset ovat yleensäR60 tiukemmat parvekkeiden, vaihdellen välilläR60 R30−R90.R60 AsuinSeinät ja välipohjat R60kuinR60 R60 R60 R60 ja toimistorakennusten vaatimusten välillä ei todettu yleensä olevan eroja. - Sprinklattu R60 R30 R60 R60 R60 R60 R60 R606) Asuinrak. 5-8 krs 2) 4) Taulukko 2. Palonkestävyyden yksinkertaistettuna Seinät ja välipohjat A2 runko R60vaatimuksia R603) R60 R905) seinille, R90 välipohjille, A2 runko parvekkeille ja luhtikäytäville (asuinrakennukset). Sprinklattu rakennus 4) R90 R602) R603) R60 R60 R90 A2 runko Seinät ja välipohjat 1) 7) Parvekkeet 3-4 krs R30 R60 R0 R60 R30 R0 7) Palonkestävyys A 1) CH D F N S UK CAN R30 R30 - Sprinklattu R0 R60 R30 R0 Asuinrak. 3-4 krs Luhtikäyt. 3-4 krs R60 R60 R60 R60 R30 R60 R606)6) Seinät ja välipohjat R60 R60 R60 R60 R60 R60 R60 R60 R60 R30 R60 R60 - Sprinklattu R60 R30 R60 - Sprinklattu R60 R30 R60 R60 R60 R60 R60 R606) Parvekkeet 5-8 krs A2 runko R602) R03) R60 R30 R0 A2 runko Asuinrak. Luhtikäyt.5-8 5-8krs krs A2 runko R602) R603) R60 R30 R90 A2 runko 4) Seinät ja välipohjat A2 runko R602) R603) R60 R905) R90 A2 runko 1) Ei vaatimuksia, jos 3 kerrosta. Sprinklattu rakennus 2) Korkeintaan 6 kerrosta. 4) R90 R602) R603) R60 R60 R90 A2 runko Seinät ja välipohjat 3) Korkeintaan 5 kerrosta. 1) 7) Parvekkeet 3-4 krs R30 R60 R0 R60 R30 R0 4) julkisivujen pinnoissa 4 – 7 kerrokseen asti ja enemmänkin, jos on näyttöä palon rajallisesta Ei taulukoituja arvoja, tarvitaan varmennettu suunnittelu. 1) 7) R30 kerroksen R30 pinnoilta - Sprinklattu Ensimmäisen R0 R0 5) leviämisestä. voidaanR60 vaatia R30 palamattomuutta (Ruotsi Välipohjat R60. 6) esimerkkinä). pintakerrosten vaatimuksenaR60 on yleisimmin D (tai C) taso. Luhtikäyt. 3-43Parvekkeiden krs R60 R60riittävä. R30 R60 R60 6) Korkeintaan kerrosta.R60 Myös R45 voi olla Lattialle tyypillinen vaatimus on D . Luhtikäytävien pintakerrosvaatimukset ovat yleensä R60 R30 R60 - Sprinklattu R60 R60 R30 R60 7) FL Ei R vaatimusta, jos ei käytetä poistumiseen. 3) tiukemmat katot yleisimmin kuin parvekkeiden kuvastaen Parvekkeet (seinät 5-8 krs ja A2 runko R602) BR0tasoa) R60 R30vaatimukset R0 A2 runko 2) 3) käyttöä uloskäytävänä. Asuinja toimistorakennusten vaatimusten välillä ei yleensä ole Luhtikäyt. 5-8 krs A2 runko R60 R60 R60 R30 R90 A2eroja runko Pintojen palovaatimuksia 1) Ei vaatimuksia, jos 3 kerrosta. 2) Taulukko 3. 6 Pintakerrosten vaatimuksia julkisivuille, parvekkeille ja luhtikäytäville Korkeintaan kerrosta. Pintoja koskevia vaatimuksia rakennuksen julkisivulle yleisesti sekä erityisesti 3) (asuinrakennukset) vähintään 3-kerroksissa rakennuksissa (Itävallassa esitetytparvekkeille vaatimuksetja Korkeintaan 5on kerrosta. luhtikäytäville esitetty Taulukko 3.Norjassa Käsittelemättömän puun käyttö on yleensä mahdollista 4) pätevät kun kerroksia korkeintaan 7 ja ja Kanadassa kun kerroksia korkeintaan 4). Ei taulukoituja arvoja, tarvitaan varmennettu suunnittelu. 5) Välipohjat R60. 6) 2 Korkeintaan 3 kerrosta. Myös R45 voi olla riittävä. A CH D N S UK CAN Pintakerrokset 7) Ei R vaatimusta, jos ei käytetä poistumiseen. Julkisivut (≥ 3 krs) 2,3) Yleisesti D-s3,d1 C-s3,d1 D-s3,d0 B-s3,d2 D Pintojen palovaatimuksia Sprinklattu rakennus D-s3,d1 C-s3,d1 D-s3,d0 D-s1,d03) B-s3,d2 D Parvekkeet Pintoja koskevia vaatimuksia rakennuksen julkisivulle yleisesti sekä erityisesti parvekkeille ja Seinät D-s3,d1 D C-s3,d1 D-s3,d0 C-s2,d04) C/B D luhtikäytäville on esitetty Taulukko 3. Käsittelemättömän puun käyttö on yleensä mahdollista Katot D-s3,d1 D C-s3,d1 D-s3,d0 B-s1,d04) C/B D Pilarit/palkit D-s3,d0 D-s2,d0 D 2 Kaiteet D D-s3,d0 D-s2,d0 (D) D Lattiat DFL DFL-s1 DFL-s1 (DFL) DFL Luhtikäytävät Seinät D-s1,d0 A B-s3,d0 B-s1,d04) B-s3,d2 D Katot D-s1,d0 A B-s3 d0 B-s1,d04) B-s3,d2 D Pilarit/palkit D-s3,d0 D-s2,d0 D Kaiteet A A2-s1,d0 D-s2,d0 (D) D Lattiat CFL-s11) AFL (DFL) DFL CFL-s1 DFL-s1 1) DFL, jos kerroksia korkeintaan 3. 2) SP Fire 105 (ison mittakaavan koe) kriteerien tulee täyttyä. 3) 1. kerros A2-s1,d0. 4)

D-s2,d0 kun rakennus on sprinklattu.

( ) Vaatimustasot oletuksia.

Palosuojausten vaatimuksia Tarkastellussa maaryhmässä parvekkeiden suhteenvaikutuksia ei aseteta vaatimuksia Parvekelasitusten suojaverhoukselle tai automaattiselle sammu-palosuojauksen suojaverhoukselle tai automaattiselle sammutukselle. Parvekerakenteiden vaatimuksia ei tukselle. Parvekerakenteiden paloturvallisuus Parvekelasituksen suhteenpaloturvallisuus perustuu palonkestävyyden ja pintakerrosten vaatimuksiin. Lisäksi voidaan antaa vaatimuksia perustuu palonkestävyyden ja pintakerros- välttämättä ole tai lasitus muuttaa vaatimukpalon leviämisen ja putoavien osien rajoittamiseksi. Sprinklauksella voi saada lievennyksiä ten vaatimuksiin. Lisäksi voidaan antaa vaa- sia esim. siten että parveke tulkitaan osaksi lähinnä pintakerrosvaatimuksiin. timuksia palon leviämisen ja putoavien osien huoneistoa ja vaatimukset ovat sen mukairajoittamiseksi. Sprinklauksella voi saada lie- set. Esimerkiksi Norjassa parveke tulkitaan Parvekelasitusten vaikutuksia sisätilaksi, jos alle 50 % on avoinna parvekvennyksiä lähinnä pintakerrosvaatimuksiin. Parvekelasituksen suhteen vaatimuksia ei välttämättä ole tai lasitus muuttaa vaatimuksia esim. siten että parveke tulkitaan osaksi huoneistoa ja vaatimukset ovat sen mukaiset. Esimerkiksi Norjassa parveke tulkitaan sisätilaksi, jos alle 50 % on avoinna parvekkeen yläosasta. Ruotsissa taasen 2-kerroslasi aiheuttaa parvekkeen laskemisen osaksi huoneistoa.

keen yläosasta. Ruotsissa taasen 2-kerroslasi aiheuttaa parvekkeen laskemisen osaksi huoneistoa. Parvekkeiden käyttö poistumiseen Eri maiden välillä on merkittäviä eroja poistumisteiden ja hätäpoistumisen määrittelyjen suhteen. Saaduista vastauksista voidaan kuitenkin päätellä, että parvekkeita voidaan useimmiten käyttää poistumiseen, jolloin niiden vaatimukset voivat muuttua tiukemmiksi, esim. luhtikäytävien mukaisiksi tai yleisesti ottaen poistumisteiden mukaisiksi (on myös huomattava erot poistumisteiden ja hätäpoistumisen määrittelyjen välillä eri maissa).

PALORASITUKSIA JULKISIVULLA JA RÄYSTÄIDEN SUOJAUKSIA Räystäiden vaikutusta palon leviämiseen ja seurausvaikutuksiin arvioitiin oletuksella, että julkisivussa käytetään D-s2, d2 -luokan puutuotteita tai B-s1/s2, d0 -luokan tuotteita enintään 8-kerroksisissa P1- ja P2-luokan rakennuksissa. Arvioinnissa otettiin huomioon palorasitukset eri julkisivuverhouksille pintakerrosluokan mukaan ja vaatimusten mukainen automaattisten sammutuslaitteiden käyttö eri rakennustyypeille. Palorasituksista seuraavien räystään suojaustarpeiden pohjalta esitetään mahdollisuuksia suojaukseen ja suojauksen kompensointiin seuraavien ratkaisujen osalta: • Tuulettuva räystäs • Tuuletus julkisivun tuuletusraosta • Palopeltien ja sulkeutuvien venttiilien käyttö • Räystään vaatimuksen kompensointi yläpohjan vaatimuksilla (tapauskohtainen soveltaminen). Puujulkisivun vaikutus palorasitukseen Puujulkisivun vaikutusta palorasitukseen voidaan arvioida VTT:llä suoritettujen puujulkisivukoesarjojen perusteella, joiden koejärjestelyt ja tulokset esitellään lyhyesti alla. Tarkemmat tiedot koesarjoista löytyvät lähdeviitteistä [2,3,4] ja puujulkisivujen toiminnallisen tarkastelun osalta lähdeviitteestä [5]. Käytettäessä D-s2, d2 -luokan puutuotteita tai B-s1/s2, d0 -luokan tuotteita enintään 8-kerroksisen P1- tai P2-luokan rakennuksen julkisivussa voidaan räystäälle aiheutuvaa palorasitusta arvioida seuraavasti: PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

27


• Sprinklatussa rakennuksessa palo alkaa ulkopuolisesta sytytyslähteestä (ei lieskahtavaa huonepaloa). Palorasitus julkisivulla on oleellisesti pienempi kuin lieskahtaneen palon tapauksessa. o Kun käytetään D-s2, d2 -luokan puutuotteita julkisivun pintana palo leviää lähinnä liekkikontaktin kautta, koska lämpösäteily on varsin pieni (alle 10 kW/m2 yli 0,5 metrin etäisyydellä palavasta alueesta ja arviolta korkeintaan 20 kW/m2 liekin juuressa). Palon leviäminen julkisivun pinnalla yhden kerroskorkeuden verran kestää 10–15 minuuttia. o Käytettäessä B-s1/s2, d0 -luokan tuotteita julkisivun pintana ulkopuolinen palo ei käytännössä leviä juuri lainkaan. • Sprinklaamattomassa rakennuksessa lieskahtanut huoneistopalo voi aiheuttaa seuraavat palorasitukset julkisivulle ja räystään alle (jos palo ylimmissä kerroksissa): o D-s2, d2-luokan julkisivu: Palorasitus maksimissaan noin 100 kW/m2 o B-s1/s2, d0-luokan julkisivu: Palorasitus maksimissaan noin 70 kW/m2. Räystäiden vastetta ja seurausvaikutuksia erilaisiin julkisivupaloihin voidaan kuvata seuraavasti P1- ja P2-luokan rakennuksessa: • Sprinklattu rakennus (ei lieskahtanutta huonepaloa), palo alkanut ulkopuolisesta sytytyslähteestä o D-s2, d2 -luokan julkisivu (leviää liekkikontaktilla, lämpösäteily < 20 kW/m2) • Suljettu räystäs (EI 30 tai vastaava): Palo ei leviä ullakon onteloon alle 30 minuutissa. • Avoin räystäs: Räystään rakenne (esim. avoin ala- vai yläpuolelta) vaikuttaa palon leviämiseen ullakon onteloon. o B-s1/s2, d0 -luokan julkisivu – avoin räystäs: Palon leviämisen todennäköisyys ullakon onteloon on hyvin pieni. • Sprinklaamaton rakennus – lieskahtanut huonepalo o D-s2, d2 -luokan julkisivu - maksimipalorasitus noin 100 kW/m2 • Suljettu räystäs (EI 30 tai vastaava): Palo ei leviä ullakon onteloon alle 30 minuutissa. • Avoin räystäs: Palo voi levitä ullakon onteloon välittömästi (räystään rakenne vaikuttaa leviämisen viiveeseen). o B-s1/s2, d0 -luokan julkisivu – räystäs avoin: Palo voi levitä ullakon onteloon välittömästi, koska palorasitus noin 70 kW/ m2 (räystään rakenne vaikuttaa leviämisen viiveeseen). Täysin suljettu räystäs on yksinkertaisin ratkaisu estämään palon leviämistä ullakolle ja yläpohjan onteloon, mutta se ei välttämättä aina ole käytännöllisin. Tämän sijasta käytettäviä ratkaisuja suojaukseen sekä suojauksen kompensoinnin ehtoja esitellään seuraavassa. 28

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Palonrajoittimien käyttö Tuuletus räystäältä vaatii vain rajoitetun kokoisia tuuletusaukkoja, joten ne voidaan toteuttaa käyttäen tähän tarkoitukseen suunniteltuja ja hyväksyjä venttiileitä/paisuvia tiivisteitä, jotka toimivat palonrajoittimina. Räystään alapuolelle tai seinän yläosaan räystään alapuolelle asennettavia palonrajoittimia voidaan käyttää kun niiden luokitus (tai soveltuvien testausten pohjalta tehty luokitusarvio) täyttää EI 30 -vaatimukset. Asennustavan tulee olla luokituksessa ilmoitettujen reunaehtojen mukainen. Tuulettuva räystäs Aiemman on tutkittu mahdollisuuksia hidastaa palon leviämistä tuulettuvan räystään kautta ullakon onteloon [6]. Tuloksena päädyttiin ratkaisuun, jonka todettiin hidastavan palon leviämistä onteloon noin 10 minuutilla. Kuumat kaasut eivät kulkeutuneet räystään läpi, vaan savu- ja palokaasut ohjautuivat tuuletusraosta ulos virtauksen kehittämän ulospäin suuntautuvan virtauksen vuoksi. Tämän palon leviämistä hidastan räystäsratkaisun pohjalta on kehitetty tuulettuvan räystäsratkaisun periaatetta (Kuva 1), jossa räystään alapintana on EI 30 -vaatimuksen täyttävä suojaava rakenne. Tämäntyyppisellä ratkaisulla palon leviämisen julkisivusta ullakon onteloon voidaan olettaa estyvän vähintään 30 minuutin ajan sprinklatun rakennuksen puujulkisivun aiheuttaman palon olosuhteissa. Räystään vaatimuksen kompensointi yläpohjan vaatimuksilla Rakentamismääräyskokoelman osan E1 kohdan 1.3.2 mukaan vaatimuksen täyttyminen voidaan todentaa tapauskohtaisesti oletettuun palonkehitykseen perustuen. Tällaisen menettelyn perusteena voidaan käyttää seuraavaa: Ullakon ontelossa ei ole sprinklausta, mutta palorasituksen (palokuorman) voidaan olettaa olevan oleellisesti pienemmän kuin rakennuksen sisällä sprinklaamattomassa rakennuksessa (vastaava oletus koskee parvekkeita, joille palonkestävyysaikavaatimus on puolet kerroksen kantavien rakenteiden vaatimuksesta). Silloin kun räystään ja seinän liittymäkohta sekä räystään alapinta eivät täytä EI 30 -vaatimusta, tulee yläpohjan toteutuksessa ottaa huomioon seuraavaa: Kun P2-luokan

rakennuksen yläpohja on tehty tarvikkeista, jotka eivät ole vähintään A2-s1, d0 -luokkaa, tulee ullakon ontelon alapinta varustaa vähintään K2 30 -luokan suojaverhouksella, joka on tehty vähintään B-s1, d0 -tarvikkeista.

YHTEENVETO Vaikka puurunkoisten kerrostalojen kantavien rakenteiden palonkestävyysvaatimus on yleensä R 60 tutkitussa maaryhmässä, vaihtelevat parvekkeiden palonkestävyysvaatimukset välillä R 0–R 60. Luhtikäytävien palonkestävyysvaatimukset ovat yleensä tiukemmat kuin parvekkeiden, vaihdellen välillä R 30– R 90. Käsittelemättömän puun käyttö on yleensä mahdollista julkisivujen pinnoissa 4–7 kerrokseen asti ja enemmänkin, jos on näyttöä palon rajallisesta leviämisestä ja ensimmäisen kerroksen pinnoilta voidaan vaatia palamattomuutta. Parvekkeiden pintakerrosten vaatimuksena on yleisimmin D- (tai C-) taso. Lattialle tyypillinen vaatimus on DFL. Pilarit ja palkit sekä kaiteet voivat olla puuta. Luhtikäytävien pintakerrosvaatimukset ovat yleensä tiukemmat (seinät ja katot yleisimmin B tasoa) kuin parvekkeiden vaatimukset huomioiden joissain maissa myös savulle asetettavat vaatimukset. Luhtikäytäville ja parvekkeille asetetut pintakerrosvaatimukset eivät useimmissa maissa eroa toisistaan sprinklatuissa ja sprinklaamattomissa rakennuksissa. Parvekkeiden palosuojauksen suhteen ei yleensä aseteta vaatimuksia suojaverhoukselle tai automaattiselle sammutukselle. Palon leviämisen ja putoavien osien rajoittamiseksi voidaan kuitenkin antaa vaatimuksia. Parvekelasituksia ei välttämättä vaatimuksissa suoraan mainita lainkaan määräyksissä ja ohjeissa. Joissain maissa lasitus muuttaa vaatimuksia esim. siten että parveke tulkitaan osaksi huoneistoa ja vaatimukset ovat sen mukaiset. Parvekkeita voidaan useimmiten käyttää poistumiseen, jolloin niiden vaatimukset voivat muuttua tiukemmiksi, esim. luhtikäytävien mukaisiksi tai yleisesti ottaen poistumisteiden mukaisiksi (vertailussa tulee huomata erot poistumisteiden ja hätäpoistumisen määrittelyjen välillä eri maissa). Palon leviämistä ullakolle/yläpohjan onteloon voidaan estää täysin suljetun räystään lisäksi käyttämällä palonrajoittimina toimivia venttiilejä/paisuvia tiivisteitä ja alapinnaltaan

Parvekkeita voidaan useimmiten käyttää poistumiseen, jolloin niiden vaatimukset voivat muuttua tiukemmiksi.


a)

EI 30 -rakenne

b)

Kuva 1. Tuulettuvan räystään ratkaisumalli: a) periaate ilman sisäänotosta, kun räystäs on EI 30 suojattu alapuolelta ilmavirtauksen kääntyminen ulospäin palotilanteessa. [7] 36 s. VTT TieEI 30-vaatimuksen täyttäviä tuulettuvia räys-ja b) Palolle altistettujen rakenteiden rasitukset. tekniikka, 2004. 58 s. + liitt.

täitä, jotka on suunniteltu siten, että savu- ja CEN 2002. dotteita 2253. Räystään vaatimuksen palokaasut ohjautuvat tuuletusraosta ulos pa- kompensointi 2. Hakkarainen,yläpohjan T., Oksanen,vaatimuksilla T. & Mik6. Hietaniemi, Jukka, Hakkarainen, Tuulotilanteessa. Vaihtoehtona palon leviämistä kola, E. Puujulkisivujen paloturvallisuus la, Huhta, Jaakko, Jumppanen, Ulla-Mairajoittaville räystäsratkaisuille voidaan ylä- sprinklatuissa Espoo: Valtion ja, Kouhia, Ilpo, Vaari, Jukka & Weckman, Rakentamismääräyskokoelman osankerrostaloissa. E1 kohdan 1.3.2 mukaan vaatimuksen täyttyminen pohjan toteutuksessa ottaa huomioon teknillinen tutkimuskeskus, 1996.palonkehitykseen 29 s. + Henry. Ontelotilojen paloturvallisuus. voidaan todentaa palon tapauskohtaisesti oletettuun perustuen. TällaisenOnleviämisen estäminen: Kun P2-luokan raken- liitt. 16 s. VTT Tiedotteita 1736. ISBN 951- telopalojen leviämisen katkaiseminen. Esmenettelyn perusteena voidaan käyttää seuraavaa: Ullakon ontelossa ei ole sprinklausta, mutta nuksen yläpohja on tehty tarvikkeista, jotka 38-4892-2. poo 2003. 168 s. + liitt. 52 s. VTT Tiedotpalorasituksen (palokuorman) voidaanT., Oksanen, olettaa T. olevan oleellisesti pienemmän kuin eivät ole vähintään A2-s1, d0 -luokkaa, tu3. Hakkarainen, & Mik- teita 2202. rakennuksen sisällä sprinklaamattomassa rakennuksessa (vastaava oletus koskee parvekkeita, lee ullakon ontelon alapinta varustaa vähinkola, E. Fire behaviour of facades in multi7. Paloräystäs. Puuinfo, Tekninen tiedojoille palonkestävyysaikavaatimus on puolet kerroksen kantavien rakenteiden vaatimuksesta). tään K2 30 -luokan suojaverhouksella, jo- storey wood-framed houses. Espoo: Techni- te 14.6.2012. ka on tehty vähintään B-s1, d0 -tarvikkeista. cal Research Centre of Finland, 1997. 42 s. Silloin kun räystään ja +seinän sekä 1823.) räystään alapinta eivät täytä EI 30 liitt. 16 s.liittymäkohta (VTT Research Notes KIITOKSET vaatimusta, tulee yläpohjan ISBN 951-38-5098-6. toteutuksessa ottaa huomioon seuraavaa: Kun P2-luokan Esitetyt tulokset perustuvat Finnish Woodon tehty 4. Hakkarainen, T. & Oksanen, T. Fire sarakennuksen yläpohja tarvikkeista, jotka eivät ole vähintään A2-s1, d0 -luokkaa, Research Oy:ntulee rahoittamiin tutkimuksiin. fety assessment of wooden facades. Fire and ullakon ontelon alapinta varustaa vähintään K2 30-luokan suojaverhouksella, joka on Materials, 2002. Vol. 26, s. 7–27. tehty vähintään B-s1, d0 -tarvikkeista. LÄHDELUETTELO 5. Korhonen, T. & Hietaniemi, J. Puujul1. EN 1991-1-2:2002. Eurocode 1: Raken- kisivujen paloturvallisuus lähiökerrostaloisteiden kuormat. Osa 1–2: Yleiset kuormat. sa. Espoo: VTT Rakennus- ja yhdyskunta-

6

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

29


Simo Hostikka, Ari Silde, Topi Sikanen, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Lentokonetörmäyksen synnyttämä tulipalo ydinvoimalan riskianalyysissä Tiivistelmä

lien käyttöön. Malleja kehitettäessä ja hyö- PALOSKENAARIO dynnettäessä on tärkeää, että mallien tark- Ennen vuoden 2001 terrori-iskuja ajateltiin, kuus ja pätevyys voidaan arvioida, ja että nii- että ydinvoimalaan voisi törmätä pieni siviiliden tarvitsemat syöttötiedot voidaan määrit- tai sotilaskäyttöön tarkoitettu lentokone. Nytää. VTT:llä on useiden vuosien ajan tutkittu kyään ymmärretään, että suurikin matkustasuurella nopeudella tapahtuviin törmäyksiin jakone voidaan kaapata ja lentää tahallisesti liittyviä mekaanisia ilmiöitä ja nesteen leviä- tarkasti haluttuun kohteeseen. Taulukossa 1 mistä törmäyksistä, joissa törmäävä kappa- on esitetty palotapahtuman kannalta olennaile on osittain tai kokonaan täytetty nesteel- sia tietoja joistakin lentokonetyypeistä. Suolä. Nesteen leviämisen tutkimuksessa on kes- messa liikennöivistä koneista monet ovat sakitytty suurella nopeudella etenevien pisara- maa kokoluokkaa kuin Airbus A320-sarjan suihkujen syntymiseen sekä niiden liikkeen koneet, jotka voivat kuljettaa mukanaan 19 t ja höyrystymisen laskentaan. Nestesuihkun polttoainetta, ja joiden suurin matkanopeus­ ja palon simuloinnit on tehty Fire Dynamics on 230 m/s. Simulator (FDS) -ohjelmalla. Lentokoneessa polttoaine on jakautunut JOHDANTO Simulointiohjelmien kehitystyön kautta siipi- ja runkotankkeihin. TurvallisuusanaMatkustajalentokoneen törmäys tuli mukaan melko kapeaa sovellusaluetta varten kehite- lyyseissä oletetaan yleensä, että törmäyksesydinvoimaloiden riskienhallinnassa tarkastel- tyt valmiudet voivat palvella suurta joukkoa sä vapautuu ja palamiseen osallistuu karketaviin uhkakuviin vuoden 2001 terroristi-is- paloturvallisuuden kanssa työskentelviä. Ke- asti ottaen yhden siiven sisältämä polttoaine kujen jälkeen. Siihen saakka ydinvoimaloi- hitetylle osaamiselle ei myöskään ole mahdo- eli 10 t polttoainetta. Vapautuvan polttoailiikennöivistä koneista monetmuilla ovat yhteiskunnan samaa kokoluokkaa kuin Airbus A320-sarjan koneet, jotka den mitoituksessa oli varauduttu pienempien tonta nähdä sovelluksia neen oletetaan syttyvän välittömästi. Törmävoivat kuljettaa mukanaan 19 t polttoainetta, suurinesiintyy matkanopeus on 230jonm/s. koneiden törmäyksiin. Suuren lentokoneen sektoreilla, joilla käsitellään vaikkapa suuriaja joiden yksen jälkeen suuri liekkipallo, törmäys aiheuttaa useita mahdollisia uhkia määriä palavia nesteitä. ka koko voi olla samaa suuruuluokkaa reakydinvoimalan toiminnalle. Tärkeimpiä niisTaulukko 1. Lentokoneiden tietoja. tä ovat rakenteiden ja laitteiden vaurioitumiAirbus Airbus Boeing SANDIA nen ja lentokonepolttoaineen syttymisestä aiA320-200 A380-800 747-400 F-4 Phantom heutuva tulipalo. Suurinta tuhoa tulipalosta Matka-/törmäysnopeus (m/s) 230 253 253 215 syntyy, jos lentokone onnistuu lävistämään Polttoainemäärä (t) 19 249 174 4.8 (vettä) reaktorirakennuksen seinän ja palava neste Nousupaino (t) 78 560 397 19 pääsee rakennuksen sisään. Laitoksen ulkoSiipien kärkiväli (m) 34,1 79,6 64,4 11,8 puolella palo voi uhata savulle ja lämpenemiselle herkkiä kohteita. Lentokonetörmäysten seurausten Lentokoneessa arvioinpolttoaine on jakautunut siipi- ja runkotankkeihin. Turvallisuusanalyyseissä ti perustuu analyyttisten ja numeeristen mal- yleensä, että törmäyksessä vapautuu ja palamiseen osallistuu karkeasti ottaen yhden oletetaan Matkustajalentokoneen törmäys on yksi ydinvoimaloiden riskianalyysin uhkakuvista. Törmäys itsessään voi vaurioittaa laitoksen rakenteita ja laitteita. Törmäyksessä vapautuvan polttoaineen aiheuttamaa paloriskiä on tutkittu lähinnä numeeristen simulointien avulla. VTT:llä on tehty kokeita suurella nopeudella tapahtuvista törmäyksistä, joissa törmäävä missiili on täytetty vedellä. Mittaamalla vapautuvan pisarasuihkun ominaisuuksia voidaan määrittää simulointien tarvitsemia lähtötietoja. Pisarasuihkun etenemistä seuraamalla taas saadaan aineistoa simulointien validointiin.

30

siiven sisältämä polttoaine eli 10 t polttoainetta. Vapautuvan polttoaineen oletetaan syttyvän

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄTvälittömästi. 2013 Törmäyksen jälkeen esiintyy suuri liekkipallo, jonka koko voi olla samaa

suuruuluokkaa reaktorirakennuksen kanssa. Liekkipallo laajenee ja viipyy reaktori-


Kuvassa 2 on esitetty suurnopeusvideon tilannekuvia vedellä täytetyn teräsmissiilin törmäyksestä. Kuvista voidaan havaita, miten missiili hajoaa törmäyksen edetessä, sekä määrittää etenemisnopeus ja suunta.tilannekuvia vedellä täytetyn teräsmissiilin Kuvassavesirintaman 2 on esitetty suurnopeusvideon

torirakennuksen kanssa. Liekkipallo laajenee törmäyksestä. Kuvista voidaan havaita, miten missiili hajoaa törmäyksen edetessä, sekä määrittää vesirintaman etenemisnopeus ja suunta. ja viipyy reaktori-rakennuksen läheisyydessä n. 5 s, jonka jälkeen se alkaa nosteen vaikutuksesta nousta ylöspäin. Osa vapautuneesta polttoaineesta törmää rakennusten pintoihin ja maahan muodostaen rakennusten läheisyydessä palavan allaspalon. Liekkipallosta aiheutuvat riskit liittyvät voimakkaan säteilylämpövirran aiheuttamiin vaurioihin sekä liekkien että polttoainepitoisen kaasuseoksen tunkeutumiseen laitoksen sisälle. Liekkipallon lyhyestä kestosta johtuen on seinustalla palava allaspalo kuitenkin merkittävämpi riski rakenteiden kestol-Kuva 1. VTT:n IMPACT-laitteisto. le. Yksi tärkeimmistä tutkimusaiheista onkin ollut sen arvioiminen, kuinka suuri osuus va- Kuva 1. VTT:n IMPACT-laitteisto. pautuvasta polttoaineesta kertyy allaspaloksi.

NESTEEN LEVIÄMISEN KOKEELLINEN TUTKIMUS

Kokeellisen tutkimuksen tarkoituksena on hankkia perustietoa suurella nopudella tapahtuvista törmäyksistä, joissa vapautuu nestettä. Kokeiden avulla hankitaan lähtötietoja tietoKuva 2. Suurnopeusvideokuvia törmäyskokeesta (100 m/s). Kuvat 4 ms välein. konesimuloinneille sekä aineistoa simulointien validointiin. Kuva 2. Suurnopeusvideokuvia törmäyskokeesta (100 m/s). Kuvat 4 ms välein. Hyvin dokumentoituja kokeita lentokoneiden tai muiden vastaavien kappaleidenNesterintaman etenemisnopeus mitattiin analysoimalla kuvan 2 kaltaisia tilannekuvia suuresta törmäyksistä on julkaistu vain vähän. Sandiajoukosta eri nopeuksilla ja erilaisilla missiileillä tehtyjä kokeita. Tyypillisesti neste purkautuu Nesterintaman etenemisnopeus mitattiin kuvan 2 kaltaisia missiilin tilannekuvia suuresta missiilistä nopeudella jokaanalysoimalla on noin kaksinkertainen nopeuteen National Laboratories on raportoinut hävit-törmäävästä joukosta eri nopeuksilla ja erilaisilla missiileillä tehtyjä kokeita. Tyypillisesti neste purkautuu täjälentokoneen törmäyskokeen, jossa Phan-verrattuna, vaihteluvälin ollessa 1,5…2,5. Purkauksen jälkeen eteneminen hidastuu törmäävästä missiilistä nopeudella joka on noin kaksinkertainen missiilin nopeuteen tom F-4 hävittäjän tankit oli täytetty vedel-voimakkaasti. verrattuna, vaihteluvälin ollessa 1,5…2,5. Purkauksen jälkeen eteneminen hidastuu lä [4]. Veden leviämisestä ei kuitenkaan tehty voimakkaasti. Kuva 3. Pisarakoon mittausjärjestely: taustavalaistu suurnopeuskamera ja esimerkki pisaroimittauksia, koska kokeen päätarkoitus oli mi-Vesisuihkun pisarakokojakaumaa on mitattu VTT:n kokeissa vastavaloon tapahtuvan varjokuvausmenetelmän Valona denaiheutuvia varjoista (Kuva: Markus Honkanen,avulla. Pixact Oy). on käytetty stroboskooppia sekä tuoreimmissa kokeissa tata törmäyksestä voimia ja vauVesisuihkun pisarakokojakaumaa on mitattu VTT:n kokeissa vastavaloon tapahtuvan varjo810 nm laseria. Kuvausnopeus kokeissa sekä 50 000…100 000 kokeissa kuvaa/s. rioita teräsbetoniseinään. Videomateriaalin kuvausmenetelmän avulla. Valonaolion tuoreimmissa käytetty stroboskooppia tuoreimmissa Kuvausmenetelmä ja esimerkki havaituista pisaroista on esitetty kuvassa 3. Analysoimalla 810 nm laseria. Kuvausnopeus oli tuoreimmissa kokeissa 50 000…100 000 kuvaa/s. perusteella veden lähtönopeus törmäyskohsuuri joukko Kuva kuvia3. ja voidaan määrittää pisaroiden tilastollinen jakauma (Kuva 4).esimerkki Monet pisa Pisarakoon mittausjärjestely: taustavalaistu suurnopeuskamera ja Kuvausmenetelmä esimerkki havaituista pisaroista on esitetty kuvassa 3. Analysoimalla dasta on 1,3…1,55 -kertainen koneen törhavaituista pisarakokojakaumista olivat kaksihuippuisia. Osa pisaroista on melko suuria (0,6denkuvia varjoista (Kuva:määrittää Markus Honkanen, Oy). voidaan pisaroidenPixact tilastollinen jakauma (Kuva 4). Monet mäysnopeuteen verrattuna. Vesi lähtee mel- suuri joukko 1,4havaituista mm) eikäpisarakokojakaumista kuvista voida aina päätellä ovatko ne stabiileja vai voisivatko ne vielä hajota olivat kaksihuippuisia. Osa pisaroista on melko suuria (0,6ko symmetrisesti ylös, alas ja sivuille (ei kui-edelleen. Suurin osa havaituista pisaroista kuitenkin sumua (alle mm), eivätkä ne hajota hajoa 1,4 mm) eikä kuvista voida aina päätelläonovatko ne stabiileja vai 0,4 voisivatko ne vielä tenkaan aivan suoraan sivuille). Lähtösuun-enempää. Eri kokoryhmien suhteellinen osuus vaihtelee suihkun osasta (eturintama vai edelleen. Suurin osa havaituista pisaroista on kuitenkin sumua (alle 0,4 mm), eivätkä ne hajoa ta on jakautunut tasan välillä 0…30±10°loppuosa) riippuen. Kaiken kaikkiaan, 100 m/s törmäysnopeudella tehdyissä kokeissa enempää. Eri kokoryhmien suhteellinen osuus vaihtelee suihkun osasta (eturintama vai (0 ° seinäpinnan suuntainen ja 90° suoraanmitattujen pisaroiden keskihalkaisija oli n. 0,22 m. loppuosa) riippuen. Kaiken kaikkiaan, 100 m/s törmäysnopeudella tehdyissä kokeissa taaksepäin). Pisarapilven suurin halkaisija oli mitattujen pisaroiden keskihalkaisija oli n. 0,22 m. 60…80 m. Toisessa Sandian kokeessa pyrittiin kehittämään menetelmiä törmäyksessä leviävän nesteen karakterisointiin [3]. Siinä törmäytettiin n. 2 t vesisäiliö jäykkään betoniseinään mutta varsinaiset tulokset olivat melko laihoja. Kuva 4. Esimerkki mitatusta pisarakokojakaumasta sekä sovitettu analyyttinen jakauma. Esim. pisarakokojakauman mittaaminen epä- sä, sekä määrittää van varjokuvausmenetelmän avulla. Valona jakauma Kuvavesirintaman 4. Esimerkkietenemisnomitatusta pisarakokojakaumasta sekä sovitettu analyyttinen onnistui, koska mittauskohta jäi kapean vesi- peus ja suunta. on käytetty stroboskooppia sekä tuoreimsuihkun ulkopuolelle. Nesterintaman etenemisnopeus mitattiin missa kokeissa 810 nm laseria. Kuvausnopeus NESTEEN JA PALON SIMULOINTI NESTEEN LEVIÄMISEN JA PALON VTT:llä on tehty törmäyskokeita 2000-lu- analysoimalla kuvan SIMULOINTI 2 LEVIÄMISEN kaltaisia tilannekuvia oli tuoreimmissa kokeissa 50000…100 000 vun alkupuolelta asti [6, 7] ns. IMPACT-lait- suuresta joukosta eri nopeuksilla ja erilaisilla kuvaa/s. Kuvausmenetelmä ja esimerkki hasynnyttämiä tulipaloja on simuloitu FDS-ohjelmalla. Törmäyks teistolla (Kuva Lentokonetörmäyksen 1). Vaikka näissäkin kokeissa synnyttämiä missiileillä Lentokonetörmäyksen tehtyjä kokeita. Tyypillisesti nes- FDS-ohjelmalla. vaituista pisaroista on esitetty kuvassa 3. Anatulipaloja onmallinnettiin simuloitu Törmäyksessä syntyvä pisarapilvi ympyrän muotoisena pisarasuihkuna, jonka kesto ol pääpaino on missiilin ja rakenteen käyttäytyte purkautuu törmäävästä missiilistä nopelysoimalla suuri joukko kuvia voidaan syntyvä pisarapilvi mallinnettiin millisekuntia. ympyrän muotoisena kesto oli 50määPhantom F-4 pisarasuihkuna, kokeen perusteella jonka suihkuihin määriteltiin pienet, sii misen tutkimuksessa, on nesteen leviäminen udella jokasuuntaiset on noin kaksinkertainen missiirittää pisaroiden (Kuva raot. Pisaroiden alkunopeudeksi asetettiin tilastollinen kaksipienet, kertaa jakauma missiilin törmäysnopeus millisekuntia. Phantom F-4 kokeen perusteella suihkuihin määriteltiin siipien ollut mukana ohjelmassa jo lähes alusta läh- lin nopeuteen verrattuna, vaihteluvälin olles- 4). Monet havaituista pisarakokojakaumissuuntaiset Pisaroiden alkunopeudeksi asetettiin kaksi kertaa missiilin törmäysnopeus. tien [5]. Kuvassa 2 on esitettyraot. suurnopeusvisa 1,5…2,5. Purkauksen jälkeen eteneminen ta olivat kaksihuippuisia. Osa pisaroista on Ennuste Nesteen leviämisen simulointimalli on validoitu Impact-kokeiden avulla. deon tilannekuvia vedellä täytetyn teräsmis- hidastuu voimakkaasti. melko suuria (0,6–1,4 mm) eikä kuvista voi- Mallin vesirintaman etenemisnopeutta verrattiin videoista määritettyyn nopeuteen. kokeiden melko ollessa yleensä alle 30vai %,voisimutta useimm Nesteen onyhteensopivuus validoitu oli Impact-kokeiden avulla. siilin törmäyksestä. Kuvistaleviämisen voidaan havai-simulointimalli Vesisuihkun pisarakokojakaumaa on mi- hyvä, da ainaerojen päätellä ovatko neEnnustettua stabiileja simuloitu rintama eteni mitattua nopeammin. ta, miten missiili hajoaa törmäyksen edetes- tattu VTT:n kokeissa vastavaloon vatko ne vielä hajota edelleen. Suurin osa vesirintaman etenemisnopeutta verrattiin videoistatapahtumääritettyyn nopeuteen. Mallin ja ha-

kokeiden yhteensopivuus oli melko hyvä,mitattuja erojen ollessa yleensä alleon30 käytetty %, muttasellaisenaan useimmiten Vedelle pisarakokojakaumia kuvaamaan m PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 31 simuloitu rintama eteni mitattua nopeammin. lentokonepolttoainetta, koska kokeellisen pisarakokokorrelaation [8] perusteella ves

polttoaine tuottavat hyvin samankokoisia pisaroita, vaikka monet niiden ominaisuuksista,


törmäyskohdan korkeus maanpinnasta. Korkeuden kasvaessa altaaseen kertyvän polttoaineen osuus luonnollisestikin pienenee. vaituista pisaroista on kuitenkin sumua (alle 0,4 mm), eivätkä ne hajoa enempää. Eri kokoryhmien suhteellinen osuus vaihtelee suihkun osasta (eturintama vai loppuosa) riippuen. Kaiken kaikkiaan, 100 m/s törmäysnopeudella tehdyissä kokeissa mitattujen pisaroiden keskihalkaisija oli n. 0,22 m.

NESTEEN LEVIÄMISEN JA PALON SIMULOINTI

Lentokonetörmäyksen synnyttämiä tulipaloja on simuloitu FDS-ohjelmalla. Törmäyksessä syntyvä pisarapilvi mallinnettiin ympyrän muotoisena pisarasuihkuna, jonka kesto oli 50 millisekuntia. Phantom F-4 kokeen Kuvapienet, 6. Allaspalona palavan polttoaineen määrän riippuvuus pisarakoosta. perusteella suihkuihin määriteltiin siipien suuntaiset raot. Pisaroiden alkunoSimulointien tutkittiin myös tulipallon vaikutusalueen laajuutta todellisessa peudeksi asetettiin kaksi kertaa missiilinavulla törlaitosgeometriassa. Simuloinneissa varioitiin lentokoneen törmäyskohtaa ja on tuulen suuntaa. mäysnopeus. liekkipallon lämpötila kaksi sekuntia törmä- nin kuluttua liekkipallo jo noussut reaktoKuvassa 7 on esitty liekkipallo kahden ja neljän sekunnin kuluttua törmäyksestä, kun Nesteen leviämisen simulointimalli on va- yksen jälkeen. Tässä vaiheessa jo suurin osa rirakennuksen yläpuolelle ja edennyt tuulen lidoitu Impact-kokeiden avulla. Ennustet- lämmönvapautumisesta tapahtuu rakennuk- vaikutuksesta alavirtaan. Törmäyksen puotua vesirintaman etenemisnopeutta verrat- sen yläpuolella. Simulointien avulla voitiin leisen apurakennuksen katolle on muodostiin videoista määritettyyn nopeuteen. Mal- osoittaa, että tulipallo voisi vaurioittaa voi- tunut koko katon peittävä allaspalo. Yhteenlin ja kokeiden yhteensopivuus oli melko hy- malan ulkopuolella korkeintaan muovivaip- veto simuloinneista on esitetty kuvassa 8, jovä, erojen ollessa yleensä alle 30 %, mutta paisia kaapeleita, jos niitä olisi törmäysaluen ka havainnollistaa liekkikosketuksen todenuseimmiten simuloitu rintama eteni mitat- läheisyydessä. näköisyyttä eri etäisyyksillä törmäyskohdastua nopeammin. Rakennuksen juurelle kertyvän polttoai- ta. On hyvin todennäköistä, että liekkipallo Vedelle mitattuja pisarakokojakaumia on nealtaan koko riippuu lentokoneen kuljetta- jossain vaiheessa peittää alleen yhden reaktokäytetty sellaisenaan kuvaamaan myös lento- man polttoaineen määrästä, törmäyskohdan rirakennusta ympäröivistä turvallisuusrakenkonepolttoainetta, koska kokeellisen pisara- korkeudesta ja törmäyksessä syntyvien polt- nuksista, ja kahden vierekkäisen rakennuksen kokokorrelaation [8] perusteella vesi ja polt- toainepisaroiden kokojakaumasta. Mitä lä- peittyminen on mahdollista. Kaikkien neljän toaine tuottavat hyvin samankokoisia pisa- hempänä maata törmäys tapahtuu, sitä suu- turvallisuusrakennuksen peittyminen on kuiroita, vaikka monet niiden ominaisuuksista, rempi osa polttoaineesta päätyy maahan as- tenkin erittäin epätodennäköistä. ml. pintajännitys ja viskositeetti, ovatkin eri- ti. Kuva 6 esittää allaspaloksi kertyvän poltlaisia. Kaikkia todellisuudessa esiintyviä ilmi- toaineen määrän riippuvuuden keskimääräi- YHTEENVETO JA JATKOTUTKIMUSTARPEITA öitä ei simuloinneissa tietenkään voida ottaa sestä pisarakoosta. Mitä pienempi on pisa- Lentokonetörmäyksestä aiheutuvaan tulipahuomioon, koska niistä ei ole tietoa tai kos- rakoko, sitä pienempi on maahan kertyvän loon liittyviä riskejä arvioidaan laskennallika niiden määrittely ei olisi simulointiin liit- polttoaineen osuus. Muita tutkittuja para- silla menetelmillä. Laskennan lähtöarvojen tyvien epävarmuuksien vuoksi järkevää. Si- metreja oli esimerkiksi törmäyskohdan kor- määrittäminen ja kelpoisuuden arviointi pemuloinneissa on yleensä oletettu, että leviä- keus maanpinnasta. Korkeuden kasvaessa al- rustuu kuitenkin kokeelliseen tutkimukseen. vän polttoaineen massa on 10 t ja lentoko- taaseen kertyvän polttoaineen osuus luonnol- Kokeellisia ja laskennallisia menetelmiä on neen nopeus 125 m/s. lisestikin pienenee. kehitetty VTT:llä jo usean vuoden ajan. Tällä Kuvassa 5 on esitetty suorakaiteen muoSimulointien avulla tutkittiin myös tuli- hetkellä pystytään simuloimaan törmäyksesjo suurin osa lämmönvapautumisesta tapahtuu rakennuksen yläpuolella. toiseen, 50 m korkeaan rakennukseen tör- pallon vaikutusalueen laajuutta todellisessa tä vapautuvan nestesuihkun etenemistä, höyla voitiin osoittaa, että tulipallo voisi vaurioittaa voimalan ulkopuolella määvän koneen polttoaineen synnyttämän laitosgeometriassa. Simuloinneissa varioitiin rystymistä ja palamista kokonaisen ydinvoiivaippaisia kaapeleita, jos niitä olisi törmäysaluen läheisyydessä. lentokoneen törmäyskohtaa ja tuulen suun- malan mittakaavassa. Tulosten avulla voidaan taa. Kuvassa 7 on esitty liekkipallo kahden ja arvioida liekkipallon ja allaspalon keskinäisneljän sekunnin kuluttua törmäyksestä, kun tä merkitystä sekä liekkipallosta aiheutuvan lentokone ja 10 m/s puhaltava tuuli tulevat uhkan laajuutta. samasta suunnasta. Kahden sekunnin kulutSimulointien perusteella näyttää siltä, että tua liekkipallo on laajimmillaan, peittäen al- lentokonetörmäyksestä aiheutuvan liekkipalleen koko turvarakennuksen ja koskettaen lon lämpövaikutus ei aiheuta välitöntä uhkaa ympäröiviä apurakennuksia. Neljän sekun- laitoksen toiminnalle, koska lämpövaikutuksen kesto on vain joitakin sekunteja. Rakenteiden ja muiden kohteiden kannalta merkittäiä, paikallisia lämpövaikutuksia voi syntyä, kun osa polttoaineesta kertyy maahan tai katolle, muodostaen allaspalon. Simuloinnin avulla voitiin osoittaa, että 10 t polttoainemäärän vapautuminen ei uhkaa tyypillisen laitosgeometrian vastakkaisilla puolilla sijaitsevia järjestelmiä. Suunnittelussa ja riskianalyysissä käytettävien simulointiohjelmien tulee olla veri-

on lämpötila. Punainen väri = 1500 °C. Rakennuksen korkeus = 50 m. 32 PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 relle kertyvän polttoainealtaan koko riippuu lentokoneen kuljettaman äärästä, törmäyskohdan korkeudesta ja törmäyksessä syntyvien


rakennuksen peittyminen on mahdollista. Kaikkien peittyminen on kuitenkin erittäin epätodennäköistä.

neljän

turvallisuusrakennuksen

lon eteneminen laitosmittakaavassa. Kuva 7. Liekkipallon eteneminen laitosmittakaavassa.

wer plant”, Nuclear Engineering and Design 239: 2056–2069, 2009. 2. Jeon, S.-J., Jin, B.-M., Kim, Y.-J., Assessment of the fire resistance of a nuclear power plant subjected to a large commercial aircraft crash, Nuclear Engineering and Design 247: 11–22, 2012. 3. Jepsen, R.A, O’Hern, T., Demosthenous, B., Bystrom, E., Nissen, M., Romero, E. and Yoon, S.S. 2009. Diagnostics for liquid dispersion due to a highspeed impact with ekkipallon vaikutusalueen laajuus reaktorirakennuksen ympäristössä. accident or vulnerability assessment applicaKuva 8. Liekkipallon vaikutusalueen laajuus reaktorirakennuksen ympäristössä. tion. Meas. Sci. Technol. 20, 12 p. 4. Sugano, T., Tsubota, H., Kasai, Y., Kofioituja ja kyseiseen sovellukseen validoitu- sa konetyypeissä valtaosa rakenteista on aluJA JATKOTUTKIMUSTARPEITA shika, N. Orui, S., von Riesemann, W.A., ja. Projektissa on pystytty validoimaan FDS- miinin sijaan muovikomposiittia. YHTEENVETO JAnesteen JATKOTUTKIMUSTARPEITA Bickel, D.C. Parks, M.B. Fullscale aircraft ohjelman kyky ennustaa leviäminen ksestä aiheutuvaan tulipaloon liittyviä riskejä arvioidaan laskennallisilla impact test for evaluation of impact force. koegeometriassa. Kokeellisen ja todellisen ti- KIITOKSET skennanLentokonetörmäyksestä lähtöarvojen määrittäminen ja kelpoisuuden arviointi perustuuarvioidaan aiheutuvaan tulipaloon on liittyviä riskejä laskennallisilla Tutkimustyön pääosin rahoittanut Val- Nuclear Engineering and Design 140: 373– lanteen kokoeron aiheuttamaa epävarmuutiseen tutkimukseen. Kokeellisia ja laskennallisia menetelmiä on kehitetty (VYR) työ on tehty 385, 1993. perustuu ta on vaikea mitata,Laskennan mutta sen merkitys lie- tion Ydinjäterahasto menetelmillä. lähtöarvojen määrittäminen ja jakelpoisuuden arviointi vuoden ajan. Tällä kokeelliseen hetkellä pystytään simuloimaan törmäyksestä vapautuvan kansallisissa ydinvoimaloiden turvallisuustut5. Silde,onA.,kehitetty Hostikka, S., Kankkunen, nee pienempi kuin todellisen lentokonetörkuitenkin tutkimukseen. Kokeellisia ja laskennallisia menetelmiä emistä, höyrystymistä ja palamista kokonaisen ydinvoimalan mittakaavassa. kimusohjelmissa. Nykyinen ohjelma on niA., Hakola, I., and Hyvärinen, J. ”Experimäyksen reunaehtojen epävarmuus. LentoVTT:llä jo usean vuoden ajan. Tällä hetkellä pystytään simuloimaan törmäyksestä vapautuvan SAFIR2014. Pisarakokomittaukset mental and numerical studies on liquid diskonetörmäyksen kaltasta, polttoaineen nope- meltään voidaan nestesuihkun arvioida liekkipallon ja allaspalon keskinäistä merkitystä sekä etenemistä, höyrystymistä ja palamista kokonaisen ydinvoimalan mittakaavassa. an höyrystymisen ja palamisen simulointia ei vuosina 2012 ja 2013 suoritti Markus Hon- persal from projectile impacting on wall”. eutuvan uhkan laajuutta. Tulosten avulla voidaan ja allaspalon keskinäistä kanen Pixact Oy:stä, josta hänelle kiitokset! 19thmerkitystä International sekä Conference on Strucole käytännössä validoitu lainkaan.arvioida liekkipallon liekkipallosta aiheutuvan uhkan laajuutta. Jatkotutkimuksissa olisi tärkeää tutkia Kiitos myös Ari Vepsälle ja Ilkka Hakolalle tural Mechanics in Reactor Technology usteella näyttää siltä, että lentokonetörmäyksestä aiheutuvan liekkipallon polttoaineen leviämistä laitoksen sisälle ti- IMPACT-kokeita koskevasta materiaalista ja (SMiRT-19), August 12–17, 2007 ToronaiheutaSimulointien välitöntä laitoksen toiminnalle, koska lämpövaikutuksen aiheutuvan kokeiden organisoinnista. to, Canada.liekkipallon lanteessa, jossauhkaa lentokone lävistää ainakin perusteella näyttää siltä, että lentokonetörmäyksestä Kärnä, T., Saarenheimo, A. and Tuoosittain laitoksen seinän. Ilmiöön välitöntä liittyvien uhkaa laitoksen toiminnalle, koska 6. lämpövaikutus ei aiheuta lämpövaikutuksen mala, M. (2004). ”Impact loaded structulähtötietojan ja kvalitatiivisten havaintojen LÄHDELUETTELO kerääminen vaatii kuitenkin kokeita. Lisäk- 1. Luther, W., Müller, C., “FDS simulation res”. In: SAFIR, The Finnish Research Prosi tulisi tutkia erilaisten missiilimateriaalien of the fuel fireball from a hypothetical com- gramme on Nuclear Power Plants Safety. Invaikutusta nesteen leviämiseen, koska uusis- mercial airliner crash on a generic nuclear po- terim Report, VTT Publications 2272, Espoo 2004, pp. 113–122. 7. Lastunen, A., Hakola, I., Järvinen, E., Hyvärinen, J. and Calonius, C., ”Impact Test Facility,” 19th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-19), August 12–17, 2007 Toronto, Canada. 8. Schmehl, R., Maier, G., Wittig, S. CFD Analysis of Fuel Atomization, Secondary Droplet Breakup and Spray Dispersion in the Premix Duct of a LPP Combustor. Eight International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Pasadena, CA, USA, July 2000. 8 s.

Jatkotutkimuksissa olisi tärkeää tutkia polttoaineen leviämistä laitoksen sisälle tilanteessa, jossa lentokone lävistää ainakin osittain laitoksen seinän.

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

33


Kimmo Kaukanen*, Ville Heikura*, Hanna Hykkyrä*, Tuuli Oksanen*, Esko Mikkola** *VTT Expert Services Oy, PL 1001, 02044 VTT, **VTT, PL 1000, 02044 VTT

Jäteastian suojaetäisyyden määritys kokeellisesti TIIVISTELMÄ Jäteastioiden oikea sijoittaminen pihamaalle on osa kiinteistön paloturvallisuutta. Jäteas­ tioissa säilytettävä materiaali on pääsääntöisesti palavaa, joten uhka jäteastian tuhopoltosta tai tahattomasta syttymisestä on aina olemassa. Suomessa on selkeä ohjeistus jäteastioiden sijoittelulle/suojaetäisyydelle. Pihan jäteastiat ja tuhopolttojen torjunta -oppaan [1] on julkaissut Suomen Pelastusalan Keskusjärjestö SPEK. Ohjeistus antaa kiinteät suojaetäisyydet erilaisille jäteastioille. Kaupungeissa jäteastioiden suojaetäisyyksiä voi olla hankala tai jopa mahdoton noudattaa tiiviin rakentamisen seurauksena. Valmistajat ovat kehittäneet jäteastioita, jotka tehokkaasti rajoittavat paloa. Paloa rajoittavan jäteastian suojaetäisyyden määrittämiseen ei ole ollut saatavilla menetelmää. Tilanne sai aikaan tarpeen kehittää koemenetelmä, jolla paloa rajoittavan jäteastian ominaisuudet ja pienempi suojaetäisyyden tarve voidaan varmentaa. Soveltuvaa tutkimusta oli saatavilla menetelmän kehittämisen kannalta oleellisilta osa-alueilta. Haasteena oli luoda luotettava ja toistettava koe sekä palokuorman määritys koemenetelmään. Tuloksena oli menetelmä, jonka avulla voidaan varmentaa jäteastian suojaetäisyys kokeellisesti.

hopoltosta tai tahattomasta syttymisestä on olemassa. Jäteastioiden paloturvallisuutta voidaan parantaa niiden oikealla sijoittamisella, rakenne- ja suojausratkaisuja kehittämällä sekä palamattomia valmistusmateriaaleja käyttämällä. Markkinoilla voi olla kasvavaa kysyntää jatkossa jopa paloeristetyille roskaastioille, sammutusjärjestelmällä tai sammutuspatruunalla varustetuille malleille. Jäteastiat tuotteena ovat nyt lähes samanarvoisia riippumatta niiden paloturvallisuuteen liittyvistä ominaisuuksista. Markkinoilla on tuotteita, jotka tulipalon sattuessa osallistuvat paloon ja toisessa äärilaidassa tuotteita, jotka tehokkaasti rajoittavat paloa. Kaupungeissa jäteastioiden suojaetäisyyksiä on hankala noudattaa tiiviin rakentamisen seurauksena. Tilanne on saanut aikaan tarpeen kehittää koemenetelmä jäteastian suojaetäisyyden määrittämiseksi rakennuksen uloimmaisen kohdan (esimerkiksi räystäs, parveke tai seinä) ja jäteastian välillä. Menetelmän avulla tuotteen valmistajan tulee voida osoittaa tuotteellensa kokeellisesti määritetyn tuotekohtaisen suojaetäisyyden palavaaineiseen rakenteeseen. Lisäksi käyttäjä sekä viranomaiset voivat tulosten avulla varmistaa jäteastian oikean sijoittamisen.

JOHDANTO

Määräykset ja ohjeistus roskaastioiden suojaetäisyydelle

Menetelmän tarve

Jäteastioiden sijoittamiselle on annettu määräyksiä viranomaisten taholta muun muassa rakentamismääräyskokoelman osassa E1 [2] ja Pelastuslaissa (§21) [3]. Lisäksi ohjeet

Jäteastioissa säilytettävä materiaali on pääsääntöisesti palavaa, joten uhka jäteastian tu34

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

ja muun muassa suojaetäisyydet on esitetty SPEKin oppaassa Pihan jäteastiat ja tuhopolttojen torjunta [1]. Jäteastioiden sijoittamisesta on olemassa tutkimusjulkaisu. European Guideline No7:2004 [4], jonka kirjoittamiseen SPEK on osallistunut. Tämä julkaisu on yhdenmukainen SPEKin oppaan Pihan jäteastiat ja tuhopolttojen torjunta kanssa. Opas sisältää suosituksen roska-astioiden ja rakennusten väliselle suojaetäisyydelle. Suositus perustuu julkaisussa esitettyyn simulointiin ja laskentaan. Julkaisussa todetaan, että tuli voi levitä sytytyspaikastaan rakenteisiin johtumalla, liekin lämpösäteilyn vaikutuksesta sekä kuumien savukaasujen ja kipinöiden välityksellä. Ulkona kolme viimeisintä tapaa ovat yleensä syynä tulen siirtymisestä jäteastiasta rakennukseen. Tästä syystä on määritettävä suojaetäisyys jäteastian ja rakennuksen palonkestoltaan heikoimman uloimman osan välille. Tämänlaisia määritettiin olevan räystään reuna, seinä, ikkuna ja parvekkeen uloin reuna. Guideline No 7:2004 [4] julkaisussa liekin säteilyn energia laskettiin sen lämpötilasta. Täysin kehittyneen liekin lämpösäteilyn intensiteetin arvioitiin olevan teholtaan 75 kW/m2 ja lepattavan 33 kW/m2. Tuloksena julkaisussa saatiin kuvaaja lämpösäteilystä etäisyyden funktiona. Laskennan tuloksena voitiin arvioida tarpeellista suojaetäisyyttä. Palon leviämisen arvioinnissa on oleellista tietää rakennustarvikkeen materiaalin (puu, muovi, lasi, verhot) lämpösäteilyn intensiteetin kestävyys. Kriittinen pitkäaikaisen säteilynintensiteetin kestävyyden raja-arvo lasille on


noin 10 kW/m2 [4]. Tämän raja-arvon jälkeen ikkuna voi rikkoutua ja sen jälkeen palokaasut ja lämpösäteily pääsevät talon sisälle. Kriittinen pitkäaikaisen lämpösäteilyn intensiteetin raja-arvo puulle on noin 12 kW/m2 ja eräille muoveille noin 10 kW/ m2. Kun kyseinen raja-arvo ylittyy pitkäkestoisesti, syttyy materiaali palamaan. Ikkunan rikkoontuessa 10 kW/m2 lämpösäteilyn vaikutusalueella ohuet verhokankaat syttyvät nopeammin kuin puu. Tästä syystä 10 kW/m2 soveltuu myös kokeelliseen menetelmään rajakriteeriksi pitkäaikaiselle sallitulle lämpösäteilyn intensiteetille. Yleinen kotitalousjäte on paperia, puuta, muovia ja pahvia. Tällä oletuksella on saatu arvioksi jäteastian paloteholle 2 MW. Tämä on verrannollinen 1 m korkean puulavakasan palotehoon. Simuloinneissa käytettiin kolmea palonlähdettä: jäteastia (RHR=2 MW), kolmen jäteastian ryhmää (RHR=6 MW ja kiinteää roskalavaa (RHR=10 MW). Tutkimus toteaa, että minimisuojaetäisyyden on oltava aina 2,5 m + palavan astian leveys. Todellisissa olosuhteissa tuuli vaikuttaa liekin asentoon. Tästä syystä laskennallisesti saatuun suojaetäisyyteen lisätään tuulen vaikutus (1 m). Johtopäätöksenä voidaan todeta, että Suomessa ohjeistetut voimassaolevat kiinteät suojaetäisyydet ovat seuraavanlaiset: 4 m päähän rakennuksista on sijoitettava seuraavat jäteastiat: 600 l muovinen tai lasikuituinen jäteastia, teräksinen jäteastia, muut rakenteet kasat ja esineet, jotka ovat sivu ja korkeusmitoiltaan 1,5 m pienempiä. Kuuden metrin päähän on sijoitettava seuraavan tyyppiset astiat: 600 l muovinen tai lasikuituinen jäteastia ryhmä (kaksi tai useampi vierekkäin), pahvin keräysvaunu, muut rakenteet kasat ja esineet, jotka ovat sivu ja korkeusmitoiltaan 4,0 m pienempiä. Kahdeksan metrin päähän on sijoitettava: roskalava, roskakatos, puinen maja tai katos, autokatos tai talli, asuntovaunu, puulavakasat tai muut rakenteet kasat ja esineet jotka ovat sivu ja korkeusmitoiltaan 6,0 m pienempiä.

KOEMENETELMÄN LUOMINEN Arviointikriteeri Puupinnan syttymiseen tarvittavan lämpösäteilyn intensiteetin minimiarvoja on esitetty julkaisussa Puupinnan syttyminen [5, s.40]. Julkaisu määrittää mm. Suomessa rakennusten pintamateriaaleina käytetyille puulajeille syttymiseen tarvittavan lämpösäteilyn intensiteetin minimiarvoja. Männyllä on näistä pienin arvo, 10 kW/m2 äärettömän pitkällä altistusajalla (intensiteetillä 15 kW/m2 syttymiseen tarvittava aika on noin 20 minuut-

Kaupungeissa jäteastioiden suojaetäisyyksiä on hankala noudattaa tiiviin rakentamisen seurauksena. tia). Kokeen läpäisykriteeriksi määritettiin edellisen perusteella 10 kW/m2 suurimmaksi sallituksi pitkäkestoiseksi lämpösäteilyn intensiteetin arvoksi suojaetäisyyden päässä jäteastiasta. Tämä johtopäätös on yhtenevä European Guideline No7:2004 kanssa. On huomattava että säteilyn kohina ja piikkiarvot säteilyssä vaikeuttavat todellisen mittaustuloksen arvioimista. Tästä syystä menetelmään lisättiin ajanjakso, jonka säteily saa ylittää raja-arvon sekä ylityksen absoluuttinen maksimiarvo. Menetelmässä päätettiin käyttää standardien EN 1363-1:2012 [6] ja EN 1363-2:1999 [7] määrittämiä raja-arvoja, jotta kriteerit eivät ole ristiriidassa rakennustuotteiden harmonisoitujen tuotestandardien kriteerien kanssa. Kokeen läpäisykriteeriksi määritettiin edellä esitetyn perusteella seuraavaa: Lämpösäteilyn intensiteetti ei saa ylittää 10 kW/m2 arvoa yli 60 s ajan, mitattuna kohdevanerin pinnan tasalta, eikä mitatun lämpösäteilyn yksikään arvo saa ylittää 15 kW/m2. Kohdevaneri ei saa syttyä kokeen aikana. Lisäksi kokeen aikana mitään ainesta ei saa lentää suojaetäisyyttä kauemmaksi koekappaleesta.

Suojaetäisyyden arviointi Kokeissa jäteastian ja palavasta materiaalista tehdyn (rakennuksen seinää simuloivan) kohdelevyn välinen etäisyys (koejärjestelyssä) on E (mm). Suojaetäisyys S (mm) määritetään olevan E (mm) + tuulen vaikutuksen huomiointi. Kun jäteastia ja sen paloteho on suuri, voi liekin korkeus nousta useamman metrin korkuiseksi. Kovalla tuulella liekit voivat olla jopa lähes vaakatasossa. Menetelmässä tuulen vaikutus on huomioitu kertoimella 1,5. Kerroin huomioi liekkien kasvamisen palokuorman kasvaessa paremmin kuin kiinteä arvo. Jäteastian sijoittamiselle on oltava myös minimisuojaetäisyys (huomioimaan tuotteen kaatumisen tai hajoamisen). Tämä menetelmä määrittää minimisuojaetäisyydeksi 1,5 x jäteastian korkeus.

Palokuorma kokeessa Tutkimuksessa Jätekeskusten paloturvallisuus – Riskit ympäristölle tulipalotilanteessa [8] roskien­(PET) palotehoksi kartiokalorimerikokeissa oli saatu kokeellisesti noin 0,8 MW/ m2, (SER) jätteen noin 0,50 MW/m2 ja rengasmurskan (REN) 0,35 MW/m2. Tässä yh-

teydessä on huomioitava, että jäte ei ole jäteastiassa tiiviissä muodostelmassa jäteastian pohjalla vaan ilmavana kerroksena. Esimerkiksi muovipulloja sisältävässä jäteastiassa jätteen (happea saava) pinta-ala voi olla jopa kolme kertaa suurempi kuin tiiviiksi tasatun jätteen pinta-ala (lieriön pinta-ala verrattuna sen projisoituun pinta-alaan). Oikeata jätettä ei haluttu kokeissa käyttää, sillä käyttö olisi vaatinut koejätteen tasalaatuisuuden seuraamista ja mahdollisesti myös määrityskokeiden tekemistä. Myös kokeen toistettavuus oikeata jätettä käytettäessä katsottiin heikommaksi kuin polttoainetta käytettäessä. Lähtökohtana oli, että kokeellisessa menetelmässä ei tarvitse huomioida itse jäteastian tuomaa lisäystä palokuormaan, sillä jäteastia on mukana kokeessa ja käyttäytyy palokokeessa ominaisuuksiensa mukaisesti. Menetelmän kokeissa päätettiin käyttää palokuormana heptaania. Heptaanin paloteho on noin 2 MW/m2, joka antaa myös varmuuskerrointa suojaetäisyyden määrittämiseen. Dieselöljyllä on lähes vastaavat ominaisuudet ja hieman pienempi paloteho. Heptaanin etu oli puhtaampi palaminen. Käyttämällä heptaania palokuormana menetelmä tulee huomioineeksi myös polttoaineen käytön jäteastian sytyttämiseen. Polttoaineen käyttäminen palokuormana tekee menetelmästä myös toistettavan. Polttoaineen käyttö loi tarpeen sijoittaa jäteastian pohjalle erillinen paloallas. Muussa tapauksessa palavan polttoaineen mahdollinen valuminen koehallin lattialle olisi luonut kokeelle kohtuuttoman riskin. European Guideline No 7:2004 julkaisussa oli käytetty jäteastian laskennallisena palotehona 2 MW/m2. Palokuorman määrä kokeessa määrittyy jäteastian pohjapinta-alan mukaan. Altaaseen kaadetaan kokeissa 50 mm paksu kerros vettä ja sen päälle kerros heptaania, joka vastaa vapaapalossa 15 minuutin paloaikaa. Altaan reunan korkeuden tulee olla riittävä vedelle ja polttoaineelle. Paloajan määrityksessä sovellettiin alan kirjallisuutta, polttoaineiden tunnettuja ominaisuuksia sekä paloajat verifioitiin kokeilla. Lisäksi arvioitiin, että polttoainemäärän paloaika tulee aina verifioida kokeellisesti vapaapalossa ennen suojaetäisyyden määrityskoetta.

Koemenetelmän käyttö Suojaetäisyyden kokeellinen määritys ei poista tarvetta huolehtia muista turvallisuuteen PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

35


Kohdevanerilevyjä on oltava vähintään koekappaleen yhdellä sivulla suojaetäisyyden päässä.

Kuva 1. Koejärjestely ja kokeessa käytetty määritysetäisyys (E) jäteastian ja palavan materiaalin välillä. liittyvistä osa-alueista, joita ovat mm. tuotteen lukitseminen, asiattoman pääsyn rajoittaminen jäteastialle pihassa tai huolehtiminen siitä, että palokunta pääsee aina esteettä jäteastialle tulipalon sattuessa. Tuhopolttaja voi siirtää jäteastiaa lähemmäksi rakennusta, mikäli se ei ole lukittu sijaintiinsa tai rakenteellisesti kiinteä. Tuhopolttaja voi myös avata/irrottaa/rikkoa tuotteista kansia tai luukkuja. Tästä syystä myös kokeissa jäteastioiden lukitsemattomat kannet ja luukut haluttiin avata tai poistaa kokonaan.

Soveltuvuuden rajaaminen Menetelmän haluttiin soveltuvan itsenäisille ja ulos sijoitettaville jäteastioille, joiden suojaetäisyys rakennuksiin tai muihin palavasta materiaalista valmistettuihin rakenteisiin ja kohteisiin halutaan määrittää kokeellisesti. Testattava jäteastia voi myös olla suojattu erillisellä suojalla tai suojuksella tai jonkinlaisella katoksella. Menetelmän haluttiin soveltuvan myös upotettaville jäteastioille, mutta niiden maanalaisen osan osuus ja sijoittelu on kokeissa huomioitava erikseen. Kun useampi jäteastia asetetaan vierekkäin, on yhdistelmä testattava kokonaisuutena. Katsottiin, että menetelmä ei suoraan sovellu järjestelmien hyväksyntätestiksi, jossa jäteastiaan on yhdistetty esimerkiksi aktiivisesti toimiva sammutusjärjestelmä/sammutuspatruuna tai suljinlaite. Paloa rajoittavalla järjestelmällä varustetulle jäteastialle voidaan määrittää suojaetäisyys tällä menetelmällä, mutta tällöin tulee kuitenkin arvioida suojaetäisyys ilman aktiivista järjestelmää sekä sen kanssa. Syy arviointiin oli ensimmäisen harjoituskokeen tulos. Ensimmäisessä kokeessa juuri sytytetty ja vielä huoneenlämpöinen heptaani sammui kun jäteastiassa oleva lämpösulake aktivoi mekanismin, joka sulki jäteastian kannen. Järjestelmän toimivuustesti tulisikin olla täysin erillinen koe, jossa käytetään palokuormaa joka ominaisuuksiltaan kuvaa järjestelmälle vaikeinta olosuh36

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

detta. Tämä taas riippuu täysin järjestelmästä. Menetelmä ei myöskään sovellu rakennusten suojaetäisyyden määrittämiseen eikä rakennusten sisällä olevissa jätetiloissa suojaetäisyyden määrittämiseen jäteastioille.

Koekappale Asiakkaan tulee määrittää kokeissa käytetty etäisyys (E). Koekappaleesta avataan kaikki luukut ja kannet (ennen koetta), jotka eivät ole lukittu. Jäteastia asetetaan siten, että sen epäedullisin sivu osoittaa kohti kohdevaneria. Pinta-alaltaan suurin jäteastiamalli kattaa pienemmät mallit. Pienemmille malleille voidaan lisäksi testata pienempi suojaetäisyys. Tuotteelle valitaan arvioitu vaativin sijoittelu testilaboratorion toimesta. Pääsääntöisesti sen arvioidaan olevan jäteaukon suu kohti kohdevaneria. Koska menetelmä simuloi myös tuhopolttotapahtumaa, pätevät kokeille seuraavat säännöt: mikäli jäteastiassa on lukittuja kansia, ne pidetään kiinni kokeessa. Jos tuotteessa ei ole muita aukkoja, koetilanteessa tuotteeseen muodostetaan reikä tai lukittua luukkua avataan vapaan hapensaannin varmistamiseksi. Jos tuotteessa on erillinen kansi, sitä avataan kokeissa 200 mm tai enintään sen verran, että ilmansaanti varmistuu. Isoilla tuotteilla, joissa on pienet jäteluukut testilaboratorio tekee arvion, mitkä luukuista avataan. Tuotteelle valitaan siis aina vaativin olosuhde kokeissa.

nerilevyjä on oltava vähintään koekappaleen yhdellä sivulla suojaetäisyyden päässä.

Mittaukset ja mittapisteet Kohdelevyn pinnalta mitataan lämpötila sekä säteilyteho. Mittaukset tulee suorittaa kalibroiduilla mittalaitteilla. Tiedonkeruu tulee aloittaa vähintään 2 min ennen kokeen alkua ja lopettaa vähintään 2 min kokeen päättymisen jälkeen. Koekappaleen etäisyys kohdevaneriin varmennetaan mittauksella. Palavan jäteastian säteilyteho mitataan säteilylämpömittarilla valmistajan määrittämän etäisyyden E päästä koekappaleesta. Säteilymittauksia on 2 kohdelevyä kohti. Säteilymittarit (S1) asennetaan korkeudelle H ja toinen (S2) korkeudelle H+2 m, missä H on koekappaleen korkeus. Säteilymittarin tulee olla standardin EN 1363-2 [8], kohdan 8.2 vaatimusten mukainen. Etäisyyden E päähän koekappaleesta asennettuun kohdelevyyn kiinnitetään mittapisteitä (K-tyypin termoelementtejä) pystytasossa 1000 mm välein (alkaen 500 mm korkeudelta) kolmessa vierekkäisessä rivissä 500 mm etäisyydellä toisistaan (katso kuva 2). Termoelementtien tulee olla standardin EN 1363-1 [8], liitteen C mukaisia. Menetelmän mukaiset mittaukset edustavat minimitasoa. Lisämittapisteitä tai kokonaisia menetelmän mukaisia lisäkohdeseiniä voidaan asentaa antamaan lisäinformaatiota.

UUDEN MENETELMÄN RAKENNE

Koeaika ja kokeen suoritus

Koejärjestely määritettiin koostuvan jäteastiasta (koekappaleesta), joka asennetaan koehalliin, sekä kohdelevystä. Kohdelevyn ja jäteastian välisen etäisyyden tunnus on E. Kohdelevy tehdään 12 mm paksusta havuvanerista (1200 mm leveä ja 4800 mm korkea). Vanerilevyn pinnalle kiinnitetään lämpötilamittapisteet. Mittapisteet eivät vaikuta koetuloksen arviointiin, mutta niiden avulla voidaan pyrkiä arvioimaan muun muassa säteilymittauksen oikea kohdistus. Kohdeva-

Palokuormana kokeessa olevan polttoaineen määrä mitoitetaan 15 minuutin paloa varten. Koeaika on 30 min sytytyksestä. Koekappaleen pohjalle sijoitettuun altaaseen kaadetaan polttoaine. Koe alkaa, kun polttoaine sytytetään ja päättyy määritetyn koeajan jälkeen.

Menetelmän soveltaminen ja arviointi Tämä menetelmä määrittää suojaetäisyyden arvioidun vaativimman olosuhteen mukaan.


Mikäli asiakas pyytää kokeen suorittamiseen nimenomaan rajattu siitä syystä, että tuot- len vaikutuksen huomioiva osuus). Tämän muutoksia, suoritetaan koe asiakkaan halua- teen rakenteellista kestävyyttä ei tarvitse erik- menetelmän mukainen pienin mahdollinen malla muutoksella. Tämä muutos tulee nä- seen arvioida kun tuote on 1,5 x h etäisyy- suojaetäisyys = 1,5 x H, jossa H kuvaa jätekyviin raporttiin (ja myös mahdolliseen ser- den päässä palavasta materiaalista. Tässä ta- astian korkeutta, testatessa koemenetelmän tifikaattiin). Lisäksi määritetään poikkeaman pauksessa voidaan karkeasti olettaa, että pa- mukaisesti. Suojaetäisyys tarkoittaa jäteastivaikutus ja rajoitteet mikäli arviointi on mah- lo ei siirry mahdollisen hajoamisen vaikutuk- an pienintä sallittua asennusetäisyyttä paladollista. sesta rakenteisiin. Jos tuote testataan minimi- vasta materiaalista tai rakennuksesta (seinä / Jäteastia tulee menetelmän mukaises- suojaetäisyyttä pienemmällä suojaetäisyydel- ikkuna/parveke/räystäs). ti asentaa kokeessa vaativimpaan asentoon, lä, pelkkä suojaetäisyyden määritys ei välttäLisäksi koemenetelmään määritettiin oloeli yleensä jäteaukko vaneriseinää kohden. mättä riitä tuotteen oikean sijoittamisen var- suhdevaatimuksia sekä raportoinnissa huoTällä tavalla suoritetussa kokeessa saavutet- mistamiseksi, vaan tällöin tarvitaan mahdol- mioitavat ja ilmoitettavat asiat. tu suojaetäisyys ei sisällä asennusrajoitteita, lisesti lisäselvitys rakenteen mekaanisesta kesvaan saavutettu suojaetäisyys pätee jäteastian tävyydestä. Tuotteen käyttäytyminen kokees- MENETELMÄN KÄYTTÖ asennuksesta riippumatta. Jos asiakas mää- sa antaa toki kuvan rakenteen kestävyydestä Menetelmän mukainen testaus on otettu rittää muun koeasennon, rajoitetaan saavu- palotilanteessa, mutta rakenteen pitkäaikai- käyttöön VTT Expert Services Oy:n palvetettu suojaetäisyys pätemään vain kyseisel- sen kestävyyden arvioimiseen ei riitä pelkäs- luna. Menetelmän mukaan testatut tuotteet le asennolle. tään palokoe. voidaan sertifioida VTT Sert R053 mukaiJos tuotteessa on mekanismeja / toimintoMikäli testattavan tuotteen asennuskohde sesti. Testimenetelmä on esitetty sertifiointija, jotka ominaisuuksiensa mukaisesti toimi- vaatii menetelmän mukaisista arviointikritee- perusteiden liitteessä 1. essaan rajoittavat paloa, tarvitaan tällaiselle reistä poikkeavaa arviointia, sellainen voidaan järjestelmälle erillinen järjestelmän toimin- määrittää tämän menetelmän mukaisten ar- KIITOKSET tatesti. Tämä menetelmä soveltuu suojaetäi- viointikriteerien lisäksi. Tällöin poikkeavan Menetelmä ja sen pohjana oleva selvitystyö syyden määrittämiseen kehittyneessä paloti- arvioinnin tuloksesta tulee pelkästään asen- on osa VTT Expert Services Oy:n tekemää Mittaukset ja mittapisteet lanteessa, mutta ei sovellu erillisellä järjestel- nuskohdekohtainen. jatkuvaa palvelunkehitystyötä. Uusien memällä toteutetun palon rajoittamisen arvioinKokeessa käytetyn palokuorman määriKohdelevyn pinnalta mitataan lämpötila sekä säteilyteho. Mittaukset tulee netelmien suorittaatarkoitus on mahdollistaa uusien tiin. Palon rajoittamisen arvioinnissa on käytys on kriittinen osa koemenetelmää ja oleeltuotteiden kalibroiduilla mittalaitteilla. Tiedonkeruu tulee aloittaa vähintään 2 min ennen kokeen alkua tehokas testaaminen ja parantaa tettävä testattavalle (palonrajoitin) järjestelvaikuttaja saavutettuun suojaetäisyy- asiakkaiden ja lopettaa vähintään 2 min kokeenlinen päättymisen jälkeen. Koekappaleen etäisyys tuotteiden kilpailukykyä. Kiimälle vaativinta olosuhdetta ja polttoainetta. teen. Menetelmän mukainen palokuorma on tän yhteistyöstä Reino ja Juha-Pekka Kotroa kohdevaneriin varmennetaan mittauksella. Palavan jäteastian säteilyteho mitataan Jos asiakas haluaa asentaa tuotteensa konyt määritetty kattamaan myös paloteholtaan (Hannoa säteilylämpömittarilla valmistajan määrittämän etäisyyden E päästä koekappaleesta.Oy), sekä Päivi Stordelliä (Lassila keessa minimisuojaetäisyyttä lähemmäkjäte. Tuotteen mää- & Tikanoja). Säteilymittauksia on 2 kohdelevyä kohti.vaativin Säteilymittarit (S1)suojaetäisyyden asennetaan korkeudelle H ja si, voidaan koe suorittaa asiakkaan ilmoittaritys on voimassa vain menetelmän mukaistoinen (S2) korkeudelle H+2 m, missä H on koekappaleen korkeus. Säteilymittarin LÄHDELUETTELO tulee olla malla suojaetäisyydellä. Tässä tapauksessa on ta palokuormaa käytettäessä. standardin EN 1363-2 [8], kohdan 8.2 vaatimusten mukainen. Etäisyyden E päähän huomioitava rajoituksena mm. se, että tämä koekappaleesta asennettuun kohdelevyyn kiinnitetään mittapisteitä (K –[1] Pihan tyypinjäteastiat ja tuhopolttojen torjunta, menetelmä ei varmista millään tavalla tuot- Koetulosten ilmoittaminen SPEK opastaa 17, Suomen Pelastusalan Kestermoelementtejä) pystytasossa 1000 mm välein (alkaen 500 mm korkeudelta) kolmessa teen rakenteen kestävyyttä (palotapahtuman kusjärjestö, ISBN 951-797-123-0. vierekkäisessä rivissä 500 mm etäisyydellä toisistaan (katso kuva 2). Termoelementtien tulee aikaisen mekaanisen rasituksen kestävyyt- Koetuloksena ilmoitetaan suojaetäisyys. [2] Suomen rakentamismääräyskokoelolla standardin EN 1363-1 [8], liitteen C mukaisia. Menetelmän mukaiset mittaukset tä). Minimisuojaetäisyys menetelmässä on Suojaetäisyys (mm) = E (mm) x 1,5 (tuu- ma, osa E1(2011) rakennusten paloturvalliedustavat minimitasoa. Lisämittapisteitä tai kokonaisia menetelmän mukaisia lisäkohdeseiniä suus, määräykset ja ohjeet. http://www.ymvoidaan asentaa antamaan lisäinformaatiota. paristo.fi [3] Pelastuslaki 29.4.2011, pykälät §9, §11 ja §14 http://www.edilex.fi/tukes/fi/lainsaadanto/20110379 [4] European Guideline No7:2004, CFPA-E – Guidelines (European fire protection associations), Zurich 12 Mars 2004, CFPA Europe. [5] Puupinnan syttyminen, Esko Mikkola, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Tiedotteita 1057, Espoo 1989, ISBN 951-383589-8 [6] EN 1363-1:2012 Fire resistance tests. General requirements [7] EN 1363-2:1999 Fire Resistance Tests – Part 2: Alternative and Additional Procedures [8] Jätekeskusten paloturvallisuus – Riskit ympäristölle tulipalotilanteessa. VTT tiedotteita 2457, Espoo 2008, ISBN 978-95138-7250-2

Kuva 2. Mittapisteet vanerilevyn pinnalla. Lämpötilamittaukset (T1 - T15) ja säteilymittarien sijainnit S1 ja S2. H on jäteastian korkeus. Koeaika ja kokeen suoritus

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Palokuormana kokeessa olevan polttoaineen määrä mitoitetaan 15 minuutin paloa varten. Koeaika on 30 min sytytyksestä. Koekappaleen pohjalle sijoitettuun altaaseen kaadetaan

37


Tuula Hakkarainen ja Esko Mikkola, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Korjausrakentamisen paloturvallisuus

Tiivistelmä Rakennuskannan korjaustarpeet kasvavat jatkuvasti energiatehokkuuden ja kestävän kehityksen vaatimusten vuoksi. Ihmisten turvallisuus ja omaisuuden suojaaminen tulipalossa eivät kuitenkaan saisi vaarantua tämän kehityksen seurauksena. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää korjausrakentamisen paloturvallisuuden taso sekä korjaustyömaalla että rakennuksessa korjaustöiden jälkeen Euroopan eri maissa. Työssä kartoitettiin eri maiden säädöksiä, ohjeita ja käytäntöjä sekä toteutettiin alan asiantuntijoille suunnattu kysely korjausrakentamisen paloturvallisuudesta. Vastauksia kyselyyn saatiin 13 Euroopan maasta. Tutkimuksen perusteella voidaan antaa seuraavat suositukset: syttymiin mahdollisesti johtavia olosuhteita on vältettävä, palokuorma korjaustyömaalla on minimoitava, ja poistumisreittien ja pelastusteiden käytettävyys on turvattava koko korjausrakentamisprosessin ajan. Riskianalyyttinen lähestymistapa rakennusten korjaustyömaiden palo- ja poistumisturvallisuuteen on suositeltava palovaarojen arvioimiseksi ja välttämiseksi.

JOHDANTO Rakennuksen korjaustöiden aikana palokuormat ovat usein suurempia kuin normaalikäytön aikana, mistä seuraa tavallista suuremmat tulipaloriskit. Pieni tulipalo voi kehittyä nopeasti suureksi uhkatekijäksi, joten ilman 38

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

asianmukaisia ja kattavia paloturvallisuusjärjestelmiä turvallinen poistumisaika kohteesta lyhenee merkittävästi. Tämä tekee myös pelastus- ja sammutustyöstä tavallista vaikeampaa ja vaarallisempaa. Rakennuskannan korjaustarpeet kasvavat jatkuvasti energiatehokkuuden ja kestävän kehityksen vaatimusten vuoksi. Paloturvallisuuden varmistaminen on osa kestävää kehitystä, joten ihmisten turvallisuus ja omaisuuden suojaaminen tulipalossa eivät saisi vaarantua korjausrakentamisessa. VTT on tutkinut korjausrakentamisen paloturvallisuuteen liittyviä määräyksiä ja käytäntöjä Euroopan eri maissa Fire Safe Europe -allianssin toimeksiannosta. Tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa korjausrakentamisen paloturvallisuuden taso sekä korjaustyömaalla että rakennuksessa korjaustöiden jälkeen. Tutkimukseen mukaan valittujen EU-maiden vertailuanalyysissa arvioitiin korjausrakentamisen paloturvallisuuteen liittyviä säädöksiä, määräyksiä ja ohjeistusta sekä niiden soveltamista käytäntöön.

KORJAUSRAKENTAMISEN PALO­­ TURVALLISUUS­­MÄÄRÄYKSET JA -OHJEET EU-direktiivit EU:ssa on useita direktiivejä, jotka ainakin periaatteessa liittyvät korjausrakentamisen paloturvallisuuteen:

• Direktiivi 89/106/ETY – Rakennusalan tuotteet [1] o Olennaiset vaatimukset muodostavat yhteisen pohjan kansallisille paloturvallisuusmääräyksille yleisellä tasolla. o Rakennuskohde on suunniteltava ja rakennettava siten, että tulipalon sattuessa: • kantavien rakenteiden voidaan olettaa kestävän tietyn ajan; • tulen ja savun kehittyminen ja leviäminen rakennuksen sisällä on rajoitettu; • tulen leviäminen naapurirakennuksiin on rajoitettu; • henkilöt pääsevät poistumaan rakennuksesta tai heidät voidaan pelastaa muilla keinoilla; • pelastushenkilöstön turvallisuus on otettu huomioon. • Rakennustuoteasetus (305/2011/EU) [2] korvaa direktiivin 89/106/ETY heinäkuussa 2013. o Rakennustuoteasetuksen tarkoituksena on varmistaa luotettava tieto rakennus-tuotteiden suoritustasoista. • Direktiivi 89/391/ETY – ”kehysdirektiivi” toimenpiteistä työntekijöiden turvallisuu-den ja terveyden parantamisen edistämiseksi työssä [3] o Sisältää yleiset periaatteet, jotka koskevat mm. työssä ilmenevien vaarojen ehkäisemistä, turvallisuuden ja terveyden suojelua, vaarojen ja tapaturman aiheuttajien poistamista, tiedottamista työntekijöille ja heidän kouluttamistaan.


• Direktiivi 89/654/ETY – työpaikoille asetettavat turvallisuutta ja terveyttä koskevat vähimmäisvaatimukset [4] o Käsittelee mm. hätäpoistumisreittejä ja hätäpoistumisteitä sekä suojalaitteita ja –välineitä, jotka on tarkoitettu ehkäisemään ja poistamaan vaaroja. • Direktiivi 92/57/ETY – turvallisuutta ja terveyttä koskevat vähimmäisvaatimukset tilapäisillä tai liikkuvilla rakennustyömailla [5] o Käsittelee mm. hätätilanteissa käytettäviä poistumisreittejä ja poistumisteitä sekä palon havaitsemista ja palontorjuntaa. • Direktiivi 2012/27/EU – Energiatehokkuusdirektiivi [6] o Tämä direktiivi käsittelee rakennusten peruskorjauksia energiankäytön tehokkuuden kannalta yleisellä tasolla, mutta siinä ei mainita mahdollisia seurauksia rakennusten paloturvallisuudelle tai muitakaan paloturvallisuuteen liittyviä asioita.

likäytön aikana. Myös inhimilliset tekijät voivat johtaa vaaratilanteisiin korjaustöiden aikana. Näistä syistä riskiperustainen lähestymistapa on suositeltava palovaarojen arvioinnissa ja ehkäisemisessä. Korjausrakentamispaikkojen paloriskit tulee määrittää, varotoimiin syttymien välttämiseksi tulee ryhtyä ja paikkakohtaiset käytännöt tulee dokumentoida paloturvallisuussuunnitelmissa. Kuvan 1 esittämä palokolmio on yksinkertainen malli, joka havainnollistaa palamisen välttämättömiä edellytyksiä. Palaminen vaatii kolme perustekijää: polttoainetta eli palavaa materiaalia, lämpöä ja happea. Tulipalo voidaan estää tai sammuttaa poistamalla mikä tahansa näistä tekijöistä. Happea on remonttityömailla käytännössä aina saatavilla. Siksi syttyminen ja palon leviäminen voidaan estää kontrolloimalla palavia materiaaleja ja lämmönlähteitä.

le. Näitä riskejä voidaan merkittävästi vähentää turvatoimilla, esimerkiksi suoja-aidoilla ja lukittavilla porteilla sekä vartioinnilla joko yöaikaan tai ympäri vuorokauden.

Miten estää palon leviäminen

Palokuorman määrä korjausrakennuspaikoilla tulisi minimoida. On erittäin tärkeätä estää palava-aineisten materiaalien suora altistuminen sytytyslähteille. Palavien materiaalien kuten muovieristeiden tulee aina olla suojattuja, joko käyttämällä elementtirakenteisia tuotteita, jotka sisältävät suojauksen, tai käyttämällä tilapäistä suojausta varastoinnin ja asennustyön aikana. Palo-ovet tulee korjausrakennuskohteissa pitää suljettuina, jotta vältetään palon leviäminen palo-osastosta toiseen. Automaattiset ovensulkimet ovat paras ratkaisu. Palo-ovia ei saa missään olosuhteissa kiilata auki. Suomessa: Paloturvallisuus rakennuksen korjaustyön aikana. SPEKRemonttipaikoilla opastaa 25:2011 tulee olla saatavilla samMiten estää syttyminen [9]. mutusvälineitä ja työntekijät tulee kouluttaa Eurooppalainen ja Kaikki työmaat, joilla käytetään liekkejä tai niiden käyttöön.ovat Jos rakennuksen automaatKansallisella tasolla päätoimijat neuvonnassa ja suositeltavien käytäntöjen edistämisessä kansallinen ohjeistus muita terveyslämmönlähteitä tai kipinöitä voi esiintinen sammutusjärjestelmä on kytketty pois palo- ja pelastusviranomaiset, ja turvallisuusviranomaiset, vakuutusyhtiöt ja pelastusEurooppalaisen ja kansallisen tason esimerk- tyä, vaativat erityistä varovaisuutta. Aina kun toiminnasta, palon leviämisen estämiseksi on alan järjestöt. kejä ohjeistuksesta paloturvallisuuden hallin- mahdollista, tulee harkita vaihtoehtoisia työ- tehtävä erityisjärjestelyjä. Esimerkiksi paloon saatavilla esimerkiksi edellä mainitusta oppaasta [9]. taan korjausrakentamisenSuomenkielistä aikana ovat ohjeistusta menetelmiä, joihin ei liity palovaaroja. Tu- SPEK:n osastointi on varmistettava ja palovartiointi Opas sisältää tietoa mm. korjausrakentamiseen liittyvistä säädöksistä ja ohjeistuksista sekä on construc- litöihin on kiinnitettävä huomiota kaikissa järjestettävä tulitöiden jälkeen. • Euroopassa: Fire prevention rakennusten korjaustyömaiden paloriskitekijöistä ja niiden hallinnasta. Käytännön työkaluiksi tion sites, CFPA E (Confederation of Firelöytyy vaiheissa, mukaan lukien valvonta tulitöidentarkistuslista Palon leviäminen oppaan liitteistä korjaustyömaan pelastussuunnittelun ja ohjeet naapurirakennuksiin piProtection Associations in Europe), Europepäätyttyä.omatoimiseen Tupakointi remonttityömailla tu- tää estää pitämällä palavat materiaalit riitkorjaustyömaan sähkölaitteiston tarkastukseen. an Guideline (2009) [7] lee kieltää tai järjestää tupakointipaikka, jon- tävän kaukana rakennuksista. Lähellä toisiaan olevien rakennusten väliin ei esimerkiksi • Iso-Britanniassa: Fire safety in constructi- ka lähellä ei ole syttyviä materiaaleja. JAand POISTUMISTURVALLISUUS on, Guidance for clients,PALOdesigners thoRakennustuotteet RISKINARVIOINTIIN voivat sisältää suuriaPERUSTUEN saa varastoida palavia materiaaleja tai sijoitse managing and carrying out constructimääriä palokuormaa. Siihen liittyviä syttytaa roskalavoja. Rakennusten korjaustöihin liittyy monia materiaaleja ja olosuhteita, joihin liittyy paloriskejä. on work involving significant fire risks.palokuormat misriskejäovat voidaan käyttämällä raRemonttityömailla useinvähentää suurempia kuin rakennuksen normaalikäytön HSG168, Health andaikana. SafetyMyös Executive kennustuotteita, osat on suojatinhimilliset tekijät voivat joissa johtaapalavat vaaratilanteisiin korjaustöiden aikana. Näistä Poistumisturvallisuus on syistä riskiperustainentu,lähestymistapa on suositeltava palovaarojen arvioinnissa ja (2010) [8] sekä palavien rakennustuotteiden ja -jät- varmistettava ehkäisemisessä. Korjausrakentamispaikkojen tulee määrittää, rakennuksen teiden asianmukaisellapaloriskit varastoinnilla ja käsit- varotoimiin syttymien • Suomessa: Paloturvallisuus välttämiseksi tulee ryhtyä ja paikkakohtaiset käytännöt tulee paloturvallisuuskorjaustyön aikana. SPEK opastaa 25:2011 telyllä. Myös tulenarkojen nesteiden jadokumentoida kaasu- Poistumisreittejä on oltava käytettävissä kaisuunnitelmissa. [9]. pullojen varastointi tulee järjestää siten, että kille remonttikohteessa oleville. KorjaustöiKansallisella tasolla päätoimijat neuvon- palokolmio syttymältäonvältytään. den edetessä poistumisreitit todennäköisesti Kuvan 1 esittämä yksinkertainen malli, joka havainnollistaa palamisen nassa ja suositeltavien käytäntöjen edistämiRakennusja remonttityömaat, erityisestipolttoainetta muuttuvat osa niistä voi poistua käytösvälttämättömiä edellytyksiä. Palaminen vaatii kolme perustekijää: eli japalavaa materiaalia, lämpöä Tulipalo voidaan tai sammuttaa poistamalla mikäontahansa sessä ovat palo- ja pelastusviranomaiset, ter-ja happea. niiden varastoalueet, ovatestää alttiita tuhopoltoiltä. Tällöin tärkeätä tunnistaa ja varmistaa näistä tekijöistä. Happea on remonttityömailla käytännössä aina saatavilla.korvaavat Siksi syttyminen ja veys- ja turvallisuusviranomaiset, vakuutusreitit. Poistumisreitit on merkittäpalon leviäminen voidaan estää kontrolloimalla palavia materiaaleja ja lämmönlähteitä. yhtiöt ja pelastus-alan järjestöt. vä selvästi ja ne on pidettävä vapaina esteistä. Suomenkielistä ohjeistusta on saatavilla esiHarjoituksia tulee pitää usein, erityisesti silmerkiksi edellä mainitusta SPEK:n oppaasta loin, kun poistumisreitit muuttuvat. [9]. Opas sisältää tietoa mm. korjausrakentaJos remonttikohteen asukkaat tai muut miseen liittyvistä säädöksistä ja ohjeistuksiskäyttäjät voivat olla paikalla korjausrakentata sekä rakennusten korjaustyömaiden palomisen aikana, sekä heille että kohteen työnteriskitekijöistä ja niiden hallinnasta. Käytänkijöille on annettava tietoa poistumisesta hänön työkaluiksi oppaan liitteistä löytyy kortätilanteessa. Poistumisohjeista tulee tarvitjaustyömaan pelastussuunnittelun tarkistustaessa tuottaa kieliversioita, jotta voidaan ollista ja ohjeet korjaustyömaan sähkölaitteisla varmoja, että kaikki kohteessa olevat ihmiton omatoimiseen tarkastukseen. set ymmärtävät poistumisjärjestelyt ja -menettelyt.

PALO- JA POISTUMISTURVALLISUUS RISKINARVIOINTIIN PERUSTUEN

Pelastus- ja sammutustyön

Rakennusten korjaustöihin liittyy monia maturvallisuus on huomioitava Kuva 1. Palamisen perustekijät: polttoaine, lämpö ja happi. teriaaleja ja olosuhteita, joihin liittyy paloriskejä. Remonttityömailla palokuormat ovat Pelastustoimen toimintaedellytysten varmisusein suurempia kuin rakennuksen normaatamiseksi hätäpoistumisteiden käytettävyys PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

39


korjausrakentamiskohteessa tulee ylläpitää koko korjaustyöprosessin ajan. Reitit on pidettävä vapaina esteistä kuten varastoiduista materiaaleista ja roskasäiliöistä. Remontoitavan rakennuksen sisällä on estettävä pääsy alueille, joihin liittyy putoamisriski tai muu vastaava vaara. Näin parannetaan palomiesten työturvallisuutta. Palokuorma rakennuksen sisällä on syytä minimoida räjähdysvaarojen ja suurpaloriskien vähentämiseksi.

Muita seurauksia tulipalosta Tulipalo korjausrakentamistyömaalla voi aiheuttaa suuria taloudellisia menetyksiä. Sillä voi olla myös ympäristöseuraamuksia, ja rakennuksen käyttäjien, korjaustyöntekijöiden ja naapuruston terveys ja turvallisuus voivat vaarantua. Korjausrakentajan ja rakennuksen omistajan julkisuuskuva voi kärsiä tulipalon seurauksena.

KORJAUSRAKENTAMISEN PALOTURVALLISUUSTASO EUROOPASSA Korjausrakentamisen paloturvallisuuden nykytason selvittämiseksi laadittiin kysely, jonka pääpaino oli remonttityömaan paloturvallisuudessa varsinkin ihmisten turvallisuuteen liittyen. Suurimmat riskit ovat tilavuudeltaan ja/tai korkeudeltaan suurissa rakennuksissa, joissa on suuri määrä ihmisiä. Näin ollen asuinkerrostalot, toimistorakennukset, kokoontumis- ja liiketilat (kauppakeskukset, urheiluhallit), koulut ja sairaalat valittiin tarkastelun pääkohteeksi. Tämän lisäksi tarkasteltiin myös paloturvallisuustasoa, joka remontilla saavutettiin (verrattuna remonttia edeltävään ja uusien rakennusten tasoon). Paloturvallisuuden asiantuntijoille suunnatun kyselyn pääaiheita olivat • määräykset ja ohjeet • ihmisten vaarantuminen • paloriskiarviointi ja varotoimenpiteet • esimerkit hyvistä käytännöistä • remontilla saavutettu paloturvallisuustaso • tilastotiedot.

Kysely sisälsi kaikkiaan noin 60 yksityiskohtaista kysymystä. Se lähetettiin yli 40 asiantuntijalle 15 EU-maassa. Nämä asiantuntijat edustivat paloviranomaisia, kansallisia paloturvallisuusinstituutteja, pelastuslaitoksia ja paloturvallisuusinsinöörejä. Vastauksia saatiin 19 kappaletta 13 eri maasta: Espanjasta, Hollannista, Iso-Britanniasta, Italiasta, Itävallasta, Latviasta, Puolasta, Ranskasta, Ruotsista, Saksasta, Sloveniasta, Suomesta ja Tšekinmaalta.

PALOTURVALLISEN KORJAUSRAKENTAMISEN AVAINTEKIJÄT

Maiden luokittelussa korjausrakentamisen paloturvallisuuden suhteen tarkasteltiin kolmea näkökulmaa: 1) riskinarviointi määräyksissä, ohjeissa ja käytännössä, 2) rakentajan, työmaan vastuuhenkilöiden ja paikallisten viranomaisten yhteistyötä ja 3) mahdollisia lievennyksiä tavoiteltaviin turvallisuustasovaatimuksiin. Kriteerien arviointi perustui kyselyn valikoituihin kysymyksiin ja eri maista kerättyyn taustatietoon (esimerkiksi ohjeistukseen).

Riskinarviointi Riskisuuntautunut paloturvallisuusarviointi sisältyi määräyksiin ja ohjeisiin laajalti viidessä maassa ja suppeammassa määrin kahdessa maassa tarkastelluista 13 maasta. Kolmessa maassa tämä aihepiiri ei ollut lainkaan tai oli vain vähäisessä määrin mukana määräyksissä ja ohjeissa. Tiedot olivat riittämättömiä johtopäätösten tekemiseen kolmesta maasta. Korjausrakentamisen paloturvallisuuden suositeltavat käytännöt ja kommunikaatio työmaan johdon ja viranomaisten välillä olivat vähemmän yleisiä kuin määräysten ja ohjeiden riskitietoisuus. Suositeltavia käytäntöjä oli määritelty viidessä maassa.

Yhteistyö Rakentajan ja paikallisten rakennus- ja pelastusviranomaisten välistä yhteistyötä ta-

pahtuu säännönmukaisesti viidessä tarkastelluista maista. Neljässä maassa yhteistyö ei ole yleinen käytäntö. Toisissa neljässä maassa yhteistyötä voi olla, mutta se ei ole säännönmukaista. Kirjallisia hätätilanneohjeistuksia korjausrakentamistyömaita varten on käytössä neljässä maassa. Seitsemässä maassa ohjeistuksia ei ole olemassa. Yhdessä maassa ohjeistuksen käyttö riippuu remonttikohteesta.

Lievennykset On varsin tavallista, että remontoinnilla saavutettavaan rakennusten turvallisuustasoon myönnetään lievennyksiä historiallisesti merkittävien kohteiden tapauksessa. Muiden rakennustyyppien osalta (asuinkerrostalot, toimistorakennukset, ostoskeskukset, urheiluhallit, koulut ja sairaalat) viisi maata sallii joitakin lievennyksiä verrattuna uudisrakentamiseen ja kuusi maata ei.

Tilastotiedot Erityisesti korjausrakentamiseen liittyviä palotilastoja ei ole saatavilla. Tiedot rajoittuvat muutamiin tapaustutkimuksiin, joiden tarkempi analysointi olisi hyödyllistä tulipalojen syiden ja seurausten selvittämiseksi.

Maiden luokittelu Edellä esitettyjen arviointikriteerien perusteella tarkastellut maat jaettiin kahteen luokkaan. Luokkaan A kuuluvat maat, joissa korjausrakentamisen paloturvallisuuteen liittyviä hyviä toimintatapoja sovelletaan laajalti sekä määräyksissä että käytännössä. Luokka B sisältää maat, joissa nämä toimintatavat puuttuvat, eivät ole vakiintuneita, tai kyselyn kautta saatu tieto oli riittämätöntä arviointiin. On huomattava, että paloturvallisuusmääräykset ja -käytännöt voivat vaihdella alueellisesti maan sisälläkin. Tarkastellut maat jakautuvat kahteen edellä mainittuun luokkaan seuraavasti:

Tutkimuksen perusteella voidaan antaa seuraavat suositukset: syttymiin mahdollisesti johtavia olosuhteita on vältettävä, palokuorma korjaustyömaalla on minimoi­ tava, ja poistumisreittien ja pelastusteiden käytettävyys on turvattava koko korjausrakentamisprosessin ajan. 40

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


Remontoitavan rakennuksen sisällä on estettävä pääsy alueille, joihin liittyy putoamisriski tai muu vastaava vaara. Näin parannetaan palomiesten työturvallisuutta. Palokuorma rakennuksen sisällä on syytä minimoida räjähdysvaarojen ja suurpaloriskien vähentämiseksi.

• Luokka A: Iso-Britannia, Itävalta, Latvia, Suomi ja Tšekinmaa. • Luokka B: Espanja, Hollanti, Italia, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa ja Slovenia. Johtopäätöksenä korjausrakentamisen paloturvallisuuden kriteerien arvioinnista voidaan todeta, että hyviä menettelytapoja noudatetaan muutamissa Euroopan maissa. Näiden menettelytapojen tulisi kuitenkin yleistyä ja levitä laajemmalle Euroopassa. Korjausrakentamisen paloturvallisuudessa on vielä parannettavaa sekä luokan A että luokan B maissa.

TOIMENPIDESUOSITUKSET Kansalaisten turvallisuuden parantamiseksi ja kestävän kehityksen korjausrakentamisen tukemiseksi ehdotetaan seuraavia toimenpiteitä: A. Korjausrakentamisen euroopanlaajuisen paloturvallisuusohjeistuksen laatiminen kaikkien jäsenmaiden turvallisuustason nostamiseksi • Riskiperustainen lähestymistapa, johon kuuluu o suojaamattomien palava-aineisten rakennustuotteiden rajoitettu käyttö, o tulitöiden ja työmenetelmien sääntely ja valvonta, o rakennuksen asukkaiden tai muiden käyttäjien turvatoimet korjaustöiden aikana. B. Tilastotiedon kerääminen korjausrakentamisen aikana tapahtuneista tulipaloista: • syttymistaajuus, syyt ja seuraukset yhdenmukaisella tavalla, • nykytilanteen seuranta ja reagointi tuleviin tarpeisiin liittyen uusiin rakennustuotetyyppeihin ja rakentamistavan muutoksiin. C. Olemassa olevan ja uuden tiedon ja

käytäntöjen levittäminen kaikkialle Eurooppaan: • Viranomaisten, rakentajien, tuoteteollisuuden, vakuutusyhtiöiden, turvallisuusja pelastusjärjestöjen yms. tulee yhteistyössä edistää korjausrakentamisen paloturvallisuutta. D. Näiden toimenpiteiden laajentaminen kattamaan myös uusien rakennusten rakennusvaihe.

KIITOKSET Tutkimuksen rahoitti Fire Safe Europe –allianssi (http://www.firesafeeurope.org/ ). Kiitämme kaikkia korjausrakentamisen paloturvallisuuskyselyyn vastanneita asiantuntijoita eri puolilla Eurooppaa.

LÄHDELUETTELO 1. Neuvoston direktiivi, annettu 21 päivänä joulukuuta 1988, rakennusalan tuotteita koskevan jäsenvaltioiden lainsäädännön lähentämisestä (89/106/ETY). Euroopan yhteisöjen virallinen lehti, N:o L 40/12, 11.2.89, ss. 185–199. 2. Euroopan parlamentin ja neuvoston asetus (EU) N:o 305/2011, annettu 9 päivänä maaliskuuta 2011, rakennustuotteiden kaupan pitämistä koskevien ehtojen yhdenmukaistamisesta ja neuvoston direktiivin 89/106/ETY kumoamisesta (ETA:n kannalta merkityksellinen teksti). Euroopan unionin virallinen lehti, 4.4.2011, ss. L 88/5– L 88/43. 3. Neuvoston direktiivi, annettu 12 päivänä kesäkuuta 1989, toimenpiteistä työntekijöiden turvallisuuden ja terveyden parantamisen edistämiseksi työssä (89/391/ETY). Euroopan yhteisöjen virallinen lehti, N:o L 183/1, 29.6.89, ss. 146–153.

4. Neuvoston direktiivi, annettu 30 päivänä marraskuuta 1989, työpaikoille asetettavista turvallisuutta ja terveyttä koskevista vähimmäisvaatimuksista (ensimmäinen direktiivin 89/391/ETY 16 artiklan 1 kohdassa tarkoitettu erityisdirektiivi) (89/654/ETY). Euroopan yhteisöjen virallinen lehti, N:o L 393/1, 30.12.89, ss. 170–181. 5. Neuvoston direktiivi 92/57/ETY, annettu 24 päivänä kesäkuuta 1992, turvallisuutta ja terveyttä koskevien vähimmäisvaatimusten täytäntöönpanosta tilapäisillä ja liikkuvillä rakennustyömailla (kahdeksas direktiivin 89/391/ETY 16 artiklan 1 kohdassa tarkoitettu erityisdirektiivi). Euroopan yhteisöjen virallinen lehti, N:o L 245/6, 26.8.92, ss. 165–181. 6. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi 2012/27/EU, annettu 25 päivänä lokakuuta 2012, energiatehokkuudesta, direktiivien 2009/125/EY ja 2010/30/EU muuttamisesta sekä direktiivien 2004/8/EY ja 2006/32/EY kumoamisesta (ETA:n kannalta merkityksellinen teksti). Euroopan unionin virallinen lehti, 14.11.2012, ss. L 315/1– L 315/56. 7. Fire prevention on construction sites. European Guideline. Zürich, CFPA Europe, 2009. 21 s. (CFPA-E No 21:2009.) 8. Fire safety in construction. Guidance for clients, designers and those managing and carrying out construction work involving significant fire risks. Toinen painos. Health and Safety Executive, 2010. 95 s. (HSG168.) ISBN 978 0 7176 6345 3. 9. Paloturvallisuus rakennuksen korjaustyön aikana – Rikosten ja vuotovahinkojen tojrunta. Helsinki: Suomen Pelastusalan Keskusjärjestö, 2011. 62 s. (SPEK opastaa 25.) ISBN 978-951-797-389-2. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

41


Esko Mikkola, Tuula Hakkarainen ja Anna Matala, VTT, PL 1000, 02044 VTT

EPS-eristettyjen julkisivujen paloturvallisuus kerrostaloissa

Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ulkoseinässä käytettävän EPS-eristeen vaikutus rakennuksen paloturvallisuuteen ja käyttää toiminnallisen paloturvallisuussuunnittelun menetelmiä vaadittavien suojaustapojen perusteiden tuottamiseen. Julkisivujen EPS-eristejärjestelmät sisältävät määriteltyjä rappausjärjestelmiä ulkokerroksena ja palokatkoja (palamaton mineraalivilla) eristekerroksessa. Tutkimus kattaa korkeintaan kahdeksan asuinkerroksen rakennukset pääpainon ollessa käytönaikaisessa henkilöturvallisuudessa. Analyysi painottuu rakennuksen sisältä alkaviin tulipaloihin, koska niiden palorasitusten voidaan olettaa kattavan ulkopuolelta syttyneiden palojen rasitukset. Huonepalon kehittyminen mallinnetaan todennäköisyyspohjaisesti Monte Carlo -tekniikkaa käyttäen. Analyysissa hyödynnetään palotilastoja vertaamalla palon leviämisen todennäköisyyksiä simuloituihin arvoihin. Suojattaessa EPS-eriste ulkopuolelta tähän käyttöön hyväksytyllä lujitetulla ohutrappauksella ja käytettäessä eristeessä palokatkoja (ikkunoiden yläpuolella olevia tai vähintään kahden kerroksen välein olevia yhtenäisiä kaistoja) voidaan arvioida saavutettavan asuinkerrostalolle vaadittavan turvallisuustason.

TAUSTAA Energiatehokkuuden ja kestävän kehityksen vaatimukset lisäävät korjausrakentamisen tar42

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

vetta ja tuovat uusia tehokkaampia lämmöneristeitä sekä uusiin että vanhoihin rakennuksiin. Kansallisissa säännöksissä ja ohjeissa (mm. Suomessa) annetaan rajoituksia tai vaaditaan suojauksia kun käytetään palavia eristeitä julkisivuissa. Myös suorituskykyyn perustuvia vaatimuksia voidaan antaa tuotteille tai koko julkisivun järjestelmille määritellen paloturvallisuuden vaatimustasot eri sovelluksissa. EPS- (expanded polystyrene) eristeiden hyvä lämmöneristävyys ja suuri puristuskestävyys ovat laajentaneet ja monipuolistaneet niiden käyttöä. Polystyreenipohjainen EPSmateriaali alkaa korkeissa lämpötiloissa kutistua ja sulaa. Jos paloaltistus on riittävän korkea, syttyy sulanut materiaali ja vapautuu lämpöä. EPS:n alhaisen tiheyden takia vapautuva kokonaislämpömäärä tilavuusyksikköä kohti on pieni. Vapautuvaa lämpömäärää rajoittaa julkisivukäytössä EPS:n suojaaminen joka puolelta (rappaus ulkopuolella ja betonirakenne sisäpuolella). Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ulkoseinässä käytettävän EPS-eristeen vaikutus rakennuksen paloturvallisuuteen ja käyttää toiminnallisen paloturvallisuussuunnittelun menetelmiä vaadittavien suojaustapojen perusteiden tuottamiseen. Julkisivujen EPS-eristejärjestelmät sisältävät määriteltyjä rappausjärjestelmiä ulkokerroksena (External thermal insulation composite systems, ETICS) ja palokatkoja (palamaton mineraalivilla) eriste-

kerroksessa. Tämä tutkimus kattaa korkeintaan kahdeksan asuinkerroksen rakennukset pääpainon ollessa käytönaikaisessa henkilöturvallisuudessa.

MENETELMÄT Tässä tutkimuksessa käytetään kehittyneitä paloturvallisuuden riskianalyysin menetelmiä hyödyntäen myös tilastotietoja tulipalojen syttymistaajuuksista ja palon leviämisestä. Analyysi keskittyy rakennuksen sisältä alkaviin paloihin käyttäen tyypillisten asuntojen tilastoihin perustuvia pinta-ala- ja palokuormatietoja. Ulkoisten syttymien aiheuttamat tulipalot eivät aiheuta lieskahtaneita huonepaloja suurempia palorasituksia julkisivulle, joten siltä osin niiden vaikutukset voidaan katsoa sisältyvän sisältä alkaneiden palojen vaikutuksiin. Ulkopuolelta syttyneiden palojen määrä verrattuna sisäpuolisiin paloihin on myös oleellisesti pienempi (noin kymmenen prosenttia). Palon leviämisen mallintaminen sisältää huonepalon kehittymisen sellaiseksi, että se rikkoo ikkunan, leviää julkisivulle ja edelleen rikkoo yläpuolella olevia ikkunoita levitessään julkisivulla. Alkupalon kehittymisen ja leviämisen arviointiin käytetään Monte Carlo -tekniikkaa [1]. Yläpuolisiin asuntoihin palon leviämisen todennäköisyyksiä verrataan EPS-eristetyn julkisivun ja täysin palamattoman julkisivun kesken. Arvioinnissa otetaan huomioon myös palon havaitse-


lämmöntuoton maksimiarvo ja RHR60s lämmöntuoton keskiarvo 60 sekunnin syttymisen jälkeen. Taulukko 1. Kemiallisesti palosuojaamattoman EPS:n kartiokalorimetrituloksia.

minen, alkusammutus, palon tukahtuminen ja palokunnan sammutustoimet ja verrataan laskettuja todennäköisyyksiä onnettomuustilastoista saataviin arvoihin.

EPS ERISTEIDEN PALAMINEN ERI OLOSUHTEISSA Kemiallisesti palosuojaamattoman ja palosuojatun EPS:n kartiokalorimetrituloksia eri laaduille on esitetty taulukoissa 1 ja 2 (harmaa EPS on grafiittia sisältävä laatu). Tuloksia on sekä ilman suojaavaa pintakerrosta oleville että teräslevyllä tai teräslevy/kuitusementtilevyllä suojatuille koekappaleille. Taulukoissa 1 ja 2 esiintyvä suure RHRmax on koekappaleen lämmöntuoton maksimiarvo ja RHR60s lämmöntuoton keskiarvo 60 sekunnin ajalta syttymisen jälkeen. Taulukkojen 1 ja 2 tuloksia tarkasteltaessa on huomattava, että näytekappaleet sulavat ennen syttymistä ja siten säteilijän etäisyys sulaan pintaan on erilainen eri paksuuksilla. 50 mm paksu näyte palaa tehollisesti noin 1,5 minuuttia silloin kun sitä ei ole mekaanisesti suojattu. EPS:n palaessa vapautuva lämpömäärä on maksimissaan noin 42 MJ/kg. EPS:n suojaaminen julkisivurakenteissa Asuinkerrostaloissa oletuksena on sisäpuolella oleva betoniseinä, joka suojaa sisäpuolista paloa vastaan vähintään 30 minuutin ajan. Vastaavan suojauksen ollessa myös ulkopuolella EPS ei vaikututa palon leviämiseen julkisivulla. Kun EPS suojataan ulkopuolelta lujitetulla ohutrappauksella (ETICS – External Thermal Insulation Composite Systems, joka täyttää ETAG 004:n [6]vaatimukset) käytetään lisäksi kuvassa 1 esitettyjä palokatkojen ratkaisuja. Ohutrappauksella suojatun EPS:n palaminen EPS-eristettä suojaava ohutrappaus (5–8 mm) ei syty ja suojaava vaikutus tarkoittaa sitä, että tarvitaan vähintään noin 30 kW/ m2 altistustaso, jotta EPS sen takana syttyisi noin 15 minuutin aikana [4]. EPS:n syttymisen jälkeen lämpöä vapautuu maksimissaan korkeintaan 100 kW/m2 ja pidemmän ajan keskiarvona noin 50 kW/m2 eli vähemmän kuin tavallisten puutuotteiden palamisessa. EPS-ohutrappausjärjestelmällä on tehty myös täyden mittakaavan kokeita. Näistä tehdyn yhteenvedon [8] mukaan kokeiden olosuhteita ovat olleet seuraavat: koekappaleen korkeus palotilan yläpuolella on ollut 5–6 m ja palokuorma on vaihdellut välillä 300–600 MJ/m2. Hyväksymisen kriteereinä on ollut lämpösäteilyarvo palotilan yläpuolella olevan ikkunan kohdalla sekä maksimilämpötila räystästasolla (koekappaleen yläreunassa). Lisäksi palanut alue saa ulottua korkeintaan kaksi kerrosta palotilaa ylempänä olevan ikkunan alareunaan.

Palosuojaamaton EPS Ei suojaavaa pintakerrosta Altistustaso Valkoinen 2 50 kW/m Harmaa [2, 3, 4, 5] 18 15 - 20 Tiheys (kg/m3) 25 - 50 25 - 50 Paksuus (mm) Taulukko2. Kemiallisesti palosuojatun EPS:n kartiokalorimetrituloksia. 35 - 41 18 - 37 Syttymisaika (s) 2 343 -EPS 411 407 - 507 RHRmax (kW/m ) Palosuojattu

Teräslevyllä (0,6 mm) suojattu 16 25 68 477

2 218 - 306 158 - 345 - mm) RHR Ei (kW/m ) pintakerrosta suojaavaa Teräslevyllä Teräslevyllä (0,6 Taulukko2. Kemiallisesti 60s palosuojatun EPS:n kartiokalorimetrituloksia. Altistustaso + kuitusementtilevyllä Harmaa ja Valkoinen (0,6 mm) 50 kW/m2 suojattu (4,5 mm) suojattu valkoinen Palosuojattu [2, 3, 4, 5] EPS Taulukkojen 1 ja 2 tuloksia tarkasteltaessa on huomattava, että näytekappaleet sulava 3 Tiheys (kg/m ) syttymistä19 22 säteilijän 15 etäisyys - 22 16 16paksuuksilla. 50 mm pak ja -siten sulaan pintaan on erilainen eri Ei suojaavaa pintakerrosta Teräslevyllä Teräslevyllä (0,6 mm) Altistustaso Paksuus (mm) palaa tehollisesti 25 - 50 noin 1,525minuuttia - 50 25 20 silloin kun sitä ei ole mekaanisesti suojattu. EPS:n (0,6 mm) + kuitusementtilevyllä 2 Harmaa Valkoinen 50 kW/m Syttymisaika (s) vapautuva 46lämpömäärä - 56ja 24 46 83 198 on -maksimissaan noin 42 MJ/kg. suojattu (4,5 mm) suojattu valkoinen [2, 3, 4, 5] 2 RHR (kW/m ) 265 - 330 306 - 380 97 77 Tiheysmax (kg/m3) 19 - 22 15 - 22 16 16 2 (kW/m ) 172 293 173 -20 RHR60s (mm) Paksuus 25 -- 50 25 -- 320 50 25 Syttymisaika (s) 46 - 56 24 - 46 83 198 RHRmax (kW/m2) 265 - 330 306 - 380 97 77 EPS:n suojaaminen julkisivurakenteissa 2 RHR60s (kW/m ) 172 - 293 173 - 320 Asuinkerrostaloissa oletuksena on sisäpuolella oleva betoniseinä, joka suojaa sisäpuolista paloa vastaan vähintään 30 minuutin ajan. Vastaavan suojauksen ollessa myös ulkopuolella EPS eisuojaaminen vaikututa palon leviämiseen julkisivulla. Kun EPS suojataan ulkopuolelta lujitetulla EPS:n julkisivurakenteissa ohutrappauksella (ETICS - External Thermal Insulation Composite Systems, joka täyttää ETAG 004:n [6]vaatimukset) käytetään lisäksi kuvassa esitettyjä palokatkojen ratkaisuja. Asuinkerrostaloissa oletuksena on sisäpuolella oleva 1betoniseinä, joka suojaa sisäpuolista paloa vastaan vähintään 30 minuutin ajan. Vastaavan suojauksen ollessa myös ulkopuolella EPS ei vaikututa palon leviämiseen julkisivulla. Kun EPS suojataan ulkopuolelta lujitetulla ohutrappauksella (ETICS - External Thermal Insulation Composite Systems, joka täyttää ETAG 004:n [6]vaatimukset) käytetään lisäksi kuvassa 1 esitettyjä palokatkojen ratkaisuja.

Palokatkot: 200 mm korkea mineraalivilla (A2-s1, d0) kunkin ikkunan yläreunassa tai yhtenäinen 300 mm korkea mineraalivilla (A2-s1, d0) joka toisessa kerroksessa

Palokatkot: 200 mm korkea mineraalivilla (A2-s1, Kuva 1. Palokatkojen sijoittamisen vaihtoehtoja [7]. d0) kunkin ikkunan yläreunassa tai yhtenäinen 300 mm korkea mineraalivilla (A2-s1, d0) joka toisessa kerroksessa suojatun EPS:n palaminen Ohutrappauksella Kuva 1. Palokatkojen sijoittamisen vaihtoehtoja [7].

Palon leviäminen julkisivulle, aiheutuva Ohutrappauksella suojatun EPS:n palaminenri (leveys 2,3 m, korkeus 1,2 m). Kaksi kerpalorasitus ja seurausvaikutuksia rosta palotilan yläpuolella olevat lämpösäteiLieskahtaneen huonepalon aiheuttamia läm- lyn intensiteetit ovat tyyppisesti olleet noin pösäteilyn arvoja julkisivulla on mitattu val- kolmanneksen yhden kerroksen palotilan ylälitsevien olosuhteiden määrittämiseksi ja puolella olevista arvoista. koemenetelmien kehittämiseksi. Tyypillisiä Palotilan yläpuolella olevan ikkunan kerrostalojen huonepaloja kuvaavat mitta- rikkou­tumiseen on aiemmin käytetty seuustulokset osoittavat, että yhden kerroksen raavia oletuksia [11]: Lämpösäteilyn tasolla palotilan yläpuolella olevan ikkunan tasol- 35 kW/m 2 rikkoutumiseen kuluu 3 minuutla suurimmat lämpösäteilyn arvot voivat olla tia ja alle 10 kW/m2 lämpösäteilytasolla ikkulyhytaikaisesti maksimissaan 70 kW/m2 [9] na ei enää rikkoudu. Siten palotilan yläpuoli– 75 kW/m2 [10]. VTT:n mittauksissa palo- sen ikkunan yläpuolella oleva ohutrappaukkuorma on ollut 920 MJ/m2 lattiapinta-alaa sella suojattu EPS ei syty palamaan silloin, kohti ja palotilan ikkuna-aukko on ollut suu- kun tämä ikkuna ei rikkoudu. VälittömäsPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

43


ti palotilan yläpuolella olevassa seinässä EPS voi syttyä, jos altistustaso on 30 kW/m2 noin 15 min ajan tai 40 kW/m2 noin 4 min ajan. Julkisivujen koetuloksista voidaan myös päätellä, että kolme kerrosta palotilan yläpuolella eivät ikkunat enää rikkoudu, koska lämpösäteily sillä tasolla on maksimissaankin varsin alhainen (< 10 kW/m2) silloin kun julkisivun materiaalit ovat palamattomia.

KERROSTALOASUNTOJEN PALOTILASTOJA Suomea koskevat palotilastot ovat peräisin Pelastusopiston ylläpitämästä pelastustoimen resurssi- ja onnettomuustilastojärjestelmästä PRONTO. Tässä tutkimuksessa käytettiin tilastoja vuosilta 2004–2012. Ruotsin palotilastoja vuosilta 2004–2011 kerättiin IDA EPS eristettä suojaava (5-8 mm) ei syty ja suojaava vaikutus tarkoittaa sitä, että tilastotietokannasta, jotaohutrappaus ylläpitää Myndighetarvitaan vähintään noin 30 kW/m2 altistustaso, jotta EPS sen takana syttyisi noin 15 minuutin ten för samhällsskydd och beredskap. 2. Palon kehittymisen ja julkisivulla aikana [4]. EPS:n syttymisen jälkeen lämpöäKuva vapautuu maksimissaan korkeintaan 100 kW/m2leviämisen havainnollistaminen tapahtumapuulla. on keskiarvona esitetty Suomessa jaTaulukossa pidemmän 3ajan noin 50tapahkW/m2 eli vähemmän kuin tavallisten puutuotteiden tuneiden asuinkerrostalopalojen jakaantumi-Todennäköisyyspohjainen palon simulointi palamisessa. nen eri paloluokan rakennuksiin sekä ulkoEPS-ohutrappausjärjestelmällä on EPS-eristehty myös täyden mittakaavan kokeita. Näistä tehdyn puolisiin ja sisäpuolisiin syttymiin. Julkisivulle leviäviä huoneistopaloja tutkittiin Monte Carlo -simulaatioiden avulla käyttäen yhteenvedon [8] mukaan kokeiden olosuhteita ovat olleetnäille seuraavat: koekappaleen korkeus teiden käytön kannalta kerrostalorakentamiylärajaksi tapahtumille 2 % Simulator [11]. Näi1. Huoneen pinta-ala, väpalosimuloinnissa Fire Dynamics [12]tasajakautunut versiota 6. Mallissa oli palotilan yläpuolella on ollut 5 – 6 m ja palokuorma on vaihdellut välillä 300 – 600 MJ/m2. (FDS) -ohjelmiston 2 sessa päämielenkiinto tilastojen suhteen kohtä suhteellisia osuuksia voidaan verrata edellä lillä 7–30 m seitsemän satunnaismuuttujaa: Hyväksymisen kriteereinä on ollut lämpösäteilyarvo palotilan yläpuolella olevan ikkunan distuu P1-luokan rakennuksiin, jotka tyypil- 1. mainittuihin siitä mikä osuus sivun pituuden osuus, taskohdalla sekä maksimilämpötila räystästasolla (koekappaleen yläreunassa). Lisäksi palanut Huoneentilastotietoihin pinta-ala, tasajakautunut välillä 2. 7 -Ikkunallisen 30 m2 lisesti ovat betonirunkoisia. Ulkopuolisten paloista oli levinnyt palo-osaston ulkopuolelajakautunutvälillä välillä 0,25–0,75 alue saa ulottua korkeintaan kaksi kerrosta palotilaa ylempänä olevansivun ikkunan alareunaan. 2. Ikkunallisen pituuden osuus, tasajakautunut 0,25 – 0,75 syttymien osuus tässä paloluokassa oli 9 %. 3. le taiIkkunan useaan huoneeseen (1–4 %). Kaikkivälillä pa- 1,2 3. –Ikkunan korkeus, tasajakautunut 1,4 m korkeus, tasajakautunut välilPalonRuotsissa leviäminen julkisivulle, aiheutuva palorasitus ja tietenkään seurausvaikutuksia Myös noin 9 % rakennuspaloista lot eivät leviätasajakautunut ikkunan kautta,välillä jo- lä11,2–1,4 4. Ikkunan leveys, - 3 m,m kuitenkin niin ettei seinä voi olla on ulkopuolella syttyneitä. ten 1–2 % osuutta ikkunan kautta leviämi4. Ikkunan leveys, tasajakautunut välillä ikkunaa lyhyempi Lieskahtaneen huonepalon aiheuttamia lämpösäteilyn arvoja julkisivulla on mitattu 2 voi olla iksellePalokuorma, voidaan pitääkehittämiseksi. ylärajana. 1–3 m,200, kuitenkin niin ettei seinä 5. kolmiojakautunut parametreilla 600, 1000 MJ/m vallitsevien olosuhteiden määrittämiseksi ja koemenetelmien Tyypillisiä Palon leviäminen sisältä julkisivulle kunaa lyhyempi(keskiarvo 3 min ja 80 % fraktiili kerrostalojen huonepaloja kuvaavat mittaustulokset että yhden kerroksen 6. osoittavat, Ikkunan rikkoutumisen viivepalotilan log-normaalijakautunut PALON LEVIÄMISEN SIMULOINTI JA TILASTOTilastojen palon leviämisen tilanne lämpösäteilyn 5. Palokuorma, kolmiojakautunut parayläpuolellamukaan olevan ikkunan tasolla suurimmat arvot voivat olla lyhytaikaisesti 5 min) 2 TIETOJEN HYÖDYNTÄMINEN [9] – 75 kW/m2kun [10]. VTT:n mittauksissa palokuorma on ollut 920 maksimissaan 70 kW/m palokunnan saapuessa on ollut seuraava metreilla 200, 600, 1000 MJ/m2välillä 5 - 45 min. 7. Palotehon huipun ajanhetki simuloinnin alkamisesta, tasajakautunut 2 lattiapinta-alaa kohti ja palotilan ikkuna-aukko on ollut suuri (leveys 2,3 m, korkeus MJ/m tarkastellaan palon leviämistä palo-osaston Kuvassa 2 on yksinkertaistetun tapahtuma6. Ikkunan rikkoutumisen viive log-nor1,2 m). Kaksi kerrosta palotilan yläpuolella olevat lämpösäteilyn intensiteetit ovat tyyppisesti ulkopuolelle tai useaan huoneeseen: puun avulla havainnollistettu palon kehitmaalijakautunut (keskiarvo 3 minkohdalla ja 80 % ylittää Palotilan ikkunan oletetaan menevän rikki, kun maksimilämpötila ikkunan olleet noin kolmanneksen yhden kerroksen palotilan yläpuolella olevista arvoista. 2–4 % paloista levinnyt palo-osasjulkisivulle leviämisen palotilan fraktiiliSimuloinneissa 5 min) • Suomiyläpuolella 500 tymisen, °C ja 6 määrittämä on kulunut. hilakopin koko oli 20 cm, Palotilan olevan ikkunan rikkoutumiseen onmuuttujan aiemmin käytetty seuraaviajaviive oletuksia 2 ton ulkopuolelle olevien asuntojen ikkunoiden rik7. Palotehon huipun ajanhetki simuloinkuluu 3 minuuttia ja alle 10 kW/m [11]: Lämpösäteilyn tasolla 35 kW/m2 rikkoutumiseen mikäyläpuolella rajoittaa hieman ikkunan mahdollisia dimensioita. Huoneessa oli oletettu oven olevan lämpösäteilytasolla ikkuna ei enää rikkoudu. Siten palotilan yläpuolisen ikkunan yläpuolella koutumisen ja jotta riippuvuussuhteita. nin alkamisesta, • Ruotsi 1–3 % paloista levinnyt useaanhieman raollaanvaiheita (20 cm), huoneesta ei loppuisi happi liiantasajakautunut nopeasti. välillä 5–45 oleva ohutrappauksella suojattu EPS ei syty palamaan silloin tapahtumapuun kun tämä ikkuna haarautumiin ei rikkoudu. huoneeseen. Arvoja tämän min. Välittömästi palotilan yläpuolella olevassa seinässä EPS voi syttyä, jos altistustaso on 30 saadaan osittain tilastoista ja osittain niitä on Palon leviäminen ikkunoiden kautta 2 2 kW/m noin 15 min ajan tai 40 kW/m noin 4 min ajan. Niiden palojen osuutta, jotka rikkovat tuotettu simuloimalla huonepaloa ja sen lePalotilan ikkunan oletetaan menevän rikhuoneiston arvioitiin suomalaiski, kun maksimilämpötila ikkunan kohdal- ja osa Osaviämistä. paloista saadaan tai rajoittumaan alkusammutuksen tuloksena Julkisivujen ikkunan koetuloksista voidaan myös päätellä, että kolme kerrosta sammumaan palotilan yläpuolella ten tilastotietojen la ylittää 500 on °C noin ja muuttujan 6 määrittä-paloista. sammuu itsestään. Tilastojen mukaanvarsin näiden yhteismäärä 30 % syttyneistä eivät ikkunat enääpohjalta. rikkoudu,P1-paloluokan koska lämpösäteily sillä tasolla on maksimissaankin kun petti julkisivun materiaalit ovat alhainen (< 10osastoiva kW/m2) silloin kerrostaloissa rakenne noinPalokunta mä viive ontai kulunut. Simuloinneissa hilako-kuin se ehtiipalamattomia. useimmissa tapauksissa sammuttamaan rajoittamaan paloa ennen Todennäköisyyspohjainen 10 %:ssa­tapauksista ja näistä 7 %:ssa oli il-kerkiää pin koko oli 20 cm, mikä rajoittaa hieman levitä ikkunan kautta julkisivulle. Simuloinnin avulla voidaan arvioida palon simulointi KERROSTALOASUNTOJEN PALOTILASTOJA moitettu tämän johtuneen ikkunan rikkou-todennäköisyyksiä sille, että julkisivulle levinnyt ikkunan dimensioita. Huonees-olevien palomahdollisia pystyy rikkomaan yläpuolella tumisesta ei ole yleensä osas-asuntojen Julkisivulle leviäviä huoneistopaloja tutkittiin sa oli oletettukokonaistodennäköisyyksiä oven olevan hieman raollaan palon ikkunoita. Vertaamalla tapahtumapuun Suomea (huom. koskevatIkkuna palotilastot ovat peräisin Pelastusopiston ylläpitämästä pelastustoimen toiva, jotenja näissä luvuissa on tulkinnan- PRONTO. Monte CarloTässä -simulaatioiden avullakäytettiin käyttäen (20 cm), jotta huoneesta ei loppuisi happi resurssionnettomuustilastojärjestelmästä tutkimuksessa varaa). siis noin 0,7 palotilastoja % palosimuloinnissa Fire- Dynamics Simulator liian nopeasti. tilastojaYhteensä vuosilta voisi 2004 olla - 2012. Ruotsin vuosilta 2004 2011 kerättiin IDA tilastotietokannasta, jotaonylläpitää Myndigheten samhällsskydd och[12] beredskap. tapauk­ sia, joissa palo levinnyt ikkunan för (FDS) -ohjelmiston versiota 6. Mallissa kautta. Aiemmassa tutkimuksessa on arvioitu oli seitsemän satunnaismuuttujaa: Palon leviäminen ikkunoiden kautta Taulukko 3. Ulko- ja sisäpuoliset syttymät asuinkerrostaloissa Suomessa vuosina 2004–2012. Paloluokka P1 P2 P3 Yhteensä

44

Ulkopuolinen syttymä Lukumäärä Osuus 319 9% 29 10 % 51 10 % 399 9%

Sisäpuolinen Tuntematon Yhteensä syttymä Lukumäärä Osuus Lukumäärä Osuus 3414 91 % 12 0% 3745 264 89 % 2 1% 295 479 90 % 5 1% 535 4157 91 % 19 0% 4575

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Osa paloista saadaan sammumaan tai rajoittumaan alkusammutuksen tuloksena ja osa sammuu itsestään. Tilastojen mukaan näiden yhteismäärä on noin 30 % syttyneistä paloista. Palokunta ehtii useimmissa tapauksissa sammuttamaan tai rajoittamaan paloa ennen kuin se kerkiää levitä ikkunan kautta julkisivulle. Simuloinnin avulla voidaan arvioida todennäköisyyksiä sille, että julkisivulle levinnyt palo pystyy rikkomaan yläpuolel-


la olevien asuntojen ikkunoita. Vertaamalla tapahtumapuun kokonaistodennäköisyyksiä palon leviämiselle tilastoista saatuun arvioon voidaan tarkistaa tehtyjen oletusten ja arvioiden kelpoisuus tapaukselle, jossa julkisivun materiaalit ovat palamattomia tai lähes palamattomia. Tilastojen ja simulointitulosten mukaan korkeintaan 1–2 % syttyneistä rakennuspaloista voi asuinkerrostalossa johtaa palon leviämiseen julkisivulle ja edelleen yläpuolisiin asuntoihin kun ulkoseinä on tehty vähintään B-s1, d0-luokan rakennustarvikkeista. Oletuksella, että EPS:n syttymisen mahdollistavien kriteerien täyttyminen tarkoittaisi aina palotilan yläpuolella olevan ikkunan rikkoutumista, voidaan arvioida ohutrappauksella suojatun EPS:n nostavan palon leviämisen todennäköisyyden korkeintaan 1,5-kertaiseksi. Tämä on konservatiivinen arvio ja sitä voidaan pienentää esimerkiksi rajoittamalla ikkunoiden suurinta kokoa.

HYVÄKSYMISKRITEERIT HENKILÖTURVALLISUUDEN KANNALTA Asuinkerrostalojen tulipalojen aiheuttamia henkilöriskejä voidaan arvioida tulipalon syttymisen todennäköisyyksien ja edellä arvioitujen palon leviämien todennäköisyyksien pohjalta. Suomalaisten asuinkerrostalojen syttymistaajuustiheys on onnettomuustilastojen mukaan korkeintaan 7,5.10-6 1/m2a [13]. Käyttäen hieman keskiarvoista suurempaa huoneiston pinta-alaa 70 m2, saadaan keskimääräiseksi huoneistokohtaiseksi palon syttymisen todennäköisyydeksi 5 .10-4 vuotta kohti. Edellä arvioitiin, että korkeintaan 2 % syttyneistä paloista voi levitä yläpuolisiin asuntoihin kun ulkoseinä on tehty vähintään B-s1, d0-luokan rakennustarvikkeista. Siten yhden ikkunan kautta leviävän palon todennäköisyydeksi saadaan korkeintaan 1.10-5 vuotta kohti. Jos vielä oletetaan, että samassa alkupalon huoneistossa on korkeintaan 4 riittävän isoa ikkunaa, saadaan palon leviämisen ylärajaksi syttynyttä paloa ja vuotta kohti < 4.10-5. Ohutrappauksella suojatun EPS-eristeen tapauksessa vastaavaksi yläraja-arvioksi saadaan < 6 .10-5. Palokuolemien määrä asuinkerrostalopaloa kohti on suomalaisten ja ruotsalaisten tilastojen mukaan 1–2.10-2. Yhdistämällä tämä edellä esitettyihin ikkunan kautta leviävän palon todennäköisyyksiin päädytään kummassakin tapauksessa palokuolemien ylärajana todennäköisyyteen noin 10 -6 rakennuspaloa kohti. Kun tätä verrataan kuvan 3 F-Nkäyriin, voidaan todeta henkilöturvallisuuden

Kuva 3. Palotilastoihin tulipalojen henkilöriskien hyväksymisrajoja 15, 16]. tavoitteiden toteutuvan.perustuvia Kuva havainnollisTampereen teknillinen yliopisto.[14, Rakenne-

taa myös moniuhristen tulipalojen hyväksyttävyystasojen merkittävää eroa yksiuhrisiin. KIITOKSET

tekniikan laitos. Tutkimusraportti 134. ISBN 952-15-1615-1, ISSN 1796-3206. 9. Hermodsson, T., Månsson, L. Facades: KIITOKSET rahoittajia ovat EPS-rakennuseristeteollisuus, Fire testing of materials constructions, Tutkimuksen Plast- & and Kemiföretagen/EPSTutkimuksen rahoittajia ovat EPS-rakennusa first proposal(EUMEPS). for a test method. Nordtest Bygg sekä European Manufacturers of Expanded Polystyrene eristeteollisuus, Plast- & Kemiföretagen/EPS- project 969-91. SP Technical Notes. LÄHDELUETTELO Bygg sekä European Manufacturers of Ex10. MASSIVTRÄ project. Research report panded Polystyrene (EUMEPS). 27.2.2001. VTT. 1. Hostikka, S., Keski-Rahkonen, O. & Korhonen, T. 2003. Probabilistic Fire Simulator. 11. Korhonen, T. & Hietaniemi, J. PuuTheory and User’s Manual for Version 1.2. Espoo: VTT Publications 503. 72 p. + app. 1 LÄHDELUETTELO julkisivujen paloturvallisuus lähiökerrosta p. ISBN 951-38-6235-6. http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/2003/P503.pdf. 1. Hostikka, S., Keski-Rahkonen, O. & Kor- loissa. Espoo 2004. VTT Tiedotteita 2253. 2. Mikkola, E. & Kallonen, R. Combustion of chemical substances and the impact on the honen, T. 2003. Probabilistic Fire Simulator. 58 s. + liitt. 36 s. environment of the fire products. Cone calorimeter experiments. VTT Building Theory and User’s Manual for Version 1.2. 12. McGrattan, K., McDermott, R, HosTechnology, Fire Technology. Espoo, 1994. Espoo: VTT Publications 503. 72 p. + app. tikka, S. and Floyd, Fire Dynamics Simu-out - AJ.review of tests carried 3. Scudamore, M. J., Briggs, P. Prager, F. H. Cone calorimetry 1 p.on ISBN 951-38-6235-6. http://www.vtt.fi/ lator (Version User's Fire Guide. In-Vol. plastics for the association of plastic manufacturers in 5) Europe. andNational Materials. inf/pdf/publications/2003/P503.pdf. stitute of Standards and Technology, Gait15, pp. 65–84, 1991. Mikkola, E. &and Kallonen, Combushersburg, the MDFire (2010) NIST Special Publi4. 2.Collier, P.C.R. Baker, R. G.B. (2004). Improving Performance of Polystyrene Panel in New Zealand. FCR 9. ISSN: 0113-3675. tionInsulated of chemical substances and the BRANZ impact Report cationNo. 1019-5. 5. Collier, P.C.R. (2005). Flame Barriers for Foamed Plastics. BRANZ Study T. Report SR 144, on the environment of the fire products. Co13. Tillander, K., Oksanen, & Kokki, BRANZ Ltd. ne calorimeter experiments. VTT Building E., 2009. Paloriskin arvioinnin tilastopoh6. ETAG 004. forEspoo, European of External thermal insulation Technology, FireGuideline Technology. 1994.Technical jaiset Approval tiedot. VTT Tiedotteita. Espoo, 106 composite systems with rendering. Brussels 2008. 143 s. 3. Scudamore, M. J., Briggs, P. Prager, s. + liitteet 5 s. 7. EPS-eristeen käyttö ohutrapatussa julkisivussa. EPS-rakennuseristeteollisuus, syyskuu F. H. Cone calorimetry – A review of tests 14. Korhonen, Timo; Hostikka, Simo; 2010. 6 s. + liitteet 6 s. carried out on plastics for the association of Keski-Rahkonen, Olavi. A proposal for the plastic manufacturers in Europe. Fire and goals and new techniques of modeling peMaterials. Vol. 15, pp. 65–84, 1991. destrian evacuation in fires. Proceedings of 4. Collier, P.C.R. and Baker, G.B. (2004). the 8th International Symposium on Fire Improving the Fire Performance of Polystyre- Safety Science. Beijing, China, 18–23 Sept. ne Insulated Panel in New Zealand. BRANZ 2005. Gottuk, D. & Lattimer, B. (eds.). InReport No. FCR 9. ISSN: 0113-3675. ternational Association of Fire Safety Scien5. Collier, P.C.R. (2005). Flame Barriers ce (2005), 557–569. for Foamed Plastics. BRANZ Study Report 15. RIL 221-2003. PaloturvallisuussuunSR 144, BRANZ Ltd. nittelu – Oletettuun palonkehitykseen perus6. ETAG 004. Guideline for European tuva suunnittelu ja ratkaisuesimerkit. HelTechnical Approval of External thermal in- sinki: Suomen Rakennusinsinöörien liitto sulation composite systems with rendering. RIL. 138 s. (RIL 221-2003.) ISBN 951Brussels 2008. 143 s. 758-433-3. 7. EPS-eristeen käyttö ohutrapatussa jul16. Mikkola, E., Sikanen, T. & Karhula, kisivussa. EPS-rakennuseristeteollisuus, syys- T. Puukerrostalojen paloturvallisuus – Vaatikuu 2010. 6 s. + liitteet 6 s. musten perusteluja, ehtoja ja soveltamisoh8. Aho, H., Inha, T. & Pentti, M. Palotur- jeita. Espoo 2011. Tutkimusraportti VTTvallinen rakentaminen EPS-eristeillä. 2006. R-10312-10. 31 s. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

45


Ari Venäläinen, Ilari Lehtonen, Hanna Mäkelä, Andrea Vajda, Päivi Junila ja Hilppa Gregow, Ilmatieteen laitos Erik Palménin aukio 1, PL 503, 00101 Helsinki

Sään ja ilmaston vaihteluiden vaikutus metsäpaloihin Suomessa ja Euroopassa Tiivistelmä Metsäpalot Suomessa keskittyvät toukokuun ja syyskuun väliselle ajanjaksolle. Keskimäärin metsäpaloja on vajaat 1000 kesäkaudessa. Vaikka palo-alat ovat keskimäärin hyvin pieniä, voivat myös Suomessa olosuhteet pitkään jatkuneen kuivuuden seurauksena mahdollistaa metsäpalojen leviämisen laajalle alueelle. Kuivina kesinä tällaisia paloja on esiintynyt Suomen lähialueella Venäjällä. Metsäpalovaaraa arvioidaan tähän tarkoitukseen kehitetyn metsäpaloindeksin avulla. Indeksin laskenta pohjautuu koko maan kattaviin säähavainto-asemilla tehtyihin säähavaintoihin sekä säätutkamittauksiin. Indeksin kehittymistä lähivuorokausina ennustetaan meteorologin tarkastamien ja muokkaamien numeeristen ennustemallien avulla. Ilmastonmuutoksen seurauksena arvioidaan lämpötilan kohoavan ja sademäärien kasvavan Suomessa. Mallilaskelmien mukaan ilmastonmuutos tulee myös lisäämään metsäpalovaaraa Suomessa jonkin verran. Ennakoitu muutos on täällä kuitenkin selvästi pienempi kuin esimerkiksi Välimeren alueella tai Kaakkois-Euroopassa.

TAUSTAA Suomessa metsä- ja maastopalokausi on varsin lyhyt. Keväällä kausi alkaa lumien sulettua ja päättyy syksyllä syys–lokakuussa, jolloin sateen ja kasteen kostuttama maasto ei lähes loppuneen haihdunnan seurauksena enää pysty kuivumaan [1], [2]. Metsäpalojen esiintyminen seuraa säämme vuodesta toiseen tapahtuvaa vaihtelua. Sateisina kesi46

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

nä ei metsäpaloja juurikaan esiinny ja kuivat ja lämpimät kesät ovat otollisia palojen syttymiselle [3]. Kuivien kesien laajat metsäpalot Venäjän puolella tuntuvat ajoittain myös Suomessa ilman laadun huonontumisena; ilmassa on savun haju ja näkyvyys huononee. Ilmastonmuutoksen seurauksena sääolot tulevat pikkuhiljaa muuttumaan [4] ja tämä puolestaan vaikuttaa myös metsäpalojen esiintymiseen. Ilmastonmuutoksen arvioidaan lisäävän sademääriä ja toisaalta lämpötilojen arvioidaan kohoavan [4]. Koska kesäsateet ovat tyypillisesti kuurosateita voivat sademäärien lisääntymisestä huolimatta kuivat jaksot pidentyä, jolloin metsäpalojen esiintymismahdollisuus kasvaa nykyiseen verrattuna. Lämpeneminen myös lisää haihduntaa ja lisää siten metsäpalovaraa. Ilmastonmuutoksella voi myös olla vaikutusta metsien kasvillisuuteen ja edelleen metsien syttymisherkkyyteen. Toki ihmisen aktiivinen metsänhoito vaikuttaa oleellisesti siihen mitä puulajeja tulevaisuudessa metsissämme kasvaa [5]. Metsien paloriskiä arvioidaan metsäpalovaaraa kuvaavien indeksilukujen avulla. Nämä indeksit yhdistävät lämpötilan, sateen,

tuulen sekä ilman kosteuden vaikutuksen syttymisherkkyyteen. Indeksejä käytetään sekä päivittäisessä metsäpalovaroitusten laadinnassa että arvioitaessa ilmastonvaihteluiden ja -muutoksen vaikutusta paloriskiin. Metsäpalovaroitusten pohjana oleva indeksi lasketaan tarkoista säähavainnoista, joita saadaan noin 200 havaintoasemalta sekä säätutkilta. Lisäksi lasketaan ennuste lähivuorokaudelle pohjautuen sääennustemalleista saataviin lähtötietoihin [6]. Ilmaston pitkäaikaista vaihtelua tutkittaessa indeksilukuja voidaan laskea pitkien ilmastohavaintoaikasarjojen avulla. Suomen alueelle ilmaston pitkäaikaisen vaihtelun vaikutusta metsäpaloihin on selvitetty menneen noin 100 vuoden ajalle [3]. Euroopan alueelle vastaavia analyysejä on tehty ainakin noin 50 vuoden ajalle. Kun arvioidaan metsäpalovaaraa tulevina vuosikymmeninä, käytetään laskennan lähtötietoina ilmastomalleista saatavia säätietoja. Koska mallien antamat arvio tulevaisuuden oloista poikkeavat jonkin verran toisistaan, tehdään laskennat tyypillisesti useisiin eri ilmastomallisimulaatioihin pohjautuen. Tällä tavoin voidaan arvioida laskel-

Vuosittainen metsäpalojen lukumäärä sekä palaneen alueen laajuus on pienentynyt 1800-luvulta nykypäivään.


miin liittyvää epävarmuutta. Vuosittainen metsäpalojen lukumäärä sekä palaneen alueen laajuus on pienentynyt 1800-luvulta nykypäivään. Tämä ei kuitenkaan johdu ilmastonmuutoksesta vaan yhteiskuntamme rakenteen muuttumisesta. Tämän seurauksena esimerkiksi väestö on muuttanut kaupunkeihin, metsien arvo on kasvanut, kaskiviljelystä on luovuttu ja varoitus- ja sammutusjärjestelmät ovat kehittyneet [7]. Pyrittäessä mallintamaan metsäpalojen esiintymistä ja niiden tuhoisuutta täytyy ilmaston ja sään ohella siis huomioida useita muitakin vaikuttavia tekijöitä. Ilmatieteen laitos on osallistunut useisiin hankkeisiin, joissa on selvitetty sään ja ilmaston vaikutusta metsäpaloihin. Tähän artikkeliin on koottu tuloksia uusimmista aihetta käsittelevistä tutkimushankkeista.

Säähavainnot havaintoasemilla: - Ilman lämpötila - Ilman kosteus - Tuulen nopeus interpolointi

Haihdunta 10 km hilaruudukossa

Säätutkat: - sade

Humuskerroksen kosteus = metsäpaloindeksi

METSÄPALOVAARAN ARVIOINTI SÄÄTIETOJEN AVULLA

Viranomaiset, Radio, TV...

Kuva 1. Metsäpalovaaraa kuvaavan metsäpaloindeksin laskentakaavio. Suuren paloriskin päivien lukumäärä

Suomessa metsäpalovaaraa arvioidaan säätietojen pohjalta lasketun metsäpaloindeksin avulla. Menetelmä kehitettiin 1995 Evolla tehtyjen maanpinnan kosteusmittausten sekä säähavaintojen avulla. Käytössä olevassa järjestelmässä arvioidaan 6 cm:n paksuisen humuskerroksen kosteutta. Lähtötietoina laskennassa käytetään säähavaintoasemilla tehtyjä säähavaintoja, numeerisista ilmakehämalleista saatuja säteilytaseen arvoja sekä säätutkien avulla arvioitua sademäärää. Laskenta tehdään 10 km × 10 km ruudukossa, johon säähavainnot aluksi interpoloidaan. Indeksin arvon arvioitu muutos tulevien kahden vuorokauden aikana lasketaan meteorologin tarkastamien ja muokkaamien numeeristen sääennustemalliajojen pohjalta. Indeksin arvot tiedotetaan metsäpalojen kannalta oleellisille tahoille kahdesti vuorokaudessa viranomaisille tarkoitetun internet-palvelun välityksellä. Tiedotteessa on karttakuvia sekä taulukoita, joissa indeksin arvot on esitetty 10 km × 10 km ruutuarvoina, maakuntaarvoina sekä myös kuntakohtaisina arvoina. Näitä arvoja käytetään esimerkiksi metsäpalovalvontalentojen suunnitteluun. Myös sääennusteiden yhteydessä annettava metsäpalovaroitus pohjautuu tähän indeksilukuun. Järjestelmän yksinkertaistettu toimintakaavio on esitetty kuvassa 1. Suomen ilmasto vaihtelee vuodesta toiseen. Myös niiden päivien lukumäärä, jolloin metsien syttymisvaara on suuri vaihtelee kesästä toiseen. Keskimäärin Etelä-Suomessa on kesässä yli 30 vuorokautta, jolloin metsäpaloindeksi ylittää varoitusta edellyttävän raja-arvon. Sateisina kesinä tällaisia päiviä voi olla alle 10 ja kuivina kesinä yli kaksi kuukautta. Pohjois-Suomessa metsäpalovaroitus on voimassa keskimäärin alle 20 vuorokautena kesässä.

Ilmakehämalli: - Maanpinnan säteilytase

50

Suomen ilmasto vaihtelee vuodesta s uuri pa lov a a ra , ka rkea toiseen. a rv io Myös niiden päivien lukumäärä, jolloin metsien syttymisvaara on suuri vaihtelee kesästä 40 s uuri pa lov a a ra , ta rk k a a rv iotoiseen. Keskimäärin Etelä-Suomessa on kesässä yli 30 vuorokautta, jolloin metsäpaloindeksi ylittää varoitusta edellyttävän raja-arvon. Sateisina kesinä 3 0 tällaisia päiviä voi olla alle 10 ja kuivina kesinä yli kaksi kuukautta. Pohjois-Suomessa metsäpalovaroitus on voimassa keskimäärin alle 20 vuorokautena kesässä. 20

METSÄPALOVAARAN HAVAITTU AJALLINEN VAIHTELU 10

Tarkasteltaessa sään ja ilmaston vaihteluista johtuvaa metsäpalovaaran vuodesta toiseen 0 tapahtuvaa vaihtelua runsaan 100 vuoden aikana, joudutaan tarkastelu tekemään vähäisemmin 190 0 191 0 192 0 193 0 194 0 195 0 196 0 197 0 198 0 199 0 200 0 2010 säätiedoin kuin nykyinen metsäpaloindeksin laskenta. Suomen alueelta on saatavilla sade- ja Vuosi lämpötilahavaintoja runsaan 100 vuoden ajalta varsin kattavasti ja näiden tietojen avulla on mahdollista arvioida myös metsäpaloindeksin vaihteluita tämän pitkän ajanjakson aikana [3]. Kuva 2. Metsäpalovaaraa kuvaavan metsäpaloindeksin vuodesta toiseen tapahtuva vaihtelu Tehdyn tutkimuksen mukaan jaksolla 1908–2011 niiden päivien lukumäärä, jolloin METSÄPALOVAARAN HAVAITTU Pohjois-Karjalassa pohjautuen yksityiskohtaisiin säätietoihin (tarkka arvio) sekä ainoastaan Noilla alueilla ilmasto on kesäi-ei metsäpalovaara oli korkea, vaihteli suuresti kymmeninä. vuodesta toiseen. Havaintoaikasarjasta AJALLINEN sademäärään ja lämpötilaan (karkeaettä arvio). Kuva on muokattu julkaisun [3] sin hyvin kuiva näyttää muuttuvan kuitenkaan VAIHTELU löydy viitteitä siitä, metsäpalovaara olisija tilanne kasvanut tai pohjalta. vähentynyt järjestelmällisesti tarkastellun jakson aikana [3]. Tarkasteltaessa sään ja ilmaston vaihteluista edelleen vaikeammaksi ilmaston muuttuessa.

johtuvaa metsäpalovaaran vuodesta toiseen Suomen alueella metsäpalovaara ei siis näyttäisi toistaiseksi kohonneen. Sen sijaan Välimeren VAIKUTUS tapahtuvaa vaihtelua runsaan 100 vuoden 3 ILMASTONMUUTOKSEN alueella sekä Kaakkois-Euroopassa metsäpalovaara on kasvanut viime vuosikymmeninä. aikana, joudutaan tarkastelu tekemään vä- METSÄPALOVAARAAN Noilla alueilla ilmasto on kesäisin hyvin kuiva ja tilanne näyttää muuttuvan edelleen häisemmin säätiedoin nykyinen met- Arviot ilmastonmuutoksen suuruudesta pohvaikeammaksi ilmastonkuin muuttuessa. säpaloindeksin laskenta. Suomen alueelta on jautuvat ilmastomallien avulla tehtyihin sisaatavilla sade- ja lämpötilahavaintoja run- METSÄPALOVAARAAN mulaatioihin. Malleissa maapallon ilmasILMASTONMUUTOKSEN VAIKUTUS saan 100 vuoden ajalta varsin kattavasti ja tojärjestelmä kuvataan tietokoneohjelmien näiden avulla on mahdollista arvioi- pohjautuvat avulla. Mallit ilmastomallien siis pohjautuvat maapallon ilArviot tietojen ilmastonmuutoksen suuruudesta avulla tehtyihin simulaatioihin. Malleissa vaihteluita maapallontämän ilmastojärjestelmä kuvataan tietokoneohjelmien avulla. da myös metsäpaloindeksin mastoa sääteleviin fysiikan lakeihin. IlmasMallit siis pohjautuvat maapallon ilmastoa sääteleviin fysiikan lakeihin. Ilmastomalleissa pitkän ajanjakson aikana [3]. Tehdyn tutki- tomalleissa on erilliset osat ilmakehälle, on erilliset mukaan osat ilmakehälle, maaperälle merille. sekä Myös näiden osajärjestelmien muksen jaksolla 1908–2011 niidensekämaaperälle merille. Myöserinäiden eri osavuorovaikutus kuvataan malleissa. Mallien avulla voidaan arvioida tulevaisuuden päivien lukumäärä, jolloin metsäpalovaara järjestelmien vuorovaikutus kuvataanilmastoa mal- eri yhteiskunnallisten tulevaisuusskenaarioiden vallitessa. Yhteiskuntamme voi kehittyä oli korkea, vaihteli suuresti vuodesta toiseen. leissa. Mallien avulla voidaan arvioida tu- joko niin, että ilmakehän koostumuksen ja kasvihuoneilmiön voimistumiseen vaikuttavat Havaintoaikasarjasta ei kuitenkaan löydy viit- levaisuuden ilmastoa eri yhteiskunnallisten kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin päästöt tulevat edelleen kasvamaan, tai on toki teitä siitä, että metsäpalovaara olisi kasvanut tulevaisuusskenaarioiden vallitessa. Yhteismahdollista, että päästöjä pystytään rajoittamaan [8]. tai vähentynyt järjestelmällisesti tarkastellun kuntamme voi kehittyä joko niin, että ilmajakson aikana [3]. kehän koostumuksen ja kasvihuoneilmiön Ilmastomallisimulaatioihin pohjautuvien arvioiden mukaan Suomessa kesät tulevat Suomen alueella metsäpalovaara ei siis Lämpeneminen voimistumiseen vaikuttavat kasvihuonekaalämpenemään ja sademäärät kasvamaan. voimistaa haihduntaa ja lisää näyttäisi toistaiseksi kohonneen. Sen sijaansademäärät sujen, kuten hiilidioksidin päästöt tulevat metsien kuivumista. Toisaalta lisääntyvät vaikuttaisivat päinvastaiseen suuntaan. Välimeren alueella sekä ovat Kaakkois-Euroopaskasvamaan,sademäärät tai on tokieivät mahdollisKesällä tulevat sateet usein kuurosateita,edelleen joten lisääntyvät välttämättä merkitse sitä, että poutajaksoja olisi harvemmin; sadekuurot vain [8]. olemaan sa metsäpalovaara on kasvanut viime vuosita, että päästöjä pystytääntulevat rajoittamaan voimakkaampia kuin nykyisin [4]. Myös ennustettu sademäärien kasvu on melko pientä. Useaan kasvihuonekaasuskenaarioon ja PALOTUTKIMUKSEN usealla eri PÄIVÄT ilmastomallilla tehtyihin 2013 47 mallisimulaatioihin pohjautuvien arvioiden mukaan tämän vuosisadan loppupuolelle mentäessä niiden päivien lukumäärä, jolloin metsäpalovaara on suuri tulee kasvamaan noin


Ilmastomallisimulaatioihin pohjautuvien arvioiden mukaan Suomessa kesät tulevat lämpenemään ja sademäärät kasvamaan. Lämpeneminen voimistaa haihduntaa ja lisää metsien kuivumista. Toisaalta lisääntyvät sademäärät vaikuttaisivat päinvastaiseen suuntaan. Kesällä tulevat sateet ovat usein kuurosateita, joten lisääntyvät sademäärät eivät välttämättä merkitse sitä, että poutajaksoja olisi harvemmin; sadekuurot tulevat vain olemaan voimakkaampia kuin nykyisin [4]. Myös ennustettu sademäärien kasvu on melko pientä. Useaan kasvihuonekaasuskenaarioon ja usealla eri ilmastomallilla tehtyihin mallisimulaatioihin pohjautuvien arvioiden mukaan tämän vuosisadan loppupuolelle mentäessä niiden päivien lukumäärä, jolloin metsäpalovaara on suuri tulee kasvamaan noin 10–40 % riippuen kasvihuonekaasupäästöskenaariosta [9]. Tarkasteltaessa metsäpalovaaran muutosta Euroopan alueella pohjautuen kolmeen eri ilmastomalliin (kuva 3) nähdään, että mallien antamissa ennusteissa on jonkin verran eroja. Malli, joka tunnetaan nimellä DMI-HIRHAM5, arvioi esimerkiksi Etelä- ja KeskiSuomessa metsäpalovaaran pikemminkin pienenevän kuin kasvavan. Kaksi muuta mallia sen sijaan arvioivat metsäpalovaaran kasvavan koko Euroopan alueella. Kaikille malleille yhteistä on Välimeren seudun sekä Kaakkois-Euroopan alueiden voimakas kuivuminen. Kuvassa 3 esitetyt tulokset kuvaavat sitä kuinka tärkeää ilmastonmuutoksen suuruutta arvioitaessa on käyttää mahdollisimman montaa eri ilmastomallia ja kasvihuonekaasupäästöskenaarioita.

YHTEENVETO Sään ja ilmaston vaihtelut vaikuttavat metsäpalojen esiintymisriskiin. Tämän riskin suuruutta voidaan arvioida säähavaintojen avulla laskettujen syttymisherkkyyttä kuvaavien indeksien avulla. Nykyisin on mahdollista myös laatia ennusteita syttymisvaaran kehittymisestä lähipäivinä. Suomessa on tehokas metsäpalojen valvonta ja sammutusjärjestelmä, jonka seurauksena palo-alat jäävät tyypillisesti hyvin pieniksi. Ei kuitenkaan ole poissuljettua ettei palojen syttymisen kannalta erittäin suotuisissa olosuhteissa myös 48

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Kuva 3. Metsäpalovaaraa kuvaavan ns. kanadalaisen metsäpaloindeksin vuosikeskiarvo jaksolla 1971-2000 ja 2071-2100 sekä näiden kahden jakson erotus. Laskelmat on tehty Suomessa kolmeen voisi syttyä suurta tuhoa aiheut- occurrence of a nimillä high forest fire danger in pohjautuen eri alueelliseen ilmastomalliin, jotka tunnetaan DMI-HIRHAM, KNMI-RACMO2 ja METO-HC-HadRM3Q0.Finland. Laskelmissa tava palo. Nat Hazardskasvihuonekaasujen Earth Syst Sci., 2012. päästöskenaarioina on käytetty ns. SRES skenaariota A1B. Palaneen metsän määrä on pienentynyt 12:2591-2601.

Suomessa hyvin voimakkaasti menneinä vuo-

4. Jylhä, K., Ruosteenoja, K., Räisänen,

minnan kehittyminen, maaseutuväestön väheneminen ja viljelymenetelmien muuttuminen. On mahdollista, että palojen sytty5 miseen vaikuttavat muut kuin säätekijät ei vät ole juurikaan muuttumassa lähivuosina ja tämän seurauksena ilmastonmuutokseen liittyvä metsäpalovaaran muutos tulee todennäköisesti näkymään tulevina vuosina myös palotilastoissa.

2009:4 (In Finnish, with abstract, extended abstract. 5. Kellomäki, S., Peltola, H., Nuutinen, T., Korhonen, K.T. & Strandman, H. Sensitivity of managed boreal forests in Finland to climate change, with implications for adaptive management. Phil. Trans. R. Soc., 2008. B 363, 2341–2351. 6. Vajda, A., Venäläinen, A., Suomi, I., Junila, P. & Mäkelä, HM. Assessment of forest fire danger in a boreal forest environment: description and evaluation of the operational system applied in Finland. Meteorol Appl., 2013. (in revision). 7. Wallenius, T. Major Decline in Fires in Coniferous Forests – Reconstructing the Phenomenon and Seeking for the Cause. Silva Fennica, 2011. 45(1): 139–155. 8. Nevanlinna, H. (päätoimittaja) Muutamme ilmastoa. Karttakeskus, 2008. 237 s. 9. Lehtonen, I., Venäläinen, A., Ruosteenoja, K. & Gregow, H. The projected 21st century forest fire risk in Finland under different greenhouse gas scenarios. Boreal Env. Res., 2013. (in revision).

sisatoina myös menneinä vuosikymmeni- arvioi J., Venäläinen, Tuomenvirta, H., RuokoMalli, jokajatunnetaan nimellä DMI-HIRHAM5, esimerkiksi A., Eteläja Keski-Suomessa nä. Tähän vaikuttavat monetpienenevän muut kuinkuin il- kasvavan. lainen, L.,Kaksi Saku,muuta S. & Seitola, T. The metsäpalovaaran pikemminkin mallia sen sijaanchanarvioivat metsäpalovaaran koko Euroopan alueella. malleille yhteistä mastolliset tekijät, kuten kasvavan esimerkiksi elinkeiging climateKaikille in Finland: estimates foronadapVälimeren seudun sekä Kaakkois-Euroopan alueiden voimakas kuivuminen. Kuvassa noelämän rakennemuutokset, metsien ar- tation studies, ACCLIM project report,3 Finesitetyt tulokset kuvaavat sitä jakuinka tärkeää ilmastonmuutoksen suuruutta arvioitaessa on von kasvaminen, valvontasammutustoinish Meteorological Institute, 2009. Reports käyttää mahdollisimman montaa eri ilmastomallia ja kasvihuonekaasupäästöskenaarioita.

KIITOKSET Tutkimuksemme on saanut rahoitusta Euroopan unionin 7. puiteohjelman hankkeesta FUME.

LÄHDELUETTELO 1. Saari, E. Kuloista etupäässä Suomen valtionmetsiä silmällä pitäen. Suomalaisen Kirjallisuuden Seuran kirjapainon O.Y., Helsinki, Finland, 1923. 2. Laitakari, E. Metsähallinnon vuosisataistaival 1859–1959. Silva Fenn, 1960. 107. Metsähallitus, Helsinki, Finland. 3. Mäkelä, HM, Laapas, M. & Venäläinen, A. Long-term temporal changes in the


Olavi Keski-Rahkonen1 ja Teemu Karhula2, VTT, PL 1000, 02044 VTT 1 Eläkeellä VTT:ltä, olavikr@gmail com 2 Nykyinen toimipaikka: KK-Palokonsultti Oy, Espoo

Uutta asuinrakennusten syttymistaajuuksista

Tiivistelmä Mainio PRONTOn tietokannassa asuinrakennusten syttymiä on niin suuri määrä, että joukko on voitu jakaa analyyseissä kolmeen alaryhmään. Tällaisessa tarkastelussa ilmeni, että PRONTOssa kahdessa jälkimmäisessä alaryhmässä osa tuloksista on kirjattu väärin. Rakennuksen kerrosalan sarakkeeseen onkin merkitty huoneiston kerrosala. Kun nämä ilmeisen virheelliset tulokset karsittiin, saatiin pienempi osajoukko, josta syttymistaajuustiheys voitiin määrittää siten, että sen pinta-alariippuvuudelle löytyi uusi analyyyttinen sovite ja hyvä teoreettinen selitys. Suurin suhteellinen muutos aiempiin verrattuna on pienillä kerrosaloilla, jolle kirjausvirhe siirsi ylimääräisiä kohteita. PRONTOn tiedon tuottajien olisi tarkkailtava, että vastaisuudessa tämän virheen osuus pysyisi pienenä. Kerrosalan funktiona syttymistaajuustiheys voitiin jakaa kolmeen alueeseen. Kahdessa ensimmäisessä syttymissyyt ovat pääosin asunnon sisäisiä. Suurimmassa ryhmässä (yli 3000 m2) ulkoiset syyt kasvattavat syttymistaajuustiheyttä kerrosalan potenssifunktiona. Näiltä osin E1:n osastointisäädökset pitäisi tarkistaa uudestaan ja päivittää nykytiedon mukaisiksi.

JOHDANTO Palokuolemien ehkäisykeinojen vaikuttavuuden arviointi -tutkimusohjelman loppuvaiheessa [1, 2] syttymistaajuustiheyden riippuvuutta rakennuksen kerrosalasta tutkittiin tarkemmin uudestaan. PRONTOn ja sen

TEOREETTINEN MALLI

edeltäjien tilastoaineistosta tämän tekijä on TEOREETTINEN MALLI Ramachandran [4] esitti Ramachandran syttymistaajuustiheydelle f”(A) lausekkee oppilaittensa kanssa määrittänyt 1990-luvul[4] esitti syttymistaajuustiheta alkaen kokeellisia syttymistaajuustiheyk- ydelle f ”(A) lausekkeen siä rakennuspaloille jakamalla kohteet luokkiin käyttötavan ja kerrosalan perusteella [3]. n f n ( A) , f ʹ′ʹ′( A) = (1) Ensin teimme sovittet puhtaasti kokeellisesti, NA ( ) f A N sitten teoreettista pohjaa etsiessämme löysim me Ramachandranin muotoileman mallin [4], jonka myöhemmin olevan missä N on rakennusten lukumäärä koko missä havaitsimme N on rakennusten lukumäärä koko kannassa, n syttyneid nykyaikaistettu versio Barrois’n [5] 1834 esit- kannassa, n syttyneiden rakennusten määf N(A) ja fn(A) rakennuskannan ja syttyneiden rakennusten lukumä tämästä ideasta. Kokemusten kartuttua joh- rä sekä fN (A) ja fn (A) rakennuskannan ja sytalan funktiona. Tulos yleinen, johdettulukumäärien perusperiaatteista eik dimme teoreettiset lausekkeet samalla peri- ontyneiden rakennusten tiheysmankaan jakauman muodosta tai sen matemaattisista jatkuvuuso aatteella mutta yleisemmin ottaen huomioon jakaumat pinta-alan funktiona. Tulos on sinkertaisen derivaatan merkki syttymistaajuustiheyden symboliss Suomen rakennuskannasta ja PRONTOn yleinen, johdettu perusperiaatteista eikä riidatasta määritetyt jakaumat, kaava [6, 7]. Näimpu millään tavallatoisenlaisin kummankaan symbolein, jakauman reettisesti pitäisikin kirjoittaa mu me, että sovitefunktio periaatteessa olla muodosta tai sen matemaattisista jatkuvuustuttuavoisi jatkuvaa derivaattaa. Kokeellisesti määritetty jakauma on melkein mikä tahansa, mutta rakennuskan- ominaisuuksista, mihin kaksinkertaisen deriniillä pinta-alan arvoilla, joilla PRONTOsta saadaan riittävästi hav tamme tyypillisesti lognormaalisti jakautu- vaatan merkki syttymistaajuustiheyden symran numeerisen määrittämisen lisäksi kokeilimme vaihtoehtoista neista alaryhmistä päädytään likimäärin kah- bolissa saattaisi viitata. Mittateoreettisesti noista jakaumien fN(A) kaava ja fn(A) diskreetit k den potenssifunktion summaan. Kutsumme pitäisikin kirjoittaakuvaajat. toisenlaisinSovitimme symhavaintopisteisiin kolmen eri jatkuvan ja analyyttisen funktion su sitä tulosta yleistetyksi Barrois’n malliksi bolein, mutta käytämme tässä kaikille tut[8]. Määrityksiäreton on päivitetty tilastoaineistua jatkuvaasopiviksi derivaattaa. Kokeellisesti määrijakauma osoittautuivat kantafunktioiksi. Mää ton kertyessä useita kertoja [9, 10].[9, Sovitteitetty jakauma on diskreetti pylväskuvio heyfunktion 7] sitten kaavalla (1)aina noiden sovitejakaumien su den tuloksia on käytetty erityisesti laskettaespinta-alan mutta arvoilla, odotimme, joilla PRONTOsta kas havaintojen kohinanniillä suodattaja, että voisim sa paloriskejä ’oletettuun palonkehitykseen’ saadaan riittävästi havaintoja asuntopaloiseille, joista havaintoja on vähän. Tuo toive osoittautui ylimitoite perustuvilla menetelmillä. Valtaosa raken- ta. Suoran numeerisen määrittämisen lisäksi rosalojen suuntaan, niukkavaihtoehtoista palohavaintojen määrä teki so nuksista on asuinrakennuksia, joten aineis-missä kokeilimme keinoa. Piirsimepätarkaksi. Teoreettiselta kanalta katsottuna toa on lukumääräisesti paljon. Siksi halusim- me tietokannoista jakaumiensyttymistaajuustihe fN (A) ja fn (A) käyttäytyvän pinta-alan funktiona säännöllisemmin kuin kum me katsoa, miten periaatteessa kolme erilaista diskreetit kuvaajat. Sovitimme kummankin asuinrakennustyyppiä: pien-,eirivija kerrostiheysjakauman havaintopisteisiin kolmen Väitettä tässä todisteta aukottomasti, mutta perustellaan sillä talot käyttäytyvätpalojen uusimmassa saatavissa ole-Tämä eri jatkuvan funktion sumtärkein syy. taasenjaeianalyyttisen voi riippua kovinkaan jyrk vassa havaintoaineistossa. Tilastokeskuksen man. Lognormaali ja Pareton jakauma osoitrakennuksessa hän asuu. Monte Carlo-simuloinneissa [1] täm rakennuskanta 31.12.2006 ja PRONTOon tautuivat sopiviksi kantafunktioiksi. Määrikvantitatiivisemmin näkyviin kuin mihin lautamiesjärjellä aja kirjatut rakennuspalot vuosilta 2008–2011 timme syttymistaajuustiheyfunktion [9, 7] esitetynaineistot. uuden havaintotulosten analyysin perusteella tämä väittäm olivat uuden tarkastelun sitten kaavalla (1) noiden sovitejakaumien

vahvistuksen.

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

49


lemme syttymistaajuustiheyttä, jossa ihmisen toiminta on merkittävimmäs voi olla äkkinäisiä hyppäyksiä esim. 1000 m2:n rajan eri puolilla. Siksi e etsiä syttymistaajuustiheydelle jatkuvaa funktiota.

vio saattaa mennä kummalle puolelle rajaa 1E-­‐3 tahansa. Rakennuskannassa, joka perustuu 1E-­‐4 suurelta osin rakennuslupien asiakirjatietoihin, kerrosalat ovat periaatteessa tarkempia. 1E-­‐5 Kun tarkastelemme syttymistaajuustiheyttä, 1E-­‐6 jossa ihmisen toiminta on merkittävimmässä roolissa, siinä ei voi olla äkkinäisiä hyppä1E-­‐7 10 100 1 000 10 000 100 000 yksiä esim. 1000 m2:n rajan eri puolilla. Siksi Kerrosala [m ] ei ole perusteetonta etsiä syttymistaajuustiheydelle jatkuvaa funktiota. Kuva 1. 1Kaikkien asuinrakennusten syttymistaajuustiheyden f”(A) riippuvuu Kuvassa 2 on kuvan korjaamatonta hakerrosalasta laskettuina korjaamattomasta PRONTOn datasta. vaintomateriaalia jalostettu edelleen jakamalla asuinrakennukset alaryhmiin rakennuksen tyypin mukaan. PRONTOssa luokkia on useampia, mutta riittävästi Kuvassa 2 havaintoja on kuvansaatiin 1 korjaamatonta havaintomateriaalia jalostettu edellee α −1 α ⎡ ⎛ Amukaan. kuudesta ryhmästä: (1) yhden asunnon tarakennukset alaryhmiin rakennuksen PRONTOssa luokkia ⎞ ⎤ α ⎛ A ⎞ tyypin ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ (2) ⎢ f ( A ; , A ) exp α = − 0 lot, (2) paritalot, (3) muut erilliset pientalot, ⎜ A ⎟ ⎥ ta riittävästi havaintoja saatiin ryhmästä: (1) yhden asunnon talo A0 ⎜⎝ kuudesta A0 ⎟⎠ ⎢⎣ ⎝ 0 ⎠ ⎥⎦ (4) rivitalot, (5) muut erilliset pientalot, kerrostalot ja män kuvaaja piirretty yhtenäisellä viival- ja (6) lu muut erilliset (4) rivitalot, (5)onmuut erilliset kerrostalot (6) luhtitalot.missä Rakennuskannan jakauma on la. Kun jakaumat ovat identtisiä, kaavasta (1) kannan jakauma on piiretty sinisillä vinoneliöillä, palaneiden rakennusten A0 ja α ovat soviteparametreja ja jonka parametrit ovat samat sekä rakennuskannalle 2 piiretty sinisillä vinoneliöillä, palaneiden rane supistuva pois ja syttymistaajuustiheydekettä syttyneille rakennuksille. Kuvassa 3a tämän kuvaaja on piirretty yhtenäisellä viivalla. pisteillä. Korjaamattomissa tuloksissa huomio kiinnittyy alle 100 m kerro kennusten jakauma punaisilla si (1) tulee Kun jakaumat ovat pisteillä. identtisiä,Korkaavasta ne yksinkertaisesti: supistuva pois ja syttymistaajuustiheydeksi tulee palaneiden rakennusten jakauman piikkeihin, jotka antaisivat tätä pienemm yksinkertaisesti: jaamattomissa tuloksissa huomio kiinnittyy 2 huomattavan suuren syttymistiheyden. n 1 Katsomalla hiukan tarkemmin ki alle 100 m kerrosaloilla esiintyviin palaneiʹ′( A) = (3) o f ʹ′pitämällä johtopäätöksiä havaittiin, että (3) KORJAAMATTOMAT HAVAINNOT N A kirjattuja todellisina havaintoina, den rakennusten jakauman piikkeihin, jotsesti asuntojenrakennukselle pinta-alojen osalta kovin kummallisiin johtopäätöksiin. Il Syttymistaajuustiheys määritettiin ryhmittä- ka antaisivat tätä pienemmille Tulos on uusi ja merkittävä, koska se kertoo ensimmäistäosassa kertaa ymmärrettävällä tavalla,rakenn mikyksinkertaisesta kirjausvirheestä: havaintojoukkoa mällä havaittujen asuntopalojen rakennuk- huomattavansijohtuvan suuren syttymistiheyden. KatTulos on uusi ja merkittävä, koska se kertooon kääntäsyttymistaajuustiheys kasvaa pienissä asuinrakennuksissa. Syttymistaajuustiheys olitarkemmin kirjattu asunnon kerrosala. Koska virhettä ei voitu korjatatavaljälkikäteen m set samansuuruisiin luokkiin kuin Tilasto- somalla hiukan kirjauksista ensimmäistä kertaa ymmärrettävällä en verrannollinen kerrosalaantehA. Syttymistaajuus f(A) on siten suoraan luokassa havaittujen sella keinolla, eikä kohteiden uudelleenarviointiin yksitellen ollut mahd palojen n suhde rakennuskannassa olevien rakennusten määrään N. Tällainen tulos on hyvin keskuksesta hankitussa rakennuskannassa oli täviä johtopäätöksiä havaittiin, että pitämäl- la, miksi syttymistaajuustiheys kasvaa pieluonnollinen, silläalueella pienessä asuu yksiyksinkertaisesti ruokakunta Syttymistaajuustija yksi hylättiin tai enintäänjamuutama epävarmalla olevat havainnot jakaum ilmoitettu. Kunkin luokan suhteelliset osuu- lä kirjattuja todellisina havaintoina, olisirakennuksessa jou- nissä asuinrakennuksissa. henkilö. Kerrosalasta riippumatta asunnossa on keskimäärin kaikki jokapäiväiseen elämään delleen havaintojen osajoukolle. Tällä tavalla päästii havaintotuloksiin, m det laskettiin kaavalla (1) käyttäen kerros- duttu erityisesti asuntojen pinta-alojen osalta heys on kääntäen verrannollinen kerrosalaan tarvittavat varusteet. Sähköllä toimiviin liittyy syttymisvaara. Päivittäin siellä tapahtuu kaikki maalia poikkeamaa ei enää esiintynyt. alana luokan keskipistettä, mikä on aika tar- kovin kummallisiin johtopäätöksiin. Ilmiön A. Syttymistaajuus f(A) on siten suoraanruuanlaiton luoyhden ruokakunnan vaatimat toimenpiteet, erityisesti avotulen sytyttämiset tai kasti myös luokkaan sattuvien kerrosalojen havaittiinkinnautintojen johtuvan tarpeisiin. yksinkertaisesta havaittujenmallitimme palojen n syttymisprosessit suhde rakennus-eksplisiitMontekirCarlo kassa –simuloinneissa keskiarvo. Kuvassa 1 on esitetty saadut tu- jausvirheestä:tisesti osassaja havaintojoukkoa rakenkannassa olevien rakennusten määrään N.aikaan havaitsimme, ettäpientalojen valtaosa avotulista sammutetaan hetivielä kun niillä on saatu haKäyttäen erillisten havaintoja tehtiin numeerinen sovitusk luttu toiminto. Hyvin pieni murto-osa niistä johtaa palon tarkoitetun alueen ulko-(si lokset kaikille asuinrakennuksille. Tuloksissa nuksen kerrosalaksi oli kirjattu asunnon ker- lineaarista Tällainen tulos on leviämiseen hyvin luonnollinen, silpiirretty jakaumat käyttäen pystyasteikkoa. Rakennuskannan niistäkin vielä vähäinen osa palon leviämiseen. Tämä todeennäkiinnittyy huomio havaintopisteen merkit- rosala. Koskapuolelle virhettäja ei voitu korjata jälkilä hallitsemattomaan pienessä rakennuksessa asuu ruokapalaneiden rakennusten (punaiset pisteet) jakaumat ovatyksi tässä esityksessä köisyys on yhden ruokakunnan taloudessa riippumaton asunnon koosta. Laitteiden aiheuttama a täviin hyppäyksiin peräkkäistenkin ryhmien käteen millään yksinkertaisella keinolla, eikunta ja yksi tai enintään muutama henkilö. rosaloilla havaintotarkkuudella samat. Kuvassa 3b pystyasteikko logarit syttymisvaara on myös riippumaton sen tilan koosta, minne ne on sijoitettu. Siten on pesukone, välillä tietyillä kohdin. Jos asuinrakennuk- kä kohteidenkylmälaitteet, uudelleenarviointiin yksitellen asunnossa on keskitelevisio, kiuas jakerrosalaan muutKerrosalasta senkaltaiset aiheuttavat asuntokunnalle asunnontällä pinta-alu tös on sama kuin edellä A <riippumatta 300 m2 saakka. Sovitteena set jaetaan vielä alaluokkiin, kuten kuvassa ollut mahdollisuuksia mennä, epävarmalla määrin kaikki jokapäiväiseen elämään tarvitalasta riippumattoman syttymisriskin, joiden tekijöiden summa tosin on huomattavasti piejakauma [11], jonka tiheysfunktio f(A) on nempi kuin suoraan ihmisen toiminnasta osuus syttymistä. 2 on tehty, hajonta on vieläkin suurempaa. alueella olevat havainnot yksinkertaisesti hy- tavatriippuva varusteet. Sähköllä toimiviin liittyy sytPystysuora virhejana esittää vain satunnaista lättiin ja jakaumat normitettiin uudelleen tymisvaara. Päivittäin siellä tapahtuu kaikki Kuvassa 3b on nyt pystyasteikkokin logaritminen. Teoreettinen malli on neljän jakauman Poisson-jakaumasta laskettua tilastokohinaa. havaintojen osajoukolle. Tällä tavalla päästii yhden ruokakunnan vaatimat toimenpiteet, summa: (1) Weibullin jakauma, (2 ja 3) Burrin lajin XII jakauma [12] sekä (4) lognormaali Alkuperäistä aineistoa tarkastelemalla havai- havaintotuloksiin, missä epänormaalia erityisesti avotulen sytyttämiset ruuanlaiton jakauma [11].tuota Kuvasta 3b näkyy useita asioita, mitä suppealla kerrosalaja todennäköi3 ja Monte taan, että siinä on muitakin edellistä suurem- poikkeamaa syysasteikolla ei enää esiintynyt. tai nautintojen tarpeisiin. Carlo -sikuvassa 3a ei näy. Ensiksi, rakennuskannan palaneiden rakennusten jakaumat poikkeavat toisistaan, kun mennään yli 300mallitimme m2:n rakennuksiin. Toiseksi, pienillä topia virhelähteitä, joista hajonta selittyy. Kaksi Käyttäen erillisten pientalojen havaintoja muloinneissa syttymisprosessit dennäköisyyksillä palaneista rakennuksista on saatavissa paljon vähemmän tietoa kuin rakenhavaittua syyryhmää ovat: (i) rakennuskan- tehtiin vielä numeerinen sovituskoe. Kuvassa eksplisiittisesti ja havaitsimme, että valtaosa nuskannasta, mikä on luonnollista siitä syystä, että vain pieni osa rakennuksista koskaan elinnassa tietyn rajan ylittävät tai alittavat kerros- 3a on piirretty jakaumat käyttäen lineaarista avotulista sammutetaan heti kun niillä on kaarensa aikana palaa. Siksi syttymistaajuuden käsittely on havaintojen puuttuessa katkaistava alat voivat olla paljon muita yleisempiä erilai- pystyasteikkoa. Rakennuskannan vi- saatu aikaan haluttu toiminto. Hyvinkäyrä pie- on tasaija rajoituttava 2000 m2(siniset :n alapuolelle. Kolmanneksi, syttymistaajuustiheyden sista hallinnollisista ja muistakin syistä (vrt. noneliöt) ja palaneiden rakennusten (punaini murto-osa niistä johtaa palon leviämiseen sempi ja hitaammin muuttuva tällä suodattamismenettelyllä määritettynä kuin kummankaan rakennusryhmän jakaumat. Siitä varoituksen mahdollisuudesta ekstrapoloida kuva 2 ’Muut asuinkerrostalot’). (ii) PRON- set pisteet) jakaumat ovat tässä esityksessä al-huolimatta tarkoitetun alueen sana ulkopuolelle ja niistäkin 2 kovin pitkälle havaintojen ulkopuolelle. Konkreettinen numeerinen esimerkki, jota demonTOssa rakennuksen kerrosala on usein arvi- le 1000 m :n kerrosaloilla havaintotarkkuu- vielä vähäinen osa hallitsemattomaan palon stroidaan3b kuvissa 3c ja 3d, osoittaa vaaran. Tämä todeennäköisyys on yhden oitu, jolloin pyöreiden lukujen kasautumi- della samat. Kuvassa pystyasteikko on lo- tämän leviämiseen. nen on selvästi havaittavissa, kuten kuvassa garitminen jaKun johtopäätös onkuvan sama 3b kuin edel- ruokakunnankäyrää, taloudessa katsomme syttymistaajuustiheyden joka riippumaton on määritetty asunkaikesta saata1 oleva 1000 m2:n kohdalla oleva, lähes ker- lä kerrosalaan A <olevasta 300 m2havaintomateriaalista saakka. Sovittee- niin nonhyvin koosta. Laitteiden vissa kuin on datastaaiheuttama mahdollistasyttymismutta ’silmät umtalukua suurempi piikki osoittaa. Yli 10000 na tällä alueella on Weibullin jakauma [11],allevaara riippumaton sentodellisia tilan koosta, messa’, saamme käyrään mutkia 2 000on m2myös :n arvoilla, jotka ovat ja luotettavia. 2 kuoppa. kylSe johtuu tieKuvassa 3b käyrään saadaan kuitenkin noin 30 m2:n kohdalla m :n rakennusten arvoissa havaintoja on erit- jonka tiheysfunktio f(A) on minne ne 000 on sijoitettu. Sitensyvä pesukone, tenkin siitä, että rakennuskannassa on tällä kohtaa ryhmittymä suuria rakennuksia, täin vähän ja tilastokohina tekee johtopäämälaitteet, televisio, kiuas ja muut senkal- joiden jakauma onα −helppo mallittaa lognormaalilla jakaumalla. Näin suurilla kerrosaloilla ei palaneiα 1 ⎡ ⎤ tökset sillä alueella epäluotettaviksi. Näiden taiset aiheuttavat asuntokunnalle asunnon ⎛ A ⎞ ole enää havaintoja. α ⎛ A ⎞ mallittaja tietenkin huomaa ⎟ exp⎢−joukosta ⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ (2) f ( A; α , A0 ) =den ⎜⎜rakennusten (2) pinta-alastaKaukonäköinen havaintojen perusteella oli pääteltävissä, että riippumattoman syttymisriskin, A0 ⎝ A0 ⎟⎠ ⎢⎣ ⎝ A0 ⎠ ⎥⎦ 4 (i) rakennuskannan kerrosalajakauma ei ole joiden tekijöiden summa tosin on huomattamikään jatkuva funktio ja (ii) PRONTOn ja soviteparametreja ja jonka parametrit ovat samat sekä vastirakennuskannalle pienempi kuin suoraan ihmisen toiminmissä A0 ja α ovat rakennuskannan tiedot saman rakennuksen missä A 0 Kuvassa ja α ovat3a soviteparametreja ja jonka riippuva osuus syttymistä. että syttyneille rakennuksille. tämän kuvaaja on piirretty nasta yhtenäisellä viivalla. Kun jakaumat kaavasta (1) ne supistuva pois ja syttymistaajuustiheydeksi tulee kerrosalasta ovat vain likimäärin samoja.ovat Si- identtisiä, parametrit ovat samat sekä rakennuskannalle Kuvassa 3b on nyt pystyasteikkokin logayksinkertaisesti: ten jyrkän rajan tuntumassa PRONTOn ar- että syttyneille rakennuksille. Kuvassa 3a tä- ritminen. Teoreettinen malli on neljän jakauf"(A) [1/m2a]

suhteena. Menetelmä on tehokas havaintojen kohinan suodattaja, mutta odotimme, että voisimme sillä ennustaa myös alueille, joista havaintoja on vähän. Tuo toive osoittautui ylimitoitetuksi erityisesti suurten kerrosalojen suuntaan, missä niukka palohavaintojen määrä teki sovitefunktion määrittämisen epätarkaksi. Teoreettiselta kanalta katsottuna syttymistaajuustiheyden f ”(A) voikin olettaa käyttäytyvän pinta-alan funktiona säännöllisemmin kuin kummankaan tiheysjakauman. Väitettä ei tässä todisteta aukottomasti, mutta perustellaan sillä, että ihmisen toiminta on palojen tärkein syy. Tämä taasen ei voi riippua kovinkaan jyrkästi siitä, minkäkokoisessa rakennuksessa hän asuu. Monte Carlo -simuloinneissa [1] tämä puoli tuli vielä paljon kvantitatiivisemmin näkyviin kuin mihin lautamiesjärjellä ajatellen päätyisi. Alempana esitetyn uuden havaintotulosten analyysin perusteella tämä väittämä sai selvän kvantitatiivisen vahvistuksen.

2

f ʹ′ʹ′( A) =

50

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

n 1 N A

(3)

Tulos on uusi ja merkittävä, koska se kertoo ensimmäistä kertaa ymmärrettävällä tavalla, miksi syttymistaajuustiheys kasvaa pienissä asuinrakennuksissa. Syttymistaajuustiheys on kääntä-


mallia sovitteina löydettyjä matemaattisia funktioita voidaan käyttää apuvälineinä, mutta n ei kannata yrittää ekstrapoloida havaintoaineiston ulkopuolelle.

fN(A) [m-2]

fN(A) [m-2]

0,15 man summa: (1) Weibullin jakauma, (2 ja 3) 0,4 Rivitalot Burrin lajin XII jakauma [12] sekä (4) logYhden asunnon talot 0,3 normaali jakauma [11]. Kuvasta 3b näkyy 0,10 011 useita asioita, mitä suppealla kerrosala- ja to0,2 021 011 K dennäköisyysasteikolla kuvassa 3a ei näy. En0,05 021 K 0,1 siksi, rakennuskannan ja palaneiden rakennusten jakaumat poikkeavat toisistaan, kun 0,0 0,00 10 100 1 000 10 000 100 000 10 100 1 0 00 10 000 100 0 00 mennään yli 300 m2:n rakennuksiin. ToiKerrosala [m ] Kerrosala [m ] seksi, pienillä todennäköisyyksillä palaneis0,3 0,3 Muut asuinkerrostalot ta rakennuksista on saatavissa paljon vähemParitalot män tietoa kuin rakennuskannasta, mikä on 0,2 0,2 luonnollista siitä syystä, että vain pieni osa ra012 039 012 K kennuksista koskaan elinkaarensa aikana pa0,1 0,1 039 K laa. Siksi syttymistaajuuden käsittely on havaintojen puuttuessa katkaistava ja rajoitutta0,0 0,0 10 100 1 000 10 000 100 000 10 100 1 000 10 000 100 000 va 2000 m2:n alapuolelle. Kolmanneksi, sytKerrosala [m ] Kerrosala [m ] tymistaajuustiheyden käyrä on tasaisempi ja 0,20 0,25 Luhtitalot Muut erilliset pientalot hitaammin muuttuva tällä suodattamisme0,20 0,15 nettelyllä määritettynä kuin kummankaan 0,15 rakennusryhmän jakaumat. Siitä huolimat032 0,10 032 K 0,10 013 ta varoituksen sana mahdollisuudesta ekstra013 K 0,05 poloida kovin pitkälle havaintojen ulkopuo- koska0,05 yksiasuntoisista rakennuksista ilmiö puuttuu täysin. Poistamalla n erityisesti lelle. Konkreettinen numeerinen esimerkki, 0,00 0,00 virheellisesti ilmoitetut kohteet rakennusten havaintojoukosta ja normittam 10 100 1 000 palaneiden 10 000 100 000 10 100 1 000 10 000 100 000 jota demonstroidaan kuvissa 3c ja 3d, osoitKerrosala [m ] Kerrosala [m ] uudestaan voitiin jäljelle jääneestä pienemmästä joukosta määrittää uudet syttymistaaju taa tämän vaaran. tiheydet, jossa kirjausvirheen likimainkerrosalasta eliminoitu.alatyypeittäin Kun määrite Kun katsomme kuvan 3b syttymistaajuusKuva 2. Rakennusten lukumäärän vaikutus jakaumien oli riippuvuus korj syttymistaajuustiheyttä, havaintoja oli joissakin kuvan 2 ryhmissä niin vähän, että tila tiheyden käyrää, joka on määritetty kaikesta havaintojen mukaan. Rakennuskanta sinisellä ja palaneet rakennukset punaisel mattomien saatavissa olevasta havaintomateriaalista kohinaniin kasvoi suhteettomaksi. Siksi ryhmät yhdistettiin uudelleen ja niistä saatiin kuvass hyvin kuin on datasta mahdollistaympyröillä mutta ’sil- esitetty havaintojoukko. mät ummessa’, saamme käyrään mutkia alle 2000 m2:n arvoilla, jotka ovat todellisia ja 1E-­‐2 0,008 KORJATUT HAVAINNOT 1E-­‐3 luotettavia. Kuvassa 3b käyrään saadaan kui1E-­‐4 0,006 2 tenkin noin 30000 m :n kohdalla syvä kuop1E-­‐5 Yllä esitetyllä tavalla havaitsimme, että kerrosalan kirjaamisessa esiintyi kytketyissä asu 1E-­‐6 pa. Se johtuu tietenkin siitä, että rakennus0,004 1E-­‐7 rakennuksissa kirjavuutta, joka vaikutti merkittävästi lopputulokseen. Tätä ei aiemmin kannassa on tällä kohtaa ryhmittymä suuria 1E-­‐8 0,002 havaittu, käsitellään yhtenä ryhmä 1E-­‐9 rakennuksia, joiden jakauma on helppo mal- sillä ilmiö peittyy, kun kaikkia asuinrakennustyyppejä 1E-­‐10 Tarkastelemalla tyyppejä erikseen kerrosalan funktiona kuten kuvassa 2 nähtiin selvim littaa lognormaalilla jakaumalla. Näin suu1E-­‐11 0,000 10 100 1 0 00 10 000 100 000 10 100 1 0 00 10 000 100 000 rilla kerrosaloilla ei palaneiden rakennusten rivitaloissa mutta myös muissakin moniasuntoisissa rakennuksissa, että kohteen alaksi b Kerrosala [m ] Kerrosala [m ] a joukosta ole enää havaintoja. Kaukonäköivaihtelevasti ilmoitettu joko ohjeessa tarkoitettu1E-­‐2 rakennuksen ala tai yhden asunnon 1E-­‐2 1E-­‐3 nen mallittaja tietenkin huomaa tämän ja haPalaneiden rakennusten jakaumien piikit 100 1E-­‐3 m2:n alapuolella kuvassa 2 ovat täm 1E-­‐4 1E-­‐4 vaitsee korjauskeinon, joka on toteutettu ku1E-­‐5 1E-­‐5 kirjausvirheen selkeä ilmentymä. Ei löydy mitään järkevää syytä, miksi moniasuntois 1E-­‐6 1E-­‐6 vassa 3c. Palaneiden rakennusten jakaumaan 1E-­‐7 1E-­‐7 niin rakennuksissa syttymän todennäköisyys kasvaisi voimakkaasti tuossa kokoluoka on lisätty noilla suurilla kerrosaloilla kompo1E-­‐8 1E-­‐8 1E-­‐9 1E-­‐9 nentti, jolla on samat parametrit kuin raken1E-­‐10 1E-­‐10 nuskannassa. Tuntematon todennäköisyys 5 1E-­‐11 1E-­‐11 10 100 1 0 00 10 000 100 000 10 100 1 0 00 10 000 100 000 on määritetty siten, että syttymistaajuustihec d Kerrosala [m ] Kerrosala [m ] yden käyrässä ei ole enää silmävaraista kuoppaa. Nyt voisimme väittää, että olemme on-Erillisten pientalojen syttymistaajuustiheyden f”(A) (paksuin viiva) riippuvuus Kuva 3. nistuneet ekstrapoloimaan tällä pienellä temrosalasta (korjaamaton PRONTOn data) sekä osoitus käyrän häiriöherkkyydestä: rakenn pulla tuota käyrää aina 100 000 m2:n kerroskanta pisteillä, palaneet rakennukset vinoneliöillä ja teoreettiset sovitteet yhtenäisillä viiv aloihin saakka. Jos olisimme lähettäneet tuon la. (a) Lineaariasteikolla pienten rakennusten jakaumat (A < 300 m2) ovat samat kaikissa kuvan julkaistavaksi hyvään lehteen, vertaistetyissä arvioija olisi paluupostissa toimittanut meil-tapauksissa. (b) – (d) Demonstraatio pienen mittaushäiriön vaikutuksesta, mikä le kuvan 3d, mikä olisi muuttanut johtopää-tekstissä. selitetty töksiämme. Tässä piirsimme kuvan itse. Sama määrä lisättyjä ’havaintoja’ samassa pai- ei kannata yrittää ekstrapoloida havaintoai- emmin ole havaittu, sillä ilmiö peittyy, kun kassa, mutta hajonta kaksinkertaisena. Sytty- neiston ulkopuolelle. kaikkia asuinrakennustyyppejä käsitellään SOVITEFUNKTIO mistaajuustiheyden käyrä on nytUUSI sen näköiyhtenä ryhmänä. Tarkastelemalla tyyppejä nen, että on vaikea saada ketään uskomaan KORJATUT HAVAINNOT erikseen kerrosalan funktiona kuten kuvassa siihen. Opetuksemme on siten tiivistäen: ko- Yllä esitetyllä tavallasopiva havaitsimme, että ker- 2 nähtiin selvimmin mutta myös Korjattuihin havaintoihin syttymistaajuustiheys f”(A) rivitaloissa voitiin kuvata analyytti keellisesti ilman syvällistä teoreettista mallia rosalan kirjaamisessa esiintyi kytketyissä muissakin moniasuntoisissa rakennuksissa, funktioilla (kuva 4) sovitteina löydettyjä matemaattisia funktioi- asuinrakennuksissa kirjavuutta, joka vaikut- että kohteen alaksi oli vaihtelevasti ilmoitetta voidaan käyttää apuvälineinä, mutta niitä ti merkittävästi lopputulokseen. Tätä ei ai- tu joko ohjeessa tarkoitettu rakennuksen ala Amin ≤ A ≤ A1 ⎧ A1 / A ⎪ ( f ʹ′ʹ′( A) = f 0ʹ′ʹ′ ⎨ 1 A1 ≤ A ≤ A2 PÄIVÄT 2013 PALOTUTKIMUKSEN 51 ⎪( A / A )s A ≤ A ≤ A 2 2 max ⎩ 2

fN(A) [m-2]

fN(A) [m-2]

2

2

fN(A) [m-2]

fN(A) [m-2]

2

2

f[n(A)]

f[n(A)] [1/m 2], f"(A) [1/m 2a]

2

2

f[n(A)] [1/m 2], f"(A) [1/m 2a]

f[n(A)] [1/m 2], f"(A) [1/m 2a]

2

2

2


f[n(A)] [1/m 2], f"(A) [1/m 2

1E-­‐4

1E-­‐5 1E-­‐6 1E-­‐7 1E-­‐8

1E-­‐9 tai yhden asunnon ala. Palaneiden rakennus1E-­‐10 1E-­‐11 m2:n alapuolella ten jakaumien piikit 100 10 100 1 0 00 10 000 100 000 100 1 0 00 10 000 100 000 Kerrosala [m ] 2 ovat tämänbkirjausvirheen Kerrosala kuvassa selkeä [m ] 1E-­‐2 ilmentymä. Ei löydy mitään järkevää syytä, 1E-­‐3 miksi moniasuntoisissa rakennuksissa sytty1E-­‐4 1E-­‐5 män todennäköisyys kasvaisi niin voimak1E-­‐6 kaasti tuossa kokoluokassa erityisesti koska 1E-­‐7 1E-­‐8 yksiasuntoisista rakennuksista ilmiö puut1E-­‐9 1E-­‐10 tuu täysin. Poistamalla nämä virheellisesti il1E-­‐11 moitetut kohteet palaneiden ha100 1 0 00 10 000 100 000 10 rakennusten 100 1 0 00 10 000 100 000 d Kerrosala [m ] Kerrosala [m ] vaintojoukosta ja normittamalla uudestaan jäljelle jääneestä pienemmästä entalojenvoitiin syttymistaajuustiheyden f”(A)joukos(paksuin viiva) riippuvuus kerta määrittää uudet syttymistaajuustiheydet, on PRONTOn data) sekä osoitus käyrän häiriöherkkyydestä: rakennusjossa kirjausvirheen vaikutus oli likimain eli4. Asuinrakennusten syttymistaajuustiheyden f”(A) [1/m2a] riippuvuus ker eet rakennukset vinoneliöillä ja teoreettiset sovitteetKuva yhtenäisillä viivoilminoitu. Kun määritettiin syttymistaajuusti- 2 määritettynä korjatusta PRONTOn datasta (pisteet) ja havaintoihin sovitettu samat kaikissa esiolla pienten rakennusten (A <2300 heyttä, havaintoja olijakaumat joissakin kuvan ryh-m ) ovat(yhtenäinen viiva). Katkoviivan osuutta on spekuloitu tekstissä. (b) – (d)missä Demonstraatio mittaushäiriön vaikutuksesta, mikä on niin vähän, ettäpienen tilastokohina kasvoi suhteettomaksi. Siksi ryhmät yhdistettiin uu⎧ delleen ja niistä saatiin kuvassa 4 ympyröillä ⎪ ⎪ 1 Amin ≤ A ≤ A1 esitetty havaintojoukko. ⎪⎪ A

KTIO

2

f[n(A)] [1/m 2], f"(A) [1/m 2a]

2

2

2

UUSI SOVITEFUNKTIO

Korjattuihin havaintoihin sopiva syttymistaa-

ihin sopiva syttymistaajuustiheys f”(A) voitiin kuvata analyyttisillä juustiheys f ”(A) voitiin kuvata analyyttisillä funktioilla (kuva 4)

⎧ A1 / A ⎪ f ʹ′ʹ′( A) = f 0ʹ′ʹ′ ⎨ 1 ⎪( A / A )s 2 ⎩

f ( A) = f 0 ⎨ ⎪ A1 ⎪⎛ A ⎞ s A ⎪⎜⎜ ⎟⎟ ⎪⎩⎝ A2 ⎠ A1

A1 ≤ A ≤ A2

A2 ≤ A ≤ Amax

mikä on tulosten tulkinnan kannalta kaikista havainnollisin muoto. ≤ A1 5. Asuinrakennusten syttymistaajuuden f(A) [1/a] riippuvuus kerrosalasta laskettuna Amin ≤ AKuva funktiosta. (4) ≤ A (4)sovitetusta A ≤ A havaintoihin 1

2

ARVIOINTEJA JA JOHTOPÄÄTÖKSIÄ

A2 ≤ A ≤Jaksossa Amax A2 ≤ A ≤ Amax yläraja on asuntokannassa paljon suurempi kuin tässä tehdyssä nalle keskimäärin vakio. Tällainen yhteisö kontrolli on löysää. Myös on epäiltävissä, etsovitteessa on määritetty. Ryhmä sisältää suurimmat kerrostaloyksiköt tiiveimmin uutta tulosta on helppo perustella aivan asutuissa yleisillä näkökohdilla, joihi A on asuinrakennuksen kerrosala. täMyös samassa on muutakin toitekee Tätä päivittäin samat syttymiä nnuksenmissä kerrosala. Parametrien arvot ovat:Paeksponentti s ≈sosiaalinen 0,6, sekä alat aiheuttavat kaupunkikeskuksissa, joissa kontrolli onMonte löysää.Carlo on rakennuksessa epäiltävissä,[1]. että kvantitatiivista vahvistusta simuloinneilla Ensimmäinen jakso väli 2 rametrien arvot s ≈2.0,6,rakennuksessa se- rutiinit on ja asunnnossa on asumisväljyydesmintaa kuin asumista. kasvaa muutakin toimintaa kuin asumista. Sytymistaajuus kasvaa Sytymistaajuus näissä 1 m2, Amin ≈ 10 m ja ovat: Amaxeksponentti ≈ 15000samassa m on yhden ruokakunnan asunto, jossa 1 tai 2 aikuista ja mahdollisesti lapsia a A ≤ A 1 likimain sama määrä teknikä alat A1 ≈ 155 m2, A2 ≈ 3011rakennuksissa m2, Amin ≈ kerrosalan tä riippumatta näissä rakennuksissa potenssifunktiona, jonka eksponentiksi määritimme 1,6.kerrosalan Selvä potenssifunkkotitalossa myös paritai rivitalossa. Koska syttymiset ovat valtaosin 2 asunnon ulkopuolinen riski on mukana. Niitä voivat olla liiketila, jossa on eksponentiksi asumista tulen10 ja m2 (5) ja Amax ≈ 15000 m . siä peruslaitteita ja mutta -välineitä, kuten liesi, petiona, jonka määritimme 1,6. ihmiste voissa (4) esiintyvät syttymistaajuustiheyden numeerinen kerroin tamia, syttymistaajuus on asuntokunnalle keskimäärin vakio. Tällainen yhteisö tek vaarallisempaa toimintaa sekä paljon sähkollä toimivia koneita ja laitteita. Liiketila voi myös Vakiokertoimina kaavoissa (4) ja (5) esiin- sukone, kylmälaitteet, mikrouuni ja televisio Selvä asunnon ulkopuolinen riski on mukasyttymistaajuuden kerroin f = f ”A ≈ 4,50E-3/a. Kertomalla syttymishuokutella ilkivaltaan taipuvia aineksia. Suuri yhteinen ullakko on tunnettu riskitekijä. täin samat syttymiä aiheuttavat rutiinit ja asunnnossa on asumisväljyydestä ri 0 0 1 tyvät syttymistaajuustiheyden numeerinen pienempiä erikseen luettelematta. Hyvin pie- na. Niitä voivat olla liiketila, jossa on asumisTilanne tulisi konkreettisemmaksi, kunmäärä katsottaisiin näissä suurissa kohteissa tapahtuneet 2 likimain sama teknisiä peruslaitteita ja -välineitä, kuten liesi, pesukone, kylm ohteen kerroin kerrosalalla A saadaan koko rakennuksen syttymistaajuudeksi f0” ≈ 2,90E-5/m a ja syttymistaajuu- nellä todennäköisyydellä näistä rutiineista tai ta tulenvaarallisempaa toimintaa sekä paljon palot yksitellen, mitä tähän mennessä vielä ole tehty. mikrouuni ja eitelevisio pienempiä erikseen luettelematta. Hyvin pienellä todennäkö

den kerroin f0 = f0”A ≈ 4,50E-3/a. Kertomal-

koneiden vioista syntyy liekehtivä syttymä,

sähkollä toimivia koneita ja laitteita. Liiketi-

2 1 nusten syttymistaajuustiheyden f”(A) [1/m a] riippuvuus kerrosalasta näistä rutiineista taipistettä koneiden vioista liekehtivä syttymä, voiairiistäytyä h la syttymistaajuustiheys f”(A) kohteen kerrosjokasuurimman voi riistäytyä hallinnasta aidoksi on paloksi. lasyntyy voi myös ilkivaltaanjoka taipuvia Kuvassa 4 kaksi kerrosalan katkoviivalla, jokahuokutella on pienimmän usta PRONTOn datasta (pisteet) ja havaintoihin sovitettu funktio aidoksi paloksi. Siksi syttymistaajuus on asunnon koosta riippumaton niin alalla A saadaan koko rakennuksen syttymis- Siksi syttymistaajuus on asunnon koosta neksia.kerrosalojen Suuri yhteinen ullakko on tunnettu kauan k syttymistaajuustiheyden jatke. Pisteet poikkeavat sitä riippienempien joukosta atkoviivan osuutta on spekuloitu tekstissä. asuu oleellisesti vain yksi ruokakunta. Syttymistaajuustiheyteen saadaan siten luon merkittävästi. Niiden tulkinta on epävarma ja vaatisi yksilöllisen tarkastelun. Sen taajuudeksi f(A) (kuva 5) pumaton niin kauan kuin siinä asuu oleelli- riskitekijä. Tilanne tulisi vielä konkreettisemmaksi, puuttuessa voisi sesti olettaa, että nämä asunnot sijaitsevat jossain suuressa ja turvallisuustasoltaan tavalla 1/A-riippuvuus. vain yksi ruokakunta. Syttymistaajuus- kun katsottaisiin näissä suurissa kohteissa ta-

⎧ hyvässä rakennuksessa, edellä negatiivisia ei ole tiheyteenjossa saadaan sitenlueteltuja luonnollisella tavalla naapuruston pahtuneet vaikutuksia palot yksitellen, mitä tähän men⎪ 6 mukana. Tyypillinen Jaksossa olisi talonmiehen asunto suuressa virasto-, opetustai teollisuuden A ≤ A ≤ A rakennuksissa on useita erikokoisia asuntoja. Asuntokun 1/A-riippuvuus. 1 nessä ei vielä ole tehty. 2 ⎪ 1 Amin ≤ A ≤toimistorakennuksessa. A1 Asunto on hyvin osastoitu muusta rakennuksesta, jossa tapahtuva ⎪⎪ (5) vaihtelee laajemmin kuin alkuosan pienissä taloissa. Asunnot ovat osastoituja, joten Jaksossa A1 ≤ A ≤ A2 rakennuksissa on useiKuvassa 4 kaksi suurimman kerrosalan pisA ei ole asumista vaarallisempaa. f ( A) = f 0 ⎨ A1 ≤ A ≤toiminta A2 (5) ta erikokoisia asuntoja. Asuntokunnan koko asunnon tettä on katkoviivalla, on pienimmänon Suome seen vaikuttavat lähes yksinomaan sisäiset asiat.joka Asumisväljyys ⎪ A1 vaihtelee laajemmin kuin alkuosan pienissä jatke. Pisteet poikmäärin vakio, joten syttymistaajuuteen määrä kerrosalaa k Kuvasta 4 havaitaan, että pisteiden systemaattinen hajonta on jo syttymistaajuustiheyden niin vaikuttavien suurta, että tätähenkilöiden aineistoa ⎪⎛ A ⎞ s A A2 ≤ A ≤ A ⎪⎜⎜ ⎟⎟ eimaxole järkevää taloissa. jakaamyös pienempiin osajoukkoihin. Jos sytnäin halutaan tehdä, aineistoa on Asunnot ovat osastoituja, joten keavat sitä pienempien kerrosalojen joukos- kerrosa likimain vakio. Siksi syttymistaajuuden lineaarinen riippuvuus ⎪⎩⎝ A2 ⎠ A1 kerättävä pitemmältä aikaväliltä. merkittävät muutokset ovat hitaita, aikavälin tymiseen vaikuttavatKoska lähes yksinomaan asunta merkittävästi. tulkinta epävar-tuntevat t luonnollista. Rakennusten koko enimmilläänkin onNiiden niin pieni, ettäonihmiset kasvattaminen viiden jopa kymmenen vuoden mittaiseksi saattaa olla perusteltua, kun non sisäiset Asumisväljyys on Suomessa ma jatavalla. vaatisi yksilöllisen tarkastelun. Sen viemyösasiat. sosiaalinen kontrolli toimii jollain nan kannalta kaikista havainnollisin muoto. varmistetaan ensin karkeilla mitoilla, että merkittäviä muutoksia ei ole jakson aikana mikä on tulosten tulkinnan kannalta kaikis- keskimäärin vakio, joten syttymistaajuuteen lä puuttuessa voisi olettaa, että nämä asunnot tapahtunut. Tästä on suoraan pääteltävissä, että asuinrakennuksistakaan ei Suomessa ole ta havainnollisin muoto. henkilöiden määrä kerrosalaa sijaitsevat jossain ja turvallisuustasoljärkevää yrittää vaikuttavien saada syttymistaajuustiheyttä vaikkapa pelastusalueittain, vaikkasuuressa voidaankin JOHTOPÄÄTÖKSIÄ kohden myös likimain Siksi syt-saadaan taan hyvässä rakennuksessa, perustellusti väittää, ettäonLapissa tulipalonvakio. vastatoimiin heikommin apua kuinjossa edellä lueARVIOINTEJA JA JOHTOPÄÄTÖKSIÄ tymistaajuuden lineaarinen riippuvuus ker- testaamiseen teltuja negatiivisia naapuruston vaikutuksia 7 Helsingissä. Kuvan 4 tulos tarjoaa tämänkin kysymyksen uuden tehokkaan on helppo perustella näkökohdilla, joihin saatiin keinon. aivan Kun pinta-alan voidaan pienentää tulosten perusteella, Tätä uutta tulosta onaivan helppoyleisillä perustella rosalasta erotuskykykyä on luonnollista. Rakennusten kokokaavan ei ole(4) mukana. Tyypillinen olisi talonmiehen voidaan summata kunkin alueen yli jaettä verrata keskenään kolmea joukkoa. stusta Monte simuloinneilla [1]. Ensimmäinen jakso kolmen välillä min ≤ yleisilläCarlo näkökohdilla, joihin saatiin kvantitaenimmilläänkin onA niin pieni, ihmiset asuntovain suuressa virasto-, opetus- tai teollisuuAnalyysiä ei tässä esitetä, mutta senmyös tekeminen olisi kontperusteltua alueellistenAsunto on hyvin kakunnantiivista asunto, jossa 1Monte tai 2 aikuista ja mahdollisesti lapsia asuu omavahvistusta Carlo -simulointuntevat toisensa ja sosiaalinen den mahdollisten toimistorakennuksessa. erojen selvittämiseksi. ös pari- tai rivitalossa. Koska syttymiset ovat valtaosin ihmisten aiheut-

neilla [1]. Ensimmäinen jakso välillä Amin ≤

rolli toimii jollain tavalla.

s on asuntokunnalle keskimäärin vakio. Tällainen yhteisöAtekee päivitA ≤ A1 on yhden ruokakunnan asunto, josJaksossa Amax yläraja on asunto2 ≤ A ≤ 8 tässä tehdysaiheuttavat rutiinit ja asunnnossa on asumisväljyydestä riippumatta sa 1 tai 2 aikuista ja mahdollisesti lapsia asuu kannassa paljon suurempi kuin myös pari-kuten tai rivitalossä sovitteessa on määritetty. Ryhmä sisältää teknisiäomakotitalossa peruslaitteitamutta ja -välineitä, liesi, pesukone, kylmälaitteet, sa. Koska syttymiset ovat valtaosin ihmisten suurimmat kerrostaloyksiköt tiiveimmin asuo pienempiä erikseen luettelematta. Hyvin pienellä todennäköisyydellä syttymistaajuus asuntokuntuissa kaupunkikeskuksissa, oneiden aiheuttamia, vioista syntyy liekehtivä on syttymä, joka voi riistäytyä hallinnasta joissa sosiaalinen i syttymistaajuus on asunnon koosta riippumaton niin kauan kuin siinä yksi ruokakunta. Syttymistaajuustiheyteen 52 PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013saadaan siten luonnollisella s.

osastoitu muusta rakennuksesta, jossa tapahtuva toiminta ei ole asumista vaarallisempaa. Kuvasta 4 havaitaan, että pisteiden systemaattinen hajonta on jo niin suurta, että tätä aineistoa ei ole järkevää jakaa pienempiin osajoukkoihin. Jos näin halutaan tehdä, ai-


neistoa on kerättävä pitemmältä aikaväliltä. Koska merkittävät muutokset ovat hitaita, aikavälin kasvattaminen viiden jopa kymmenen vuoden mittaiseksi saattaa olla perusteltua, kun varmistetaan ensin karkeilla mitoilla, että merkittäviä muutoksia ei ole jakson aikana tapahtunut. Tästä on suoraan pääteltävissä, että asuinrakennuksistakaan ei Suomessa ole järkevää yrittää saada syttymistaajuustiheyttä vaikkapa pelastusalueittain, vaikka voidaankin perustellusti väittää, että Lapissa tulipalon vastatoimiin saadaan heikommin apua kuin Helsingissä. Kuvan 4 tulos tarjoaa tämänkin kysymyksen testaamiseen uuden tehokkaan keinon. Kun pintaalan erotuskykykyä voidaan pienentää kaavan (4) tulosten perusteella, voidaan summata kunkin kolmen alueen yli ja verrata keskenään vain kolmea joukkoa. Analyysiä ei tässä esitetä, mutta sen tekeminen olisi perusteltua mahdollisten alueellisten erojen selvittämiseksi. Vastaavanlainen analyysi taasen saman kolmen ryhmän kesken voitaisiin tehdä pitkään vastausta vailla olleen kysymyksen ratkaisemiseksi, missä määrin asuinrakennuksen kantavan rakenteen materiaali vaikuttaa sen paloturvallisuuteen. Tätäkään ei tässä suoriteta, mutta tekijöiden kokemus numeerisella simuloinneilla tehdyistä kokeista asuntopaloissa on, että palon alkuvaiheissa, joka henkilöturvallisuuden kannalta on ratkaisevaa, pintamateriaalti ja kantavat rakenteet eivät vielä juuri osallistu paloon. Monte Carlo -analyysimme alustavat tulokset vahvistavat tämän päätelmän [1]. Syykin on yksinkertainen. Jokaisessa kodissa helposti palavan vaatetavaran, pehmustettujen huonekalujen sekä vastaavan irtaimen tavaran määrä on palon syttymisaineistona paljon suurempi ja syttymisominaisuuksiltaan paljon herkempi kuin asunnon kiinteät osat. Suomessa tähän sääntöön on (ollut?) yksi yleinen poikkeus: huokoinen kuitulevy. Sitä käytettiin runsaasti jälleenrakennuskaudella ja materiaalia tavataan edelleen peruskorjaamattomissa iäkkäämmissä rakennuksissa. Siksi 1940-luvun asuntojen asukkaiden palokuoleman riski oli noin kak-

sinkertainen [13]. Huomattava osa tuon ajan rakennuksista oli rintamamiestaloja. Virtain vanhainkodin palossa 1979 huokoinen kuitulevy oli merkittävä tekijä 27 henkilöuhria vaatineen katastrofin aiheuttajana [14]. Yhteenvetona tästä työstä on uusi, entistä tarkempi malli asuinrakennusten syttymistaajuustiheydelle ja syttymistaajuudelle rakennuksen kerrosalan funktiona. Erityisen arvokasta on, että ensimmäisen kerran voimme johtaa tuloksen hyvin rationaalisesti asuntojen perusfunktioista. Monte Carlo -simulointien ennakkotulokset antavat vahvan ja aiemmin tuntemattoman tuen näille perustapahtumille. Kytketyissä asuinrakennuksissa olisi nykyistä tarkemmin selvitettävä, täyttääkö asuntojen välinen osastointi paloriskiä vastaavan tarpeen. Tärkeää tämä on suurissa asuinrakennuksissa sekä erilaisia käyttötapoja käsittävissä rakennuksissa. Erityisesti nyt paljon pinnalla olevia puukerrostaloja pitäisi tämän näkökohdan osalta simuloida Monte Carlo -tekniikalla esimerkiksi laajentamalla julkaisussa [1] esitettyä simulointityökalua huoneiston ulkopuolelle siten, että se käsittäisi asunnon lisäksi naapuriasunnot sekä niistä vapaaseen tilaan saakka johtavat käytävät. Viimeksi viesti PRONTOn tilastojen tuottajille: Ohjeistakaa tarkemmin ja valvokaa, ettei asunnon ja rakennuksen kerrosalaa sekoiteta keskenään raporteissa.

KIITOKSET Tutkimusta ovat rahoittaneet Palosuojelurahasto, Sisäasiainmisnisteriö, Ympäristöministeriö, Sosiaali- ja terveysministeriö ja VTT.

LÄHDELUETTELO 1. Keski-Rahkonen, O., Karhula, T., Sikanen, T. & Hostikka, S. Palokuolemien ehkäisykeinojen vaikuttavuuden arviointi. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus, 2013. (VTT Technology). (julkaistaan) 2. Karhula, T., Sikanen, T., Hostikka, S. ja Keski-Rahkonen, O. A Monte Carlo simulation platform of housing fires in Finland forecasting life and property loss. Teoksessa: Proceedings of the 11th International

Viesti PRONTOn tilastojen tuottajille: Ohjeistakaa tarkemmin ja valvokaa, ettei asunnon ja rakennuksen kerros­ alaa sekoiteta keskenään raporteissa.

Probabilistic Safety Assessment and Management Conference and The Annual European Safety and Reliability Conference, PSAM 11 & ESREL 2012, Helsinki, 25–29.6.2012, Stochastic Modelling and Simulation Techniques, 08–Mo3, 10 s. 3. Rahikainen, J. & Keski-Rahkonen, O. Determination of ignition frequency of fires in different premises in Finland. Fire Engineers Journal, 1998. Vol. 58, nro 197, s. 33–37. 4. Ramachandran, G. Statistical Methods in Risk Evaluation. Fire Safety Journal, 1979/80. Vol. 2, s. 125–145. 5. Barrois, T.J. Essai sur l’application du calcul des probabilités aux assurances contre les incendies, Mémoires de la société royale des sciences, de l’agriculture et des arts de Lille, 1834. Vol. 11, s. 85–282. 6. Rahikainen, J. & Keski-Rahkonen, O. Statistical determination of ignition frequency of structural fires in different premises in Finland, Fire Technology, 2004. Vol. 40, s. 335–353. 7. Tillander, K. & Keski-Rahkonen, O. The ignition frequency of structural fires in Finland 1996–99. Teoksessa: Fire safety science: proceedings of the seventh international symposium, 16–21 June 2002, Worcester, Massachusetts, USA. International Association for Fire Safety Science, 2003, s. 1051–1062. 8. Tillander, K. & Keski-Rahkonen, O. Palojen syttymistaajuus Suomessa 1996–1999, Palontorjuntatekniikka, 2001. Vol. 31, nro 3–4, s. 8–12. 9. Tillander, K. & Keski-Rahkonen, O. Rakennusten syttymistaajuudet PRONTOtietokannasta 1996–1999. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus, 2001. 66 s. + liitt. 16 s. (VTT Tiedotteita – Meddelanden – Research Notes 2119.) 10. Tillander, K., Korhonen, T., & KeskiRahkonen, O. Pelastustoimen määräiset seuranta-mittarit. Espoo: Valtion teknillinen tutkimuskeskus, 2005. 123 s. + liitt. 5 s. (VTT Working Papers 19). 11. Rausand, M. & Høyland, A. System Reliability Theory: Models, Statistical Methods and Applications. Second Ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2004, 664 s. 12. Burr, I.W. Cumulative Frequency Functions. The Annals of Mathematical Statistics, 1942. Vol. 13, nro 2, s. 215–232. 13. Rahikainen, J. & Keski-Rahkonen, O. Palokuolemat Suomessa 1988–97, osa 3 – Asuinrakennuksissa suurin palokuoleman riski. Palontorjuntatekniikka, 1999. Vol. 29, nro 4/99, s. 22–25. 14. Anon., Virtain kunnalliskodin palo vaati 27 vanhuksen hengen. Pelastustieto, 1979. Vol. 30, nro 1, s. 8–9.

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

53


Terhi Kling, Simo Hostikka, Tuomo Rinne ja Jukka Vaari, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Pelastustilanteiden stokastinen operaatioaikamallinnus

Tiivistelmä Olemme kehittäneet menetelmän pelastusorganisaatioiden aikaviiveiden arviointiin tulipaloissa ja muissa kriisitilanteissa. Menetelmän ydin on pelastusoperaation yksittäisten tapahtumien kuvaamisessa aikaviiveinä ja mahdollisina erilaisten poikkeamien aiheuttamina lisäviiveinä. Menetelmässä ihmisten toimintoja ja niiden välisiä kytkentöjä kuvataan vuokaaviolla, jonka perusteella muodostetaan laskentamalli. Laskentamallissa tapahtumien aiheuttamat aikaviiveet määritellään todennäköisyysjakaumina. Jakaumien parametrit arvioidaan tilastojen pohjalta, deterministisesti tai asiantuntija-arvioiden perusteella. Lopuksi suoritetaan Monte Carlo -analyysi, jolla saadaan todennäköisyysjakaumat halutuille tulossuureille. Menetelmää on sovellettu kahteen tapaukseen: 1) Ydinvoimalaitoksen kaapelipaloon ja 2) suurpalotilanteeseen Tampereen ratapihan suunnitellun kannen alla. Menetelmän pohjalta ollaan parhaillaan kehittämässä työkalua pelastuslaitoksen toimintavalmiuden vaikuttavuuden arviointiin asuntopaloissa.

JOHDANTO Pelastustoiminnan vaikuttavuuden arviointi kaupungeissa ja teollisissa ympäristöissä edellyttää pelastusorganisaation vasteen tehokkuuden ja luotettavuuden mittaamista. Uuden simulointimenetelmän kehitys alkoi kuitenkin ydinvoimaloiden tarpeesta inhimillisen luotettavuuden määrittämiseen [1]. Menetelmälle löytyi pian sovellutuksia myös 54

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

kaupunkiympäristön riskinhallinnasta ja palokunnan menettelytapojen arvioinnista [2]. Toisin kuin inhimillisen luotettavuuden arvioinnin (human reliability analysis, HRA) perinteiset menetelmät uuden mallin tuli olla kvantitatiivinen ja yhdistettävissä todennäköisyyspohjaisiin fysikaalisia ilmiöitä kuvaaviin palosimulointeihin. Seuraavassa kuvataan mallin perusperiaatteet ja esitellään kaksi suvellutusta. Stokastisen operaatioaikamallinnuksen perusperiaate on, että inhimillistä toimintaa kuvataan aikaviiveillä. Palokunnan toimintojen aikaviiveiden jakaumissa esiintyy usein pitkä häntä, joka johtuu suhteellisen harvinaisista poikkeamista, kuten radioliikenteen ongelmista tai paloletkun rikkoutumisesta. Tällaisia jakaumia mallinnetaan parhaiten yhdistelmänä kahdesta eri jakaumasta, joista toinen kuvaa onnistuneen operaation aikaviivettä ja toinen virhetilanteen aiheuttamaa lisäviivettä. Palotilanteisiin liittyvän operatiivisen toiminnan mallintaminen etenee seuraavasti [2]: 1. Määritellään paloskenaario 2. Määritellään operatiivisen toiminnan skenaario 3. Määritellään toimijat ja toimijoiden väliset kytkennät 4. Analysoidaan toiminnan vaiheet ja mahdolliset poikkeamat 5. Kuvataan toiminnan aikaviiveet ja mahdollisten poikkeaminen aiheuttamat lisäviiveet todennäköisyysjakaumina

6. Suoritetaan Monte Carlo analyysi, jonka tuloksena saadaan operatiivisen toiminnan kokonaisaikaviiveen todennäköisyysjakauma Monte Carlo -simuloinnin aikana jakaumien perusteella luodaan realisaatioita, joista tapauskohtaisen kaavan mukaan lasketaan kokonaisaikaviive. Simuloinnit toteutetaan käyttäen Excel-pohjaista työkalua PFS [3,4], joka on kehitetty VTT:llä.

SOVELLUTUS 1: YDINVOIMALAITOKSEN KAAPELIPALO Ydinvoimalaitoksen todennäköisyyspohjaisessa paloriskinarvioinnissa (fire PRA) tyypillinen palon seuraus on lämpötilan noususta aiheutuva laitevika. Yleensä oletetaan konservatiivisesti, että jos huoneessa syttyy palo, kaikki laitteet vikaantuvat. Tässä sovellutuksessa [1] stokastinen operaatioaikamalli yhdistettiin kaapelitilan todennäköisyyspohjaiseen palosimulointiin, jotta voitiin määrittää millä todennäköisyydellä palo saadaan hallintaan, ennen kuin palo aiheuttaa kaapelivian. Tarkastelun kohteena oleva kaapelitila sisältää sekä voima- että IC-kaapeleita (information and control) kahdesta rinnakkaisesta osajärjestelmästä (B ja D). Kaapelit muodostavat huoneen pääasiallisen palokuorman. Kaapelilähtöisissä paloissa voimakaapeleita pidetään todennäköisempänä syttymislähteenä kuin IC-kaapeleita. Tässä tutkimuksessa palon oletettiin alkavan B-osajärjestelmän voimakaapeleista. Huoneen geometria on esi-


kannalta siedettävät, kun näkyvyys on suurempi kuin 1 m, lämpötila alle 100ºC ja lämpösäteiominaisuudet sekä sprinklauksen vaste. Todennäköisyyspohjainen FDS-palosimulointi [5] ly alle 10 käsitti 100kW/m². realisaatiota, joissa automaattinen sammutusjärjestelmä oli toiminnassa, sekä 100

realisaatiota, joissa se ei ollut toiminnassa. Kun automaattinen sammutusjärjestelmä oli toiminnassa, yksikään simuloiduista paloista ei kaapelin vikaantumista osajärjestelmässä D. 86%:ssa tapauksista olosuhteet pytetty kuvassa 1a. Alkupalon oletettiin sijait- aiheuttanut a) b) syivät pelastustoiminnan kannalta siedettävinä kaikilla ovilla koko palon ajan. Kun automaatsevan yhtä todennäköisesti missä tahansa Btinen sammutusjärjestelmä ei ollut toiminnassa, 66% (kriittinen lämpötila 180°C) ja 64% osajärjestelmän voimakaapelissa. Muita sa(215°C) paloista johti kaapelien vikaantumiseen D-osajärjestelmässä. Kaikissa tapauksissa tunnaismuuttujia olivat alkupalon koko, voityt menetelmät lähteissä ja [9]. Kaapelin oletettiin vikaantuvan, kunkaapelien sen eritemateriaali savuilmaisin reagoi[8] 5 minuutin sisällä syttymisestä. Ensimmäiset vikaantumiset tamakaapeleiden ja seinärakenteiden ominaisaavuttaa lämpötilan 180°C tai 215°C [10]. Olosuhteiden oletettiin olevan pelastustoiminnan pahtuivat suunnilleen 8 minuuttia myöhemmin. Tässä vaiheessa olosuhteet olivat vielä pelaskannalta siedettävät, kannalta kun näkyvyys on suurempi 1 m, lämpötilavikaantumisaikojen alle 100ºC ja lämpösäteisuudet sekä sprinklauksen vaste. Todennäköitustoiminnan siedettävät kaikilla kuin ovilla. Kaapelien kertymäfunkly alle 10 kW/m². syyspohjainen FDS-palosimulointi [5] käsitti tiot on esitetty kuvassa 1b.

100 realisaatiota, joissa automaattinen samKun automaattinen sammutusjärjestelmä oli toiminnassa, yksikään simuloiduista paloista ei mutusjärjestelmä oli toiminnassa, sekä 100 Paloskenaarioon liittyvä operatiivisen toiminnan skenaario oli seuraava. Palo havaitaan saaiheuttanut kaapelin vikaantumista D. 86%:ssaNäköhavaintoon tapauksista olosuhteet py-havaitvuilmaisimien välityksellä taiosajärjestelmässä kun sprinklaus käynnistyy. perustuva realisaatiota, joissa se ei ollut toiminnassa.syivät pelastustoiminnan kannalta siedettävinä kaikillaliikutaan ovilla koko palonTieto ajan. palohavainnosta Kun automaat- välitseminen on epätodennäköistä, sillä huoneessa harvoin. Palosimuloinnissa satunnaismuuttujien tinen sammutusjärjestelmä ei ollut toiminnassa, 66% (kriittinen lämpötila 180°C) ja 64% soittaa tyy automaattisesti valvomoon, vartiokeskukseen sekä laitospalokunnalle. Valvomo realisaatiot valittiin Latin Hypercube -me(215°C) paloista johti kaapelien vikaantumiseen D-osajärjestelmässä. Kaikissa tapauksissa vartiokeskukseen ja lähettää henkilön varmistamaan palon (useimmat hälytykset ovat vääriä). savuilmaisin reagoi 5hälyttää minuutin sisällä syttymisestä. Ensimmäiset kaapelien vikaantumiset tanetelmällä (LHC), joka vähentää tarvittaVartiokeskus palokunnan. Palokunnan saavuttua kohteeseen, laitoksen henkilökunta pahtuivat suunnilleen 8 minuuttia myöhemmin. Tässä vaiheessa olosuhteet olivat vielä pelasvaa otoskokoa verrattuna perinteisen Monte antaa lisätietoa tilanteesta. Mikäli tarpeen, valvomo huolehtii jännitteen katkaisusta, ennen Kuva 1.kannalta a) Kaapelitilan geometria; b) Kaapelien vikaantumisaikojen kertymäfunktiot kriittisille lämtustoiminnan siedettävät kaikilla ovilla. Kaapelien vikaantumisaikojen kertymäfunkCarlo -menetelmän edellyttämiin otoskokoikuin palokunta voi edetäkun kaapelitilaan ja aloittaa sammutustoiminnan. Toiminnalliset vaiheet pötiloille 180°C ja 215°C, automaattinen sammutusjärjestelmä ei ollut toiminnassa. tiot on mallinnettiin esitetty kuvassa 1b. käyttäen menetelmää, joka alun perin kehitettiin LaSalle:n ydinvoimalaitoksen hin [6,7]. Palosimuloinnit kuvataan tarkem2. yksikön paloanalyysiin [11] ja muokattiin myöhemmin Krsko:n ydinvoimalaitoksen todenmin lähteessä [1] ja käytetyt menetelmät lähPaloskenaarioon liittyvä operatiivisen toiminnan skenaariovalittiin oli seuraava. Palo havaitaan sanäköisyyspohjaiseen paloriskinarviointiin soveltuvaksi [12]. Palosimuloinnissa satunnaismuuttujien realisaatiot Latin Hypercube –menetelmällä teissä [8] ja [9]. Kaapelin oletettiin vikaantuvuilmaisimien välityksellä tai kun sprinklaus käynnistyy. Näköhavaintoon perustuva havait(LHC), joka vähentää tarvittavaa otoskokoa verrattuna perinteisen Monte Carlo –menetelmän van, kun sen eritemateriaali saavuttaa lämpöseminenedellyttämiin on epätodennäköistä, sillä[6,7]. huoneessa liikutaan harvoin. palohavainnosta välitotoskokoihin Palosimuloinnit kuvataanTieto tarkemmin lähteessä [1] ja käytetilan 180 °C tai 215 °C [10]. Olosuhteiden tyy automaattisesti valvomoon, vartiokeskukseen sekä laitospalokunnalle. Valvomo soittaa vartiokeskukseen ja lähettää henkilön varmistamaan palon (useimmat hälytykset ovat vääriä). oletettiin olevan pelastustoiminnan kannalta Vartiokeskus hälyttää palokunnan. Palokunnan saavuttua kohteeseen, laitoksen henkilökunta siedettävät, kun näkyvyys on suurempi kuin antaa lisätietoa tilanteesta. Mikäli tarpeen, valvomo huolehtii jännitteen katkaisusta, ennen 1 m, lämpötila alle 100 °C ja lämpösätei-ly kuin palokunta voi edetä kaapelitilaan ja aloittaa sammutustoiminnan. Toiminnalliset vaiheet alle 10 kW/m². mallinnettiin käyttäen menetelmää, joka alun perin kehitettiin LaSalle:n ydinvoimalaitoksen Kun automaattinen sammutusjärjestelmä 2. yksikön paloanalyysiin [11] ja muokattiin myöhemmin Krsko:n ydinvoimalaitoksen todenoli toiminnassa, yksikään simuloiduista näköisyyspohjaiseen papaloriskinarviointiin soveltuvaksi [12]. loista ei aiheuttanut kaapelin vikaantumista osajärjestelmässä D. 86 %:ssa tapauksista olosuhteet pysyivät pelastustoiminnan kannalta siedettävinä kaikilla ovilla koko palon ajan. Kun automaattinen sammutusjärjestelmä ei ollut toiminnassa, 66 % (kriittinen lämpötila 180°C) ja 64 % (215 °C) paloista johKuva 2. Operatiivisen toiminnan vaiheet kaapelitilan paloskenaarion yhteydessä. ti kaapelien vikaantumiseen D-osajärjestelmässä. Kaikissa tapauksissa savuilmaisin rea- Operatiivista toimintaa kuvaava vuokaavio on esitetty kuvassa 2. Vaakasuorat nuolet kuvaagoi 5 minuutin sisällä syttymisestä. Ensim- vat toiminnan eri vaiheita, pystysuorat nuolet kuvaavat informaation kulkua. Aikaviive syttymäiset kaapelien vikaantumiset tapahtuivat misestä palon hallintaan saamiseen voidaan ilmaista matemaattisesti seuraavasti: suunnilleen 8 minuuttia myöhemmin. Täs- sen todennäköisyyspohjaiseen paloriskinarvi- hallintaan saamiseen tarvittava aika. Yhtälön ∆tOPER = ∆tDET + max [∆tCR, (∆tGC + ∆tFB,1 1 + aikaviiveet ∆tFB,2 + ∆tFB,3mallinnettiin )] + ∆tCO + ∆tVyksityiskohtaises+ ∆tFB,4 [1] sä vaiheessa olosuhteet olivat vielä pelastus- ointiin soveltuvaksi [12]. toiminnan kannalta siedettävät kaikilla ovilla. Operatiivista toimintaa kuvaava vuokaa- ti laitoskohtaisen tiedon perusteella. Joitakin Kaapelien vikaantumisaikojen kertymäfunk- vio on esitetty kuvassa 2. Vaakasuorat nuolet mallin parametreja on esitetty taulukossa 1. tiot on esitetty kuvassa 1b. kuvaavat eri toiminnan vaiheita, pystysuorat Koska automaattisen sammutusjärjestelKuva 2.toiminnan Operatiivisen vaiheet kaapelitilan paloskenaarion yhteydessä. Paloskenaarioon liittyvä operatiivisen toi- nuolet kuvaavat informaation kulkua. Aika- män toimiessa palosimuloinneissa ei lainkaan Operatiivista toimintaa kuvaava vuokaavio on esitettyesiintynyt kuvassa 2.kaapelin Vaakasuorat nuolet kuvaaminnan skenaario oli seuraava. Palo havaiviive syttymisestä palon hallintaan saamiseen vikaantumista, yhdistetyt vat toiminnan eri vaiheita, pystysuorat nuolet kuvaavat informaation kulkua. Aikaviive syttytaan savuilmaisimien välityksellä tai kun voidaan ilmaista matemaattisesti seuraavasti: palo+operaatioaika -simuloinnit toteutettiin misestä palon hallintaan saamiseen voidaan ilmaista matemaattisesti seuraavasti: sprinklaus käynnistyy. Näköhavaintoon perustuva havaitseminen on epätodennäköistä, ∆tOPER = ∆tDET + max [∆tCR, (∆tGC + ∆tFB,1 + ∆tFB,2 + ∆tFB,3)] + ∆tCO + ∆tV + ∆tFB,4 [1] sillä huoneessa liikutaan harvoin. Tieto palohavainnosta välittyy automaattisesti valvomoon, vartiokeskukseen sekä laitospalokun- jossa ∆tOPER on koko operaatioaika, ∆tDET on vain sprinklaamattomille tapauksille. Tilannalle. Valvomo soittaa vartiokeskukseen ja lä- aikaviive syttymisestä havaitsemiseen ∆tCR ne jaettiin kahteen tapaukseen sen mukaan, hettää henkilön varmistamaan palon (useim- on aikaviive havaitsemisesta siihen, kun val- tarvittiinko jännitteen katkaisu ennen sammat hälytykset ovat vääriä). Vartiokeskus hä- vomon henkilökunta on tehnyt ensimmäiset mutuksen aloittamista vai ei. Jännitteen katlyttää palokunnan. Palokunnan saavuttua toimenpiteet mukaan lukien palon varmis- kaisuun kuluu 10–30 minuuttia. Kuvassa 3 kohteeseen, laitoksen henkilökunta antaa li- tus, ∆tGC on aikaviive syttymisestä hetkeen, on esitetty tulokset simuloinneista, joissa kusätietoa tilanteesta. Mikäli tarpeen, valvomo jolloin vartiokeskus tekee hälytyksen, ∆tFB,1 hunkin 100 palosimuloinnista on yhdistetty huolehtii jännitteen katkaisusta, ennen kuin on palokunnan vaste hälytyksestä kohteeseen, 1000 operaatioaikasimulointia. Kuvasta voipalokunta voi edetä kaapelitilaan ja aloittaa ∆tFB,2 on palo-kunnan selvitysaika rakennuk- daan nähdä, että jännitteen katkaisuun kusammutustoiminnan. Toiminnalliset vaiheet sen sisäänkäynnin luokse, ∆tFB,3 on palokun- luu melkein puolet koko operaatio-ajasta. Ilmallinnettiin käyttäen menetelmää, joka alun nan siirtymisaika palotilan ovelle, ∆tCO pa- man jännitteen katkaisua koko operaatioaika perin kehitettiin LaSalle:n ydinvoimalaitok- lokunnan ja valvomon yhteistoimintaan on alle 30 minuuttia 60 prosentissa tapauksen 2. yksikön paloanalyysiin [11] ja muokat- tarvittava aika, ∆tV on jännitteen katkaisuun sista. Jännitteen katkaisun kanssa operaatiotiin myöhemmin Krsko:n ydinvoimalaitok- tarvittava aika ja ∆tFB,4 on palon etsimiseen ja aika on 60 prosentissa tapauksista yli 50 miPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

55


FB,4

aika. Yhtälön 1 aikaviiveet mallinnettiin yksityiskohtaisesti laitoskohtaisen tiedon perusteella. Joitakin mallin parametreja on esitetty taulukossa 1. Taulukko 1. Joitakin mallin parametreja.

nuuttia. Toinen merkittävä viive operaatioTapahtuma Tod.näk. Viive Jakauma Lähde ajassa on valvomon viive, joka aiheutuu siiIlmaisuaika 17–291s Palosimulointi Savuilmaisu ei toimi 0.1%–2% → Havaitseminen tä, että palo on varmistettava silmämääräiaistein sesti. Vaikka automaattinen palon havaitseHavaitseminen aistein 1–120 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio minen ja hälytys ovat nopeita, jokainen tuRyhmähälytyksen teko 0.1–0.5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio lipalo on varmistettava, koska useimmat auVäärä osoite 1%–5% 2–10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio tomaattisista hälytyksistä ovat vääriä. KriittiHälytyksen kuittaaminen 0.5 – 5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Soitto vartiokeskukseen 0.5 – 2 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio sen lämpötilan ollessa 180 °C (konservatiiviYhteistyö 1 – 10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio nen oletus) palokunta onnistui ehkäisemään Jännitteen katkaisu 10 – 30 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio kaapelin vikaantumisen 0.7 %:ssa tapauksisPalon varmistaminen 2 – 18 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio ta, jos jännite piti katkaista, ja 25.2 %:ssa taVäärä reitti 1%-10% 1 – 15 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio pauksista, jos jännitteen katkaisua ei tarvittu. Palokunnan vaste 4 min (keskim.) Gamma Tilastot (α=2.82, β=0.27, Ydinvoimalaitoksen todennäköisyyspohjaitmin=0.24) sen paloriskinarvioinnin sammutusanalyysisVälineet puuttuvat 1%–10% 5–10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio sä huomioidaan sekä automaattisen sammuReitillä oleva este 6% 5–10 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio tusjärjestelmän vaikutus, että palokunnan Muut hälytykset 3% 10–15 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio toiminnan vaikutus. Sammutusanalyysin taSelvitysaika ovelle 0.5–5 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio Letkurikko 2%–10% 2–4 min pahtumapuu on esitetty kuvassa 4. SprinkleTasajakauma Asiantuntija-arvio Liitinrikko 1%–5% 2–4 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio rijärjestelmän pettämisen todennäköisyyden Pumppu ei toimi 1%–5% 2–4 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio oletettiin olevan 2 %–4 %. Kuvan 4 tapahSiirtyminen huoneen ovelle 0.5 min Deterministinen tumapuun mukaan ehdollinen vikaantumisAvaimet unohtuneet 2%–20% 3–6 min Tasajakauma Asiantuntija-arvio todennäköisyys (P6) on 1.31 %–2.62 %, jos tulipalo Systemaattinen etsintä 0–7automaattisista minautomaattisista Tasajakauma on koska useimmat hälytyksistä ovat Kriittisen vääriä. Kriittisen tulipalo on varmistettava, varmistettava, koska useimmat hälytyksistä ovatAsiantuntija-arvio vääriä. jännite on katkaistaan ja 0.99 %–1.97 %, jos lämpötilan lämpötilan ollessa ollessa 180°C oletus) palokunta onnistui ehkäisemään kaapelin kaapelin 180°C(konservatiivinen (konservatiivinen oletus) palokunta onnistui ehkäisemään Koska automaattisen sammutusjärjestelmän toimiessa palosimuloinneissa ei lainkaanjos jännitettä ei katkaista. Toimivan sprinkleri- vikaantumisen vikaantumisen 0.7% tapauksista, jos jännite piti katkaista, ja 25.2 % tapauksista, 0.7% tapauksista, jos jännite piti katkaista, ja 25.2 % tapauksista, jos esiintynyt kaapelineivikaantumista, yhdistetyt palo+operaatioaika -simuloinnit toteutettiin vain järjestelmän tapauksessa manuaalisen sam- jännitteen jännitteen katkaisua tarvittu. katkaisua eitapauksille. tarvittu. Tilanne jaettiin kahteen tapaukseen sen mukaan, tarvittiinko sprinklaamattomille mutuksen todennäköisyyttä ei voitu simujännitteen katkaisu ennen sammutuksen aloittamista vai ei. Jännitteen katkaisuun kuluu 10–30 loida, koska vikaantumisia ei 100 realisaaminuuttia. Kuvassa 3 on esitetty tulokset simuloinneista, joissa kuhunkin 100 tion joukossa ollut, joten konservatiivisespalosimuloinnista on yhdistetty 1000 operaatioaikasimulointia. Kuvasta voidaan nähdä, että jännitteen katkaisuun kuluu melkein puolet koko operaatio-ajasta. Ilman jännitteen katkaisua ti oletettiin, että vikaantumisen todennäköikoko operaatio-aika on alle 30 minuuttia 60 prosentissa tapauksista. Jännitteen katkaisun syys on <1%. Yhdistämällä edelliset haarat kanssa operaatioaika on 60 prosentissa tapauksista yli 50 minuuttia. Toinen merkittävä viive (P3+P6) saatiin tulokseksi, että syttymisen operaatioajassa on valvomon viive, joka aiheutuu siitä, että palo on varmistettava sattuessa alijärjestelmässä B vikaantumisen silmämääräisesti. Vaikka automaattinen palon havaitseminen ja hälytys ovat nopeita, jokainen ehdollinen todennäköisyys alijärjestelmässä D on <2.3 %–3.6 %, jos jännite katkaistaan, ja <2.0 %–2.9 %, jos jännitettä ei katkaista. Kaiken kaikkiaan manuaalisella palontorjunnalla palokunnan toimesta oli simuloinneissa vähäinen vaikutus vikaantumistodennäKuva 3. Stokastisen operaatioaikamallinnuksen tulokset. köisyyteen verrattuna sprinklaukseen, joka ehkäisi vikaantumisen kaikissa simuloiduisKuva 3. Stokastisen operaatioaikamallinnuksen tulokset. sa tapauksissa.

SOVELLUTUS 2: SÄILIÖVAUNUPALO RAUTATIEASEMALLA Tampereen Keskusareena on hanke, jonka tarkoituksena on rakentaa uusi monitoimihalli Tampereelle [13]. Halli tulee sijaitsemaan Sorin sillasta etelään junaradan päällä, Tampereen keskustassa rautatie- ja linja-autoasemien läheisyydessä. Sorin silta ja areena liitetään toisiinsa kannella, jonka päälle on suunniteltu hallin lisäksi toimisto- ja asuinrakentamista. Alustavan turvallisuus- ja paloteknisen suunnitelman mukaan kannen kantavat rakenteet mitoitetaan kestämään palavan nesteen säiliövaunun palo, jossa 200 Kuva 4. Sammutusanalyysin tapahtumapuu. MW:n paloteholla polttoaine riittää teoreettisesti noin 3,5 tunnin paloon [14]. Tätä todennäköisyyspohjaisen paloriskinarvioinnin sammutusanalyysissä kuvitteellista tilannetta käytettiin sovellus- Ydinvoimalaitoksen suurpalon aiheuttamaan monimutkaiseen ti- ovat käytettävissä riittävän nopeasti. Usein huomioidaan sekä automaattisen sammutusjärjestelmän vaikutus, että palokunnan toiminnan esimerkkinä hankkeessa ”Pelastustoimen vas- Kuva lanteeseen kaupungin keskustassa. tehokkuuden arviointi perus4. Sammutusanalyysin vaikutus. Sammutusanalyysin tapahtumapuu. tapahtumapuu onorganisaation esitetty kuvassa 4. Sprinklerijärjestelmän teen simulointi Suurpaloissa (SIREENI)”, pettämisen Suurpalon hallintaan saaminen edellyttää, tilastoihin, eivät kuitenkaan sisältodennäköisyyden oletettiin olevan tuu 2%–4%. Kuvanjotka 4 tapahtumapuun mukaan jossa päätavoitteena oli kokeilla, voidaanko ehdollinen että riittävästi resursseja (henkilökunta,(P6) lait-on lä riittävästi aineistoa suurpaloista, eikä suurvikaantumistodennäköisyys 1.31%–2.62%, jos jännite on katkaistaan ja stokastista operaatioaikamallinnusta soveltaa Ydinvoimalaitoksen teet, vesi) on käytettävissä ja ei ettäkatkaista. resurssit Toimivan paloihin liittyviä riskejä tai resurssitarpeita 0.99%–1.97%, jos jännitettä sprinklerijärjestelmän tapauksessa todennäköisyyspohjaisen paloriskinarvioinnin sammutusanalyysissä 56

manuaalisen sammutuksen todennäköisyyttä ei voitu simuloida, koska vikaantumisia ei 100toiminnan huomioidaan sekä automaattisen sammutusjärjestelmän vaikutus, että palokunnan realisaation joukossa ollut, joten konservatiivisesti oletettiin, että vikaantumisen PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 vaikutus. Sammutusanalyysin tapahtumapuu on esitetty kuvassa 4. Sprinklerijärjestelmän todennäköisyys on <1%. Yhdistämällä edelliset haarat (P3+P6) saatiin tulokseksi, että pettämisen todennäköisyyden oletettiin olevan 2%–4%. Kuvan 4 tapahtumapuun mukaan


pystytä niiden avulla perustelemaan. Pyrkimys sammutus- ja pelastustoimien ajallisen keston ymmärtämiseen on nähtävissä sisäasiainministeriön julkaisemassa toimintavalmiuden suunnitteluohjeessa [15]. Joitakin pelastustoiminnan aikaviiveitä (hälytys-aika, lähtö-aika, ajoaika) seurataan ja talletetaan systemaattisesti elektroniseen tietokantaan PRONTO [16]. Empiiristä tietoa pelastuslaitoksen toimien vaatimista ajoista huoneistopaloissa ja liikenneonnettomuuksissa ovat keränneet Suomessa Jäntti ym. [17]. Pelastusoperaatioiden ajallista mallintamista on aiemmin tutkinut mm. Marchant [18], joka kehitti tapahtumapohjaisen työkalun palokunnille ja paloinsinööreille (Fire Brigade Intervention -malli). Meidän työssämme stokastista operaatioaikamallinnusta käytettiin kokonaistilanteen ajallisen kehityksen tutkimiseen. Simuloinnin tulos oli vesitykkien toiminnallisen valmiuden ajallinen jakauma. Palosimulointia käytettiin vesitykkien jäähdytysvaikutuksen arviointiin vesitykkien eri määrillä ja konfiguraatioilla [19]. Vertailun vuoksi simuloitiin sprinklerien toimintaa eri virtaamilla. Lopuksi muodostettiin käsitys jäähdytysvaikutuksen ajallisesta kehittymisestä yhdistämällä simuloitujen toimintavalmiusaikojen jakaumat jäähdytysvaikutuksiin. Työssä ei tarkasteltu palon vaikutuksia rakenteille tai palon leviämisriskiä. Myöskään vesitykkien tai sprinklereiden sammutusvaikutusta ei tutkittu. Palavan nesteen säiliövaunut pyritään tulipalotilanteessa ensisijaisesti ajamaan pois kannen alta. Nyt kuitenkin olettiin tämän olevan syystä tai toisesta mahdotonta. Tällainen tilanne voi syntyä, jos vaunut ovat esimerkiksi ilkivallan tai kolarin seurauksena suistuneet raiteiltaan tai jarruputket tai johtimet ovat palon johdosta vaurioituneet. Käytännössä vaunu ei pala, vaan vuoto palaa vaunun alla; palava neste esiintyy vaunun alla lammikkona tai suihkuaa. Riskinä on, että kyseinen tai viereinen vaunu kuumenee niin että repeää. Tilanteessa on tärkeää selvittää nopeasti, mikä aine on kyseessä, sillä se vaikuttaa pelastushenkilöstön varusteisiin ja toimintatapaan. Ratapihalla tapahtuva palotilanne koskee useita toimijoita, joitakin välittömästi ja joitakin myöhemmin, esimerkiksi jälkiraivauksen tai onnettomuustutkinnan yhteydessä. Tavalla tai toisella tilanteesta informoidaan seuraavia toimijoita: liikennöitsijä, liikenteenohjaus, käyttökeskus, hätäkeskus, pelastuslaitos, poliisi, rataliikennekeskus, liikennöitsijän raivausryhmä, isännöitsijä, kunnossapitäjä, sähkökunnossapitäjä, muut alueen työt, onnettomuustutkintakeskus ja Liikenteen turvallisuusvirasto (Trafi). Mallinnuksessa edellämainittujen toimijoiden roolit ja keskinäiset yhteydet tunnistettiin. Ne toimijat, vaiheet ja, jot-

ka muodostavat tilanteessa kriittisen polun, veturimiehistön, työkoneenkuljettajan, pelasesitetään kuvassa 6. tuslaitoksen tai rautatieyrityksen pelastusykSuunniteltu kansirakenne sijaitsee niin sa- sikköön kuuluvan henkilön velvollisuus. Ennotulla ensimmäisellä riskialueella, joten en- nen hätämaadoituksen tekemistä on otettava simmäisen pelastusyksikön tulee saavuttaa yhteys käyttökeskukseen, joka erottaa jännitkohde pääsääntöisesti kuuden minuutin ku- teestä kaikkien raiteiden ajojohtimet onnetluessa hälytyksestä, ja pelastusjoukkue pyri- tomuuspaikan molemmin puolin erotusjaktään saamaan kokonaisuudessaan paikalle 20 sosta erotusjaksoon. Hätämaadoituksen teminuutin kuluessa hälytyksestä. Pelastusjouk- on jälkeen sähköalan ammattihenkilön tulee kue hälytetään, jos hätäilmoituksen sisällön tarkistaa maadoitukset ja tehdä tarvittavat litai kohteen laadun perusteella on pääteltävis- sämaadoitukset. sä, ettei pelastusyksikkö riitä tehtävän suoritAikajanat laskettiin kullekin toimijalle, tamiseen. Pelastuskomppania hälytetään ti- ottaen huomioon mahdolliset poikkeamat. lanteisiin, joissa pelastusjoukkue ei todennä- Kunkin toimijan toiminta alkaa, kun toimiköisesti riitä. Pelastuskomppania hälytetään ja saa tiedon tilanteesta, minkä jälkeen toimiaina, kun suuret henkilömäärät ovat vaarassa ja alkaa suorittaa omaa prosessiaan. Koska tatai kun palo tai muu onnettomuus kohteen voitteen oli kumuloituvien resurssien simulaadun tai hätäilmoituksen perusteella tode- lointi, ja koska kriittisiä resursseja olivat vetaan levinneeksi tai se uhkaa levitä laajaksi. sitykit, kutakin vesitykkiä käsiteltiin mallissa Ennen pelastustoiminnan aloittamista erillisenä toimijana, jolla oli oma aikajanansa. välittömästi ja joitakin myöhemmin, esimerkiksi jälkiraivauksen tai onnettomuustutkinnan ajojohtimeen on tehtävä ns. hätämaadoitus. Laskelmamallin keskeiset prosessit on esitetty yhteydessä. Tavalla tai toisella tilanteesta informoidaan seuraavia toimijoita: liikennöitsijä, Hätämaadoitus tehdään onnettomuuspai6. Mallinpoliisi, rakenne,rataliikennekeskus, toimijoiden rooliikenteenohjaus, käyttökeskus, hätäkeskus, kuvassa pelastuslaitos, kan molemminraivausryhmä, puolin joko paluukiskoon lit ja yhteydet keskenään määriteltiin liikennöitsijän isännöitsijä, tai kunnossapitäjä, sähkökunnossapitäjä, muut asianalueen metalliseen ratajohtopylvääseen. Ellei välisissä työryhmissä. Todennätyöt, onnettomuustutkintakeskus ja paikalla Liikenteentuntijoiden turvallisuusvirasto (Trafi). Mallinnuksessa edellämainittujen toimijoiden roolit ja keskinäiset yhteydet tunnistettiin. Ne toimijat, vaiheet ole sähköalan ammattihenkilöä, hätämaadoiköisyysjakaumat ja aikaviiveet määritettiin ja, jotka muodostavat tilanteessa kriittisen polun, esitetään kuvassa 6. tuksen tekeminen on tehtävään koulutetun tilastojen ja asiantuntija-arvioiden perusteel-

jolla oli oma aikajanansa. Laskelmamallin keskeiset prosessit on esitetty kuvassa 6. Mallin rakenne, toimijoiden roolit ja yhteydet keskenään määriteltiin asiantuntijoiden välisissä Kuva 5. Toimijat ja toimenpiteet ratapihan työryhmissä. Todennäköisyysjakaumat ja tulipalotilanteessa. aikaviiveet määritettiin tilastojen ja asiantuntijaarvioiden perusteella, paitsi vesitykkien selvitysajat, jotka mitattiin Tampereen aluepelastuslaitoksen, Pelastusopiston ja VTT:n yhteistyönä. Suunniteltu kansirakenne sijaitsee niin sanotulla ensimmäisellä riskialueella, joten Automaattinen Veturinkuljettaja Ohikulkija ensimmäisen pelastusyksikön tulee saavuttaa kohde pääsääntöisesti kuuden minuutin kuluessa paloilmaisu havaitsee palon havaitsee palon hälytyksestä, ja pelastusjoukkue pyritään saamaan kokonaisuudessaan paikalle 20 minuutin kuluessa MIN hälytyksestä. Pelastusjoukkue hälytetään, jos hätäilmoituksen sisällön tai kohteen Palo havaittu laadun perusteella on pääteltävissä, ettei pelastusyksikkö riitä tehtävän suorittamiseen. Palavan Liikenteen Pelastuslaitoksen Pelastuskomppania hälytetään tilanteisiin, joissaSähköjen pelastusjoukkue ei todennäköisesti riitä. aineen pysäyttäminen katkaisu hälyttäminen Pelastuskomppania hälytetään aina, kun suuret henkilömäärät ovat vaarassa tai kun palo tai selvittäminen MAX muu onnettomuus kohteen laadun tai hätäilmoituksen perusteella todetaan levinneeksi tai se Lupa maadoitukseen Pelastuslaitos kohteessa uhkaa levitä laajaksi. MAX

Maadoitus on Ennen pelastustoiminnan Maadoitus aloittamista ajojohtimeen tehtävä Maadoitukset ns. hätämaadoitus. veturinkuljettaja sähkökunnossapelastuslaitos Hätämaadoitus tehdään onnettomuuspaikan molemmin puolin joko paluukiskoon tai pitäjä metalliseen ratajohtopylvääseen. Ellei paikalla ole sähköalan ammattihenkilöä, hätämaadoituksen tekeminenMINon tehtävään koulutetun veturimiehistön, työkoneenkuljettajan, Palava aine selvitetty Hätämaadoitus tehty pelastuslaitoksen tai rautatieyrityksen pelastusyksikköön kuuluvan henkilön velvollisuus. MAX Ennen hätämaadoituksen tekemistä on otettava yhteys käyttökeskukseen, joka erottaa Pelastustoiminta voi alkaa jännitteestä kaikkien raiteiden ajojohtimet onnettomuuspaikan molemmin puolin Vesitykkiselvitykset erotusjaksosta erotusjaksoon. Hätämaadoituksen teon jälkeen sähköalan ammattihenkilön tulee tarkistaa maadoitukset ja tehdä tarvittavat lisämaadoitukset. Sammutus/jäähdytys voi alkaa

Aikajanat laskettiin kullekin toimijalle, ottaen huomioon mahdolliset poikkeamat. Kunkin Kuva 6. Laskentamallin keskeiset prosessit. toimijan toiminta alkaa, kun toimija saa tiedon tilanteesta, minkä jälkeen toimija alkaa suorittaa omaa prosessiaan. Koska tavoitteen oli kumuloituvien resurssien simulointi, ja koska kriittisiä resursseja olivat vesitykit, kutakin vesitykkiä käsiteltiin mallissa erillisenä toimijana,

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

57


Kuva 6. Laskentamallin keskeiset prosessit.

based protection in cable tunnel fires. Nucl. Eng. Des. (2011) , doi:10.1016/j.nucengdes.2011.09.014, 2011. 9. Matala A, Hostikka S and Mangs J. Estimation of pyrolysis model parameters for solid materials using thermogravimetric daKuva 7. Vesitykkien toimintavalmiusajan kumulatiivinen jakauma. Kukin käyrä edustaa yhtä ta. In: Fire Safety Science – Proceedings of vesitykkiä. la, paitsi vesitykkien selvitysajat, jotka mitat- dic Nuclear Safety Research (NKS). ”Pelas- the Ninth International Symposium. Intertiin Tampereen aluepelastuslaitoksen, Pelas- tustoimen vasteen simulointi Suurpaloissa national Association for Fire Safety Science, tusopiston ja VTT:n yhteistyönä. (SIREENI)”-projekti tehtiin VTT:n ja Pelas- pp. 1213–1223, 2008. MonteCarlon Carlon -simuloinnin tulokset tusopiston yhteistyönä ja sitä rahoittivatesitetään Pa10. Andersson, Monte simuloinnin tulokset (1000 realisaatiota) kuvassa P. and 7. Van Hees, P., Per(1000 realisaatiota) esitetään kuvassa 7. Pelosuojelurahasto, Sisäministeriö, Liikennevi- formance Of Cables Subjected To Elevated Pelastusorganisaation toiminnasta tehtiin mm. seuraavat huomiot: lastusorganisaation toiminnasta tehtiin mm. rasto sekä selvittäminen VTT ja Pelastusopisto. Temperatures, Fire Safety Science, 8 (2005), O Hätämaadoitus ja palavan materiaalin aiheuttivat odotusaikaa yksiköille seuraavat huomiot: 1121–1132, 2005. niiden saapumisen jälkeen 11. Lambright, J., Brosseau, D.A., Payne, • Hätämaadoitus ja palavan materiaalin LÄHDELUETTELO selvittäminen aiheuttivat odotusaikaa yksi- 1. Hostikka, S., Kling, T. and Paajanen, A., A.C. Jr., Daniel, S.L., Analysis of the LaSalköille niiden saapumisen jälkeen Simulation of fire behaviour and human ope- le Unit 2 Nuclear Power Plant: Risk Met• Palavan materiaalin tunnistaminen on rations using a new stochastic operation time hods Integration and Evaluation Program nopeaa, kun vaunun numero on tiedossa. Pa- model. Proceedings of the 11th International (RMIEP), Rep. NUREG/CR-4832, Vol. 9, lavan vaunun numeron selventäminen saat- Probabilistic Safety Assessment and Manage- Washington, DC,1993. taa kestää kauan, jos vaunu on kaukana ve- ment Conference and The Annual European 12. Lambright, J., Cerjak, J. and Spiler, J. turista Safety and Reliability Conference, PSAM 11 Use of NPP Krsko plant specific data to mo• Eri vaiheessa paikalle saapuvien vesityk- & ESREL 2012, Helsinki, 25.–29.6.2012, del fire brigade response. In: IAEA. 2000. kien toimintavalmiusajoissa ei ole suuria ero- Stochastic Modelling and Simulation Techni- Use of operational experience in fire safety ja, vaikka ensimmäinen vesitykki saapuukin ques, 08–Mo3. assessment of nuclear power plants. IAEApaikalle yleensä huomattavasti ennen mui2. Hostikka, S., Kling, T., Vaari, J., Rin- TECDOC-1134. International Atomic ta, koska ennen selvitysten tekemistä odote- ne, T. and Ketola, J., Pelastustoimen vasteen Energy Agency. January 2000. taan maadoitusten valmistumista ja palavan simulointi suurpalossa, SIREENI-projektin 13. http://www.tampereenkeskusareeaineen selvittämistä. tulokset, Espoo 2012, VTT Technology 61. na.fi/en/tampere_central_arena (Referred 3. Hostikka, S. and Keski-Rahkonen, O., 27.4.2013) JOHTOPÄÄTÖKSET Probabilistic simulation of fire scenarios, 14. L2 Paloturvallisuus Oy, Tampereen Stokastinen oparaatioaikamallinnus on osoit- Nuclear Engineering and Design 224 (2003) kansi ja keskusareena, alustava turvallisuusja palotekninen suunnitelma, 2011. tautunut käyttökelpoiseksi menetelmäksi or- 301–311, 2003. 4. Hostikka, S., Development of fire simu15. Sisäasiainministeriö, Sisäinen turvalganisaation tehokkuuden arviointiin kriisitilanteissa. Se paljastaa keskeiset tekijät, jotka lation models for radiative heat transfer and lisuus, Pelastustoimen toimintavalmiuden vaikuttavat kriittisten operaatioiden kestoon probabilistic risk assessment, VTT publica- suunnitteluohje, Sisäasiainministeriön julkaisuja 21/2012, Helsinki, 2012. ja eri toimijoiden osuuksien välisiin kytken- tions 683, Doctoral dissertation, 2008. 5. McGrattan K, McDermott R, Hostik16. Tillander, Kati, Utilisation of statistics töihin. Lisäkehitystä tarvitaan mallinnusprosessin nopeuttamiseen, läpinäkyvyyden pa- ka S and Floyd J. Fire Dynamics Simulator to assess fire risks in buildings, VTT Publirantamiseen ja virhealttiuden vähentämiseen. (Version 5) User’s Guide. National Institu- cations 537, Doctoral Dissertation, Espoo, Tähän mennessä mallia on sovellettu vain pa- te of Standards and Technology, Gaithers- 2004. 17. Jäntti, J., Miettinen, P. and Tillander, lotilanteisiin, mutta sitä voitaisiin soveltaa burg, MD, NIST Special Publication 1019K., Pelastusyksikön ensimmäisiin toimenpimuihinkin pelastus- tai kriisinhallintatilan- 5, 2010. 6. McKay, M., Beckman, R. and Conover, teisiin kohteessa kuluva aika, Pelastusopiston teisiin. Menetelmän pohjalta ollaan parhaillaan kehittämässä työkalua pelastuslaitoksen W., A comparison of three methods for se- tutkimusraportti 3/2009. 18. Marchant, R., Kurban, N. and Wise, toimintavalmiuden vaikuttavuuden arvioin- lecting values of input variables in the analysis of output from a computer code, Techno- S., Development and Application of the Fire tiin asuntopaloissa. metrics 21(2), 239–245, 1979. Brigade Intervention Model. Fire TechnoloKIITOKSET 7. Stein, M., Large sample properties of si- gy 37, pp. 263–278, 2001. Kaapelitilaan liittyvä tutkimus tehtiin osa- mulations using Latin Hypercube sampling, 19. Hostikka, S., Kling,T., Vaari, J., Rinna ”Risk Assessment of Large Fire Loads Technometrics 29(2), 143–151, 1987. ne, T., Simulating the rescue service response (LARGO)”-projektia, jota rahoitti Valtion 8. Matala A and Hostikka S. Probabilistic in a railway tanker fire, Interflam 2013 (acydinjätehuoltorahasto (VYR), VTT ja Nor- simulation of cable performance and water cepted as oral presentation). 58

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


Päivi Mäkelä, Jussi Tapani, Mari Lehtimäki, Dan Frände Oikeustieteellinen tiedekunta, 20014 Turun yliopisto

Poliisin palonsyyn tutkinta, vakavien tulipalorikosten rikosprosessi ja rikoksentekijöiden piirteet Tutkimuksessa Läpi tulen – Empiirinen tutkimus poliisin palonsyyn tutkinnasta ja vakavien tulipalorikosten rikosprosessista analysoitiin yhdeltä vuodelta (2007) kaikkien sellaisten poliisin tietoon tulleiden ja syyteharkintaan edenneiden tuhotöiden, törkeiden vahingontekojen ja petosten rikosprosessi, joissa on ollut kysymys tulenkäytöstä. Empiiristä tapausaineistoa on analysoitu lainopin näkökulmasta; kattava systemaattisesti koottu aineisto on mahdollistanut niin tyyppitapausryhmien muodostamisen kuin tulkintojen ongelmakohtien tai erityispiirteiden tunnistamisen. Kvantitatiivinen tarkastelu on puolestaan nostanut esille eri nimikkeiden ”käyttäytymisen” rikosprosessin eri vaiheissa; samoin prosessiin kulunut aika on ollut tarkastelun kohteena. Tutkimuksessa on myös menty rikosprosessin taakse analysoimalla poliisin palonsyyn tutkintaa eli vaihetta, jossa teon määritteleminen rikokseksi tai onnettomuudeksi on käsillä. Aineiston kuvailussa luokiteltiin palokohteet ja tulipalojen syttymissyyt. Tutkinnan laadun analysoimiseksi muodostettiin laatuluokitus, jonka kohteena olivat sekä palonsyyn tutkinnan prosessi ja sen dokumentointi että tutkinnan lopputulos. Tutkimus on ensimmäinen poliisin palonsyyn tutkintailmoituksiin perustuva analyysi. Kerätystä aineistosta haluttiin tarkastella myös paloja sytyttäneiden henkilöiden piirteitä, tekojen motiiveja, liityntöjä henkilöiden muuhun rikollisuuteen sekä erityiskysymyksenä palorikosten uusijoita. Aiemmis-

ta tutkimuksista poiketen tarkastelu on ollut mahdollista eriyttää rikosprosessissa vahvistetun rikosnimikkeen mukaisesti, mikä on tuonut esiin eroja eri tekijäryhmien kesken.

Poliisin palonsyyn tutkinta Rikosprosessia koskevissa tutkimuksissa keskitytään yleensä niihin tapahtumainkulkuihin, jotka arvioidaan rikosprosessin eri vaiheessa. Tässä tapauksessa alkupisteeksi asetettiin varhaisempi hetki eli tilanne, jossa tapauksen tutkinta- ja määrittelytyö ¬ – onko kyseessä rikos vai ei – on vasta meneillään. Tästä syystä tarkastelun ensimmäiseksi kohteeksi tulivat poliisin palonsyyn tutkintailmoitukset (2391 kpl). Tutkimus on ensimmäinen poliisin palonsyyn tutkintailmoituksiin perustuva analyysi; tähän asti palonsyyn tutkintailmoituksista on ollut saatavissa ainoastaan määrällistä tietoa. Empiirisen aineiston kuvailussa luokiteltiin palokohteet ja tulipalojen syttymisen syyt. Aineisto osoitti palonsyyn tutkintailmoitusten kattavan hyvin laajan kirjon erilaisia paloja, joista noin kolmannes oli ihmisen toiminnan välitöntä seurausta. Tutkinnan laadun analysoimiseksi muodostettiin laatuluokitus, jonka kohteena olivat sekä palonsyyn tutkinnan prosessi ja sen dokumentointi (toiminnan laatu) että tutkinnan lopputulos (päätöksen laatu). Tutkimus osoitti, että palonsyiden tutkintaan liittyy monia tavanomaisesta rikostutkinnasta poikkeavia piirteitä. Tutkintalinjaa

ei aina pystytä valitsemaan oikein, vaan esitutkinta jää toimittamatta ja rikostapauksia päätetään onnettomuuden tutkintana. Tutkinnan laadusta löytyi puutteita ja ne näyttivät joissain tapauksissa merkitsevän tutkinnan pysähtymistä keskeneräisenä. Aineisto sisälsi tapauksia, jotka dokumentoinnin perusteella täyttivät jonkin rikoksen tunnusmerkistön. Näitä tapauksia oli kaikkiaan 372 (16 % kokonaisaineistosta). Näistä 177 tapaukseen oli laadittu myöhemmin rikosilmoitus. Oikealla nimikkeellä laadittujen 158 tapauksen rikosnimikkeet jakautuivat suuruusjärjestyksessä vahingonteot, varomaton käsittely, tuhotyö ja yleisvaaran tuottamus. Muita nimikkeitä oli pienempiä määriä. Tapaukset, joiden teon kuvauksissa oli rikokseen viittaavaa, mutta joissa rikosilmoitusta ei ollut tehty, jaettiin kahteen ryhmään: niihin, joissa väärällä tutkintalinjalla ei ollut yksittäistapauksen kannalta suurta merkitystä (115 tapausta, 5 %) ja niihin, joissa valinnalla oli merkitystä (80 tapausta, 3 %). Ensin mainitun ryhmän tapauksille oli tyypillistä se, että rikosilmoituksen laatimatta jättäminen ei aina tarkoittanut esitutkinnan ulkopuolelle jäämistä. Joskus toimenpiteitä oli tehty, mutta niiden tuloksena epäiltyä tekijää ei saatu selville. Tapaukset olivat pääosin tahallisesti sytytettyjä, nimikkeeltään vahingonteoiksi arvioituja ja ne kohdistuivat usein ajoneuvoihin tai jäteastioihin. Jälkimmäiselle ryhmälle oli puolestaan tyypillistä, että rikosilmoituksen laatimatta jättäminen tarkoitti esitutkinnan toimenpiteiPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

59


den suorittamatta jättämistä. Tapaukset olivat pääosin tuottamuksella aiheutettuja ja epäilty tekijä oli tiedossa. Dokumentoinnin perusteella menettely täytti tyypillisesti varomattoman käsittelyn tai yleisvaaran tuottamuksen tunnusmerkistön, ja useimmiten ne olivat saaneet alkunsa tupakoinnista. Vaikuttaa siltä, että rikoslaissa (RL) asetettu rangaistavuuden kriteeri on omiaan aiheuttamaan vaaraa tuottaa poliisille tulkintaongelmia. Vielä harvemmin arvioinnin kohteeksi otettiin työturvallisuuteen tai ympäristöön kohdistuvien rikosnimikkeiden mahdollisuus. Esitutkinnan suorittamatta jättämiselle on vaikea esittää yksiselitteistä syytä. Jossain tapauksissa aineistosta oli kuitenkin havaittavissa, että tutkinta oli suoritettu puutteellisesti. Näiden selkeiden puutteiden osuus aineistosta oli 91 tapausta (4 % kokonaisaineistosta). Koska kirjallinen aineisto ei useinkaan antanut mahdollisuuksia kovin hienojakoiseen tarkasteluun, on puutteelliset tutkinnat arvioitu melko varovaisesti; näin löydettiin vain räikeimmät puutteet. Palojen tutkinnassa on useita tärkeitä lenkkejä. Avainasemassa on ensinnäkin pelastustoimen johtaja ja hänen tekemänsä arvio menettelyn tahallisuudesta tai huolimattomuudesta. Jos arvio on virheellinen tai siinä päädytään liian löyhästi ei voida arvioida -kriteerin soveltamiseen, esitutkintaa vaativat tapaukset eivät etene poliisille. Toiseksi on syytä korostaa ensipartion merkitystä. Jos ensipartio ei tee ilmoitusta, tapaus ei etene esitutkintaan. Vasta kolmantena lenkkinä ketjussa on sekalais- tai rikosilmoitus, tutkijan toimenpiteet ja tutkinnanjohtajan päätökset. Tämän ketjun tarkempi analysointi edellyttäisi jatkotutkimuksen tekemistä.

Tuhotyörikosten tutkinnan ja rikosprosessin piirteet Tuhotyönimikkeellä tehtyjä rikosilmoituksia oli Manner-Suomessa vuodelta 2007 kaikkiaan 484 kappaletta, joista 477 eli 99 % oli tulenkäytöllä toteutettuja. Näin tämän tutkimuksen johtopäätelmät tuhotyörikoksista kattavat käytännössä koko ilmiökentän. Jos selvitysprosentti lasketaan syyttäjälle edenneistä tapauspäätöksistä ja muista tapauspäätöksistä joissa tekijä on tiedossa, päästään 41 %:iin. Samana vuonna vahingontekojen selvitysprosentti oli 25. Empiirinen aineisto osoitti, että osa poliisin tuhotyönä tutkimista tapauksista arvioitiin rikosoikeudellisesti nimenomaan vahingontekoina. Tämä on selvästi osoitettavissa syyttäjälle edenneissä tapauksissa. Vaikka tutkimuksessa ei ollut mahdollista analysoida yksityiskohtaisesti keskeytettyjä tutkintoja on selvää, että vahingontekoja oli erityisesti siinä joukossa runsaasti (kes60

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

keytettyjä tutkintoja 282 kpl, 59 % kaikista tulella toteutetuista tuhotöistä). Tälle johtopäätökselle antaa entisestään tukea tuhotöinä tutkittujen rikosten kohdejakauma, mikä sisälsi lukuisia lähinnä vahingontekorikoksille tyypillisiä kohteita, kuten henkilöautoja. Mistä rikosnimikkeen ”ylikirjaaminen” voisi johtua? Eräs selittävä tekijä on poliisityön käytännön näkökulma. Ensinnäkin taustalla voi olla ajatus siitä, että tuhotyössä pakkokeinojen käyttömahdollisuus on laajempi kuin vahingonteossa, jos kohta törkeän vahingonteon ja tuhotyön välillä tätä eroa ei ole. Toiseksi selitystä voidaan hakea oikeudellisen normiston tulkinnanvaraisuudesta. Yleisvaarallisten rikosten luku ei poliisityössä välttämättä tule kovin usein vastaan, etenkin kun otetaan huomioon, että poliisissa ei juuri ole palorikoksiin keskittyneitä yksiköitä. Tällöin tietämys säännösten tulkinnasta voi jäädä heikoksi, ja tuhotyönimike saatetaan mieltää yleisnormiksi, joka soveltuu mihin tahansa tahallisesti sytytetyn tulipalon arviointiin. Tulipalorikoksissa relevanttien rikosnimikkeiden keskinäissuhteiden hahmottamista ei helpota se, että ne ovat hajallaan rikoslain sisällä. Vaaran aiheuttaminen sisältyy henkeen ja terveyteen kohdistuvia rikoksia sääntelevään 21 lukuun, tuhotyörikokset sekä yleisvaaran tuottamus ja törkeä yleisvaaran tuottamus yleisvaarallisia rikoksia sääntelevään 34 lukuun. Vahingontekorikokset löytyvät 35 luvusta, ja varomaton käsittely terveyttä ja turvallisuutta vaarantavia rikoksia sääntelevästä 44 luvusta. Kolmas syy liittyy kuulustelutaktiikkaan. Kuulustelut aloitetaan usein olosuhteissa, joissa lähtötiedot ovat vielä vajavaisia. Tällöin on luonnollista valita kaikkein kattavin ja törkein nimike, jotta kuulustelu kattaisi kaiken ajateltavissa olevan tiedonintressin. Rikosnimikkeen ylivirittyneisyydestä koituu kuitenkin ongelmia: kun keskitytään tuhotyön vaaramomenttiin, aiheutettujen vahinkojen määrä saattaa jäädä toisarvoiseksi. Toisaalta nimikkeen alivirittyneisyyskin voi aiheuttaa ongelmia: esimerkiksi vahingonteon teonkuvaukseen keskittyminen voi jättää katveeseensa mahdollisen vaaramomentin. Käytäntönä vaikuttaisi olevan se, että esitutkintapöytäkirja lähetetään syyttäjälle sillä nimikkeellä, millä tutkintaa alussa tai pääosin on tehty. Neljäntenä seikkana on syytä nostaa esille rikosprosessin eri vaiheisiin liittyvät todennäköisyyskriteerit. Esitutkinnan aloittaminen ja toteuttaminen vaatii sitä, että on syytä epäillä rikoksen tapahtuneen (esitutkintalaki 4 §; ETL). Syytteen nostamiseksi näytöltä vaaditaan huomattavasti enemmän. Tässä kynnyksenä ovat todennäköiset syyt (laki oikeudenkäynnistä rikosasioissa 1:6; jat-

kossa ROL), mistä seuraa, että rikosepäilyt, jotka ovat täysin asianmukaisesti mahdollistaneet esitutkinnan aloittamisen, eivät ehkä näytön vuoksi riitä syytteen nostamiseen joko lainkaan tai tutkinnassa ollut rikosnimike muuttuu toiseksi. Tuomitsemiskynnys edellyttää, että syyllisyydestä ei jää varteenotettavaa epäilyä. ”Ylikirjaamisen” taustalla lienee osin ajatus rikosprosessin korjaavasta vaikutuksesta: nimike tulee testattua syyteharkinnassa ja oikeuden ratkaisussa. ”Ylikirjaamisesta” on joka tapauksessa syytä huomioida sen tilastoja vääristävä vaikutus: vain osa poliisin tietoon tulleina tuhotöinä tilastoiduista tapauksista todella on tuhotöitä. Syyteharkintaan edenneistä ja poliisin tuhotyönimikkeellä tutkimista kaikkiaan 156 tapauksesta 85 (54 %) säilyi tuhotyönimikkeellä myös syyteharkinnassa. Syyttämättäjättämispäätöksiä tehtiin 20 tapauksessa, muista syistä prosessi päättyi syyteharkinnassa kahdessa tapauksessa. Syytteistä 49 nostettiin muulla kuin tuhotyönimikkeellä, suurimpina luokkinaan vahingonteko ja törkeä vahingonteko, varomaton käsittely ja yleisvaaran tuottamus. Käräjäoikeuden ratkaisu annettiin 133 jutusta, joista 12 tapauksessa syyte hylättiin. Tuhotyönimikkeeseen päädyttiin 60 tuomiossa (45 %), muihin nimikkeisiin 61 tuomiossa. Näistä 36 tapausta tuomittiin vahingontekonimikkeillä ja 22 varomattomana käsittelynä, yleisvaaran tuottamuksena tai vaaran aiheuttamisena. Hovioikeuden syyksilukevista tuomioista 18 annettiin tuhotöistä ja 16 muista muita rikosnimikkeistä. Syyttäjät ja tuomarit näyttäisivät varsin pitkälti noudattavan oikeuskirjallisuudessa ja -käytännössä luotuja tulkintalinjoja. Mitään selviä poikkeamia näistä ei aineistossa voitu havaita. Analysoimme tutkimuksessa myös sitä, millainen rooli pelastustoimen asiantuntijoilla ja asiantuntemuksella on tuhotyörikosten rikosprosessissa. Esitutkinnassa huomio kiinnittyy pelastustoimen edustajien kuulemiseen; vajaassa kolmasosassa syyteharkintaan edenneistä tapauksista kuultiin pelastusalan edustajaa. Lisäksi esitutkintamateriaaliin liitettiin PRONTO-selosteita tai pelastustoimen kirjallisia lausuntoja. Huomattavan usein pelastusalan asiantuntemusta saatiin vasta, kun syyttäjä oli pyytänyt lisätutkintaa. Tästä huolimatta noin puolessa tuhotöinä tutkituista tapauksista pelastustoimen asiantuntemusta ei ole käytetty lainkaan. Sama toistui käräjäoikeusvaiheessa: yli puolet oikeudenkäynneistä on sellaisia, että niissä ei ole ollut käytettävissä pelastusalan asiantuntijoiden suullisesti tai kirjallisesti esittämää näkemystä. Tätä voidaan ongelmana, sillä tuhotyön tunnusmerkistön keskeinen tunnusmerkistötekijä on vaarakritee-


ri. Tätä rangaistavuuden edellytyksen täyttymistä ei arvioida hyödyntämällä riittävästi pelastusalan asiantuntijoiden asiantuntemusta. Pelastustoimella on laajin ja syvällisin näkemys siitä, 1) aiheutuiko palosta vaaraa (mitä, kenelle) tai 2) olisiko palosta voinut aiheutua vaaraa (mitä, kenelle). Samoin asiantuntemusta tarvitaan rakennusteknisistä seikoista sekä sen arvioinnista, mitä olisi voinut tapahtua, jos pelastustoimi olisi tullut paikalle myöhemmin tai ei lainkaan. Pelastustoimen asiantuntemusta tarvitaan myös arvioitaessa täytetyn teon ja rikoksen yrityksen rajanvetoa. Tulipalo sammuu toisinaan varsin nopeasti tekijästä riippumattomista syistä, kuten tehokkaan hälytys- ja sprinklerijärjestelmän ansiosta. Näitä järjestelmiä ja toimenpiteitä on pidettävä satunnaisina syinä, jotka eivät poista rangaistusvastuuta. Rajanvetoa täytettyyn tekoon tehdään esittämällä seuraava kysymys: millainen tilanne oli, kun palo sammutettiin tai saatiin hallintaan? Olisiko sillä hetkellä tulipalon tuolloisen tilan vuoksi useampi henkilö voinut joutua konkreettiseen vaaraan? Jos vastaus on myöntävä, käsillä on täytetty rikos.

Tulella toteutetut törkeät vahingonteot ja niiden keskeisimmät tulkintakysymykset Rikosilmoituksia nimikkeellä törkeä vahingonteko tai törkeän vahingonteon yritys löytyi vuodelta 2007 yhteensä 208 kappaletta. Näistä tulella toteutettuja oli 106 kappaletta (51 %) ja ei-palotapauksia – kuten erilaisten rakennusten ja niiden irtaimiston vahingoittamisia – 102 kappaletta (49 %). Syyteharkintaan tulipaloista eteni 45 tapausta. Tuhotöihin verrattuna törkeinä vahingontekoina tutkitut tapaukset täyttivät paremmin rikostunnusmerkistön. Syyte nostettiin törkeästä vahingonteosta tai sen yrityksestä 36 tapauksessa, ja syyttämättäjättämispäätöksiä ei tehty lainkaan. Käräjäoikeuden ratkaisuja oli kaikkiaan 44 tapauksesta, joista 26 koski törkeää vahingontekoa, 11 vahingontekoa ja yksi tuhotyötä. Kolmessa tapauksessa nimike oli joku muu, kolmessa tapauksessa syyte hylättiin, ja yhden tapauksen käsittely on käräjäoikeudessa edelleen kesken. Hovioikeuden tuomioista kymmenen oli törkeästä vahingonteosta ja yksi vahingonteosta. Tuomioistuimeen asti edenneissä vahingontekorikoksissa tulkintakysymykset keskittyivät ennen kaikkea törkeän vahingonteon kvalifiointiperusteiden täyttymiseen ja teon kokonaisarviointiin sekä lainkonkurrenssitilanteisiin. Oikeuskäytännön perusteella voidaan esittää tulkintakannanottona, että vähintään 7000 euron määräistä vahinkoa on pidettävä tunnusmerkistössä tarkoitettuna erittäin suurena taloudellisena vahinkona.

Lisäksi oikeuskäytäntö antaa selvää tukea sille, että törkeän vahingonteon tulkinnassa on haettu tukea törkeän varkauden soveltamiskäytännössä. Törkeän vahingonteon rangaistavuus edellyttää, että teko täyttää vähintään yhden tunnusmerkistössä mainitun kvalifiointiperusteen ja lisäksi teko on kokonaisuutena arvostellen törkeä. Oikeuskäytännöstä löytyy suhteellisen niukasti kannanottoja siitä, mihin törkeän vahingonteon kokonaisarvostelussa pitäisi kiinnittää huomiota. Käytännössä merkitystä voidaan antaa aiheutetun vahingon määrälle, tekotavalle ja sen ilmentämälle suunnitelmallisuudelle sekä tekijän ja asianomistajan väliselle suhteelle. Näille seikoille voidaan antaa erilainen painoarvo oikeudellisessa ratkaisutoiminnassa, jolloin keskeistä on kirjata perusteluihin puolesta ja vastaan -argumentoinnin rakenne. Vahingontekorikoksia koskevat RL 35 luvun säännökset ovat toissijaisia. Tämä toissijaisuus ilmaistaan RL 35 luvun 5 §:ssä, jonka mukaan vahingontekoa koskevan luvun säännöksiä ei sovelleta, jos teosta on säädetty yhtä ankara tai ankarampi rangaistus. Tässä tutkimuksessa tyypilliset konkurrenssiongelmat liittyvät lainkonkurrenssiin ja sen alalajina esi- ja jälkitekojen rankaisemattomuuteen. Esiteon rangaistavuus nousee tyypillisesti esille tilanteessa, jossa ajoneuvon haltija polttaa rahoitusyhtiön omistaman ajoneuvon ajauduttuaan taloudellisiin vaikeuksiin. Sen jälkeen ajoneuvon haltija yrittää hankkia taloudellista hyötyä antamalla vakuutusyhtiölle virheellisiä, puutteellisia tai harhaanjohtavia tietoja korvausvastuun perusteesta. Tällöin vahingonteon ja petoksen välinen konkurrenssikysymys näyttäisi ratkeavan asianomistajien erillisyyden perusteella. Vahingonteko kohdistuu säännönmukaisesti eri asianomistajaan kuin petosrikos, joten tekijä voidaan tuomita sekä petoksesta että vahingonteosta. Jos taas perusteetonta vakuutuskorvaushakemusta ei ehditä toimittaa vakuutusyhtiölle, lainkonkurrenssi muodostuu vahingonteon ja vakuutuspetoksen (RL 36:4) välillä. Tulkintakannanottona voidaan esittää, että tällöinkin menettely täyttää sekä vahingonteon että vakuutuspetoksen tunnusmerkistön. Rankaisemattomana jälkitekona pidetään tilannetta, jossa omaisuuden anastanut henkilö hävittää tai vahingoittaa anastamansa esineen. Vahingonteko on siis varkauden rankaisematon jälkiteko. Sen sijaan tulkinta on toisenlainen, jos esimerkiksi ajoneuvo otetaan luvattomasti käyttöön moottorikulkuneuvon käyttövarkautta koskevan tunnusmerkistön edellyttämällä tavalla ja ajoneuvo hävitetään sen jälkeen. Näin ollen ratkaisevaksi kysymykseksi muodostuu, milloin kulkuneuvo on anastettu varkauden tunnusmerkistön täyttävällä tavalla ja milloin kyse on moottorikulku-

neuvon käyttövarkauden edellyttämästä luvattomasta käyttöönotosta. Käyttövarkaus eroaa varkausrikoksesta siinä, että tekijän tarkoituksena ei ole siirtää omistusoikeutta itselleen, vaan hän ainoastaan käyttää ajoneuvoa jonkin aikaa ja sen jälkeen palauttaa tai hylkää sen. Lain esitöiden mukaan arviointiin vaikuttaa muun muassa se, kuinka pitkään kulkuvälinettä on käytetty. Merkitystä annetaan toisin sanoen sille, onko kulkuneuvoa käytetty vain kertaluontoisesti vai esimerkiksi useita päiviä.

Palot ja petosrikokset: ongelmana näyttö Muista tutkittavista nimikkeistä poiketen petoksia koskeva aineisto ei ollut systemaattinen, vaan se oli tietojärjestelmiin liittyvistä syistä pakko perustaa sanahaulle ja sen tuloksille. Oletettavaa kuitenkin on, että käytetty laaja sanahaku poimii mukaan relevanteimmat tapaukset. Jotta petostapauksia tuli myös määrälliseen käsittelyyn riittävästi, vuoden 2007 lisäksi mukaan otettiin tapaukset vuodelta 2006. Näin kooten tapauksia kertyi 51 kappaletta, joista yli puolta (28 kpl) oli tutkittu törkeän petoksen yrityksenä. Syyttäjälle tapauksista eteni 44 kappaletta. Verrattuna edellä käsiteltyihin nimikkeisiin, petosten läpivirtaukselle rikosprosessissa oli ominaista se, että virtaus loppuu huomattavasti herkemmin syyttämättäjättämispäätökseen tai syytteen hylkäämiseen. Syyttämättäjättämispäätöksiä tehtiin kaikkiaan 11, eli joka neljäs syyttäjälle edennyt tapaus myös jäi syyttäjälle. Käräjäoikeudessa nostetuista 33 syytteestä hylättiin kymmenen (30 %). Näin kaikista syyteharkintaan edenneistä tapauksista noin puolet päättyi joko syyttämättäjättämispäätökseen tai syytteen hylkäämiseen. Hovioikeuden kymmenestä ratkaisusta kahdeksan oli syyksilukevia ja kahdessa syyte hylättiin; yksi tapaus on edelleen kesken hovioikeudessa. Syyttämättäjättämispäätöksissä huomio kiinnittyy palonsyyn tutkinnan ongelmiin. Erityisesti kahdessa tapauksessa palonsyyn tutkinta epäonnistui tyystin sammutuksen yhteydessä tehdyn raivaustyön johdosta, ja lievempiä samansuuntaisia ongelmia oli muutamissa muissa tapauksissa. Kun palon syttymissyy jää auki, myös petosrikoksen näyttöön liittyy ongelmia. Tulipaloihin liittyvä ratkaisukäytäntö on varsin ongelmatonta petoksen tunnusmerkistön tulkinnan näkökulmasta, ja petosrikosten ongelmana ovat nimenomaan näytölliset seikat. Kiperimmät rikosoikeudelliset tulkintakysymykset koskevat osallisuusoppia ja tekijävastuun laajuutta. Käytännössä tekijävastuuta koskevan rangaistavuuden alaa rajaa eniten yhteisymmärrystä koskeva vaatimus eli tahallisuusvaatimus. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

61


Tulipalorikosten tekijöiden piirteet Läheisestä tieteenalayhteydestä huolimatta psykologian ja psykiatrian tarkastelunäkökulmat tahallisesti sytytettyihin paloihin ovat poikenneet huomattavasti toisistaan. Psykologisessa tutkimuksessa on pyritty tarkastelemaan tekijöiden koko kirjoa, psykiatrisen tutkimuksen kohteeksi ovat käytännössä valikoituneet vain vakavimmin sairaat, psykiatriseen hoitoon tai mielentilatutkimukseen päätyneet tekijät. Tässä tutkimuksessa on esitelty ja hyödynnetty molempien tutkimusalojen tuottamaa tietoa. Toteutettu tarkastelu poikkesi aiemmista tutkimuksista erityisesti aineiston muodostumisen osalta. Aineisto ei ollut psykologian alaan kuuluville tutkimuksille yleiseen tapaan otospohjainen, vaan perustana on systemaattisesti koottu aineisto yhdeltä kalenterivuodelta tietyistä poliisin tutkimista rikosnimikkeistä. Mukana ovat kaikki oikeusprosessissa tietyillä nimikkeillä palojen sytyttäjiksi todetut, eikä aineisto psykiatrian tutkimusten tapaan painottunut sairaimpiin rikoksentekijöihin. Aineisto jaettiin rikosprosessin mukaan vahvistettujen nimikkeiden perusteella osajoukkoihin. Näin tarkastelussa olivat omina ryhminään tuhotöihin, törkeisiin vahingontekoihin ja vahingontekoihin syyllistyneet. Tällainen asetelma on ensimmäinen laatuaan Suomessa, eikä vastaavia sovelluksia ole löytynyt myöskään ulkomaisesta tutkimuskirjallisuudesta. Keskeisin vertailuasetelma rakentui tuhotyönimikkeen ja eri vahingontekorikosten välille. Tuhotöistä tuomitut erosivat vahingontekorikoksia tehneistä vanhemmalla iällään sekä suuremmalla naisten, eläkkeellä olevien, psykiatrisista sairauksista kärsivien ja syyntakeettomien tai alentuneesti syyntakeisten osuudella. Edelleen tuhotöissä palo kohdistui useammin tekijälle sekä fyysisesti että emotionaalisesti tärkeään kohteeseen, ja kohde ylipäänsä oli vähemmän sattumanvarainen kuin vahingontekorikoksissa. Naisia palorikosten tekijöistä oli noin kymmenesosa. Naisilla oli miestekijöitä useammin ja vakavampia psykiatrisia ongelmia, erityisesti naisten sytyttämät palot liittyivät tekijälle läheiseen elämänpiiriin, ja naissytyttäjät olivat keskimäärin miehiä vanhempia. Poliisin tuhotöinä tai törkeinä vahingontekoina tutkimiin ja syyteharkintaan edenneisiin rikoksiin vuonna 2007 syyllistyneiden henkilöiden kokonaismäärä oli 170. Näistä noin joka neljänneltä (48 henkilöltä) löytyi poliisiasiain tietojärjestelmästä yksi tai useampi palorikos vuoden 2007 palon lisäksi. Myös tässä yhteydessä yhdeksän kymmenestä oli miehiä. Syyntakeettomia tai alentuneesti syyntakeisia oli tässä joukossa suhteessa vähemmän kuin koko tarkastellussa sytyttäjien joukossa. 62

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Aktiivisimmalta palorikosuusijalta löytyi 22 paloa, jotka olivat tapahtuneet kahdeksan vuoden aikana. Tietojen poistuminen poliisiasiain tietojärjestelmästä kuitenkin heikentää aineiston laatua, eivätkä kaikki tapaukset välttämättä ole rikosilmoitusmateriaalissa mukana. Hiukan vajaalla neljäsosalla palorikosten uusijoista palot johdonmukaisesti sijoittuivat niin, että ne olivat omiaan vaarantamaan muita ihmisiä. Vaikka naisten pienen osuuden vuoksi johtopäätöksiä on syytä vetää varoen on kuitenkin huomionarvoista, että hyvin painotetusti juuri naispuolisten palorikosuusijoiden sytyttämät palot sijoittuivat asuintiloihin vaarantaen ulkopuolisia henkilöitä. Tutkimustyö toi esiin aiemman tutkimuksen tulosten suuria vaihteluvälejä ja yhteismitattomia lähtökohtia, mikä vaikeuttaa olennaisesti olemassa olevan tutkimustiedon hyödyntämistä ja vertailtavuutta. Seurantatutkimustyyppiset asetelmat neutraloisivat näitä ongelmia. Toinen tärkeä tutkimuskohde olisi perehtyä tekijöiden omaan kokemusmaailmaan. Näistä tähän asti vähän käytetyistä tutkimusasetelmista voisi kertyä paitsi uutta tietoa, myös uusia johtolankoja tutkimuskentän edelleen kehittämiseen.

Tutkimuksesta johdettavia tulkinta- ja toimintaehdotuksia Tutkimuksen mittaan nousi esiin joitakin ongelmakohtia. Ne ovat laadultaan kirjavia: osa niistä koskee tutkimuksen kohteena olleita rikosnimikkeitä, osa puolestaan liittyy palonsyyn tutkintailmoitusten nostamiin kysymyksiin, mitkä laajentavat tarkastelua kohti tuottamuksellisia rikoksia. Yhtä kaikki, nämä kysymykset ovat tärkeitä pohdittaessa tutkimuksen vaikuttavuutta ja sitä, mitä välineitä tutkimustieto voi antaa ongelmien ratkaisemiseen. Tuhotyö ja yleinen erittäin huomattavan taloudellisen vahingon vaara: tuhotyön tunnusmerkistö edellyttää, että teko on ”omiaan aiheuttamaan yleistä hengen tai terveyden vaaraa taikka että siitä on yleistä erittäin huomattavan taloudellisen vahingon vaaraa”. Miten yleisen vahingon vaaran vaatimus on määritelty? Korkein oikeus on ratkaisussa KKO 2004:95 katsonut, että ”vain yhden tahon etuihin kohdistunutta vahingon vaaraa ei voida pitää rikoslain 34 luvun 1 § 1 momentin edellyttämällä tavalla yleisenä.” Tämä tulkinta on kritiikille altis: tulkinnassa vahingon määrän tai laadun sijaan painoarvoa saavat kohteen omistussuhteet. Jos oikeustilaa haluttaisiin muuttaa, se vaatisi tunnusmerkistöön tehtävän muutoksen. Tulta aiheuttavan kuumuuden lähteen käsittely: palonsyyn tutkintailmoitukset konkretisoivat havainnollisesti tulkintaongelman, johon poliisit törmäävät työssään. Rikoslain

44 luvun 12 §:n mukaan varomattomaan käsittelyyn syyllistyy henkilö ”joka tahallaan tai huolimattomuudesta lain tai lain nojalla annetun säännöksen vastaisesti taikka muuten varomattomalla tavalla käyttää, käsittelee tai säilyttää 1) ampuma-asetta, tulta tai räjähdettä – –”. Näin rajattu sanamuoto tuottaa ongelmia silloin, kun käsillä on tulipalo, joka johtuu kuumuutta aiheuttavan kohteen käsittelystä, kuten nakit ja muusi -tyyppiset liesipalot, tai saunassa kuivatuista pyykeistä lähteneet palot. Tulkinta on keinotekoista kytkeä siihen, onko kyse puu- tai sähkölämmitteisestä liedestä vai kiukaasta. Tuhotyön kohdalla samankaltaista ongelmaa ei ole, koska tunnusmerkistössä on käytetty muotoilua ”joka sytyttää tulipalon – –” . Ongelmilta vältyttäisiin, jos varomattoman käsittelyn määrittely tulipalon aiheuttamisessa olisi samanlainen tuhotyön määritelmän kanssa. Asia on ratkaistavissa joko KKO:n ennakkoratkaisulla tai lainsäädäntöä muuttamalla. On omiaan aiheuttamaan (yleistä) vaaraa -tulkinnan täsmentäminen: palonsyyn tutkintailmoitukset konkretisoivat tuottamuksellisiin rikoksiin liittyvää tulkintaongelmaa. Varomattomassa käsittelyssä tai yleisvaaran tuottamuksessa yritys ei ole rangaistava. Näin ollen joudutaan kysymään, milloin täyttyy tunnusmerkistössä edellytetty on omiaan aiheuttamaan (yleistä) vaaraa -kriteeri. Onko tuo hetki käsillä silloin, kun tuli sytytetään esimerkiksi sytyttämällä tupakka tai kynttilä? Vai onko tuo hetki silloin, kun tuli leviää alkuperäisestä kohteesta vaikkapa verhoihin tai mattoon? Vai onko yleinen vaara käsillä vasta siinä vaiheessa, kun tuli on levinnyt niin että voidaan jo puhua tulipalosta? Tätä kysymystä olisi tarpeellista analysoida perusteellisemmin oikeuskirjallisuudessa. Syyteoikeus ja lievät tuottamukselliset rikokset: tahallisesti rangaistavat rikokset ovat lähtökohtaisesti moitittavampia kuin tuottamuksellisesti rangaistavat rikokset. Rikoslain syyteoikeutta koskevat säännökset eivät kuitenkaan noudata täysin tätä systemaattista lähtökohtaa. Tahallisesti rangaistava rikos, vahingonteko, on asianomistajarikos. Rikoslain 35 luvun 7 §:n mukaan ilmoitus voidaan jättää tekemättä, syyte ajamatta tai rangaistus tuomitsematta, jos tekijä on korvannut vahingon ja se harkitaan riittäväksi seuraamukseksi. Jos kohteena on ollut ainoastaan yksityinen omaisuus eikä asianomistaja ilmoita rikosta syytteeseen pantavaksi, syyttäjä ei edes saa nostaa syytettä (RL 35:6). Sen sijaan varomaton käsittely (RL 44:12) ei ole asianomistajarikos, eikä siinä ole säädetty samaa mahdollisuutta toimenpiteistä luopumiseen kuin vahingonteossa. Syyttäjällä on mahdollisuus jättää syyte nostamatta osapuolten välisen sovinnon, tekijän henki-


lökohtaisten olojen tai hänelle aiheutuneiden seurausten perusteella (ROL 1:8). Käytännössä tilanne on johtanut siihen, että lievistä tuottamuksellisista rikoksista ei ole tehty esitutkintaa. On arvioitu, että lopputulos on kuitenkin sama – rikoksesta ei rangaista – tehtiin esitutkinta tahi ei. Tämä lienee yksi syy siihen, että läpikäymistämme palonsyyn tutkintailmoituksista vaille rikosilmoitusta jääneet tapaukset painottuivat juuri tuottamuksellisiin rikoksiin. Eräs mahdollisuus olisi yhtenäistää tahallisten ja tuottamuksellisten rikosten syyteoikeutta seuraavasti: jos varomattomassa käsittelyssä vaarantamisen kohteena olisi ainoastaan yksityinen omaisuus, syyttäjällä ei olisi syyteoikeutta, jos asianomistaja ei ilmoita rikosta syytteeseen pantavaksi. Toisen omaisuus ja tuottamukselliset rikokset: Tahallisesti aiheutetuissa rikoksissa – esimerkiksi vahingonteossa ja varkaudessa – lainsäätäjä on nimenomaisesti ottanut kantaa siihen, mikä on yhteisen omaisuuden suhde toisen omaisuuteen. Esimerkiksi vahingontekoja sääntelevässä RL 35 luvun 4 §:ssä todetaan, että ”tämän luvun säännöksiä sovelletaan myös, kun teko kohdistuu yhteiseen omaisuuteen, johon tekijällä on osuus.” Vastaavaa kannanottoa lainsäätäjä ei ole esittänyt esimerkiksi varomattoman käsittelyn sääntelyssä. Palonsyyn tutkintailmoituksissa oli lukuisa joukko tapauksia, joissa tuottamuksellinen teko oli kohdistunut yhteiseen omaisuuteen: esimerkiksi puolison toiminta oli vaarantanut pariskunnan yhteistä omaisuutta. Kun tuottamuksellisissa rikoksissa lainsäädäntö ei tarjoa yksiselitteistä vastausta siihen, mitä tarkoitetaan yhteisellä omaisuudella, kysymystä pitäisi arvioida tarkemmin ainakin oikeuskirjallisuudessa. Pelastusalan rooli vaaraa aiheuttavissa tulipalorikoksissa: Pelastusalan asiantuntemusta olisi hyödynnettävä nykyistä useammin rikosprosessissa. Jos esimerkiksi pelastusalan edustajilta pyydettävät asiantuntijalausunnot tulisivat nykyistä vakiintuneemmaksi osaksi vakavien palorikosten esitutkintaa, se lisäisi oikeusvarmuutta ja myös nopeuttaisi prosessia verrattuna ylimääräiseen lisätutkintavaiheeseen. Menettelyllä saattaisi olla myös valittua rikosnimikettä täsmentävä vaikutus. Jos pelastustoimen asiantuntemusta hyödynnettäisiin laajemmassa mittakaavassa, se terävöittäisi vahingonteon ja tuhotyön rajanvetoa. Tuhotyössä on olennaista teon vaarapotentiaalia, kun taas vahingonteko ei pidä sisällään tällaista rangaistavuuden edellytystä.

Jatkotutkimuksen tarpeet Tutkimustyön tavoitteena on tuottaa uutta ja merkityksellistä tietoa vastaamalla asetettuun

tutkimustehtävään. Merkityksellistä on myös se, jos tutkimustyön kautta voidaan hahmotella uusia kysymyksenasetteluja ja ehdotuksia tutkimustehtäviksi. Lopuksi kokoamme muutamia ehdotuksia mahdollisten tulevien tutkimusten aiheiksi. Läpivirtaustarkastelu pitäisi laajentaa systemaattiseksi osaksi rikosoikeusjärjestelmän ja kontrollikoneiston tutkimista. Rikoslaista löytyy useita rikostyyppejä, joiden läpivirtauksesta kaivattaisiin lisätietoa. Esimerkkeinä voidaan mainita työturvallisuusrikokset ja ympäristörikokset. Tutkimusta olisi kohdennettava myös palojen tutkintaan ja siihen liittyvään viranomaisyhteistyöhön. Palojen tutkinta voidaan hahmottaa ketjuna, joka alkaa pelastustoimesta ja siirtyy yhteistyön kautta yhä tiiviimmin poliisin toimintakentälle. Alkupisteenä on pelastustoimen johtaja ja hänen tekemänsä arvio palon syttymisen syystä ja sen aiheuttaneen menettelyn luonteesta, esimerkiksi huolimattomuudesta tai tahallisuudesta. Ensimmäinen saranakohta on usein tärkein: arvioidaanko asia huolellisesti, vai päädytäänkö tarpeettoman helposti toteamaan, että palon syttymissyytä tai tahallisuutta ei voida arvioida? Pelastuslaissa – niin aiemmissa kuin nyt voimassa olevassa – on säädetty pelastusviranomaisen ilmoitusvelvollisuus paloista, joita on aihetta epäillä tahallisesti tai tuottamuksellisesti aiheutetuiksi. Tällöin olisi tärkeä selvittää, kuinka systemaattista on tällaisten ilmoitusten tekeminen. Läpikäytäessä palonsyyn tutkintailmoituksia ja verrattaessa siitä PRONTO-tietojen antamaan kokonaiskuvaan syntyi vahvasti vaikutelma, että huomattava osa esimerkiksi niin sanotuista nakit ja muusi -paloista ei päädy palonsyyn tutkinnan piiriin. Kun otetaan huomioon tutkimuksessa tehdyt havainnot tuottamuksellisten rikosten tunnistamisongelmista on oletettavaa, että nämä tapaukset eivät liioin olisi päätyneet suoraan rikosilmoituksiksi. Näin ollen hypoteesiksi jää, että kaikkia tähän kategoriaan kuuluvia paloja ei ilmoiteta poliisille. Edelleen poliisin piirissä ensipartiolla on suuri merkitys siinä, eteneekö tapaus esitutkintaan. Vasta sen jälkeen kuvaan astuvat poliisin taktinen ja tekninen tutkinta ja tutkinnanjohtajan päätökset. Myös tuottamuksellisista rikoksista (erit. varomaton käsittely, yleisvaaran tuottamus) olisi tarpeellista tehdä oma läpivirtaustutkimuksensa. Siinä tarkastelun lähtöpiste poikkeaisi tässä tutkimuksessa toteutetusta. Nyt läpivirtaustarkasteluun mukaan tulevat tapaukset valikoituivat joukkoon rikosilmoitusaineistosta, tuottamuksellisissa rikoksissa olisi tarpeellista lähteä liikkeelle PRONTO-aineistosta. Kaikkien PRONTOssa tahallisiksi

tai tuottamuksellisiksi arvioitujen tapausten vaiheittainen seuraaminen ei ole työekonomisesti mahdollista; näin aineistoa olisi syytä rajata tietyillä paloihin liittyvillä kriteereillä. PRONTO:n nykyisen syttymissyyluokituksen perusteella relevantteja olisivat esimerkiksi seuraavat luokat (suluissa tapausten kokonaismäärä PRONTOssa vuonna 2011): • valvomaton ruoanvalmistus (792) • tulityö (190) • nuotio, grilli (549) • tulitikku, muu tulentekoväline (903) • savuke tai muu tupakka-aine (749) • kynttilä, tuikku, soihtu, roihu (115) • kuuma tai hehkuva esine tai tuhka (441) Kun jo näistä ryhmistä kertyy yli 3 700 tapausta, tarkasteluun olisi pakko muodostaa joku otosperuste, esimerkiksi alueellisesti ja/ tai ajallisesti. Ylipäänsä olisi tärkeää kiinnittää huomiota tuottamuksellisiin paloihin. Tahalliset palot ovat saaneet ja saamassa tutkimuksellista huomiota osakseen, tuottamukselliset palot sen sijaan ovat jääneet katveeseen. Tuottamuksellisesti aiheutettujen palojen kohdalla olisi aiheellista tarkastella myös sitä, mitä yhteisiä piirteitä palotapauksilla on. Päihtymys on epäilemättä suuri yhdistävä tekijä tuottamuksellisten palojen kentässä, samoin tupakointi. Edelleen olisi aiheellista tarkastella, kuinka paljon tuottamuksellisia palotapauksia kasaantuu samoille henkilöille.

Kiitokset Kiitämme tutkimusta rahoittaneita tahoja: Palosuojelurahasto, sisäasiainministeriön pelastusosasto, Poliisihallitus, Finanssialan keskusliitto sekä Turun ja Helsingin yliopistot. Seuraavat henkilöt ovat auttaneet tutkimustyömme varrella: Anne Alvesalo-Kuusi, Jyrki Eskola, Jouko Jussila, Risto Karhunen, Pasi Lehtimäki, Tarja Lindén, Christian Lundqvist, Seija Niinivaara-Kunttu, Anna-Erika Pesonen, Katja Seppälä, Mika Sutela, Vesa-Pekka Tervo, Matti Tolvanen ja Markus Wahlberg.

Lähteistö Artikkeli perustuu kokonaisuudessaan teokseen Mäkelä, P. – Tapani, J. – Lehtimäki, M. – Frände, D. Läpi tulen – Empiirinen tutkimus poliisin palonsyyn tutkinnasta ja vakavien tulipalorikosten rikosprosessista. Turku: Turun yliopiston oikeustieteellisen tiedekunnan julkaisuja, Rikos- ja prosessioikeuden sarja A:36, 2013, 364 s. + XXVIII. ISBN 978-951-29-5364-6.

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

63


Kati Tillander, Helsingin kaupungin pelastuslaitos, PL 10, 00099 Helsingin kaupunki Terhi Kling, Tuomo Rinne ja Tuula Hakkarainen, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa

Tiivistelmä Helsingin kaupungin pelastuslaitoksen koordinoimassa tutkimushankkeessa tarkastellaan toimintavalmiutta ja siitä saatavaa hyötyä asuntopalon aiheuttamien henkilö- ja omaisuusvahinkojen näkökulmasta. Lähestymistapana käytetään stokastista operaatioaikamallinnusta, joka tuottaa määrällisen kuvauksen toiminnan etenemisestä ja toimijoiden keskinäisistä riippuvuuksista. Tuloksena saadaan menetelmä pelastuslaitosten toimintavalmiuden vaikuttavuuden arviointiin. Tulosten avulla voidaan tunnistaa toimintavalmiuden hyödyn kannalta kriittisimmät tekijät ja niiden vaikutus asuntopalojen määrällisiin seurauksiin. Hankkeen tuotoksia voidaan hyödyntää pelastuslaitosten riskianalyysissa ja toimintavalmiuden suunnittelussa. Hanke käynnistyi joulukuussa 2012 ja se valmistuu vuoden 2013 loppupuolella. Tässä artikkelissa esitellään tutkimuksen tulokset huhtikuun 2013 tilanteen mukaisesti.

JOHDANTO Tausta Tällä hetkellä pelastustoimen toimintavalmiuden suunnittelu pohjautuu riskimäärittelyihin, jotka perustuvat yksinomaan onnettomuuksien esiintymistiheyteen. Menettely ei huomioi onnettomuuksien seurauksia tai nosta selkeästi esiin eri onnettomuustyyppien 64

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

ominaispiirteitä tai sitä seikkaa, että toimintavalmiudesta saatava hyöty on eri onnettomuustyypeillä erilainen. Todenmukainen ja tarkka riskianalyysi tarvitsee lisää tutkittua tietoa onnettomuusriskeihin vaikuttavista tekijöistä sekä pelastuslaitoksen toiminnan vaikuttavuudesta. Toimintavalmius muodostuu eri osatekijöistä, joita ovat mm. henkilöstön ja kaluston määrä ja laatu, toiminnalliset suunnitelmat, johtamisen organisointi sekä pelastustoiminnan toimintavalmiusaika [1]. Vaikuttavuuden arvioimiseksi pelastustoimen järjestämiseksi vaadittu toimintavalmius pitää pystyä kytkemään saavutettavaan hyötyyn. Tässä projektissa toimintavalmiutta sekä siitä saatavaa hyötyä tarkastellaan asuntopalon aiheuttamien henkilö- ja omaisuusvahinkojen näkökulmasta.

Tavoite Hankkeen tavoitteena on tuottaa menetelmä toimintavalmiuden vaikuttavuuden arviointiin asuntopaloissa syntyvien henkilö- ja omaisuusvahinkojen näkökulmasta. Osatavoitteina ovat: 1) malli alueellisten pelastuslaitosten toimintavalmiudelle asuntopaloissa, 2) malli henkilö- ja omaisuusvahinkojen kertymälle asuntopaloissa, ja 3) toimintavalmiuden vaikuttavuuden arviointimenetelmä edellisten synteesinä.

Jos tuotettu menetelmä havaitaan toimivaksi, voidaan sitä myöhemmin jatkojalostaa helppokäyttöiseksi resurssisuunnittelun työkaluksi. Hankkeessa tarkastellaan asuntopaloja, joissa syntyy merkittävä määrä pelastustoimen tietoon tulevista vuosittaisista henkilöja omaisuusvahingoista. Tämän lisäksi arvioidaan menetelmän laajentamismahdollisuudet muihin onnettomuustyyppeihin sekä hyödynnettävyys pelastustoimen muiden osaalueiden vaikuttavuuden arvioinnissa.

Toteutus Hanke käynnistyi joulukuussa 2012 ja se päättyy vuoden 2013 loppupuolella. Työ toteutetaan Helsingin ja Pirkanmaan pelastuslaitosten sekä VTT:n yhteistyönä. Hankkeen ohjausryhmään kuuluvat edustajat sisäasiainministeriöstä, Kuntaliitosta, Helsingin, Pirkanmaan, Pohjanmaan, Jokilaaksojen, Keski-Uudenmaan, Etelä-Pohjanmaan, Pohjois-Savon sekä Keski-Suomen pelastuslaitoksista.

LÄHTÖKOHDAT JA LÄHESTYMISTAPA Tässä hankkeessa tutkitaan toimintavalmiutta ja siitä saatavaa hyötyä asuntopalon aiheuttamien henkilö- ja omaisuusvahinkojen näkökulmasta stokastisen operaatioaikamallinnuksen keinoin. Samaa menetelmää on aikaisemmin käytetty ydinvoimalan paloti-


lanteen sammutustoimien mallinnuksessa [2,3] sekä suurpalon sammuttamiseen tarvittavien resurssien saatavuusajan arvioinnissa [4]. Näissä sovelluksissa operaatioaikamallinnus on osoittautunut erittäin hedelmälliseksi työkaluksi, joka tuottaa määrällisen kuvauksen toiminnan etenemisestä ja toimijoiden keskinäisistä riippuvuuksista. Mallinnus paljastaa samalla pelastus- ja muissa organisaatioissa tehtyjen sanattomien oletusten ristiriitaisuudet ja poistaa siten monimutkaisiin tilanteisiin liittyvää hämmennystä. Menetel- ka. Viiveiden ja mahdollisten poikkeamien toiminnan skenaario määritellään asiantunmän avulla toimintaan kuluva aika voidaan todennäköisyyksien saa- tijoiden välisenä ryhmätyönä, jolloin lopputoiminnan vaiheille arviointi arvotaanperustuu todennäköisyysjakaumien perusteella realisaatioita, ja kokonaisajan lasketaan yhtälöä käyttäen. jakaa konkreettisiin osiin säilyttäen kuiten- tavilla olevaanrealisaatiot mittaustietoon sekä skenaariokohtaista asiantun- tuloksena saadaan tapahtumien ajallista etekin samalla niihin liittyvät epävarmuudet ja tija-arvioihin. nemistä kuvaava kaavio sekä eri toimijoiden mahdollisuuksien kirjo. Nyt menetelmää soPalon sammuttamisen operaatioaikamal- toiminnan yksityiskohtaiset kuvaukset. MalMenetelmät ja työkalut velletaan asuntopaloihin, joissa pelastusor- linnus sisältää seuraavat vaiheet ja toimen- lia tarkennetaan keräämällä tietoa toiminganisaatio on selvästi yksinkertaisempi kuin piteet: nan ja mahdollisten poikkeamien Operaatioaikamallin työkaluina käytetään tapahtumapuita, aikajanoja ja Monte aiheuttaCarlo – aiemmissa esimerkeissä. Valtakunnallisella ta- simulointia, 1. Määritellään paloskenaario. mista aikaviiveistä sekä poikkeamien joka toteutetaan VTT:llä kehitetyn Excel-pohjaisen PFS-ohjelman [9, 10] todenavulla. solla pelastuslaitosten toimintavalmiudet ovat Tapahtumapuilla 2. Määritellääntunnistetaan palon sammuttamiseen Tilasto-jakauma. ja mittausaineistoa erilaiset tilanteet näköisyyksistä. ja määritellään niiden Aikajanojen avulla määritetään operaatioaika, jota voidaanhyödynnetään verrata vahinkojen ajalliseen kertymiseen. kuitenkin merkittävän erilaisia, joten stokas- tähtäävän operatiivisen toiminnan skenaario. mahdollisuuksien mukaan ja Tapahtumapuun haarojen todennäköisyydet ja aikajanan tapahtumien määritetään tinen lähestymistapa on mielekäs. a. Määritellään toimijat ja toimijoiden vä- puutteet täydennetäänaikaviiveet asiantuntija-arvioilla. tilastotietojen tarvittavilta osin asiantuntija-arvioilla. Kun arvioidaan erilaisten toimintaval- liset kytkennät.avulla. Tilastotietoja täydennetäänTyypillisesti yksittäiseen toiminnan vaiheeMonte Carlo –simuloinnilla luodaan keinotekoisia tilastoja, jolloin lähtöparametreja miuksien vaikutusta odotettavissa oleviin b. Analysoidaan toiminnan vaiheet ja mah- seen liittyvää aikaviivettä kuvataan tilastolliselmuuttamalla voidaan tutkia näiden muutosten vaikutuksia. Näin saadaan vaikuttavuusarvio. henkilö- ja omaisuusvahinkoihin, tarvitaan dolliset poikkeamat. la mallilla; ts. todennäköisyysjakaumalla, joslaskennallisen toimintavalmiusmallin rinnal- Tapahtumapuut c. Kuvataan toiminnan aikaviiveet ja mah- ta Monte Carlo -simuloinnin yhteydessä arvoasuntopalojen tarkastelussa le tietoa henkilö- ja omaisuusvahinkojen ker- dollisten poikkeamien aiheuttamat lisäviiveet taan kyseiseen toimintaan kuluva aika. MikäAsuntopalojen tarkastelussa tapahtumapuu laaditaan erikseen henkilöja tymästä ajan kuluessa. Tässä tutkimukses- todennäköisyysjakaumina. li mallinnettavasta aikaviiveestä ei ole olemasomaisuusvahingoille. Kuva 1 esittää henkilövahinkojen tapahtumapuuta. Vastaavanlainen sa hyödynnetään ”Palokuolemien ehkäisy3. Suoritetaan Monte Carlo -analyysi, jon- sa tutkittua tai mitattua tietoa, eikä sitä voida tapahtumapuu on sammuttamiseen tehty myös tähomaisuusvahingoille huomioiden mahdolliset keinojen tehokkuuden arviointi” -hankkees- ka tuloksena saadaan laskea deterministisesti, kuvataan aikaviivettä alkusammutustoimet ja niiden tehokkuus sekä palokunnan suorittama sammutus ja sa [5,6,7] simuloinnin avulla tuotettua tie- täävän toiminnan kokonaisaikaviiveen to- esim. tasajakaumalla U(a,b), jossa a ja b ovat Asunnossa savutuuletus. olevien henkilöiden mahdollisuuksiin poistua ajoissa vaikuttaa yleisen toa huoneistopalon kehittymisestä,toimintakyvyn yhden dennäköisyysjakauma. jakauman parametrit (∆t ja ∆tmax), jotka lisäksi myös myrkyllisten savukaasujen muodostuminen. Myrkyllisistämin tai useamman henkilön kuoleman todennäpaloskenaario ja operatiivisen määritellään asiantuntija-arvioiden perusteella. savukaasuista Käytännössä johtuvien lamauttavien tai kuolettavien olosuhteiden muodostumista voidaan arvioida ns. FED-indeksin (engl. Fractional Effective Dose) avulla. Haittavaikutuksia köisyyden kehittymisestä ja omaisuusvahinkojen kertymästä. Ko. hanke tuottikäsitellään suuren FED-raja-arvotarkastelulla: mitä suurempi raja-arvo, sitä suurempaan osuuteen altistuvista ihmisistä palamiskaasuilla on poistumista vakavasti haittaaviaEi poistumista vaikutuksia. määrän tilastojen analyysiin ja Monte Carlo Pelastaminen Esimerkiksi jos FED saavuttaa raja-arvon 1, vakavia haittavaikutuksia oletetaan ajoissa aiheutuvan Paikalla -simulointiin perustuvaa tietoa, joita resurssitoimintakykyisiä 50 %:lle altistuneista [15]. henkilöitä en rajallisuuden vuoksi on pystytty toistaisekPelastaminen ei ”Palokuolemien ehkäisykeinojen tehokkuuden arviointi” –hankkeessaPoistuminen tehtiin ajoissa noin tarpeen si hyödyntämään vain osittain [8]. Nyt käynN henkilöä paikalla 400 asuntopalosimulointia, joissa tarkasteltiin kuolettavien olosuhteiden muodostumiseen nissä olevassa hankkeessa ei siten ole kuluvaa tarvetta aikaa kuudessa eri mittapisteessä eri puolilla esimerkkiasuntoa. Simuloinnit Paikalla ei Ei poistumista laajamittaisiin palosimulointeihin vaan hyö- Fire toimintakykyisiä Pelastaminen suoritettiin Dynamics versiolla 5 [16], ajoissa jossa FEDSyttyy asuntopalo Simulator –palonsimulointiohjelman henkilöitä dynnetään jo tehtyä työtä. laskennassa käytetään CO-, CO2- ja O2-pitoisuuksia. Kriteerinä kuolettaville olosuhteille käytettiin FED-raja-arvoa 1 tai lämpötilarajaa 200 °C. Mittapisteet sijaitsivat 1,6 metrin Hankkeessa yhdistetään nämä ongelman Asukkaan Poistuminen ei Pelastaminen ei toimintakyvyllä evakavia i Ei ketään paikalla korkeudessa. FEDja lämpötilarajat ovat suhteellisen korkeat, joten haittavaikutuksia tarpeen tarpeen eri puolia kuvaavat menetelmät ja mallit komerkitystä saattaa ilmetä jo aiemmin. Toisaalta mittapiste on melko ylhäällä, ja alempana asunnon konaisuudeksi, jonka avulla pyritään saamaan olosuhteet ovat todennäköisesti paremmat. Nämä kaksi seikkaa kompensoivat osin toisiaan. selkeä arvio toimintavalmiuden vaikutuksesta Kuolettavien olosuhteiden kriteeri ylittyi yli 200 simuloinnissa. Kuvassa 2 esitetään henkilö- ja omaisuusvahinkoihin. henkilövahinkojen kertymä simulointien perusteella. Näitä tietoja käytetään tässä projektissa

Todenmukainen ja tarkka riskianalyysi tarvitsee lisää tutkittua tietoa onnettomuusriskeihin vaikuttavista tekijöistä sekä pelastus­ laitoksen toiminnan vaikuttavuudesta.

Kuva 1. Henkilövahinkojen tapahtumapuu asuntopaloissa. poistumismahdollisuuksien arviointiin yhdessä poistumisaika-arvioiden ja PRONTOtietokannasta [17] saatavien alkusammutusviiveiden kanssa.

Operaatioaikamallin periaate Operaatioaikamallinnuksessa [4] tarkastellaan palotilanteen hallintaan osallistuvien toimijoiden toiminta-aikoja valitussa paloskenaariossa ottamalla huomioon eri osapuolten tehtävien väliset kytkennät ja mahdollisten poikkeamien aiheuttamat lisäviiveet. Laskemalla yhteen toiminnan eri vaiheiden tuottamat aikaviiveet saadaan tuloksena palon sammuttamiseen tai hallintaan saamiseen tähtäävän toiminnan kokonaiskestoai-

Erilaisten tilanteiden todennäköisyyksien arvioimiseksi tapahtumapuuhun tarvitaan 1.2 haarautumistodennäköisyydet. Paikalla olevien henkilöiden lukumäärän (0–N) määrityksessä käytetään pelastustoimen ruutuaineistoa, jonka perusteella arvioidaan asunnon asukkaiden 1 lukumäärä, ja Tilastokeskuksen ajankäyttötutkimusta, jonka perusteella arvioidaan, ovatko asukkaat kotona. Asukkaiden toimintakykyä tarkastellaan Terveyden ja hyvinvoinnin 0.8 laitoksen terveyskäyttäytymistutkimusten [11, 12] ja kotihoidon laskennan [13], Stakesin toimintakykytutkimuksen [14] sekä Tilastokeskuksen ajankäyttötutkimuksen alkoholinkäyttö0.6 tietojen perusteella.

Kertymä

OPERAATIOAIKAMALLINNUS

0.4

4

0.2 0 0

10

20

30

40

50

Aika (min) Kuva 2. Henkilövahinkojen kertymä simulointien perusteella. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

65


kohtuuttoman monimutkaiseksi. Kuten taulukoista 1, 2 ja 3 havaitaan, aikaviiveiden tarkastelu on tätä kirjoitettaessa vielä osin kesken. Tarkennetut tulokset raportoidaan esitelmässä Palotutkimuksen päivillä 2013.

Tilanteelle oletetaan jokin ”normaali” tai ”optimaalinen” etenemistapa, johon liittyvät aikaviiveet realisoituvat jokaisella laskentakerralla. Lisäksi huomioidaan poikkeamat eli aikaviiveet, jotka realisoituvat vain osassa tapauksista ts. aiheuttavat lisäviiveen jollakin todennäköisyydellä p. Tällaisia poikkeamia ovat esim. inhimillisten virheiden, laitteiston rikkoutumisien tai satunnaisten ympäristötekijöiden aiheuttamat lisäviiveet. Simuloinneissa toiminnan vaiheille arvotaan todennäköisyysjakaumien perusteella realisaatioita, ja kokonaisajan realisaatiot lasketaan skenaariokohtaista yhtälöä käyttäen.

Menetelmät ja työkalut Operaatioaikamallin työkaluina käytetään tapahtumapuita, aikajanoja ja Monte Carlo -simulointia, joka toteutetaan VTT:llä kehitetyn Excel-pohjaisen PFS-ohjelman [9,10] avulla. Tapahtumapuilla tunnistetaan erilaiset tilanteet ja määritellään niiden jakauma. Aikajanojen avulla määritetään operaatioaika, jota voidaan verrata vahinkojen ajalliseen kertymiseen. Tapahtumapuun haarojen todennäköisyydet ja aikajanan tapahtumien aikaviiveet määritetään tilastotietojen avulla. Tilastotietoja täydennetään tarvittavilta osin asiantuntija-arvioilla. Monte Carlo -simuloinnilla luodaan keinotekoisia tilastoja, jolloin lähtöparametreja muuttamalla voidaan tutkia näiden muutosten vaikutuksia. Näin saadaan vaikuttavuusarvio.

Tapahtumapuut asuntopalojen tarkastelussa Asuntopalojen tarkastelussa tapahtumapuu laaditaan erikseen henkilö- ja omaisuusvahingoille. Kuva 1 esittää henkilövahinkojen tapahtumapuuta. Vastaavanlainen tapahtumapuu on tehty myös omaisuusvahingoille huomioiden mahdolliset alkusammutustoimet ja niiden tehokkuus sekä palokunnan suorittama sammutus ja savutuuletus. Erilaisten tilanteiden todennäköisyyksien arvioimiseksi tapahtumapuuhun tarvitaan haarautumistodennäköisyydet. Paikalla olevien henkilöiden lukumäärän (0–N) määrityksessä käytetään pelastustoimen ruutuaineistoa, jonka perusteella arvioidaan asunnon asukkaiden lukumäärä, ja Tilastokeskuksen ajankäyttötutkimusta, jonka perusteella arvioidaan, ovatko asukkaat kotona. Asukkaiden toimintakykyä tarkastellaan Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen terveyskäyttäytymistutkimusten [11,12] ja kotihoidon laskennan [13], Stakesin toimintakykytutkimuksen [14] sekä Tilastokeskuksen ajankäyttötutkimuksen alkoholinkäyttötietojen perusteella. Asunnossa olevien henkilöiden mahdollisuuksiin poistua ajoissa vaikuttaa yleisen toi66

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Kuva 3. Asuntopalon aikajana. Taulukko 1. Ilmoitusaikaan liittyvät vaiheet ja aikaviiveet. Vaihe, tapahtuma Δt1 = ilmoitusaika: Palo syttyy Palovaroitin hälyttää 1):

6

min

Aikaviive max

tyypillisesti 1 min

Viite Asiantuntijaarvio 2)

Muut toimet ennen soittoa hätäkeskukseen 2) Päivällä/asukas paikalla ja toimintakykyinen, soittaa 112 Päivällä/ei toimintakykyisiä paikalla/ naapuri tai ohikulkija soittaa 112 Yöllä/asukas paikalla/herää ja soittaa 112 Yöllä/ei toimintakykyisiä paikalla/ naapuri tai ohikulkija soittaa 112 Hätäkeskus vastaa Palovaroitin ei hälytä 1): Pidemmät viiveet

1 min 5 min

10 min

Asiantuntijaarvio Asiantuntijaarvio [18] 3) Asiantuntijaarvio 4)

Asiantuntijaarvio

2) Soitto hätäkeskukseen 4) Hätäkeskus vastaa Lisäviiveitä: Alkusammutus ennen soittoa 1 min 4 min 3 min Asiantuntijahätäkeskukseen 1) arvio 1) PRONTOsta saadaan tilastotietoa siitä toimiko palovaroitin ja onko alkusammutettu. 2) Ei ole vielä mallinnettu. 3) Herääminen/reagoiminen 3 kHz hälytysääneen 4) Hätäkeskuksen vastausaika (tilastot tai ohjearvo)

Taulukko 2. Ensitoimenpiteisiin kuluvaan aikaan liittyvät vaiheet ja aikaviiveet. Vaihe, tapahtuma

mintakyvyn lisäksi myös myrkyllisten savuΔt5 = ensitoimenpiteisiin kuluva aika: kaasujen muodostuminen. Saapuminen kohteeseen Myrkyllisistä savukaasuista johtuvien lamauttavien tai kuoTiedustelu / omakotitalo lettavien olosuhteiden Tiedustelu / rivitalo muodostumista voi/ kerrostalo daanTiedustelu arvioida ns. FED-indeksin (engl. FracSelvitys / omakotitalo Selvitys / rivitalo Selvitys / kerrostalo Tehokas pelastustoiminta alkaa 1)

min

Aikaviive max

tyypillisesti

Viite

tional Effective Dose) avulla. Haittavaikutuksia käsitellään FED-raja-arvotarkastelulla: mitä raja-arvo, sitä suurempaan osuu10suurempi s 3 min Asiantuntijateen on 10 s altistuvista 3 min ihmisistä palamiskaasuilla arvioita 10 s 5 min poistumista vakavasti haittaavia vaikutuksia. [4] [4] [19] 1)


Taulukko 2. Ensitoimenpiteisiin kuluvaan aikaan liittyvät vaiheet ja aikaviiveet. Vaihe, tapahtuma

min

Δt5 = ensitoimenpiteisiin kuluva aika: Saapuminen kohteeseen Tiedustelu / omakotitalo 10 s Tiedustelu / rivitalo 10 s Tiedustelu / kerrostalo 10 s Selvitys / omakotitalo Selvitys / rivitalo Selvitys / kerrostalo Tehokas pelastustoiminta alkaa 1) Projektissa tehdään myös uusia mittauksia

Aikaviive max

tyypillisesti

3 min 3 min 5 min

Viite

Asiantuntijaarvioita [4] [4] [19] 1)

7 Taulukko 3. Tilanteen hallintaan saamiseen kuluvaan aikaan liittyvät vaiheet ja aikaviiveet. Vaihe, tapahtuma

min

Aikaviive max

0,5 min

2 min

1 min

5 min

0,5 min

5 min

kerrostalo: porrashuoneeseen (väliaika, ulospääsyaika riippuu kerrosten lukumäärästä) Sammuttaminen: omakoti-, rivi- tai kerrostalo, rajoittunut syttymishuoneeseen

0,5 min

2 min

3 min

10 min

omakoti-, rivi- tai kerrostalo, levinnyt syttymishuoneesta

3 min

5 tuntia

rivi- tai kerrostalo, levinnyt syttymisosastosta

10 min

60 min

1 tunti

5 tuntia

10 min

30 min

10 s

60 s

Δt6 = tilanteen hallintaan saamiseen kuluva aika: Tehokas pelastustoiminta alkaa (aloitetaan murtautuminen, sammuttaminen, jäähdyttäminen, tuuletus) Murtaudutaan sisään Etsintä (riippuu asunnon koosta ja tyypistä) Pelastaminen (aika per pelastettava): omakoti- tai rivitalo: ulos

Tuuletus (alkaa kun palo on sammunut) Tilanne saatu hallintaan Lisäviiveitä: Jäähdytys (alle 10 % tapauksista) 1)

Muodostetaan yhdistelmä näistä kahdesta jakaumasta

tyypillisesti

Viite

Asiantuntijaarvio Asiantuntijaarvio Asiantuntijaarvioita

Asiantuntijaarvioita

tasajakauma kolmiojakauma, piikki 1 tunti

1) 1)

Asiantuntijaarvio Asiantuntijaarvio

YHTEENVETO Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa –tutkimushankkeessa yhdistetään asuntopaloja kuvaavat tapahtumapuut, aikajanat ja Monte Carlo –simuloinnit operaatioaikamallinnuksen kokonaisuudeksi, avulla saadaan arvio toimintavalmiuden Esimerkiksi jos kautta FED saavuttaa raja-arvon jonka 1, suoritettiin Fire Dynamics Simulator –pavaikutuksesta vahinkoihin. Herkkyystarkastelujen avulla voidaan tutkia muuttujien kuten vakavia haittavaikutuksia oletetaan aiheutu- lonsimulointiohjelman eri versiolla 5 [16], josresurssien ja rakennuksen ominaisuuksien vaikutusta asuntopalojen seurauksiin. Tuloksena on van 50 %:lle altistuneista [15]. sa FED-laskennassa käytetään CO-, CO - ja 2 käytännöllinen ja suhteellisen yksinkertainen menetelmä pelastuslaitosten toimintavalmiuden

”Palokuolemien ehkäisykeinojen tehok- O2-pitoisuuksia. Kriteerinä kuolettaville olokuuden arviointi” -hankkeessa tehtiin noin suhteille käytettiin FED-raja-arvoa 1 tai läm400 asuntopalosimulointia, joissa tarkastel- 8 pötilarajaa 200 °C. Mittapisteet sijaitsivat 1,6 tiin kuolettavien olosuhteiden muodostumi- metrin korkeudessa. FED- ja lämpötilarajat seen kuluvaa aikaa kuudessa eri mittapistees- ovat suhteellisen korkeat, joten vakavia haitsä eri puolilla esimerkkiasuntoa. Simuloinnit tavaikutuksia saattaa ilmetä jo aiemmin. Toi-

saalta mittapiste on melko ylhäällä, ja alempana asunnon olosuhteet ovat todennäköisesti paremmat. Nämä kaksi seikkaa kompensoivat osin toisiaan. Kuolettavien olosuhteiden kriteeri ylittyi yli 200 simuloinnissa. Kuvassa 2 esitetään henkilövahinkojen kertymä simulointien perusteella. Näitä tietoja käytetään tässä projektissa poistumismahdollisuuksien arviointiin yhdessä poistumisaikaarvioiden ja PRONTO-tietokannasta [17] saatavien alkusammutusviiveiden kanssa. Tarkasteltaessa pelastamista palavasta asunnosta on määriteltävä milloin pelastaminen on suoritettu. Voidaan olettaa esimerkiksi, että henkilö on pelastettu, kun hänet on saatu ulos asunnosta tai rakennuksesta. Tältä pohjalta voidaan tutkia pelastettavan henkilön savukaasualtistusta FED-indeksin perusteella. Omaisuusvahinkojen tapahtumapuuta varten tilastotiedot alkusammutuksen onnistumisesta ja palon vaiheesta palokunnan saapuessa saadaan PRONTO-tietokannasta. Omaisuusvahinkojen kertymistä tarkasteltaessa on määriteltävä, milloin vahinkojen kertyminen lakkaa. Tämä voidaan määritellä esimerkiksi ajanhetkeksi, kun vesi tulee suihkuputkesta tai kun palo on sammutettu ja asunto savutuuletettu. Ohjausryhmän päätöksellä tässä hankkeessa oletetaan vahinkojen kertymisen päättyvän, kun ensimmäinen yksikkö lähtee kohteesta paluumatkalle. Vahingot rajataan vain palon aiheuttamiin vahinkoihin, joten sammutustoiminnasta aiheutuneita vahinkoja ei tässä huomioida.

Asuntopalon aikajana Kuva 3 esittää asuntopalon aikajanaa ja tilanteeseen liittyviä aikaviiveitä. Ilmoitusaikaan (Δt1) liittyviä vaiheita ja tapahtumia tarkastellaan taulukossa 1. Hälytysaika (Δt2), lähtöaika (Δt3) ja ajoaika (Δt4) saadaan PRONTO-tiedoista. Ensitoimenpiteisiin kuluvaa aikaa (Δt5) ja tilanteen hallintaan saamiseen kuluvaa aikaa (Δt6) tarkastellaan taulukoissa 2 ja 3. On huomattava, että näihin aikoihin voi käytännössä liittyä muitakin viiveitä kuin taulukoissa listatut. Suhteellisen harvoin esiintyvät viiveet on kuitenkin päätetty jättää huomioitta, jotta malli ei muodostuisi kohtuuttoman monimutkaiseksi. Kuten taulukoista 1, 2 ja 3 havaitaan, aikaviiveiden tarkastelu on tätä kirjoitettaessa vielä osin kesken. Tarkennetut tulokset raportoidaan esitelmässä Palotutkimuksen päivillä 2013.

YHTEENVETO Toimintavalmiuden vaikuttavuus asuntopaloissa -tutkimushankkeessa yhdistetään asuntopaloja kuvaavat tapahtumapuut, aikajanat ja Monte Carlo -simuloinnit operaatioaikamallinnuksen kautta kokonaisuudeksi, jonka avulla saadaan arvio toimintavalmiuden PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

67


Pyrkimyksenä on, että hankkeen tuotokset ovat hyödynnettävissä pelastuslaitosten riskianalyysissa ja toimintavalmiuden suunnittelussa ja että toimintavalmiuden hyödyn kannalta kriittisimmät tekijät ja niiden vaikutus asuntopalojen määrällisiin seurauksiin voidaan tunnis­ taa. Näin päästään tarkastelemaan mahdollisten investointien hyötyjä. vaikutuksesta vahinkoihin. Herkkyystarkastelujen avulla voidaan tutkia eri muuttujien kuten resurssien ja rakennuksen ominaisuuksien vaikutusta asuntopalojen seurauksiin. Tuloksena on käytännöllinen ja suhteellisen yksinkertainen menetelmä pelastuslaitosten toimintavalmiuden vaikuttavuuden arviointiin, vaikka taustalla onkin tieteellisesti edistyksellisiä ja teknisesti monimutkaisia laskentamenetelmiä. Pyrkimyksenä on, että hankkeen tuotokset ovat hyödynnettävissä pelastuslaitosten riskianalyysissa ja toimintavalmiuden suunnittelussa ja että toimintavalmiuden hyödyn kannalta kriittisimmät tekijät ja niiden vaikutus asuntopalojen määrällisiin seurauksiin voidaan tunnistaa. Näin päästään tarkastelemaan mahdollisten investointien hyötyjä.

KIITOKSET Kiitokset Palosuojelurahastolle sekä Helsingin ja Pirkanmaan pelastuslaitoksille osallistumisesta hankkeen rahoitukseen.

LÄHDELUETTELO 1. Sisäasiainministeriö 2012. Pelastustoimen toimintavalmiuden suunnitteluohje. Sisäasiain-ministeriön julkaisut 21/2012. Sisäasiainministeriö, Monistamo. Helsinki 2012. ISBN 978-952-491-749-0 (PDF). 24 s. 2. Hostikka, S., Kling, T., Mangs, J. & Matala, A. Implementation of Quantitative Fire Risk Assessment in PSA (FIRAS). FIRAS summary report. SAFIR2010. The Finnish Research Programme on Safety 20072010. Final Report. Puska, E.-K. & Suolanen, V. (toim.) VTT Research Notes 2571. 2011. VTT, ss. 538–548. http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2011/ T2571.pdf 3. Hostikka, S., Kling, T. & Paajanen, A. Simulation of fire behaviour and human operations using a new stochastic operation time model. Proceedings of the 11th International Probabilistic Safety Assessment and Management Conference and The Annual European Safety and Reliability Conference, PSAM 11 & ESREL 2012, Helsinki, 25.–29.6.2012, Stochastic Modelling and Simulation Techniques, 08–Mo3, 10 p. 68

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

4. Hostikka, S., Kling, T., Vaari, J., Rinne, T. & Ketola, J. Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa – SIREENI-projektin tulokset. Espoo: VTT, 2012. 77 s. + 13 liites. (VTT Technology 61.) ISBN 978-95138-7895-5 5. Keski-Rahkonen, O., Karhula, T., Hostikka, S. Palokuormien jakaumat palokuoleman ehkäisykeinojen arviointiohjelmassa. Palotorjuntatekniikka, Pelastustieto, Palotutkimuksen päivät 2009. Palotutkimusraati, 2009. ss. 108−114. 6. Keski-Rahkonen, O., Karhula, T., Sikanen, T. & Hostikka, S. Palokuolemien ehkäisykeinojen arviointiohjelma pilottina tulevaisuuteen. Palotutkimuksen päivät 2011, Espoo 23.−24.8.2011, Pelastustieto, palontorjuntatekniikka-erikoisnumero. 2011. Palo- ja pelastustieto ry, ss. 22−25. 7. Karhula, T., Sikanen, T., Hostikka, S. & Keski-Rahkonen, O. A Monte Carlo simulation platform of housing fires in Finland forecasting life and property loss. Proceedings of the 11th International Probabilistic Safety Assessment and Management Conference and The Annual European Safety and Reliability Conference, PSAM 11 & ESREL 2012, Helsinki, 25–29.6.2012, Stochastic Modelling and Simulation Techniques, 08– Mo3, 10 s. 8. Karhula, T., Ryynänen, J. & KeskiRahkonen, O. Miten tulipalo näkee Suomen asuntokannan? Palotutkimuksen päivät 2011, Espoo 23.−24.8.2011, Pelastustieto, palontorjuntatekniikkaerikoisnumero. 2011. Palo- ja pelastustieto ry, vol. 62, ss. 12−16. 9. Hostikka, S. & Keski-Rahkonen, O. Probabilistic simulation of fire scenarios. Nuclear Engineering and Design, 2003. Vol. 224, nro 3, ss. 301–311. 10. Hostikka, S. Development of fire simulation models for radiative heat transfer and probabilistic risk assessment. Espoo: VTT, 2008. 103 s. + 82 liites. (VTT Publications 683.) ISBN 978-951-38-7099-7 (soft back ed.) 11. Helakorpi, S., Holstila, A.-L., Virtanen, S. & Uutela, A. Suomalaisen aikuisväestön terveyskäyttäytyminen ja terveys, kevät 2011. Helsinki: Terveyden ja hyvinvoin-

nin laitos, 2012. 203 s. (Raportti 45/2012.) ISBN 978-952-245-566-6 (pdf ) 12. Laitalainen, E., Helakorpi, S. & Uutela, A. Eläkeikäisen väestön terveyskäyttäytyminen ja terveys keväällä 2009 ja niiden muutokset 1993–2009. Helsinki: Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, 2010. 173 s. (Raportti 30/2010.) ISBN 978-952-245-326-6 (pdf ) 13. Tossavainen, P. & Kuronen, R. Kotihoidon laskenta 30.11.2011. Helsinki: Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, 2012. 85 s. (THL/SVT Tilastoraportti 16/2012.) 14. Voutilainen, P. & Vaarama, M. Toimintakykymittareiden käyttö ikääntyneiden palvelutarpeen arvioinnissa. Helsinki: Sosiaali- ja terveysalan tutkimus- ja kehittämiskeskus, 2005. 47 s. (Raportteja 7/2005.) ISBN 951-33-1637-8 (verkkokirja) 15. ISO 13571. Life-threatening components of fire – Guidelines for the estimation of time to compromised tenability in fires. Geneva: International Organization for Standardization, 2012. Second Edition 2012-0912. 21 s. 16 McGrattan, K., McDermott, R., Hostikka, S. & Floyd, J. Fire Dynamics Simulator (Version 5) User’s Guide. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, NIST Special Publication 10195, 2010. 17. Pelastustoimen resurssi- ja onnettomuustilasto PRONTO. http://prontonet.fi/ 18. Bruck, D. & Thomas, I. Towards a Better Smoke Alarm Signal – an Evidence Based Approach. Fire Safety Science – Proceedings of the Ninth International Symposium. International Association for Fire Safety Science, 2008. Ss.403–414. 19. Jäntti, J., Miettinen, P. & Tillander, K. Pelastusyksikön ensimmäisiin toimenpiteisiin kohteessa kuluva aika – Esimerkkitapauksina huoneistopalo 3. kerroksessa ja henkilöauton suistumisonnettomuus. Kuopio: Pelastusopisto, 2009. 90 s. + 28 liites. (Pelastusopiston julkaisu. B-sarja: Tutkimusraportit, 3/2009.) ISBN 978-952-5515-75-6 (pdf )


Kati Tillander, Helsingin kaupungin pelastuslaitos, PL 10, 00099 Helsingin kaupunki Antti Paajanen, Tuomo Rinne, Tuula Hakkarainen ja Riikka Rajamäki, VTT, PL 1000, 02044 VTT

Onnettomusvahingot pelastustoimen toimintavalmiuden suunnittelussa TIIVISTELMÄ Helsingin kaupungin pelastuslaitoksen koordinoiman tutkimushankkeen tavoitteena on tunnistaa onnettomuuksien seurauksia selittävät tekijät ja luoda menettelyt, joiden avulla onnettomuuksien todennäköiset seuraukset voidaan huomioida pelastustoimen riskianalyysissä. Hanke laajentaa onnettomuuksien esiintymistiheyksiin perustuvaa riskinarviointia suuntaan, jossa huomioidaan myös uhatut arvot ja todennäköisten seurausten laajuus sekä onnettomuustyyppien väliset erot toimintavalmiuden näkökulmasta. Hanke käynnistyi joulukuussa 2012 ja se valmistuu vuoden 2013 loppupuolella. Tässä artikkelissa esitellään tutkimuksen tulokset huhtikuun 2013 tilanteen mukaisesti.

JOHDANTO Tausta Toimintavalmiusohje A:71 [1] on ollut pohja, johon eri pelastustoimen alueiden riskianalyysit ovat joko kokonaan tai osittain perustuneet. Riskialuemäärittelyt on tehty yksinomaan rakennusten kerrosalaan ja asukaslukuun perustuen. Uudessa pelastustoimen toimintavalmiuden suunnitteluohjeessa [2] on käytetty askeleen edistyneempää riskienarviointimallia [3], joka kuitenkin vanhan mallin tavoin pohjautuu pelkästään rakennusten kerrosalaan ja asukaslukuun. Pelastustoimen toimintavalmiuden suun-

nitteluohjeen riskiluokittelu ei nykyisessä muodossaan ota huomioon esim. onnettomuustyyppien eroja, uhattuja arvoja tai erilaisten ennaltaehkäisevien toimenpiteiden vaikutusta onnettomuuden seurauksiin. Onnettomuuksien esiintymiseen vaikuttavia taustamuuttujia on olemassa useissa eri tietokannoissa, mutta niitä ei ole hyödynnetty tehokkaasti eikä niiden käyttöön ole luotu vakioituja menettelyjä. Pelkästään onnettomuustodennäköisyyteen tai onnettomuuksien esiintymistiheyteen perustuva riskinarviointi ei ole riittävän kattavaa. Onnettomuustodennäköisyyden ja onnettomuuksien esiintymistiheyden lisäksi riskinarvioinnissa tulisi huomioida onnettomuuksien todennäköiset seuraukset.

Tavoite Tavoitteena on tunnistaa onnettomuuksien seurauksia selittävät tekijät ja luoda menettelyt, joiden avulla onnettomuuksien todennäköiset seuraukset voidaan huomioida pelastustoimen riskianalyysissä. Hanke laajentaa onnettomuuksien esiintymistiheyksiin perustuvaa riskinarviointia suuntaan, jossa huomioidaan myös uhatut arvot ja todennäköisten seurausten laajuus sekä onnettomuustyyppien väliset erot toimintavalmiuden näkökulmasta. Lisäksi tarkastellaan vuorokaudenajan vaikutusta riskin suuruuteen. Lopputuotteena luodaan konkreettisia työvälineitä, joita pelastuslaitokset voivat suo-

raan hyödyntää pelastustoimen toimintavalmiuden suunnitteluohjeen riskiluokitusten tarkentamiseen onnettomuuksien seurauksia koskevan tiedon avulla. Tulokset puetaan myös karttamuotoon, jolloin ne ovat suoraan hyödynnettävissä pelastuslaitosten riskianalyysityössä. Tulosten avulla pelastuslaitokset pystyvät tunnistamaan alueellaan vallitsevat riskit entistä tarkemmin ja mitoittamaan palvelunsa paremmin todellisia riskejä vastaaviksi.

Toteutus Hanke käynnistyi joulukuussa 2012 ja se päättyy vuoden 2013 loppupuolella. Työ toteutetaan Helsingin, Pirkanmaan, Pohjanmaan ja Jokilaaksojen pelastuslaitosten sekä VTT:n yhteistyönä. Hankkeen ohjausryhmään kuuluvat edustajat sisäasiainministeriöstä, Kuntaliitosta, Helsingin, Pirkanmaan, Pohjanmaan, Jokilaaksojen, Keski-Uudenmaan, Etelä-Pohjanmaan, Pohjois-Savon sekä Keski-Suomen pelastuslaitoksista.

LÄHTÖKOHDAT Sisäasiainministeriö on ohjeistanut pelastustoimen toimintavalmiuden suunnittelua antamassaan suunnitteluohjeessa [2]. Suunnitteluohjeen riskien määrittely perustuu 1 km×1 km ruudukkoon, jotka on ruuduille määritetyn riskitason perusteella luokiteltu neljään riskiluokkaan. Riskitason määrittämiseen käytetään regressiomallia [3], jossa PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

69


rakennustyypeissä. Rakennustyypeillä, joissa havaintoja on riittävästi, nähdään selkeä riippuvuus kerrosalan ja tuhoutumisprosentin välillä.

Tuhoutumispros. (%)

A1

Rakennuspaloja koskeva tilastoaineisto poimittiin PRONTOsta [4] ja se kattoi vuodet 2009–2012. Rakennuspalojen lukumäärä oli yhteensä 10571 kpl. Rakennuspalon seurauksina käsiteltiin vahingon pinta-alaa, josta edelleen johdettiin tuhoutumisprosentti, joka kuvaa syntyneen vahingon ja rakennuksen kokonaisalan suhdetta. Aineiston koko oli 8315 kpl, kun joukosta oli poistettu ne tapaukset, joissa vahingon pinta-alaksi ja/ tai rakennuksen kokonaisalaksi oli merkitty 0 m2. Aineistosta poistettiin myös ne tapaukset (115 kpl), joissa vahingon pinta-alan ja rakennuksen kokonaisalan suhde oli suurempi kuin 1.

100%

80% 60% 40%

20% 0%

0

Tuhoutumispros. (%)

Onnettomuusaineisto

Tuhoutumispros. (%)

100%

RAKENNUSPALOT

Tuhoutumispros. (%)

Tuhoutumispros. (%)

Kertymä (-)

Kertymä (-)

Tuhoutumispros. (%)

A1 J muuttujina ovat ruudun asukasluku, kerros100% 100% ala sekä niiden yhteisvaikutus. Tämän lisäksi 80% 80% pelastustoimen toimintavalmiuden suunnitteluohjeen [2] mukaisesti riskiluokan mää60% 60% räytymiseen vaikuttaa myös ruudussa (vii40% 40% den vuoden seurantajaksolla) tapahtuneiden 20% 20% onnettomuuksien määrä. Riskiluokan määrittämisessä ei huomioida ruudussa uhattu0% 0% 0 100 200 300 400 0 500 1000 1500 2000 na olevia arvoja tai tapahtuneita vahinkoKokonaisala (m2) Kokonaisala (m2) ja lainkaan. Tutkimushankkeen pohja-aineistona käytetään edellä kuvattua riskiruutuaineistoa. Kuva 1. Tuhoutumisprosentin luokkakohtaiset keskiarvot ja keskivirheet kerrosalan Analysoimalla olemassa olevaa aineistoa tifunktiona eri rakennustyypeissä. Luokan koko 50 m2. Perustuu PRONTOn rakennuspalastollisin menetelmin selvitetään erityyppis- Rakennuksen ja tuhoutumisprosentin ei havaittu korrelaatiota (kuva 3), vaan loaineistooniän vuosilta 2009-2012. Vasemmalla pientalot ja selvää oikealla teollisuusrakennukRakennuksen iän javälillä tuhoutumisprosentin välillä ei havaittu selvää korrelaa ten onnettomuuksien seurausten riippuvuus rakennuksen iästä riippumatta tuhoutumisprosentti näyttäisi pysyvän rakennustyypeittäin set. rakennuksen iästä riippumatta tuhoutumisprosentti näyttäisi pysyvän riskiruutuaineistoon kiinnitettävissä olevista vaihtuvalla vakiotasolla (kuvassa 3 esitetään ainoastaan pientalojen tulokset).. vaihtuvalla vakiotasolla (kuvassa 3 esitetään ainoastaan pientalojen tulokse eri muuttujista. Seuraustarkastelussa pyritään huomioimaan myös erityyppisten ennaltaeh- Lisäksi tarkasteltiin tuhoutumisprosentin riippuvuutta rakennuksen iästä, a) sekä rakennuksen suojaustasosta b) / ei sprinklattu). Kuvassa (sprinklattu käisykeinojen vaikutus vahingon odotusar- toimintavalmiusajasta a) b) lait. esitetään teollisuusrakennuksista poimitun otannan tuloksetei samm. tuhoutumisprosenttien voon. Tuloksena tuodaan nykyiseen riskiruu- 2a100% ei sam 100% Teollisuusrakennukset: 100% 100% sammutti rajoitti ollut sammutuslaitteisto (sammuttanut tai tai rajoittanut) jasamm 504 kpl (ei samm. lait.) joissa onTeollisuusrakennukset: tulähestymistapaan onnettomuuksien seura- jakaumille -­‐ tapauksissa, -­‐ 504 kpl (ei samm. lait.) 80% 80% -­‐ 111 kpl (sammutti tai rajoitti) sammutuslaitteistoa. Jakaumien perusteella pystytään 80% 80%ollut-­‐ 111 kpl (sammutti tai rajoitti) uksia selittävät tekijät sekä määritetään seu- tapauksissa, joissa ei ole toteamaan, että tuhoutumisprosentti on pienempi silloin, kun sammutuslaitteisto on toiminut 60% 60% rausten odotusarvo ruututasolla. Seurauksina 60%käyttää tunnuslukuina esim. mediaania, 60% tai rajoittanut. Jos halutaan niin vastaavat luvut käsitellään henkilövahinkoja sekä rakennus40% 40% tuhoutumisprosenteille ovat 5,2 % (ei sammutuslaitteistoa) ja 0,7 % (sammutti tai rajoitti). 40% 40% palojen osalta myös tuhoutunutta kerrosalaa. Kuvasta 20% on haasteellisempi muodostaa, koska 20% 2b nähdään, että selkeä kerrosalariippuvuus 20% 20% Työssä keskitytään erityisesti rakennuspa- aineistoa on vähän (kaikkiaan ”sammutti tai rajoitti” 0% tapauksia oli 146 kpl). Vaikuttaisi siltä, 0% 2 loihin. Myös tieliikenneonnettomuudet ovat että 1000-2000 k-m välillä0% 0% %. välillä on luokkaa 10-15 0 600 1200 1800 0.0001 0.001 0.01 ero 0.1tuhoutumisprosenttien 1 tärkeä tarkastelukohde, koska ne ovat pelas0 600 120 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 Kokonaisala (m2) Tuhoutumispros. (-) Kokonaisala (m tustoimen tehtävistä se onnettomuustyypTuhoutumispros. (-) pi, jossa tapahtuu eniten henkilövahinkoja. Muiden onnettomuustyyppien osalta arvi- Kuva 2.Teollisuusrakennusten tuhoutumisprosenttien a) jakaumat tapauksissa, joissa 3 2.Teollisuusrakennusten tuhoutumisprosenttien a) jakaumat tapauk ole ollut tai sammutuslaitteisto on sammuttanut tai rajoittanut oidaan kehitettyjen mallien soveltamismah- sammutuslaitteistoa ei Kuva sammutuslaitteistoa ei ole ollut tai sammutuslaitteisto onkersammuttanut ta tulipalon sekä samaiset b) tuhoutumisprosentit (keskivirheineen) rakennuksen dollisuuksia niiden tarkasteluun. Tällöin en2 tulipalon sekä samaiset b) tuhoutumisprosentit (keskivirheineen) rakenn rosalan funktiona. Luokitteluvälinä käytetty 500 m . sisijaisia kohteita ovat ne onnettomuustyyrosalan funktiona. Luokitteluvälinä käytetty 500 m2. pit, jotka tilastojen perusteella aiheuttavat eniten vahinkoja.

A1

80% 60% 40%

20%

50 0% 0 Rakennuksen ikä (a)

100

50 Rakennuksen ikä (a)

100

suhteen. Kuvassa 1 on esitetty tuhoutumisKuva 3. Tuhoutumisprosentti (ja keskivirhe) pientaloille rakennuksen iän funktiona. prosentin keskiarvot funktiona eri Luokitteluväli oli 10 kerrosalan vuotta. Kuva 3. Tuhoutumisprosentti (ja keskivirhe) pientaloille rakennuks rakennustyypeissä. Rakennustyypeillä, Luokitteluväli olijois10 vuotta. sa havaintoja on riittävästi, nähdään selkeä teamaan, että tuhoutumisprosentti on pieriippuvuus kerrosalan ja(tässä: tuhoutumisprosennempi silloin, kun sammutuslaitteisto toiToimintavalmiusajan kiireelliset rakennuspalotapaukset 1. yksikön on saapumisen tin välillä.ja tuhoutumisprosentin minut rajoittanut. Jos halutaan käyttää (pl. mukaan) välillä näyttäisi olevan myösrakennuspalotapaukset heikko korrelaatio Toimintavalmiusajan (tässä: tai kiireelliset 1. yk Lisäksi tarkasteltiin tuhoutumisprosentunnuslukuina esim. mediaania, niin vastaaliikerakennukset). Kuvassa 4a esitetään pientalojen tuhoutumisprosentti toimintavalmiusajan mukaan) ja tuhoutumisprosentin välillä näyttäisi olevan myös heikk tin riippuvuutta rakennuksen iästä, tuhoutumisprosentti toiminvat luvut tuhoutumisprosenteille ovat 5,2 % funktiona. Kuten nähdään, on pientalojen lähes vakio riippumatta liikerakennukset). Kuvassa 4a esitetään tuhoutumisprosentti t toimintavalmiusajasta. Ts. pientaloissa, ovat käytännössä samaa palo-osastoa, tavalmiusajasta sekä rakennuksen suojausta(ei sammutuslaitteistoa) ja 0,7 % (sammutti funktiona. Kuten jotka nähdään, tuhoutumisprosentti on lähes v tuhoutumisprosentti vaihtelee n. Kuvassa 60-70 %2avälillä. Senpientaloissa, sijaan, kun 2b katsotaan vahinkojen sosta (sprinklattu/ei sprinklattu). taiTs. rajoitti). Kuvasta nähdään, ettäkäytännössä selkeäpinta- sa toimintavalmiusajasta. jotka ovat alojen summaa ja toimintavalmiusaikaa (kuva 4b), havaitaan selkeä funktionaalinen esitetään teollisuusrakennuksista poimitun vaihtelee kerrosalariippuvuus haasteellisempi muotuhoutumisprosentti n. 60-70 % on välillä. Sen sijaan, kun katsotaa käyttäytyminen näiden suureiden osalta. Näyttäisi siltä, aineistoa että noin 8vähän min4b), (480havaitaan s) saakka selk otannan tulokset tuhoutumisprosenttien jadostaa, koska on (kaikkiaan alojen summaa ja toimintavalmiusaikaa (kuva Tuhoutumisprosentin riippuvuus eri vahinkosumma kasvaa, mutta alkaa sen jälkeen pudota. Eräs tulkinta kuvalle on, noin että 8 m kaumille tapauksissa, joissa on ollut sammu”sammutti tai osalta. rajoitti” tapauksia olisiltä, 1464bkpl). käyttäytyminen näiden suureiden Näyttäisi että muuttujista lukumääräisesti sellaiset tapaukset, joihin saavutaan keskimäärin 8 min 2 vahinkosumma kasvaa, mutta alkaa sen jälkeen pudota. Eräs tulkinta k tuslaitteisto (sammuttanut tai rajoittanut) ja Vaikuttaisi siltä, että 1000–2000 k-m välillukumääräisesti sellaiset tapaukset, joihin saavutaan kes Tuhoutumisprosentin käyttäytymistä tarkas- tapauksissa, joissa ei ole ollut sammutuslait- lä ero tuhoutumisprosenttien välillä on luok4 teltiin eri rakennustyypeissä eri muuttujien teistoa. Jakaumien perusteella pystytään to- kaa 10–15 %. 4 70

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


a)

Rakennuksen iän ja tuhoutumisprosentin välillä ei havaittu selvää korrelaatiota (kuva 3), vaan rakennuksen iästä riippumatta tuhoutumisprosentti näyttäisi pysyvän rakennustyypeittäin vaihtuvalla vakiotasolla (kuvassa 3 esitetään ainoastaan pientalojen tulokset). Toimintavalmiusajan (tässä: kiireelliset rakennuspalotapaukset 1. yksikĂśn saapumisen mukaan) ja tuhoutumisprosentin välillä näyttäisi olevan myĂśs heikko korrelaatio (pl. liikerakennukset). Kuvassa 4a esitetään pientalojen tuhoutumisprosentti toimintavalmiusajan funktiona. Kuten nähdään, tuhoutumisprosentti on lähes vakio riippumatta toimintavalmiusajasta. Ts. pientaloissa, jotka ovat käytännĂśssä samaa palo-osastoa, tuhoutumisprosentti vaihtelee noin 60–70 %:n välillä. Sen sijaan, kun katsotaan vahinkojen pinta-alojen summaa ja toimintavalmiusaikaa (kuva 4b), havaitaan selkeä funktionaalinen käyttäytyminen näiden suureiden osalta. Näyttäisi siltä, että noin 8 min (480 s) saakka vahinkosumma kasvaa, mutta alkaa sen jälkeen pudota. Eräs tulkinta kuvalle 4b on, että lukumääräisesti sellaiset tapaukset, joihin saavutaan keskimäärin 8 min toimintavalmiusajassa, ovat runsaimmin edustettuina kaikista tapauksista. Aiheeseen paneudutaan tarkemmin hankkeen edetessä.

Vahinkoriskin määrittäminen ruuduittain Vahinkoriskin määrittäminen ruututasolla tehdään yksinkertaisesti riskituloa hyĂśdyntäen (kaava (1)). R = f ∙ X

80% 60% 40%

20% 0%

25000

Vahinkopinta-alan summa (m2)

Tuhoutumispros. (%)

100%

b)

A1

0

600 1200 1800 Toimintavalmiusaika (s)

A1

20000 15000 10000

5000 0

0

600 1200 1800 Toimintavalmiusaika (s)

Kuva 4. Kuvassa a): tuhoutumisprosentti (ja keskivirhe) toimintavalmiusajan funktiona ja kuvassa b) vahinkopinta-alan summa toimintavalmiusajan funktiona. Luokitteluväli KIITOKSET Ruutukohtainen vahinkoriski määritetään molemmissa kuvissa 60 s. yhdistämällä rakennuskohtainen vahingon Kiitokset Palosuojelurahastolle sekä Helsinodotusarvo rakennustyypin mukaiseen syt- gin, Pirkanmaan, Pohjanmaan sekä Jokilaaktymistaajuuteen ja summaamalla näin saatu sojen pelastuslaitoksille osallistumisesta hankVahinkoriskin määrittäminen ruuduittain rakennuskohtainen vahinkoriski yli ruudun keen rahoitukseen. rakennusten. Ruutukohtainen vahinkorisVahinkoriskin määrittäminen ruututasolla tehdään yksinkertaisesti riskituloa hyĂśdyntäen LĂ„HDELUETTELO ki määrittyy (kaava (1)). kvantitatiivisesti ja sen pohjalta voidaan piirtää havainnollinen riskikartta. 1. SisäasiainministeriĂś 2003. ToimintavalEdellä kuvattu menettely kattaa omaisuus(1),pelasđ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘… = đ?‘“đ?‘“đ?‘“đ?‘“ ∙ đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹ miusohje A:71. SisäasiainministeriĂśn vahinkotarkastelut. Lähestymistavassa keskei- tusosaston julkaisusarja A. Dnro SM-2002nen haaste on määrittää tuhoutumisprosen- 00018/Tu-35. 12 s. missä, R = vahinkoriski, rakennuspalon ja X = vahingon tin käytĂśs eri muuttujienf =funktiona, johon todennäkĂśisyys 2. SisäasiainministeriĂś 2012. odotusarvo. Pelastustoiliittyvät myĂśs menetelmän kannalta suurim- men toimintavalmiuden suunnitteluohje. SiKun onnettomuusaineistosta määritetty tuhoutumisprosentin tilastollinen käytĂśs eri mat epävarmuudet. Hankkeen on edetessä py- säasiainministeriĂśn julkaisut 21/2012. Sisämuuttujien funktiona, voidaan arvioida minkä suuruinen kokonaisvahinko ruudussa ritään tarkastelemaan samalla menetetelyl- asiainministeriĂś, Monistamo. Helsinki 2012.syntyy, jos jokaisessa rakennuksessa syttyy rakennuspalo. Tämä kuvaa ruutukohtaista vahinkoarvoa. lä henkilĂśvahinkoja, tavoitteena tarkentaa ISBN 978-952-491-749-0 (PDF). 24 s riskikarttaa henkilĂśvahinkoriskiin liittyvil3. Tillander, Kati; Matala, Anna; HostikRuutukohtainen vahinkoriski määritetään yhdistämällä rakennuskohtainen vahingon lä tiedoilla. ka, Simo; Tiittanen, Pekka; Kokki, Esa; Tasodotusarvo rakennustyypin mukaiseen syttymistaajuuteen ja summaamalla näin saatu kinen, Olli. 2010. Ruutukohtainen Pelastustoimen riskianarakennuskohtainen vahinkoriski yli ruudun rakennusten. vahinkoriski LIIKENNEONNETTOMUUDET lyysimallien Espoo, VTT. 117 määrittyy kvantitatiivisesti ja sen pohjalta voidaan piirtää kehittäminen. havainnollinen riskikartta. Verrattuna muihin pelastustoimen tehtäviin, s. + liitt. 9 s. VTT Tiedotteita - Research Notieliikenteen onnettomuuksissa tilastoi- tes; 2530. ISBN 978-951-38-7573-2. http:// Edellä kuvattu menettely kattaaonomaisuusvahinkotarkastelut. Lähestymistavassa keskeinen tu tapahtuneeksi eniten henkilĂśvawww.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2010/T2530. haaste on määrittääselvästi tuhoutumisprosentin käytĂśs eri muuttujien funktiona, johon liittyvät myĂśs hinkoja. Tieliikenneonnettomuuksiin liitty- pdf. Hankkeen edetessä pyritään tarkastelemaan menetelmän kannalta suurimmat epävarmuudet. vien riskien menetetelyllä arvioinnissa nojataan aiemmin 4. PRONTO. Pelastustoimen ja samalla henkilĂśvahinkoja, tavoitteena tarkentaaresurssiriskikarttaa tehtyihin tutkimuksiinliittyvillä ja selvityksiin, jois- onnettomuustilasto. https://prontonet.fi/ henkilĂśvahinkoriskiin tiedoilla. sa maanteiden turvallisuutta on tarkasteltu 5. Salenius, Salla. 2012. LiikenneturvalliLIIKENNEONNETTOMUUDET tien ja tieympäristĂśn ominaisuuksien näkĂś- suuden analysointi – maanteiden onnettokulmasta [5]. Tarkastelu pohjautuu poliisin muudet vuosina 2001-2010. Liikennevirastietoon tulleiden maanteillä tapahtuneiden ton 5 tutkimuksia ja selvityksiä 2/2012. 168 henkilĂśvahinko-onnettomuuksien ja tiever- s. ja 33 s. (liit.). ISSN-L 1798-6656, ISSN kon ominaisuuksien analysointiin. Olemas- 1798-6664, ISBN 978-952-255-093-4. sa olevan tiedon pohjalta luodaan sovellus pelastustoimeen, jossa tieverkon eri tyyppisille osuuksille määritetyt onnettomuustiheydet tuodaan ruututasolle.

(1),

missä, R = vahinkoriski, f = rakennuspalon todennäkÜisyys ja X = vahingon odotusarvo. Kun onnettomuusaineistosta on määritetty tuhoutumisprosentin tilastollinen käytÜs eri muuttujien funktiona, voidaan arvioida minkä suuruinen kokonaisvahinko ruudussa syntyy, jos jokaisessa rakennuksessa syttyy rakennuspalo. Tämä kuvaa ruutukohtaista vahinkoarvoa.

MyĂśs tieliikenneonnettomuudet ovat tärkeä tarkastelukohde, koska ne ovat pelastustoimen tehtävistä se onnettomuustyyppi, jossa tapahtuu eniten henkilĂśvahinkoja. PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013

71


Pekka Kortelainen, Johannes Ketola ja Matti Sipilä, Pelastusopisto, Hulkontie 83, 70820 Kuopio

ProntoX – Pelastustoimen rekisterija tilastointijärjestelmien tarpeet ja toteutusmalli TIIVISTELMÄ Pelastustoimen rekisteri- ja tilastointijärjestelmien tarpeet ja toteutusmalli -hanke (ProntoX) käynnistettiin vuoden 2011 lopussa. Hankkeen tehtävänä oli selvittää pelastustoimen rekisteröinti- ja tilastojärjestelmien nykytila, toimintaympäristön muutosten vaikutukset sekä luoda ehdotus järjestelmien uudistamiseksi. Selvitystyö ulotettiin koskemaan kaikkia kolmea pelastuslaissa mainittua pelastustoimen rekisteriä, toimenpiderekisteriä, valvontarekisteriä ja varautumisen tehtävien rekisteriä. ProntoX-hankkeen selvitystyössä hyödynnettiin Julkisen hallinnon tietohallinnon neuvottelukunnan julkaisemia JHS-suosituksia. Käytössä olivat ICT-palvelujen kehittämiseen ja prosessien kuvaukseen liittyvät suositukset. Pelastustoimen rekisteri- ja tilastointijärjestelmien nykytila kuvattiin kokonaisarkkitehtuurimenetelmän mukaisesti. Pelastustoimessa on nykyisin käytössä kansallisia, alueellisia ja paikallisia tietojärjestelmiä. Keskeisten rekisterien välinen tiedonsiirto ei toimi sähköisesti, vaan tietoja joudutaan siirtämään manuaalisesti järjestelmien välillä. Hajautettu ja siiloutunut järjestelmätoteutus ei tue tietojen yhtenäistä analysointia ja hyödyntämistä. Ongelmia on nähtävissä erityisesti riskiperustaisen valvontatoiminnan toteuttamisessa. Hätäkeskusjärjestelmän uudistaminen ja viranomaisten yhteisen kenttäjärjestelmän käyttöönotto asettavat pelastustoimen järjestelmien toimivuudelle uu-

72

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

sia haasteita. Pelastustoimen nykyisin hajautetut järjestelmät ja tiedonhallinta vaikeuttavat järjestelmien integrointia hätäkeskusjärjestelmään ja kenttäjärjestelmään. Tutkimuksen lopputuloksena esitetään pelastustoimeen keskitettyä tietojärjestelmäratkaisua. Toteutusmallin mukaisesti pelastustoimen rekisterien tiedot kootaan yhtenäiseen tietovarantoon, johon kytketään tarvittavat järjestelmäpalvelut. Keskittämisellä ratkaistaan tiedon hallintaan, hyödyntämiseen ja sähköiseen siirtoon liittyvät ongelmat. Kustannushyödyt huomioiden järjestelmä on myös aikaisempaa tehokkaampi.

PRONTOX-HANKE Tavoitteet ProntoX-hankkeen tehtävänä oli selvittää pelastustoimen rekisteröinti- ja tilastojärjestelmien nykytila, toimintaympäristön muutosten vaikutukset sekä luoda ehdotus järjestelmien uudistamiseksi. Kokonaisuus muodostuu toimenpiderekisteristä, valvontarekisteristä ja varautumistehtävien rekisteristä sekä niihin liittyvistä järjestelmistä. Pelastustoimen käytössä on nykyisin kansallisesti keskitetty PRONTO onnettomuusja resurssitietojärjestelmä. Jokaisella kahdellakymmenelläkahdella aluepelastuslaitoksella on oma alueellinen palotarkastusohjelma sekä vaihtelevin tavoin toteutettu varautu-

misen tietojen hallinta. Kerättyä tietoa käytetään pelastuslaitosten toimintaan, toiminnan kehittämiseen, sisäasianministeriössä ja aluehallintovirastoissa valtakunnallisesti toiminnan seurantaan ja ohjaukseen sekä tutkimukseen ja tilastointiin. Hätäkeskustietojärjestelmän ja kenttäjohtamisjärjestelmien kansalliset uudistusprojektit asettavat järjestelmille uudistamispaineita. Hätäkeskusjärjestelmän tulisi toimia jouhevasti yhteen pelastustoimen järjestelmien kanssa. Projektin tavoitteiksi asetettiin projektia käynnistettäessä: • Kuvata pelastustoimen rekisteröinnin ja tilastoinnin käsitteet, prosessit sekä vastuuja käyttäjätahot • Kuvata toimintaympäristön muutosten (TOTI/ERICA, KEJO, TUVE, valvontarekisterit) vaikutus pelastustoimen rekisteri- ja tilastointijärjestelmiin • Tuottaa ehdotus rekisteröinti- ja tilastointijärjestelmien uudistuksen keskeisestä sisällöstä, toteuttamismallista, teknisistä ratkaisuista, toteuttamisaikataulusta ja rahoitusmalleista • Varmistaa sidosryhmien tietoisuus rekisteri- ja tilastointijärjestelmien tarpeista ja huolehtia eri järjestelmien yhteensopivuudesta.

Tutkimus- ja kehittämismenetelmä ProntoX-tutkimuksessa aihetta lähestyttiin soveltaen julkisen hallinnon tietohallinnon


neu-vottelukunnan (JUHTA) suosituksia julkisen hallinnon ICT-palvelujen kehittämistä varten. Kehittämisen lähtökohtana näissä on kokonaisarkkitehtuurimalli, jonka perusteella selvitystyötä on jäsennetty. ProntoXhankkeessa on nykytilan kuvaus vahvasti painottunut. Periaatetaso Suositusta JHS 179 soveltaen ensin selvitettiin periaatteelliset ohjaavat tekijät. Lainsäädännön osalta läpikäytiin pelastuslain, henkilötietolain sekä lain hätäkeskustoiminnasta vaikutukset tulevaan järjestelmään. Asiakirjojen julkisuus-, salassapito- ja turvaluokitussäännökset analysoitiin. Strategiatason linjauk­set on myös otettu huomioon. Toiminta-arkkitehtuuri Seuraavana osa-alueena analyysissä oli toiminta-arkkitehtuurin havainnollistaminen. Palvelut jakautuvat ryhmiin seuranta ja tilastointi sekä ohjaus, valistus ja neuvonta. Seurannan ja tilastoinnin palvelut koostuvat erilaisten tilastotietojen ja seurantatietojen koonnista sekä niiden tuottamisesta ja jakelusta. Pelastustoiminnan osalta tietojärjestelmien keskeisin hyödyntäminen liittyy nykyisin pelastustoimen suorittamaan toimenpiteen tietojen kirjaamiseen, mikä tapahtuu pääasiassa toimenpiteen jälkeen. Pelastuslaitokset valvovat pelastuslain asettamien yleisten velvollisuuksien sekä toiminnanharjoittajan, rakennuksen omistajan ja haltijan velvollisuuksien toteutumista. Tähän liittyen pelastuslaitokset tekevät palotarkastuksia tai seuraavat muutoin toiminnan lainmukaisuutta. Väestösuojeluun varautuminen ei ole samaan tapaan toiminnallista kuin pelastustoiminta tai valvontatoiminta. Toiminnan tarkoituksena on varautua poikkeusoloihin siten, että pelastuslaitos yhteistyössä muiden toimijoiden kanssa kykenee silloin suojelemaan väestöä Prosessit Pelastustoimen rekisteröinti- ja tilastojärjestelmiin liittyviä prosesseja on toistaiseksi ku-

Kuva 1 Palveluhierarkia

vattu melko vähän. Nykytilan osalta tässä hankkeessa on kuvattu: • Toimenpidetietojen kirjaaminen hälytystehtävässä • Koostetietojen kirjaaminen toimenpiderekisteriin • Tietojen haku toimenpiderekisteristä • Resurssitietojen ylläpito • Turvallisuusviestintä • Palotarkastus Tietoarkkitehtuuri Tietoarkkitehtuurin osalta on läpikäyty pääasialliset pelastustoimeen liittyvät sisäiset ja ulkoiset tietovarannot. Pelastuslaitoksen sisäisiä päätietoryhmiä ovat toimenpidetiedot, valvontatehtävien tiedot sekä varautumisen tiedot. Ulkoisia ovat mm. kiinteistötiedot. Pelastuslaitoksen sisäisiä päätietoryhmiä ovat toimenpidetiedot, valvontatehtävien tiedot sekä varautumisen tiedot.

HANKKEEN TULOKSET Visio Pelastustoimen rekisteri- ja tilastointijärjestelmien arkkitehtuurin kehittämistarpeiden ja nykytilan kuvausten pohjalta on luotu ylätason kehittämisvisio järjestelmäkokonaisuuden kehittämiseksi. Pelastustoimen tietojärjestelmät muodostavat harmonisoidun järjestelmäkokonaisuuden, jossa tiedon käytettävyys ja saavutettavuus on toteutettu pelastustoimen palvelutehtävien hoitamisen kannalta mahdollisimman tehokkaasti sekä pelastustoimen ja pelastustoimeen liittyvien kriittisten järjestelmien yhteydet ja niiden yhteen toimivuus on varmistettu. Vision lähtökohtana on pelastustoimen nykyisten palvelujen mahdollisimman tehokas hoitaminen. Keskeinen ajatus on järjestää pelastustoimen tietovarannot ja järjestelmät sellaiseksi kokonaisuudeksi, joka tukee parhaiten palvelutuotantoa. Lisäksi varmistetaan, että kokonaisuus on julkishallinnon suositusten mukainen ja siinä hyödynnetään nykyaikaisinta teknologiaa. Visiossa pelastustoimen tiedot muodostavat keskitetyn tietovarannon. Tietovarantoon on kytketty tarvittavat tietojärjestelmäpalvelut. Tietovaranto liittyy hätäkeskusjärjestelmään yhden rajapinnan kautta. Tietoa voidaan siirtää järjestelmien välillä molempiin suuntiin. Visiossa pelastustoimen tietovarannon tietoarkkitehtuuri on harmonisoitu sisäisesti suhteessa järjestelmäpalveluihin ja ulkoisesti suhteessa sidosjärjestelmiin. Tietojen analysointi voidaan ulottaa samojen periaatteiden mukaisesti koko tietovarantoon.

Seurannan ja tilastoinnin palvelut koostuvat erilaisten tilastotietojen ja seurantatietojen koonnista sekä niiden tuottamisesta ja jakelusta. Pelastustoiminnan osalta tietojärjestelmien keskeisin hyödyntäminen liittyy nykyisin pelastustoimen suorittamaan toimenpiteen tietojen kirjaamiseen, mikä tapahtuu pääasiassa toimenpi-

Kuva 2 Pelastustoimen rekisteri- ja tilastointijärjestelmiin liittyvien palvelu

Tietoarkkitehtuuri

Tietoarkkitehtuurin osalta on läpikäyty pääasialliset pelastustoimeen liittyv set tietovarannot.

Pelastuslaitoksen sisäisiä päätietoryhmiä ovat toimenpidetiedot, valvontateh varautumisen tiedot.

Rekisteröintija tilastojärjestelmien Ulkoisia ovat mm. kiinteistötiedot.

arkkitehtuurin analyysi ja kehittämistarpeet Vision mukaisessa ratkaisussa pelastustoimeen luodaan yhteinen tietovaranto ja siihen määritellään tarvittavia järjestelmäpalveluja. Keskeinen ajatus on luopua hajautetuista tietovarannoista ja järjestelmistä. Keskittämisellä ratkaistaan tiedon siirtoon, käyttöön ja hyödyntämiseen liittyvät keskeisimmät ongelmat. Nähtävissä on, että pelastustoimen kaikki palvelut hyötyvät tällaisesta järjestelmäratkaisusta. Tiedon keruun ja käytön tulisi palvella niitä tarkoituksia, mitä varten tietoa kerätään. Esimerkiksi valvontatehtävissä kerätyt rakennuksen ominaisuuksiin liittyvät tiedot voivat olla oleellisen tärkeitä pelastustehtävän kannalta. KEJO-hankkeessa suunniteltava johtamisjärjestelmä hyödyntää taustajärjestelmien tietoja ja myös lähettää tietoja taustajärjestelmiin. Taustajärjestelmien tiedot eivät ole olleet toistaiseksi 24/7-toiminnan piirissä. Jos oletetaan, että operatiivinen toiminta käyttää niiden tietoja, tulisi pelastustoimen tietojärjestelmien tietosisältö olla saatavissa ja käytettävissä 24/7. Johtamisjärjestelmiin liittyvässä keskustelussa on myös noussut esiin tarve kohdetietojen ja riskitietojen käytölle operatiivisissa tilanteissa. Kehittämisvision mukaisesti pelastustoimeen olisi järkevää muodostaa yhtenäinen tietovaranto, johon kerätään pelastustoimen eri palveluissa muodostuvat tiedot. Tällä menettelyllä ratkaistaisiin useat tiedon siirtoon ja hyödyntämiseen liittyvät ongelmat ja kehittämistarpeet. Tietosisältöjen yhtenäinen määrittely (harmonisointi) helpottaa tiedon yhteistä käyttöä ja siirtoa eri järjestelmien välillä. Pelastustoimintaan liittyvien rekisterien käsitteistöt, tietosisällöt, tietoryhmät ja luokitukset tulisi yhtenäistää siten, että rekistePALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

73


rien sisältämää tietoa voidaan käyttää jatkossa yhteismitallisessa muodossa varsinaisessa toiminnassa, seurannassa ja tilastoinnissa sekä mahdollisissa operatiivisissa käyttökohteissa. Yhteinen tietokanta koskisi nykytilanteeseen pohjautuen voimakkaimmin palotarkastusohjelmia ja varautumisen järjestelmiä. Alue tai kuntakohtaisista tietokannoista siirryttäisiin keskitettyyn valtakunnalliseen tietokantaan. Tietojen haku operatiiviseen toimintaan tai tilasto/tutkimustarkoituksiin helpottuisi merkittävästi. Pelastustoiminnan tietojärjestelmäpalvelujen osalta selvityksen yhteydessä nousi esiin tarve yhtenäiselle resurssien hallinnan palvelulle. Resurssien hallinta koskee sekä pelastustoimintaa että varautumista. Nykyisin resurssien hallinta on hajautunut alueellisiin ja paikallisiin järjestelmiin, Pronto-tietojärjestelmään ja hätäkeskusjärjestelmiin. Normaalioloihin ja erityistilanteisiin tarvittavien resurssien suunnittelu olisi järkevää hallita samalla järjestelmällä ja integroida se tarvittavilta osiltaan uuteen hätäkeskusjärjestelmään.

VARANTO-hanke ja sen tavoitteet VARANTO-hanke jatkaa ProntoX-hankkeessa käynnistettyä pelastustoimen rekisteri- ja tilastojärjestelmien kehitystyötä. Hankkeen kokonaistavoitteena on pelastustoimen yhtenäisen tietovarannon ja siihen liittyvien järjestelmäpalvelujen suunnittelu ja määrittely. Keskeisimpiä palveluja ovat: valvontatoiminta (palotarkastukset ym.), resurssienhallinta (ulkoiset ja sisäiset resurssit), tilastot ja seuranta, palontutkinta ja onnettomuustietojen kirjaaminen sekä jatkossa myös valvontaan liittyvä kansalaiskäyttö. Tavoitteena on • kuvata pelastustoimen keskitetty tietovaranto ja siihen liittyvä sovellusalusta • koota tietovarantoon ja sovellusalustaan liittyvät vaatimukset • kuvata pelastustoimen tietovarantoon kytketyt järjestelmäpalvelut • koota järjestelmäpalveluihin liittyvät vaatimukset ja tietotarpeet • laatia pelastustoimen tietojärjestelmille yhtenäinen toimintaan perustuva tieto-malli • varmistaa järjestelmäkokonaisuuden yhteentoimivuus ja julkishallinnon suositusten mukaisuus • laatia esitys hallintamalliksi pelastustoimen tietovarannolle ja järjestelmille • varmistaa sidosryhmien tietoisuus uudistuksen keskeisestä sisällöstä tiedotta-malla ja esittelemällä hanketta soveltuvissa tilaisuuksissa • hankintaprosessin valmistelu Alla on kuvattu VARANTO -järjestelmällä 74

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Kuva 3 Pelastustoimen keskeiset tietovarannot

Pelastuslaitoksen sisäisiä päätietoryhmiä ovat toimenpidetiedot, valvontateh

toteutettavat pelastustoimen keskeiset rekis- Varautumisen rekistereiden sisältämää tievarautumisen tiedot. teri- ja tilastopalvelut, sekä korostettu niiden toa pystytään VARANTO-järjestelmässä hyömerkitystä hallintomallia ajatellen: dyntämään kaikessa pelastus- ja valvontatoiseuranta- ja tutkimuspalvelut minnassa. • Tilasto-, HANKKEEN TULOKSET muodostavat merkittävän osan järjestelmän palveluista. Järjestelmään koottavan tiedon KIITOKSET Visio vuosittain lähes kaikki pe- Raportin tekijät kiittävät kaikkia yhteistyöpohjalta laaditaan lastustoimen tilastopalvelut. Järjestelmällä kumppaneita ja osapuolia, jotka ovat vaikutPelastustoimen rekisterija tilastointijärjestelmien kehittämis toteutetaan aluehallintovirastojen ja sisäasitaneet tämän selvitystyönarkkitehtuurin toteutumiseen. Patilan kuvausten pohjalta on luotu ylätason kehittämisvisio järjestelmäkokona anministeriön seuranta- ja valvontatehtävät. losuojelurahaston avustus mahdollisti tämän Lisäksi järjestelmään miseksi. ja sen tietoihin poh- selvitystyön tekemisen. Sisäasianministeriötä jautuu valtaosa pelastustoimen tutkimustoi- ja pelastusjohtajia kiitämme siitä, että hankminnasta.Pelastustoimen tietojärjestelmätkeessa luodusta toteutusmallista päästiin nomuodostavat harmonisoidun järjestelmäkok liittyvinä palveluina peasti yksimielisyyteen jo keväällä 2012. • Pelastustoimintaan tiedon käytettävyys ja saavutettavuus on toteutettu pelastustoimen palvelute VARANTO-järjestelmän kautta saadaan opesen kannalta mahdollisimman tehokkaasti sekä pelastustoimen ja pelastustoi ratiiviseen toimintaan tarvittavat kohdetiedot LÄHDELUETTELO kriittisten järjestelmien ja niidenlähteet: yhteen toimivuus on varmistettu. ja riskitiedot yhden rajapinnan kautta.yhteydet Ny- Pääasialliset kyisin tietoja ei pääsääntöisesti saada. Asetus viranomaisten toiminnan julki• Ohjauksen-, valistukseen ja neuvontaan suudesta ja hyvästä tiedonhallintatavasta liittyvinä turvallisuusviestinnän palveluina 12.11.1999/1030 toteutetaan VARANTO-järjestelmää hyöJUHTA, 2008. JHS- suositukset julkisten dyntäen toiminnan suunnittelua, kohdenta- organisaatioiden ICT-palvelujen kehittämismista ja tuloksellisuuden arviointia. tä varten Suositus. Helsinki. Julkisen hallin• Valvonnan tehtäviin kuuluvissa palotar- non tietohallinnon neuvottelukunta. kastuksissa ja muussa valvontatoiminnassa KEJO, 2010c. Kenttäjärjestelmien määritkeskeistä on tietojärjestelmän antama toimin- telyprojekti (KEJO). Yhteenveto. nan aikainen tuki. Keskitetty palvelutuotanLaki julkisen hallinnon tietohallinnon ohto mahdollistaa tietojärjestelmän yhtenäistä- jauksesta 10.6.2011/634 misen ja siten kokonaiskustannusten paremLaki hätäkeskustoiminnasta 20.8.2010 /692 man kohdentamisen. VARANTO mahdolLaki Pelastusopistosta 21.7.2006/607 listaa onnettomuustietojen käytön valvonLaki viranomaisten toiminnan julkisuudestatoiminnassa sekä kohdetietojen ja palotar- ta 21.5.1999/621 kas-tustietojen sujuvan hyödyntämisen opeOhje pelastuslaitoksen valvontasuunnitelratiivisessa pelastustoiminnassa. masta. versio 1.2 23.6.2012. Pelastusjohtajien­ • Varautumisen palveluiden rekisteri- ja hallituksen asettama Valvontasuunnitelmatilastotoiminta saadaan keskitetyn järjestel- työryhmä. män piiriin. Palveluja ei ole aikaisemmin toPelastuslaki 29.4.2011/379 teutettu yhtenäisen järjestelmän tukemana. Sisäasiainministeriö, 2007. Valmiussuun-


Pronton kehittämiseen. Pelastusopiston julkaisu B-sarja: Tutkimusraportit 3/2006. Kuopio. Pelastusopisto. TOTI, 2009. Hätäkeskustoiminnan yhdenmukaistamisen ja käyttöönoton valmisteluiden osaprojekti. Loppuraportti. Helsinki. Hätäkeskuslaitos. VAHTI, 2010. Ohje tietoturvallisuudesta valtionhallinnossa annetun asetuksen täytäntöön-panosta. Valtionhallinnon tietoturvallisuuden johtoryhmä VAHTI ohje 2/2010. Helsinki. Valtionvarainministeriö. Valtioneuvoston periaatepäätös hallinnon turvallisuusverkon (TUVE) organisoinnin ja hallinnon järjestämisen linjauksista 12.5.2011. Valtionvarainministeriö, 2000. Salassa pinittelu pelastuslaitoksissa. Ohje. SisäasiainSisäasiainministeriö, 2012. Pelastustoimen dettävien tietojen ja asiakirjojen turvaluokitKuva 4 Tietovaranto ja sovellukset ministeriön julkaisuja 26/2007. Helsinki, Si- strategia 2025. Sisäasianministeriön julkai- telu- ja merkintäohje. Valtionvarainministesäasiainministeriö. riön ohje ministeriölle, virastoille ja laitoksuja 8/2012. Helsinki. Sisäasianministeriö. Sisäasianministeriö, 2007b. ValtioneuvosSisäasianministeriön määräys salassa pidet- sille VM 5/01/2000. Helsinki. ValtionvaVision lähtökohtana on pelastustoimen nykyisten palvelujen mahdollisimman tehokas hoitaton selonteko hätäkeskusuudistuksesta 2007 tävien tietoaineistojen luokittelusta ja käsitte- rainministeriö. Keskeinen ajatus on järjestää pelastustoimen tietovarannot ja järjestelmät sellaiseksi –minen. Hätäkeskusuudistuksen arviointi. Sisäasi- lystä 2.5.2011 SMDno/2011/218. kokonaisuudeksi, joka tukee Helsinparhaiten Tillander palvelutuotantoa. varmistetaan, että kokonaiainministeriön julkaisuja 54/2007. K, Kokki E, Lisäksi 2006. Pelastustoisuus on julkishallinnon suositusten mukainen ja siinä hyödynnetään nykyaikaisinta teknologiki. Sisäasiainministeriö. men alueiden ja tutkimuksen näkökulmia

n i a t o j ö k Jäi ? a t t a m luke

aa.

Visiossa pelastustoimen tiedot muodostavat keskitetyn tietovarannon. Tietovarantoon on kytketty tarvittavat tietojärjestelmäpalvelut. Tietovaranto liittyy hätäkeskusjärjestelmään yhden rajapinnan kautta. Tietoa voidaan siirtää järjestelmien välillä molempiin suuntiin. Tilaa nyt! Visiossa pelastustoimen tietovarannon tietoarkkitehtuuri on harmonisoitu sisäisesti suhteessa järjestelmäpalveluihin ja ulkoisesti suhteessa sidosjärjestelmiin. Tietojen analysointi voidaan Tilaa vanhoja lehtiä itsellesi tai kollegallesi! ulottaa samojen periaatteiden mukaisesti koko tietovarantoon. Hinta 3 € / lehti (sis. alv:n) + postimaksu. 3/2009

Merkitse tilauskuponkiin haluamasi lehtien numerot. Tee tilaus postitse, puhelimitse tai sähköpostilla.

8.4.

Pelastustieto Pasilankatu 8, 00240 HELSINKI Puh. 044 728 0401 • s-posti: tilaukset@pelastustieto.fi 7.2.

1 2013 Tilaan seuraavat lehdet hintaan 3 € / lehti (+ postikulut): Raju hallipalo vaati järeän sammutu ksen

7/2009

Nimi

s.8

Osoite

Sinisten vilkkujen yö Helsingissä s.10–17

23.9.

Sprinklereillä hoitolaitosten paloturvallisuus lopullisesti kuntoon s. 22

Puh.

Sähköposti

JVT kehittynyt isoin harppauksin viime vuosina s

SEURAAVA PELAST USTIETO

Ministeri Mari Kiviniemi: Eläkeikäpäätös yhä tekemättä s.8

Äänestä logo PRONTOlle! s. 31

Kuppikuntaisu

Suomenlahdelle tarvitaan lisää öljyntorjuntakalustoa s. 28

ILMESTY Y 13.5. – TEEMANA PELAST AJAN KALUSTO JA

VARUSTEET


Veli-Matti Hakala, Raila Hoivanen, Jarkko Jäntti, Pasi Paloluoma, Tuomas Pälviä ja Tapio Stén. Palontutkinta2014-työryhmä c/o Keski-Suomen pelastuslaitos, Jarkko Jäntti, Salontaipaleentie 6, 40500 Jyväskylä

Pelastuslaitosten palontutkijoiden vuonna 2012 tutkimien teemojen välitulokset Tiivistelmä Pelastusviranomaisten suorittaman palontutkinnan tavoitteena on vastaavien onnettomuuksien ehkäisy ja vahinkojen rajoittaminen sekä pelastustoiminnan ja toimintavalmiuksien kehittäminen. Pelastuslaitosten Palontutkinta2014-työryhmä näki tarpeellisena toteuttaa vuosina 2012–2013 yksityiskohtaisemman teematutkinnan neljän eri ilmiön osalta, koska yksittäisten tulipalojen tutkinta havaittiin tulosten hyödyntämisen osalta riittämättömäksi ja tutkinnoista tehdyt johtopäätökset painoarvoltaan heikoiksi. Tässä artikkelissa esitellään teematutkintahankkeen välituloksia. Teemaksi 1 valittiin tulipalot ja läheltä piti -tapaukset hoitolaitoksissa sekä palvelu- ja tukiasunnoissa. Tässä tarkoituksena oli selvittää henkilökunnan sekä palovaroittimen, automaattisen paloilmoittimen ja automaattisen sammutuslaitteiston vaikutusta poistumisturvallisuuteen. Tutkittujen 60 tulipalon otoksessa henkensä menetti 6 henkilöä ja vakavasti loukkaantui 4. Henkilövahingot aiheutuivat niissä kohteissa, joissa automaattista sammutuslaitteistoa ei vielä ollut. Teemana 2 Palontutkinta2014-työryhmä ohjeisti mukaan lähteneitä pelastuslaitosten palontutkijoita selvittämään yksityiskohtaisemmin palotapaukset, joissa asuinkerrostalon porrashuoneessa oli savua. Tärkeimpänä tutkintatuloksena voidaan pitää tietoa siitä, että huoneistoihin porrashuoneesta johtavat eivät ole tiiviitä, vaikka ne ovat kiinni palon aikana. Tutkituissa 53 tapauksessa yhteensä 361 ihmistä kärsi onnettomuuden seura76

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

uksista. Käytännössä joka toisessa palossa arvioitiin koko rakennuksen tai sen osan tyhjentämistarve. Paloissa menehtyi 4 ihmistä, 6 ihmistä loukkaantui vakavasti ja 43 lievästi. Kolmantena teemana kerättiin lisätietoa tulisijoista ja hormeista syttyneistä tulipaloista. Moni tulipalo näistä 126 tutkitusta palosta olisi voitu välttää, mikäli tulisijojen ja hormien kunto, riittävä suojaetäisyys syttyvään materiaaliin ja läpivientien eristeiden eristävyyden tarkastaminen olisi tehty ajoissa. Neljäntenä teemana kerättiin havaintoja pelastustoiminnan kehittämiseksi maanalaisissa tiloissa tapahtuvien palojen varalle. Raportoiduista 129 tapauksen joukosta paloturvallisuuslaitteita oli 68 tapauksessa, mutta laitteet puuttuivat 39 kohteesta (30 %), joissa ne nykymääräysten mukaan olisi pitänyt olla. Vaatimusta paloturvallisuuslaitteista ei ollut 22 kohteessa. Kohteissa olleet henkilöt yrittivät alkusammutusta vain 24 tapauksessa.

PALOT HOITOLAITOKSISSA SEKÄ PALVELU- JA TUKIASUNNOISSA Tutkimuskysymykset ja tutkimusaineisto Tämän yhteenvedon tarkoituksena oli selvittää muun muassa seuraavat asiat: • miksi ihminen ei poistunut syttyneestä tilasta, • palovaroittimen, automaattisen paloilmoittimen ja automaattisen sammutuslait-

teiston vaikutusta poistumisturvallisuuteen ja • henkilökunnan merkitystä poistumisturvallisuudessa. Otos käsitti 60 sellaista hoitolaitoksissa, palvelu- ja tukiasunnoissa ja muissa vastaavan tyyppisissä kohteissa tapahtunutta tulipaloa Suomesta vuodelta 2012, joista pelastusviranomainen oli laatinut toimenpiderekisteriin [1] palontutkintaselosteen. Vastaavan tyyppiset kohteet sisältävät muun muassa kuntien, yhdistysten, säätiöiden yms. tahojen omistamia asuinrakennuksia, joiden asunnot on tarkoitettu vuokra-asunnoiksi ikääntyneille ihmisille tai toimintakyvyltään alentuneille henkilöille. Palontutkintaselosteet olivat laadittu: • palosta aiheutuneen palokuoleman tai vakavan loukkaantumisen (n=9), • palosta aiheutuneen yli 200 000 euron omaisuusvahingon (n=1) tai • hoitolaitos- ja palvelu- ja tukiasuntoteematutkinnan perusteella (n=50). Henkilövahingolla tarkoitetaan palosta aiheutunutta kuolemaa ja vakavaa loukkaantumista. Kaiken kaikkiaan edellä mainituissa kohteissa Suomessa tapahtui tulipaloja tai rakennuspalovaaroja noin 160 kappaletta, mutta palontutkintaseloste oli laadittu 60 tapauk­sesta. Palojen kokonaismäärä riippuu siitä, mitä rakennustyyppejä lasketaan mukaan. Yhteenvedossa käsitellään ensin palokuolemaan tai vakavaan loukkaantumiseen johtaneiden tulipalojen tiedot ja sitten tee-


Taulukko 1. Henkilövahingot ja tapahtumapaikan kuvaus palontutkintaselosteella olevan kuvauksen mukaisesti.

matutkintojen ja omaisuusvahingon perusteella laadittujen selosteiden tiedot. Lopuksi esitetään laadittujen selosteiden johtopäätökset sekä suositukset turvallisuuden parantamiseksi.

Henkilövahinko Palokuolema A

Palokuolemaan tai vakavaan loukkaantumiseen johtaneet palot

Palokuolema D Palokuolema E

Tutkittavana olleissa 9 palossa menetti henkensä 6 henkilöä ja vakavasti loukkaantui 4. Yhdessä palossa menehtyi sekä henkilö C että loukkaantui vakavasti toinen henkilö I. Henkilövahingot sisältävät varsinaisissa hoitolaitoksissa ja palvelu- ja tukiasunnoissa tapahtuneiden vahinkojen lisäksi myös esimerkiksi ikääntyneille ihmisille tarkoitetuissa vuokra-asunnoissa tapahtuneet henkilövahingot (taulukko 1).

Palokuolema F

Riskikohteita ei kyetä tunnistamaan vieläkään riittävän kattavasti Tapausta H lukuun ottamatta, vakaviin henkilövahinkoihin johtaneet palot tapahtuivat kohteissa, jotka oli merkitty pelastuslain [2, luku 3] mukaan pelastussuunnitelmavelvollisiksi. Pitkäaikaisasunnottomille huumeenkäyttäjille tarkoitettu omakotitalo oli jätetty velvoitteen ulkopuolelle. Palokuolemat B ja F tapahtuivat kohteissa, jotka oli merkitty myös poistumisturvallisuusselvitysvelvoitteen piiriin kuuluviksi. Muut palokuolemat A, C, D ja E tapahtuivat sellaisissa rakennuksissa, jotka on jätetty pelastuslaissa ja mahdollisesti voimaan astuvassa valtioneuvoston asetuksessa poistumisturvallisuudesta [3, s. 4] selvitysvelvoitteen ulkopuolelle. Henkilökuntaa oli paikalla 24 tuntia vuorokaudessa palvelu- ja tukiasuntona käytetyn rakennuksen palokuolematapauksessa F. Asunto oli varustettu kahdella palovaroittimella. Asunnon makuuhuoneessa, josta palo alkoi, oli ns. erillinen palovaroitin. Toinen varoitin eteisessä oli yhdistetty palovaroitinjärjestelmään, josta oli yhteys paikalla olleen talonmiehen matkapuhelimeen. Talon asukas oli kuullut palovaroittimen hälyttävän jossakin ja hän meni kertomaan asiasta henkilökunnalle. Hoitaja lähti paikantamaan hälyttävää kohdetta. Matkalla hän tapasi talonmiehen, joka oli saanut hälytyksen matkapuhelimeensa. Työntekijä avasi ensin väärän huoneiston oven. Seuraavaksi hän avasi syttyneen huoneiston oven. Tässä vaiheessa savua oli asunnossa niin paljon, ettei hän voinut mennä sisälle. Työntekijä teki hätäilmoituksen, ohjasi huutamalla muita pysymään asunnoissaan ja poistui savuisesta porrashuoneesta. Henkilökunnan on arvioitu olleen paikalla 2 minuutin kuluessa palovaroitinjärjestelmän hälytyksestä. Henkilökuntaa oli paikalla myös vakavan loukkaantumisen J aiheuttaneessa tulipalos-

Palokuolema B Palokuolema C

Vakava loukkaantuminen G Vakava loukkaantuminen H Vakava loukkaantuminen I Vakava loukkaantuminen J

Rakennustyyppi Palvelukotisäätiön hallinnoima rivitalo, josta asuntoja vuokrataan yli 55-vuotiaille Vanhusten asuntosäätiön omistama luhtitalo Kerrostaloasunto, jossa asui liikuntarajoitteinen mies dementoituneen äitinsä kanssa todennäköisesti tuetussa asumismuodossa. Kunnan omistama rivitalo, asukas sai kotipalvelua Vanhaintukisäätiön omistama vuokrakerrostalo. Asuntoihin sai tarvittaessa palveluja Palvelu- ja tukiasuntona käytettävän rakennuksen omisti päihdekuntoutuspalveluja tarjoava säätiö Palvelu- ja tukiasuntona käytettävä asuinrakennus Yhdistyksen omistama omakotitalo, josta vuokrataan asuntoja pitkäaikaisasunnottomille huumeenkäyttäjille Kerrostaloasunto, jossa asui liikuntarajoitteinen mies dementoituneen äitinsä kanssa todennäköisesti tuetussa asumismuodossa Terveyskeskuksen vuodeosasto

Riskikohteita ei kyetä tunnistamaan vieläkään riittävän kattavasti Tapausta H lukuun ottamatta, vakaviin henkilövahinkoihin johtaneet palot tapahtuivat kohteissa, jotka oli merkitty pelastuslain [2, luku 3] mukaan pelastussuunnitelmavelvollisiksi. Pitkäaikaisasunnottomille huumeenkäyttäjille tarkoitettu omakotitalo oli jätetty velvoitteen sa terveyskeskuksen vuodeosastolla. Toden- teesta ei vahvistettu palontutkintaselosteella. ulkopuolelle. Palokuolemat B ja F tapahtuivat kohteissa, jotka oli merkitty myös poistumisnäköisesti tupakoinnin seurauksena suunniteltu hälyttäturvallisuusselvitysvelvoitteen piiriinpotilaan kuuluviksi.Sprinklerilaitteisto Muut palokuolemat oli A, C, D ja E tapahtuivat vuodevaatteet ja myös omat vaatteet olivat mään palovaroittimen 24 tuntia sellaisissa rakennuksissa, jotka on jätetty pelastuslaissa ja mahdollisestivälityksellä voimaan astuvassa syttyneet palamaan. Henkilökunta sai tiedon vuorokaudessa olevaan kiinteisvaltioneuvoston asetuksessa poistumisturvallisuudesta [3, s. miehitettynä 4] selvitysvelvoitteen ulkopalosta automaattisen paloilmoittimen väli- tövalvomoon, mutta hälytysyhteys oli poikki puolelle.

tyksellä. Voimakkaan savunmuodostuksen vioittuneen SIM-kortin vuoksi. Henkilökuntaa oli paikalla 24 enää tuntiahuoneevuorokaudessa palvelu- ja tukiasuntona käytetyn rakenvuoksi hoitajat eivät päässeet Palokuolemiin C, D ja F johtaneissa tapanuksen palokuolematapauksessa F. Asunto oli varustettu kahdella palovaroittimella. Asunnon seen, vaan suorittivat alkusammutuksen ovel- uksissa asunnoissa oli toimiva palovaroitin. makuuhuoneessa, josta palo alkoi, oli ns. erillinen palovaroitin. Toinen varoitin eteisessä oli ta asti. Hoitajat saivat palon sammumaan. Alentuneen toimintakyvyn vuoksi asukas ei yhdistetty palovaroitinjärjestelmään, josta oli yhteys paikalla olleen talonmiehen matkapuheYksi kohteista oli varustettu automaattiselpystynytjossakin poistumaan vaikka limeen. Talon asukas oli kuullut palovaroittimenolehälyttävän ja hänasunnosta, meni kertomaan laasiasta sammutuslaitteistolla. tukiasunpalovaroitin onkohdetta. havainnoinut palon nopeasti. henkilökunnalle.PalveluHoitaja ja lähti paikantamaan hälyttävää Matkalla hän tapasi noksi määritellyn asunnossa oli notalonmiehen, jokakohteen oli saanut hälytyksen matkapuhelimeensa. Työntekijä avasi ensin väärän jatuoli syttynyt palamaan tupakoinnin seu- Läheltä huoneiston oven. Seuraavaksi hän avasi syttyneen huoneiston Tässä vaiheessa savua oli piti oven. -tapaukset asunnossaHuoneiston niin paljon, ettei hänGvoinut mennä sisälle. Työntekijä teki hätäilmoituksen, ohjasi rauksena. asukas oli liikunpalontutkintateemassa 1 huutamalla muita pysymään asunnoissaan tarajoitteinen. Asukas oli savuketta sytyttä-ja poistui savuisesta porrashuoneesta. Henkilökunnan on arvioitutasapainonsa olleen paikallaja2kaatunut minuutin kuluessa essään menettänyt Kaikkipalovaroitinjärjestelmän taulukossa 2 esiintyväthälytyksestä. 51 tutkittua lattialle eikä päässyt ylös. Huoneiston auto- tapausta olivat palontutkintaselosteissa mermaattinen sammutuslaitteisto aktivoitui ja kitty pelastussuunnitelmavelvollisiksi kohsammutti palon. Tilanteen alkuvaiheessa naa- 3 teiksi. Paloista 38 kohteessa oli poistumisturpuri oli kuullut pauketta syttyneestä huoneis- vallisuusselvitysvelvoite. tosta. Pauke johtui siitä, että lattialle kaatuLäheltä piti -tapauksissa useimmiten oli nut asukas yritti herättää naapureiden huo- kyseessä palonalku keittiössä. Syttymistilakmion itseensä heittelemällä tavaroita. Naapu- si keittiö oli merkitty 19 tapauksessa. Seuri meni parvekkeelle ja kuuli palovaroittimen raavaksi yleisimmät syttymistilat olivat sähäänen. Naapuri kuitenkin palasi sisälle asun- kötila 4, makuuhuone 3, majoitushuone 3. toonsa ja arviolta noin 10–15 minuutin ku- Kahdesti syttymistilaksi oli merkitty eteinen luttua meni uudelleen parvekkeelle, jolloin tai aula, tuulikaappi tai uloskäytävä, olohuohavaitsi syttyneen asunnon avonaisestaikku- ne, sauna, varastotila, toimistotila ja muu ranasta tulevan savua, vesihöyryä ja vettä. Täs- kennustila. Syttymistilaksi kerran oli merkitsä vaiheessa hän teki hätäilmoitussoiton hätä- ty myös hissi, ilmanvaihtokonehuone, kellari, keskukseen. Pelastuslaitos oli kohteessa noin kuivaushuone, sosiaalitila, pesuhuone, WC ja 10 minuutissa hätäilmoituksesta. Palon ha- ”ei voida arvioida”. vaitsemisesta pelastustoiminnan alkamiseen Teematutkintojen kohteista 10 oli varuskohteessa oli kulunut silti aikaa vähintään 30 tettu automaattisella sammutuslaitteistolminuuttia. Koko tämän ajan syttyneen huo- la. Kahdessa tapauksessa laitteisto aktivoineiston asukas oli asunnossa. Vakava louk- tui. Automaattinen sammutuslaitteisto samkaantu-minen oli merkitty onnettomuusse- mutti paloista yhden. Toisessa rakennuspaloslosteelle, mutta tietoa loukkaantumisen as- sa automaattinen sammutuslaitteisto rajoitti PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

77


Taulukko 2. Tutkintateemassa 1 tutkittujen, muiden kuin vakaviin henkilövahinkoihin johtaneiden, tapausten lukumäärät otoksessa rakennustyypin ja palo-osaston käyttötavan mukaan ryhmiteltyinä.

paloa niin, ettei tilaan muodostunut hengenvaarallisia olosuhteita. Kahdeksassa tapauksessa sammutuslaitteisto ei ennättänyt toimia, koska henkilökunnan alkusammutus onnistui neljässä tapauksessa ja palokunta sammutti palon kahdessa tapauksessa ja kahdessa tapauksessa alkusammutukselle ei ollut tarvetta lainkaan. Yhdessä tapauk­sessa palo oli suojatun alueen ulkopuolella rakennuksessa. Automaattisen sammutuslaitteiston sammuttama palo tapahtui palvelutalon dementiaosastolla, jossa oli hoidettavana 7 henkilöä. Asukashuoneen WC:ssä oli syttynyt pyykkikori tai roska-astia palamaan. Automaattinen paloilmoitin hälytti palosta hätäkeskukseen sekä henkilökunnalle. Henkilökunta ei voinut palon voimakkuuden ja savunmuodostuksen vuoksi ryhtyä sammuttamaan paloa. Henkilökunta ryhtyi evakuoimaan osaston asukkaita viereisille osastoille. Automaattinen sammutuslaitteisto sammutti alkaneen palon. Asukas poistui omatoimisesti asunnosta eikä palosta aiheutunut henkilövahinkoja. Automaattisen sammutuslaitteiston rajoittamassa palossa oli liikuntavammaisille tarkoitetun asumispalveluyksikön asunnon keittiössä jäänyt kahvinkeitin kuuman sähköhellan levylle. Kahvinkeitin syttyi palamaan. Syttyneen huoneiston asukas pyysi hoitajakutsujärjestelmän välityksellä hoitajaa saapumaan asuntoonsa. Saavuttuaan asuntoon hoitaja havaitsi palon keittiön hellan päällä. Hoitaja siirsi asukkaan turvaan porrashuoneeseen. Hoitaja haki toisen työn-tekijän apuun. Tässä vaiheessa paloilmaisin reagoi paloon. Naapuriasukas yritti sammuttaa paloa sammutuspeitteellä, mutta ei saanut sitä sammumaan. Hoitaja ohjasi naapurin pois huoneistosta. Palokunnan 1+3-vahvuisen pelastusyksikön toimintavalmiusaika kohteeseen oli 3 minuuttia 4 sekuntia. Palomiesten aloittaessa sammutusta oli sammutuslaitteisto rajoittanut paloa ja sitä aiheutuvia vahinkoja merkittävästi.

Rakennustyyppi Rivitalo Muu sairaala Vanhainkoti Asuntola Keskussairaala Terveydenhuollon erityislaitos Palvelutalo Terveyskeskus Rivitalo Rivitalo Kehitysvammaisten hoitolaitos Muu asuntolarakennus Muu terveydenhuoltorakennus Lasten – tai koulukoti Lasten päiväkoti Rivitalo Muu asuinkerrostalo Muu huoltolaitosrakennus Muu asuinkerrostalo Talousrakennus Yhteensä

Rakennuksen tai palo-osaston käyttötapa Asunnot ja vapaa-ajan asunnot Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Palvelu- ja tukiasunnot Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Hoitolaitokset Kokoontumis- ja liiketila Majoitustilat Palvelu- ja tukiasunto Majoitustilat Asunnot ja vapaa-ajan asunnot

Lukumäärä 7 7 6 6 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 51

Läheltä piti –tapauksissa useimmiten oli kyseessä palonalku keittiössä. Syttymistilaksi keittiö oli merkitty 19 tapauksessa. Seuraavaksi yleisimmät syttymistilat olivat sähkötila 4, makuuhuone 3, majoitushuone 3. Kahdesti syttymistilaksi oli merkitty eteinen tai aula, tuulikaappi tai uloskäytävä, olohuone, sauna, varastotila, toimistotila ja muu rakennustila. Syttymistilaksi kerran oli merkitty myös hissi, ilmanvaihtokonehuone, kellari, kuivaushuone, sosiaalitila, pesuhuone, WC ja ”ei voida arvioida”.

tai huumaavien aineiden vaikutuksen alaisena lastustoimessa pidetään tavoitteena nolla paTeematutkintojen kohteista 10 oli Kahdessa lokuolemaasammutuslaitteistolla. hoitolaitoksissa ja palveluja tuKun henkilön toimintakyky on varustettu alentunutautomaattisella tapauksessa laitteisto aktivoitui. Automaattinen sammutuslaitteisto sammutti paloista yhden. tulisi niin, ettei hän kykene poistumaan syttynees- kiasunnoissa, niin kaikki ko. kohteet Toisessa rakennuspalossa automaattinen sammutuslaitteisto rajoitti paloa niin, ettei tilaan ehdottomasti varustaa automaattisella tämuodostunut asunnosta 2–3 minuutissa palon syttymihengenvaarallisia olosuhteita. Kahdeksassa tapauksessa sammutuslaitteisto samei sestä, niin käytännössä sama, mihin alkusammutus vuo- mutuslaitteistolla. ennättänyt toimia, koskaonhenkilökunnan onnistui neljässä tapauksessa ja palorokauden aikaan palon palo tapahtuu. koh-ja kahdessa Hoitolaitosten ja palveluja tukiasuntojen kunta sammutti kahdessa Vaikka tapauksessa tapauksessa alkusammutukselle ei lainkaan. Yhdessä tapauksessa oli suojatunvastaavilla alueen ulkopuolella rakennukdeollut olisitarvetta varustettu automaattisella paloilmoit-paloylläpidosta toiminnanharjoittajilsessa. ja kohteessa olisi henkilökuntaa pai- la on yleensä liian optimistinen käsitys hentimella kalla, niin poistumisturvallisuus ei välttämätkilökunnan pelastaa ihmiAutomaattisen sammutuslaitteiston sammuttama palo tapahtui mahdollisuudesta palvelutalon dementiaosastolla, täjossa ole oli pelastuslain vaatimusten siäWC:ssä syttyneestä tilasta. pyykkikori Tämä seikka esiin hoidettavana 7 henkilöä. mukainen. Asukashuoneen oli syttynyt tai tuli roskaVaikka havainto jaAutomaattinen ilmoitus tulipalosta välit- hälytti myöspalosta tämän hätäkeskukseen yhteenvedon yhteydessä. Pelasastia palamaan. paloilmoitin sekä henkilökoko rakennuksen senei osan tyhjentämistarve (kuva ja1).savunmuodostuksen Paloissa menehtyi 4 ihmistä, 6 ihkunnalle. Henkilökunta voinut palonniin voimakkuuden ryhtyä tyisivätkin nopeastitaihenkilökunnalle, se tusviranomaisen onkin aina vuoksi syytä suhtautua sammuttamaan paloa. Henkilökunta ryhtyi evakuoimaan osaston asukkaita viereisille mistä loukkaantui vakavasti ja 43 lievästi. Välittömästä vaarasta katsottiin pelastetuiksi 31 ei siitäkään huolimatta välttämättä ehdi riit- hyvin kriittisesti toiminnanharjoittajan toihmistä 13 tulipalossa. Lisäksi pelastettiin 36 henkilöä kuudessa palossa, joissa henkilöt eivät tävän nopeasti syttyneeseen tilaan sammutta- teamukseen siitä, että henkilökunta pystyy olleet välittömässä vaarassa. Yhteensä 241 ihmistä evakuoitiin 18 teemaan kuuluvassa rakenmaan paloa ja pelastamaan henkilöä. Jos pe- 5 pelastamaan ihmisiä syttyneestä tilasta. nuspalossa.

Johtopäätökset teeman 1 välituloksista Kuudesta palokuolemasta neljä tapahtui päiväsaikaan klo 10–18 välisenä aikana ja kaksi yöllä. Neljä menehtyneistä oli liikuntarajoitteisia, yhden toimintakyky oli alentunut ja yksi oli päihteiden vaikutuksen alaisena. Neljästä vakavasti loukkaantuneesta yksi oli liikuntarajoitteinen ja yksi muistisairas. Kaksi muuta olivat tapahtumahetkellä joko päihteiden

78

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Kuva 1. Esimerkki savun aiheuttamista nokijäljistä asuinkerrostalon porrashuoneessa.


varsin myöhään, eikä ihminen välttämättä kokenut oloaan turvalliseksi huoneistossaan, jossa oli näkyvää savua tai sen hajua (kuva 2).

PALOT, JOISSA ASUINKERROSTALON PORRASHUONEESSA OLI SAVUA Teematutkintaan 2 otettiin mukaan tapaukset, joissa asuinkerrostalossa rakennuspalossa leviää savua porrashuoneeseen. Rakennuspalovaarat rajattiin onnettomuustyyppinä pois. Lisäksi rajattiin pois luhtitalot, eli porrashuoneen tulee olla suljettu. Aineiston käsittelyn yhteydessä todettiin että vanhoissa puurakenteisissa pienkerrostaloissa oli varsin runsaasti paloja, mutta rakennusten erityispiirteiden takia ongelmat olivat poikkeavia perinteisiin kerrostaloihin verrattuna. Tämän takia vanhat P3-luokan kerrostalot rajattiin pois analysoitavista tulipaloista. Teematutkintaan sitoutui yhteensä 15 pelastuslaitosta. Tutkituissa 53 tapauksessa yhteensä 361 ihmistä kärsi onnettomuuden seurauksista. Käytännössä joka toisessa palossa arvioitiin koko rakennuksen tai sen osan tyhjentämistarve (kuva 1). Paloissa menehtyi 4 ihmistä, 6 ihmistä loukkaantui vakavasti ja 43 lievästi. Välittömästä vaarasta katsottiin pelastetuiksi 31 ihmistä 13 tulipalossa. Lisäksi pelastettiin 36 henkilöä kuudessa palossa, joissa henkilöt eivät olleet välittömässä vaarassa. Yhteensä 241 ihmistä evakuoitiin 18 teemaan kuuluvassa rakennuspalossa. Tutkituissa 53 tapauksessa palon arvioitiin olleen syttymisvaiheessa 15 tapauksessa ja palamisvaiheessa 36 tapauksessa. Yhden palon arvioitiin olleen jäähtymisvaiheessa ja yksi palo oli alkusammutettu ennen pelastuslaitoksen saapumista. Paloista lähes puolet syttyi keittiössä tai olohuoneessa. Makuuhuoneessa palojen kuvattiin syttyneen vain joka kymmenennessä tapauksessa. Savun leviämisen arviointi oli puutteellista. Myös käsitteiden syttymishuone ja syttymisosasto ymmärtäminen voidaan kyseenalaistaa ristiriitaisten kirjausten takia. Aineistoa on tarkasteltu tässä artikkelissa yksityiskohtaisemmin ennen ja jälkeen palokunnan saapumista. Kolmanneksi on kirjattu välituloksina johtopäätöksiä ja suosituksia asuinkerrostalopaloihin liittyen.

Savun leviäminen porrashuoneeseen ennen pelastuslaitoksen saapumista Yleisin syy savun leviämiselle porrashuoneeseen on palo-oven epätiiveys. Palo-oven epätiiveyden voi aiheuttaa oven tiivisteiden puuttuminen tai oven vääntyminen saranoilla.Pienistäkin raoista voi päästä runsaasti savua porrashuoneeseen. Toiseksi yleisin syy savun leviämiselle porrashuoneeseen on avoimeksi jäänyt palo-ovi. Poistumisen yhteydessä, riippuen asukkaan toimista, ovi voi jäädä kokonaan auki tai raolleen. Palon aiheuttama painevaihtelu voi vaikuttaa raolleen auki jääneeseen oveen, jolloin portaaseen pääsee paljon savua nopeasti. Yksittäisissä tapauk­

sissa savua oli levinnyt ilmanvaihdon kautta ennen sammutushyökkäyksen aloittamista, tai avoimien läpivientien kautta. vaan palo sammutettiin ensin. Kuva 2.savua Oven tiivisteiden kunto tärkeä yksityiskohta savun leviämisenvarrajoitPorrashuoneeseen levittäneistä pa-on ratkaisevan Porrashuone oli tutkituissa tulipaloissa tamisessa porrashuoneesta asuntoihin, joissa ei pala. Tässä seinät ja karmit on jo puhdistettu, loista valtaosa (42/53 tapausta) syttyi väli asuinharvoin varustettu asianmukaisella savunmutta ovilehden ja karmin on vieläsin noessa. huoneistoissa. Toiseksi yleisin syttymistila on poistolla. Vaikka monessa tapauksessa oli to8 kellarivarasto tai muu vastaava varastotila. dettu savunpoistojärjestelyjen toimineen, oli Pari tutkituista tapauksista sytytettiin suo- kyseessä hankalasti avattavaksi tai rikottavakraan porrashuoneessa, jolloin savun leviämi- si kirjattu kattokupu tai -ikkuna. selle porrashuoneeseen ei ole mitään tehtäTeematutkinnan kirjausohjeessa pyydetvissä. Varastotiloista savun leviämisen osalta tiin kirjaamaan miten palavaan tilaan johtaoleellista oli läpivientien tiiveys, kaikki läpi- va osastoiva ovi avattiin. Kyseinen kirjaus oli vientien kautta levinneet palot syttyivät va- tehty vain satunnaisesti. Voidaan kuitenkin rastotiloissa. todeta, että avattu ovi jäi avoimeksi useimAsukkaat pyrkivät pääsääntöisesti pysyt- miten myös sammutushyökkäyksen aikana telemään omassa asunnossaan palon aika- vähintään letkun halkaisijan verran eli noin na. Joissain tapauksissa ihmiset kuitenkin 40 mm, jolloin oviaukosta purkautui ylipaipoistuivat, kun porrashuone oli vielä käyt- neista savua porraskäytävään. tökelpoinen. Tällöin asukkailla oli riittäväsHuoneistoihin tunkeuduttiin monin eri tati aikaa reagoida palotapahtumaan ja poistu- voin. Ovi avattiin murtamalla, lukkoporalminen oli vielä turvallista. Näissä tapauksis- la, avaimilla, ovi sahaamalla tai sisään mensa käsitys palosta syntyi palovaroittimen toi- tiin avoimesta ovesta. Ovea ”manipuloitiin” minnan tai jonkin muun äänekkään toimin- varsin harvoin siten, että savu ei leviäisi samnan seurauksena. mutustyön aikana. Etenkin tilanteissa, joissa Kun olosuhteet heikkenivät ja porrashuo- ovi on jäänyt auki tai oveen oli käytettävissä ne täyttyi savusta, ihmiset olivat herkemmin avain, savu levisi oven avauksen jälkeen portekemässä virheratkaisua porrashuoneeseen raskäytävään. poistumisen suhteen. Tällöin tieto palosta oli tullut varsin myöhään, eikä ihminen välttä- Pohdintaa ja suosituksia vastaavien mättä kokenut oloaan turvalliseksi huoneis- palojen varalle tossaan, jossa oli näkyvää savua tai sen hajua (kuva 2). Kun savun määrä porrashuoneessa kasvaa, näkyvyys heikkenee ja myrkyllisten kaasujen pitoisuudet kasvavat nopeasti. Edellä mainiSavun leviäminen porrashuoneeseen tut tekijät altistavat portaan muiden asuntopelastuslaitoksen saapumisen jälkeen jen asukkaat savulle ja mahdollisille virheelliPääsääntöisesti savukaasujen leviämisen oli sille ratkaisuille yhdessä heidän hallitsemansa kirjattu tapahtuneen ennen pelastuslaitok- huoneiston ja porrashuoneen välisten epäsen saapumista. Savu oli selosteiden mukaan tiiveyksien kanssa, esimerkiksi poistumaan levinnyt palo-osastosta toiseen tai koko ra- huoneistostaan savun sekaan. Pelastuslaitokkennukseen 34/53 tapauksessa. Syy kaasujen sen saavuttua kohteeseen, pelastustoiminta leviämiseen oli lähes aina epätiivis tai avoi- voi pahimmillaan alkaa erittäin huonoissa meksi jäänyt ovi tai ikkuna. Seitsemässä ta- olosuhteissa. Porrashuoneessa ei ole lainkaan pauksessa savu oli levinnyt laajemmalle palo- näkyvyyttä eikä sen rakenteellisesta paloturkunnan saapumisen jälkeen. vallisuustekniikasta ole tietoa. PelastushenkiPalavaan huoneistoon hyökättiin käytän- löstö joutuu operoimaan ”sokkona”, jolloin nössä aina porrashuoneen kautta. Porrashuo- kohteen löytäminen viivästyy ja työturvallinetta ei yleisesti tuuletettu tai ylipaineistettu suusriskit kasvavat. PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

79


Taulukko 3. Rakennustyyppi, palojen lukumäärä ja osuus kaikista teemassa tutkituista paloista vuonna 2012.

Savun hallinta porrashuoneessa ennen palon sammuttamista on varsin vähäistä puutteellisen rakennustekniikan ja yleisesti käytössä olevan sammutustaktiikan vuoksi. Pelastuslaitosten yleisesti käyttämässä kerrostalon huoneistopalon sammutustaktiikassa pyritään ensin yleensä sammuttamaan syttymistilan palo ja tuulettamaan sen jälkeen aiheutuneet savuvahingot. Kohteiden loppusaneeraus jää taloyhtiöiden, vakuutusyhtiöiden ja saneerausliikkeiden huoleksi. Savun hallintaan koko pelastustoiminnan aikana tulisikin panostaa nykyistä enemmän. Savun hallinnalla voidaan saada aikaan huomattava asukkaiden ja pelastajien turvallisuustason paraneminen. Ihmishenkiä uhkaavan tilanteen lisäksi savun leviämisestä porrashuoneisiin voi aiheutua kymmenien tuhansien eurojen vahingot. Käytännössä porrashuoneissa tulisi olla riittävän tehokas rakenteellinen tai koneellinen valmius ali- ja ylipainetuuletuksen aikaansaamiselle. Porrashuoneen savunpoisto pitäisi saada toimintaan jo ennen palokunnan saapumista. Sammutushyökkäyksen aikana porrashuoneeseen purkautuvan savun hallintaa tulee kehittää. Etenkin huoneisto-oviaukon kautta purkautuva savu tulee ottaa hallintaan nykyistä tehokkaammin. Ovielementin sahaus tai savuverhon käyttö on tehokas tapa ehkäistä savun leviämistä sammutushyökkäyksen aikana. Suosituksia: • Kerrostalojen palo-ovien tiiveyteen tulee kiinnittää erityistä huomiota osana normaalia kunnossapitoa. • Kerrostalojen rakenteellista paloturvallisuutta, etenkin savun poiston ja leviämisen suhteen tulee kehittää. • Kerrostalojen alaoven välittömään läheisyyteen tulee saada pelastustoimintaa tukevaa tietoa rakennuksen turvallisuustekniikasta (Infotaulu). • Pelastustaktisia ja -teknisiä menetelmiä tulee kehittää ja eri vaihtoehdoista tulee saada nykyistä enemmän tutkittua tietoa. • Porraskäytäviin leviävien savukaasujen leviämisestä tulee saada mahdollisimman nopeasti hälytys samassa rapussa asuville. -> Verkkovirtaan kytketty palovaroitin.

TEEMA 3, HORMI TAI TULISIJA SYTTYMISSYYNÄ Teemaan liittyviä palontutkintaselosteita tehtiin määräaikaan mennessä yhteensä 126 kappaletta. Teematutkintaan osallistuneiden pelastuslaitosten alueilla oli teemaan 3 sopivia, rakennuspaloiksi merkittyjä tulipaloja 248 kappaletta. Rakennuspalovaarat ja nokipalot jäivät teematutkinnasta pois. Kyseessä on siis otos 12 tutkintaan osallistuneen pelas80

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Rakennustyyppi

Palojen luku-

Osuus kaikista tee-

määrä

man 3 tulipaloista

Yhden asunnon talot

46

37 %

Saunarakennus

21

17 %

Vapaa-ajan asunnot

16

13 %

Talousrakennus

10

8%

Muu, maa- metsä tai kalatalouden rak.

7

6%

Muu varastorakennus

6

5%

Navetta, sikala tai kanala yms.

6

5%

Kulkuneuvojen suoja tai huoltorak.

2

2%

Teollisuus tai pienteollisuusrakennus

2

2%

Rivitalo

1

0,8 %

Muu asuinkerrostalo

1

0,8 %

Luostari

1

0,8 %

Voimalaitosrakennus

1

0,8 %

Teollisuuden tuotantorakennus

1

0,8 %

Kauppavarasto

1

0,8 %

Eläinsuoja, ravitalli, maneesi yms.

1

0,8 %

Viljan kuivaamo

1

0,8 %

Kasvihuone

1

0,8 %

Muu myymälä

1

0,8 %

126

100 %

Yhteensä

Tulisijoista alkaneet palot Tulisijoista alkaneita tulipaloja oli yhteensä 45. Kaikista teemaan liittyvistä tulipaloista se oli 36 %. Yleisin tulisija, josta tulipalo sai alkunsa, oli takka. Takoista alkaneita tulipaloja oli 20 kertaa. Se on 44 % kaikista teeman tulisijoista alkaneista tulipaloista. Yleisimpiä syttymissyitä olivat alueelta. kipinät takasta syttyvään vauriottekemät tai riittämätön suojaetäisyys tuslaitoksen Saatujen tietojenmateriaaliin, perus- tai takan jyrsijöiden pesät sekä aukot erissyttyvään materiaaliin. Kipinöistä alkaneita tulipaloja oli 13 kertaa. Vaurio takassa aiheutti teella laadittiin tilastoa millaisissa rakennus- teisiin olivat aiheuttaneet muutamia tulipalotulipalon 7 kertaa.

tyypeissä palot olivat tapahtuneet, millaisista ja. Kipinät tai kekäleet tulisijasta tai hormistulisijoista tai hormeista tulipalot olivat syt- ta olivat sytyttäneet lattiapintoja, tulisijan lätyneet sekä mikä oli syttymissyy. Onnetto- heisyydessä olleita puukoreja tai yläpohja- ja muus-, rakennus- ja palontutkintaselosteiden kattorakenteita. puutteellinen täyttö antaa varsin vaatimatto- 11 man kuvauksen tutkintaan liittyvän teeman Tulisijoista alkaneet palot mukaisista tulipaloista. Tulisijoista alkaneita tulipaloja oli yhteensä 45. Kaikista teemaan liittyvistä tulipaloisRakennustyypit aineistossa, joissa ta se oli 36 %. Yleisin tulisija, josta tulipahormi- tai tulisijapaloja esiintyi lo sai alkunsa, oli takka. Takoista alkaneita Rakennustyypeittäin eniten teeman 3 mu- tulipaloja oli 20 kertaa. Se on 44 % kaikiskaisia tulipaloja syttyi yhden asunnon taloissa ta teeman tulisijoista alkaneista tulipaloista. (taulukko 3). Asuinrakennuksissa eniten tuli- Yleisimpiä syttymissyitä olivat kipinät takasta paloja aiheuttivat vauriot tulisijoissa tai hor- syttyvään materiaaliin, takan vauriot tai riitmeissa, riittämättömät suojaetäisyydet sekä ki- tämätön suojaetäisyys syttyvään materiaaliin. pinät tulisijoista tai hormeista. Yläpohjan ja Kipinöistä alkaneita tulipaloja oli 13 kertaa. seinän läpivienneistä alkaneet palot hormeista Vaurio takassa aiheutti tulipalon 7 kertaa. olivat selkeästi suurimmat ryhmät. Tyypillinen Kiukaista alkaneita tulipaloja oli 10 kertaa, vaurio tulisijassa oli puolestaan lämmön siir- se on 22 % kaikista teeman tulisijoista. Kiutyminen tulisijasta ympäröiviin rakenteisiin. kaan suojaetäisyydestä syttyvään materiaaliin Riittämätön suojaetäisyys oli merkitty pa- alkoi 5 tulipaloa. Kipinä kiukaasta aiheutti 5 loihin, jotka olivat syttyneet hormien liitos- tulipaloa. Lattian rakenteisiin kiukaista alkakohdista, hormien läheisissä rakenteissa tai neita tulipaloja oli kaksi kertaa. tulisijojen takana olevissa rakenteissa. HorLämpökeskusten ja pannuhuoneiden katmeja ympäröivien eristeiden puutteellisuus tiloista alkoi tulipalo 9 kertaa. Se on kaikista


tulisijoista alkaneista tulipaloista 20 %. Kipinä kattilan avonaisen tai raollaan olevan luukun kautta huonetilassa olevaan syttyvään materiaaliin oli yleisin tulipalon aiheuttaja. Tällaisia tulipaloja oli 5 kertaa. Niin kutsuttuja takapaloja eli häiriöitä polttoaineen syöttölaitteessa oli 3 kertaa. Tuhkanpoistolaitteen kautta alkaneita paloja oli yksi. Siinä arveltiin hehkuva tuhkan heittäneen kipinöintiä viereisen rakennukseen tuulisella säällä. Kaksi kertaa syttyi tulipalo kamiinasta, uunista ja savusaunan savukaasuista.

jassa ja joillekin se on ollut riittämätön suojaetäisyys. Kummastakaan esimerkkitapauksesta ei kuitenkaan ollut kerrottu sitä, miten syttymissyyhyn oli päädytty.

HAASTEET KELLAREIDEN JA MUIDEN MAANALAISTEN TILOJEN PALOISSA

Toiminta kellareiden ja muiden maanalaisten tilojen onnettomuustilanteissa eroaa toiminnasta maanpäällisissä tiloissa. Eroja tulee mm. tiloissa olevien henkilöiden poistumismahdollisuuksissa, palon paikallistamisessa sekä sammutus- ja pelastustoiminnan järjestelyissä. Kuumat savukaasut pyrkivät nouseHormeista alkaneet palot maan ylöspäin maanalaisista tiloista ja savu Hormeista alkaneita tulipaloja oli yhteensä pyrkii leviämään porrashuoneisiin ja muihin 81 kertaa. Teräshormeista alkaneita tulipalo- hormimaisiin ylöspäin suuntautuviin kuija oli yhteensä 59 kertaa. Se oli kaikista tee- luihin. Jos osastoivien rakenteiden tiiveys ei man tulipaloista 47 % ja kaikista hormeista ole kunnossa, voi savu levitä samoihin maan lähteneistä paloista se oli 73 %. Teräshormien­ päälle johtaviin porraskuiluihin, joissa tiloista kuumeneminen mahdollisesta liikalämmi- poistujat voivat vielä olla poistumassa ja joita tyksestä tai eristeiden heikentyminen ja läm- voidaan käyttää hyökkäysreitteinä sammutusmön siirtyminen syttyviin rakennusosiin oli ja pelastustehtävissä. yleisin syttymissyy. Teräshormien rakenteesMaanalaisissa tiloissa savunpoistoon ei voi ta ja tyypistä saatiin huonosti tietoa. Puut- yleensä hyödyntää avattavia ikkunoita tai teellisten tietojen vuoksi mainitsemme vain luukkuja vaan tiloissa on oltava koneellinen yleisesti teräshormit. Muuratuista hormeis- savunpoisto, joka on varustettu myös koneelta alkaneita tulipaloja oli yhteensä 22, joissa lisilla korvausilmajärjestelyillä. Kellareissa ja suojaetäisyys oli puutteellinen 12 tapaukses- maanalaisissa tiloissa on pelastustoiminnassa ja vauriot syynä 10 tapauksessa. sa haasteena myös viestiliikenteen järjesteYläpohjan läpivientien kohdalta alkaneita lyt. Jos tiloihin ei ole toteutettu VIRVEn sipaloja oli 38 kertaa. Kaikista hormeista lähte- säpeittoa, joudutaan toimimaan suorakananeistä paloista se oli 48 % ja kaikista teeman valla, jonka kuuluvuus ei riitä sokkeloisissa paloista se oli 31 %. Seinän läpiviennin kaut- tai pitkissä maanalaisissa tiloissa tai jouduta alka-neita paloja oli 18 kertaa ja ala- tai vä- taan turvautumaan erilliseen kenttäpuhelinlipohjan läpivienneistä alkoi yksi tulipalo. järjestelmään (kuva 3). Maanalaisten tilojen määrän lisääntyminen ja suunniteltavien tilojen kehittyminen Ennaltaehkäisyssä ja tapauksista entistä monimuotoisemmiksi on lisännyt peraportoitaessa huomioitavaksi lastustoimintaa tukevia laitteita maanalaiOhjeistusta siitä mihin kohtiin tulisijoissa ja sissa tiloissa. Laitteistojen toimintavarmuuhormeissa tulisi kiinnittää huomiota, tulisi teen koko rakennuksen elinkaaren aikana tuantaa niin palotarkastusta tekeville viranhal- lee kiinnittää huomiota. Esimerkiksi erilaistijoille kuin rakennusten omistajille ja hal- ten savunpoistojärjestelyjen toimintaa vartijoille. Moni tulipalo näistä 126 tutkitusta ten kohteessa oleva käyttölaite tulee olla riitpalosta olisi voitu välttää mikäli tulisijojen tävän helposti käytettävissä, jotta sitä pystyja hormien kunto, riittävä suojaetäisyys syt- tään hyödyntämään parhaalla mahdollisella tyvään materiaaliin ja läpivientien eristeiden tavalla onnettomuustilanteessa. Käytännöseristävyyden tarkastaminen olisi tehty ajois- sä on huomattu, että esimerkiksi kymmenen sa. Ennaltaehkäisy on yksi meidän tärkeim- vuotta rakennuksen valmistumisen jälkeen piä tehtäviä. Turvallisuusviestinnällä, hen- läheskään kaikki tekniset järjestelmät eivät kilökunnan koulutuksella ja asiakkaitamme enää toimi suunnitellulla tavalla. tiedottamalla voimme jo teematutkinnasta saatujen tietojen perusteella vaikuttaa tulevi- Aineiston poiminta ja en vastaavien tulipalojen ehkäisyyn. täydentäminen teemassa 4 Tutkinnallisesti olisi tärkeää, että selosteissa mainittaisiin tulisijojen sekä hormien merk- Vuoden 2012 onnettomuuksista lähettiin ki ja malli tai tieto siitä, että jompikumpi tai poimimaan alkuperäisen rajauksen perusmolemmat muita kuin tehdasvalmisteisia. teella rakennuspalot ja rakennuspalovaarat, Syttymissyitä ja selosteissa olleita kertomuk- joissa syttymistilaksi oli merkitty kellari tai sia vertaamalla esiintyy myös tulkintaeroja. muu maanalainen rakennustila. AlkuperäiJoillekin kirjaajille takan takana olevien ra- sessä poiminnassa huomioitiin vain onnetkenteiden syttyminen on ollut vaurio tulisi- tomuudet, jotka olivat tapahtuneet teeman 4

tutkintaan sitoutuneiden 11 pelastuslaitosten alueella. Tapahtumia löytyi tässä vaiheessa 60 kpl, joista 25 oli rakennuspaloja ja 35 rakennuspalovaaroja. Näistä 24 kpl (40 %) oli laadittu palontutkintaseloste. Tarkasteltavaa joukkoa päädyttiin laajentamaan huomioimalla myös teematutkinnan ulkopuolella olevien pelastustoimen alueiden onnettomuudet. Alkuperäinen 60 onnettomuuden lisäksi otettiin aineisto 6 rakennuspalosta ja 15 rakennuspalovaarasta, joissa syttymistilaksi oli merkitty kellari tai muu maanalainen rakennustila, mutta onnettomuudet olivat tapahtuneet sellaisella pelastustoimen alueella, jossa tätä teematutkintaa ei tehty. Lisäksi huomioitiin koko maan alueel­la tapahtuneet 19 rakennuspaloa ja 26 rakennuspalovaaraa, joissa syttynyt palo-osasto oli merkitty 0 kerrokseksi ja selosteista voitiin varmistaa syttymistilan olleen kellarissa tai muussa maanalaisessa tilassa. Lisäksi mediaseurannan perusteella tiedettiin, että vuoden aikana on tapahtunut ainakin yksi ajoneuvopalo tunnelissa, jota ei aikaisemmilla poiminnoilla löytynyt. Tämän ja mahdollisten vastaavien tapausten löytämiseksi otettiin vielä poiminta hälytysselosteen tapahtumatyypin mukaan: rakennuspalo maan alla: pieni/keskisuuri/suuri, tulipalo muu maan alla: pieni/keskisuuri/suuri ja liikennevälinepalo maan alla: pieni/keskisuuri/ suuri. Tällä tavalla löytyi uusia teematutkinnan yhteenvetoon sopivia tapauksia yhteensä 4 kpl. Nämä onnettomuudet luokiteltiin yhteenvetoa varten rakennuspaloiksi tai rakennuspalovaaroiksi selosteisiin kirjattujen tietojen perusteella. Lopulta päädyttiin tutkittavien tapausten joukkoon, jossa on 129 onnettomuutta. Kohteista suurin osa 124 kpl (96 %) oli tavanomaisiin kellaritiloihin rinnastettavia tiloja ja vain 5 kpl (4 %) syvemmällä maan alla olevia tiloja tai tunneleita.

Maanalaisten rakennustilojen käyttötaparyhmät ja palojen aiheuttajat Tutkittavaan teemaan 4 kuuluvia paloja ja palonalkuja löytyi kaikista Suomen rakentamismääräyskokoelman [4] osan E1 käyttötaparyhmistä (taulukko 4). Huonetila, jossa palo syttyi, oli useimmiten lämmönjakohuone tai muu tekninen tila (30 kpl) sekä sähkötila (22 kpl). Palon aiheutti yleisimmin joko koneen tai laitteen vika (68 kpl) tai ihmisen toiminta (46 kpl).

Paloturvallisuustekniikka tutkituissa teeman 4 tapauksissa Paloteknisten laitteiden, kuten automaattisen sammutuslaitteiston, automaattisen paPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

81


aiheutti yleisimmin joko koneen tai laitteen vika (68 kpl) tai ihmisen toiminta (46 kpl). Taulukko 4: Maanalaisten rakennustilojen palot ja palovaarat käyttötarkoituksen mukaan.

loilmoittimen, palovaroitinjärjestelmän tai palovaroittimien, tarvetta verrattiin Suomen rakentamismääräyskokoelman määräysten ja ohjeiden mukaiseen minimitasoon Pronton selosteista saatujen tietojen mukaisessa rakennuksessa. Paloteknisiä laitteita oli 68 kpl (53 %) tapauksista, laitteet puuttuivat 39 kpl (30 %) tapauksista, joissa ne olisi nykymääräysten mukaan pitänyt olla. Vaatimuksia em. laitteistojen osalta kohteessa ei ollut 22 kpl (17 %) tapauksista. Laitteistojen, kuten automaattisen sammutuslaitteiston, automaattisen paloilmoittimen, palovaroitinjärjestelmän tai palovaroittimien, toimintaa arvioitiin selosteista saatavien tietojen perusteella. Laitteisto, joka kohteessa oli tai siellä olisi pitänyt olla, ei toiminut 49 kpl (38 %) tapauksista ja 11 kpl (9 %) laitteisto ollut ehtinyt vielä toimimaan. Tyydyttävällä tasolla laitteiston toiminta oli 31 kpl (24 %) tapauksista ja laitteisto toimi hyvin 38 kpl (29 %) tapauksista. Yksittäisistä laitteista automaattinen sammutuslaitteisto oli 16 kpl (12 %) tapauksista, näistä 6 kpl oli kohdesuojauksia, jotka olivat lähinnä asuinrakennusten kiinteän polttoaineen syöttölaitteistoissa. Rakennuspaloissa, joita oli 49 kpl, automaattista sammutuslaitteistoa ei ollut 46 kpl (94 %) tapauksista. Automaattinen paloilmoitin oli 43 kpl (33 %) kaikista läpikäydyistä tapauksista. Näistä laitteistoista 35 kpl (81 %) ilmoitti palosta ensimmäisenä hätäkeskukseen, 3 kpl (7 %) ilmoitti hätäkeskukseen, mutta ei ensimmäisenä ja 5 kpl (12 %) laitteistoista ei tehnyt ilmoitusta hätäkeskukseen. Kohteissa, joissa tapahtui rakennuspalo, automaattinen paloilmoitin oli vain 6 kpl (12 %) kohteista. Palovaroittimien tai palovaroitinryhmän olemassaolosta oli merkintä 32 kpl (25 %) selosteista. Palovaroitinta tai palovaroitinryhmää ei ollut 84 kpl (65 %) tapauksista. Rakennuspaloissa palovaroitin oli 16 kpl (33 %) tapauksista, 29 kpl (59 %) ei ollut ja lopuissa 4 (8 %) palovaroittimen olemassaoloa ei voitu arvioida. Savunpoiston toiminnasta koottiin tiedot rakennuspalojen osalta. Selosteiden mukaan kohteessa ollut savunpoistojärjestelmä toimi 18 kpl (37 %) tapauksista, savunpoistoa ei ollut 24 kpl (49 %) tapauksista, savunpoistoa ei käytetty/ ei ollut tarvetta käyttää 6 kpl (12 %) tapauksista ja yhdessä tapauksessa (2 %) savunpoisto ei toiminut. Savunpoistojärjestelmän tyypeistä oli mainittu 19 selosteessa. Näistä 16 kpl (84 %) oli rikottavia tai avattavia ikkunoita tai luukkuja, 2 kpl (11 %) oli koneellinen savunpoisto ja yhdessä kohteessa (5 %) oli automaattiluukut. Sanallinen selitys paloturvallisuuslaitteiden puutteista tai toimimattomuudesta löytyi 20 kpl selostuksista. Yleisimmin näissä todettiin, ettei tilassa ollut paloturvallisuuslaittei82

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

Käyttötarkoitus Asunnot Majoitustilat Hoitolaitokset Kokoontumis- ja liiketilat Työpaikkatilat Tuotanto- ja varastotilat Autosuojat Yhteensä

Rakennus-

Rakennus-

Rakennuspalot

ja

raken-

palovaarat

palot

nuspalovaarat yhteensä

28 (35%) 4 (5%) 9 (11%) 20 (25%) 6 (8%) 13 (16%) 0 (0%) 80 (100%)

36 (74%) 0 (0%) 1 (2%) 3 (2%) 5 (10%) 3 (6%) 1 (2%) 49 (100%)

64(49%) 4 (3%) 10 (8%) 23 (18%) 11 (9%) 16 (12%) 1 (1%) 129 (100%)

Paloturvallisuustekniikka tutkituissa teeman 4 tapauksissa Paloteknisten laitteiden, kuten automaattisen sammutuslaitteiston, automaattisen paloilmoit-

ta,timen, paloturvallisuuslaitteistot eivättaitoimineet nen sammutuslaitteisto ensimpalovaroitinjärjestelmän palovaroittimien, tarvetta verrattiin ulotettu Suomenmyös rakentamismääräyskokoelman ja ohjeiden mukaiseen Pronton selosteista saasuunnitellulla tavalla,määräysten savunpoistojärjestelmä mäisessäminimitasoon kellarikerroksessa olevaan pysäköintujen tietojen mukaisessa rakennuksessa. Paloteknisiä laitteita oli 68 kpl (53%) tapauksista, oli puutteellinen tai savunpoiston korvausil- tikerrokseen. Ensimmäisessä kellarikerrokseslaitteet puuttuivat kpl (30%) tapauksista, joissa ne olisi nykymääräysten mukaan pitänyt majärjestelyt olivat 39 puutteelliset. sa ollut ajoneuvo oli toistaiseksi tuntemattoolla. Vaatimuksia em. laitteistojen osalta kohteessa ei ollut 22 kpl (17 %) tapauksista. masta syystä syttynyt palamaan. Ajoneuvon omistajan mukaan ajoneuvoa oli käytetty ilLaitteistojen, kuten automaattisen sammutuslaitteiston, automaattisen paloilmoittimen, paloOperatiivisen toiminnan man ongelmia aikaisemmin päivällä ja se oli varoitinjärjestelmän tai palovaroittimien, toimintaa arvioitiin selosteista saatavien tietojen onnistumisesta saatiin hyvin suppeat perusteella. Laitteisto, joka kohteessa oli tai siellä olisi pitänyt olla, noin ei toiminut 49 kpl ennen (38%) pysäköity kellariin puoli tuntia tiedot tapauksista ja 11 kpl (9%) laitteisto ollut ehtinythätäilmoitusta. vielä toimimaan. Tyydyttävällä tasolla laitteiston toiminta oli 31 tapauksista jaRakennus laitteisto toimi hyvin käyttöön 38 kpl (29%) Operatiivisen toimintaa ja kpl sen (24%) tuloksellisuutoli otettu vastatapaukmuusista. ta arvioitiin selosteissa varsin suppeasti. Suu- tama kuukausi aikaisemmin. Kohteessa olerimmassa osassa 123 kpl (96 %) toiminnasva automaattinen Yksittäisistä laitteista automaattinen sammutuslaitteisto oli 16 kpl paloilmoitinjärjestelmä (12%) tapauksista, näistäoli 6 takpl ei oltu kirjattu normaalitasosta poikkeavia Hätäkeskuksestakiinteän saatujen tietojen mukaan oli kohdesuojauksia, jotka olivat lähinnä asuinrakennusten polttoaineen syöttölaitteistoissa. Rakennuspaloissa, joita oli 49 kpl,huoltotilassa, automaattista eikä sammutuslaitteistoa ollut 46 havaintoja. 3 kpl (2 %) toiminnan todettiin välittänyt tietoaeikohteeskpl (94%) tapauksista. Automaattinen paloilmoitin oli 43 kpl (33%) kaikista läpikäydyistä onnistuneen erityisen hyvin ja 3 kpl (2 %) se- sa olleesta hälytyksestä. Automaattinen samtapauksista. Näistä laitteistoista 35 kpl (81%) ilmoitti palosta ensimmäisenä hätäkeskukseen, lostusten perusteella voitiin päätellä toiminmutuslaitteisto ei myöskään toiminut, koska 3 kpl (7%) ilmoitti hätäkeskukseen, mutta ei ensimmäisenä ja 5 kpl (12%) laitteistoista ei nassa olevan parannettavaa. Syynä suppeisiin sen päävesisulku oli laitettu kiinni. tehnyt ilmoitusta hätäkeskukseen. Kohteissa, joissa tapahtui rakennuspalo, automaattinen arvioihin voi olla se, että laajempaan toiminSammutustyötä hankaloitti savun lähteen paloilmoitin oli vain 6 kpl (12%) kohteista. nan itsearviointiin ei ole totuttu. paikallistaminen. Kellariin mentäessä käyPelastustoiminnan etenemisestä aikajanal- 14tettiin maanpäällisten kerrosten uloskäytäla, kuten sammutustöiden aloittaminen, sa- vistä palo-osastoituja sammutusreittejä. Pavutuuletuksen aloitus, sammutustyön lope- lo-osastoivien rakenteiden epätiiveys aihetus, savutuuletuksen lopetus, pelastustoimin- utti savun leviämistä myös muihin tiloihin. nan lopettaminen jne. ei ollut kirjattuna. Autosuojan savunpoisto, joka oli mitoitettu E4:n mukaan (0,5 % mitoituksella /automaattinen sammutuslaitteisto) ei ollut riitEsimerkkitapaus 1: asuinkerrostalo, kellarissa olevassa autosuojassa paloi tävä tehokkaaseen savunpoistoon, koska automaattinen sammutuslaitteisto ei toiminut Hätäilmoituksen mukaan 7. kerroksisen suunnitellusti ja rajoittanut alkanutta paloa. asuinrakennuksen katolta tuli savua ja pa- Savunpoistoa yritettiin tehostaa myös pelaslovaroitin soi. Ensilähtönä kohteeseen läh- tuslaitoksen suurtehopuhaltimella. ti X40, X201, X101, X303, X205, X206 ja Resurssit kohteessa olivat riittävät. Kaikki X1062. Hälytystä täydennettiin vielä seu- kohteeseen hälytetyt sammutusyksiköt oliraaville yksiköillä X105, X106, X1331, vat vahvuudella 1+5 ja kokonaisvahvuus peX301, X4094, X401 ja X1312. Kohteessa lastustoimen osalta oli 1+5+30. tehdyn tiedustelun jälkeen selvisi, että savu tulee kiinteistön kellarikerroksessa olevas- Esimerkkitapaus 2: Louhintavaiheessa ta autosuojasta. Autosuojan ilmanvaihdon oleva tunneli, ajoneuvopalo poistoilmakanavalla johdetaan autosuojan poistoilma rakennuksen katolle ja tämä se- Louhintavaiheessa olevasta tunnelista tuli hälitti ensimmäiset savuhavainnot rakennuk- täilmoitus, jonka mukaan tunnelissa noin sen katolta. 1 km:n päässä lähimmästä ajoluiskasta paAsuinrakennuksen alapuolisessa autosuo- laa ajoneuvo. Ensilähtönä kohteeseen lähti jassa oli kaksi pysäköintikerrosta. Ylimmän X201, X201 ja X103. Hälytystä täydennetmaanalaisen kellarikerroksen alapuolisessa ta- tiin vielä seuraaville yksiköillä X105, X31, solla sijaitseva pysäköintikerros oli varustet- X111 ja X5321. Ensi-lähdössä ei ollut möntu automaattisella sammutuslaitteistolla [4, kijää mukana. E4:2.1]. Autosuojan molempien kerrosten Tiedustelu ja sammutustyöt suoritettiin ollessa samaa palo-osastoa, oli automaatti- tuplapulloilla. Tunneliin siirtymisessä hyö-


dynnettiin aluksi työmaan ajoneuvokalustoa ja pelastuslaitoksen mönkijäkalustoa sen saavuttua kohteeseen. Ajoneuvolla päästiin noin 500 m:n päähän kohteesta ja loppumatka liikuttiin kävellen. Sammutusvesi selvitettiin tunnelissa olleesta louhintatyötä varten rakennetusta kiinteästä vesilinjasta, johon oli etukäteen edellytetty 3” liittimet sammutusveden saantia varten. Tehtävässä haasteita tuottivat pitkät etenemismatkat, viestiyhteyksien toimimattomuus ja alkuvaiheessa letkukaluston riittämättömyys sekä savun liikkuminen tunnelissa sammutustyön aikana. Aikaa palavan ajoneuvon saavuttamiseen meni yli 2 tuntia hälytysilmoituksesta ja koko operaation kokonaisaika oli reilut neljä tuntia.

sesta tulee huolehtia. Palontutkintaselosteet • Paloteknisten laitteiden toiminta. Tiedot tulisi tehdä kaikista teeman mukaisista on- kohteessa olevista paloteknisistä laitteista tunettomuuksista, jotta saadaan kerättyä riit- lee täyttää huolellisesti Pronton selosteisiin. tävästi tietoa teemaan kuuluvista onnetto- Lisäksi oleellista on tieto, käyttikö pelastusmuuksista. laitos ko. laitteita itse vai olivatko ne automa• Pronton kehitystyö. Ehdotetaan tarkem- tisoituja. Jos pelastuslaitos käytti laitteistoja, paa luokitusta Prontoon maanalaisten tilo- on syytä kirjata, oliko kohteessa oleva ohjeisjen käyttötapojen osalta. Väliraporttia tehtä- tus riittävän selvä, jotta käyttö onnistui ilman essä huomattiin, että kerrosmerkinnät 1 tai 0 kohteen edustajaa. Tietoa siitä, kuinka tiloiovat liian suppeita ja aiheuttavat epäselvyyt- hin suunnitellut laitteet toimivat ja mitä ontä. Ehdotetaan lisättäväksi K-kerrokset (esim. gelmia tai haasteita käytössä oli, on syytä kirK1-K9) tai jokin muu tapa, jolla saadaan li- jata selosteisiin, koska tämä tieto on hyödylsäksi eroteltua ensimmäisestä maan-alaises- listä uusien kohteiden paloteknisen suunnitta kellarikerroksesta muut ylimmän maan- telun ohjauksessa. alaisen kellarikerroksen alapuolella sijaitsePaloteknisten laitteistojen käyttölaitteiden vat kellarikerrokset. suunnittelussa kannattaa hyödyntää pelas• Opastus ja paikallistaminen. Opastusta tuslaitoksen operatiivisen puolen kokemuskohteessa parantamalla annetaan kohteesta ta laitteistojen käytettävyydestä ja ohjeistushätäilmoituksen tekevälle henkilölle parempi ten selvyydestä. Johtopäätöksiä ja suosituksia mahdollisuus ilmoittaa onnettomuuspaikan • Viestiliikenne. VIRVEn sisäpeittoratkaivälitulosten perusteella sijainti. Samalla nopeutetaan avun saapumis- suja tulee lisätä kellareissa ja muissa maanTeematutkinnan 4 tavoitteena oli saada tie- ta onnettomuuspaikalle. Kellareissa ja muis- alaisissa tiloissa. Viestiliikennekaluston kehittoa, jota voidaan hyödyntää maanalaisten ti- sa maanalaisissa tiloissa palon tarkka paikal- tämiseen suorakanavatoiminnon osalta tulee lojen suunnitteluvaiheessa, tietoa asioista, listaminen on hyvin hankalaa. Sammutus- ja panostaa, koska työturvallisuus korostuu erijoita olisi syytä huomioida kohteiden palo- hyökkäysreitit tällaisiin tiloihin ovat hyvin ra- tyisesti kohteissa, joissa VIRVEn järjestelmätarkastuksissa sekä saada lisätietoa toimin- jalliset. Tarkemmalla paikallistamisella mah- tilalla ei kyetä toimimaan. Suorakanavan käynasta kohteissa operatiivisen toiminnan ke- dollistetaan tilanteessa parhaimman mahdol- tettävyys maan alla on tällä hetkellä hyvin vähittämiseksi. Vuoden 2012 yhteenvedon lisen hyökkäysreitin valinta. Pelastuslaitokset häinen, jonka vuoksi erityiset riskikohteet on laadintaprosessissa havaittiin, että Pronton käyvät tekemässä jonkin verran kohdetutus- kohdekohtaisen arvion perusteella tarvittaesselosteiden täyttämisessä on paljon kehittä- tumisia ja harjoituksia kohteissa. On kuiten- sa varustettava Virven sisäpeitolla tai vaihtomistä. Selosteita täytetään virheellisesti, se- kin selvää, ettei jokaisen kohteen yksityiskoh- ehtoisilla viestivälineillä, kuten kenttäpuheliRakennus oli otettu käyttöön vasta muutama kuukausi aikaisemmin. Kohteessa oleva autolosteille kirjataan joissain tapauksissa hyvin tia voida muistaa ulkoa, eikä voida pelkästään men käyttövalmiudella. maattinen paloilmoitinjärjestelmä oli Hätäkeskuksesta saatujen tietojen mukaan huoltotilassa, suppeat tiedot tai kohtia jätetään tyhjäksi. paikallistuntemukseen vaan kohtees- ei eikä välittänyt tietoa kohteessa olleesta luottaa hälytyksestä. Automaattinen sammutuslaitteisto koska sentoiminpäävesisulku Tarkempaamyöskään kuvaustatoiminut, operatiivisesta sa oli onlaitettu oltavakiinni. selkeät kartat ja opasteet, joita KIITOKSET nasta ja sen haasteista tai tuloksellisuudes- voidaan hyödyntää operatiivisissa tehtävissä. Pelastuslaitosten palontutkijat ovat keränSammutustyötä hankaloitti savun lähteen paikallistaminen. Kellariin mentäessä käytettiin ta löytyi hyvin harvoin. Selosteiden täyttäOpastukseen on kiinnitettävä huomiota neet tiedot virkatyönä muiden tehtäviensä maanpäällisten kerrosten uloskäytävistä palo-osastoituja sammutusreittejä. Palo-osastoivien misen laa-tua parantamalla, onaiheutti mahdollista jo kohdetta rakenteiden epätiiveys savun leviämistä myösrakennettaessa. muihin tiloihin.Tarvittavat Autosuojan karsavun- ohella, kiitokset kaikille. Erityiset kiitokset poisto,2013 joka lopulla oli mitoitettu E4:nlopmukaan mitoituksella/ automaattinen sammutuspäästä vuoden tekemään tat (0,5% voidaan rakennusvaiheessa sijoittaa hel- osoitetaan isäntäpelastuslaitoksina toimineillaitteisto) ei ollut riittävä tehokkaaseen koska automaattinen sammutuslaitteis- le Pirkanmaan, Varsinais-Suomen, Länsi-Uupuraporttia, jossa päästään kattavasti käsitte- savunpoistoon, posti löydettävään punaiseen postilaatikkoon. to ei toiminut suunnitellusti ja rajoittanut alkanutta paloa. Savunpoistoa yritettiin tehostaa lemään teeman erityiskysymyksiä. Kohteen oma toiminta. Kohteen oman denmaan, Etelä-Pohjanmaan ja Helsingin myös pelastuslaitoksen suurtehopuhaltimella.• henkilökunnan tietämys kohteessa olevien kaupungin pelastuslaitoksille. Kuntaliitolle Resurssit kohteessatilojen olivat riittävät. Kaikkipalo-turvallisuuslaitteiden kohteeseen hälytetyt sammutusyksiköt olivat Suosituksia maanalaisten paloihin: toiminnasta koros- ja sisäasiainministeriön pelastusosastolle kirvahvuudella 1+5 ja kokonaisvahvuus pelastustoimen osalta oli 1+5+30. • Pronton täyttäminen. Pronto selostei- tuu suuremmissa kohteissa, joissa on enem- joittajat haluavat osoittaa kiitoksensa väliraden tarkempaan täyttämiseen tulee panostaa. män paloteknisiä laitteita ja niiden ohjaamia portin ja palontutkintakäsikirjan julkaisuun Esimerkkitapaus 2: Louhintavaiheessa oleva tunneli, ajoneuvopalo Selosteiden täyttäjien riittävästä koulutuk- järjestelmiä. kohdistamastaan avusta.

LÄHDELUETTELO 1. Pelastustoimen resurssi- ja onnettomuustilasto PRONTO. Pelastusopisto, 2013. Prontonet.fi. Saatavilla: prontonet.fi (22.4.2013) 2. Pelastuslaki 379/2011. Saatavilla: http://www.finlex.fi/fi/laki/ajantasa/2011/20110379 (30.4.2013) 3. Valtioneuvoston asetusluonnos poistumisturvallisuudesta (julkaisematon, lausuntoversio) Saatavilla: http://www.hare.vn.fi/ upload/Asiakirjat/16782/177900_SM0422010_lausuntopyyntö.pdf (30.4.2013) 4. Suomen rakentamismääräyskokoelma, Ympäristöministeriö, 2013. Saatavilla: http://www.ymparisto.fi/default. asp?contentid=198063 (30.4.2013)

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 Kuva 3. Pelastustoiminta maanalaisissa tiloissa ja tunneleissa vaatii paljon etukäteissuunnit-

83


Anna Matala, Simo Hostikka ja Johan Mangs, VTT, PL1000, 02044 VTT

Sähkökaapelien palomallinnuksen uusia menetelmiä ja tuloksia

Tiivistelmä Sähkökaapelien palomallinnus on tärkeä osa ydinvoimaloiden turvallisuussuunnittelua. Haasteellisin osa monimutkaisten materiaalien mallinnuksessa on reaktiopolun määrittäminen. Useimmiten materiaalit eivät ole ennalta tunnettuja ja koostumus saattaa olla salainen. Tähän saakka tällaisen materiaalin mallinnus on perustunut pelkästään pienen mittakaavan massanmuutostuloksiin, sekä kartiokalorimetrissa mitattuun palotehoon. VTT:n uusi mittalaite, mikrokalorimetri, tarjoaa mahdollisuuden mitata paloteho reaktiokohtaisesti hyvin pienelle näytteelle. Tätä tietoa hyödyntämään on kehitetty kaksi metodia, joiden avulla voidaan laskea parametrit näytteen reaktiopolulle. Ensimmäinen menetelmä on hyvin yksinkertainen ja nopea, toinen vaatii hieman enemmän käyttäjän panosta. Molempia menetelmiä on testattu oikean sähkökaapelin pyrolyysimallinnuksessa hyvin tuloksin. Menetelmillä luotuja malleja testattiin myös suuremmassa mittakaavassa kartiokalorimetrikokeissa.

JOHDANTO Tulipalo sähkökaapeleissa on yksi ydinvoimaloiden todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin alkutapahtumista, ja siksi merkittävä tutkimuskohde tulipalojen mallinnukselle. Ison osa ydinvoimaloiden palokuormasta muodostavat sähkö- ja informaatiokaapelit joita saattaa yhdessä tilassa olla monella päällekkäisellä hyllyllä satoja metrejä kerrallaan. Kaapelien vioittuminen ei ole myös84

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

kään oleellista ainoastaan palonleviämisen kannalta, vaan myös niiden ohjaamien järjestelmien kannalta. Useimmiten haasteellisinta monimutkaisten materiaalien, kuten kaapelien, mallinnuksessa on materiaalin reaktiopolun määrittäminen. Reaktiopolku määrittää, kuinka monta reaktiota tapahtuu missäkin lämpötilassa. Reaktiot, joissa näytteen massa muuttuu, voidaan havaita termogravimetrituloksista (TGA). Näissäkin vain selkeästi lämpötilan suhteen erillään olevat reaktiot voidaan havaita ja yhtä aikaa tapahtuvat reaktiot saattavat jäädä huomaamatta. Erityisen kiinnostavaa palonleviämisen mallinnuksen kannalta on se, tuottaako reaktio palavia kaasuja. Näiden havaitsemiseen on tähän saakka käytetty kartiokalorimetrituloksia, joissa on mitattu näytteen tuottama paloteho ajan suhteen. Kartiokoetuloksissa lämmönvapautumista ei kuitenkaan ole selvästi kytketty näytteen lämpötilaan, ja siksi vain kokonaislämmöntuotto voidaan mitata. Uusi pienen mittakaavan koelaite, mikrokalorimetri (MCC) on otettu käyttöön VTT:llä keväällä 2013. Se mittaa palotehoa lämpötilan funktiona samaan tapaan kuin TGA mittaa massanmuutosta. Yhdistämällä nämä kaksi koemenetelmää voidaan arvioida kunkin reaktion vapauttamaa palotehoa erikseen. Liittämällä koetuloksiin tietoa erilaisten kaasujen palamislämmöistä ja komponenttien reaktiopoluista, voidaan tulosten avulla jopa estimoida materiaalin koostumusta.

Kaksi menetelmää on kehitetty tulosten hyödyntämiseksi. Ensimmäinen, metodi 1, on hyvin yksinkertainen menetelmä, jonka tarkoituksena on kohdistaa oikea määrä palavaa kaasua kuhunkin reaktioon. Metodissa 2 tavoitteena on todenmukaisempi reaktiopolku ja materiaalin koostumus. Sitä voidaan käyttää arvioimaan alkuperäisten komponenttien massaosuuksia ja kaasuja. Molempia menetelmiä testataan käyttäen todellisen sähkökaapelin PVC (polyvinyl chloride)vaippaa ja PE (polyethylene)-eristettä. Malleja hyödynnetään kartiokalorimetrikokeiden toistamiseen kokonaisella kaapelilla.

MENETELMÄT JA MATERIAALIT Kokeelliset menetelmät Pienen mittakaavan koelaitteet Yleisin pyrolyysimallinnuksessa käytetty pienen mittakaavan koemenetelmä on termogravimetri (TGA). Siinä pieni (n. 10 mg) näyte asetetaan uuniin, jota lämmitetään hitaasti ja lineaarisesti. Tyypilliset lämmitysnopeudet ovat 5–30 K/min. Koska näyte on hyvin pieni, voidaan olettaa näytteen lämpötilan vastaavan uunin lämpötilaa. Lämmityksen aikana näytteen massaa mitataan, ja näin saadaan massa lämpötilan funktiona. Menetelmää käytetään erityisesti pyrolyysireaktion reaktiokinetiikan selvittämiseksi. Koe voidaan tehdä joko ilmassa tai hapettomassa ympäris-


lämpÜtilan funktiona. [3,4] Enemmän tietoa MCC-laitteesta lÜytyy J. Mangsin palotutkimuksen päivien esitelmästä [5]. Kuva 1 näkyy TGA- ja MCC-tulokset samaan kuvaan piirrettynä.

tĂśssä. Hapettomassa tilassa voidaan tarkastelota kantaa siihen, mitä komponentteja näytla selkeämmin pelkästään pyrolyysireaktiota teessä on. Metodi 2 sen sijaan vaatii hieman ja ilmassa havaitaan lisäksi hapen vaikutus enemmän esitietoja ja alkuarvauksia, mutta esimerkiksi pintahapettumisena. [1] Näiden parhaimmillaan se pystyy estimoimaan näytkokeiden perusteella voidaan määrittää näytteen koostumuksen (komponenttien massateen reaktionopeus, josta voidaan estimoida osuudet) hyvinkin tarkasti. reaktioparametrit A, E ja N. Näiden parametrien avulla voidaan mallintaa materiaaMetodi 1 lin lämpĂśhajoaminen lämpĂśtilan funktiona. Metodissa 1 oletetaan hyvin yksinkertaiEnemmän tietoa parametriestimoinnista voi nen reaktiopolku (Kuva 2). Materiaalimalli lukea artikkelista [2]. koostuu pseudokomponenteista, joiden avulMikrokalorimetri (MCC) on suhteellisen la materiaalin rakenne mallinnetaan, mut1. TGA ja MCC tulokset piirrettynä samaan kuvaan. TGA-tulokset lämmitysnopeudella 2 kohdistaa näytteen pintaan 35-75 kW/m lämpĂśvuon. Pyrolysoituvat kaasut sytytetään yleensä uusi pienen mittakaavan koelaite. Se toimii Kuva ta joilla ei varsinaisesti ole yhteyttä materiaa10 kipinäsytyttimellä. K/min ovat vasemmalla ja MCC tulokset lämmitysnopeudella 60 K/min ovat oikealla yKokeen aikana mitataan palotehoalin ja todelliseen massanmuutosta. Kun malli sovitepääpiirteissään samaan tapaan kuin TGA. koostumukseen. Reaktioiden taan näihin koetuloksiin, voidaan estimoida materiaalin termisiä parametreja, kuten lämmĂśnakselilla. Siinä pieni (1–30 mg) näyte lämmitetään ha- johtavuus, ominaislämpĂśkapasiteetti ja reaktioentalpia.lukumäärä vastaa siinä pseudokomponent[6] pettomassa pyrolysaattorissa tasaisesesti. Py- Kartiokalorimetri tien lukumäärää, ja jokainen komponentMCC-tuloksien käyttäminen pyrolyysimallinnuksessa rolyysissä vapautuvat kaasut johdetaan polt- Kartiokalorimetri ti Mallintajan hajoaaparametrien riippumatta muista (nk. rinnakkaiusein pyrolyysimallin termisten estimoinnissa käytetty koePyrolyysimallinnuson alkaa reaktiopolun määrittämisestä. täytyy päättää reaktioiden 3 tokammioon, jossa on korkea lämpĂśtila (n. laite. nen reaktio tuottaa . Aluminifolioon Näytteen massa onjan.vapautuvat 50-500 g, ja mitat yleensä n. 10 x 10Jokainen x Arrheniuksen 1-5 cm lukumäärä, massanmuutos aineet. Massan (m)reaktiopolku). muutos määräytyy yhtälĂśn mukaisesti materiaalin (T) funktiona 900 °C) ja riittävä happipitoisuus. Kaasut pa- reunoilta kahtaasetetaan kaasua: palavaa ja palamatonta. Ainoasja pohjalta, ja alta lämpĂśtilan villalla eristetty näyte kartiomaisen säteilijän alle, joka đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ lavat kammiossa täydellisesti. Lämmitysnotaan viimeinen reaktio jättää hiilijäännĂśksen. = đ??´đ??´đ??´đ??´ ďż˝ ďż˝ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ ďż˝âˆ’ ďż˝ (1) đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘… lasketaan đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šMateriaalin 0 , peudet ovat yleensä hieman TGA:ta korke- kohdistaa paloteho Kaikissa reaktioissa on yhteinen, etukäteen 2 massannäytteen pintaanetutekijä, 35-75 kW/m lämpĂśvuon. Pyrolysoituvat kaasut sytytetään yleensä missä A on eksponentin E aktivaatioenergia ja N reaktion kertaluku. Nämä parametampia, tyypillisesti n. 60 K/min. Tulokseksi kipinäsytyttimellä. muutosnopeuden sekä reaktiokohtaisen pavalittu palamislämpĂś, jonka avulla palavan Kokeen aikana mitataan palotehoa ja massanmuutosta. Kun malli soviterit riippuvat materiaalin lisäksi mallista, joten ne täytyy sovittaa jokaiselle mallille erikseen. näihin koetuloksiin, voidaan massanmuutosnopeuden estimoida materiaalinjatermisiä parametreja, kuten lämmĂśnsaadaan näytteen ominaispaloteho (palote- taan lamislämmĂśn (ΔHclasketaan ) avulla palamattoman kaasun osuus massanmuuMateriaalin paloteho sekä reaktiokohtaisen palamislämja reaktioentalpia. toksesta [6] avulla mĂśn (ΔHc)ominaislämpĂśkapasiteetti ho jaettuna alkuperäisellä massalla) lämpĂśti- johtavuus, voidaan skaalata. Viimeistä reaktiođ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž ̇ = đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š ̇ đ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť . (2) (2) đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? lan funktiona. [3,4] Enemmän tietoa MCC- MCC-tuloksien käyttäminen pyrolyysimallinnuksessa ta lukuun ottamatta palavan kaasun osuus Vaikka yleisimpien polymeerien palamislämmĂśt onkin usein listattu käsikirjoissa, kyseessä Pyrolyysimallinnus alkaa reaktiopolun määrittämisestä. Mallintajan täytyy päättää reaktioiden laitteesta lĂśytyy J. Mangsin palotutkimuksen on nettopalamislämpĂś koko näytteen massalle. Pyrolyysimallinnuksessa voidaan laskea kaavat (3)tietoa ja (4)reakyhdistämällä tarvitaan massanmuutos ja vapautuvat aineet. Massan (m) muutos määräytyy Arrheniuksen päivien esitelmästä [5]. Kuva 1 näkyy TGA- lukumäärä, Vaikka yleisimpien polymeerien palamislämtiokohtaisista palamislämmĂśistä, ja tähän tarkoitukseen MCC-laite soveltuu mainiosti. yhtälĂśn mukaisesti materiaalin lämpĂśtilan (T) funktiona đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šosuus 0 Mikäli oletetaan, että materiaalista vapautuvien palavien kaasujen on yF, ominaispalađ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ ja MCC-tulokset samaan kuvaan piirrettynä. mĂśt đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š usein listattu đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ käsikirjoissa, kyseesđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ onkin đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– = (5) mislämpĂś voidaan kirjoittaa kaavan (2) 2avulla = đ??´đ??´đ??´đ??´ ďż˝ ďż˝ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ ďż˝âˆ’ ďż˝ ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť (1) đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? kohdistaa näytteen pintaan 35-75 kW/m lämpĂśvuon. Pyrolysoituvat kaasut sytytetään yleensä sä näytteen masđ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘… đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2koko đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž0on nettopalamislämpĂś đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž0̇ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ , = âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą =Kokeen đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? âˆŤaikana đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą, kipinäsytyttimellä. mitataan palotehoa Kun malli soviteđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 E đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 A Kartiokalorimetri salle. Pyrolyysimallinnuksessa tarvitaan tietoa Koko (3)Z skaalataan mukaan 0 missä on đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š eksponentin etutekijä, aktivaatioenergia ja jaNmassanmuutosta. reaktion kertaluku. Nämä parametnäytteen osuus đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š taan näihin koetuloksiin, voidaan estimoida materiaalin termisiä parametreja, kuten lämmĂśn0hiilijäännĂśksen rit riippuvat materiaalin lisäksi mallista, joten ne täytyy sovittaa jokaiselle mallille erikseen. Kartiokalorimetri on usein pyrolyysimallin johtavuus, reaktiokohtaisista palamislämmĂśistä, ja tähän Koko näytteen hiilijäännĂśksen osuus Z skaađ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś = đ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ja ja reaktioentalpia. [6]sekä reaktiokohtaisen ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? missä t1 onominaislämpĂśkapasiteetti reaktion alkamislämpĂśtila t2 päättymislämpĂśtila. paloteho lasketaan massanmuutosnopeuden palamislämđ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 viimeisen đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? reaktion paramettermisten parametrien estimoinnissa käytet- Materiaalin tarkoitukseen MCC-laite soveltuu mainiosti. lataan mukaan Yksinkertaistetusti pyrolyysikaasuja on kahta tyyppiä: palavia (F) ja palamattomia (I). PalamĂśn (ΔHc) avulla käyttäminen pyrolyysimallinnuksessa ⎧ đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??š = ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ďż˝1 − 1−∑đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ďż˝ đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1palotehosty koelaite. Näytteen massa on n. 50–500 g, đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žMCC-tuloksien Mikäli että materiaalista vapau-muutoksesta, mattomien kaasujen haihtumisen huomaa massan mutta hiilijäännĂśksen ne eivät näy Koko näytteen osuus ⎪reihin ̇ = đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡đ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ??ťđ??ťđ??ťđ??ťoletetaan, (2) Z skaalataan mukaan đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? . Pyrolyysimallinnus alkaa reaktiopolun määrittämisestä. Mallintajan täytyy päättää reaktioiden đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 3 0reaktiossa i đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? sa. Niinpä voidaan kirjoittaa kokonaismassanmuutokselle (Îą = 1-m/m ) 0 ja mitat yleensä n. 10 x 10 x 1–5 cm . Alumi- Vaikka tuvienyleisimpien palavien kaasujen osuus on yF, omipolymeerien palamislämmĂśt onkinđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś(m) usein listattu käsikirjoissa, kyseessä ďż˝1 − ďż˝ ďż˝1 − ��. đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ,đ??źđ??źđ??źđ??ź= đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› lukumäärä, massanmuutos ja vapautuvat aineet. Massan muutos määräytyy Arrheniuksen đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘2 1−∑đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ⎨ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š ̇ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? on nettopalamislämpĂś koko näytteen massalle. Pyrolyysimallinnuksessa tarvitaan tietoa reak0 nifolioon reunoilta ja pohjalta, ja alta villalla yhtälĂśn naispalamislämpĂś voidaan kirjoittaa(T) kaavan lämpĂśtilan funktiona đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??š = ďż˝1 − 1−∑đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ďż˝ (4) ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źđ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– = mukaisesti ďż˝ đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘ materiaalin = ďż˝đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś đ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– + đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??źđ??źđ??źđ??ź,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ďż˝đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– , ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ palamislämmĂśistä, ja tähän tarkoitukseen⎪⎧MCC-laite soveltuu +đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??źđ??źđ??źđ??źmainiosti. = 1−∑đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś = đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??š đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ avulla đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘1đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 eristetty näyte asetetaan kartiomaisen säteili- tiokohtaisista (2) ⎊⎪ đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 = đ??´đ??´đ??´đ??´ ďż˝ ďż˝ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ ďż˝âˆ’ ďż˝ (1)ďż˝ Mikäli oletetaan, että materiaalista vapautuvien palavien kaasujen osuus đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 on yF, ominaispalađ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? on komponentin i massaosuus alkuperäisestä massasta. missä X i đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘… , đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ,đ??źđ??źđ??źđ??ź= metodia. ďż˝1 − ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť ďż˝ ďż˝1 − 1−∑đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›perustuďż˝. (6) jän alle, joka kohdistaa näytteen pintaan 35– mislämpĂś voidaan kirjoittaa kaavan (2) avulla MCC ja TGA:n tulosten hyĂśdyntämiseksi on kehitetty⎨kaksi Neđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? molemmat ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 missä A on etutekijä, 2 đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ E aktivaatioenergia ja N reaktion kertaluku. Nämä parameṫ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žeksponentin đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? 75 kW/m lämpĂśvuon. Pyrolysoituvat kaasut vat = edellä kaavoihin, mutta niiden (3) käyttĂśtarkoitus ja sovellus ovat hieman erilai⎪ đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś = đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą = đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą, âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šesitettyihin đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šmallista, đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??š + đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śmallille rit jotensilloin, ne täytyy erikseen. đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0riippuvat đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? jokaiselle đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??źđ??źđ??źđ??ź = 1−∑ đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź(3) 0materiaalin lisäksi 0 set. Metodi 1 on tarkoitettu käytettäväksi kun⎊sovittaa halutaan vain mitata reaktiokohtaiset đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 sytytetään yleensä kipinäsytyttimellä. Kokeen Materiaalin paloteho lasketaan massanmuutosnopeuden sekä reaktiokohtaisen palamislämpalamislämmĂśt. Se ei pyri selittämään materiaalin lämpĂśhajoamista, eikä ota kantaa siihen, aikana mitataan palotehoa ja massanmuu- missä komponentteja t1 on reaktion alkamislämpĂśtila ja t2 päättymislämpĂśtila. mĂśn c) avulla mitä(ΔH näytteessä on. Metodi 2 sen sijaan vaatii hieman enemmän esitietoja ja đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š pyrolyysikaasuja on kahta ja tyyppiä: (F) ja đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žalkuarvauksia, ̇ = đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡đ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ??ťđ??ťđ??ťđ??ť (2) 0 palamattomia (I). Palatosta. Kun malli sovitetaan näihin koetulok- Yksinkertaistetusti missä t1đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? .on reaktion alkamislämpĂśtila t2 palavia mutta parhaimmillaan se pystyy estimoimaan koostumuksen (kompođ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– =näytteen mattomien kaasujen haihtumisen huomaa massan muutoksesta, muttađ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ne eivät näy palotehosVaikka yleisimpien polymeerien palamislämmĂśt onkin usein listattu käsikirjoissa, kyseessä ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť nenttien massaosuudet) hyvinkin tarkasti. siin, voidaan estimoida materiaalin termisiä sa. päättymislämpĂśtila. Metodi 2 voidaan kirjoittaa (Îą = 1-m/m0) reaktiossa on Niinpä nettopalamislämpĂś koko kokonaismassanmuutokselle näytteen massalle. Pyrolyysimallinnuksessa tarvitaanitietoa reakđ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘2 parametreja, kuten lämmĂśnjohtavuus, omi- tiokohtaisista Yksinkertaistetusti pyrolyysikaasuja on Koko Metodi 2 mahdollistaa monimutkaisempien ja tähän tarkoitukseen MCC-laite soveltuu mainiosti. näytteen hiilijäännĂśksen osuus Z skaalataan mukaan viim Metodi 1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡palamislämmĂśistä, (4) ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ďż˝ đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘ että = ďż˝đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś ďż˝đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹ ,vapautuvien palavien đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– = oletetaan, đ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– +(F) materiaalista kaasujen osuus on yF, ominaispalanaislämpĂśkapasiteetti ja reaktioentalpia. [6] Mikäli kahta tyyppiä: palavia ja đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– palamattomia reaktiopolkujen käytĂśn. Siinä mikä tahanMetodissa 1 oletetaan hyvin đ??źđ??źđ??źđ??ź,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–yksinkertainen reaktiopolku (Kuva 2). Materiaalimalli koostuu đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? mislämpĂś kirjoittaa kaavan (2) avulla 0 pseudokomponenteista, joiden avulla materiaalin rakenne mallinnetaan, mutta joilla ďż˝missä ei varsikomponentin i massaosuus alkuperäisestä massasta. missä Xi onvoidaan (I). Palamattomien kaasujen haihtumisen sa komponentti voi hajota tahansa ređ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Ś = ďż˝1 − ⎧ đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??š đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 ̇ ̇ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 1−∑đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? naisesti oleđ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž yhteyttä materiaalin todelliseen koostumukseen. Reaktioiden lukumäärä vastaa MCC hyĂśdyntämiseksi onne kehitetty kaksi metodia. Ne molemmat perustu=jaâˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1TGA:n đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą tulosten = đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śmuutoksesta, ⎪ đ??šđ??šđ??šđ??š ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ť đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą, huomaa massan mutta eiaktiossa, tuottaen erilaisia kaasuja, palavia ja đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š (3) 0 0 đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž/đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? 0 ďż˝ MCC-tuloksien käyttäminen siinä pseudokomponenttien lukumäärää, ja jokainen komponentti hajoaa riippumatta muista . vat edellä esitettyihin kaavoihin, mutta niiden käyttĂśtarkoitus ovat hieman erilaiđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ,đ??źđ??źđ??źđ??ź= ďż˝1ja−sovellus ďż˝ ďż˝1 − 1−∑ đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź ďż˝ ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›źâˆ†đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? vät näy palotehossa. Niinpä voidaan kirjoitđ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 ⎨ (nk. rinnakkainen reaktiopolku). Jokainen reaktio tuottaa kahta kaasua: palavaa ja palamatonset. Metodi 1 on tarkoitettu käytettäväksi silloin, kun halutaan vain mitata reaktiokohtaiset pyrolyysimallinnuksessa đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? missä t1 on reaktion alkamislämpĂśtila ja t2 päättymislämpĂśtila. ⎪ Kaikissa +eikä đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??źđ??źđ??źđ??ź ota =on đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? = đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śreaktioissa ta. viimeinen jättää hiilijäännĂśksen. yhteinen, etutaaAinoastaan kokonaismassanmuutokselle (Îą=1-m/m palamislämmĂśt. Se pyrolyysikaasuja ei pyrireaktio selittämään kantaa đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź siihen, 0) lämpĂśhajoamista, 1−∑ ⎊palavia Yksinkertaistetusti on materiaalin kahta tyyppiä: (F)đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›,đ??šđ??šđ??šđ??šja palamattomia đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– Palađ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘–=1 (I). 2 käteen valittu palamislämpĂś, jonka avulla palavan ja palamattoman kaasun osuus massanmitä komponentteja näytteessä on. Metodi 2 sen sijaan vaatii hieman enemmän esitietoja ja kohdistaa näytteen pintaan 35-75 kW/m lämpĂśvuon. Pyrolysoituvat kaasut sytytetään yleensä Pyrolyysimallinnus alkaa reaktiopolun mää- mattomien reaktiossakaasujen i haihtumisen huomaa massan muutoksesta, mutta ne eivät näy palotehosmuutoksesta voidaan skaalata. Viimeistä reaktiota lukuun näytteen ottamattakoostumuksen palavan kaasun osuus alkuarvauksia, mutta parhaimmillaan se pystyy estimoimaan (kompokipinäsytyttimellä. Kokeen aikana mitataan palotehoa ja massanmuutosta. Kun malli sovitesa. Niinpä voidaan kirjoittaa kokonaismassanmuutokselle (Îą = 1-m/m ) reaktiossa i rittämisestä. Mallintajan täytyy päättää reak- voidaan laskea kaavat (3) ja (4) yhdistämällä 0 Kuva 2. Reaktiopolku käyttäen metodia 1. nenttien massaosuudet) tarkasti. taan näihin koetuloksiin, voidaan estimoida materiaalin termisiä kuten lämmĂśnđ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘2 parametreja,hyvinkin đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ tioiden lukumäärä, massanmuutos ja vapau- ∆đ?›źđ?›źđ?›źđ?›ź (4) (4) Metodi 2 johtavuus, ominaislämpĂśkapasiteetti ja reaktioentalpia. [6]đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– = ďż˝ đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘ = ďż˝đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– + đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??źđ??źđ??źđ??ź,đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– ďż˝đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘‹đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– , tuvat aineet. Massan (m) muutos määräytyy Metodi 1đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘1 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 Metodi 2 mahdollistaa monimutkaisempien reaktiopolkuje i massaosuus alkuperäisestä massasta. missä Xi on1komponentin Metodissa oletetaan hyvin yksinkertainen reaktiopolku (Kuva 2). Materiaalimalli koostuu MCC-tuloksien käyttäminen pyrolyysimallinnuksessa Kuva 2. voi Reaktiopolku käyttäen metodia 1. tuottaen eril Arrheniuksen yhtälĂśn mukaisesti materiaalin pseudokomponenteista, Mallintajan ponentti hajota missä tahansa reaktiossa, MCC ja TGA:n tulosten hyĂśdyntämiseksi on kehitetty kaksi metodia. Nemutta molemmat perustujoiden avulla materiaalin rakenne mallinnetaan, joilla ei varsiPyrolyysimallinnus alkaa reaktiopolun määrittämisestä. täytyy päättää reaktioiden lämpĂśtilanmassanmuutos (T) funktiona missä Xole komponentin i massaosuus mia. SenReaktioiden onhieman esitettyvastaa Kuva 3. Reaktion massan i on vat edellä esitettyihin kaavoihin, mutta niidenalkukäyttĂśtarkoitus ja sovellus ovat erilainaisesti yhteyttä materiaalin todelliseen koostumukseen. lukumäärä lukumäärä, ja vapautuvat aineet. Massan (m) muutos määräytyy Arrheniuksen Metodi 2reaktiopolku n n vain set. Metodi 1 on tarkoitettulukumäärää, käytettäväksija silloin, kun halutaan mitata reaktiokohtaiset siinä pseudokomponenttien jokainen komponentti hajoaa riippumatta muista yhtälĂśn mukaisesti materiaalin lämpĂśtilan (T) funktiona peräisestä massasta. Metodi 2 mahdollistaa monimutkaisempien reaktiopolkuj Διˆkahta = ∑∑ yi , j , keikä Ypalavaa , kantaa palamislämmĂśt. Se ei tulosten pyri selittämään materiaalin lämpĂśhajoamista, siihen, đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ (nk. rinnakkainen reaktiopolku). Jokainen reaktio tuottaa kaasua: ja palamatoni −1, jota MCC ja TGA:n hyĂśdyntämisekponentti voi hajota missä tahansa reaktiossa, tuottaen eri = đ??´đ??´đ??´đ??´ ďż˝ ďż˝ đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ ďż˝âˆ’ ďż˝ (1) (1) = 1 = 1 j k mitä komponentteja näytteessä Metodi 2 sen sijaanKaikissa vaatii hieman enemmän esitietoja ja ta. Ainoastaan viimeinen reaktioon. jättää hiilijäännĂśksen. reaktioissa on yhteinen, etuđ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘…đ?‘… , đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š0 mia. Sen reaktiopolku on esitetty Kuva 3. Reaktion massa si on kehitetty kaksi metodia. reaktion i alkaessa ja l Ynäytteen i-1,j on komponentin alkuarvauksia, mutta parhaimmillaan semolemmat pystyy estimoimaan koostumuksen (kompokäteen valittu palamislämpĂś, jonkaNeavulla palavan jamissä palamattoman kaasun osuusj massa massann n missä A on eksponentin etutekijä, E aktivaatioenergia ja N reaktion kertaluku. Nämä parameti rit riippuvat materiaalin lisäksi mallista, joten ne täytyymuutoksesta perustuvat edellä kaavoihin, mutnenttien massaosuudet) hyvinkinViimeistä tarkasti. reaktiota voidaanesitettyihin skaalata. lukuun ottamatta palavan kaasun osuus ˆ sovittaa jokaiselle mallille erikseen. YΔι== ∑∑ yii, j , ZyYi ,0j,, kj Y. i −1, j , laskea kaavat (3) ja (4) missä A onpaloteho eksponentin etutekijä, E aktivaa- voidaan ta niiden käyttĂśtarkoitus ja yhdistämällä sovellus ovat hie- i , j âˆ? Materiaalin lasketaan massanmuutosnopeuden sekä1 reaktiokohtaisen palamislämii =j1=1 k =1 Metodi on Materiaalimalli komponentin j koostuu massakaavalla reaktion i alkaessa ja missä Yi-1,j mĂśn (ΔHc) avulla tioenergia ja N reaktion kertaluku. Nämä Metodissa man erilaiset. Metodihyvin 1 onyksinkertainen tarkoitettu käytetReaktion tuottama energia lasketaan 1 oletetaan reaktiopolku (Kuva 2). đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žparametrit ̇ = đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡đ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ?›Ľđ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? . riippuvat materiaalin lisäksi mal- pseudokomponenteista, (2) n in joiden avulla materiaalin rakenne mallinnetaan, mutta joilla ei varsitäväksi silloin, kun halutaan vain mitata re- Kuva 2. Reaktiopolku metodia 1. yYii, j , Z Yy0, j . Δkäyttäen âˆ? Vaikka yleisimpien polymeerien palamislämmĂśt onkin useinole listattu käsikirjoissa, kyseessä QˆYii , =j =∑∑ H c ,k . naisesti yhteyttä materiaalin todelliseen koostumukseen. Reaktioiden vastaa i −1, j i , j ,k lukumäärä lista, joten ne täytyykoko sovittaa jokaiselle aktiokohtaiset palamislämmĂśt. Se ei pyri se- Metodi ii =1 j =1 2 k =1 on nettopalamislämpĂś näytteen massalle.malPyrolyysimallinnuksessa tarvitaan tietoa reaksiinä pseudokomponenttien lukumäärää, ja jokainen komponentti hajoaa riippumatta muistakaavalla Reaktion tuottama energia lasketaan lille erikseen.palamislämmĂśistä, ja tähän tarkoitukseen(nk. littämään materiaalin lämpĂśhajoamista, eikätuottaa tiokohtaisista MCC-laite soveltuu mainiosti. Tehtävälle on vaikea lĂśytää yleispätevää analyyttistä ratkai Metodi mahdollistaa monimutkaisempien reaktiopolkujen käy rinnakkainen reaktiopolku). Jokainen reaktio kahta2 kaasua: palavaa ja palamatonp, j

c

p, j

c

c

p; j

n

nc p ; j ominaispalaMikäli oletetaan, että materiaalista vapautuvien palavien kaasujen osuus on yF,reaktio ponentti voireaktioissa hajota tahansa reaktiossa, tuottaen erilaisia tiongelmana, jossa missä minimoidaan mitattujen ja estimoitujen ta. Ainoastaan viimeinen jättää hiilijäännĂśksen. yhteinen, etuQˆKaikissa Yi −1, j yi , j ,k on ΔonHesitetty i =Sen reaktiopolku c ,k . mislämpĂś voidaan kirjoittaa kaavan (2) avulla mia. Kuva 3. Reaktion massan muu käteen valittu palamislämpĂś, jonka avulla palavan ja palamattoman kaasun osuus massanQ ⎛ ⎞ j =1 k =1 i PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013 85 đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žĚ‡ đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą2 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘šĚ‡ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž − Qˆ iosuus âŽ&#x; nr n⎜c n p , j muutoksesta voidaan skaalata. Viimeistä reaktiota lukuun ottamatta kaasun = âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą = đ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ?‘Śđ??šđ??šđ??šđ??š ∆đ??ťđ??ťđ??ťđ??ťđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? âˆŤđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą1 đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą, aˆ i lĂśytää Δaon − Δpalavan m0 yleispätevää Tehtävälle analyyttistä ratka đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š 0 Διˆ = ∑∑ yi i , j , vaikea , (3) ⎜ âŽ&#x; . min k Yi −1, j − voidaan laskea kaavat (3) ja (4) yhdistämällä Q j =1 k =1 tiongelmana, jossa minimoidaan mitattujen ja estimoitujen

∑∑

∑ ⎜ i =1

Δai

i

âŽ&#x;


Kuva 2. Reaktiopolku käyttäen metodia 1.

luja. Molemmissa tapauksissa ratkaisu riippuu voimakkaasti annetuista alkuarvoista. Siksi tähän tarkoitukseen kehitettiin Matlab-funktio, joka arpoo satunnaisia alkuarvoja ja laskee optimin näitä käyttäen. Pienimmän virheen tuottavat parametrit valitaan lopulliseksi ratkaisuksi. Funktio on hyvin nopea käyttää, ja siksi jopa 1000 yriteratkaisua voidaan laskea muutamissa sekunneissa.

palamattomia. Sen reaktiopolku on esitetMetodi 2 Metodi mahdollistaa reaktiopolkujen käytön. Siinä mikä tahansa komty Kuva2 3. Reaktion monimutkaisempien massan muutos laskeponentti voi hajota missä tahansa reaktiossa, tuottaen erilaisia kaasuja, palavia ja palamattoKuva 2. Reaktiopolku käyttäen metodia 1. taan kaavalla mia. Sen reaktiopolku on esitetty Kuva 3. Reaktion massan muutos lasketaan kaavalla Metodinc2n p , j Kuva metodia 1. reaktiopolkujen käytön. Siinä mikä tahansa komMetodi 2Reaktiopolku mahdollistaa monimutkaisempien Δαˆ = 2. yi , j , kYi −1, j , käyttäen (7) ∑∑ (7) j =1 voi k =1 hajota missä tahansa reaktiossa, tuottaen erilaisia kaasuja, palavia ja palamattoponentti Metodi 2 on komponentin j massa reaktion i alkaessa ja lasketaan kaavalla kaavalla missäSen mia. esitetty Kuva 3. Reaktion massan muutos MetodiYi-1,j 2reaktiopolku mahdollistaaon monimutkaisempien reaktiopolkujen käytön.lasketaan Siinä mikä tahansa komnic n p , j

ponentti voi . missä tahansaj reaktiossa, missä Yi-1,j massa reak­tuottaen erilaisia kaasuja, palavia ja palamattoYΔiα yii, jy,hajota Y j komponentin (8) j = Zion ,ˆ =∏ (7) ∑∑ , j ,0k,Y i −1, j , mia. Sen on esitetty Kuva 3. Reaktion massan muutos lasketaan kaavalla iij ==11 kreaktiopolku = 1 tion i2.alkaessa ja lasketaan kaavalla Kuva Reaktiopolku käyttäen metodia 1. n n

Toinen, massaosuudeltaan merkittävä lisäaineryhmä on täyteaine. Kaapeleissa täyte on usein kalsiumkarbonaattia (CaCO3), jota käytetään iskunkestävyyden ja termisten ominaisuuksien parantamiseksi. Tyypillisesti jäykässä PVC:ssä kalsiumkarbonaatin osuus on n. 20–30 % massasta, kun pehmeässä PVC:ssä sitä voi olla jopa 30–40 %. [11] Kalsiumkarbonaatti hajoaa korkeissa lämpötiloissa (tyypillisesti yli 800 °C) tuottaen hiilidioksidia. Kaapelin eriste on PE:tä, joka puhtaana hajoaa n. 500 °C jättämättä hiiltojäännöstä.[12]

p, j Reaktion energia lasketaan kaavallai alkaessa ja lasketaan kaavalla on komponentin j massa reaktion missä Yci-1,jtuottama np; j y Δαˆ = n∑∑ (7) ci i , j , k Yi −1, j , Metodi 2 ˆ == ∑∑ 1 j =1 k =Y . Q y Δ H (9) . Y y Y − 1 , , , , i i j i j k c k (8) (8) ∏ i, j ii , j , Z 0 , j Metodi 2 mahdollistaa monimutkaisempien reaktiopolkujen käytön. Siinä mikä tahansa kom=1=1i-1,j k =1 on komponentin j massa reaktion i alkaessa ja lasketaan kaavalla missä jiiY ponentti voi hajota missä tahansa reaktiossa, tuottaen erilaisia kaasuja, palavia ja palamattoi Tehtävälle on vaikea löytäälasketaan yleispätevää analyyttistäKuva ratkaisua, joten sitä käsitellään optimoin3. Reaktiopolku käyttäen metodia 2. Reaktion tuottama energia kaavalla Yi , j =Sen mia. reaktiopolku on esitetty Kuva 3. Reaktion massan muutos lasketaan kaavalla (8) n py Z Y0 , j . minimoidaan mitattujen ja estimoitujen arvojen erotusta n∏ tiongelmana, ; jii , j , jossa c n ,j iin=c 1 ptuottama Kaapeli #701 ˆ = ∑∑ Reaktion energia lasketaan kaavalla . Q Y y Δ H (9) i ˆ = ⎛ k Qci ,k lasketaan Δα yi −i1, ,jj, kYii, −j ,energia (7)#701 Christifire-projektista [7]. Kaapelin Metodien testaamiseen käytettiin PVC kaapelia Reaktion tuottama 1, j , − Qˆ i ⎞⎟ kaavalla njr∑∑ =1⎜ k =1 Δa − Δaˆ i m0 vaippa on PVC:tä ja eriste PE:tä. Täytettä kaapelissa ei ole. Kaapelissa on 7 johdinta, ja sen njc=⎜1nkp ;=j 1 i ⎟ . min − (10) Tehtävälle löytää yleispätevää analyyttistä ratkaisua, jotenkaavalla sitä käsitellään optimoinTULOKSET oni −a1vaikea komponentin i alkaessa ja lasketaan missä Y on halkaisija on 14 mm. Vaipan massaosuus kokonaisesta kaapelista on 24 %, eristeen 18 % ja Q j massa Qˆ i =∑ (9) ⎟ reaktionja(9) 1 ⎜i-1,j YΔ i =∑∑ ,ij y i , jminimoidaan ,k ΔH c ,k i. tiongelmana, jossa mitattujen estimoitujen arvojen erotusta ⎟ johtimen 58 %.[7] Kaapeli on esitetty Kuva 4. m j =i1⎜ k =1 Metodeita 1 ja 2 käytettiin kaapelin #701 0 ⎠ Yi , j = ∏ Qi yleispätevää ⎛⎝ yiion (8) PVC:n tiedetään hajoavan kahdessa reaktioaskeleessa. Ensimmäinen hajoaminen ta, j , ZY 0, j . vaikea löytää analyyttistäPuhtaan ratkaisua, joten sitä käsitellään optimoin− Qˆ i ⎞⎟ Tehtävälle vaipan ja eristeen lämmöntuoton mallintanrii =⎜1 ˆ a a Δ − Δ m pahtuu n. 320 °C lämpötilassa ja se vapauttaa pääasiassa suolahappoa (HCl). Suolahapon lii jossai minimoidaan 0 tiongelmana, mitattujen ja estimoitujen arvojen erotusta ⎟ . kaavalla min ∑ ⎜ tuottama − löytää (10) Reaktion energia lasketaan Tehtävälle on vaikea yleispätevää analin vaippa on PVC:tä ja eriste PE:tä. Täytetmiseen. Koetulokset on listattu säksi reaktiossa vapautuu pieniä määriä palavia kaasuja, enimmäkseen bentseeniä. Jäljelle Taulukko 1. Q i =n1 ⎜ Q i ⎛n p ; j Δai ˆ ⎟⎟⎞⎟ jäänyt polymeeri uudelleen n. °C lämpötilassa. Metodia Se tuottaa palavia kaasuja (pääasilyyttistä joteni msitä käsitellään opti- tä kaapelissa ei hajoaa ole. Kaapelissa on450 7 johdinta, 1 käyttämällä voidaan laskea pa⎜ ratkaisua, m−0 Q nr c ⎜ i ˆ a a Δ − Δ ˆ ⎝ ⎠ Q H k .0 (9) on luonnostaan palosuojattu HCl:n vapautuassa tolueenia) ja jättää hiilijäännöksen.[7] (10) PVC i = ∑∑ ⎜ Yii −1, j yi , ij ,k −Δ ⎟ . min ∑ mointiongelmana, jossac ,Q minimoidaan mitat- jamisen senjahalkaisija on 14 mm. Vaipan massa- lavan kaasun osuuden suoraan, ja ne on lisj =1 k =1 Δa hiiltymisen ansiosta. ⎟ i i =1 ⎜ i ⎟ tujen ja⎜⎝ estimoitujen arvojen osuus kokonaisesta on 24 %, eris- vaantattu Taulukko 2. Laskuissa on oletettu palam Kaapelien PVC ei kuitenkaan ole puhdasta PVC:tä, siihen on sekoitettu erilaisia lisäaiTehtävälle on vaikea löytää yleispätevää analyyttistä ratkaisua, joten sitäkaapelista käsitellään optimoin0 erotusta ⎠ neita.18 Näistä merkittävimmät pehmittimet täytteet, joitakaasun käytettään polymeerin mekaa-ΔH = 46.45 tiongelmana, jossa minimoidaan mitattujen ja estimoitujen arvojen erotusta 58ovat teen % ja johtimen %.[7] Kaapelija on van palamislämmöksi c nisten ja termisten ominaisuuksien parantamiseksi. parantamiseksi. Tyypillisestijäykässä jäykässä PVC:ssä kalsiumkarbo parantamiseksi. Tyypillisesti PVC:ssä kalsiumkarbonaa Qi ⎛ ⎞ esitetty Kuva 4. MJ/kg (propaani). ˆ − Q Pehmittimet ovat useimmiten hyvin palavia, ja näin lisäävät PVC:n tuottamaa palotehoa mersasta, kun pehmeässä PVC:ssä sitä voi olla jopa 30-40 nr ⎜ i ⎟ sasta, kun pehmeässä PVC:ssä sitä voi olla jopa 30-40 %. %. [11 Δai − Δaˆ i m0 PuhtaanPehmittimiä PVC:n tiedetään hajoavan Metodia 2 varten täytyy tehdä yli joitakin olekittävästi. voi olla seoksessa jopakahlähes yhtä suuri massaosuus kuin PVC:tä. ⎟ . korkeissa lämpötiloissa (tyypillisesti yli 800 °C) tuottaen hiili min ∑ ⎜ − (10) (10) korkeissa lämpötiloissa (tyypillisesti 800 °C) tuottaen hiilidio Q Δai Useimmin käytetyt pehmittimet, ftalaatit, hajoavat lähes tuksia yhtä aikaa PVC:n ensimmäisen reak⎟ i i =1 ⎜ Kaapelin eristeon on PE:tä, jokapuhtaana puhtaana hajoaa n. 500 jättä dessa reaktioaskeleessa. Ensimmäinen hajoamateriaalin todellisesta koostumukKaapelin eriste PE:tä, joka hajoaa n. 500 °C °C jättämät ⎜ m0 ⎟⎠ tioaskeleen kanssa, ja näin ollen niiden hajoamisesta aiheutuvaa massanmuutosta voi olla vai⎝ minen tapahtuu n. 320 °C lämpötilassa ja sesta ja reaktiopolusta. Koska tiedetään, et-

Mallintaja valitsee käytettävän reaktiopolun ja määrittelee estimointirajat muuttujille. Muuttujia ovat komponenttien alkuperäiset massaosuudet, komponenttien kaasujen osuudet kussakin reaktiossa, sekä kunkin kaasun palamislämpö. Palamattomille kaasuille palamislämpö on luonnollisesti 0. Tehtävä voidaan ratkaista käyttäen esimerkiksi Excelin solveria tai Matlabin optimointityökaluja. Molemmissa tapauksissa ratkaisu riippuu voimakkaasti annetuista alkuarvoista. Siksi tähän tarkoitukseen kehitettiin Matlabfunktio, joka arpoo satunnaisia alkuarvoja ja laskee optimin näitä käyttäen. Pienimmän virheen tuottavat parametrit valitaan lopulliseksi ratkaisuksi. Funktio on hyvin nopea käyttää, ja siksi jopa 1000 yriteratkaisua voidaan laskea muutamissa sekunneissa.

kea erottaa HCl:n muodostumisesta. [9,10] Niiden tuoma suuri lisä palotehoon näkyy kuiten-

kinvapauttaa MCC-tuloksissa, ja tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi arvioidaan pehmittimien mää- olettaa että se pääasiassa suolahappoa (HCl). tä kun vaippa on PVC:tä, voidaan rää kaapelin vaipassa. Suolahapon lisäksi reaktiossa vapautuu pieniä ainakin osa ensimmäisen reaktion massanToinen, massaosuudeltaan merkittävä lisäaineryhmä on täyteaine. Kaapeleissa täyte on usein määriä palavia kaasuja, muutoksesta johtuu suolahapon vapautumikalsiumkarbonaattia (CaCO3enimmäkseen ), jota käytetään bentiskunkestävyyden ja termisten ominaisuuksien seeniä. Jäljelle jäänyt polymeeri hajoaa uu- sesta. Pieni osa tässä prosessissa vapautuvasdelleen n. 450 °C lämpötilassa. Se tuottaa ta lämmöstäkin on peräisin PVC:stä. Tiedepalavia kaasuja (pääasiassa tolueenia) ja jät- tään myös, että tyypillinen pehmitin hajotää hiilijäännöksen.[7] PVC on luonnostaan aa myös ensimmäisen reaktion lämpötilaspalosuojattu HCl:n vapautumisen ja hiilty- sa. Toinen reaktio on luultavasti yhteydessä misen ansiosta. PVC:n jäännöspolymeerin hajoaminen, ja Kuva 4. Christifire-projektin kaapeli #701. Kaapelien PVC ei kuitenkaan ole puhdas- kolmas kalsiumkarbonaatin lämpöhajoamiKuva 4. Christifire-projektin kaapeli #701. ta PVC:tä, vaan siihen on sekoitettu erilai- nen, joka ei tuota lämpöä. Näille asetetaan sia lisäaineita. Näistä merkittävimmät ovat kirjallisuuden TULOKSET perusteella sopivat estimoinTULOKSET Metodeita 1 ja 2 käytettiin kaapelin #701 vaipan ja eristeen lä pehmittimet ja täytteet, joita käytettään poMetodeita 2 käytettiin kaapelin #701 vaipan ja eristeen Koetulokset1onjalistattu Taulukko 1. lymeerin mekaanisten ja termisten ominaiKoetulokset on listattu Taulukko 1. Taulukko 1. TGA ja MCC koetulokset kaapelille #701. suuksien parantamiseksi. Taulukko 1. TGA ja MCC koetulokset kaapelille #701. Reaktio 1 Reaktio 2 Reaktio 3 Pehmittimet ovat useimmiten hyvin palaReaktio Reaktio 2 Reaktio 3 Vaippa 1(PVC) via, ja näin lisäävät PVC:n tuottamaa paloteΔα 0.6 Vaippa (PVC) 0.137 0.04 hoa merkittävästi. Pehmittimiä voi olla seokq/m0 (MJ/kg) 9.195 4.905 0 0.04 Δα 0.6 0.137 Eriste (PE) q/m0 (MJ/kg) 9.195 4.905 0 sessa jopa lähes yhtä suuri massaosuus kuin Δα 0.57 Eriste (PE) 0.12 0.052 PVC:tä. Useimmin käytetyt pehmittimet, q/m0 (MJ/kg) 8.233 4.77 0 0.052 Δα 0.57 0.12 ftalaatit, hajoavat lähes yhtä aikaa PVC:n enq/m (MJ/kg) 8.233 4.77 0 Kaapeli #701 0 simmäisen reaktioaskeleen kanssa, ja näin%olparantamiseksi. Tyypillisesti jäykässä PVC:ssä kalsiumkarbonaatin osuus on n. 20-30 mas- Metodia 1 käyttämällä voidaan laskea palavan kaasun osuuden s lukko 2. Laskuissa on oletettu palavan kaasun palamislämmöksi sasta, testaamiseen kun pehmeässä PVC:ssäPVC sitä kaavoi ollalen jopa 30-40hajoamisesta %. [11] Kalsiumkarbonaatti hajoaa Metodia 1 käyttämällä voidaan laskea palavan kaasun osuude Metodien käytettiin niiden aiheutuvaa massanni). lukko 2. Laskuissa on oletettu palavan kaasun palamislämmö korkeissa lämpötiloissa (tyypillisesti yli 800 °C) tuottaen hiilidioksidia. pelia #701 Christifire-projektista [7]. Kaape- muutosta voi olla vaikea erottaa HCl:n muoTaulukko 2. Kaapelin #701 reaktiopolkuparametrit käyttäen meto ni). Kaapelin eriste on PE:tä, joka puhtaana hajoaa n. 500 °C jättämättä hiiltojäännöstä.[12] dostumisesta. [9,10] Niiden tuoma suuri liyFi yIi yRi i Taulukko 2.Reaktio KaapelinY#701 reaktiopolkuparametrit käyttäen m sä palotehoon näkyy kuitenkin MCC-tulokVaippa 1 0.600 0.33 0.67 0.00 Yi yFi 0.23 yIi 0.00 yRi sissa, ja tätä tietoa voidaan käyttää hyväksi (PVC) 2Reaktio 0.137 0.77 Vaippa 1 0.600 0.33 0.67 0.00 3 0.263 0.00 0.15 0.85 kun arvioidaan pehmittimien määrää kaa(PVC) 2 0.137 0.31 0.77 0.69 0.230.00 0.00 Eriste 1 0.57 pelin vaipassa. 3 0.263 0.00 0.15 0.85

(PE)

Eriste (PE)

2 31

2

0.12 0.86 0.14 0.00 0.57 0.00 0.31 0.17 0.690.83 0.00 0.31

0.12

0.86 0.14 0.00

Metodia 2 varten täytyy0.31 tehdä 0.00 joitakin0.17 oletuksia 3 0.83 materiaalin to reaktiopolusta. Koska tiedetään, että vaippa on PVC:tä, voidaan simmäisen2 reaktion massanmuutoksesta suolahapon vap Metodia varten täytyy tehdä joitakinjohtuu oletuksia materiaalin

reaktiopolusta. Koska tiedetään, että vaippa on PVC:tä, void simmäisen reaktion massanmuutoksesta johtuu suolahapon

Kuva 4. Christifire-projektin kaapeli #701.

86

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 TULOKSET


palamislämmöt 14.45 MJ/kg ja 39.73 MJ/kg pehmittimelle ja PE:lle. Viimeisen reaktion jäännöksen osuus on 0.83. Taulukko 3. Estimointirajat, alkuarvot ja estimointitulokset kaapelin #701 vaipalle käyttäen metodia 2. Komponentti 1 – PVC, 2 – pehmitin, 3 – kalsiumkarbonaatti. Y1 Y2 Y3 yI11 yF11 yF12 yI33 ΔHc11 (MJ/kg) ΔHc12 (MJ/kg) ΔHc21 (MJ/kg)

Estimointirajat [0.2, 0.7] [0.1, 0.5] [0.57,0.61] [0, 0.07] [0.5, 0.9] [0.05, 0.3] [25, 50] [25, 50] [25, 50]

Alkuarvot 0.508 0.323 0.169 0.606 0.040 0.786 0.186 48.9 31.2 32.1

Tulos 0.514 0.268 0.218 0.602 0.043 0.751 0.184 49.1 35.8 30.2

Näiden reaktiopolkujen mukaan voidaan estimoida kineettiset parametrit (A, E ja N) käytettäTaulukko 4.

väksi reaktiopolkujen kanssa. On tärkeää muistaa, että parametrit ovat erittäin riippuvaisia reaktiopolusta, eikä niitä voi siksi vaihtaa keskenään. TGA- ja MCC-käyrien sovitteet on esitetty Kuva 5 ja kineettiset parametrit on listattu

Taulukko 5. Kokonaispaloteho ja massanmuutos ovat kartiokokeissa suuremmat, kuin pienen mittakaavan kokeissa. Tämän arvioidaan johtuvat a) b) pinnan hapettumisesta, joka kuluttaa hiiltynyttä pintaa tuottaen lämpöä. Tämä ilmiö on merkittävä etenkin kartiokokeen lopulla. MoKuva 5. Kokeelliset ja simuloidut pienen mittakaavan tulokset kaapelin #701javaippamateriaalemmat mallit ennustavat kartiokokeiden syttymisvaiheen melko tarkasti, tulosten muoto lille. a) TGA (massanmuutosnopeus). b) MCC (paloteho). noudattelee koetuloksia. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että molemmat puuttuvat metodit pystyvät laskemaan reaktiokohKartiomittakaavassa malli rakennettiin estimoimalla parametrit (lämmönjohtavuus, taiset palotehot oikein. Useimmiten metodija1reaktioentalpia) on riittävä, muttasovittamalla mikäli mallintajan ominaislämpökapasiteetti, emissiivisyys mallia tavoitteena koetuloksiin on estimoida materiaalin tarkemmin, se on mahdollista käyttäen metodiakah2. Tulokset validoitiin testaamalla mallin ennustamia palotehoja säteilytasolla 50 kW/m2. lämpöhajoaminen della muulla säteilytasolla (25 ja 75 kW/m2). Tulokset näkyvät Kuva 6 ja parametrit on listattu

a)

b)

lijäännöstä. Koetuloksien mukaan reaktioita tapahtuu kuitenkin kolme: Yksi pehmittimien lämpötila-alueella, toinen PE:n hajoamisalueella, ja kolmas korkeissa lämpötiloissa viitaten kalsiumkarbonaattiin. Koska mikään komponenteista (viimeistä lukuun ottamatta) ei jätä jäännöstä, voidaan suoraan laskea palamislämmöt 14.45 MJ/kg ja 39.73 MJ/kg pehmittimelle ja PE:lle. Viimeisen reaktion jäännöksen osuus on 0.83. Näiden reaktiopolkujen mukaan voidaan estimoida kineettiset parametrit (A, E ja N) käytettäväksi reaktiopolkujen kanssa. On tärkeää muistaa, että parametrit ovat erittäin riippuvaisia reaktiopolusta, eikä niitä voi siksi vaihtaa keskenään. TGA- ja MCC-käyrien sovitteet on esitetty Kuva 5 ja kineettiset parametrit on listattu Kartiomittakaavassa malli rakennettiin estimoimalla puuttuvat parametrit (lämmönjohtavuus, ominaislämpökapasiteetti, emissiivisyys ja reaktioentalpia) sovittamalla mallia koetuloksiin säteilytasolla 50 kW/m2. Tulokset validoitiin testaamalla mallin ennustamia palotehoja kahdella muulla säteilytasolla (25 ja 75 kW/m2). Tulokset näkyvät Kuva 6 ja parametrit on listattu Taulukko 5. Kokonaispaloteho ja massanmuutos ovat kartiokokeissa suuremmat, kuin pienen mittakaavan kokeissa. Tämän arvioidaan johtuvat pinnan hapettumisesta, joka kuluttaa hiiltynyttä pintaa tuottaen lämpöä. Tämä ilmiö on merkittävä etenkin kartiokokeen lopulla. Molemmat mallit ennustavat kartiokokeiden syttymisvaiheen melko tarkasti, ja tulosten muoto noudattelee koetuloksia. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että molemmat metodit pystyvät laskemaan reaktiokohtaiset palotehot oikein. Useimmiten metodi 1 on riittävä, mutta mikäli mallintajan tavoitteena on estimoida materiaalin lämpöhajoaminen tarkemmin, se on mahdollista käyttäen metodia 2.

YHTEENVETO

c)

d)

Kuva 6. Kartiokoetulokset kaapelille #701. Ylärivi: Käyrien sovitukset säteilytasolla 50 kW/m2. a) Paloteho. b) Massanmuutosnopeus. Alarivi: c) Mallien validointi säteilytasoilla 35 ja 75 kW/m2. c) Paloteho. d) Massanmuutosnopeus.

tirajat, ja minimoidaan virhettä koe- ja laskennallisten tulosten välillä. Iteraatioita tehtiin 5000 kpl ja tulokset näkyvät Taulukko 3 vaipan osalta. Tulosten mukaan vaipas-

ta hieman yli puolet massasta (51.4 %) olisi PVC:tä, pehmitintä 26.8 % ja kalsiumkarbonaattia 21.8 %. PE:n tiedetään hajoavan kokonaan yhden reaktion aikana jättämättä hii-

Tässä artikkelissa esiteltiin kaksi tapaa estimoida reaktiopolku tuntemattomalle materiaalille. Ensimmäinen menetelmä on yksinkertainen ja nopea käyttää, ja sen avulla voidaan laskea oikea määrä palavaa kaasua kuhunkin reaktioon. Toinen menetelmä vaatii enemmän esitietoja käyttäjältä, mutta sen avulla on mahdollista mallintaa reaktiopolku totuudenmukaisemmin huomioiden eri lisäaineiden aiheuttamat reaktiot. Sen avulla voidaan myös estimoida komponenttien alkuperäiset massaosuudet, erilaisten kaasujen osuudet hävinneestä massasta ja palotehot. Menetelmiä testattiin käyttäen oikean sähkökaapelin PVC-vaippaa ja PE-eristettä. Tulosten perusteella voitiin luotettavasti toistaa TGA- ja MCC-kokeet. Molemmilla menetelmillä lasketut reaktiopolut tuottivat oikeat PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

87


massanmuutokset ja palotehot. Menetelmillä kehitetyt reaktiopolut testattiin myös suuremmassa mittakaavassa mallintamalla kartiokalorimetrikoe.

KIITOKSET Kirjoittajat kiittävät Kevin McGrattania NIST:stä MCC- ja kartiokoetuloksista Christifire-kaapelille #701 sekä Tuula Leskelää Aalto yliopistosta TGA-kokeista. Työ on tehty Valtion Ydinjäterahaston (VYR) osittaisella tuella.

LÄHDEVIITTEET 1. C.L. Beyler and M.M. Hirschler. Section 1. chapter 7. thermal decomposition of polymers. Teoksessa The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, toinen painos, s 1.99–1.119. National Fire Protection Association, USA, 1995. 2. Matala, A., Hostikka, S., Mangs, J. Estimation of Pyrolysis Model Parameters for Solid Materials Using Thermogravimetric Data, 2009. Fire Safety Science Vol 9 s. 12131224. DOI:10.3801/IAFSS.FSS.9-1213

Taulukko 4. Kineettiset parametrit kaapelin #701 vaipalle ja eristeelle käyttäen metodien 1 ja 2 reaktiopolkuja. Material

Method

Component (i) Reaction (j) Sheath Method 1 i = j= 1 (PVC) i=j=2 i=j=3 Method 2 i = 1,2, j = 1 i = 1, j = 2 i = 3, j = 3 Insulation Both i=j=1 (PE) methods i = j = 2 i = j =3

A (s-1)

E (mol/kJ) N

3.6·1021 1.2·1029 5.1·1021 2.1·1026 2.0·1025 9.8·1024 1.26·1025 1.9·1027 1.6·1012

2.4·105 3.8·105 3.0·105 2.8·105 3.2·105 2.9·105 2.7·105 3.6·105 2.1·105

2.87 4.10 2.67 3.69 4.91 0.96 3.20 3.7 4.41

Taulukko 5. Termiset parametrit kaapelille #701. Metodi 1

Metodi 2 PVC

k (W/(mK)) Reaktio 1

Vaippa

Reaktio 2

Reaktio 3

Reaktio 1

Eriste

Reaktio 2

Reaktio 3

Jäännös

88

CaCO3

0.146

0.185

0.48

cp (kJ/(kgK)) 3.22

3.4

2.8

3.5

ΔH (kJ/kg)

1607

206

1112

1669

ε

0.7

1.0

1.0

1.0

k (W/(mK))

0.175

0.2

-

-

cp (kJ/(kgK)) 3.45

2.26

-

-

ΔH (kJ/kg)

1425

1783

-

-

ε

1.0

1.0

-

-

k (W/(mK))

0.103

-

-

-

cp (kJ/(kgK)) 3.5

-

-

-

ΔH (kJ/kg)

43

-

-

-

ε

1.0

-

-

-

ρ (kg/m )

344

70

k (W/(mK))

0.122

0.188

-

0.188

cp (kJ/(kgK)) 3.5

2.0

-

2.0

ε

0.85

1.0

-

1.0

k (W/(mK))

0.783

-

3

Jäännös

0.147

Pehmitin

274

0.246

-

cp (kJ/(kgK)) 3.36

1.9

-

-

ΔH (kJ/kg)

1760

-

-

1408

ε

1.0

1.0

-

-

k (W/(mK))

1.0

-

0.59

-

cp (kJ/(kgK)) 3.4

-

3.0

-

ΔH (kJ/kg)

1516

-

691

-

ε

1.0

-

1.0

-

k (W/(mK))

0.087

-

-

0.285

cp (kJ/(kgK)) 2.74

-

-

2.9

ΔH (kJ/kg)

445

-

-

353

ε

1.0

-

-

1.0

297

-

-

297

k (W/(mK))

0.01

-

-

0.338

cp (kJ/(kgK)) 1.29

-

-

1.29

ε

-

-

1.0

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 YHTEENVETO

1.0

3. Lyon, R.E., Walters, R.N. Pyrolysis combustion flow calorimetry. Journal of Analytical Applied Pyrolysis, 2004. Vol. 71, nro. 1, s. 27–46. 4. Lyon, R.E., Walters, R.N., Stoliarov, S.I. & Safronava, N. Principles and practice of microscale combustion calorimetry. Federal Aviation Administration FAA. 89 s. (DOT/ FAA/TC_12/53). 5. Mangs, J., Matala, A. Mikrokalorimetri – uusi materiaalien palamisominaisuuksien tutkimuslaite hankittu VTT:lle. Palotutkimuksen päivät 2013. Espoo 27–28 August 2013. 6. ISO 5660-1. Reaction-to-fire tests – Heat release, smoke production and mass loss rate. Geneva: ISO Standards, 2002, 44 s. 7. McGrattan, K., Lock, A., Marsh, N., Nyden, M., Morgan, A.B., Galaska, M., Schenck, K. Cable Heat Release, Ignition, and Spread in Tray Installations During Fire (CHRISTIFIRE). Phase 1: Horizontal Trays. NUREG/CR-7010, Vol. 1. 2012. 8. Mountado, G., Puglisi, C. Evolution of Aromatics in the Thermal Degradation of Poly(vinyl chloride): A Mechanistic Study. Polymer Degradation and Stability, 1991. Vol 33 s. 229–262 9. Marcilla, A., Beltrán, M. PVC-plasticizer interactions during the thermal decomposition of PVC plastisols. Influence of the type of plastizicer and resin. Polymer Degradation and Stability, 1996. Vol 53 s. 261–268. 10. Jiménez, A., López, J., Vilaplana, J., Dussel, H.-J. Thermal degradation of plastisols. Effect of some additives on the evolution of gaseous products. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 1997. Vol. 40-41 s. 201–215. 11. Wypych, G. PVC Formulary, 2009. ChemTec Publishing 379 s. 12. Aboulkas, A., El harfi, K., El Bouadili, A. Thermal degradation behaviors of polyethylene and polypropylene. Part I: Pyrolysis kinetics and mechanisms. Energy Conversion and Management, 2010. Vol 51 s. 1363–1369

Pehmittimet ovat useimmiten hyvin palavia, ja näin lisäävät PVC:n tuottamaa palotehoa merkittävästi.

Tässä artikkelissa esiteltiin kaksi tapaa estimoida reaktiopolku tuntemattomalle materiaalille. Ensimmäinen menetelmä on yksinkertainen ja nopea käyttää, ja sen avulla voidaan laskea oi-


Johan Mangs & Anna Matala , VTT, PL 1000, 02044 VTT

Mikrokalorimetri – uusi materiaalien palamisominaisuuksien tutkimuslaite hankittu VTT:lle Tiivistelmä VTT:llä on vuoden 2013 keväällä otettu käyttöön uusi materiaalien palamisominaisuuksien tutkimuslaite mikrokalorimetri (Micro-scale Combustion Calorimeter, MCC). Se on Yhdysvaltain ilmailuhallinnon kehittämä tutkimuslaite, jonka alkuperäinen tarkoitus oli parantaa lentokoneissa käytettävien materiaalien paloturvallisuutta. Laitteella voidaan määrittää muovien, tekstiilien, puun ja muiden jähmeiden aineiden palamisominaisuuksia. Mikrokalorimetrimenetelmä on määritelty standardissa ASTM D7309-11. Menetelmässä lämmitetään pieni, tyypillisesti 5–10 mg, näyte hallitun lämpötilaohjelman avulla. Näytteestä vapautuvat kaasut sekoitetaan happeen ja poltetaan täydellisesti korkeassa lämpötilassa. Palamisessa vapautunut lämpö määritetään jatkuvasti kokeen aikana hapenkulutuskalorimetrialla. Mittauksen tuloksena saadaan paloteho ajan ja lämpötilan funktiona sekä syttymislämpötila. Jakamalla kokeen aikana vapautunut energia kokeen aikana hävinneellä massalla saadaan näytteen palamislämpö. Jakamalla paloteho lämpötilan nousunopeudella saadaan palotehokapasiteetti, joka on tällä laitteella määritetty syttyvyyteen liittyvä materiaaliparametri. VTT:llä laitetta käytetään mm. materiaalien pyrolyysimallinnuksen tukena.

MIKROKALORIMETRIN TAUSTA JA TOIMINTA Materiaalien paloriskien arviointiin on kehitetty lukuisia koemenetelmiä, joissa mita-

taan palon syttymiseen ja leviämiseen liittyviä suureita. Keskeisin näistä on lämmönvapautumisnopeus (paloteho) ja sen mittaamiseksi on kehitetty useita kalorimetrimenetelmiä, joissa näytekoko on suuruusluokkaa 100 g. Näiden menetelmien tulokset riippuvat syttymislähteestä, näytteen paksuudesta ja suunnasta, ilmanvaihdosta ja reunaehdoista [1] ja ovat siten menetelmäkohtaisia. Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa (Federal Aviation Administration, FAA) on siksi kehitetty menetelmä, joka milligramman koenäytteillä yhdistää materiaaliominaisuuksia

palokäyttäytymiseen tai palotestituloksiin. Mikrokalorimetri (Micro-scale Combustion­ Calorimeter, MCC) otettin ensimmäisen kerran käyttöön vuonna 1996 [2] ja siitä on sen jälkeen kehitetty kaupallinen tuote. Alkuperäinen sovelluskohde oli lentokoneissa käytettävien materiaalien palokäyttäytymisen arviointi, mutta laite on nykyään maailmanlaajuisessa käytössä erilaisten materiaalien palo-ominaisuuksien määrittämisessä. Menetelmästä on vuonna 2007 vahvistettu standardi muovien ja muiden jähmeiden aineiden syttyvyysominaisuuksen määrittämi-

Kuva 1. Näytemäärä eri palokokeissa.

Kuvassa 2 esitetään mikrokalorimetrin toimintaperiaate kaavamaisesti. Liekehtiväs palamisessa jähmeän faasin (pyrolyysi) ja kaasumaisen faasin (palaminen) prosessien välil PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 89 tuoda on voimakas kytkentä. Mikrokalorimetrissa nämä kaksi on erotettu toisistaan. Näyte pyrolyysikammioon, missä se lämmitetään lineaarisesti ohjelmoitavan automatiikan avul


hapenkulutuskalorimetriperiaatteella. Koejärjestelyssä näytteen massa, pyrolyysikammion ympäristÜ (inertti tai hapettava) ovat muunneltavis lämpÜtila ja ilmakehä ovat myÜs säädettävissä.

sestä [3]. Kuvassa 1 nähdään karkealla asteikolla eri palokoemenetelmien näytemääriä. Mikrokalorimetrin tarvittava mg-näytemäärä on kuusi suuruusluokkaa pienempi kuin tavanomaisten laboratoriopalokokeiden kgnäytemäärä ja on suhteellisesti mikroalueella. Kuvassa 2 esitetään mikrokalorimetrin toimintaperiaate kaavamaisesti. Liekehtivässä palamisessa jähmeän faasin (pyrolyysi) ja kaasumaisen faasin (palaminen) prosessien välillä on voimakas kytkentä. Mikrokalorimetrissa nämä kaksi on erotettu toisistaan. Näyte tuodaan pyrolyysikammioon, missä se lämmitetään lineaarisesti ohjelmoitavan automatiikan avulla inertissä (hapettomassa) ympäristÜssä. Syntyneet pyrolyysikaasut huuhdotaan inerttikaasulla palamiskammioon, missä se korkeassa lämpÜtilassa, yleensä 900 oC, sekoitetaan korkeaan happipitoisuuteen täydellisen palamisen aikaansaamiseksi. Palamistuotteiden massavirta ja happipitoisuus mitataan palamiskammion jälkeen ja lämmÜnvapautumisnopeus lasketaan hapenkulutuskalorimetriperiaatteella. Koejärjestelyssä näytteen massa, lämmitysnopeus ja pyrolyysikammion ympäristÜ (inertti tai hapettava) ovat muunneltavissa. Palamiskammion lämpÜtila ja ilmakehä ovat myÜs säädettävissä. Tuloksina saadaan mm.

Kuva 2. Mikrokalorimetrin toimintakaavio. Jähmeän faasin ja kaasufaa tettu toisistaan eikä niiden välillä ole kytkentää kuten tavallisesti liekehtiv

Mikrokalorimetri laitteena ei ole kovin iso, 2 x 558 mm (S), 254 mm (L) x 1068 mm (K) ja vie tietokoneen kanssa noin metrin verran pĂśytätilaa (kuva 3). Tilaa vievät lisäksi happi-, typpi- ja ilmapullot sekä paikallispoisto. Mikrokalorimetrikoe on pitkälle automatisoitu ja kestää noin 15 minuuttia. Näyte kuivataan tarvittaessa, punnitaan ja laitetaan pieneen näytekuppiin, joka asennetaan näytetelineen päälle. Tämän jälkeen näyteteline nosTuloksina saadaan mm. Kuva 3. Mikrokalorimetri VTT:n tiloissa. tetaan paineilmamekanismilla pyrolyysikammioon ja koe alkaa näytteen lämmittämisellä Paloteho đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  ajan t ja lämpĂśtilan T funktiona tasaisella lämmitysnopeudella maksimiläm(1) đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  =  đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  (đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą) pĂśtilaan saakka (kuva 4). Kun koe on ohi ja näyte jäähtynyt riittävästi, näyteteline las(2) đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  =  đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  (đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡) keutuu ja näytejäännĂśs punnitaan. Tietoko Vapautunut kokonaislämpĂś Qc integroimalla paloteho ajan suhteen neeseen asennetulla datankäsittelyohjelmalla mittaustuloksia voidaan analysoida, esimer(3) đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ =  đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„  (đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą)đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘đ?‘‘ kiksi sovittaa pyrolyysin eri reaktioita kuvaavia käyriä mitattuun palotehokäyrään. Ominaispaloteho đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž  joka on paloteho normitettuna näytteen alkumassalla mo VTT:llä laitetta käytetään mm. materiaaKuva 4. Näytekuppiin asetetaan näyte, jonka massa on tyypillisesti 5 mg. Pneumaattinen nostomekanismi siirtää näytekupin pyrolyysikammioon, ja näytteen lämmitys alkaa. (4) lien pyrolyysimallinnuksen tukena. Laitteen đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž = antamat tulokset, kuten pyrolyysituotteiden VTT:llä laitetta käytetään mm. materiaalien pyrolyysimallinnuksen tukena. Laitteen antamat joka on tulokset, maksimiominaispaloteho Palotehokapasiteetti Ρc kuten pyrolyysituotteiden palamislämmĂśt,jaettuna täydentävät muiden pienen mittakaavan täydentävät muiden pienen palamislämmĂśt, vakiolämmitysnopeudella β 4 mittakaavan kokeiden (termogravimetri, dif ferentiaalipyyhkäisykalorimetri, kartiokaloriđ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚  =  (5) metri) avulla saatuja arvoja. Esimerkkinä voi JäännĂśstuotto Y punnitsemalla näyte ennen koetta (m0) ja sen jälkeen (mp) daan mainita VTT:llä pitkään jatkunut kaađ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š (6) pelipalojen mallinnus, josta Palotutkimuksen đ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œđ?‘Œ  = đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š päivillä on oma esitys [4].

Inertissä pyrolyysiympäristÜssä saadaan näytteen palamislämpÜ hc

â„Ž = Â

đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š

(7)

tai näytteestä pyrolysoitujen kaasujen palamislämpÜ hc, gas

â„Ž , Â Â Â = Â

đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š − đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š

(8)

Hapettavassa pyrolyysiympäristÜssä (ilmassa) saadaan näytteen palamislämpÜ hoc samalla tavalla kuin pommikalorimetrissa

â„Ž = Â

đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ đ?‘šđ?‘šđ?‘šđ?‘š

(9)

Mikrokalorimetri laitteena ei ole kovin iso, 254 mm (L) x 1068 mm (K) x 558 mm (S), ja vie tietokoneen kanssa noin metrin verran pĂśytätilaa (kuva 3). Tilaa vievät lisäksi happi-, typpi- ja ilmapullot sekä paikallispoisto. Mikrokalorimetrikoe on pitkälle automatisoitu ja kestää noin 1590 minuuttia. Näyte kuivataan tarvittaessa, PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013punnitaan ja laitetaan pieneen näytekuppiin, joka asennetaan näytetelineen päälle. Tämän jälkeen näyteteline nostetaan paineilmamekanismilla pyrolyysikammioon ja koe alkaa näytteen lämmittämisellä tasaisella lämmitysnopeudella

ESIMERKKITULOKSIA PVC-KAAPELIMATERIAALISTA

Esimerkkinä esitetään MCMK 4 x 1.5 mm2 polyvinyylikloridi (PVC)-kaapelin vaippa-, täyte- ja eristemateriaalien tuloksia. Kaapelin rakenne esitetään kuvassa 5. RÜntgenfluoresenssi- ja FTIR-analyysillä todettiin, että kaapelimateriaalit koostuvat pääasiallisesti PVC-hartsista, di-isodekyyliftalaatista ja kalsiumkarbonaatista taulukon 1 mukaisesti. Di-isodekyyliftalaatin massa-osuuden määrityksen tulos oli sen verran epävarma, että se on jätetty pois. Kaapelimateriaalien peh-


Kuva 3. Mikrokalorimetri VTT:n tiloissa.

mittiminä käytettyjä ftalaatteja on usein noin 20‌30 % massasta. Kokeet suoritettiin inertissä pyrolyysiympäristĂśssä, jonka maksimilämpĂśtila oli 750 kokeiden (termogravimetri, differentiaalipyyhkäisykalorimetri, kartiokalorimetri) avulla saatai 900 °C ja lämmitysnopeus 1 K/s. Matuja arvoja. Esimerkkinä voidaan mainita VTT:llä pitkään jatkunut kaapelipalojen mallinnus, teriaalien ominaispaloteho esitetään kuvasjosta Palotutkimuksen päivillä on oma esitys [4]. kokeiden (termogravimetri, differentiaalipyyhkäisykalorimetri, kartiokalorimetri) avulla saa- sa 6. Toistokokeiden tulokset ovat hyvin lätuja arvoja. Esimerkkinä voidaan mainita VTT:llä pitkään jatkunut kaapelipalojen mallinnus, hellä toisiaan. Käyrissä nähdään kolme eriljosta Palotutkimuksen päivillä on oma esitys [4]. listä huippua, jotka kuvaavat näytteessä oleESIMERKKITULOKSIA PVC-KAAPELIMATERIAALISTA vien yhdisteiden hajoamista eri lämpĂśtiloissa. Lisäksi huomataan, että huippu noin 300 2 Esimerkkinä esitetään MCMK 4x1.5 mm polyvinyylikloridi (PVC)-kaapelin vaippa-, täyteESIMERKKITULOKSIA PVC-KAAPELIMATERIAALISTA ja eristemateriaalien tuloksia. Kaapelin rakenne esitetään kuvassa 5. RĂśntgenfluoresenssi- oC ja kohdalla on epäsymmetrinen, koska sen lämpĂśtila-alueella on ainakin kaksi erillistä Kuva 4. Näytekuppiin asetetaan näyte, jonka massa onkoostuvat tyypillisesti 5 mg. Pneumaattinen FTIR-analyysillä todettiin, että kaapelimateriaalit pääasiallisesti PVC-hartsista, (PVC)-kaapelin vaippa-, täyte- diEsimerkkinä esitetään MCMK 4x1.5 mm2 polyvinyylikloridi nostomekanismi siirtää näytekupin pyrolyysikammioon, ja näytteen alkaa. ja eristemateriaalien tuloksia. Kaapelin rakenne taulukon esitetään kuvassa 5. RĂśntgenfluoresenssija hajoamisreaktiota. Viitteessä [5] on tutkitisodekyyliftalaatista ja kalsiumkarbonaatista 1 lämmitys mukaisesti. Di-isodekyyliftalaatin FTIR-analyysillä todettiin, että kaapelimateriaalit koostuvat pääasiallisesti tu PVC-kaapelieristeen hajoamista termomassa-osuuden määrityksen tulos oli sen verran epävarma, että PVC-hartsista, se on jätettydi- pois. isodekyyliftalaatista pehmittiminä ja kalsiumkarbonaatista taulukon 1onmukaisesti. Kaapelimateriaalien käytettyjä ftalaatteja usein noinDi-isodekyyliftalaatin 20‌30 % massasta. gravimetri-FTIR -yhdistelmällä. TutkimukVTT:llä laitetta käytetään mm. materiaalien tukena. massa-osuuden määrityksen tulos oli pyrolyysimallinnuksen sen verran epävarma, että Laitteen se on antamat jätetty pois. sessa havaittiin lämpĂśtila-alueella 200‌340 tulokset, kuten pyrolyysituotteiden palamislämmĂśt, täydentävät muiden Kaapelimateriaalien pehmittiminä käytettyjä ftalaatteja on usein noinpienen 20‌30mittakaavan % massasta. o C PVC:n hajoamista ja HCl:n muodostus4 ta sekä pehmittimenä olleen dioktyyliftalaatin vapautumista. Noin 400 oC:n lämpĂśtilassa havaittin polymeerin pääketjun pilkkoutumista ja palamista. Alueella 500‌800 oC havaittiin karbonaattien pilkkoutumista. Nämä havainnot sopivat hyvin yhteen mikrokaloriKuva 5. MCMK 4x1.5 mm2 PVC-kaapeli, nimellishalkaisija 13 mm. Musta vaippa, harmaa metritulosten kanssa. täyte eristemateriaalit. Kuvaja5.eriväriset MCMK 4x1.5 mm2 PVC-kaapeli, nimellishalkaisija 13 mm. Musta vaippa, harmaa Koetuloksia annetaan numerokeskiarvoina täyte ja eriväriset eristemateriaalit. taulukossa 2. Kalsiumkarbonaatin suurempi Taulukko 1. MCMK-kaapelimateriaalien pääkomponenttien PVC ja CaCO3 massaosuudet. osuus täytteessä näkyy suurempana jäännĂśsTaulukko 1. MCMK-kaapelimateriaalien pääkomponenttien PVC ja CaCO3 massaosuudet. tuottona Y ja pienempänä palamislämpĂśnä Yhdiste Vaippa (massa- %) Täyte (massa- %) Eriste (massa- %) hc ja hc, gas. Kuvassa 7 esitetään käyrien soYhdiste Vaippa (massa- %) Täyte (massa- %) Eriste (massa- %) vituksia mitattuihin ominaispalotehokäyriin. PVC 46 11 33 Mikrokalorimetrin datankäsittelyohjelmassa PVC 46 11 33 on valittavana viisi erilaista käyrämuotoa so32 CaCO CaCO33 32 6767 32 32 vituksiin ja tässä on käytetty Gaussin käyrien sovittamista. Epäsymmetriseen huippuun o Kuva 7. Gaussin käyriä noin 300 C:nsovitettuina kohdalla ominaispalotehokäyriin. on sovitettu kaksi Kokeet inertissä pyrolyysiympäristĂśssä, pyrolyysiympäristĂśssä, jonka maksimilämpĂśtila oli 750 tai 900 Kokeet suoritettiin suoritettiin inertissä jonka maksimilämpĂśtila oli 750 tai 900 käyrää kuvaamaan kahta eri reaktiota kyseiMIKROKALORIMETRIN JA MUIDEN PALOKOEMENETEL °C K/s. Materiaalien Materiaalienominaispaloteho ominaispaloteho esitetään kuvassa 6. lämpĂśtila-alueella. °C jaja lämmitysnopeus lämmitysnopeus 11 K/s. esitetään kuvassa 6. sellä Toistokokeiden ovathyvin hyvinlähellä lähellätoisiaan. toisiaan. Käyrissä nähdään kolme erillistä huippua, Toistokokeiden tulokset tulokset ovat Käyrissä nähdään kolme erillistä huippua, jotka kuvaavat kuvaavat näytteessä näytteessä olevien lämpĂśtiloissa. Lisäksi jotka olevien yhdisteiden yhdisteidenhajoamista hajoamistaeri eri lämpĂśtiloissa. Lisäksi MIKROKALORIMETRIN o Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa JA onMUIDEN laajasti selvitetty mikrokalo huomataan, että että huippu huippu noin koska sen sen lämpĂśtilakohdallaononepäsymmetrinen, epäsymmetrinen, koska lämpĂśtilahuomataan, noin 300 300 CoCkohdalla PALOKOEMENETELMIEN VASTAAVUUS mm. vertailtu sen tuloksia muiden palotestien tuloksiin. Tässä alueella on on ainakin ainakin kaksi [5] [5] on on tutkittu PVC-PVCalueella kaksi erillistä erillistä hajoamisreaktiota. hajoamisreaktiota.Viitteessä Viitteessä tutkittu kartiokalorimetriin ja pommikalorimetriin. Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa on laajasti kaapelieristeen hajoamista hajoamista termogravimetri-FTIR yhdistelmällä. Tutkimuksessa havaittiin kaapelieristeen termogravimetri-FTIR yhdistelmällä. Tutkimuksessa havaittiin o oC PVC:n hajoamista ja HCl:n muodostusta sekä pehmittimenä lämpĂśtila-alueella 200‌340 selvitetty mikrokalorimetrin ominaisuuksia lämpĂśtila-alueella 200‌340 C PVC:n hajoamistao ja HCl:n muodostusta sekä pehmittimenä Viitteessä [6] on analysoitu palotehokapasiteetin Ρc ja kartiokalori olleen dioktyyliftalaatin dioktyyliftalaatin vapautumista. o lämpĂśtilassa havaittin polymeerin ja mm. Tarkastellaan vertailtu sen tuloksia muiden palotes- joiden p C:n lämpĂśtilassa havaittin polymeerin olleen vapautumista.Noin Noin400 400C:n välistä suhdetta. tavanomaisia polymeerejä, o pääketjun pilkkoutumista ja palamista. Alueella 500‌800 C ohavaittiin karbonaattien tien tuloksiin. esitellään kaksi vertailua, pääketjun pilkkoutumista ja palamista. Alueella 500‌800 C havaittiin karbonaattien seen tarvittava lämpĂś onTässä 2 MJ/kg, palamistehokkuus on 0,8 ja pyr pilkkoutumista. Nämä havainnot sopivat hyvin yhteen mikrokalorimetritulosten kanssa. Kuva 7. Gaussin käyriä sovitettuina ominaispalotehokäyr K. Näilläkartiokalorimetriin â€?keskimääräistäâ€? polymeeriä edustavilla arvoilla ja ka pilkkoutumista. Nämä havainnot sopivat hyvin yhteen mikrokalorimetritulosten kanssa. ja pommikalorimetriin. 2 saadaan arvio tiosäteilijänViitteessä lämpĂśvuolla [6]50 onkW/m analysoitu palotehokapaMIKROKALORIMETRIN JA MUIDEN PALOKOEME đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ ,     ~  1  đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚ siteetin ja kartiokalorimetrissa mitatun pa2 lotehon välistäyksikkĂś suhdetta. Tarkastellaan tavans. Kuvassa 8 esitetään p missä kulmakertoimen on kgK/m Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa on laajasti selvitetty omaisia polymeerejä, joiden ho kartiokalorimetrissa y-akselilla ja pyrolyysikaasupalotehokapasiteetti mikr 2 mm. vertailtu sen tuloksia palotestien tuloksii Mittauspisteiden läpi piirretyn suoran muiden kulmakerroin on 1 kgK/m s jen tuottamiseen tarvittava lämpĂś on 2 MJ/ 5 kartiokalorimetriin ja pommikalorimetriin. ko hyvin kg, ottaen huomioon, että se edustaa keskiarvoa. palamistehokkuus on 0,8 ja pyrolyysin 5 lämpĂśtilaväli on analysoitu 50 K. Näillä â€?keskimääräis- Ρc ja ka Viitteessä on palotehokapasiteetin Samassa artikkelissa[6]vertailtiin polymeerien palamislämpĂśjä mik välistä suhdetta.edustavilla Tarkastellaan tavanomaisia polymeerejä arvoilla ja kartiokapyrolyysi)täâ€? japolymeeriä pommikalorimetrilla määritettyinä (tulokset esitetty seen tarvittava lämpĂś on 2 MJ/kg, palamistehokkuus lorimetrikokeen kartiosäteilijän lämpĂśvuolla 10 erilaista polymeeriä, joista 6 jättivät hiiltyneen jäännĂśksenon ja 0 K. Näillä 2â€?keskimääräistäâ€? polymeeriä edustavilla arvo Mikrokalorimetritulosten suhteellinen poikkeama pommikalorime 50 kW/m saadaan arvio 2 arvioKuvan lämpĂśvuollapoikkeama 50 kW/m saadaan 2,3‌6,4 tiosäteilijän % ja keskimääräinen noin 3 %. suoralle. đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ ,     ~  1  đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚ (10)

Kuva 6. Mikrokalorimetrilla määritetty ominaispaloteho HRR MCMK-kaapelin vaippa-, täyte- ja eristemateriaaleille. Koetuloksia annetaan numerokeskiarvoina taulukossa 2. Kalsiumkarbonaatin suurempi osuus täytteessä näkyy suurempana jäännÜstuottona Y ja pienempänä palamislämpÜnä hc ja hc, gas. Kuvassa 7 esitetään käyrien sovituksia mitattuihin ominaispalotehokäyriin. Mikrokalorimetrin datankäsittelyohjelmassa on valittavana viisi erilaista käyrämuotoa sovituksiin ja tässä on käytetty Gaussin käyrien sovittamista. Epäsymmetriseen huippuun noin 300 oC:n kohdalla on sovitettu kaksi käyrää kuvaamaan kahta eri reaktiota kyseisellä lämpÜtila-alueella.

2 s. Kuvassa 8 e missä kulmakertoimen yksikkÜ on kgK/m 7 ho kartiokalorimetrissa y-akselilla ja palotehokapasite missä kulmakertoimen yksikkÜ on kgK/m2s. Mittauspisteiden läpipolymeerien piirretyn suoran kulmakerroin on 1 Kuvassa 8 esitetään maksimipako hyvin ottaen huomioon, että se edustaa keskiarvoa.

loteho kartiokalorimetrissa y-akselilla ja palotehokapasiteetti mikrokalorimetrissa x-ak-palamisläm Samassa artikkelissa vertailtiin polymeerien

pyrolyysi) ja pommikalorimetrilla määritettyinä (tulokse 10PALOTUTKIMUKSEN erilaista polymeeriä, joista jäänn PĂ„IVĂ„T 2013 6 jättivät hiiltyneen 91 Mikrokalorimetritulosten suhteellinen poikkeama pomm 2,3‌6,4 % ja keskimääräinen poikkeama noin 3 %.


Taulukko 2. MCMK-kaapelimateriaalien mikrokalorimetrituloksien keskiarvoja. Suureiden lyhenteet selitetään tekstissä.

selilla. Mittauspisteiden läpi piirretyn suoran kulmakerroin on 1 kgK/m2s ja kuvaa riippuvuutta melko hyvin ottaen huomioon, että se edustaa keskiarvoa. Samassa artikkelissa vertailtiin polymeerien palamislämpĂśjä mikrokalorimetrilla (hapettava pyrolyysi) ja pommikalorimetrilla määritettyinä (tulokset esitetty kuvassa 9). Vertailussa oli 10 erilaista polymeeriä, joista 6 jättivät hiiltyneen jäännĂśksen ja 4 eivät jättäneet jäännĂśstä. Mikrokalorimetritulosten suhteellinen poikkeama pommikalorimetrituloksista olivat välillä -2,3‌6,4 % ja keskimääräinen poikkeama noin 3 %. Kuvan 9 tulokset asettuvat hyvin suoralle.

Komponentti Vaippa Täyte Eriste

m0 (mg)

Y (-)

hc (MJ/kg)

hc, gas (MJ/kg)

Tmax (o C)

7,63 10,49 6,68

0,26 0,47 0,30

14,7 7,15 12,3

19,9 13,2 17,5

300 322 301

Ρ 8 84K 270 148 213

6

MIKROKALORIMETRIN TULOKSET JA PALOTESTIEN HYVĂ„KSYMISTODENNĂ„KĂ–ISYYS Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa FAA:ssa on tutkittu, voiko mikrokalorimetrikokeen tuloksilla ennustaa lentokoneiden matkustamomateriaalien tulosta vaadituissa palotesteissä [7]. Pystysuoran pinnan liekinleviämisen mallia muokattiin käyttämään mikrokalorimetrissä mitattavia suureita. Tällä tavalla voitiin ilmaista palotestin hyväksytty/hylätty kriteeriä (palamisen laajuus tai maksimiliekinleviämisnopeus) liekinleviämiskriteerinä, joka käyttää mikrokalorimetrilla mitattuja suureita. Kahta palotestiä tarkasteltiin, FAA:n palotehotestiä FAR 25 HRR ja yleisesti käytettyä muovien syttyvyyden testiä UL 94 V-0. Satoja lentokoneissa käytettyjä materiaaleja testattiin näillä menetelmillä ja mikrokalorimetrissa. Koetuloksia analysoitiin laskemalla palotestissä hyväksyttyjen tulosten (materiaalien) osuus mikrokalorimetrilla mitatun suureen (palamislämpĂś, maksimipaloteho, palotehokapasiteetti jne.) tietyllä tulosalueella. Tämä ennustaa hyväksymisen kyseisen suureen keskimääräisellä arvolla, toisin sanoin todennäkĂśisyysjakauma, jonka selittävä muuttuja on mikrokalorimetrissa määritetty suure. Kuvissa 10 ja 11 esitetään tämä havaittu jakauma pisteinä. Osoittautui, että liekinleviämiskriteerilla (yhtenäinen käyrä kuvissa 10 ja 11) pystyttiin kuvaamaan kokeellisia jakaumia joillakin, mutta ei kaikilla mikrokalorimetrilla määritetyillä suureilla. Parhaiten tämä onnistui näytteen lämpĂśarvolla (kuva 10) ja palotehokapasiteetilla (kuva 11). Kuvien liekinleviämiskriteerikäyrillä voidaan siten arvioi­da

Kuva 7. Gaussin käyriä sovitettuina ominaispalotehokäyriin. MIKROKALORIMETRIN JA MUIDEN PALOKOEMENETELMIEN VASTAAVUUS

Kuva 8. Kartiokalorimetrissa mitattujen maksimipalotehojen ja mi palotehokapasiteettien vastaavuus erilaisille polymeereille [6].

Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa on laajasti selvitetty mikrokalorimetrin ominaisuuksia ja mm. vertailtu sen tuloksia muiden palotestien tuloksiin. Tässä esitellään kaksi vertailua, kartiokalorimetriin ja pommikalorimetriin. Viitteessä [6] on analysoitu palotehokapasiteetin Ρc ja kartiokalorimetrissa mitatun palotehon välistä suhdetta. Tarkastellaan tavanomaisia polymeerejä, joiden pyrolyysikaasujen tuottamiseen tarvittava lämpĂś on 2 MJ/kg, palamistehokkuus on 0,8 ja pyrolyysin lämpĂśtilaväli on 50 K. Näillä â€?keskimääräistäâ€? polymeeriä edustavilla arvoilla ja kartiokalorimetrikokeen kartiosäteilijän lämpĂśvuolla 50 kW/m2 saadaan arvio (10)

đ?‘„đ?‘„đ?‘„đ?‘„ ,     ~  1  đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚đ?œ‚

missä kulmakertoimen yksikkÜ on kgK/m2s. Kuvassa 8 esitetään polymeerien maksimipaloteho kartiokalorimetrissa y-akselilla ja palotehokapasiteetti mikrokalorimetrissa x-akselilla. 2 palamislämpÜjä Kuva 9. Polymeerien mikrokalorimetrilla (ha Kuva 8. Kartiokalorimetrissa mitattujen maksimipalotehojen ja mikrokalorimetrin (MCC) s ja kuvaa riippuvuutta melMittauspisteiden läpi piirretyn suoran kulmakerroin on 1 kgK/m pommikalorimetrilla määritettyinä [6]. palotehokapasiteettien vastaavuus erilaisille polymeereille [6]. ko hyvin ottaen huomioon, että se edustaa keskiarvoa.

MIKROKALORIMETRIN TULOKSET Samassa artikkelissa vertailtiin polymeerien palamislämpĂśjä mikrokalorimetrilla (hapettava JA HYVĂ„KSYMISTODENNĂ„KĂ–ISYYS pyrolyysi) ja pommikalorimetrilla määritettyinä (tulokset esitetty kuvassa 9). Vertailussa oli 10 erilaista polymeeriä, joista 6 jättivät hiiltyneen jäännĂśksen ja 4 eivätFAA:ssa jättäneet jäännĂśstä. Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa on tutkittu, voiko mikrokalo Mikrokalorimetritulosten suhteellinen poikkeama pommikalorimetrituloksista olivat välillä - vaaditu ennustaa lentokoneiden matkustamomateriaalien tulosta Pystysuoran mallia muokattiin 2,3‌6,4 % ja keskimääräinen poikkeama noin 3 %. pinnan Kuvanliekinleviämisen 9 tulokset asettuvat hyvin käyttämä mitattavia suureita. Tällä tavalla voitiin ilmaista palotestin hyvä suoralle.

(palamisen laajuus tai maksimiliekinleviämisnopeus) liekinleviämis mikrokalorimetrilla mitattuja suureita. Kahta palotestiä tarkasteltiin FAR 25 HRR ja yleisesti käytettyä muovien syttyvyyden testi lentokoneissa käytettyjä materiaaleja testattiin näillä menetelmillä ja m

Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa FAA:ssa7on tutkittu, voiko mikrokalorimetrikokeen tuloksilla ennustaa lentokoneiden matkustamomateriaalien tulosta vaadituissa palotesteissä. Kuva 9. Polymeerien palamislämpÜjä mikrokalorimetrilla (hapettava pyrolyysi) ja pommikalorimetrilla määritettyinä [6].

92

PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013

MIKROKALORIMETRIN TULOKSET HYVĂ„KSYMISTODENNĂ„KĂ–ISYYS

JA

PALOTESTIEN

Yhdysvaltain ilmailuhallinnossa FAA:ssa on tutkittu, voiko mikrokalorimetrikokeen tuloksilla

8


määritetyillä suureilla. Parhaiten tämä onnistui näytteen lämpöarvolla (kuva 10) ja palotehokapasiteetilla (kuva 11). Kuvien liekinleviämiskriteerikäyrillä voidaan siten arvioida Kuva 10. Materiaalin UL 94 testin V-0 luokituksen todennäköisyyden riippuvuus mikrokalorimetrissa määritetystä palamislämmöstä. Pisteet ovat koetuloksia ja yhtenäinen mikrokalorimetrilla testattujen materiaalien hyväksymistodennäköisyyksiä testeissä UL 94 V0 ja FAR 25 HRR. käyrä liekinleviämiskriteerin sovitus koetuloksiin [7].

dy of precision and bias. U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. DOT/FAA/TC-12/39. 29 s. 3. ASTM D7309 – 11. Standard test method for determining flammability characteristics of plastics and other solid materials using microscale combustion calorimetry. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013. 10 s. Kuva 11. Matkustamomateriaalin FAR 25 testin Kuva 10. Materiaalin UL 94 testin V-0 luokituksen todennäköisyyden riippuvuus 4. Matala, A.,palotehovaatimuksen Hostikka, S. & Mangs, J. riippuvuus mikrokalorimetrissa määritetystä materiaalin mikrokalorimetrissa määritetystä palamislämmöstä. hyväksymistodennäköisyyden Pisteet ovat koetuloksia ja yhtenäinen Kaapelienkäyrä palomallinnuksen uusia meneliekinleviämiskriteerin käyrä liekinleviämiskriteerin sovitus koetuloksiin [7]. palotehokapasiteetista. Pisteet ovat koetuloksia ja yhtenäinen sovitus koetuloksiin [7]. telmiä ja tuloksia. Palotutkimuksen päivät 2013. Espoo 27.–28.8.2013. 5. Beneš, M., Plaček, V., Matuschek, G., 9 Kettrup, A. A., Györyová, K., Emmerich, W. D. & Balek, V. Lifetime simulation and mikrokalorimetrilla testattujen materiaalien KIITOKSET thermal characterization of PVC cable insuhyväksymistodennäköisyyksiä testeissä UL Kiitämme Risto Hiukkaa (VTT Expert Ser- lation materials. Journal of Thermal Analysis 94 V-0 ja FAR 25 HRR. vices) kollegoineen kaapelimateriaalien rönt- and Calorimetry, 2005. Vol. 82, s. 761–768. 6. Lyon, R.E., Filipczak, R., Walters, R.N., genfluoresenssi- ja FTIR-analyysistä. YHTEENVETO Crowley, S., & Stoliarov, S.I. Thermal analysis VTT:lle on hankittu uusi materiaalitutki- LÄHDELUETTELO of polymer flammability. U.S. Department of muksen mittauslaite mikrokalorimetri. Laite 1. Lyon, R.E. & Walters, R.N. Pyrolysis Transportation, Federal Aviation Administrasoveltuu 11. jähmeiden aineiden palamisominaicombustion flowpalotehovaatimuksen calorimetry. J. Anal. Appl. tion, 2007. DOT/FAA/AR-07/2. 44 s. Kuva Matkustamomateriaalin FAR 25 testin suuksien määrittämiseen milligrammaluokan 7. Lyon, R. A statistical model of fire test Pyrolysis, 2004. Vol. 71, materiaalin s. 27–46. hyväksymistodennäköisyyden riippuvuus mikrokalorimetrissa määritetystä palotehokapasiteetista. käyräR.N. liekinleviämiskriteerin näytteille ja täydentääPisteet tähänovat asti koetuloksia käytettyjenja yhtenäinen 2. Walters, & Lyon, R.E. Microscale results. 2012 FAA Fire Safety Highlights, s. sovitus koetuloksiin [7]. valikoimaa. mittausmenetelmien combustion calorimeter: interlaboratory stu- 21–25. 9

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2009

Palotutkimuksen päivät järjestää Palotutkimusraati, jonka tehtävänä on koordinoida, täydentää ja edistää Suo-

IVÄT 2011 IMUKSEN PÄ PALOTUTK

messa tehtävää paloalan tutkimusta. Se tapahtuu yhteistyössä teollisuuden, vakuutusalan ja muun elinkeinoelämän, korkeakoulujen, tutkimuslaitosten, valtion ja kuntien viranomaisten

havaitaan, että sprinklatuissa vapaapalokoke kokeissa sein ävan

sekä alan järjestöjen kanssa. Toimintaa johtaa edellä mainittuja tahoja edusta2007 muita kuin tapaturma Vuoden 2007 isia palokuolemista kuolemia oli viisi kappaletta kilö kuoli 30 10 oli viivästyne ja vuonna 2008 vuorokauden itä palokuole 14 kappaletta kuolemien lisäksi kuluessa tulipalossa mia ja vuonna . tulipaloissa saamiinsa vammoihi 2008 16, jolloin henvuonna 2008. loukkaantui n. vakavasti 46 henkilöä vuonna Viivästyneiden palo2007 ja 59 Palokuolleista henkilöä 91 tulipaloissa neljästiprosenttia kuoli rakennusp aloissa, 7 prosenttia henkilön vaatteet kaantuneilla liikennevälinepaloiss olivat jakauma oli samankaltainen. syttyneet palamaan ja a, muissa kerran teltta. Vakavasti loukPalokuolema koituu kohtaloks sa palokuolle i useimmiten iden määrä lisääntyy kylmien kuukausie lukuussa kuoli n aikaan (Kuva voimakkaasti yhteensä 94 kesän jälkeen. 1). Jo syyskuusloukkaantuneiden henkilöä eli Tammi-, lähes tuneiden määrän kuukausijakauma poikkesi puolet kaikista uhreista. helmi-, maalis- ja jouTulipalois vaihtelu kuukausit palokuole taan tammitain oli maltillisem mien jakaumasta. Vakavastisa vakavasti ja maaliskuu pi poikkesivat myötä. loukkaanselvästi muista kuin vaihtelu palokuole missa. Ainoaskuukausista useamman loukkaant uneen

va johtokunta. Vuosi 2013 on Palotutkimusraati ry:n 22. toimintavuosi rekiste-

(a) Sohvapalo

kokeen jälkeen ,

va

röitynä yhdistyksenä. Palotutkimuksen päivät 2013 on samalla Palotutkimusraati ry:n 30-vuotisjuhlaseminaari.

Uusi

liekinleviämisen Kuva 5. a) Propaanipolti tutkimuslaite s. 48 propaanipoltt imen liekki ilma n ja hehkulanka sylin terim n näytettä, poltt imen teho noin äisen koivunäytteen alap 250 W, asteikko uole polttimen taka lla, b) LIEKINLEV na cm:ssä. IÄMISKOK EET

Kuva 1. Palokuoll eiden lukumäär ät (n) kuukaude n mukaan vuosina 2007–2008. Palokuolema tapahtuu useimmite 2). Tulipaloje n maanantaisin, n jakaumass torstaisin, perjantais a ei ole vien loukkaant in umisten vaihtelu yhtä suuria eroja kuin palokuolemien tai lauantaisin (Kuva jantai oli ainoa viikonpäivän jakaumissa. päivä, jolloin mukaan oli tasaisemp Myös vakatulipaloissa tapahtui muita enemmän i kuin palokuolemissa. Pervakavia loukkaant umisia.

Vakavia henkilövahinkoja aiheu ttaneet tulipalot 2007–2008 s. 12 3

ESPOON HANASA ARESSA

Kaksi koesarja a suoritettiin, kaapelinäytt sylinterimäisil eillä. lä koivupuunäy tteillä ja MM J 4 x 1,5 mm2 PVCsuoritus

(c) Sohvapalo Samm utusjä kokeen rjeste jälkeen , järjlmielm suorituskyky asunt opaloeste issa Kuva 4. Vah sammutusjärjes ingot palon jälkeen. telmä on kas tellut seinät 25.–26.8

Kokeiden

Liek inleviäm iskokeen alus nopeudella, sa kuuma tulo- ja pois ilma kiertää saavutettu, toaukot sulje laitteessa mah ilmankierto ttuina. Kun dollisimman pien propaanikaas suurella ua polttimeen, ennetään nopeuteen 0,3 haluttu lämpötila koe kanavassa palamistuott on eiden poistolu sytytetään näyte sen alao m/s, kytketään virta hehkulankaan ukut. Propaani leviämisen alka sast , polt in sammut a ja avataan korvausi mis en jälk lma een. pinnan lähelle etaan syttymi Kokeen aika sen ja vakiintu n tulo- ja asennetu illa na seurataan termopareill neen liekkirintam liekin a. an etenemistä Kuvassa 6 näytteen esitetään läm taminen liek inleviäm pöti mut la-aikakäyrä iskok stopalon sam

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

93

G

attoman Pelastustoimen lang vaisuus s. 79 tiedonsiirron tule Kuva 1. Tiedonsiirron rajapinnat.

Erityisvaatimuksia

.2009

Lämpötilao losuhteet koe huoneess Kuvassa 5 esitetään läm pöt koehuoneen taaempi term ilanmittauksi oele oviaukosta. menttipuu, Tulokset näy ttävät, että kestokyvyn vapa kannalta siet ämättömälle (mittauskorkeu tasol s 1,8 m) että korkeus 0,6 myöskin ajat m). Kaikki koehuoneen kok lämpötiloja teho eissa tutki kkaasti.

sitä, että päätelaite tai kenttäjärjestelmäsovellus koon ja sen Monikanavaisuus tiedonsiirrossa tarkoittaa toimintatilanteen, välitettävän tietosisällön osaa valita kulloisenkin operatiivisen verkkopalvelun. kanavatilanteen mukaan sopivimman kriittisyyden ja tiedonsiirtoverkkojen toimenpiteitä. Käytännössä monikanavaisuus Tämän pitää tapahtua ilman käyttäjän joka tukee kaikkia haluttuja verkkopalveluja. toteutetaan monikanavareitittimellä,


Antti Paajanen, Timo Korhonen, Merja Sippola ja Simo Hostikka Teknologian Tutkimuskeskus VTT, PL 1000, 02044 VTT

Rakenteiden käyttäytyminen tulipalossa CFD-FEM mallinnuksella

Tiivistelmä Laskennalliseen virtausmekaniikkaan perustuvat palomallit mahdollistavat luonnollisen, ajan ja paikan suhteen vaihtelevan lämpörasituksen ennustamisen. Tällaista ennustetta voidaan käyttää lähtökohtana palo-rakenneanalyyseissä, joissa pyritään ennustamaan rakenteiden terminen ja mekaaninen vaste tulipalossa. Kyseessä on mallinnusketju, joka voidaan jakaa neljään osatehtävään: tulipalon dynamiikka, materiaalien terminen vaste, materiaalien heikentyminen ja vaurioituminen, ja rakenteiden mekaaninen vaste. Jokaiselle osatehtävälle on olemassa laskennalliset mallit ja ohjelmistotyökalut, mutta tällä hetkellä mikään yksittäinen ohjelmisto ei kykene käsittelemään koko ketjua. Esittelemme uuden ohjelmistotyökalun, joka mahdollistaa palosimulaatioiden kytkemisen elementtimenetelmään perustuvaan rakenneanalyysiin. Kytkentä perustuu lämpöaltistustiedon siirtämiseen ohjelmien välillä. Paloympäristön mallinnus toteutetaan Fire Dynamics Simulator -ohjelmalla, jolla myös ennustetaan tarkasteltavien rakenteiden lämpöaltistus. Terminen ja mekaaninen vaste ratkaistaan tämän jälkeen erillisessä ABAQUS-analyysissä.

JOHDANTO Tulipalon materiaaleille aiheuttamat vauriot voivat yhdessä termisten ja mekaanisten rasitusten kanssa vaikuttaa dramaattisesti rakenteiden eheyteen, eristävyyteen ja kuorman-kantokykyyn. Teoreettiset tarkastelut 94

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

rakenteiden palokäyttäytymiselle ovat perinteisesti nojautuneet analyyttisiin malleihin, joilla kuvataan lämpötilan kehitystä paloympäristössä. Tämä tarkoittaa tasaista ja hyvin käyttäytyvää termistä ympäristöä, joka voi olla hyvinkin kaukana todellisuudesta. Näin on erityisesti suurissa ja avoimissa tiloissa tapahtuvien tulipalojen kohdalla. Joissain tapauksissa perinteinen lähestymistapa on erittäin konservatiivinen – toisissa tapauksissa taas päinvastoin. Nykyiset laskennalliseen virtausmekaniikkaan perustuvat palomallit mahdollistavat realistisen, ajan ja paikan suhteen vaihtelevan lämpörasituksen ennustamisen. Näitä lämpörasituksia voidaan käyttää lähtökohtana kehittyneissä palorakenneanalyyseissä, jotka huomioivat tulipalon dynaamisen ja epätasaisen luonteen. Nykyiset palonsimulointityökalut eivät kuitenkaan kykene ennustamaan rakenteiden mekaanista vastetta lämpörasitukselle. Tämän kaltaista mallinnusta voidaan tehdä toisilla työkaluilla, jotka puolestaan eivät hallitse tulipalon mallintamista. Rakenteiden käyttäytyminen tulipalossa voidaan mallinnusprosessina jakaa neljään osaan: tulipalon dynamiikka, materiaalien terminen vaste, materiaalien heikentyminen ja vaurioituminen, ja rakenteiden mekaaninen vaste. Kehittynyt palorakenneanalyysi edellyttää näiden osamallien integroimista yhdeksi simulaatio-ohjelmaksi, tai olemassaolevien ohjelmien kytkentää. Jälkimmäistä lähestymistapaa on käytetty useissa tutkimuk-

sissa (esim. [1–4]). Näistä yksi on World Trade Center -tornien katastrofiin liittyvä tutkimustyö Yhdysvalloissa [1,4]. Itsenäisten simulaatio-ohjelmien kytkennässä on kaksi keskeistä haastetta. Eri kehittäjien tekemät ohjelmat kykenevät harvoin, jos koskaan, keskinäiseen tiedonsiirtoon. Tarvitaan siis erillinen rajapinta, joka mahdollistaa tiedonsiirron. Toiseksi, mallien diskretointi ajan ja paikan suhteen on useimmiten erilainen. Tämän vuoksi myöskään mallien geometriat eivät vastaa toisiaan täydellisesti. Ohjelmien välillä siirrettävä tieto on muunnettava kahden toisistaan poikkeavan diskretoinnin välillä. Kutsumme tätä prosessia laskentahilojen yhteensovittamiseksi. Nykyiset kehittyneet palomallit perustuvat laskennalliseen virtausmekaniikkaan (Computational Fluid Dynamics, CFD). Avoimen lähdekoodin Fire Dynamics Simulator (FDS) [5] on tällä hetkellä eniten käytetty CFDpohjainen palonsimulointiohjelma. Sitä käytetään työkaluna paloturvallisuuteen liittyvässä suunnittelutyössä, sekä myös tulipalon dynamiikan ja palamisen perustutkimuksessa. Kehittyneet rakennemallit puolestaan perustuvat elementtimenetelmään (Finite Element Method, FEM). ABAQUS [6] on yksi eniten käytetyistä FEM-ohjelmistoista. Sen avulla voidaan ennustaa rakenteiden vaste samanaikaisten termisten ja mekaanisten rasitusten alla. Tässä artikkelissa esittelemme FDS2FEMnimisen ohjelmistotyökalun, jolla FDS ja


ABAQUS voidaan kytkeä palorakenneanalyysejä varten. TutkimustyÜ liittyy EU-projektiin FIRE-RESIST, jossa kehitetään uusia, entistä paremmin paloa kestäviä komposiittimateriaaleja lentokone-, laivanrakennusja junateollisuuden tarpeisiin.

LASKENNALLISET MENETELMĂ„T Seuraavassa esittelemme lyhyesti kehittämämme CFD-FEM -mallinnusketjun.

Fire Dynamics Simulator Fire Dynamics Simulator (FDS) on CFDpohjainen simulaatio-ohjelma, joka on kehitetty tulipalojen ja niihin liittyvien ilmiÜiden numeeriseen mallintamiseen. Kun mallinnus tehdään huolellisesti, saadaan termisestä ympäristÜstä luotettavia tuloksia. Mallissa esiintyvät rakenteet rajoittuvat suoraviivaisen hilan resoluutioon, ja rakenteiden pienet yksityiskohdat jätetään useimmiten mallintamatta. LämmÜnjohtuminen ja reaktiot kiinteässä aineessa lasketaan yksiulotteisella kiinteän olomuodon ratkaisijalla. FDS:ssä ei kuitenkaan ole mahdollisuutta mallintaa rakenteiden mekaanista vastetta. FDS mahdollistaa pintojen saaman lämpÜaltistuksen mittaamisen. Tämä on keskeinen ominaisuus kehittämämme kytkentämenetelmän kannalta. Tässä tyÜssä tarkastelimme kahta lämpÜaltistuksen siirtosuuretta: pintalämpÜtilaa ja adiabaattista pintalämpÜtilaa, jonka avulla voidaan siirtää kokonaislämpÜvuo.

ABAQUS ABAQUS on kaupallinen elementtimenetelmäohjelmisto. Se tarjoaa monipuoliset tyÜkalut rakenteiden mallintamiseen mekaanisille ja lämpÜkuormille, sekä yhdistettyihin termomekaanisiin tehtäviin. Ohjelmistoa kehittää ja myy Dassault Systèmes. ABAQUS-ohjelmistolla voidaan tehdä rakenneanalyysi lämpÜkuormituksia sisältäville tehtäville kolmella eri tavalla. Yksinkertaisinta laskenta on silloin, kun käyttäjä tietää etukäteen mallin solmujen lämpÜhistorian. TällÜin lämpÜlaajeneminen voidaan ottaa huomioon jännityslaskennassa ja myÜs materiaalin ominaisuudet voidaan antaa lämpÜtilasta riippuvina. Jos sen sijaan joudutaan tekemään lämmÜnsiirtolaskenta solmujen lämpÜ-

historian määrittämiseksi, käyttäjällä on kak- tot. Nämä ovat joko ASCII-tekstitiedostoja, si vaihtoehtoista toimintatapaa: jotka sisältävät pistemittausdataa (ns. DE(i) Kun kytkentä lämmĂśnsiirtotehtävän ja VC-tiedostot), tai binääritiedostoja, jotka sijännitystehtävän välillä on yksisuuntainen, sältävät solmukohtaista dataa (ns. BNDF-tieeli lämpĂśanalyysin tulos vaikuttaa jännitys- dostot). Tämän jälkeen FDS2FEM on valmis analyysin tulokseen, mutta jännityskenttä ei ajettavaksi. Se käyttää FDS:n tulosdataa ja merkittävästi vaikuta lämpĂśanalyysin tulok- erityistä hilojen yhteensovittamisalgoritmia seen, voidaan käyttää ns. peräkkäisen kyt- luodakseen ajasta riippuvan termisen reunakennän menettelyä. Siihen kuuluu kaksi pe- ehdon ABAQUS-mallin valituille solmuilräkkäistä ABAQUS-ajoa. Ensimmäisessä rat- le. Reunaehto kirjoitetaan ABAQUS-mallin kaistaan lämmĂśnsiirtotehtävä lämpĂśelemen- syĂśtetiedostoon ja kahteen tai useampaan ulteillä. Käyttäjä antaa solmujen alkulämpĂśti- koiseen datatiedostoon käyttäen tavanomailan, lämpĂśreunaehdot (konvektio ja säteily) sia ABAQUS-komentoja. Tämä päättää kytja lämpĂśkuormat (konvektio, säteily, sisäi- kentäprosessin, ja rakenneanalyysi on valmis nen lämmĂśntuotto/hukka). Tuloksena saatu ajettavaksi. solmujen lämpĂśhistoria luetaan sitten jännitysanalyysiin ennalta määrättynä kenttänä. Vaihtosuureet Näiden kahden ajon elementtien pitää olla keskenään yhteensopivia, mutta verkot voi- Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehKuva 1. Kaaviokuva FDS-ABAQU vat olla erilaisia, jolloin ABAQUS interpoloi dot voidaan antaa kahden eri suureen avulla: Kuva 1. Kaaviokuva FDS-ABAQUS mallinnusketjusta. lämpĂśtila-arvot. pintalämpĂśtilana tai adiabaattisena pintalämKuva 1. Kaaviokuva FDS-ABAQUS mallinnusketju (ii) Kytkettyä termomekaanista analyysiä pĂśtilana [7,8] (Adiabatic Surface TemperaVaihtosuureet käytetään, kun kytkentä lämmĂśnsiirtoteh- ture, AST). Näistä jälkimmäinen tarjoaa Vaihtosuureet Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehdot Vaihtosuureet tävän ja mekaanisen tehtävän välillä on kak- kätevän tavan siirtää kokonaislämpĂśvuo oh- voidaa talämpĂśtilana tai adiabaattisena pintalämpĂśtilana Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehdot voidaan antaa kahden eri suureen avulla: pin- [ sisuuntainen. Tässä menetelmässä käytetään jelmien välillä saatavat siten, että siirrettävä Palosimulaatiosta termiset reunaehdotdatamäävoidaan antaa kahden AST). Näistä jälkimmäinen tarjoaa kätevän tavan siir talämpĂśtilana tai adiabaattisena pintalämpĂśtilana [7,8] (Adiabatic Surface Temperature, talämpĂśtilana tai adiabaattisena pintalämpĂśtilana [7,8] (Adiabatic ns. kytkettyjä elementtejä ja tehdään vain rä on mahdollisimman pieni. siten, että siirrettävä datamäärä onohjelmien mahdollisimman pi AST). Näistä jälkimmäinen tarjoaa kätevän tavan siirtää kokonaisläm AST). Näistä jälkimmäinen tarjoaa kätevän tavan siirtää kokonaislämpĂśvuo välillä yksi ABAQUS-ajo, jossa lämmĂśnsiirto, siir- siten, Adiabaattinen pintalämpĂśtila TAST on määettä siirrettävä datamäärä on mahdollisimman pieni. siten, että siirrettävä datamäärä on mahdollisimman pieni.Kuva 1. Kaaviokuva FDS-ABAQUS mallinnusketjusta. tymät ja jännitykset ratkaistaan yhtä aikaa. ritelty siten, että pinnalle tuleva Adiabaattinen pintalämpĂśtila đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ kokonaisonsiten, määritelty siten Adiabaattinen pintalämpĂśtila đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ on määritelty että pinnalle tu lämpĂśvuo Siis tuleva kokonaislämpĂśvuo häviää. Siishäviää. häviää. siten, Siis Adiabaattinen pintalämpĂśtila đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ on määritelty että pinnalle häviää. Siis FDS-ABAQUS kytkentä

Vaihtosuureet

đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ saatavat = 0, voidaan antaa Palosimulaatiosta termiset kahden eri suur + â„Ž đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ − tai đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡adiabaattisena đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡reunaehdot 0, (1) đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ = + â„Ž pintalämpĂśtilana talämpĂśtilana [7,8] (Adiabatic Surfac AST). Näistä jälkimmäinen tarjoaa kätevän tavan siirtää kokonaislämpĂśvuo Kehittämämme missä đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ on tarkasteltavan pinnan emissiivisyys, đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž on pinnalle (1) tulo đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡FDS-ABAQUS = 0, + â„Ž đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡-kytkentä siten, ettäâ„Žsiirrettävä datamäärä on mahdollisimman pieni. on lämmĂśnsiirtokerroin ja đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ kaasun lämpĂśtila pinnan lä tiheys, on tarkasteltavan pinnan emissiivisyys, đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž missä đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ perustuu termisten reunaehtojen yksisuunpinnan emissii on lämpĂśvuontiheys pinnalle saadaan AST:n avulla seuraavalla tavalla: pintalämpĂśtila on määritelty siten, että pinnalle tuleva ko Adiabaattinen đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ tiheys, â„Ž on lämmĂśnsiirtokerroin ja đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ kaasun läm on tarkasteltavan pinnan emissiivisyys, đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž on pinnalle tulevan säteilylämpĂśvuon missä đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ taiseen siirtoon ohjelmien välillä. Tämä tar- visyys, on pinnalle tulevan säteilyläm häviää. Siis lämpĂśvuontiheys AST:n avulla seura lämmĂśnsiirtokerroin ja đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ kaasun Kokonaistiheys, đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ lämpĂśtila đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ tiheys, đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡on +läheisyydessä. â„Žsaadaan koittaa sitä,â„Žettä on oltava pĂśvuon hpinnan onpalosimulaation đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ ,  . spinnalle , lämmĂśnsiirtokerroin đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž − đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ + â„Ž đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ = 0, đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ lämpĂśvuontiheys pinnalle saadaan AST:n avulla seuraavalla tavalla: kokonaan suoritettu ennen kuin rakenteiden ja Tg kaasun lämpĂśtila pinnanFDS:n läheisyydessä. Käyttämällä vaihtosuureena, = tuloksiin đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ tarkasteltavan đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽAST:tä đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡emissiivisyys, + â„ŽlämmĂśnjohtumisratkaisij đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡on − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , sä đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž saadaan , , termomekaanista vastetta voidaan laskea. Toi- missä KokonaislämpĂśvuontiheys pinnalle đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ on pinnan đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž pinnalle tulevan nemallin saadaan minimoitua. tiheys, â„Žđ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ lämmĂśnsiirtokerroin ja đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ kaasun lämpĂśtila pinnan läheisyyd = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ + â„Ž đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ −  . (2) đ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘ž on , , , , sena seurauksena on, että termomekaanises- lämpĂśvuontiheys AST:n avullapinnalle seuraavalla tavalla: saadaan AST:n avulla seuraavalla tavalla: Laskentahilojen yhteensovittaminen Käyttämällä AST:tä vaihtosuureena, FDS:n lämmĂśn

ta mallista ei siirry mitään tietoja palomal saadaan minimoitua. tuloksiin Käyttämällä AST:tä vaihtosuureena, FDS:nđ?‘žđ?‘žđ?‘žđ?‘žnemallin piilovaikutus raken- mä = đ?œ€đ?œ€đ?œ€đ?œ€ đ?œŽđ?œŽđ?œŽđ?œŽ đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , −saatavat đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , +termiset â„Ž đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ , − đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡đ?‘‡ ,  .ovat (2)mallissa lämmĂśnjohtumisratkaisijan reunaehdot lin puolelle. Kyseessä on niin sanottu heikko Palosimulaatiosta pintojen solmuille annettuja aikasarjoja. Tätä dataa ei voida sellais nemallin tuloksiin saadaan minimoitua. AST:tä vaihtosuureena, FDS:n lämmĂśnjohtumisratkaisijan kytkentä, joka mahdollistaa tyĂśkalun toteut- Käyttämällä Laskentahilojen mallin puolella, koska mallien geometrian ja diskretoinnin välillä piilo on e yhteensovittaminen nemallin tuloksiin saadaan minimoitua. silloinkin, kun mallit esittävät samaa rakennetta. Tämän ongelman ra tamisen erillisenä ohjelmistona. FDS2FEM Käyttämällä AST:tä vaihtosuureena, FDS:n Laskentahilojen yhteensovittaminen laskentahilojen yhteensovittamista. yhteensovittaminen toteutettiin komentorivityĂśkaluna Linux- ja Laskentahilojen lämmĂśnjohtumisratkaisijan raPalosimulaatiosta saatavat piilovaikutus termiset reunaehdot ov Kehitimme kytkettyjä FDS-ABAQUS simulaatioita varten suoraavi pintojen solmuille annettuja aikasarjoja. Tätämääritetty dataa Windows-käyttĂśjärjestelmille. kennemallin saadaan minimoitua. Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehdot ovat rakenteiden mallissa Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehdot ovat tuloksiin mallissa määritettyjen

sovittamismenetelmän. Kaaviokuva lähinaapurimenetelmän toimintap pintojen solmuille annettuja aikasarjoja. Tätägeometrian dataa ei voidaja sellaisenaan k mallin puolella, koska mallien diskreto pintojen solmuille annettuja aikasarjoja. Tätä dataa ei voida sellaisenaan käyttää välillä rakennekuvassa 2. Reunaehto jokaiselle ABAQUS-mallin mallin puolella, koska mallien geometrian ja diskretoinninsolmulle on(kohdeso eroavais silloinkin, kun mallit esittävät samaa rakennetta. mallin puolella, koska mallien geometrian silloinkin, ja välillä on eroavaisuuksia. NäinReunaehd onTäm tai diskretoinnin useamman FDS-mallin solmun (lähdesolmu) perusteella. kun mallit esittävät samaa rakennetta. Tämän ongelman ratkaisem Kytkentäprosessin kuvaus Laskentahilojen yhteensovittaminen laskentahilojen yhteensovittamista. lasketaanTämän etäisyyspainotettuna keskiarvona lähdesolmujen arvoista. P laskentahilojen yhteensovittamista. silloinkin, kun mallit esittävät samaa rakennetta. ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan seuraavalla tavalla. laskentahilojen yhteensovittamista. kytkettyjä FDS-ABAQUS simulaatioita varten suoraaviivaisen Kuvassa 1 on esitetty yksisuuntaisen FDS- Kehitimme Palosimulaatiosta saatavat termiset reunaehsovittamismenetelmän. Kaaviokuva lähinaapurimenetelmän toimintaperiaatte Kehitimme kytkettyjä FDS-ABAQUS simulaatioita kuvassa 2. Reunaehto jokaiselle ABAQUS-mallin solmulle (kohdesolmu) m ABAQUS -kytkennän periaate. Paloraken- dot ovat mallissa määritettyjen rakenteiden sovittamismenetelmän. Kaaviokuva lähinaapurimene Kehitimme kytkettyjä FDS-ABAQUS simulaatioita varten suoraaviivaisen hilojen yhteen- arvo tai useamman FDS-mallin solmun (lähdesolmu) perusteella. Reunaehdon neanalyysi alkaa FDS- ja ABAQUS-mallien pintojen solmuille annettuja aikasarjoja. Tä4 kuvassaetäisyyspainotettuna 2. Reunaehto jokaiselle ABAQUS-mallin so lasketaan keskiarvona lähdesolmujen arvoista. Painoke sovittamismenetelmän. Kaaviokuva lähinaapurimenetelmän toimintaperiaatteesta on esitetty seuraavalla tavalla. syÜtetiedostojen luomisella.jokaiselle Tarkasteltavan tä eisolmulle voidaFDS-mallin sellaisenaan käyttää rakenne- yhden taidataa useamman solmun (lähdesolmu) perus kuvassa 2. Reunaehto ABAQUS-mallin (kohdesolmu) määräytyy lasketaan etäisyyspainotettuna keskiarvona rakenteen on esiinnyttävä molemmissa mal- mallin puolella, koska mallien geometrian ja lähdesolm tai useamman FDS-mallin solmun (lähdesolmu) perusteella. Reunaehdon arvo kohdesolmulla seuraavalla tavalla. lasketaan etäisyyspainotettuna keskiarvona lähdesolmujen arvoista. Painokerroin määräytyy leissa. Seuraavaksi palosimulaatio ajetaan, ja diskretoinnin välillä on eroavaisuuksia. Näin 4 seuraavalla tavalla. saadaan käyttäjän määrittämät tulostiedos- on silloinkin, kun mallit esittävät samaa ra-

Kuva 1. Kaaviokuva FDS-ABAQUS mallinnusketjusta.

kennetta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tarvitaan laskentahilojen yhteensovittamista. Kehitimme kytkettyjä FDS-ABAQUS -si- 4 4 mulaatioita varten suoraaviivaisen hilojen yhteensovittamismenetelmän. Kaaviokuva lähinaapurimenetelmän toimintaperiaatteesta on esitetty kuvassa 2. Reunaehto jokaiselle ABAQUS-mallin solmulle (kohdesolmu) määräytyy yhden tai useamman FDS-mallin solPALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013

95


Lähdesolmut voidaan valita kolmella eri tavalla. Valinta voi perustua käyttäjän määrittämään valintasäteeseen, käyttäjän antamaan lähinaapurien määrään, tai molempiin edellämainituista. mun (lähdesolmu) perusteella. Reunaehdon arvo kohdesolmulla lasketaan etäisyyspainotettuna keskiarvona lähdesolmujen arvoista. Painokerroin määräytyy seuraavalla tavalla.

(3) (3) đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤ ä� = đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ä� − đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤đ?‘¤ ä� = = đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť (3) (3) ä� ä� ä� −−đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť Missä đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? on normitusvakio, ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ä� ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ovat lähde- ja kohdesolmujen sijaintivektorit. ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ovat ovatlähdelähdejajavoi kohdesolmujen kohdesolmujen sijaintivektorit. sijaintivektorit. Missä Missä đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? on on normitusvakio, normitusvakio, ja ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť Missä c on normitusvakio, ja jajađ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ä� ä� Lähdesolmut voidaan valita kolmella eri tavalla. Valinta perustua käyttäjän määrittämään Lähdesolmut Lähdesolmut voidaan voidaan valita valita kolmella kolmella eri eri tavalla. tavalla. Valinta Valinta voi voi perustua perustua käyttäjän käyttäjän määrittämään ovat lähde- ja kohdesolmujen sijaintivektorit. valintasäteeseen, käyttäjän antamaan lähinaapurien määrään, tai molempiin määrittämään edellämainituista. valintasäteeseen, valintasäteeseen, käyttäjän antamaan antamaan lähinaapurien lähinaapurien määrään, määrään,tai taimolempiin molempiinedellämainituista. edellämainituista. Lähdesolmutkäyttäjän voidaan valita kolmella eri tavalla. Valinta voi perustua käyttäjän määrittämään valintasäteeseen, käyttäjän antamaan lähinaapurien määrään, tai molempiin edellämainituista. Ensimmäinen vaihtoehto on kaikkein suoraviivaisin. Kaikki solmut valintasäteen (rcut) sisällä valitaan lähdesolmuiksi. vaih- laskentahilojen yhteensovittamisesta lähinaapurimenetelmällä. KeskimKuva 2.Toinen Kaaviokuva toehto on monimutkaisempi. mäinenLähinaapurien piste esittää ABAQUS-mallin solmua (kohdesolmu), muut pisteet FDS-mallin solmuja. YHTEENVETO määrän (n) lisäksi käyttäjä antaa kaksi ympärĂśidyt muu- Mallien Katkoviivalla FDS-mallin solmut ovat mahdollisia lähdesolmuja. yhteensovittaminen ta parametria: lähinaapurien enimmäismää-Monimutkaisempi algoritmi olisi tarpeeton, koska Olemme kehittäneetsaataviin ohjelmistotyĂśkalun, palomallista reunaehtoihin rän (nmax) ja niinkutsutun Δ-parametrin. Al-sisältyvät Kun FDSja ABAQUS-mallien sijainnissa jonka avulla voidaan kuin toteuttaa FDS-ABAepävarmuudet ovat joka tapauksessa merkittävämpiä hilojen yhteenaiheutuvat virheet. Tämä muun muassa tulipaloissa luonnollisesti goritmi on seuraavanlainen. Jokaiselle vaihtoehto koh-sovittamisesta ja kierrossa on merkittäviä eroavaisuuksia, QUS -palorakenneanalyysejä. Ensimmäinen on kaikkein suoraviivaisin. Kaikkijohtuu solmut valintasäteen (rcut) sisälläYksisuuntaiesiintyvistä suurista vaihteluista. Valittu algoritmi onkytkentä helposti simulaatio-ohjelmien säädettävissä erilaisia välillä hilojen desolmulle: hilojen yhteensovittamista voida suoraan nen valitaan lähdesolmuiksi. Toinen vaihtoehto oneimonimutkaisempi. Lähinaapurien määrän (n) yhteensovituksia varten. Sopivien asetusten lĂśytäminen on käyttäjän vastuulla, sillä yleistä ja Monimutkaisempi algoritmi olisi tarpeeton, koska palomallista saataviin reunaehtoihin tehdä. Mallienparametria: sijainnit ja kierrot on ensin enimmäismäärän perustuu termisten reunaehtojen lisäksi käyttäjä antaa kaksi tapauksiin muuta lähinaapurien (nmax )onja esitetty niin- siirtoon. kaikkiin soveltuvaa asetusta ei ole olemassa. Kuvassa 3 esimerkki sisältyvät epävarmuudet ovat joka tapauksessa merkittävämpiä kuin hilojen yhteen1. Etsitään järjestyksessä n lähintäΔ-parametrin. naapuria sovitettava yhteen. Tämän ongelmanJokaiselle ratkai- Siirtosuureena voidaan käyttää joko pintakutsutun Algoritmi onFDS:llä seuraavanlainen. kohdesolmulle: tapauksesta, jossa ennustettuTämä lämpĂśaltistus onmuun siirrettymuassa ABAQUS-mallin hilalle. sovittamisesta aiheutuvat virheet. johtuu tulipaloissa luonnollisesti {r1,r2,..., rn}. semiseksi kehitimme algoritmit sekä manuaalämpĂśtilaa tai adiabaattista pintalämpĂśtilaa. esiintyvistä suurista vaihteluista. Valittu algoritmi on helposti säädettävissä erilaisia 2. Määritetään lähinaapuruston rn = |rnjärjestyksessä |. Mallien liselle yhteensovittaminen ettänautomaattiselle mallien Reunaehtojen muuntaminen toisistaan poik-hilojen 1. säde Etsitään lähintä naapuria đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ťyhteenso , â‹Ż , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . yhteensovituksia varten. Sopivien asetusten lĂśytäminen on käyttäjänjavastuulla, sillävälilyleistä ja 3. Määritetään hakusäde rh2. = (1+∆)r vittamiselle. Manuaalisessa keavien geometrioiden diskretointien n. Kuva 2. Kaaviokuva laskentahilojen yhteensovittamisesta lähinaapurimenetelmällä. Määritetään lähinaapuruston säde r = siirrossa đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . käyttäjäKeskimKuva Kuva 2. 2. Kaaviokuva Kaaviokuva laskentahilojen laskentahilojen yhteensovittamisesta yhteensovittamisesta lähinaapurimenetelmällä. lähinaapurimenetelmällä. KeskimKeskimkaikkiin tapauksiin soveltuvaa asetusta ei ole olemassa. Kuvassa 3 on esitetty esimerkki 4. Etsitään enimmillään nmax naapuantaa ABAlä toteutettiin käyttämällä suoraviivaista lasmäinen piste esittää ABAQUS-mallin solmua (kohdesolmu), pisteet FDS-mallin Kun FDS-siirtovektorin, jar ABAQUS-mallien sijainnissa ja solmuja. kierrossa on merkittäviä eroavaisuuksia, hilojen 3.lähintä Määritetään hakusäde =muut 1muut +pisteet ∆jolla r FDS-mallin .liikutellaan mäinen mäinen pisteesittää esittää ABAQUS-mallin ABAQUS-mallin solmua solmua (kohdesolmu), (kohdesolmu), muut pisteet FDS-mallin solmuja. solmuja. jossa FDS:llä ennustettu lämpĂśaltistus on siirretty ABAQUS-mallin hilalle. ria piste hakusäteen sisältä. Nämä valitaan läh-tapauksesta, QUS-mallin solmuja. Manuaalinen kierto kentahilojen yhteensovittamismenetelmää. Katkoviivalla ympärĂśidyt FDS-mallin solmut ovat mahdollisia lähdesolmuja. yhteensovittamista ei voida suoraan tehdä. Mallien sijainnit ja kierrot on ensin sovitettava yh4. Etsitään enimmillään n lähintä naapuria hakusäteen sisältä. Nämä valitaan lähdemax lähdesolmuja. Katkoviivalla Katkoviivalla ympärĂśidyt ympärĂśidytFDS-mallin FDS-mallinsolmut solmutovat ovat mahdollisia mahdollisia lähdesolmuja. desolmuiksi. taas määritetään ABAQUS-mallin solmuille FDS2FEM-kytkentätyĂśkalu toteutettiin koTämän ongelman ratkaisemiseksi kehitimme algoritmit sekä manuaaliselle että autosolmuiksi. teen. Mallien yhteensovittaminen Eulerin kulmien avulla. AutomaattinenManuaalisessa siir- mentorivisovelluksena Windowsmaattiselle mallien yhteensovittamiselle. siirrossa käyttäjäLinuxantaa ja siirtovektorin, )Algoritmi sisällä Ensimmäinen vaihtoehto on kaikkein suoraviivaisin. Kaikki solmut valintasäteen (rcut jolla liikutellaan ABAQUS-mallin solmuja. Manuaalinen kierto taas määritetään ABAQUSKolmas lähestymistapa Kolmas on kahdenlähestymistapa ensimmäi- to tehdään molempien mallien solmuille seukäyttĂśjärjestelmille. on kahden ensimmäisen yhdistelmä. on seuraavanlainen. sisällä sisällä (n) Ensimmäinen Ensimmäinen vaihtoehto vaihtoehtoon onkaikkein kaikkein suoraviivaisin. suoraviivaisin. Kaikki Kaikkisolmut solmut valintasäteen valintasäteen (r(rcutcut) )Automaattinen solmuille Eulerin kulmien avulla. tehdään molempien mallien valitaan lähdesolmuiksi. Toinen vaihtoehto on monimutkaisempi. Lähinaapurien määrän sen yhdistelmä. Algoritmi on seuraavanlairaavan mukaan. FDS2FEM-kytkentätyĂśkalun ensimmäiKunmallin FDSjaalgoritmin ABAQUS-mallien sijainnissa ja kierrossa onsiirto merkittäviä eroavaisuuksia, hilojen Jokaiselle kohdesolmulle: valitaan valitaan lähdesolmuiksi. lähdesolmuiksi. Toinen Toinen vaihtoehto vaihtoehto on on monimutkaisempi. monimutkaisempi. Lähinaapurien Lähinaapurien määrän määrän (n) (n)niinsolmuille seuraavan algoritmin mukaan. lisäksi käyttäjä antaa kaksi muuta parametria: lähinaapurien enimmäismäärän (n ) ja max nen. Jokaiselle kohdesolmulle: yhteensovittamista ei voida suoraan tehdä. Mallien sijainnit ja kierrot on ensin sovitettava yhlisäksi lisäksi käyttäjä käyttäjä antaa antaakaksi kaksimuuta muutaparametria: parametria: lähinaapurien lähinaapurien enimmäismäärän enimmäismäärän (n(nmax ) )jajaniinniinmax kutsutun Δ-parametrin. Algoritmi on seuraavanlainen. Jokaiselle kohdesolmulle: teen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi kehitimme algoritmit sekä manuaaliselle että auto1. Etsitään järjestyksessä n lähintä naapuria đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , â‹Ż , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť valintasäteen r sisältä. cut kutsutun kutsutunΔ-parametrin. Δ-parametrin.Algoritmi Algoritmion onseuraavanlainen. seuraavanlainen. Jokaiselle Jokaiselle kohdesolmulle: kohdesolmulle: 1. Lasketaan solmujen koordinaattivektorien keskiarvot đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , . 1. Etsitään järjestyksessä n lähintä maattisellelĂśytyy, mallienjatketaan yhteensovittamiselle. Manuaalisessa siirrossa käyttäjä antaa siirtovektorin, 2. Josnaapuria n lähinaapuria kuten edellisessä lähestymistavassa. Muutoin: 2. Suoritetaan siirto-operaatiot đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť → đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť − đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť → đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , − đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , . đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , â‹Ż , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . 1.,...,Etsitään järjestyksessä n lähintä naapuria , Manuaalinen , , kierto , {r1Etsitään ,rEtsitään rn} järjestyksessä valintasäteen rcut3. sisältä. jolla liikutellaan ABAQUS-mallin solmuja. taas määritetään ABAQUS2 Määritetään hakusäde r = 1 + ∆ r . đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , â‹Ż , â‹Ż , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . . 1.1. järjestyksessä n n lähintä lähintä naapuria naapuria đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . 2. n Määritetään lähinaapuruston säde r =solmuille 2. Määritetään Jos lähinaapuria lĂśytyy,4.jatketaan kuten mallin Eulerin kulmien avulla. Automaattinen siirto tehdään molempien mallien Etsitään enimmilään n lähintä naapuria hakusäteen sisältä. Nämä valitaan lähde= = đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť . . 2.2. Määritetään lähinaapuruston lähinaapuruston säde säde r r max solmujoukkojen keskipisteet siirtyvät origoon. ∆ Näin r . molempien 3. Määritetään hakusäde r = 1 + edellisessä lähestymistavassa. Muutoin: Näin molempien solmujoukkojen keski- sellä versiolla on joitakin ilmeisiä rajoituksia. solmuille seuraavan algoritmin mukaan. solmuiksi. = = 1 1 + + ∆ ∆ r r . . 3.3. Määritetään Määritetään hakusäde hakusäde r r nmax lähintä naapuria hakusäteen sisältä. Nämä valitaan lähde4. Etsitäänhakusäde enimmillään 3. Etsitään Määritetään (1+∆)r pisteet siirtyvät origoon. Yksisuuntaisesta reunaehtojen siirrosta seucut . naapuria 4.4. Etsitään enimmillään enimmilläänrhn=nmax lähintä naapuria hakusäteen hakusäteen sisältä. sisältä. Nämä Nämä valitaan valitaanlähdelähdemaxlähintä Automaattinen kierto rajoittuu ABAQUS-mallin z-akselin ympäri tapahtuvaan kiertoon. FDSsolmuiksi. 4. solmuiksi. Etsitään enimmiläänLähinaapurimenetelmä nmax lähintä naapu- ja Automaattinen kierto koordinaattivektorien rajoittuu ABAQUS- ja raa, että rakennemallista eiđ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , saada palautetta 1. ABAQUS-solmujoukkojen Lasketaan solmujen keskiarvot đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , lähinaapurien ja . väliseen solmuiksi. valittiin sen hyvän virheensietokyvyn suoraviivaisuuden vuoksi. yhdenmuotoisuus arvioidaan perustuen ria hakusäteen sisältä. Nämä valitaan läh- keskimääräiseen mallin z-akselin ympäri tapahtuvaan kierpalomallin puolelle. Siten myĂśskään rakenetäisyyteen x-y-tasossa. Mitä pienempi keskiarvo, sen parempi yhden2. Suoritetaan siirto-operaatiot đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť → đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť − đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť ja đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť → đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť − đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , . , , , , Kolmas lähestymistapa on kahden ensimmäisen yhdistelmä. Algoritmi on , seuraavanlainen. desolmuiksi. toon. FDS- jaAlgoritmi ABAQUS-solmujoukkojen teille aiheutuneet muodonmuutokset eivät Kolmas Kolmas lähestymistapa lähestymistapa on on kahden kahden ensimmäisen ensimmäisen yhdistelmä. yhdistelmä. Algoritmi on on seuraavanlainen. seuraavanlainen. muotoisuus. 5 Jokaiselle kohdesolmulle: yhdenmuotoisuus arvioidaan perustuen lävaikuta tulipalon kehitykseen. Tällaiset tilanJokaiselle Jokaisellekohdesolmulle: kohdesolmulle: Näin molempien solmujoukkojen keskipisteet siirtyvät origoon. Lähinaapurimenetelmä valittiin sen hyvän virhinaapurien keskimääräiseen etäi- teet voidaan huomioida tekemällä manuaađ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , â‹Żväliseen , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť valintasäteen rcut sisältä. 1. Etsitään järjestyksessä n lähintä naapuria đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , â‹Ż , â‹Ż , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť , đ??Ťđ??Ťđ??Ťđ??Ť valintasäteen valintasäteen r r sisältä. 1.1. Etsitään Etsitään nlĂśytyy, nlähintä lähintä naapuria naapuria heensietokyvyn ja suoraviivaisuuden vuoksi. syyteen x-y-tasossa. Mitä pienempi keskiarmuutoksia palomalliin aina kun raken- FDScut cutsisältä. 2. Jos järjestyksessä njärjestyksessä lähinaapuria jatketaan kuten edellisessä lähestymistavassa. Muutoin: Automaattinen kierto rajoittuu ABAQUS-mallinlisia z-akselin ympäri tapahtuvaan kiertoon. 2.2. Jos Jos lähinaapuria lähinaapuria lĂśytyy, lĂśytyy, jatketaan jatketaan edellisessä edellisessä lähestymistavassa. lähestymistavassa. Muutoin: Muutoin: nemallissa tapahtuu merkittäviä muutoksia. Monimutkaisempi algoritmi olisi vo, sen parempi yhdenmuotoisuus. 3. nnMääritetään hakusäde r tarpeeton, = 1jakuten +kuten ∆ r . ABAQUS-solmujoukkojen yhdenmuotoisuus arvioidaan perustuen lähinaapurien väliseen 11+lähintä +∆∆r rsi- naapuria .. 3.3. Määritetään Määritetään hakusäde r == koska saataviinr reunaehtoihin hakusäteen sisältä.x-y-tasossa. Nämä valitaan 4. palomallista Etsitäänhakusäde enimmilään nmax keskimääräiseen etäisyyteen Mitälähdepienempi keskiarvo, sen parempi yhden4.4. Etsitään Etsitään enimmilään enimmilään nnmax lähintä lähintä naapuria naapuriahakusäteen hakusäteensisältä. sisältä.Nämä Nämävalitaan valitaanlähdelähdemax sältyvät epävarmuudet ovat joka tapauksessolmuiksi. muotoisuus. solmuiksi. sa solmuiksi. merkittävämpiä kuin hilojen yhteen-sovittamisesta aiheutuvat virheet. Tämä Lähinaapurimenetelmä valittiin senjohtuu hyvän virheensietokyvyn ja suoraviivaisuuden vuoksi. on siirretty rakenteen pintalämpĂśtila Kuva 3. Esimerkkijaja tapauksesta, jossa FDS-mallista Lähinaapurimenetelmä Lähinaapurimenetelmä valittiin valittiin sen senhyvän hyvän virheensietokyvyn virheensietokyvyn suoraviivaisuuden suoraviivaisuuden vuoksi. vuoksi. muun muassa tulipaloissa luonnollisesti esiinABAQUS-malliin (kuvassa). Rakenne kuvaa teräsvahvisteista betonipilaria. Värikartta on jätyvistä suurista vaihteluista. Valittu algoritmitetty pois 5 kuvasta. on helposti säädettävissä erilaisia hilojen yh-55 teensovituksia varten. Sopivien asetusten lĂśytäminen on käyttäjän vastuulla, sillä yleistä jaYHTEENVETO kaikkiin tapauksiin soveltuvaa asetusta ei ole olemassa. Kuvassa 3 on esitetty esimerkki ta-Olemme kehittäneet ohjelmistotyĂśkalun, jonka avulla voidaan toteuttaa FDS-ABAQUS paloKuva 3. Esimerkki tapauksesta, jossa FDS-mallista on siirretty rakenteen pintalämpĂśtila pauksesta, jossa FDS:llä ennustettu lämpĂś-rakenne-analyysejä. Yksisuuntainen kytkentä simulaatio-ohjelmien välillä perustuu termisten ABAQUS-malliin (kuvassa). Rakenne kuvaa teräsvahvisteista betonipilaria. Värikartta on jäaltistus on siirretty ABAQUS-mallin hilalle. reunaehtojen siirtoon. Siirtosuureena voidaan käyttää joko pintalämpĂśtilaa tai adiabaattista tettypintalämpĂśtilaa. pois kuvasta. Reunaehtojen muuntaminen toisistaan poikkeavien geometrioiden ja diskretointien välillä toteutettiin käyttämällä suoraviivaista laskentahilojen yhteensovittamis-menetelmää. FDS2FEM-kytkentätyĂśkalu toteutettiin komentorivisovelluksena Linux- ja Windows96 PALOTUTKIMUKSEN PĂ„IVĂ„T 2013 käyttĂśjärjestelmille. YHTEENVETO


Useimmissa käytännön sovelluksissa tämä ei kuitenkaan ole tarpeen. Kehittämämme FDS-ABAQUS kytkentämenetelmä mahdollistaa mallinnustavan, jossa palo- ja rakennemalli ovat aluksi itsenäisiä, toisistaan riippumattomia, kokonaisuuksia. Näin mallien kehittäjät voivat työskennellä pitkälti toisistaan riippumattomina, esimerkiksi eri yritysten tai organisaatioiden palveluksessa. Menetelmä avaa myös aivan uusia mahdollisuuksia paloturvallisten rakenteiden suunnittelulle ja päivitettäessä olemassaolevien rakennusten paloturvallisuutta. FDS2FEM-työkaluun ollaan parhaillaan lisäämässä ominaisuuksia, joilla edellä kuvattu kytkentä voidaan tehdä myös FDSja ANSYS-ohjelmien välille.

KIITOKSET Artikkelissa esitetty tutkimus- ja kehitystyö on toteutettu osana FIRE-RESIST EU-projektia. Työhön ovat osallistuneet kirjoittajien lisäksi Michał Malendowski Poznanin Teknillisestä Korkeakoulusta, sekä Renaud Gutkin Swerea SICOMP -tutkimuslaitoksesta. 1. Prasad K., Baum H. R. Coupled fire dynamics and thermal response of complex building structures. Proceedings of the Combustion Institute, 2005, Vol. 30, s. 2255–2262 2. Ren A., Shi J., Shi W. Integration of fire simulation and structural analysis for safety evaluation of gymnasiums – With a case study of gymnasium for Olympic Games in 2008. Automation in Construction, 2007, Vol. 16, s. 277–289 3. Hong S., Varma A. H. Analytical modeling of the standard fire behavior of loaded CFT columns. Journal of Constructional Steel Research, 2009, Vol. 65, s. 54–69 4. Baum H. R., Simulating fire effects on complex building structures. Mechanics Research Communications, 2011, Vol. 38, s. 1–11 5. Mcgrattan K., Hostikka S., Floyd J., Baum H., Rehm R., Mell W., Mcdermott R. Fire Dynamics Simulator Technical Reference Guide. NIST Special Publication 1018, 2012, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 6. Hibbitt D., Karlsson B., Sorensen P. ABAQUS/Standard User’s Manual. Version 6.11. , , 2012, ABAQUS Ltd., Providence, RI 7. Wickstrom U., Duthinh D., Mcgrattan K. B. Adiabatic Surface Temperature for Calculating Heat Transfer to Fire Exposed Structures. International Interflam Conference, 11th Proceedings, 2007, Vol. 2, s. 943–953 8. Duthinh D., Mcgrattan K., Khaskia A. Recent advances in fire-structure analysis. Fire Safety Journal, 2003, Vol. 43, s. 161–167

Kuva: Ilkka Luoma

LÄHDELUETTELO


Topi Sikanen , Simo Hostikka, Jukka Vaari , VTT, PL 1000, 02044 VTT

Sammutuksen ja sammutusjärjestelmien simulointi Tiivistelmä VTT:llä on viiden viime vuoden aikana arvioitu ja kehitetty FDS-ohjelman [1] kykyä simuloida vesisimujärjestelmien toimintaa ja sammutustehoa. Tutkimuksen kohteena on ollut erityisesti nopeiden ja hienojakoisten vesisuihkujen ominaisuuksien mallintaminen, kaasufaasin sammutuksen mallintaminen, sekä suurikokoisen kiinteää ainetta olevan palokuorman sammuttamiseen vedellä. Sovellusesimerkkinä on vesisumujärjestelmän sammutustehon simulointi täysperävaunullista rekkaa kuvaavan palokuorman sammutuskokeessa tunneliympäristössä.

JOHDANTO Viimeisen kahdenkymmenen vuoden ajan, jolloin tietokoneiden laskentateho on periaatteessa mahdollistanut sammutusjärjestelmien toiminnan jonkinasteisen simuloinnin, sammutusjärjestelmien sammutus- ja jäähdytystehon osoittaminen on tapahtunut yksinomaan täyden mittakaavan koesarjojen avulla. Perinteisen sprinkleriteknologian yli satavuotias historia on mahdollistanut näiden kokeiden tulosten kokoamisen suunnittelusäännöiksi sprinklerilaitteistoille lukuisiin sovelluksiin. Uudemmille sammutusteknologioille, kuten vesisumulle, suunnittelu-sääntöjä on merkittävästi vähemmän. Kehityksen myötä uuden tekniikan sovellusalue laajenee, ja sovellukset kasvavat fyysiseltä kooltaan ja paloriskiltään suuremmiksi, ja siten järjes-telmät muuttuvat monimutkaisemmiksi. Suurten sammutusjärjestelmien kehitystyö vaatii run-saasti ajallisia ja taloudellisia resursseja, 98

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

ja voi muodostua teknologian kehitystä jarruttavaksi tekijäksi. Sammutustehon osoittamista kokein tullaan epäilemättä tarvitsemaan jatkossakin. Voidaan kuitenkin odottaa, että kokeellisen työn tarvetta voidaan merkittävästi vähentää ottamalla nykyaikaisia palonsimuloinnin työkaluja mukaan tuotekehitysprosessiin. Tällaiset simulointityökalut ovat yleisesti käytössä toiminnallisessa paloturvallisuussuunnittelussa. Työkaluja ei kuitenkaan ole vielä sovellettu sammutusjärjestelmien toiminnan simulointiin, mutta tämän kehityksen arvioidaan olevan vääjäämätöntä jo lähitulevaisuudessa, ja eräiltä osin kehitys on jo käynnistynyt. Lisäksi fyysiseltä kooltaan suurten sammutusjärjestelmien simulointi asettaa omat haasteensa käytettäville työkaluille.

KOKEELLINEN TUTKIMUS Vesisumujen sammutusteho perustuu kolmeen mekanismiin: säteilyn vaimentamiseen, kaasun jäähdyttämiseen ja hapen syrjäyttämiseen vesihöyryllä. Eri mekanismien tärkeys riippuu sovelluskohteesta ja vesisumujärjestelmästä. Jotta palosimulointiohjelmistoja voitaisiin käyttää vesisumujärjestelmien suunnittelluun, tulee simulointiohjelmistojen pystyä ennustamaan kunkin mekanismin toiminta tehokkaasti. Tätä päämäärää silmällä pitäen tehtiin projektin aikana useita kokeita joista kukin keskittyi yhteen osa-alueeseen. Tässä projektissa tutkittiin neljää mikrosuutinta. Taulukko 1 listaa näiden ominai-

suudet. Spraying systems Co:n LN-2 -suutin on mukana sillä tälle suuttimelle oli juuri projektin alkaessa julkaistuu tarkat pisarakoko ja nopeusmittaukset [2]. Tätä dataa voitiin sitten käyttää tässä projektissa käytetyn mittausmenetelmän Suuttimet A, Tässä projektissaarvioimiseen. tutkittiin neljää mikrosuutinta. Taul B ja C ovat MarioffCo:n Corporation Oy:nonkorSpraying systems LN-2 suutin mukana sillä alkaessa julkaistuu tarkat pisarakoko ja nopeusmittaukse keapaineisia vesisumusuuttimia. Taulukoidut tässä projektissa käytetyn mittausmenetelmän K-arvot perustuvat VTT:n tekemiin mittauk- arvioim Marioff Corporation OY:n laskea korkeapaineisia siin. Virtausvakio K voidaan kaavasta vesisum perustuvat VTT:n tekemiin mittauksiin. Virtausvakio K Q K= (1) p

Missä Q on veden virtaama (kg/s) ja p on veden Missä Q on veden virtaama (kg/s) ja p on Todellisuudessa K vaihtelee hieman paineen mukana . veden paine (Pa) suuttimessa mitattuna. Toriittävän määrittää K yhdessä paineessa.

dellisuudessa K vaihtelee hieman paineen mukana. Käytännössä onTaulukko kuitenkin havait1. Mikrosuuttimien om tu riittävän määrittää K yhdessä paineessa. Tarkasteltavana oli myös viisi LN-2 A, B tai C- A Tyyppi Onttokartio tyyppisistä mikrosuuttimesta koostuvaa suu- Täyskarti kulma 74 tinpäätä.Suihkukartion Näistä kukin koostuu yhdestä kes- 30 (deg) kisuuttimesta, joka on suunnattu suoraan Virtausvakio eteenpäin, sekä 1/2 useammasta suuttimesta (kg/s/Pa ) 4.09⋅10-6 tä- 1.02⋅10-5 1/2 män keskisuuttimen (l/min/bar ) ympärillä. Keskisuutin0.077 0.20 ta ympäroivät suuttimet jakautuvat Paine (MPa) 2.0 tasaises- 7.0 ti ympyrän kehälle ja kukin on samassa kulTarkasteltavana oli myös viisi Taulukko A, B tai C-tyyppisistä mik massa keskisuuttimen kanssa. 2 lisNäistä kukin koostuu yhdestä keskisuuttimesta, joka o taa mikrosuuttimien määrän ja keskinäiset useammasta suuttimesta tämän keskisuuttimen ympärillä kulmat eri suutinpäissä jakautuvat tasaisesti ympyrän kehälle ja kukin on samas Yksi keskeisistä tavoitteista projektin aikan Taulukko 2 listaa mikrosuuttimien määrän ja keskinäiset oli käyttää suuttimia joiden 2. tuottamien suih- suutinpä Taulukko Monen suuttimen kujen ominaisuudet tunnetaan hyvin. Tätä SH1 SH2 tarkoitusta varten tehtiin VTT:n suuressa tesKeskisuuttimen suutintyyppi A C tihallissa useita kokeita. Ensimmäisessä koeReunasuuttimien suutintyyppi A sarjassa karakterisoitiin kolme mikrosuutinta B Reunasuuttimien määrä Reunasuuttimien kulma

6 60

6 60


LN-2 riittävän määrittää K yhdessä paineessa. Tyyppi Suihkukartion (deg) Virtausvakio Tyyppi1/2) (kg/s/Pa 1/2 Suihkukartion (l/min/bar ) (deg) Paine (MPa)

A B Onttokartio Täyskartio Täyskartio Taulukko ominaisuudet kulma 74 1. Mikrosuuttimien 30 30

C Täyskartio 30

NFPA 750 standardin mukaisella koejärjesteLN-2 A B C lyllä. Kokeissa mitattiin kunkin mikrosuutti-6 -5 -5 Onttokartio Täyskartio Täyskartio Täyskartio 4.09⋅10 1.02⋅10 2.28⋅10 4.04⋅10-5 men tuottama pisarakoko, pisaroiden nopus kulma 74 30 30 30 ja pisaroiden konsentraatio useissa pisteissä. 0.077 0.20 0.43 0.77 Nämä mittaukset tehtiin kuvantamais mene2.0 7.0 7.0 7.0 Virtausvakio telmällä (direct imaging, DI). Tuloksista voi1/2 -6 -5 -5 (kg/s/Pa ) 4.09⋅10 1.02⋅10 2.28⋅10 4.04⋅10-5 tiin määrittää 1/2 Tarkasteltavana oli myös tai C-tyyppisistä koostuvaa suutinpäätä (l/min/bar ) viisi A, B 0.077 0.20 mikrosuuttimesta 0.43 0.77 Tärkeä ominaisuus vesisumujen dynamiiNäistä kukin koostuu yhdestä keskisuuttimesta, joka on suunnattu suoraan eteenpäin, sek Paine (MPa) 2.0 7.0 7.0 7.0 kassa on suihkujen mukaansa vetämän iluseammasta suuttimesta tämän keskisuuttimen ympärillä. Keskisuutinta ympäroivät suuttime man määrä. Pienet sumupisarat hidastuvat jakautuvat tasaisesti kukin on samassa kulmassa koostuvaa keskisuuttimen kanssa Tarkasteltavana oli ympyrän myös viisikehälle A, B taijaC-tyyppisistä mikrosuuttimesta suutinpäätä. nopeasti niiden lähdettyä suuttimesta ja jo Taulukko 2 listaakoostuu mikrosuuttimien määrän ja keskinäiset eri suutinpäissä Näistä kukin yhdestä keskisuuttimesta, joka onkulmat suunnattu suoraan eteenpäin, sekä n. Metrin etäisyydellä ne kulkeutuvat ilmaTaulukko 2. Monen suuttimen suutinpäiden ominaisuudet. useammasta suuttimesta tämän keskisuuttimen ympärillä. Keskisuutinta ympäroivät suuttimet virran mukana. Mitä enemmän suihkut vejakautuvat tasaisesti ympyrän kehälle ja kukin on samassa kulmassa keskisuuttimen kanssa. tävät mukaansa ilmaa, sitä voimakkaampi on Taulukko 2 listaa mikrosuuttimien määrän ja keskinäiset kulmat eri suutinpäissä SH1 SH2 SH3 SH4 SH5 pisaroita eteenpäin kuljettava ilmavirta. SuihTaulukko 2. Monen suuttimen kujen dynamiikan mallintamiseksi on siis enKeskisuuttimen suutintyyppi A suutinpäiden C B ominaisuudet. B B siarvoisen tärkeää, suihkujen mukaansa vetäReunasuuttimien suutintyyppi A B A B B ilman määrä mallintamiseksi on siis ensiarvoisen tärkeää, suihkujenSH3 mukaansa vetämän män ilman määrä ennustetaan oikein. SH1 SH2 SH4 SH5 Reunasuuttimien määrä 6 6 8 8 8 mallintamiseksi on siis ensiarvoisen tärkeää, suihkujen mukaansa vetäm ennustetaan oikein. Suihkujen mukaansa vetämän ilman määKeskisuuttimen suutintyyppi A C B B B ennustetaan oikein. Reunasuuttimien kulma 60 tutkittiin 60 45 45 jossa 30kaikki kolme Suihkujen mukaansa vetämän ilman määrä koejärjestelyllä, rä tutkittiin koejärjestelyllä, jossa kaikki kolReunasuuttimien suutintyyppi A Bilman määrä A B B Suihkujen mukaansasekä vetämän tutkittiin koejärjestelyllä, jos aiemmin mainittua mikrosuutinta, viisi suurempaa suutinpäätä asennettiin puiseen me aiemmin mainittua mikrosuutinta, seReunasuuttimien määrä 6 6 8 8 8 suutinpäätä aiemmin mainittua mikrosuutinta, sekä viisi suurempaa ase kanavaan keskelle. Suuttimen ollessa päällä, mitattiin kaasun nopeus suuttimen Yksi keskeisistä tavoitteista projektin aikan oli käyttää suuttimia joiden tuottamien suihkuje kä viisi suurempaa suutinpäätä asennettiin Reunasuuttimien kulma 60 kanavissa 60 ollessa 45 päällä, 45 kaasun 30 nopeus kanavaan keskelle. Suuttimen mitattiin kaasun no takanakanavan keskilinjalla. Suuremmissa mitattiin myös seinän ominaisuudet tunnetaan hyvin. Tätä tarkoitusta varten tehtiin VTT:n suuressa testihalliss puiseen kanavaan keskelle. Suuttimen ollestakanakanavan keskilinjalla. Suuremmissa kanavissa mitattiin myös kaasu vieressä kokeita. Ensimmäisessä koesarjassa karakterisoitiin kolme mikrosuutinta NFPA 75 sa päällä, mitattiin kaasun nopeususeita suuttiYksi keskeisistä tavoitteista projektin aikan oli käyttää suuttimia joiden tuottamien suihkujen vieressä standardin mukaisella koejärjestelyllä. Kokeissa mitattiin kunkin mikrosuuttimen tuottam men takanakanavan keskilinjalla. Suuremominaisuudet tunnetaan hyvin. Tätä tarkoitusta varten tehtiin VTT:n suuressa testihallissa missa kanavissa mitattiin myös kaasun no- kokeita. pisarakoko, pisaroiden nopus ja pisaroiden Nämä mittaukse useita Ensimmäisessä koesarjassa konsentraatio karakterisoitiinuseissa kolme pisteissä. mikrosuutinta NFPA 750 peus seinän vieressä tehtiin kuvantamais menetelmällä (direct imaging, DI). Tuloksista voitiin määrittää standardin mukaisella koejärjestelyllä. Kokeissa mitattiin kunkin mikrosuuttimen tuottama

VESISUMUJEN SIMULOINTI

pisarakoko, pisaroiden nopus ja pisaroiden konsentraatio useissa pisteissä. Nämä mittaukset

Tärkeä vesisumujen dynamiikassa on DI). suihkujen mukaansa tehtiinominaisuus kuvantamais menetelmällä (direct imaging, Tuloksista voitiin vetämän määrittää ilman määrä FDS:ssä sprinklerit mallinnetaan syöttämälPienet sumupisarat hidastuvat nopeasti niiden lähdettyä suuttimesta ja jo n. Metri lä pisaroita simulaatioon tietyllä etäisyydellä etäisyydellä ne kulkeutuvat ilmavirran mukana. Mitä enemmän suihkut vetävät Tärkeä ominaisuus vesisumujen dynamiikassa on suihkujen mukaansa vetämän ilmanmukaans määrä. suuttimen sijaintipaikasta. Pisaroiden muoilmaa, sitäsumupisarat voimakkaampi on pisaroita eteenpäin Suihkujen Pienet hidastuvat nopeasti niidenkuljettava lähdettyäilmavirta. suuttimesta ja jo n.dynamiika Metrin

dostusta tai suihkun dynamiikkaa aivan suutetäisyydellä ne kulkeutuvat ilmavirran mukana. Mitä enemmän suihkut vetävät mukaansa timen lähellä ei pyritä mallintamaan. Pisarat ilmaa, sitä voimakkaampi on pisaroita eteenpäin kuljettava ilmavirta. Suihkujen dynamiikan lisätään simulaatioon suihkun kartion rajaamalta pallon pinnalta. Alkupiste tältä pinnalta valitaan satunnisesti siten, että suihkun Kuva 1. Vasemmalla, koejärjestely suihkujen mukaansa imemän ilman mittaamiseksi. Oikealla, FDS malli kokeista. keskelle päätyy enemmän pisaroita. KartiKuva 1. Vasemmalla, koejärjestely suihkujen mukaansa imemän ilman m on kulma ja alkupisteen etäisyys suuttimesta Oikealla, FDS malli kokeista. ovat käyttäjän valitsemia parametreja. Kaikille pisaroille annetaan sama, käyttäjän määrittämä alkunopeus ja pisaroiden koko valitaan satunnaisesti pisarakokojakaumasta. Suuttimien A, B ja C pisarakokojakaumat on esitetty kuvassa 2. Useammn suuttimen suutinpäät mallinnetaan sijoittamalla useampi yksittäisiä suuttimia samaan pisteeseen. Vain pieni osa todellisen suihkun sisältämistä pisaroista voidaan mallintaa tästä syystä kukin laskuissa käytetty pisara vastaa use- Kuva 2. Pisarakokojakaumat suuttimille A, B ja C, sekä sovitettu analyyttinen jakauma. ampaa todellista pisaraa. Sumujen kuvaamiseen käytettävien pisaroiden määrää voidaan Kuva 2. Pisarakokojakaumat suuttimille A, B ja C, sekä sovitettu analyytt VESISUMUJEN SIMULOINTI kontrolloida muuttamalla kunkin aika-askeleen aikana simulointiin lisättyjen pisaroiden 1.5 metriä korkea, 0.5 metriä leveä ja 0.5 tia, mutta mittauksissa huomioitiin vain viiFDS:ssä syöttämällä pisaroita simulaatioon tietyllä etäisyydellä SIMULOINTI määrää. On ensiarvoisen tärkeää käyttää tarmetriäsprinklerit syvä. VESISUMUJEN Kaikki mallinnetaan reunaehdot olivat vapaat meiset 3 sekuntia. Näin pyrittiin varmistasuuttimen sijaintipaikasta. Pisaroiden muodostusta tai suihkun dynamiikkaa aivan suuttimen peeksi monta pisaraa suihkun kuvaamiseen. virtauk­selle. Suuttimet sijaitsivat 0.1 metriä maan, että suihku oli täysin kehittynyt mitlähellä ei pyritä mallintamaan. Pisarat lisätään simulaatioon suihkun kartion rajaamalta pallon FDS:ssä sprinklerit mallinnetaan syöttämällä pisaroita simulaatioon tiet Riittävä määrä on selvitettävä herkkyystar- laskennallisen alueen yläreunasta. Mittaus- tauksia tehdessä. pinnalta.Alkupiste tältä pinnalta valitaan satunnisesti siten, että suihkun keskelle päätyy suuttimen sijaintipaikasta. Pisaroiden muodostusta tai suihkun dynamiikkaa kastelun avulla hilatiheyden tapaan. Seuraa- pisteet sijaitsivat metrin suuttimen alapuoKuva 3 esittää NFPA-kokeiden simulointienemmän pisaroita. Kartion ja alkupisteen etäisyyssimulaatioon suuttimesta suihkun ovat käyttäjän lähellämatkittiin ei pyritäkulma mallintamaan. Pisaratyksittäisille lisätään kartion vissa simuloinneissa käytetyt numerriset palella. Koejärjestelyä keskiarvoistatulokset mikrosuuttimille. Kvalivalitsemia parametreja. Kaikille pisaroille annetaan sama, käyttäjän määrittämä alkunopeus ja pinnalta.Alkupiste tältä pinnalta valitaan satunnisesti siten, että suihkun rametrit on listattu taulukossa 3. Samat para- malla pisaroiden ominaisuudet halkaisijaltaan tatiivisesti tulokset ovat hyviä. Suihkuilla on pisaroiden koko valitaan satunnaisesti pisarakokojakaumasta. Suuttimien A, B ja C metrit olivat käytössä kaikissa simulaatioissa. 1cm pallon siällä. Herkkyystarkastelujen jäl- melko kapea tiheä ydin ja suihkun uloimenemmän pisaroita. Kartion kulma ja jaalkupisteen etäisyys suuttimesta pisarakokojakaumat on esitetty kuvassa 2. Useammn suuttimen suutinpäät mallinnetaan Vesisumujen karkterisointikokeiden si- keen päädyttiin käyttämään 2 cm:n diskrematpisaroille osat ovat annetaan melko harvoja. vastaamäärittä valitsemia parametreja. Kaikille sama,Tämä käyttäjän sijoittamalla yksittäisiä samaan mulointiin käytetty laskennallinen alue oli tointiväliä.useampi Simulointien kesto oli valitaan 5 sekunhyvinpisteeseen. kokeellisiapisarakokojakaumasta. havaintoja. Kokeellisesti mi-Suuttimi pisaroiden kokosuuttimia satunnaisesti

pisarakokojakaumat on esitetty kuvassa 2. Useammn suuttimen suutinp Vain pieni osa todellisen suihkun sisältämistä pisaroista voidaan mallintaa tästä syystä kukin sijoittamalla useampi yksittäisiäPALOTUTKIMUKSEN suuttimia samaan pisteeseen. PÄIVÄT 2013 99 laskuissa käytetty pisara vastaa useampaa todellista pisaraa. Sumujen kuvaamiseen käytettävien pisaroiden määrää voidaan kontrolloida muuttamalla kunkin aika-askeleen


tattu pisaroiden keskikoko oli mediaani. FDS kuitenkin antaa ulostulona vain keskiarvoja. Näinollen Kuvassa 3 esiintyvä kokeellinen keskihalkaisija on laskettu kokeellisesti määrättyyn pisarakokohistogrammin perusteella. Huomionarvoista on tasainen pisarakokojakauma koko suihkun alueella. Tyypillisesti pienet pisarat imeytyvät suihkun keskelle jättäen vain suuret pisarat suihkun ulkolaidoille. Tämä tasainen pisarakokojakauma johtuu suihkun turbulenttisuudesta. Kanavakokeista saatua ilmannopeusdataa käytettiin suihkujen mukaansa vetämän ilman määrän validointiin. Yksittäisten mikrosuuttimien kokeet mallinnettiin yksinkertaisesti neliönmuotoisena laskennallisena alueena, joka oli avoin kahdesta päästä. Monisuuttimisten suutin-päiden kokeissa kanavan suuaukon viereen asetettu puupalikka häiritsi virtausta seinää lähinnä sijaitsevan mittauspisteen kohdalla. Näin ollen laskennallista aluetta jouduttiin kasvattamaan siten, että se käsitti kanavan lisäksi myös kanavan välittömän ympäristön. havainnollistaa suurten suutinpäiden simulointiin käytettyä mallia. Simuloinneissa havaittiin, että suuttimen suihkun alkupään mallintaminen tarkasti on tärkeää. Aivan erityisesti tulee varmistaa, että simulointiin lisättävät pisarat jakautuvat riittävän monen hilakopin alueelle. Liian karkean hilan käyttö saattoi johtaa epäfysikaalisiin virtauskuvioihin suuttimen läheisyydessä. Kuva 3 esittää kanavakokeiden simulointituloksia verrattuna kokeellisiin tuloksiin. Suurimmassa osassa tapauksista simulointitulokset vastaavat hyvin kokeellisia tuloksia.

avulla hilatiheyden tapaan. Seuraavissa simuloinneissa käytetyt numerriset parametrit on listattu taulukossa 3. Samat parametrit olivat käytössä kaikissa simulaatioissa. Kuva 3Taulukko esittää 3. Validointikokeiden NFPA kokeiden simuloinnissa simulointitulokset mikrosuuttimille. käytetyt yksittäisille numeeriset parametrit Kvalitatiivisesti tulokset ovat hyviä. Suihkuilla on melko kapea ja tiheä ydin ja suihkun uloimmat osat ovat melko harvoja. Tämä vastaa Parametri Arvo Kuvaushyvin kokeellisia havaintoja. Kokeellisesti mitattu FDS tiheys kuitenkin antaa ulostulona vain keskiarvoja. ∆x pisaroiden keskikoko 0.02 oli m mediaani.Hilan Näinollen Kuvassa 3 112 esiintyvä keskihalkaisija v0 m/s kokeellinen Pisaroiden alkunopeus on laskettu kokeellisesti määrättyyn pisarakokohistogrammin perusteella. Huomionarvoista on tasainen DPS 2 · 105 Pisaroiden lisäämisnopeus (1/s) pisarakokojakauma koko0.1 suihkun alueella. Tyypillisesti pienet etäisyys pisarat imeytyvät R m Pisaroiden lähtöpisteen suuttimestasuihkun keskelle jättäen vain suuret pisarat suihkun ulkolaidoille. Tämä tasainen pisarakokojakauma johtuu suihkunkarkterisointikokeiden turbulenttisuudesta. simulointiin käytetty laskennallinen alue oli 1.5 metriä Vesisumujen

korkea, 0.5 metriä leveä ja 0.5 metriä syvä. Kaikki reunaehdot olivat vapaat virtaukselle. Taulukko 4.sijaitsivat FDS:n pisarakokojakauman parametrit suuttimille A,B jaMittauspisteet C. Jakauma onsijaitsivat sekoitus Suuttimet 0.1 metriä laskennallisen alueen yläreunasta. Rosin-Rammler ja Lognormaaleista jakaumista [1] metrin suuttimen alapuolella. Koejärjestelyä matkittiin keskiarvoistamalla pisaroiden ominaisuudet halkaisijaltaan 1cm pallon siällä. Herkkyystarkastelujen jälkeen päädyttiin Tilavuusperustainen Leveysparametri käyttämään 2 cm diskretointiväliä. Simulointien kesto oli 5 sekuntia, mutta mittauksissa keskihalkaisija Suutin vain viimeiset m (µm) huomioitiin 3 sekuntia. dNäin pyrittiinγ varmistamaan, että suihku oli täysin A 84 2.9 kehittynyt mittauksia tehdessä. B 79 2.26 C 116 1.98 Kuva 3 esittää NFPA kokeiden simulointitulokset yksittäisille mikrosuuttimille. Kvalitatiivisesti tulokset ovat hyviä. Suihkuilla on melko kapea ja tiheä ydin ja suihkun uloimmat osat ovat melko harvoja. Tämä vastaa hyvin kokeellisia havaintoja. Kokeellisesti mitattu pisaroiden keskikoko oli mediaani. FDS kuitenkin antaa ulostulona vain keskiarvoja. Näinollen Kuvassa 3 esiintyvä kokeellinen keskihalkaisija on laskettu kokeellisesti määrättyyn pisarakokohistogrammin perusteella. Huomionarvoista on tasainen pisarakokojakauma koko suihkun alueella. Tyypillisesti pienet pisarat imeytyvät suihkun keskelle jättäen vain suuret pisarat suihkun ulkolaidoille. Tämä tasainen pisarakokojakauma johtuu suihkun turbulenttisuudesta. Taulukko 4. FDS:n pisarakokojakauman parametrit suuttimille A,B ja C. Jakauma on sekoitus Rosin-Rammler ja Lognormaaleista jakaumista [1] Suutin A B C

Tilavuusperustainen keskihalkaisija dm (µm) 84 79 116

Leveysparametri γ 2.9 2.26 1.98

SOVELLUSESIMERKKI Tulipalot tietunneleissa ovat harvinaisia. Seuraukset palon sattuessa saattavat kuitenkin olla katastrofaalisia niin ihmishenkien kuinKuva 3. Mikrosuutinmallien validointi. Pisaroiden keskimääräinen nopeus, halkaisija ja pisaroiden vuo metrin päässä suuttimesta materiaalisten menetystenkin muodossa. Tärkeiden liikenneväylien menetteäminen voi liKanavakokeista saatua ilmannopeusdataa käytettiin suihkujen mukaansa vetämän ilman määsäksi johtaa merkittäviin haittoihin mm. elinrän validointiin. Yksittäisten mikrosuuttimien kokeet mallinnettiin yksinkertaisesti neliönmuotoisena laskennallisena alueena, joka oli avoin kahdesta päästä. Monisuuttimisten suutinkeinoelämän alueella. Modernit ajoneuvot päiden kokeissa kanavan suuaukon viereen asetettu puupalikka häiritsi virtausta seinää lähinsaattavat savuttaa leiskahduspisteen muutanä sijaitsevan mittauspisteen Palokuormat kohdalla. Näin laskennallista aluetta kasvattamassa minuutissa. Matalat tunnelit osaltaan tehty vapaapalokokeita. koos-ollen asetettiin tuulettimet, jotka jouduttiin kykenivät tuottamaan siten, että se käsitti kanavan lisäksi myös kanavan välittömän ympäristön. havainnoledesauttavat palon leviäistä ajoneuvosta toi- tuivat joko puisista tai muovisista kuormala- maan 1–2 m/s ilmavirran tunneliin. listaa suurten suutinpäiden simulointiin käytettyä mallia. seen. Useista ajoneuvoista koostuvat palot voista. Tämän projektin aikana keksityttiin Kaasun lämpötilamittauspisteet oli sijoitetsaattavat kestää useista tunneista jopa päiviin. koesarjan havaittiin, kokeeseen 2,että jossa palokuormana 50 metrin päähän palostatarkasti sekä ylätuulen, Simuloinneissa suuttimen suihkun tu alkupään mallintaminen on tärkeää. Esimerkkeinä katastrofaalisista tunnelipapuisia kuormalavoja. Tämä tarjoaa että alatuulen puolelle. Näiden mittauspisteiAivan oli erityisesti tulee varmistaa, ettäkoe simulointiin lisättävät pisarat jakautuvat riittävän monen loista voidaan mainita Mont Blancin tunnehyvin dokumentoidun tapauksen johon ver-saattoi den lisäksi alatuulenpuoleisella ovihilakopin alueelle. Liian karkean hilan käyttö johtaatunnelin epäfysikaalisiin virtauskuvioihin lipalo (1999), Tauernin tunneli (1999), suuttimen sekä rata läheisyydessä. FDS:n antamia tuloksia. tie- aukolla oli mittauslaitteistot kassun lämpötiKuva 3 Tarkempaa esittää kanavakokeiden simulointituloksia verrattuna kokeellisiin tuloksiin. osassa tapauksista simulointitulokset vastaavat hyvin kokeelliSt. Gotthardin tunneli (2001). Kaikissa näistoa kokeistaSuurimmassa on saatavilla raporteista [3,4]. lan, nopeuden ja hapen konsentraation mitsia tuloksia. sä tapauksissa avainroolissa oli kuorma-auto. San Pedro de Anesin tunneli on rakennet- taamiseksi. Oviaukko oli jaettu neljuannekTunnelipalon riskin on arvioitu olevan kas- tu erityisesti testauskäyttöön. Se on 600 met- siin ja edellämainitut mittaukset toistettiin vussa johtuen tunneleiden kasvavasta mää- riua pitkä ja 9.5 metriä leveä betonirakennus. kussakin neljänneksessä. Mittausten perusrästä ja pituuksista, sekä kasvavasta liiken- Kaareva katto on maksimissaan 8.12 metriä teella laskettu paloteho oli keskiarvo oviaunetiheydestä. korkea. Vesisumukokeita varten tunneliin ra- kon kussakin neljänneksessä itsenäisesti lasSan Pedro de Anesin tunnelissa, Espanjas- kennettiin valekatto 5.17 metrin korkeuteen ketusta palotehosta. sa, tehtiin sarja kokeita, joiden tarkoituksena tienpinnasta mitattuna. Koepalot oli sijoitetKuva 4 esittää yleiskuvan San Pedro de oli arvioida korkeapaineisten vesisumujärjes- tu 200 metriä tunnelin alatuulen puoleisesta Andesin tunnelin FDS mallista. FDS maltelmien sammutustehoa. Kokeiden aikana ei suuaukosta. Ylätuulen puoleiselle oviaukolle li käsitti koko tunnelin. Ylätuulen puolei100

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013


Ennustettu nopeus (m/s)

16 uva 5 esittää yleiskuvan San Pedro de Andesin tunnelin FDS mallista. FDS malli käsittion liian suuri, jotta kuormalavat ty hilakoko 14 oko tunnelin. Ylätuulen puoleinen oviaukko on x-akselin kohdassa 0 metriä ja voitaisiin alatuulen mallintaa yksityiskohtaisesti. Tästä 12 syystäon tehtiin uoleinen oviaukko kohdassa 600 metriä. Tunnelin neliönmuotoinen halkileikkaus 9 palokuormasta FDS:ään yksinkertaistettu malli. Kuva 5 vertaa kuvaa paloetriä leveä10 ja 5 metriä korkea. Dynaaminen painereunaehto (1.9 Pa) ylätuulen puoleisella kuorman varsinaisen palokuor8 viaukolla tuotti ilmavirran tunneliin. Laskennallinen alue jaettiin kuuteen hilaan. Itse palo FDS-mallista ja man valokuvaan. Malli pyrkii säilyttämään 6 uurion osa sammutuslaitteistosta sisältyi hilaan 4. Osa sammutuslaitteistoista juai hilojen 3 ja olennaiset osat oikean palokuorman geomet4 puolelle.Hiloissa 3-5 käytettiin 10 cm diskretointivualiä, muualla 20cm diskretointiväliä. riasta, jotta palon leviäminen sekä veden le2 unnelin kaltevuutta tai ei huomioon 2 4 6 kaareutumista 8 10 12 14 otettu 16 viäminen pinnoille saataisiin mallinnettua Mitattu nopeus (m/s)

oikein. FDS-mallissa palokuorma kuvattiin 102 esineellä, joiden mitat olivat 0.2 x 0.1 + 600 m x 2.5 metriä. Todellisen ja simuloidun paloUSESIMERKKI kuorman pinta-alat ovat 522 m2 ja 151 m2. + 426 m mWʹ′ʹ′ = MAX 0, m0ʹ′ʹ′ 1 − kQWʹ′ʹ′ .1 (2) + 402 m FDS-mallissa palokuormalle oli annettu mää+ 378 m tietunneleissa ovat harvinaisia. Seuraukset palon sattuessa saattavat kuitenkin olla + 177 m + 354 m rätty ʹ′ ʹ′ ʹ′ ʹ′ ʹ′ . = MAX 0 , m 1 − k Q (2) paloteho pinta-alayksikköä kohden. Täalisia niin ihmishenkien kuin materiaalisten menetystenkin muodossa. Tärkeiden W 0 W Yhtälössä esiintyvät symbolit ovat korjattu polttoainen massavirta , korjaamaton polttoaineen mä paloteho kasvoi lineaarisesti 150 kW asylien menetteäminen voi lisäksi johtaa merkittäviin haittoihin mm. elinkeinoelämän massavirta sekä pintaan kohdistuva muutamassa jäähdytys. Tarkemman kuvauksen ti ensimmäisen tästä Modernit ajoneuvot saattavat savuttaa leiskahduspisteen minuutissa. 100 sekunnin aikana. Sytys htälössä esiintyvät symbolit ovat korjattu polttoainen massavirta , korjaamaton unnelit osaltaan edesauttavat palon leviäistä ajoneuvosta toiseen. Useista ammutusmallista löytää VTT:n vesisumujen mallinnusta ja simulointia koskevastapolttoaineen raportista mallinnettiin kahdella 100 kw polttimella. 0 mkohdistuva sta koostuvat palot saattavat kestää+useista tunneista jopa päiviin. assavirta sekä pintaan jäähdytys. Tarkemman kuvauksen tästä 5]. Polttoaineen palamisen mallintamiseksi, mmutusmallista löytää VTT:n vesisumujen mallinnusta ja simulointia Kuva 5. . San Pedro de Andesin tunnelin FDS malli.koskevasta raportista jokaiselle simuloinnissa esiintyvälle esineeleinä katastrofaalisista tunnelipaloista voidaan mainita Mont Blancin tunnelipalo alavan kuorma-auton testissätunneli 2 oli (2001). mitoiltaan 7.7näissä m x 2.5 m x 2.1 m ja se oli leasennettu . auernin tunneli (1999), sekämalli St. Gotthardin Kaikissa määritettiin laskennallinen tiheys. FDS a avainroolissa kuorma-auto. Tunnelipalon riskin on arvioitu olevan kasvussa tukena olevien kuormalavojen lineille 1.1 oli metrin korkeuteen tienpinnasa. Palokuorman ja mallissa palavan aineen viemä tilavuus oli nneleiden kasvavasta määrästä ja pituuksista, sekä kasvavasta liikennetiheydestä . 3 m ja todellinen palokuorma oli 6023 arsinaisen palokuorman väliin oli asennettu kipsilevyjä. Palokuorma koostui 2524.896 puisesta kg. Näin laskennalliseksi tiheydeksi saatiin o de Anesin tunnelissa, Espanjassa, 1200mm tehtiin sarja kokeita, oli uormalavasta, mitoiltaan x 800joiden mmtarkoituksena x 150 mm. Palokuorman keskimääräinen orkeapaineisten vesisumujärjestelmien sammutustehoa. Kokeiden aikana ei tehty kg. Tämän laskennallisen tiheyden osteus 14.6 %. Palojokosytytettiin kahdella kuormalavoista. matalalla petroliastialla, jotka oli1050.6 asetettu kokeita. oli Palokuormat koostuivat puisista tai muovisista avulla voitiin simuloinneissa automaattisesti ojektin aikana keksityttiin koesarjan kokeeseen 2, jossa kahden palokuormana oli puisiakuormalavan sisään. alokuorman ylätuulen puoleiseen päähän alimman poistaa esineet, jotka olivat palaneet loppuun. voja. Tämä koe tarjoaa hyvin dokumentoidun tapauksen johon verrata FDS:n Sammutuksen mallintamiseksi FDS:n lähloksia. Tarkempaa tietoa kokeista on saatavilla raporteista [3,4]. uuren mittakaavan simulaatioissa käytetty hilakoko on liian suuri, jotta kuormalavat voitaidekoodiin tehtiin pieni muutos. Vesisumujen de Anesin tunneli on rakennettu erityisesti testauskäyttöön. Se on 600syystä metriua pitkä in mallintaa yksityiskohtaisesti. Tästä tehtiin palokuormasta FDS:ään sammutustehon oletettiin johtuvan veden triä leveä betonirakennus. Kaareva katto on maksimissaan 8.12 metriä korkea. Kuva 6. . Todellinen palokuorma (oikealla) ja yksinkertaistettu malli (vasemmalla) haihtumisen aiheuttamasta pintojen jäähtyksinkertaistettu kuvaa palokuormanFDS FDS mallista varsinaisen kokeita varten tunneliinmalli. rakennettiinKuva valekatto65.17vertaa metrin korkeuteen tienpinnasta misestä. Täten paloteho jokaisessa polttoaiKoepalot oli sijoitettu 200 metriäMalli tunnelinpyrkii alatuulensäilyttämään puoleisesta suuaukosta. alokuorman olennaiset oikean palokuorman Kuva 7 esittäävalokuvaan. sammutuslaitteiston sijoittelun tunnelissa suhteessaosat palokuormaan. Kaiken puoleiselle oviaukolle asetettiin tuulettimet, jotka kykenivät tuottamaan 1-2 m/s neen pinnan pisteessä oletettiin riippuvan liKuva 6. . Todellinen palokuorma (oikealla) ja yksinkertaistettu FDS malli (vasemmalla) eometriasta, palon sekä veden pinnoille saataisiin mallinnettua aikkiaan suutinta oli leviäminen asennettu kolmeen riviinleviäminen . Rivien väli oli 3 metriä ja suuttimien tunneliin. 24 jotta neaarisesti FDS:n laskemasta pinnan jäähdy2 kein.7 FDS mallissa, palokuorma 102tunnelissa esineellä mitatpalokuormaan. olivat virtausnopeus 0.2 x 0.1 x 2.5 pinta-alaa. Veden älinen etäisyys 4 metriä. Jokainenkuvatiin suutin suojasi n. 12 m joiden uva esittää sammutuslaitteiston sijoittelun suhteessa Kaiken tyksestä (Water Cooling Per Unit Area). Limpötilamittauspisteet oli sijoitettu 50 metrin päähän palosta sekä ylätuulen, että 2 2 ja 151 m . FDS käyttäjän määrittämää vakioetriä. Todellisen ja simuloidun palokuorman pinta-alat ovat 522 m ärjestelmässä oli 1180 l/min. ikkiaan 24 suutinta oli lisäksi asennettu kolmeen riviinoviaukolla . Rivien puolelle. Näiden mittauspisteiden tunnelin alatuulenpuoleisella oli väli oli 3 metriä ja suuttimien säksi käytettiin teistot kassun lämpötilan, nopeuden ja hapen konsentraation mittaamiseksi.2pinta-alayksikköä kohden. allissa palokuormalle annettu määrätty paloteho Tämä ta k. Polttoaineen massavirta korjattuna samlinen etäisyys 4 metriä. oli Jokainen suutin suojasi n. 12 m pinta-alaa. Veden virtausnopeus oli jaettu neljuanneksiin ja edellämainitut mittaukset toistettiin kussakin aloteho kasvoi lineaarisesti 150 kW asti ensimmäisen 100 sekunnin aikana. Sytys mutusjärjestelmän teholla laskettiin kaavasta jestelmässä oli 1180 l/min. sessä. Mittausten perusteella laskettu paloteho oli keskiarvo oviaukon kussakin

Kanavakokeiden simulointituloksien vertailu kokeellisiin tuloksiin. Punaiset pisteet nopeuksia kanavan sienän vieressä ja mustat pisteet kanavan keskiakselilla 2

(

(

( (

3 4 5

6

)) ))

allinnettiin 100 kw sessä itsenäisesti kahdella lasketusta palotehosta.

polttimella.

(

(

))

mWʹ′ʹ′ = MAX 0, m0ʹ′ʹ′ 1 − kQWʹ′ʹ′ .

(2)

Yhtälössä esiintyvät symbolit ovat korjattu pol olttoaineen palamisen mallintamiseksi, jokaiselle simuloinnissa esiintyvälle Yhtälössä esineelle esiintyvät symbolit ovat korjattu massavirta sekä pintaan kohdistuva jää polttoainen ääritettiin laskennallinen tiheys. FDS mallissa palavan aineen viemä tilavuus oli 4.896 m3 ja massavirta , korjaamaton poltsammutusmallista löytää VTT:n vesisumujen m toaineen massavirta sekä pintaan kohdistudellinen palokuorma oli 6023 kg. Näin laskennalliseksi tiheydeksi saatiin 1050.6 kg. Tämän [5]. +372 m +400 m va jäähdytys. skennallisen tiheyden avulla voitiin simuloinneissa automaattisesti poistaa esineet jotka Tarkemman kuvauksen tästä Kuvaloppuun. 7. Vesisumu suuttimien sijoittelu San Pedro de Andesin tunnelissa. sammutusmallista löytää VTT:n vesisumuivat palaneet jen mallinnusta ja simulointia koskevasta ra+372 m palotehon sekä vapaa palon tapauksessa, +400 m Kuva 8 esittää simuloidun että vesisumujärjestelmän portista [5]. ammutuksen mallintamiseksi FDS:n lähdekoodiin tehtiin pienilainkaan muutos.vapaapalokokeita, Vesisumujen samanssa. San Pedro de Andesinsuuttimien tunnelikokeiden yhteydessä ei tehty Kuva 7. Vesisumu sijoittelu San Pedro de Andesin tunnelissa. Kuva 6 esittää sammutuslaitteiston sijoitteutustehon oletettiin johtuvan veden haihtumisen aiheuttamasta pintojen jäähtymisestä. Täten suhteessa palokuormaan. Kainen oviaukko on x-akselin kohdassa 0 met-vesisumujärjestelmän Palavan kuorma-auton malli testissä 2 oli lun tunnelissa oten kokeellinen paloteho on saatavilla vain tapauksessa. Vapaapalossa uva 8 esittää simuloidun palotehon sekä vapaa palon tapauksessa, että vesisumujärjestelmän aloteho jokaisessa polttoaineen pinnan pisteessä oletettiin riippuvan lineaarisesti FDS:n las- 24 suutinta oli asennettu kolja alatuulen puoleinen kohdassa alle mitoiltaan 7.7 ja m xpalo 2.5 mkestää x 2.1 mn.ja 10 se oliminuuttia. ken kaikkiaan muloidunriäpalotehon maksimioviaukko aon hieman 80 MW 600 metriä. neliönmuotoinen hal-Mawhinneyn asennettu telineille 1.1 Lisäksi metrin 75 korkeuteen meen riviin . Rivien väli oli 3 metriä ja suutnssa. San Pedro deTunnelin Andesin tunnelikokeiden yhteydessä ei tehty lainkaan vapaapalokokeita, emasta pinnan jäähdytyksestä (Water Cooling Per Unit Area). käytettiin käyttäjän imuloitu paloteho on melko hyvin linjassa [3] arvioiman MW palotehon kileikkaus on 9 metriä leveä ja 5 metriä kortienpinnasa. Palokuorman tukena olevien timien välinen etäisyys 4 metriä. Jokainen en kokeellinen paloteho on saatavilla vain vesisumujärjestelmän tapauksessa. Vapaapalossa äärittämää vakiota k. Polttoaineen massavirta korjattuna sammutusjärjestelmän teholla lasanssa. 2 kea. Dynaaminen painereunaehto (1.9 Pa) kuormalavojen ja varsinaisen palokuorman suutin suojasi muloidun palotehon maksimi aon hieman alle 80 MW ja palo kestää n. 10 minuuttia. n. 12 m pinta-alaa. Veden ettiin kaavasta ylätuulen puoleisella oviaukolla tuotti ilma- väliin oli asennettu kipsilevyjä. Palokuorma virtausnopeus järjestelmässä oli 1180 l/min. Kuva 6. . Todellinen palokuorma (oikealla) muloitu paloteho on melko hyvin linjassa Mawhinneyn [3] arvioiman 75 MW palotehon virran tunneliin. Laskennallinen alue jaet- koostui 252 puisesta kuormalavasta, mitoilKuva 8 esittää simuloidun palotehon senssa. Kuva esittää sammutuslaitteiston tiin kuuteen hilaan. Itse palo ja suurion osa taan 1200 mm x 800 mm x 150 mm. Palo- kä vapaa7palon tapauksessa, että vesisumujär-sijoittelun sammutuslaitteistosta sisältyi hilaan 4. Osa sammutuslaitteistoista juai (jäi?) hilojen 3 ja 5 puolelle. Hiloissa 3–5 käytettiin 10 cm:n diskretointivualiä, muualla 20 cm diskretointiväliä. Tunnelin kaltevuutta tai kaareutumista ei otettu huomioon

kuorman keskimääräinen kosteus oli 14.6 %. Palo sytytettiin kahdella matalalla petroliastialla, jotka oli asetettu palokuorman ylätuulen puoleiseen päähän kahden alimman kuormalavan sisään. Suuren mittakaavan simulaatioissa käytet-

kaikkiaankanssa. 24 suutinta kolmeen r jestelmän San Pedroolideasennettu Andesin tunvälinen etäisyys 4 metriä. Jokainen suutin suo nelikokeiden yhteydessä ei tehty lainkaan vajärjestelmässä oli 1180 l/min. paapalokokeita, joten kokeellinen paloteho on saatavilla vain vesisumujärjestelmän tapauksessa. Vapaapalossa simuloidun palotehon maksimi on hieman alle 80 MW ja palo kesPALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

101


Kuva 8. Paloteho San Pedro de Andesin tunnelin kokeessa 2 Simuloitu palo kehittyy nopeammin kuin kokeellinen plo. Vesisumujärjestelmä käynnistyy kunSimuloitu n. 235 paloteho sekuntiaonsyttymisestä, kun paloteho on saavuttanut 10 MW rajan. Käynnistymisen tää n. 10 minuuttia. 80 jälkeen paloteho jatkaa kasvuaan hetken, kunnes sammutusjärjestelmä saa palon hallintaan melko hyvin linjassa Mawhinneyn [3] arviFreeburn (FDS) 400 sekunnin kohdalla. Tätä ensimmäistä piikkiä lukuunottamatta, simuloitu paloteho vastaa oiman 75 MW:n palotehon kanssa. Mist (FDS) hyvin kokeellista palotehoa. Tämä osoittaa, että käytetty malli kykenee ennustamaan Simuloitu palo kehittyy nopeammin kuin Mist (experiment) 60 kokeellinen plo. Vesisumujärjestelmä käyn- sammutustehon suuren mittakaavan vesisumujärjestelmän kokeessa.

Temperature (°C)

HRR (MW)

nistyy kun n. 235 sekuntia syttymisestä, kun paloteho on Kuva saavuttanut 10 MW ra9 esittää simuloidut maksimilämpötilat tunnelin keskilinjalla, palon läheisyydessä ja 0.1 jan. Käynnistymisen jälkeen paloteho jatkaa 40 m katon alapuolella. Punainen viiva vastaa vapaapalon simulointia ja sininen puolestaan kasvuaan hetken, kunnes sammutusjärjestelsimulointia vesisumujärjestelmän kanssa. Lisäksi kokeista saadut maksimilämpötilat on mä saa palon hallintaan 400 sekunnin kohmerkitty vihreillä pisteillä. Palo oli pisteiden 384 m ja 394 m välissä. Vapaapalon dalla. Tätä ensimmäistä piikkiä lukuunotta20 tapauksessa lämpötilat tunnellin keskilinjalla nousevat lähes 1400 °C asti. Tämä on matta, simuloitu paloteho vastaa hyvin kotodennäköisesti liikaa, sillä näin suuria lämpötiloja on yleensä kokeellisesti havaittu vain keellista palotehoa. Tämä osoittaa, että käytetty malli kykeneenestepaloissa ennustamaan vesisumu[6]. Tästä lämpötilojen ylirvioinnista 0huolimatta FDS kykenee ennustamaan järjestelmän sammutustehon suuren mitta- aleneman kun käytössä on veisusmujärjestelmä. Maksimilämpötilojen maksimilämpötilojen 0 500 1000 1500 2000 kaavan kokeessa. aleneminen vesisumujärjestelmää käytettäessä saattaa vaikuttaa tietunneleiden rakenteellisen Time (s) Kuva 9 esittää simuloidut maksimilämpöpalonkeston vaatimuksiin. tilat tunnelin keskilinjalla, palon läheisyydesKuva 8. Paloteho San Pedro de Andesin tunnelin kokeessa 2 1400 sä ja 0.1 m katon alapuolella. Punainen viiSimuloitu palo kehittyy nopeammin kuin kokeellinen plo. Vesisumujärjestel va vastaa vapaapalon simulointia ja sininen 1200 kun n. 235 sekuntia syttymisestä, kun paloteho on saavuttanut 10 MW rajan. K puolestaan simulointia vesisumujärjestelmän jälkeen paloteho jatkaa kasvuaan hetken, kunnes sammutusjärjestelmä saa p kanssa. Lisäksi kokeista saadut maksimiläm1000 pötilat on merkitty vihreillä pisteillä. Palo oli 400 sekunnin kohdalla. Tätä ensimmäistä piikkiä lukuunottamatta, simuloitu p pisteiden 384 m ja 394 m välissä. Vapaapalon hyvin kokeellista palotehoa. Tämä osoittaa, että käytetty malli kykenee 800 tapauksessa lämpötilat tunnellin keskilinjalla vesisumujärjestelmän sammutustehon suuren mittakaavan kokeessa. Freeburn (FDS) nousevat lähes 1400 °C:een asti. Tämä on toWater mist (FDS) 600 Water mist dennäköisesti liikaa, sillä näin suuria lämpötiKuva 9 esittää simuloidut maksimilämpötilat tunnelin keskilinjalla, palon lähei (experiment) loja on yleensä kokeellisesti havaittu vain nes400katon alapuolella. Punainen viiva vastaa vapaapalon simulointia ja sinin m tepaloissa [6]. Tästä lämpötilojen ylirvioinsimulointia vesisumujärjestelmän kanssa. Lisäksi kokeista saadut maksim nista huolimatta FDS kykenee ennustamaan 200 merkitty vihreillä pisteillä. Palo oli pisteiden 384 m ja 394 m välissä. maksimilämpötilojen aleneman kun käytössä tapauksessa lämpötilat tunnellin keskilinjalla nousevat lähes 1400 °C a on veisusmujärjestelmä. Maksimilämpötilo0 370 380 390 400 410 420 jen aleneminen vesisumujärjestelmää käytettodennäköisesti liikaa, sillä näin suuria lämpötiloja on yleensä kokeellisest täessä saattaa vaikuttaa tietunneleiden rakennestepaloissa [6].Position Tästä(m) lämpötilojen ylirvioinnista huolimatta FDS kykene teellisen palonkeston vaatimuksiin. maksimilämpötilojen aleneman kun käytössä on veisusmujärjestelmä. Maksi

Kuva 9. Maksimilämpötilat katonrajassa palolähteen ympäristössä. aleneminen vesisumujärjestelmää käytettäessä saattaa vaikuttaa tietunneleiden vat mallit ovat riittävän tarkkoja vesisumu- and Technology, Gaithersburg, Maryland palonkeston vaatimuksiin.

Projektin aikana huomattiin, että FDS:llä kyettiin toistamaan hyvin pienen skaalan kokeiden tulokset. Suuremman mittakaavan kokeet asettivat huomattavasti suurempia haasteita. Eräs merkittävä syy tähän on vesisumujen moniskaalainen olemus. Vesisumujen pisarat itsessään ovat hyvin pieniä ja vesisumu suihkut nopeita ja kapeita. Sovellusalueet usein varsin suuria. Ensinmainitusta syystä simuloinneissa haluttaisiin käyttää hyvin hienoja hiloja. Suuret sovellusalueet yhdessä rajallisen laskentakapasiteetin kanssa vaatisivat käyttämään melko karkeita hiloja. Pienen mittakaavan kokeissa yleensä hilan tiheys pystyttiin pitämään riittävänn pienenä. Tästä esimerkkinä yhden suuttimen karakterisointikokeet, joissa hilatiheyden piti olla 2 cm:n luokkaa, jotta koetulokset pystyttiin luotettavasti toistamaan. Vastaavasti suuren mittakaavan tunnelilaskuissa tarkinkin hila oli vain 10 cm hilakopilla. Tietokoneiden laskentakapasiteetti jatkaa tulevaisuudessa kasvuaan. Kuitenkin siirtyminen 10 cm:n hilakopista 2 cm:n hilakoppiin kasvattaa laskentakapasiteetin tarvetta yli 64-kertaiseksi. Tulokset osoittavat, että vesisuhkuja kuvaa102

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

suihkujen kuvaamiseksi, kun pisarasuihkun 1400 reunaehdot (pisarakokojakauma ja nopeus) pystytään määrittelemään. Numeerisen 1200 ratkaisemisen näkökulmasta simulointi-mallissa on vielä paljon haasteita. Niistä tärkeim1000 mät liittyvät vinojen suihkujen simulointiin ja tulosten voimakkaaseen riippuvuuteen rat800 kaisun resoluutiosta.

2. Ditch, B. and Yu, H.-Z. Water mist spray characterization and its proper application for numerical simulations. Fire Safety Science vol 9 pp 541–552, 2008. 3. Mawhinney, J.R., Trelles, J., Computational fluid dynamics modelling of water mist systems on large HGV fires in tunnels, Journée d’Etude Technique: Brouillard d’Eau Freeburn (FDS) – Quoi de Neuf? Pôle Européen de(FDS) Sécurité, Water mist 600 KIITOKSET Water mist CNPP, Vernon, France, 2007. (experiment) Mikrosuihkujen karakterisoinnit suorittivat 4. Mawhinney, J. R. and Trelles, J. 2008. 400 Maria Putkiranta, Riina Rajala and Pentti The Use of CFD-FDS Modeling for EstabSaarenrinne Tampereen teknillisessä yliopislishing Performance Criteria for Water Mist 200 tossa. Tätä työtä ovat rahoittaneet Marioff Systems in Very Large Fires in Tunnels. InCorporation Oy, Rautaruukki Oyj, YIT0 ternational Symposium on Tunnel Safety and 380 vol 3390 400 410 420 Kiinteist ötekniikka Oy ja Insinööritoimis- 370Security s. 29–42. to Markku Kauriala. Teknistä tukea ovat an5. Vaari J, Sikanen T., Hostikka S. & PaaPosition (m) taneet Peter Grönberg, Ville Heikura, Toni janen A., Numerical simulations on the perKuva 9. Maksimilämpötilat katonrajassa palolähteen ympäristössä Neitola ja Veli-Pekka Vaari, VTT:ltä. formance of water-based fire suppression systems. VTT TECHNOLOGY 54, VTT LÄHDELUETTELO Technical Research Centre of Finland, Es1. McGrattan K., Hostikka S, Floyd J., Mell poo,2012. W., McDermott R (2007) Fire Dynamics Si6. Ingason, H. Design fires in tunnels, mulator, Technical Reference Guide, Volume 2nd International Symposium Safe & reli1: Mathematical Model. NIST Special Publi- able tunnels – Innovative European Achiecation 1018, National Institute of Standards vements, Lausanne, 2006. Temperature (°C)

YHTEENVETO JA POHDINTA


Jukka Vaari, Terhi Kling, Tuomo Rinne ja Simo Hostikka, VTT, PL1000, 02044 VTT

Pelastuslaitoksen ja sprinkleri­ laitoksen jäähdytyskyvyn simulointi suuressa nestepalossa Tiivistelmä Tässä työssä suoritettujen palosimulointien tarkoituksena on esimerkinomaisesti selvittää, mikä on pelastuslaitoksen tai automaattisen sammutuslaitteiston toiminnan tuottama jäähdytysvaikutus suuressa nestepalossa jäähdytykseen käytettävissä olevan vesivirtaaman funktiona. Esimerkkinä tarkasteltiin Tampereen rautatieaseman eteläpuolisen rata-alueen päälle rakennettavan kannen alapuolista säiliövaunupaloa, jossa paloteho on 200 MW. Jäähdytystavoiksi valittiin tyypillinen pelastuslaitoksen käytössä oleva vesitykki ja aluelaukaisuun perustuva sprinklerilaitteisto. Työssä havaittiin, että vesitykin suihku on edullista suunnata mahdollisimman hyvin säiliöjunan suuntaiseksi. Tällöin voidaan yhtäältä hyödyntää suihkun suurta kantamaa, ja toisaalta saada kapea vesisuihku tehokkaimmin kastelemaan palavaa vaunua. Sprinklerien osalta työssä voitiin selkeästi erottaa toisistaan sprinklerityypin vaikutus järjestelmän toimintaan. Veden käytön näkökulmasta vesitykit ja sprinklerilaitos tuottivat karkeasti ottaen samansuuruisen jäähdytysvaikutuksen samalla vesivirtaamalla.

JOHDANTO Tampereen Keskusareena[1] on hanke, jonka tarkoituksena on rakentaa uusi monitoimihalli Tampereelle. Halli tulee sijaitsemaan Sorin sillasta etelään junaradan päällä, rautatie- ja linja-autoasemien läheisyydessä. Sen yhteyteen rakennetaan myös toimistotilaa, myymälöitä ja asuinrakennuksia. Keskusa-

reenan alapuolista ratayhteyttä pitkin kulkee merkittäviä määriä vaarallisia kemikaaleja, joihin liittyvät riskit on huomioitava. Yhtenä riskinä on palavaa nestettä sisältävän säiliöjunan onnettomuus areenaa kannattelevan kansirakenteen alla, mikä voi johtaa suureen nestepaloon. Tähän liittyy kaksi merkittävää uhkakuvaa, joiden toteutuminen on estettävä. Ensinnäkin palavan nesteen höyryräjähdys (BLEVE) suuren kaupungin keskustassa altistaisi kohtuuttoman monet ihmiset vaaralle alttiiksi. Toiseksi, areenaa kannattelevassa kansirakenteessa ei saa aiheutua sellaisia vaurioita, jotka johtaisivat kannen yläpuolisten rakennusten vaurioitumiseen esimerkiksi taipumien vuoksi. Tämän työn ensisijaisena tavoitteena on tutkia mahdollisuutta simuloida pelastuslaitoksen käyttämien vesitykkien jäähdytyskykyä kannen alapuolisessa nestepalossa virtauslaskentaan perustuvan palosimuloinnin avulla. Toissijaisena tarkoituksena on verrata vesitykkien jäähdytystehoa aluelaukaisuun perutuvien sprinklerijärjestelmien jäähdytystehoon. Työ toteutettiin osana VTT:n ja Pelastusopiston suorittamaa SIREENI-tutkimusprojekti[2].

LASKENTAMALLIN KUVAUS Simuloinnit suoritettiin käyttäen Fire Dynamics Simulator -ohjelmaa (FDS, versio 6.0.0, SVN 9977), joka on tulipaloon, sen nostevirtauksiin ja lämmönsiirtoon erikoistunut virtauslaskentamalli[3].

Mallinnettu alue Kuvassa 1 on esitetty Keskusareenan kannen alapuolinen ratapiha-alue. Kannella katetun alueen pituus on n. 300 m, ja kannen alapuolinen vapaa korkeus vaihtelee välillä 6,5 m – 8,5 m. Kuvaan on punaisella suorakulmiolla merkitty 100 m pitkä, 15,6 m leveä ja 7,2 m korkea alue, jota simuloinneissa tarkasteltiin. Laskenta-alueen itäisenä reunana on pysäköintihalliin rajoittuva seinä, muissa suunnissa reunaehto on avoin. Seinä ja kansi oletettiin betoniksi, maanpinta puolestaan soraksi. Betonin materiaaliparametrit otettiin Eurokoodien osasta 2. Paikkaresoluutioksi valittiin 20 cm. Tuulen vaikutusta ei huomioitu. Säiliöjunan mallinnuksessa (kuva 2) lähtökohtana oli VR Transpointin vaunukuvastossa esitetty bensiinivaunu, jonka pituus on 14 m, ulkohalkaisija 2,8 m ja tilavuus 83 m3. Kokonaisia vaunuja voidaan mallinnettavalle alueelle sijoittaa 6 kappaletta, kun vaunujen välinen etäisyys on 1 m. Seitsemännestä vaunusta malliin mahtuu vain osa. Juna sijaitsee leveyssuunnassa mallin keskiakselilla, ja vaunut ovat 1 m:n korkeudella maanpinnasta. Vaunujen oletettiin olevan 1 cm paksua terästä (materiaaliparametrit eurokoodien­osasta 3) ja täynnä nestemäistä heptaania.

Palaminen Vuotavan nesteen palo kuvattiin 18 m × 5,6 m kaasupolttimena, joka oli sijoitettu PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

103


rajoittuva seinä, muissa suunnissa reunaehto on avoin. Seinä ja kansi oletettiin betoniksi, maanpinta puolestaan soraksi. Betonin materiaaliparametrit otettiin Eurokoodien osasta 2. Paikkaresoluutioksi valittiin 20 cm. Tuulen vaikutusta ei huomioitu.

keskimmäisen vaunun alle. Kun polttimen palotehoksi pinta-alayksikköä kohti asetettiin 1984 kW/m2, palotehoksi saatiin 200 MW. Olettamalla heptaanin palamislämmöksi 44 MJ/kg ja tiheydeksi 680 kg/m3 saadaan palotehoa 200 MW vastaavaksi heptaanin vuotonopeudeksi 6.7 l/s. Tällä nopeudella vaunun tilavuuden verran heptaania palaa n. 3.5 tunnissa. Palaminen kuvattiin FDS:n oletusarvoisella palamismallilla, jossa polttoaineeksi asetettiin n-heptaani, ja noen ja hiilimonoksidin tuotoiksi 0.01 kg/kg. Kaasufaasin sammutusalgoritmi kytkettiin pois päältä. Tämä tehtiin siksi, että tässä työssä haluttiin keskittyä nimenomaan veden jäähdytystehon systemaattiseen arviointiin (ei sammutustehon). Lisäksi joissain tapauksissa (erityisesti kun suurta paloa sammutetaan vedellä pienessä tilassa) kaasufaasin sammutusalgoritmi kylläkin sammuttaa liekkiä, mutta tällöin palamaton polttoaine voi syttyä uudelleen kauempana palosta, koska FDS:ssä polttoaineen ja hapen palaminen on oletusarvoisesti spontaania. Tällainen spontaani epäfysikaalinen palaminen vääristää jäähdytystehon arviointia aiheuttamalla lämpörasitusta siellä missä sitä ei kuuluisi olla

Lämpörasituksen mittaaminen

tapauksissa (erityisesti kun suurta paloa sammutetaan vedellä pienessä tilassa) kaasufaasin sammutusalgoritmi kylläkin sammuttaa liekkiä, mutta tällöin palamaton polttoaine voi syttyä uudelleen kauempana palosta, koska FDS:ssä polttoaineen ja hapen palaminen on oletusarvoisesti spontaania. Tällainen spontaani epäfysikaalinen palaminen vääristää jäähdytystehon arviointia aiheuttamalla lämpörasitusta siellä missä sitä ei kuuluisi olla

Vesitykit määriteltiin laskentamallissa suuttimina, joille annettiin haluttu paikka, suuntaus, virtaama jne. Tyypillisenmallinnettu pelastuslaitoksen käyttämän vesitykin virtaama on 3000 l/min kun Kuva 1. FDS-ohjelmalla osa kannen alapuolisesta tapauksissa (erityisesti kun suurta paloa sammutetaan vedellä pienessä tilassa) kaasufaasin ratapiha-alueesta. suutinpaine sammutusalgoritmi on 10 bar.kylläkin Yksisammuttaa tällainen vesitykki on polttoaine Rosenbauer RM60C, jonka suorasuihkun liekkiä, mutta tällöin palamaton voi syttyä kauempana palosta, koska FDS:ssä polttoaineen ja hapen palaminen on Vesitykit laskentamallissa suuttimina, joille annettiin haluttu paikka, suuntaus, kantama määriteltiin onuudelleen valmistajan ilmoituksen mukaan 85 m.palaminen Vesijakaumasta tai suihkun pisarakoosta oletusarvoisesti spontaania. Tällainen spontaani epäfysikaalinen vääristää arviointia pelastuslaitoksen aiheuttamalla lämpörasitusta sielläkäyttämän missä sitä ei kuuluisivesitykin olla virtaama jne.jäähdytystehon Tyypillisen on 3000 l/min kun ei ole saatavana tietoa. Mallissa suihku luotiin syöttämällä 20000virtaama pisaraa sekunnissa suihkun Kuva 2. Säiliöjunan ja nestepalon sijainti. Säiliöjunan on mallinnuksessa (kuva 2)vesitykki lähtökohtana oli VR Transpointin vaunukuvastossa suutinpaine 10 bar. Yksi tällainen on asetettiin Rosenbauer jonka suorasuihkun3 akselin suuntaisesti. Keskimääräiseksi pisarakooksi 2000RM60C, µm. Lämpörasituksen esitetty bensiinivaunu, jonka pituusmukaan on mittaaminen 1485m,m.ulkohalkaisija 2,8taimsuihkun ja tilavuus 83 m . kantama on valmistajan ilmoituksen Vesijakaumasta pisarakoosta Kokonaisia vaunuja voidaan mallinnettavalle alueelle sijoittaa 6 kappaletta, kun vaunujen eiSprinklerijärjestelmien ole saatavana tietoa. Mallissa suihku luotiin syöttämällä pisaraa sekunnissa Kuvassasimuloinneissa 3 on havainnollistettu rakenteisiin ja 20000 vaunuihin kohdistuvan lämpörasituksen määritosalta käytettiin sekä conventionalettä suihkun sprayvälinen etäisyys onKeskimääräiseksi 1 m. Seitsemännestä vaunusta malliin mahtuu osa. Juna sijaitsee tämistä palavan vaunun kohdalla. Keltainen katkoviiva kuvaa tilavuutta, joka ympäröi palavaa µm. vain akselin suuntaisesti. pisarakooksi asetettiin 2000 tyyppisiä avosuuttimia. Tavoite oli tuottaa sprinklerijärjestelmille vesivuon arvot väliltä 10-30 vaunua. Musta katkoviiva kuvaa palavan vaunun yläpuolella olevaa kannen alapinnan osaa. leveyssuunnassa mallin keskiakselilla, ja vaunut ovat 1,1 jam suutinten korkeudella maanpinnasta. mm/min. Mallinnetut suutintyypit on kanteen koottu hajotuskuviot on Lämpörasitukset ja taulukkoon vaunuihin määritettiin vastaavalla tavalla myös palavan vaunun Vaunujen oletettiin olevan 1cm paksua terästä (materiaaliparametrit eurokoodien osasta 3) ja ensimmäisten ja toisten lähinaapurien kohdalta. Mitattavina suureinasuuttimelle olivat lämpötila, lämpöesitetty kuvassa 4. Pisaroiden lähtönopeus laskettiin olettamalla aluksi Sprinklerijärjestelmien osalta simuloinneissa käytettiin sekä conventionalettä jokin sprayvuo, ja veden jäähdytysteho. Lämpövuo mitattiin kylmän pinnan vastaanottamana lämpövuotäynnä nestemäistä heptaania. tyyppisiä avosuuttimia. Tavoite olimistä tuottaa sprinklerijärjestelmille vesivuon 10-30 realistinen K-arvo ja virtaama Q, suutinpaine laskettiinantamaa kaavalla Lähtönop)2 .väliltä p = (Veden Qarvot Kjäähdytysteho na, vastaten vesijäähdytteisein säteilymittarin lukemaa. mitat2 mm/min. Mallinnetut suutintyypit onW/m koottu taulukkoon 1, ja hajotuskuviot , joten sen yksikkö on sama kuinsuutinten lämpövuon yksikkö. Tässä työssä on ratiin yksiköissä missä etutekijä 0.6 pätee hajottajalevyllisileus saatiin paineen avulla kaavasta v = 0 . 6 2 p ρ Palaminen portoidut pintoihin kohdistuvat lämpörasitukset ilmoitetaanaluksi lämpövuon ja jäähdytystehon eroesitetty kuvassa 4. Pisaroiden lähtönopeus laskettiin olettamalla suuttimelle jokin Kuva 2. Säiliöjunan ja nestepalon sijainti. tuksena, mitä kutsutaan nettolämpövuoksi. le suuttimille[4]. Conventional-tyyppisten suuttimien tapauksessa pisarat syötettiin kulmien realistinen K-arvo ja virtaama Q, mistä suutinpaine laskettiin kaavalla p = (Q K )2 . LähtönopLämpörasituksen mittaaminen 40° ja 130° välille palo painovoimavektoriin Spray-tyyppisten suuttimien tapauksessa Vuotavan nesteen kuvattiin 18 E2 mnähden. × 5,6E1 m kaasupolttimena, joka oli sijoitettu Palava P1 P2 Kuvassa 3 kulmien onavulla havainnollistettu rakenteisiin kohdistuvan määritmissäpinta-alayksikköä etutekijä 0.6 päteekohti hajottajalevyllisileus saatiin paineen kaavasta pisarat syötettiin 40° ja polttimen 130° painovoimavektoriin nähden. Keskimääräiseksi vjakatkoviiva =vaunuihin 0välille .6kuvaa 2palotehoksi ptilavuutta, ρ lämpörasituksen keskimmäisen vaunun alle. Kun asetettiin 1984 tämistä palavan vaunun kohdalla. Keltainen joka ympäröi palavaa 2 pisarakooksi asetettiin 1200 µm. Malliin sijoitettiin kaikkiaan 52pisarat suutinta 20 cm kannen vaunua. Musta katkoviiva kuvaa palavan vaunun yläpuolella olevaa kannenheptaanin alapinnan osaa. palamislämmöksi , palotehoksi saatiin 200 MW. Olettamalla 44 MJ/kg lekW/m suuttimille[4]. Conventional-tyyppisten suuttimien tapauksessa syötettiin kulmienja Lämpörasitukset3kanteen ja vaunuihin määritettiin vastaavalla tavalla myös palavan vaunun alapinnan alapuolelle, 3.5m xpalotehoa 3.35m hilaan siten, että lämpösuuttimet muodostivat neljä rin-6.7 saadaan 200 MW vastaavaksi heptaanin vuotonopeudeksi tiheydeksi kg/mjapainovoimavektoriin ensimmäisten toisten lähinaapurien kohdalta. Mitattavina suureina olivat lämpötila, 40° ja 130°680 välille nähden. Spray-tyyppisten suuttimien tapauksessa vuo, ja veden jäähdytysteho. Lämpövuo mitattiin kylmän pinnan vastaanottamana lämpövuonakkaista junan suuntaista riviä. Suutinten suojaama ala kattoi palavan vaunun sekä sen enl/s. Tällä nopeudella vaunun tilavuuden verran heptaania palaa 3.5 tunnissa. na, vastaten vesijäähdytteisein säteilymittarin antamaa lukemaa. Veden jäähdytysteho mitat- n. pisarat syötettiin kulmien 40° ja 130° välille painovoimavektoriin nähden. Keskimääräiseksi 2 tiin yksiköissä W/m , joten sen yksikkö on sama kuin lämpövuon yksikkö. Tässä työssä rasimmäiset lähinaapurit molempiin Suojausalan mitatero-olivat x 14.0m (610m ). pintoihin kohdistuvat ilmoitetaansijoitettiin lämpövuon ja jäähdytystehon pisarakooksi portoidut asetettiin 1200 lämpörasitukset µm. suuntiin. Malliin kaikkiaan 5243.6m suutinta 20 cm kannen tuksena, mitä kutsutaan nettolämpövuoksi. P nPalaminen kuvattiin FDS:n oletusarvoisella palamismallilla, jossa polttoaineeksi asetettiin alapinnan alapuolelle, 3.5m x 3.35m hilaan siten, että suuttimet muodostivat neljä rinKuva 3. Palava Rakenteisiin ja vaunuihin kohdistuvan keskimääräisen lämpörasituksen Taulukkojunan 1. Simuloinneissa käytetyt avosuutintyypit. E2 E1 P1 P2 heptaani, ja noen ja hiilimonoksidin tuotoiksi 0.01 kg/kg. Kaasufaasin sammutusalgoritmi nakkaista suuntaista riviä. Suutinten suojaama ala kattoi palavan vaunun sekä sen enmäärittäminen. kytkettiin lähinaapurit pois päältä. molempiin Tämä tehtiin siksi, Suojausalan että tässä työssä haluttiin keskittyä nimenomaan simmäiset suuntiin. mitat olivat 43.6m x 14.0m (610m2). Vesisuihkujen määrittely Suutintyyppi K-arvo Virtaama Paine Nopeus Suojausala Lisäksi Vesivuo veden jäähdytystehon systemaattiseen arviointiin (ei sammutustehon). joissain 1/2 l/min/bar l/min bar m/s m2 mm/min Taulukko 1. Simuloinneissa käytetyt avosuutintyypit. K115 spray/conv 115 120 1,09 8,9 P 11,7 10,2 Kuva 3. Rakenteisiin ja vaunuihin kohdistuvan keskimääräisen lämpörasituksen määrittäminen. K160 spray/conv 160 240 2,25 12,7 11,7 20,5 Suutintyyppi K-arvo Virtaama Paine Nopeus Suojausala Vesivuo 1/2 Vesisuihkujen määrittely K240 spray/conv 240 360 2,25 12,7 11,7 30,7 l/min/bar l/min bar m/s m2 mm/min K115 spray/conv 115 120 1,09 8,9 11,7 10,2 K160 spray/conv 160 240 2,25 12,7 11,7 20,5 K240 spray/conv 240 360 2,25 12,7 11,7 30,7

Kuvassa 3 on havainnollistettu rakenteisiin ja vaunuihin kohdistuvan lämpörasituksen määrittämistä palavan vaunun kohdalla. Keltainen katkoviiva kuvaa tilavuutta, joka ympäröi palavaa vaunua. Musta katkoviiva kuvaa palavan vaunun yläpuolella olevaa kannen alapinnan osaa. Lämpörasitukset kanteen ja vaunuihin määritettiin vastaavalla tavalla myös palavan vaunun ensimmäisten ja toisten lähinaapurien kohdalta. Mitattavina suureina olivat lämpötila, lämpövuo, ja veden jäähdytysteho. Lämpövuo mitattiin kylmän pinnan vastaanottamana lämpövuona, vastaten vesijäähdytteisein säteilymittarin antamaa lukemaa. Veden jäähdytysteho mitattiin yksiKuva 4. Suutinten hajotuskuviot. Vasemmalla: spray-tyyppinen suutin. Oikealla: convenköissä W/m2, joten sen yksikkö on sama kuin tional-tyyppinen suutin. lämpövuon yksikkö. Tässä työssä raportoidut pintoihin kohdistuvat lämpörasitukset ilmoitetaan lämpövuon ja jäähdytystehon erotuk4. Suutinten hajotuskuviot. Vasemmalla: spray-tyyppinen suutin. Oikealla: convenVesitykitKuva määriteltiin laskentamallissa suuttimina, joille annettiin haluttu paikka, suuntaus, TULOKSET sena, mitä kutsutaan nettolämpövuoksi.virtaama tional-tyyppinen suutin. Vesitykitkäyttämän jne. Tyypillisen pelastuslaitoksen vesitykin virtaama onsuuttimina, 3000 l/minjoille kun annettiin haluttu määriteltiin laskentamallissa 2

paikka, suuntau suutinpaine on 10 bar. Yksi tällainen vesitykki Rosenbauer RM60C, jonka käyttämän suorasuihkun virtaama jne.onTyypillisen pelastuslaitoksen vesitykin virtaama on 3000 l/min ku Vesitykkien sijoittelu kantama on valmistajan ilmoituksensuutinpaine mukaan 85on m.10 Vesijakaumasta tai suihkun pisarakoosta bar. Yksi tällainen vesitykki on Rosenbauer RM60C, jonka suorasuihku Vesisuihkujen määrittely ei ole saatavana tietoa. Mallissa suihku luotiinonsyöttämällä pisaraamukaan sekunnissa suihkun kantama valmistajan20000 ilmoituksen 85 m. Vesijakaumasta tai suihkun pisarakoos Ennen varsinaisia vesitykeillä tehtyjätietoa. jäähdytyssimulointeja oli syytä tarkistaa, kykeneekö TULOKSET akselin suuntaisesti. Keskimääräiseksi 2000 µm. ei pisarakooksi ole saatavanaasetettiin Mallissa suihku luotiin syöttämällä 20000 pisaraa sekunnissa suihku FDS tuottamaan realistisen vesitykkiä kuvaavan vesisuihkun. Koska tykin Vesitykit määriteltiin laskentamallissa suutti- suihku luotiin syöttämällä 20000 pisaraaKeskimääräiseksi se- jotuskuviot on esitetty kuvassa 4. Pisaroiµm. akselin suuntaisesti. pisarakooksi asetettiin 2000tuottamasta vesijakaumasta ei ollut kokeellista tietoa, lähestymistapa oli luoda malli yksinkertaisesta Sprinklerijärjestelmien osalta simuloinneissa käytettiin sekä conventionalettä sprayVesitykkien sijoittelu mina, joille annettiin haluttu paikka, suunta- kunnissa suihkun akselin suuntaisesti. Keski- den lähtönopeus laskettiin olettamalla aluktyyppisiä avosuuttimia. Tavoite oli tuottaa sprinklerijärjestelmille vesivuon arvot väliltä 10-30 sekä conventional- että spray Sprinklerijärjestelmien simuloinneissa us, virtaama jne. Tyypillisen pelastuslaitoksen määräiseksi pisarakooksi 2000 µm.1,osalta suuttimelle jokinkäytettiin realistinen K-arvo ja virmm/min.Ennen Mallinnetut suutintyypit onasetettiin koottutehtyjä taulukkoon jasi suutinten hajotuskuviot tyyppisiä avosuuttimia. Tavoite oli tuottaa sprinklerijärjestelmille arvot väliltä 10-3 varsinaisia vesitykeillä jäähdytyssimulointeja oli syytä on tarkistaa,vesivuon kykeneekö käyttämän vesitykin virtaama on 3000 l/min, Sprinklerijärjestelmien osalta simuloinneistaama Q, mistä taulukkoon suutinpaine kaaesitetty kuvassa 4. Pisaroiden lähtönopeus laskettiin olettamalla aluksi suuttimelle jokin 1, laskettiin mm/min. Mallinnetut suutintyypit on koottu ja hajotuskuviot o FDS tuottamaan realistisen vesitykkiä kuvaavan vesisuihkun. Koska tykin suutinten tuottamasta 2 esitetty kuvassa 4. Pisaroiden olettamalla aluksi suuttimelle joki Lähtönopja virtaama mistä suutinpaine laskettiin kaavalla p = (Q K kun suutinpaine on 10 bar. Yksi tällainenrealistinen ve- vesijakaumasta saK-arvo käytettiin sekä conventionalettätietoa, sprayvallalähtönopeus ei Q, ollut kokeellista lähestymistapa oli) .laskettiin luoda malli yksinkertaisesta 2 ja etutekijä virtaama0.6 Q, mistä hajottajalevyllisilsuutinpaine laskettiin kaavalla p = (kaaQ K ) . Lähtönop sitykki on Rosenbauer RM60C, jonka suoratyyppisiä avosuuttimia. tuottaa Lähtönopeus saatiin paineen avulla pätee eus saatiin paineen avulla kaavasta vrealistinen =Tavoite 0.6 2 p K-arvo ρolimissä

0.6 pätee eus saatiin paineen avulla kaavasta v = 0syötettiin .6 2 p ρ kulmien le suuttimille[4]. Conventional-tyyppisten suuttimien tapauksessa pisarat suihkun kantama on valmistajan ilmoituksen sprinklerijärjestelmille vesivuon arvot välilvasta ,missä missäetutekijä etutekijä 0.6 hajottajalevyllisi pä40° ja 130° välille painovoimavektoriin nähden. Spray-tyyppisten suuttimien tapauksessa le suuttimille[4]. Conventional-tyyppisten suuttimien tapauksessa pisarat syötettiin kulmie mukaan 85 m. Vesijakaumasta tai suihkun tä 10–30 mm/min. Mallinnetut suutintyy- tee hajottajalevyllisille suuttimille[4]. Conpisarat syötettiin kulmien 40° ja 130° painovoimavektoriin nähden. Keskimääräiseksi 40°välille 130° välille painovoimavektoriin nähden. Spray-tyyppisten suuttimien tapauksess pisarakoosta ei ole saatavana tietoa. Mallissa pit on koottu1200 taulukkoon 1,jajasijoitettiin suutinten ha- 40° ventional-tyyppisten suuttimien tapauksessa pisarakooksi asetettiin µm. Malliin kaikkiaan 52 20 painovoimavektoriin cm kannen pisarat syötettiin kulmien ja suutinta 130° välille nähden. Keskimääräisek

104

alapinnan alapuolelle, 3.5m x 3.35m hilaan siten, että suuttimet neljä rinpisarakooksi asetettiin 1200 µm.muodostivat Malliin sijoitettiin kaikkiaan 52 suutinta 20 cm kanne suuttimet muodostivat neljä rin nakkaista junan suuntaista riviä. Suutinten suojaama ala kattoi palavan vaunun sekä sen en simmäiset lähinaapurit molempiin suuntiin. Suojausalan mitat olivat 43.6m x 14.0m (610m2) Taulukko 1. Simuloinneissa käytetyt avosuutintyypit.

nakkaista junan suuntaista riviä. Suutinten suojaama ala kattoi vaunun sekä sen enalapinnan alapuolelle, 3.5mpalavan x 3.35m hilaan siten, että PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013 simmäiset lähinaapurit molempiin suuntiin. Suojausalan mitat olivat 43.6m x 14.0m (610m2).


Suihkun leveyden vaikutusta kantamaan tarkasteltiin 20 ja 40 asteen suihkukulmilla, kun suihkun lähtökulmaksi valittiin 15 astetta. Kantamiksi saatin tällöin 60m ja 50m. Suihkun vesijakauma ei kuitenkaan levinnyt merkittävästi.

pisarat syötettiin kulmien 40° ja 130° välille painovoimavektoriin nähden. Spray-tyyppisten suuttimien tapauksessa pisarat syötettiin kulmien 40° ja 130° välille painovoimavektoriin nähden. Keskimääräiseksi pisarakooksi asetettiin 1200 µm. Malliin sijoitettiin kaikkiaan 52 suutinta 20 cm kannen alapinnan alapuolelle, 3.5 m x 3.35 m hilaan siten, että suuttimet muodostivat neljä rinnakkaista junan suuntaista riviä. Suutinten suojaama ala kattoi palavan vaunun sekä sen ensimmäiset lähinaapurit molempiin suuntiin. Suojausalan mitat olivat 43.6 m x 14.0 m (610 m2).

TULOKSET Vesitykkien sijoittelu

mahdollisimman yhdensuuntaiseksi raiteen kanssa. Käytännössä tykki sijoitettiin 5 m kohtisuoralle etäisyydelle sen raiteen keskilinjalta, jolla palava juna sijaitsi.

mahdollisimman yhdensuuntaiseksi raiteen kanssa. Käytännössä tykki sij kohtisuoralle etäisyydelle sen raiteen keskilinjalta, jolla palava juna sijaitsi.

Tykkien sijoittelua simuloinneissa on havainnollistettu kuvassa 6. Numerot 1-8 kuvaavat mahdollisia tykkien paikkoja.Tykkien Milloinsijoittelua yhtä vaunua jäähdytettiin kahdella tykillä, tykit simuloinneissa on havainnollistettu kuvassa 6. Numerot sijaitsivat siis vastakkaisilla puolilla raidetta. Niinpä esimerkiksi E1 jäähdytettiin mahdollisia tykkien paikkoja. Milloin vaunua yhtä vaunua jäähdytettiin kahdella tykeillä, jotka olivat asemissa sijaitsivat 1 ja 5, jasiis vaunua P2 tykeillä, jotka olivatNiinpä asemissa 4 ja 8.vaunua E vastakkaisilla puolilla raidetta. esimerkiksi tykeillä, jotka olivat asemissa 1 ja 5, tehtiin, ja vaunua P2 tykeillä, jotka olivat as Vaunuun E2 ei kohdistettu jäähdyttäviä suihkuja. Tämä valinta koska lähes junan Vaunuun E2liekkiä ei kohdistettu suuntaisesti ammutut vesisuihkut painavat alavirranjäähdyttäviä suuntaan. suihkuja. Tämä valinta tehtiin, kosk suuntaisesti ammutut vesisuihkut painavat liekkiä alavirran suuntaan. Kuva 5. Ylhäällä: vesitykin suorasuihkun simulointi 35 asteen lähtökulmalla sivulta Taulukossa 2 on esitetty tässä työssä kertyneen simuloidut jäähdytystapaukset. Yhdellä tykillä katsottuna. Alhaalla: maanpinnan tasolle vesimäärän jakauma ylhäältä katsottuna. Taulukossa 2 on esitetty tässä työssä simuloidut jäähdytystapaukset. Y jäähdytettiin ainoastaan palavaajäähdytettiin vaunua. Toinen tykki kohdistettiin joko palavaan vaunuun tai Akselien yksikkönä metri. ainoastaan palavaa vaunua. Toinen tykki kohdistettiin joko palava sen ensimmäisiin lähinaapureihin E1 tai lähinaapureihin P1). Yhtä vaunua korkeintaan sen (joko ensimmäisiin (joko jäähdytettiin E1 tai P1). Yhtä vaunua jäähdytetti kahdella tykillä. kahdella tykillä. Edellä esitetyt vesitykkien kantamaa koskeneet simulaatiot muodostivat perustan valinnalle, 1 tehtiin vesitykkien 2 3 4 1 suhteen 2jäähdytyssimuloinneissa. 3 4 joka sijoittelun Yhtäältä tykki halutaan sijoittaa turvallisen etäisyyden päähän palosta, mikä puoltaa suurta kantamaa ja kapeaa suihkua. Toisaalta tykillä halutaan saavuttaa mahdollisimman tehokas vesivalelu, mikä P1 P2 E1 suihkua. Palava P1E1valittiinPalava P2 puoltaa pientä kantamaa ja leveää Tässä työssä kompromissi näiden lähestymistapojen väliltä valitsemalla suihkukulmaksi 20 astetta ja suihkun lähtökulmaksi 15 astetta. Kun lisäksi tykki sijoitettiin lähelle 5 6 maanpintaa 7 (vastaten 8 todellista tilannetta jossa 5 7 alle), saavutettiin 8 säiliöautoa ei6 ajeta kannen n. 50 metrin kantama n. 6 m lakikorkeudella. Vaunun valelun tehokkuusKuva pyrittiin maksimoimaan valitsemalla suihkun suunta 6. Vesitykkien sijoittelu jäähdytyssimuloinneissa. Asemat 1-4 sijaitsevat se Kuva 6. Vesitykkien sijoittelu jäähdytyssimuloinneissa. Asemat 1-4 sijaitsevat seinän puolella.

Ennen varsinaisia vesitykeillä tehtyjä jäähdytyssimulointeja oli syytä tarkistaa, kykeneekö FDS tuottamaan realistisen vesitykkiä kuvaavan vesisuihkun. Koska tykin tuottamasta vesijakaumasta ei ollut kokeellista tietoa, lähestymistapa oli luoda malli yksinkertaisesta suorasuihkusta ja ampua sitä eri lähtökulmiin suurimman kantaman löytämiseksi. Nämä simuloinnit suoritettiin laskenta-alueessa, jonka mitat olivat 100 m x 12 m x 30 m, ja joka Taulukko 2. Vesitykkien jäähdytyssimuloinnit. oli reunoiltaan avoin muihin suuntiin paitsi Taulukko 2. Vesitykkien jäähdytyssimuloinnit. alaspäin. Paikkaresoluutio oli 20 cm. den vaikutusta kantamaan tarkasteltiin 20 ja Tapaus Asemat Tykkejä 1 Tykkejä 2 1 Kuvassa 5 on esitetty vesitykin suihkuku- 40 asteen suihkukulmilla, kun suihkun lähTapaus Asemat 2 2,3 2 vio simulaatiossa, jossa suihkun lähtökulma tökulmaksi valittiin 15 1astetta. Kantamiksi 2 1 3 2,3,4 3 oli 35 astetta ja suihku sijaitsi 2,5 m korkeu- saatin tällöin 60 m ja 502 m. Suihkun vesija2,3 2 4 1,2,3 3 3 2,3,4 3 della maanpinnasta (kuvaten tykin sijaintia kauma ei kuitenkaan levinnyt merkittävästi. 5 1,2,3,4 4 4 kantamaa koske1,2,3 3 säiliöauton katolla). Saman kuvan alemmasEdellä esitetyt vesitykkien 6 2,6 2 5 4 7 2,3,6 3 sa osassa on esitetty veden kertymä maan- neet simulaatiot muodostivat perustan1,2,3,4 valin8 2,3,6,7 4 6 2,6 2 pinnan tasossa. Suihkun maksimikantamak- nalle, joka tehtiin vesitykkien sijoittelun suh9 2,3,4,6 4 7 2,3,6 3 si saadaan tässä tapauksessa noin 80 m. Suu- teen jäähdytyssimuloinneissa. Yhtäältä tykki 10 2,3,4,6,7 5 8 2,3,6,7 4 rin osa vedestä putoaa 60 m ja 80 m välille. halutaan sijoittaa turvallisen etäisyyden pää11 6 9 2,3,4,6 4 2,3,4,6,7,8 Suihkun ytimestä n. 20 m jälkeen erkanevat hän palosta, mikä puoltaa suurta kantamaa 12 1,2,3,6 4 10 2,3,4,6,7 5 13 1,2,3,6,7 5 pisarat edustavat pisarakokojakauman pieni- ja kapeaa suihkua. Toisaalta 11 tykillä halutaan 2,3,4,6,7,8 6 14 1,2,3,5,6,7 6 kokoisinta osaa, eivätkä edusta merkittävää saavuttaa mahdollisimman 12 tehokas vesivale1,2,3,6 4 15 1,2,3,4,6 5 osuutta veden kokonaismassasta. Näin ollen lu, mikä puoltaa pientä13kantamaa ja1,2,3,6,7 leveää 5 1,2,3,4,6,7 16 6 jakauman suurikokoisimmat pisarat lentävät suihkua. Tässä työssä valittiin kompromissi 14 1,2,3,5,6,7 6 1,2,3,4,5,6,7 17 7 15 väliltä valitsemal1,2,3,4,6 5 1,2,3,4,5,6,7,8 18 8 pisimmälle. Poikittaissuunnassa vesijakauma näiden lähestymistapojen 16 1,2,3,4,6,7 6 on kapea, ja pääosa vedestä on vain n. 1–2 la suihkukulmaksi 20 astetta ja suihkun läh7 m:n levyisellä alueella. Suihkun lakikorke- tökulmaksi 15 astetta. 17 Kun lisäksi1,2,3,4,5,6,7 tykki si18 1,2,3,4,5,6,7,8 8 us on 20 m, mistä seuraa että suihkun mak- joitettiin lähelle maanpintaa (vastaten todelsimikantamaa ei voida saavuttaa matalissa ti- lista tilannetta, jossa säiliöautoa ei ajeta kanloissa. Simuloinneissa havaittiin, että 7.2 m nen alle), saavutettiin n. 50 metrin kantama korkeassa tilassa voidaan maanpinnalta enin- n. 6 metrin lakikorkeudella. Vaunun valelun ta. Niinpä esimerkiksi vaunua E1 jäähdytettään 15 asteen kulmassa ammutulla suihkul- tehokkuus pyrittiin maksimoimaan valitse- tiin tykeillä, jotka olivat asemissa 1 ja 5, ja la saavuttaa 65 m:n kantama. Suihkun levey- malla suihkun suunta mahdollisimman yh- vaunua P2 tykeillä, jotka olivat asemissa 4 ja densuuntaiseksi raiteen kanssa. Käytännössä 8. Vaunuun E2 ei kohdistettu jäähdyttäviä tykki sijoitettiin 5 metrin kohtisuoralle etäi- suihkuja. Tämä valinta tehtiin, koska lähes syydelle sen raiteen keskilinjalta, jolla pala- junan suuntaisesti ammutut vesisuihkut paiTyypillisen pelastuslaitoksen va juna sijaitsi. navat liekkiä alavirran suuntaan. käyttämän vesitykin virtaama Tykkien sijoittelua simuloinneissa on haTaulukossa 2 on esitetty tässä työssä sivainnollistettu kuvassa 6. Numerot 1–8 ku- muloidut jäähdytystapaukset. Yhdellä tykilon 3000 l/min, kun vaavat mahdollisia tykkien paikkoja. Milloin lä jäähdytettiin ainoastaan palavaa vaunua. suutinpaine on 10 bar. yhtä vaunua jäähdytettiin kahdella tykillä, ty- Toinen tykki kohdistettiin joko palavaan vaukit sijaitsivat siis vastakkaisilla puolilla raidet- nuun tai sen ensimmäisiin lähinaapureihin PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

105


onkin, että kussakin simuloinnissa nettolämpövuo määritetään keskiarvona aikaväliltä 900s – 1000s. 250

250 Lämpövuo vaunuun Palava P1, E1 P2, E2

106

PALOTUTKIMUKSEN PÄIVÄT 2013

70

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

0

200

400

600

Lämpövuo kanteen Palava P1, E1 P2, E2

100

50

60 50

150

800

Katto Vaunut 0

0

1000

200

400

Aika (s) 40

600

800

1000

Aika (s)

30 Kuva 7. Vaunuun ja kanteen saatava lämpövuo ajan funktiona vapaassa palossa. 20 Vesitykkien jäähdytysvaikutus

10

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

70 Vesitykkien jäähdytysvaikutuksen kvantitatiivinen arviointi suoritettiin määrittämällä kannen alapintaan ja vaunujen pintaan saatavat keskimääräiset nettolämpövuot aikakeskiarvona 0 60 0 2 esitetty 4 lämpövuot 6 8 aikaväliltä 900 s – 1000 s. Kuvassa 8 on vaunujen E2…P2 määrittämän Katto alueen yli laskettuina keskiarvoina vesitykkien funktiona. Vesitykkien Vesitykkienmäärän lukumäärä Vaunut määrä nolla 50 edustaa vapaata paloa. Ensimmäisen vesitykin kohdistaminen palavaan vaunuun karkeasti ottaen8.puolittaa lämpörasituksen niinkannen kanteenalapintaan kuin vaunuihin. Tämänpintaan jälkeenvaunujen tykkien määrän Kuva Keskimääräiset lämpövuot E2…P2 40 ja vaunujen lisääminen pienentää vähemmän, ja tykkien sijoittelun vaihtelu aiheuttaa määrittämän alueen ylilämpörasitusta keskiarvoistettuna, kun jäähdytys tapahtuu vesitykeillä. merkittävää hajontaa lämpövuohon tykkien lukumäärän 30 ollessa vakio.

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

20 Huomionarvoista tuloksissa että kanteen tarkastellaan kohdistuva lämpövuo pienenee tykkien Kuvassa 8 esiintyvän hajonnanon, ymmärtämiseksi yksittäisten vaunujen ja niiden vaikutuksesta siitä huolimatta, että tykit eivät kastele kannen alapintaa. kohdalla olevan kannen alapinnan osan saamaa lämpörasitusta tykkien Tähän määränepäsuoraan funktiona. 10 jäähdytykseen vaikuttavat ovat vesisuihkun aiheuttama jäähdytys Keskimääräinen lämpövuo tekijät vaunuun ja kannen alapintaan palavanliekin vaunun kohdalla(pisaroiden on esitetty lämpeneminen ja höyrystyminen vaunujen pintojen jäähdytys (vaunujen yläpinnatjo kuvassa 9 vasemmalla, ja vaununliekissä), P1 kohdalla kuvassa 9 oikealla. Kuvan 9 perusteella 0 säteilevät vähemmän kohti kattoa), liekin paikan (liekki 2 4 ’nojaa’ 6 suihkuista 8niin yhden tykin kohdistaminen palavaanjavaunuun tuottaa0siirtyminen tehokkaan jäähdytysvaikutuksen poispäin kuin ja onkanteen näinollen simulaatioissa olisi kyetty vaunuun senkauempana kohdalla. kannen alapinnasta). Mikäli lukumäärä realistisesti huomioimaan vesihöyryn aiheuttama liekin Vesitykkien sammutusvaikutus, tykkien jäähdyttävä vaikutus kanteen olisi ollut vielä suurempi. 100 250 Kuva 8. Keskimääräiset lämpövuot kannen alapintaan ja vaunujen pintaan v Katto määrittämän alueen yli keskiarvoistettuna, kun jäähdytys tapahtuu vesitykeill 200

Vaunu

80

Kuvassa 8 esiintyvän hajonnan ymmärtämiseksi tarkastellaan yksittäisten va Katto Vaunu 60 kohdalla olevan kannen alapinnan osan saamaa lämpörasitusta tykkien m Keskimääräinen lämpövuo vaunuun ja kannen alapintaan palavan vaunun ko kuvassa 9 vasemmalla, ja vaunun P1 kohdalla kuvassa 9 oikealla. Kuvan 40 yhden tykin kohdistaminen palavaan vaunuun tuottaa tehokkaan jäähdytys vaunuun kuin kanteen sen kohdalla.

150

100

50

20

100

250 4

6 200 Vesitykkien lukumäärä

8

0

2

4

6 80 Vesitykkien lukumäärä

8

2

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

0

0

2

0

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

Vesitykkien jäähdytysvaikutuksen kvantitatiivinen arviointi suoritettiin määrittämällä kannen alapintaan ja vaunujen pintaan saatavat keskimääräiset nettolämpövuot aikakeskiarvona aikaväliltä 900 s – 1000 s. Kuvassa 8 on esitetty lämpövuot vaunujen E2… P2 määrittämän alueen yli laskettuina keskiarvoina vesitykkien määrän funktiona. Vesitykkien määrä nolla edustaa vapaata paloa. Ensimmäisen vesitykin kohdistaminen palavaan vaunuun karkeasti ottaen puolittaa lämpörasituksen niin kanteen kuin vaunuihin. Tämän jälkeen tykkien määrän lisääminen pienentää lämpörasitusta vähemmän, ja tykkien sijoittelun vaihtelu aiheuttaa merkittävää hajontaa lämpövuohon tykkien lukumäärän ollessa vakio. Huomionarvoista tuloksissa on, että kanteen kohdistuva lämpövuo pienenee tykkien vaikutuksesta siitä huolimatta, että tykit eivät kastele kannen alapintaa. Tähän epäsuoraan jäähdytykseen vaikuttavat tekijät ovat vesisuihkun aiheuttama liekin jäähdytys (pisaroiden lämpeneminen ja höyrystyminen liekissä), vaunujen pintojen jäähdytys (vaunujen yläpinnat säteilevät vähemmän kohti kattoa), ja liekin paikan siirtyminen (liekki ’nojaa’ suihkuista poispäin ja on näinollen kauempana kannen alapinnasta). Mikäli simulaatioissa olisi kyetty realistisesti huomioimaan vesihöyryn aiheuttama liekin sammutusvaikutus, tykkien jäähdyttävä vaikutus kanteen olisi ollut vielä suurempi. Kuvassa 8 esiintyvän hajonnan ymmärtämiseksi tarkastellaan yksittäisten vaunujen ja niiden kohdalla olevan kannen alapinnan osan saamaa lämpörasitusta tykkien määrän funktiona. Keskimääräinen lämpövuo vaunuun ja kannen alapintaan palavan vaunun kohdalla on esitetty kuvassa 9 va-

100

0

2

Vesitykkien jäähdytysvaikutus

150

50

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

Kuvassa 7 on esitetty keskimääräinen lämpövuo vaunuun ja kanteen ajan funktiona, kun läsnä ei ole vesijäähdytystä. Punaiset käyrät edustavat palavan vaunun kohtaa, vihreät käyrät palavan vaunun ensimmäisiä lähinaapureita, ja siniset käyrät toisia lähinaapureita. Simuloinnit ulottuvat syttymishetkestä 1000 s:iin asti. Suhteellisen lyhyt simulointiaika johtuu jäähdytyslaskuista, joita tehtiin suuri määrä ja joissa oli runsaasti pisaroita mukana. Lämpövuon arvot eivät ole 1000 s:iin mennessä asettuneet vakioarvoon. Lähtökohtana työssä onkin, että kussakin simuloinnissa nettolämpövuo määritetään keskiarvona aikaväliltä 900 s – 1000 s.

200 2

2

Vapaapalo

Lämpövuo (kW/m )

200

Lämpövuo (kW/m )

(joko E1 tai P1). Yhtä vaunua jäähdytettiin korkeintaan kahdella tykillä.

Katto

Kuva 9. Keskimääräiset lämpövuot kannen alapintaan palavan vaunun Vaunuja vaunujen pintaan60 150 (vasemmalla) ja vaunun P1 (oikealla) määrittämän alueen yli keskiarvoistettuna, kun jäähdytys tapahtuu vesitykeillä. 100

50

40

20

0 0 semmalla, ja vaunun P1 kohdalla suunnassa liekkiä 0 2 4 0 kuvassa 2 9 4 6ammuttu 8 vesisuihku siirtää oikealla. Kuvan 9 perusteella jo yhden tykin vaunun P1 ympärille. Tämän jälkeen vaunun Vesitykkien lukum Vesitykkien lukumäärä kohdistaminen palavaan vaunuun tuottaa te- P1 kannalta on suuri merkitys sillä, minne toihokkaan jäähdytysvaikutuksen vaunuun nen vesitykki kannen suunnataan. Tapauksessa, jossa pintaan Kuva 9.niin Keskimääräiset lämpövuot alapintaan ja vaunujen kuin kanteen sen kohdalla. tykki suunnataan vaunuun (vasemmalla) ja vaununtoinen P1 (oikealla) määrittämän alueenP1 yli(taukeskiarvoistett Kuitenkin havaitaan,tysettä tämä kasvattaa tapahtuu vesitykeillä.lukon 2 tapaus 2), saadaan merkittävästi pahuomattavasti vaunuun P1 kohdistuvaa läm- rempi jäähdytysteho kuin jos toinenkin tykki pörasitusta. Tämä johtuu siitä, että lähes junan suunnattaisiin palavaan vaunuun (tapaus 6).


Sprinklerijärjestelmien jäähdytysvaikutus

Vesitykkien ja sprinklerijärjestelmän jäähdytystehojen havaittiin olevan karkeasti samansuuruiset. Epäsuoran jäähdytyksen merkitys erottuu simulaatioissa.

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

2

Keskimääräinen lämpövuo (kW/m )

Sprinklerijärjestelmien jäähdytysvaikutuksen kvantitatiivinen arviointi suoritettiin samoin kuin vesitykkien, ts. määrittämällä kannen alapintaan ja vaunujen pintaan saatavat keskimääräiset lämpövuot aikakeskiarvona aikaväliltä 900 s – 1000 s. Kuvassa 10 on esitetty keskimääräiset lämpövuot vaunujen E2… P2 määrittämän alueen yli laskettuina keskiarvoina. Vesivuon arvo nolla edustaa vapaata paloa. Suutinten erilaisten hajotuskuvioitten toiminta näkyy selkeästi tuloksissa. Conventional-tyyppiset suuttimet tuottavat kannen alapintaan suuremman jäähdytystehon, koska ne valelevat kannen alapintaa vedellä. Spray- telmien jäähdytysteho samalla vesivirtaamalla paikkaa. Tämä on huomioitava tykkien sityyppiset suuttimet puolestaan jäähdyttävät on samankaltainen siitä huolimatta, että vesi- joittelussa. tehokkaammin vaunuja, koska kaikki vesi tykkien jäähdytysvaikutus keskittyy pienelle Vesitykkien ja sprinklerijärjestelmän jäähsuunnataan suuttimista alaspäin. Kuitenkin alalle, kun taas sprinklerien jäähdytysvaiku- dytystehojen havaittiin olevan karkeasti saspray-suutinten tuottama epäsuora jäähdy- tus on hajautettu suurelle alalle. Vertailuun mansuuruiset. Epäsuoran jäähdytyksen mertysvaikutus alentaa myös kannen alapintaan vaikuttaa luonnollisesti oletus aluelaukaisu- kitys erottuu simulaatioissa, sillä vaikka tykohdistuvaa lämpörasitusta merkittävästi. Tä- järjestelmän mitoitusalasta, joka tässä työs- kit tai spray-sprinkleri eivät kastele kantta, mä epäsuora jäähdytysvaikutus aiheutuu pää- sä ei perustunut mihinkään tiettyyn suun- lämpörasitus kanteen vähenee niiden liekosin pisaroiden lämpenemisestä ja höyrysty- nittelusääntöön. kiä ja kuumia vaunuja jäähdyttävän vaikumisestä kaasussa, sillä sprinklerijärjestelmän tuksen ansiosta. Samoin tuloksista näkyy ero pisarakoko on pienempi kuin vesitykeillä, ja JOHTOPÄÄTÖKSET eri sprinklerisuutintyyppien (spray vs convesi on jakautunut tasaisesti suureen kaasu- Suoritettujen palosimulointien perusteella ventional) välillä. tilavuuteen. voidaan todeta, että FDS-ohjelman avulla Jos halutaan karkeasti verrata vesitykki- voidaan simuloida vesitykkien toimintaa rea- KIITOKSET en ja sprinklerijärjestelmän jäähdytystehoa, listisesti ja kohtuullisin kustannuksin. Tämä Kiitämme SIREENI-projektin rahoittajia PaKuitenkin havaitaan, että tämä kasvattaa huomattavasti vaunuun P1 kohdistuvaa voidaan aluksi todeta, että vesivuo 10 mm/ antaa palotutkijoille ja -insinööreille mahdol- losuojelurahastoa, sisäasiainministeriötä ja lämpörasitusta. Tämä johtuu siitä, että lähes junan suunnassa ammuttu vesisuihku siirtää min tarkoittaa joista jokainen tykkien käyttöperiaatteita liekkiä vaunun 52 P1suutinta, ympärille. Tämän jälkeenlisuuden vaunun tarkastella P1 kannalta on suuri merkitys sillä,Liikennevirastoa taloudellisesta tuesta, sekä tuottaa 120 l/min. Kokonaisvirtaama on siis ahtaissa matalissa tiloissa, jollainen tä- P1projektin ohjausryhmän jäseniä Taito Vainiminne toinen vesitykki suunnataan. Tapauksessa, jossaja/tai toinen tykki suunnataan vaunuun 6240 l/min vastaten2),noin kahtamerkittävästi vesitykkiä. parempi män työn esimerkkikohdekin oli.toinenkin tykkiota, Outi Luukkosta, Pekka Mutikaista, Esa (taulukon 2 tapaus saadaan jäähdytysteho kuin jos Tällöin vesivuopalavaan 20 mm/min vastaa(tapaus noin nelTulokset osoittavat, että vesitykkien jääh- Kokkia ja Eila Lehmusta työn suuntaamisessuunnattaisiin vaunuun 6). jän vesitykin virtaamaa, ja vesivuo 30 mm/ dytysteho on herkkä tykkien sijoittelulle. Yh- ta ja sovelluskohteen parissa tehtävän työn Sprinklerijärjestelmien min noin kuuden vesitykinjäähdytysvaikutus virtaamaa. Tä- delläkin tykillä on merkittävä jäähdyttävä edesauttamisesta. män jälkeen kuvien 8 ja 10 vertailu osoittaa, vaikutus, mutta riski naapurivaunun lämpeSprinklerijärjestelmien jäähdytysvaikutuksen kvantitatiivinen arviointi suoritettiin samoinLÄHDELUETTELO että jos tarkastellaan suureen alueeseen (vau- nemiseen kasvaa vain yhden tykin tapaukseskuin vesitykkien, ts. määrittämällä kannen alapintaan ja vaunujen pintaan saatavat nujen E2…P2 määrittämä alue) kohdistuvaa sa, koska vesitykit voivat siirtää liekin paik- 1. http://www.tampereenkeskusareena.fi (Lukeskimääräiset lämpövuot aikakeskiarvona aikaväliltä 900 s – 1000 s. Kuvassa 10 on esitetty lämpörasitusta, vesitykkien ja sprinklerijärjes- kaa ja samalla suurimman lämpörasituksen ettu 29.4.2013) keskimääräiset lämpövuot vaunujen E2…P2 määrittämän alueen yli laskettuina keskiarvoina. 2. Hostikka, S., Kling, T., Vaari, J., Rinne, Vesivuon arvo nolla edustaa vapaata paloa. T. ja Ketola, J. Pelastustoimen vasteen simulointi suurpalossa. SIREENI-projektin tu70 50 lokset. Espoo: Teknologian tutkimuskeskus KANSI, 200 MW VAUNUT, 200 MW 60 VTT, 2012. (VTT Technology 61). ISBN Vapaapalo Vapaapalo 40 Conventional Conventional 978-951-38-7895-5. http://www.vtt.fi/inf/ 50 Spray Spray pdf/technology/2012/T61.pdf 30 40 3. McGrattan, K., Hostikka, S., Floyd, J., Baum, H., Rehm, R., Mell, W. and McDer30 20 mott, R., “Fire Dynamics Simulator (Versi20 on 5) Technical Reference Guide Volume 1: 10 Math-ematical Model”, NIST Special Pub10 lication 1018-5, National Institute of Stan0 0 dards and Technology, Gaithersburg, MA, 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 October 29, 2010, 108 s. Vesivuo (mm/min) Vesivuo (mm/min) 4. Sheppard, D. T. Spray Characteristics of Fire Sprinklers. National Institute of StanKuva 10. Keskimääräiset lämpövuot kannen alapintaan ja vaunujen pintaan vaunujen E2…P2 määrittämän alueen yli keskiarvoistettuna, kun jäähdytys tapahtuu sprinklerijärjes-dards and Technology, MD, 2002. NIST GCR 02-838. telmillä. Suutinten erilaisten hajotuskuvioitten toiminta näkyy selkeästi tuloksissa. Conventionaltyyppiset suuttimet tuottavat kannen alapintaan suuremman jäähdytystehon, koska ne valelevat kannen alapintaa vedellä. Spray-tyyppiset suuttimet puolestaan jäähdyttävät


Pelastusopisto -

valtakunnallinen turvallisuusalan koulutuskeskus Järjestämme pelastustoimen ammatillista perus- ja täydennyskoulutusta sekä hätäkeskus- ja varautumiskoulutusta. Lisäksi koordinoimme pelastustoimen tutkimus- ja kehittämistoimintaa sekä ylläpidämme pelastustoimen keskuskirjastoa. Pelastusopiston yhteydessä toimiva Kriisinhallintakeskus on kansainvälinen siviilikriisinhallinnan, rauhanrakentamisen ja humanitaarisen avun osaamiskeskus. Lisätietoa mm. tutkimushankkeista sekä kurssitarjonnasta löydät uusituilta verkkosivuiltamme. www.pelastusopisto.fi


Millions discover their favorite reads on issuu every month.

Give your content the digital home it deserves. Get it to any device in seconds.