PELASTUSOPISTON PALOTEATTERIN AUDITOINTI 2014-2015

'" PE1A.rV'OPlsro Peo/2013/9i9 PELASTUSOPISTON PALOTEATTERIN AUDITOINTI 2014-2015 OHJAUSRYHMÄN LOPPURAPORTTI

~ PII.ASTV50PI5TO RAPORTTI 2 (11) SISÄLTÖ 1 PELASTUSOPISTON PALOTEATIERIN AUDITOINTIHANKE 3 2 AUDITOINTIHANKKEEN I-VAIHE SYKSYLLÄ 2014 5 3 AUDITOINTIHANKKEEN II-VAIHE KEVÄÄLLÄ 2015 7 4 LOPUKSI, OHJAUSRYHMÄN YHTEENVETOA JA SUOSITUKSET 10

~ PEI.AS1'VSOPIS1'O RAPORTTI 3 (11) PELASTUSOPISTON PALOTEATTERIN AUDITOINTI 2014-2015 1 PELASTUSOPISTON PALOTEATTERIN AUDITOINTIHANKE n harjoitusalueella sijaitseva paloteatteri on palon kehittymisen ja paloteknisten laitteiden toiminnan havainnollistamiseen tarkoitettu demonstraatiotila. Se on rakennettu vuonna 2005. Paloteatterin alkuperäinen tarkoitus on ollut tukea n ammattiopetusta palon kehittymisen ja paloteknisten laitteiden toiminnan havainnollistamispaikkana. Paloteatteri koostuu polttotilasta, jossa koepoltot suoritetaan, laitetilasta, jossa sijaitsevat palollmoitin-, sammutuslaitteisto- ja kaasuanalysointikeskukset, sekä auditoriosta. josta ohjaus- ja tiedonkeruujärjestelmiä ohjataan ja jossa yleisö voi seurata koepolttoja. Paloteatterin polttotilan varustukseen kuuluvat demonstraatiopolttojen lämpötila- ja kaasupitoisuusmittaukset sekä erityyppiset paloilmaisimet ja sammutusjärjestelmät. Paloteatteria käytettäessä paloilmaisin- ja sammutuslaitteistodemoissa vuosina 2006 2010 nähtiin tarpeelliseksi tulipalossa syntyvien savukaasujen mittaukseen ja analysointiin tarkoitetun laitteiston hankinta. Se mahdollistui Palosuojelurahaston erityisavustuksen tukemana osana Paloteatterin kehittämishanketta 2011-2012. Kaasuanalysointilaitteiston hankinnan jälkeen paloteatterilla tehdyissä demopoltoissa ja opinnäytetöihin liittyvissä koepoltoissa tuli esille yllättävän suuria HCN-pitoisuuksia (syaanivety). Tämä herätti laajaa keskustelua paloteatterissa tehtyjen mittausten oikeellisuudesta sekä mittauslaitteiden toiminnasta, soveltuvuudesta ja luotettavuudesta. Heränneen keskustelun johdosta päätti auditoida paloteatterin mittauslaitteistot vuoden 2014 aikana. n rehtori asetti auditointihankkeelle ohjausryhmän 27.1.2014. Ohjausryhmään kuuluivat seuraavat henkilöt: ylitarkastaja Jarkko Häyrinen, Sisäministeriön pelastusosasto (pj.) pelastuspäällikkö Seppo Männikkö, Pirkanmaan pelastuslaitos tekninen päällikkö Antti Rissanen, riskienhallintapäällikkö Paavo Tiitta, Pohjois-Savon pelastuslaitos tutkimuspäällikkö Kati Tillander Helsingin pelastuslaitos opettaja Timo Loponen, vanhempi opettaja Jani Jämsä, Lisäksi hankkeen toteuttamiseen on osallistunut n Päällystöopetusyksiköstä onnettomuuksien ehkäisyn tiimin muita opettajia. Hankkeen aikana selvisi, että paloteatterissa ennen auditoinnin aloittamista käytetty HCNmittauskenno on ollut ristiinherkkä CO- (häkä-) kaasulie, jota käytännössä aina muodostuu tulipalossa. Siksi aiemmin, ennen toukokuuta 2014 paloteatterissa saadut HCNpitoisuusmittausten tulokset ovat olleet liian suuria ja niistä tehdyt johtopäätökset ovat siten olleet virheellisiä. Auditointihankkeen aikana toteutettiin VTT:n toimesta kaksi erillistä selvitystä. Näistä ensimmäisessä selvitettiin ensin mittausjärjestelmän luotettavuutta ja soveltuvuutta huonepalossa syntyvien olosuhteiden arviointiin. Toisessa vaiheessa palosimulaatioiden

'" PEI.ASTVSOPISTO RAPORTTI 4 (11) avulla vertailtiin paloteatterin huonepalon demonstraatioiden tuloksia simulaatioihin selvitettiin, minkä tyyppisiä paloja tilassa voidaan esittää. ja Paloteatterin mittausjärjestelmän korjauksilla ja huonetilan rajoitukset huomioon ottaen simulaatiot osoittivat, että paloteatterissa voidaan tehdä realistisia huonepalosimulaatioita ja paloturvallisuustekniikkaa havainnollistavaa opetusta. Raportit molemmista vaiheista on julkaistu erillisinä VTT:n julkaisuina ja esitelty Palotutkimuksen päivillä Espoossa 2015. Linkit VTT:n raportteihin ovat jäljempänä myös tässä raportissa.

~ PE1ASrVSOPIsro RAPORTTI 5 (11) 2 AUDITOINTIHANKKEEN I-VAIHE SYKSYLLÄ 2014 Paloteatterin auditointi päätettiin jakaa kahteen vaiheeseen. Auditoinnin I-vaiheessa vuoden 2014 aikana tavoitteena oli arvioida n paloteatterin mittaustekniikan toimintaa ja luotettavuutta kokonaisuutena sekä arvioida paloteatterin mittausjärjestelmän soveltuvuutta ja rajoitteita huonepalossa syntyvien olosuhteiden arviointiin. Auditoinnin I-vaiheen toteutus tilattiin ohjausryhmän toimesta Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:ltä. Tutkimuksen toteuttivat käytännössä erikoistutkijat Tuula Hakkarainen ja Jukka Vaari. Selvityksestä on julkaistu VTT:n tutkimusraportti VTT-R-05960-14. Linkki tutkimusraporttiin: http://www2.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/20 14/VTT -R-05960-14. pdf Paloteatterin havaittua: mittaustekniikasta auditoinnin I-vaiheen VTT:n tutkimusraportissa Paloteatterin lämpötilamittausten tarkkuus on riittävä demonstraatiotarkoituksiin ja vertailumittauksiin. Paloteatterin paloilmaisimet on valittu tarkoituksenmukaisesti edustamaan yleisimmin käytössä olevien paloilmoitinjärjestelmien ilmaisintyyppejä. Paloiimaisinvalikoima on suhteellisen helposti muutettavissa ja laajennettavissa tulevien tarpeiden ja tekniikan kehityksen mukaan. Myös demonstroitavien sammutusjärjestelmien suhteen Paloteatteriin valitut järjestelmät ovat asianmukaiset ja nykykäytäntöä edustavat. Ennen toukokuuta 2014 suoritettujen HCN-pitoisuusmittausten tulokset ovat epäluotettavia. Tuolloin käytetty HCN-mittauskenno oli ristiinherkkä CO:lle (häkä), jota käytännössä aina muodostuu tulipalossa. Mittausvirheen suuruus ei ole jälkikäteen luotettavasti arvioitavissa, mutta tulokset ovat todennäköisesti olleet merkittävästi suurempia kuin polttotilan todelliset HCN -pitoisuudet. Paloteatterin HCN-mittauskenno vaihdettiin tekniikaltaan toisenlaiseksi keväällä 2014, kun ristiinherkkyysongelma tuli esille kaasuanalysointilaitteiston suunnitellun määräaikaishuollon ja -kalibroinnin yhteydessä. Nykyisin käytössä olevalla HCNmittauskennolla päästään luotettavampiin tuloksiin, koska tämä kennotyyppi ei ole ristiinherkkä CO:lle. Muut ristiinherkkyydet (esim. negatiivinen ristiinherkkyys N02:lIe) on nyt tiedostettu ja osataan jatkossa huomioida. Jatkossa kaasupitoisuusmittauksissa on otettava huomioon myös palavien materiaalien, palo-olosuhteiden ja vesisammutusjärjestelmien vaikutus palossa muodostuviin kaasuihin. VTT:n raportissa todetaan kokeellisessa tutkimuksessa havaittuna, että vesisammutus voi vaikuttaa palamisessa tapahtuviin kemiallisiin reaktioihin ja siten palossa syntyvien yhdisteiden tuottoihin. Vesi voi vaikuttaa palamisreaktioihin muutenkin kuin sammutteena. Mittauskennojen ristiinherkkyydet on myös jatkossa otettava huomioon tuloksia tulkittaessa. n tutkimusyksikön suorittamissa tutkimuksissa ja testauksissa sekä opinnäytetöissä mittausten tarkkuusvaatimukset ovat suuremmat kuin demonstraatioissa ja vertailumiuauksissa. Vaikka tällöinkään eivät kaikissa tapauksissa ole tavoitteina lämpötilaja kaasupitoisuusmittaukset tieteellisellä tarkkuudella tai hyväksyntästandardien

" PE~ASTVSOPISTO RAPORTTI 6 (11) mukaisesti, tulosten perusteella tehtäviä johtopäätöksiä on arvioitava erityisen kriittisesti tiedostaen paloteatterin mittausjärjestelmien rajoitukset. n paloteatteri on tarkoituksenmukainen ympäristö mm. huonepalon alkuvaiheen kehittymisen ja paloteknisten laitteiden toiminnan havainnollistamiseen. Paloteatterin yleisö tekee demonstraatioissa visuaalisia havaintoja, jotka jäävät mieleen ja vaikuttavat näkemyksiin. Tämän vuoksi on erityisen tärkeätä, että demonstraatioita seuraavien opiskelijoiden, koulutettavien, asiakkaiden, tiedotusvälineiden edustajien ja muun yleisön saamat mielikuvat ovat realistisia.

~ PEI.ASTVSOPISTO RAPORTTI 7 (11) Pea/2013/919 3 AUDITOINTIHANKKEEN II-VAIHE KEVÄÄLLÄ 2015 Auditointihankkeen I-vaiheen perusteella arvioitiin tarvetta ja tavoitteita auditoinnin 11- vaiheelle. Sen toteuttamiseksi haettiin Palosuojelurahastolta erityisavustusta joulukuussa 2014. Rahoituspäätös saatiin helmikuussa 2015 ja hankkeen II-vaihe käynnistettiin maaliskuussa 2015. Paloteatterin auditoinnin II-vaiheessa, oli tarkoitus palosimulointien avulla: selvittää paloteatterin fyysisten ominaisuuksien ja mittauspisteiden vaikutusta mittaustuloksiin; arvioida minkä tyyppisiä paloja tiloissa voidaan esittää, jotta mittaustulokset vastaisivat esitettävää skenaariota; arvioida tilojen soveltuvuus paloteknisten laitteiden toiminnan esittelyyn; laatia esitys paloteatterin ja mittausjärjestelyjen kehittämistarpeista. Auditoinnin II-vaiheen simulointien toteutus tilattiin myös ohjausryhmän toimesta Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:ltä. Tutkimuksen toteuttivat käytännössä erikoistutkijat Tuula Hakkarainen ja Jukka Vaari. Selvityksestä on julkaistu VTT:n tutkimusraportti VTT-R- 03005-15. Linkki tutkimusraporttiin: http://www.vttfi/inf/julkaisutlmuutl2015ntt-r-03005-15.pdf Paloteatterin poltto-olosuhteista auditoinnin II-vaiheen VTT:n tutkimusraportissa havaittua: Paloteatterin polttotilan paloteknisesti merkittävimmät fyysiset ominaisuudet ovat suhteellisen pieni tilavuus, polttotilan seinä- ja kattorakenteiden rajallinen lämmönkesto, savunpoistopuhaltimiin perustuva ilmanvaihto, liikuteltavan katon ja seinien väliset aukot, sekä liikuteltavan katon yläpuolinen tila. Fyysisistä ominaisuuksista johtuu, että paloteatteri soveltuu vain pienikokoisten palojen, kuten paloteknisten laitteiden toiminnan demonstraatioihin tai huonepalon alkuvaiheen kehityksen demonstrointiin. Auditoinnin II-vaiheessa tehdyt huonepaloa ja paloteknisten laitteiden demonstraatiota koskeneet palonsimuloinnit osoittivat, että vastaavien demonstraatioiden suorittaminen realistisesti on mahdollista paloteatterissa. Tämä kuitenkin edellyttää, että demonstraatioiden instrumentointia sekä suoritustapaa kehitetään jatkossa siten, että demonstraatiot ovat informatiivisempia ja toistettavampia. Simulointitulokset voivat myös auttaa paremmin ymmärtämään teatterissa jo aiemmin suoritettuja demonstraatioita ja niissä saatuja mittaustuloksia. Paloteatterin todellista ilmanvaihdon määrää ei ole kokeellisesti määritetty. Ilmanvaihdon määrän mittaaminen niin poistoilma- kuin tuloilma-aukosta taajuusmuuttajan asetuksen funktiona on suositeltavaa. Mittaukseen voisi samalla yhdistää paine-eromittauksen polttotilan ja ulkoilman välillä. Näin saataisiin tietoa paitsi ilmanvaihdon määrästä, myös polttotilan tiiveydestä. Mittausten tekoa tulisi harkita sekä kesä- että talviolosuhteissa. Ilmanvaihtoa koskeneet simuloinnit osoittivat, että katon alapuoliseen tilaan tuleva tuloilma kulkeutuu katon yläpuoliseen tilaan pääasiassa katon ja auditorion lasiseinän välistä sekä

~ PEI..,SrVSoPlsro RAPORTTI 8 (11) katon ja laitetilan puoleisen seinän välistä. Tämä luo polttotilaan epäsymmetrisen virtauskuvan, joka saattaa vaikuttaa lämmön ja savun leviämiseen katon alapuolisessa tilassa, erityisesti jos palo on pienikokoinen tai vain kytevä. Lisäksi, mikäli savunpoistopuhallinta käytetään suurella teholla, virtauskuva saattaa muodostua pyörteiseksi, mikä vaikuttaa savun ja lämmön leviämiseen ei-ennustettavalla tavalla. Tästä syystä erityisesti täysikokoisessa polttotilassa tehtävien demojen suhteen olisikin arvioitava, voiko demonstraatiot suorittaa siten, että ilmanvaihto on kokonaan pois kytkettynä (ja tuloilma-aukon pelti suljettuna) sytytyshetkestä siihen asti, kunnes kaikki halutut ilmaisimet ja sprinklerit ovat toimineet. Huonepalon kohdalla paloteatterissa on yhdeksi keskustelun aiheeksi noussut liikuteltavan katon yläpuolisen tilan vaikutus kaasupitoisuuksiin polttotilassa. Näin siksi, että huoneen ilmanvaihdon poistoaukko avautuu tähän yläpuoliseen tilaan. Tehdyt simuloinnit kuitenkin osoittivat, että katon yläpuolisen tilan vaikutus kaasupitoisuuksiin huoneessa on varsin pieni. Yhtenä selittävä tekijänä tälle on, että kaikissa tarkastelluissa ilman poistoaukon toteutuksissa tuloilma-aukko pysyi samana, ja se rajoitti ilmanvaihdon määrää tapauksissa, joissa poistoilma-aukon pinta-ala oli tuloilma-aukon pinta-alaa suurempi. Riippumatta siitä, miten ilmanvaihto jatkossa tullaan huonepalodemossa toteuttamaan, on oleellista, että ilmanvaihdon aukkojen paikat ja koot dokumentoidaan huolellisesti sekä piirroksin että valokuvin. On myös suositeltavaa, että ilmanvaihdon määrä huoneen läpi mitataan vastaavasti kuin koko polttotilan ilmanvaihdon tapauksessa. Suosituksena jatkoa varten on myös sijoittaa niin palokuorma kuin mittapisteet riittävälle etäisyydelle (1-2 m) polttotilan ilmanvaihtoaukoista, ja lisäksi jättää riittävä etäisyys (1-2 m) palokuorman ja mittapisteiden välille. Mittapisteiden tulee sijaita esteettömässä kohdassa. Esteeksi voidaan katsoa myös laitetilan seinä, joten olisi suositeltavaa, että mittapisteiden etäisyyttä seinästä voitaisiin kasvattaa. Mikäli halutaan varautua jatkossa useamman tyyppisiin huonepalodemoihin, olisi pohdittava kiinteäasenteisten mittapisteiden muuttamista liikuteltaviksi. Toistettavuuden lisääminen paloteatterin kokeissa on mahdollista, mutta vaatii hieman vaivannäköä. Yhtenä mahdollisena kehittämiskohteena on paloteatterin fyysisille ominaisuuksille sopivan (yhden tai useamman), toistettavan huonepaloskenaarion kehittäminen. Osana tätä kehitystyötä tulisi harkita myös sellaisen huonepalodemon tekoa, jossa olisi läsnä avoin ovi (käytännössä väliseinään puhkaistaisiin oviaukko). Tällöin ilmanvaihto hoituisi luonnollisesti oven läpi, katon rajassa olevat aukot voitaisiin tukkia kauttaaltaan, ja polttotilan ilmanvaihto käynnistää vasta sammutusjärjestelmän lauettua. Kaasulämpötilan mittaus sprinklerin lähellä on käytännössä osoittautunut melko huonosti toistettavaksi, sillä kaasulämpötila sprinklerin lauetessa on toisinaan suurempi ja toisinaan pienempi kuin sprinklerin nimellinen laukeamislämpötila. Tehdyt simuloinnit osoittivat, että mikäli paksu vaipallinen anturi on etäämmällä katosta kuin sprinklerin lasikapseli, sen antama lukema voi sprinklerin laukeamishetkellä olla alhaisempi kuin sprinklerin laukeamislämpötila. Tällaiset tulokset voivat antaa demoja seuraavalle yleisölle harhaanjohtavan kuvan sprinklerien luotettavuudesta. Suosituksena on, että kaasulämpötilan mittauspiste (siis anturin kärki) asetetaan samalle korkeudelle sprinklerin lasikapselin kanssa. Anturityyppi voisi olla herkempi, ts. anturi voisi olla ohuempi, jolloin se paremmin seuraisi todellista kaasulämpötilaa.

~ P E1ASrVSOPIsro RAPORTTI 9 (11) Simuloinnit, joissa oli läsnä neljä sprinkleriä, osoittivat, että sprinklerien laukeaminen on herkkä palokuorman paikalle. Tämän, sekä sprinklerin luona tapahtuvan kaasulämpötilan mittauksen toistettavuuden vuoksi palokuorman paikka olisi hyvä pyrkiä pitämään mahdollisimman samana kerrasta toiseen. Myös lieskahduslaatikoiden sisään asetettavien vaahtomuovin ja lastulevyn palasten asettelun voisi vakioida, jolloin palonkehitys laatikoiden sisällä muuttuisi toistettavammaksi. Liikuteltavan katon ja laitetilan puoleisen seinän välinen suuri aukko aiheuttaa myös palopatsaan taipumista laitetilaan päin. Vaikkakin tämän merkitys käytännön kannalta on vähäinen, ihanteellista olisi, että savu ja lämpö nousisivat suoraan ylöspäin ja jakautuisivat symmetrisesti kaikkiin suuntiin kattosuihkussa. Ilmanvaihdon kytkeminen pois päältä auttaa asiaa osin, mutta parasta olisi, jos katon ja laitetilan puoleisen seinän välistä aukkoa voitaisiin pienentää siten, että sen pinta-ala olisi samaa suuruusluokkaa muiden katon ja seinien välisten aukkojen kanssa.

~ PEI.ASTVSOPISTO RAPORTTI 10 (11) 4 LOPUKSI, OHJAUSRYHMÄN YHTEENVETOA JA SUOSITUKSET Yhteenvetona paloteatterin auditoinnin 1- ja II-vaiheiden tuloksista, auditointihankkeen ohjausryhmä suosittelee lle jatkotoimenpiteinä: Paloteatterille laaditaan jatkossa säännöllinen huolto- ja kunnossapito-ohjelma. Paloteatterin mittausjärjestelmät huolletaan ja kalibroidaan jatkossa säännöllisesti. Paloteatterin kaasu- ja lämpötilamittausjärjestelmän mittauspisteitä siirretään auditoinnin VTT-raporteissa esitetyllä tavalla edustavampien mittaustulosten saavuttamiseksi. Paloteatterin kaasumittausjärjestelmää parannetaan siten, että pystyttäisiin jatkossa mittaamaan pitoisuuksia kahdelta eri korkeudelta yhtä aikaa reaaliaikaisesti. Paloteatterilla tehtävissä tutkimus- ja testauspoltoissa on tuloksia arvioitava erityisen kriittisesti huomioiden auditoinnissa esille tulleet mittausjärjestelmien rajoitukset. Jos paloteatterilla tehdään tutkimus- tai testausluonteisia poittoja, on mittausjärjestelmät kalibroitava jatkossa ennen poittoja. Paloteatterin polttotilan polttojen aikaiselle ilmanvaihdolle tehdään virtausmittaus, jotta oikea, todellinen virtaama tiedetään suhteessa säädinarvoon. Polttodemojen aikaisen ilmanvaihdon arvona käytetään jatkossa auditoinnin 11- vaiheessa simulointien avulla saatuja, todellisuutta vastaavia arvoja. Sprinkleridemoissa käytettävän alkupalon paikka merkitään jatkossa polttotilan lattiaan, koska palon käyttäytyminen riippuu paljon palokuorman paikasta. Muissakin poltoissa jatkossa sijoitetaan palokuorma ja mittapisteet riittävälie etäisyydelle polttotilan ilmanvaihtoaukoista, ja lisäksi jätetään riittävä etäisyys palokuorman ja mittapisteiden välille. Kun paloteatterilla tehdään jatkossa huonepalodemoja tai -polttoja pienessä huoneessa, on polttotilan katon reunat tiivistettävä vähintään auditointihankkeen 11- vaiheessa simuloidulla tavalla. Myös normaaleissa polttodemoissa suositellaan polttotilan katon reunoja tiivistettäväksi mahdollisuuksien mukaan. Jatkossa pyritään kehittämään paloteatterin fyysisille ominaisuuksille sopiva toistettavampi huonepaloskenaario. Paloteatterissa ennen toukokuuta 2014 tehtyjen demopolttojen ja opinnäytetöiden yhteydessä esille tulleet ja raportoidut virheelliset pitoisuusmittaustulokset oikaistaan tiedottamalla asiasta kaikille niille tahoille, joille em. tietoa on lta levinnyt.

~ PEI.ASrVSOPlsro RAPORTTI 11 (11) kiittää paloteatterin auditoinnin ohjausryhmää ja VTT:n asiantuntijoita erittäin onnistuneesta paloteatterin auditointihankkeen toteutuksesta. Kuopiossa Mervi Parviainen Rehtori I ~ rkko Hayrinen litarkastaja, SM Pelastusosasto aloteatterin auditoinnin ohjausryhmä pj.