PALOTEKNINEN SUUNNITELMA TOIMINNALLINEN TARKASTELU

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "PALOTEKNINEN SUUNNITELMA TOIMINNALLINEN TARKASTELU"

Juuso Tuominen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 PALOTEKNINEN SUUNNITELMA TOIMINNALLINEN TARKASTELU K.osa/Kylä Kortteli/Tila Tontti/rno Rakennustoimenpide Asiakirjan nimi Juoks.no PALOTEKNINEN SUUNNITELMA Rakennuskohde VERMON LÄMPÖKESKUS ESPOO Suunnittelutoimisto PALOÄSSÄT OY Tapiontori 1 (2.krs) ESPOO puh (050) Suunnittelijan allekirjoitus Sami Hämäläinen rkm. / turv.amk (Fise AA) Tark. Hyv. Pvm. SP SH Asiakirjan sisältö LASKELMA LÄMPÖSÄTEILYN INTENSITEETTI Asiakirjan numero PALO

2 1. YLEISTÄ Kyseessä on Espoossa sijaitsevan lämpökeskuksen palavan nesteen säiliöiden ja niiden suoja-altaan lämpösäteilyyn liittyvä toiminnallinen tarkastelu. Tarkastelun tarkoituksena oli tutkia allaspalojen aiheuttamaa lämpösäteilyn intensiteettiä ympäristöön. Laskennan tapahtumina käytettiin yksittäisen säiliön tulipaloa (1), suoja-altaan tulipaloa (2) ja säiliön ja suoja-altaan yhdenaikaista tulipaloa (3). Lämpökeskuksella on kaksi kappaletta 5000 m 3 ja yksi kappale 1000 m 3 säiliöitä. Suuremmat säiliöt sijaitsevat yhteisessä suoja-altaassa, jossa on lisäksi varaus kolmannelle 5000 m 3 säiliölle. Pienempi säiliö on sijoitettu erikseen omaan suoja-altaaseen. Säiliöissä oleva polttoaine on raskasta polttoöljyä. Suuren säiliön korkeus on 18,4 metriä ja pinta-ala on noin 291 m 2. Suoja-altaan reunan korkeus on maasta 3,05 metriä ja altaan pinta-ala on noin 2700 m 2. Kuva 1. Asemapiirros Lämpösäteilyn kannalta merkittävää tietoa on säteilylähteen koko ja etäisyys syttymislähteeseen/säteilyn vastaanottajaan. Tässä tarkastelussa selvitettiin palotilanteessa muodostuvat etäisyydet lämpösäteilyn arvoille 1,5 kw/m 2 sekä 3,0 kw/m 2. Arvot laskettiin epäoptimaalisimpaan sijaintiin eli kohtisuoraan säteilylähteestä sekä maanpinnan tasolle 2 metrin korkeuteen. Paloässät Oy 2

2. PALOTEHO JA LIEKIN KORKEUS Säiliö- ja allaspalon muodostaman palotehon arvo tarvitaan, liekin korkeuden laskemiseksi. Paloteho lasketaan molemmille palotilanteille erikseen.

3 2. PALOTEHO JA LIEKIN KORKEUS Säiliö- ja allaspalon muodostaman palotehon arvo tarvitaan, liekin korkeuden laskemiseksi. Paloteho lasketaan molemmille palotilanteille erikseen. Yhdistettävää palotehoa on vaikea laskea johtuen säiliöiden sijoittumisesta suoja-altaaseen, näin ollen yhdistettynä palotehona on käytetty suoja-altaan palotehoa. Palotehon laskemiseksi tarvitaan seuraavat tiedot; - Palavan nesteen määrä litraa - Raskas polttoöljy [4] o lämpöarvo 39,7 MJ/kg o tiheys 0,97 kg/dm 3 o massan palamisnopeus 0,035 kg/m 2 s o empiirinen vakio 1,7 m -1 - Paloalat 291 m 2 ja 2700 m 2 Säiliöpalosta muodostuu noin 404 MW paloteho. Vastaavasti suoja-altaan palossa paloteho kasvaa jo noin 3753 MW suuruiseksi. Suoja-altaan palossa palotehon laskennassa suojaallas muunnettiin sylinterin muotoiseksi palon halkaisijan laskemiseksi. Käytetty paloala oli vastaava. Suoja-altaan karakteristisena halkaisijana käytettiin arvoa 58,65 metriä. Tätä arvoa käytetään jatkossa suoja-altaan pitkän sivun säteilylähteen leveytenä. Suoja-altaan pitkän sivun todellinen leveys on noin 80 metriä. Altaassa sijaitsevat säiliöt pienentävät liekkien kokonaisleveyttä. Palotehon ja paloalan perusteella voidaan ratkaista palosta muodostuvan liekin korkeus. Liekin korkeuden laskennassa käytetään Heskestadin menetelmää [4]. L f = -1,02D + 0,235Q c 2/5 Säiliöpalosta muodostuu 21,4 metriä korkea liekki. Vastaavasti suoja-altaan palosta muodostuu 40,4 metriä korkea liekki. Allaspalojen liekin korkeudesta vain osa on näkyvää, erittäin suurten palojen aiheuttama savu muodostaa liekkien eteen suojan, estäen suurimman osan lämpösäteilystä. Suurin ja oleellisin lämpösäteilyvaikutus muodostuu liekistä. Tätä ns. näkyvän alueen laajuutta voidaan selvittää laskennallisesti [5]. Kuva 2. Periaatteellinen piirros näkyvän liekin määräytymisestä [5]. Paloässät Oy 3

4 Näkyvän liekin osuus pienenee erittäin suurissa allaspaloissa johtuen palotehon aiheuttamasta epäpuhtaasta palamisesta. Palamisesta aiheutuu tällöin huomattavasti enemmän savua, kuin pienissä allaspaloissa. Kriteerinä suurille allaspaloille pidetään 20 metrin halkaisijaa [5]. Laskennallinen kaava suoja-altaan kokoisen allaspalon näkyvän liekin osuudelle; Hmax = 6 4 x 10-3 x q f, missä H max = on näkyvän liekin korkeus (m) q f = paloteho pinta-alayksikköä kohden (kw/m 2 ) Suoja-altaan näkyvän liekin korkeudeksi muodostuu näin ollen 6,4 x 10-3 x ( kw / 2700 m 2 ) noin 8,9 metriä. Vastaavasti, koska säiliön halkaisija on vain hieman alle 20 metriä sen palosta muodostuvan näkyvän liekin laskeminen voidaan samalla kaavalla [5]. Liekkien muodostaman säteilylähteen pinta-alaan vaikuttavaa myös tuuli. Tuuli voi kääntää palopatsasta, jolloin osa liekeistä ulottuu lähemmäksi säteilyn vastaanottajaa, mutta vastaavasti liekin näkyvä pinta-ala pienenee. Tässä tarkastelussa lämpösäteilyn laskennassa on tutkittu tuuletonta tilannetta. 3. LÄMPÖSÄTEILY Vaikuttava lämpösäteily lasketaan pelkästään suoja-altaan palosta, koska säiliöpalosta aiheutuva säteilyteho jää pienemmäksi. Näin ollen suoja-altaan palotilanne muodostuu vaikutusalueiden kriteeriksi. Suoja-altaan palon säteilyteho lasketaan käyttämällä pitkän sivun osalta liekkien karakteristisena leveytenä vastaavan ympyrän muotoisen altaan halkaisijaa. Halkaisija on 58,65 metriä. Pidemmän sivun todellinen mitta on noin 80 metriä, jota kuitenkin lyhentää kaksi säiliötä. Olettaen, että vain toinen säiliö osallistuu palamiseen, lyhentää toisen säiliön halkaisija leveyttä noin 20 metriä. Lyhyemmän sivun osalta käytetään sivun todellista mittaa, joka on 33,76 metriä. Lämpösäteily lasketaan käyttäen Stefan-Bolzmannin teoriaa [1]. E = ε * 5,67 * T 4 * 10-8 (kw/m 2 ) Laskennassa säteilijälle annettiin 900 C lämpötila. Säteilylähteenä käytettiin näkyvän liekin aluetta. Säteilylähteen säteilytehoksi muodostuu 96,6 kw/m 2, joka vastaa lähteissä esitettyä vaihteluväliä kw/m 2. Säteilijän vastaanottajan emissiivisyyden arvona käytetään lukemaa 0,9 [1]. Paloässät Oy 4

5 Säteilyteho säteilyn vastaanottajan ja etäisyyden suhteen huomioidaan kaavalla; E = 4 * φ * E max, missä φ on säteilijän ja säteilyn vastaanottajan etäisyyden ja näkyvyyskertoimen välinen suhdeluku [1]. E max on lämpösäteilyn voimakkuus Näkyvyyskerroin on suhdeluku, joka kuvaa sitä, kuinka suuri osuus säteilijän lähettämästä lämpösäteilystä kohdistuu säteilyn vastaanottajaan. Kun säteilyn vastaanottaja on keskellä säteilijää ja kohtisuoraan säteilijästä, näkyvyyskerroin on 1. Näkyvyyskerroin olisi 0, mikäli säteilyn vastaanottaja ei näe säteilijää eli on säteilyä läpäisemättömän esineen takana. Tämän kaltaisia kohtia muodostuu tutkittavassa kohteessa välissä olevien rakennusten ja rakennelmien johdosta. Sijoittamalla arvot kaavaan käänteisesti lasketaan etäisyydet 1,5 kw/m 2 ja 3,0 kw/m 2 säteilyintensiteetin arvoille. Säteilyn intensiteetti Pitkän sivu Lyhyt sivu Kulmat 45 1,5 kw/m 2 n. 100,6 metriä n. 77,2 metriä 94,2 metriä 3,0 kw/m 2 n. 69,2 metriä n. 53,6 metriä 65 metriä Taulukko 1. Etäisyydet eri lämpösäteilyn intensiteeteille. Kulmien kohdalla etäisyydet laskettiin kulman näkyvyyden mukaan. Kulmissa säteilevän pinnan leveytenä käytettiin 51 metriä. Etäisyyskaavio on esitetty kuvassa seuraavalla sivulla. Paloässät Oy 5

Kuva 3. Lämpösäteilyn intensiteetin vaikutusalueet, kuva ei mittakaavassa Säteilyn intensiteetti on laskettu säteilypinnan keskipisteestä, eli käytännössä noin 4,5 metrin korkeudelta maasta.

6 Kuva 3. Lämpösäteilyn intensiteetin vaikutusalueet, kuva ei mittakaavassa Säteilyn intensiteetti on laskettu säteilypinnan keskipisteestä, eli käytännössä noin 4,5 metrin korkeudelta maasta. Maaston muodot, rakennukset ja rakennelmat vaikuttavat vaikutusalueeseen estäen lämpösäteilyn etenemistä. Lämpösäteilyn vaikutusta palon leviämisen kannalta voidaan arvioida säteilyn intensiteetin kautta. Ihmisen ihoon kohdistuu esimerkiksi auringosta pilvettömänä päivänä noin 0,67 kw/m 2 lämpösäteilyä. Poistumisen kannalta 6,5 kw/m 2 aiheuttaa kivun tunteen iholla säteilyn kestäessä yli 8 sekuntia. Palovammoja syntyy 16 kw/m 2 säteilyteholla [1]. Suomalaisessa lähteessä poistumisturvallisuuden kriteeriksi on mainittu 10 kw/m 2 [2]. Yhdysvalloissa säiliöpalojen muodostamien riskien osalta käytetään kahta lämpösäteilyn intensiteettiä kuvaavaa rajaa, jotka ovat 1,4 kw/m 2 ihmisiin ja 31,5 kw/m 2 rakennuksiin [4]. Esineen syttymiseen tarvitaan mm. puun osalta noin 12,5 kw/m 2 pitkäkestoista säteilytehoa [1]. Laskelman laati Sami Hämäläinen paloturvallisuussuunnittelija (Fise AA) Paloässät Oy 6

7 LÄHTEET 1 / Drysdale D., An introduction to Fire Dynamics 2nd edition, West Sussex (UK), / RIL ry, RIL 221 Paloturvallisuussuunnittelu, Helsinki, / Ympäristöministeriö, Suomen Rakentamismääräyskokoelma E1, Helsinki, / The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering 4th Edition, Quincy (US), / NIST, Thermal Radiation from Large Pool Fires, NISTIR 6546, (US), 2000 Paloässät Oy 7

Samankaltaiset tiedostot

SAVUNPOISTOSUUNNITELMA

SAVUNPOISTOSUUNNITELMA 25.5.2016 Muutos kappaleessa 5. Savunpoistopuhaltimien mallit muutettu. K.osa/Kylä Kortteli/Tila Tontti/rno Rakennustoimenpide Asiakirjan nimi Juoks.no SANEERAUS SAVUNPOISTOSUUNNITELMA