JOHDATUS TOIMINNALLISEEN PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELUUN

JOHDATUS TOIMINNALLISEEN PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELUUN TkT Jukka Hietaniemi Aluejohtaja Palotekninen insinööritoimisto MARKKU KAURIALA Oy

MISTÄ TULEE NIMITYS TOIMINNALLINEN PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELU Tekniset laitteet ja järjestelmät suunnitellaan toteuttamaan haluttuja funktioita eli toimintoja esim. auton halutaan olevan mm. tehokas, tyylikäs, ympäristöystävällinen ja turvallinen mutta lait ja asetukset eivät määrää yksityiskohtien tasolla, miten nämä tavoitteet saavutetaan, vaan asettaa kriteerit esim. ympäristöystävällisyydelle CO 2 -rajoilla ja turvallisuudelle auton toiminnalla törmäystesteissä Pitäisimme hyvin outona niin sanoakseni pohjoiskorealaisena, jos esim. autojen turvallisuudesta määrättäisiin lakiin kirjatuilla yksityiskohtaisilla määrittelyillä peltien paksuudesta, rungon materiaaleista, jne... Tämä on kuitenkin paloturvallisuuden aikaansaamisen vakiintunut menettely: määräykset asettavat hyvin yksityiskohtaisia määrittelyitä sille, millaisia teknisten ratkaisujen tulee olla Toiminnallinen suunnittelu on yleinen menettelytapa, jossa rakentamisen lopputuotteesta kuvataan valintavaiheessa käytönaikaiset ominaisuudet eikä teknistä ratkaisua Siinä laitetaan hevonen kärryjen eteen eikä päinvastoin ja se tekninen ratkaisu, joka täyttää asetetut vaatimukset saadaan suunnittelun lopputuloksena, ei edeltäkäsin annettuna ehdottomana määräyksenä Jollekin toimialalle jo koulutuksessa sisäänajetut ehdottomat määräykset ovat toki näppäriä siksi, että kaikki ne tuntevat ja siksi soveliaita pelisääntöjä, ellei niistä ole kohtuutonta haittaa Rakentamisessa näin epäilemättä on, kun tehdään perusomakotitaloa tai betonikerrostaloa Mutta kun mennään vähänkin vaativampiin kohteisiin, ei oikeastaan ole mitään takeita siitä, että 1) tehdään oikeasti turvallista rakentamista 2) paloturvallisuuden nimissä tehdyt rahalliset ja muut panostukset menevät oikeasti paloturvallisuudesta huolehtimiseen, eikä pelkkään mappiturvallisuuteen eli siihen, että uskotaan, että kun kaikki vaaditut paperit ovat kunnossa, niin silloin kohdekin on paloturvallinen Usein tavataan sanoa, että kokemus osoittaa, että määräykset ovat hyviä ja pitävät palovaarat siedettävän alhaisina, mutta tämä on oikeastaan aika karmeaa retoriikkaa, kun Suomessa palokuolemia yhä vaan tapahtuu paljon enemmän kuin (muissa) sivistyneissä länsimaissa 2

3

4

PALOTURVALLISUUS Hietaniemi, J. 2005. Esitelmä Suomen paloturvallisuusprofesuurin opetuksen ja tutkimuksen sisällöstä. Helsinki: Palotutkimusraati ry. 5

PALOTURVALLISUUS Rakennuksessa olevat henkilöt pystyvät tulipalossa tai muussa äkillisessä vaaratilanteessa poistumaan rakennuksesta tai heidät voidaan pelastaa muulla tavoin Pelastustoiminta on tulipalon sattuessa mahdollista ja pelastushenkilöstön turvallisuus on otettu huomioon Tulipalon syttymisen ml. tahallinen sytyttäminen vaara on vähäinen Tulipalon aiheuttamat omaisuusvahingot ml. keskeytysvahingot ja muut välilliset vahingot eivät ole suhteettoman suuria Näihin tavoitteisiin pyritään passiivisilla ja aktiivisilla palosuojelun keinoilla passiivisia keinoja ovat mm. osastointi, palokatkot, suojaetäisyydet, materiaalien paloominaisuudet, jne. aktiivisia keinoja ovat mm. palon ilmaisu, sprinklaus, savunpoisto, palokunnat, jne. Paloturvallisuussuunnittelulla luodaan edellytykset näiden tavoitteiden toteutumiselle 6

PALOTURVALLISUUS PALOTURVALLISUUDEN OLENNAISEN TEKNISEN VAATIMUKSEN OSA-ALUEET: RakMK E1, 1.2 rakennuksen kantavien rakenteiden tulee palon sattuessa kestää niille asetetun vähimmäisajan; palon ja savun kehittymisen ja leviämisen rakennuksessa tulee olla rajoitettua; palon leviämistä lähistöllä oleviin rakennuksiin tulee rajoittaa; rakennuksessa olevien henkilöiden on voitava palon sattuessa päästä poistumaan rakennuksesta tai heidät on voitava pelastaa muulla tavoin; pelastushenkilöstön turvallisuus on rakentamisessa otettava huomioon. 7

E1 1.3.1 VAATIMUKSEN TÄYTTYMISEN OSOITTAMINEN: E1, 1.3 Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän, mikäli rakennus suunnitellaan ja rakennetaan noudattaen näiden [E1 + ohjeet] määräysten ja ohjeiden paloluokkia ja lukuarvoja. E1 1.3.2 Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän myös, mikäli rakennus suunnitellaan ja rakennetaan perustuen oletettuun palonkehitykseen, joka kattaa kyseisessä rakennuksessa todennäköisesti esiintyvät tilanteet. Vaatimuksen täyttyminen todennetaan tapauskohtaisesti ottaen huomioon rakennuksen ominaisuudet ja käyttö. 8

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.2 MUKAISESTI SUUNNITTELUPROSESSI Palonkehityksen tarkastelu + 9

TOIMINNALLINEN RAKENTEIDEN PALOMITOITUS Oletettuun palonkehitykseen perustuva toiminnallinen paloturvallisuussuunnittelu on kotimaisissa ja eurooppalaisissa viranomaismääräyksissä hyväksytty menettely rakenteellisen paloturvallisuuden varmistamiseksi EUROCODE-STANDARDIEN MUKAINEN MENETELMÄ Toiminnallisella palomitoituksella voidaan ottaa huomioon rakennuksen yksilölliset ominaispiirteet sekä passiiviset ja aktiiviset palontorjuntatoimet rakenteiden paloturvallisuussuunnittelussa Suomen Rakentamismääräyskokoelman osa E1: Rakennuksen kantavien rakenteiden tulee palon sattuessa kestää niille asetetun vähimmäisajan. Vaatimusten täyttyminen voidaan osoittaa kahdella eri menettelyllä: Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän, jos rakennus suunnitellaan ja rakennetaan noudattaen Suomen rakentamismääräyskokoelman osan E1 määräysten ja ohjeiden paloluokkia ja lukuarvoja. Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän, jos rakennus suunnitellaan ja rakennetaan perustuen oletettuun palonkehitykseen, joka kattaa kyseisessä rakennuksessa todennäköisesti esiintyvät tilanteet. Vaatimuksen täyttyminen todennetaan tapauskohtaisesti ottaen huomioon rakennuksen ominaisuudet ja käyttö. johtaja TkT Jyri Outinen, Ruukki Oyj 10

RAKENTEIDEN PALOMITOITUS: KAAVIO 1 11

RAKENTEIDEN PALOMITOITUS: KAAVIO 2 12

Osaamisalueita: - FDS-ohjelman manuaalista: competent in the fields of fluid dynamics, thermodynamics, combustion, and heat transfer eli tuntee läpikotaisin tulipalon fysiikan ja kemian sekä niiden perusteet - Tuntee asiaankuuluvat lait, asetukset, standardit ja ohjeet ja osaa niiden soveltamisen - Hallitsee rakenteiden toiminnan, asiaankuuluvan laitetekniikan, jne... - Ei ole koskaan valmis, vaan ylläpitää ja kehittää osaamistaan jatkuvasti 13

14

15

LOPUKSI Toiminnallinen paloturvallisuussuunnittelu on lakien ja asetusten mukainen suunnittelutapa aivan samalla tavalla kuin palomääräysten luokkien ja lukuarvojen mukainen suunnittelu Se Eurocode-normien mukainen menettely Se on teknisten järjestelmien yleinen suunnittelutapa Sillä saadaan seuraavia etuja: Parempi turvallisuustaso Arkkitehti voi toteuttaa ideoitaan vapaammin Tilojen parempi käytettävyys Merkittävät säästöt rakennuskustannuksissa Suuremmat osastokoot Pidemmät poistumistie-etäisyydet Kevyemmät rakenteet Toimivammat ja halvemmat palotekniset laitteistot Paloteknisten laitteistojen halvemmat huolto- ja ylläpitokustannukset Mitä vaativampi kohde, sitä suuremmat edut, mutta myös pienissä ja rajallisissa sovelluksissa saadaan usein merkittäviä etuja Se on vaativaa, luokituksen mukaan AA-tasoa, mutta monesti optimaaliseen tulokseen vaaditaan AA+ -tasoa 16

PALOTURVALLISUUS: VIITEKEHYKSENÄ PUUKERROSTALOT Tapausesimerkkinä Ratamokoti-palvelutalo TkT Jukka Hietaniemi Aluejohtaja Palotekninen insinööritoimisto MARKKU KAURIALA Oy

SISÄLLYS PUUN PALAMINEN PALOTURVALLISUUS PUUKERROSTALON PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELU JA PALOTURVALLISUUDEN OSOITTAMINEN Rakentamismääräyskokoelman luokkiin ja lukuarvoihin perustuva lähestymistapa Rakentamismääräyskokoelman palonkehitykseen perustuva lähestymistapa ESIMERKKIKOHDE: TURUN RATAMOKOTI YHTEENVETOA 2.2.2012 2

2.2.2012 3

Puu: CH 1.7 O 0.7 N 0.002 Hiiltä ja vetyä sisältävä materiaali, jota laajalti käytetään polttoaineena Ei välttämättä syty kovin herkästi, etenkin jos lämmölle altistuva kappale on paksu Ei välttämättä levitä paloa nopeasti, etenkin jos palaminen tapahtuu vapaassa tilassa Kuitenkin: puu on aina palava materiaali, myös kemiallisesti palosuojattuna: tällöin syttyvyys ja palaminen yleensä ovat vähäisempää, mutta riittävän voimakkaassa lämpörasituksessa palosuojattukin puu palaa 2.2.2012 4

Mielipide: puun palavuutta ei tule vähätellä tai jopa yrittää kieltää 5-kerroksisen puukerrostalon tulipalo Ruotsissa 2013 Brand i flerbostadshus av trä Analys, rekommendationer och FoU-behov Birgit Östman, SP & Lars Stehn, LTU SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut SP Technical Research Institute of Sweden SP Rapport 2014:07 5

Mielipide: kun puun palavuus otetaan huomioon, puusta voidaan rakentaa yhtä turvallisia kerrostaloja kuin muitakin rakennusmateriaaleja käyttäen 6

NORMAALI PALAMINEN aine pyrolysoituu ja pyrolyysituotteet reagoivat eksotermisesti hapen kanssa HIILIPINNAN PALAMINEN: hiili reagoi suoraan hapen kanssa esim. nuotion hiillusta, grillihiilet happi tulee pitää mielessä hiiltymissyvyyttä arvioitaessa palaminen lämpö pyrolyysi- tuotteet lämpö happi palaminen pyrolyysi puumateriaali hiili puumateriaali

VAPAA PALAMINEN palamista ylläpitävä lämpö tulee puun omasta liekistä eikä ole kovin voimakasta ~ 20 30 kw/m 2 PALAMINEN SULJETUSSA TILASSA, ESIM. HUONE palamista ylläpitävä tulee pääosin tilaan muodostuvasta kuumasta kerroksesta ja voi olla hyvin voimakasta T g =1100 o C 200 kw/m 2 T g =1200 o C 270 kw/m 2 T 4 T g =1300 o C 350 kw/m 2 HUOM! SULJETTU TILA EI VÄLTTÄMÄTTÄ OLE HUONE, VAAN SE VOI OLLA RAKENNUKSEN ONTELO, tms. T g lämpö lämpö puu puu

PUUN HIILTYMINEN Riippuu useista tekijöistä D(2,7;5,5;3,9) kw/m 2 heat flux N(0,5;0,04) f O 2, t p C q e t 0 A B w t exp time O 2 concentration density moisture D(90;110;100) min N(465;93) kg/m 3 A ~ U(505;1095) kj/kg B ~ U(2430;2550) kj/kg Hietaniemi, J. 2005. A Probabilistic Approach to Wood Charring Rate. Espoo: VTT. (VTT Working Papers 31) Hietaniemi, J. 2007. Probabilistic simulation of fire endurance of a wooden beam. Structural Safety. Structural Safety. Volume 29, Issue 4, October 2007, Pages 322-336. 9

PUUN HIILTYMINEN, jatkoa Standardoidussa lämpötila-aika kehityksessä T = T 0 + (345 o C) log 10 ( 8 t + 1 ) (t = aika minuuteissa, T 0 = 20 o C) puun hiiltymäsyvyys d kehittyy osapuilleen lineaarisesti ajan mukana d = t missä hiiltymisnopeus on osapuilleen vakio Puurakenteiden suunnittelu Lyhennetty suunnitteluohje Kolmas painos Eurokoodi 5 Puuinfo: lyhennelmä Suomen Rakennusinsinöörien Liiton julkaisemista teoksista RIL 205-1-2009 ja RIL 205-2-2009. 2.2.2012 10

2.2.2012 11

2.2.2012 12

Tässä esitelmässä puukerrostalolla tarkoitetaan rakennusta, jossa on kerroksia 3 tai enemmän ja jonka kantavat rakenteet on tehty puutuotteista Viikki Saarijärvi Seinäjoki Lontoo Melbourne Vancouver jne 13

2.2.2012 14

PALOTURVALLISUUS Rakennuksessa olevat henkilöt pystyvät tulipalossa tai muussa äkillisessä vaaratilanteessa poistumaan rakennuksesta tai heidät voidaan pelastaa muulla tavoin Pelastustoiminta on tulipalon sattuessa mahdollista ja pelastushenkilöstön turvallisuus on otettu huomioon Tulipalon syttymisen ml. tahallinen sytyttäminen vaara on vähäinen Tulipalon aiheuttamat omaisuusvahingot ml. keskeytysvahingot ja muut välilliset vahingot eivät ole suhteettoman suuria Näihin tavoitteisiin pyritään passiivisilla ja aktiivisilla palosuojelun keinoilla passiivisia keinoja ovat mm. osastointi, palokatkot, suojaetäisyydet, materiaalien paloominaisuudet, jne. aktiivisia keinoja ovat mm. palon ilmaisu, sprinklaus, savunpoisto, palokunnat, jne. Paloturvallisuussuunnittelulla luodaan edellytykset näiden tavoitteiden toteutumiselle 15

PALOTURVALLISUUS Hietaniemi, J. 2005. Esitelmä Suomen paloturvallisuusprofesuurin opetuksen ja tutkimuksen sisällöstä. Helsinki: Palotutkimusraati ry. 16

PALOTURVALLISUUS PALOTURVALLISUUDEN OLENNAISEN TEKNISEN VAATIMUKSEN OSA-ALUEET: RakMK E1, 1.2 rakennuksen kantavien rakenteiden tulee palon sattuessa kestää niille asetetun vähimmäisajan; palon ja savun kehittymisen ja leviämisen rakennuksessa tulee olla rajoitettua; palon leviämistä lähistöllä oleviin rakennuksiin tulee rajoittaa; rakennuksessa olevien henkilöiden on voitava palon sattuessa päästä poistumaan rakennuksesta tai heidät on voitava pelastaa muulla tavoin; pelastushenkilöstön turvallisuus on rakentamisessa otettava huomioon. 2.2.2012 17

E1 1.3.1 VAATIMUKSEN TÄYTTYMISEN OSOITTAMINEN: E1, 1.3 Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän, mikäli rakennus suunnitellaan ja rakennetaan noudattaen näiden [E1 + ohjeet] määräysten ja ohjeiden paloluokkia ja lukuarvoja. E1 1.3.2 Paloturvallisuusvaatimuksen katsotaan täyttyvän myös, mikäli rakennus suunnitellaan ja rakennetaan perustuen oletettuun palonkehitykseen, joka kattaa kyseisessä rakennuksessa todennäköisesti esiintyvät tilanteet. Vaatimuksen täyttyminen todennetaan tapauskohtaisesti ottaen huomioon rakennuksen ominaisuudet ja käyttö. 2.2.2012 18

Onko paloluokkien ja lukuarvojen mukainen = paloturvallinen? Sen katsotaan olevan Esimerkki 1: Luokituksen mukainen asuntojen palokuorman tiheys (600 MJ/m 2 ) ja todellinen palokuorman tiheys useammassa kuin joka viidennessä asunnossa on enemmän palokuormaa kuin luokitus olettaa Keski-Rahkonen, O., Karhula, T. & Hostikka S. 2009. Palokuormien jakaumat palokuolemien ehkäisykeinojen arviointiohjelmassa. Pelastustieto, Palontorjuntatekniikkaerikoisnumero, s. 108-114. Palotutkimuksen päivät, 25.- 26.8. 2010. Palo- ja pelastustieto Ry. 19

Failure probability Esimerkki 2: Luokitusrajan ylittymisen todennäköisyys teräsrakenteelle, joka on palosuojauttu luokkaan R60 0.7 0.6 Deterministic (assumption 1) Normal (assumption 2 : mk=50%) Normal (assumption 3 : mk=80%) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 time [min] todennäköisyys, että suojattu teräs kuumenee luokkien mukaista mitoitusarvoa enemmän on 1 3 % Hietaniemi, J., Cajot, L.-G., Pierre, M., Fraser-Mitchell, J. Joyeux, D. & Papaioannou, K. 2005. Risk-Based Fire Resistance Requirements. Final Report. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities. 528 s. ISBN 92-894-9871-4 (EUR 21443 EN)

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI: E1-asetus + muut E-sarjan ohjeet E1 SUOMEN RAKENTAMISMÄÄRÄYSKOKOELMA. Rakennusten paloturvallisuus. Määräykset ja ohjeet 2011 Rakennusten käyttötavat 1 YLEISTÄ 1.1 Soveltamisala 1.2 Olennainen vaatimus 1.3 Vaatimuksen täyttymisen osoittaminen 1.4 Vastavuoroisuuden tunnustaminen 2 PALOKUORMA 2.1 Palokuorman määritys 2.2 Palokuormaryhmät 3 RAKENNUKSEN PALOLUOKKA 3.1 Paloluokat 3.2 Rakennuksen koon ja henkilömäärän rajoitukset 4 SYTTYMISEN ESTÄMINEN 4.1 Yleiset vaatimukset 5 PALON RAJOITTAMINEN PALO-OSASTOON 5.1 Yleiset vaatimukset 5.2 Osaston pinta-ala 6 RAKENTEIDEN KANTAVUUDEN SÄILYTTÄMINEN 6.1 Yleiset vaatimukset 6.2 Luokitukseen perustuva mitoitus 6.3 Palonkehitykseen perustuva mitoitus 7 PALON LEVIÄMISEN ESTÄMINEN OSASTOSTA 7.1 Yleiset vaatimukset 7.2 Osastoivien rakennusosien luokkavaatimukset 7.3 Osastoivat ovet, ikkunat ja luukut 7.4 Läpiviennit 7.5 Ilmanvaihtolaitteet 7.6 Ullakot, ontelot, ulkoseinät ja parvekkeet 8 PALON KEHITTYMISEN RAJOITTAMINEN 8.1 Yleiset vaatimukset 8.2 Sisäpuoliset pinnat 8.3 Ulkoseinät 8.4 Katteet 9 PALON LEVIÄMISEN ESTÄMINEN NAAPURIRAKENNUKSIIN 9.1 Yleiset vaatimukset 9.2 Palomuuri 10 POISTUMINEN PALON SATTUESSA 10.1 Yleiset vaatimukset 10.2 Etäisyys uloskäytävään 10.3 Uloskäytävien lukumäärä 10.4 Uloskäytävän mitat 10.5 Uloskäytävän osastointi ja rakenteet 10.6 Ovien aukeaminen sekä poistumisreittien valaistus ja merkintä 10.7 Poistumisaikalaskelma 11 SAMMUTUS- JA PELASTUSTEHTÄVIEN JÄRJESTELY 11.1 Yleiset vaatimukset 11.2 Pääsy sammutuskohteeseen 11.3 Palovaroitin ja automaattinen paloilmoitin 11.4 Savunpoisto 11.5 Sammutuslaitteet 11.6 Rajoitusmerkinnät 11.7 Turvallisuusselvitys 2.2.2012 21

E1: puukerrostalojen kannalta olennaisimmat pykälät (eli kohdat, joita puukerrostalomuutokset 2011 koskevat) Rakennusten käyttötavat 1.2 Olennainen vaatimus 1.3 Vaatimuksen täyttymisen osoittaminen 3.1 Paloluokat 3.2 Rakennuksen koon ja henkilömäärän rajoitukset 6 RAKENTEIDEN KANTAVUUDEN SÄILYTTÄMINEN 6.2 Luokitukseen perustuva mitoitus 6.3 Palonkehitykseen perustuva mitoitus 8 PALON KEHITTYMISEN RAJOITTAMINEN 8.2 Sisäpuoliset pinnat 8.3 Ulkoseinät 10 POISTUMINEN PALON SATTUESSA 10.3 Uloskäytävien lukumäärä 10.5 Uloskäytävän osastointi ja rakenteet 11 SAMMUTUS- JA PELASTUSTEHTÄVIEN JÄRJESTELY 11.5 Sammutuslaitteet 22

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI, jatkoa.. Käyttötaparyhmä, paloluokka RakMK osan E1 luokkien ja lukuarvojen mukaan puukerrostaloja saa saa rakentaa käyttötaparyhmiin asunnot työpaikkatilat (= tilat, jotka yleensä ovat päiväkäytössä ja joissa on pääosin tilat tuntevaa henkilökuntaa, kuten toimistot, virastot, hallintotilat) Paloluokka on P2 Mutta: mitäs, jos taloon halutaan kivijalkamyymälöitä, kahviloita, päiväkoti, yms.? 3 kerrosta paloluokka on P1 kantavat rakenteet eivät saa olla puuta??? Ratkaisu: kohdan 3.2.2 ohjeen mukaisesti tulee arvioida rakennuksen turvallisuustaso tarkastelemalla rakennusta kokonaisuutena, MUTTA TÄMÄ MENEEKIN JO 1.3.2:n PUOLELLE 2.2.2012 23

Rakennuksen koko KORKEUS VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI, jatkoa.. 3 4 krs: enintään 14 m 5 8 krs: enintään 26 m nykyaikaisessa toimistorakennuksessa voi olla vaikea saavuttaa KERROSALA yli kaksi kerrosta: 12 000 m 2 Jos ylittyy => erilliset rakennukset, joiden välissä 8 metrin turvaetäisyys tai palomuuri 2.2.2012 24

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI, jatkoa.. LUKU 6. RAKENTEIDEN KANTAVUUDEN SÄILYTTÄMINEN Kohta 6.1.3: Kantavan rakenteen mitoitus voi perustua joko standardoituun lämpötila-aikakäyrään perustuvaan luokitukseen tai oletetun palonkehityksen mukaisiin rasituksiin standardoituun lämpötila-aikakäyrään perustuva luokitus (kerrokset, palamattomat eristeet) q 1200 MJ/m 2 : R 180 1200 MJ/m 2 > q 600 MJ/m 2 : R 120 q < 1200 MJ/m 2 : R 60 Muuten: onko paljaan puupinnan alla oleva puu rakenne vai palokuormaa? palonkehityksen mukaisiin rasituksiin perustuva luokitus yli kaksikerroksinen rakennus ei yleensä sorru palon eikä jäähtymisvaiheen aikana tai enintään kaksikerroksinen rakennus ei sorru poistumisen turvaamiseen, pelastustoimintaan ja palon hallintaan saamiseen tarvittavana aikana. 2.2.2012 25

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI, jatkoa.. LUKU 8. PALON KEHITTYMISEN RAJOITTAMINEN (eli materiaalien palokäyttäytymistä koskeva luokitus) Paloturvallisuuden kannalta on olennaista, että puun palokäyttäytyminen on hyvin erilaista sisätiloissa ja ulkona tapahtuvissa paloissa sisällä puu voi osallistua paloon voimakkaastikin, mutta tämä riippuu monesta tekijästä, ei pelkästään puun palokäyttäytymisluokasta (luokka D) Puuinfo on julkaissut asiaa koskevan teknisen tiedotteen (1.3.2013, http://www.puuinfo.fi/rakentaminen/suunnitteluohjeet/puu-pintameriaalina) 2.2.2012 26

3 4 krs, asunto-spr, tyyppi 2 - lattia: - - seinät & katto: B-s1,d0 + palamaton K 2 10-suojaverhous - julkisivu; puupinta (eli D-s2,d2) paitsi: 1. kerros ja uloskäytävien ja varateiden ylä- ja alapuoli: B-s2,d0 lisäksi: palokatkot tuuletusraossa ja räystäällä 2.2.2012 27

3 4 krs, OH-luokan SPR - lattia: - - seinät & katto: puupinta eli D-s2,d2 + palamaton K 2 10-suojaverhous - julkisivu; puupinta (eli D-s2,d2) paitsi: 1. kerros ja uloskäytävien ja varateiden ylä- ja alapuoli: B-s2,d0 lisäksi: palokatkot tuuletusraossa ja räystäällä - tuuletusraon sisäpinta: K 2 10 -luokan suojaverhous, A2-s1, d0 2.2.2012 28

5 8 krs, OH-luokan SPR (muu ei käy) - lattia: - - seinät & katto: puupinta eli D-s2,d2 + palamaton K 2 30-suojaverhous, paitsi ei tarvita kantamattomassa sisäisessä seinässä - julkisivu; puupinta (eli D-s2,d2) paitsi: 1. kerros ja uloskäytävien ja varateiden ylä- ja alapuoli: B-s2,d0 lisäksi: palokatkot tuuletusraossa ja räystäällä - tuuletusraon sisäpinta: K 2 30 -luokan suojaverhous, A2-s1, d0 2.2.2012 29

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI: E1, E2 + muut E-sarjan ohjeet PARVEKKEET Paloturvallisuuden suhteen olennaisinta on, että parveke on varauloskäytävä eli asuinhuoneiston toinen uloskäytävä, jota käytetään siinä tapauksessa, että ovea ei voida käyttää Puuinfo on julkaissut asiaa koskevan teknisen tiedotteen (4.6.2013, http://www.puuinfo.fi/rakentaminen/suunnitteluohjeet/parveke-ja-luhtikaytava-3-8p2 ) julkaistaneen uudessa YM39-oppaassa, jahka se ilmestyy Sen mukaan Käyttöluokassa 3 olevan puurakenteen verhoaminen kipsilevyin tai muulla A2-s1, d0-luokan levyllä on kuitenkin käytännössä kosteusteknisesti mahdotonta. Tämä on kuitenkin RakMK osan E1 kohdassa 8.3.5 esitetty pintojen luokkavaatimus (parveekkelle sovelletaan ulkoseinien määräyksiä) Perusratkaisu on parvekkeen sprinklaaminen 14.2.2013 Jukka Hietaniemi 30

ULKOPUOLINEN PARVEKE 2.2.2012 31

SISÄINEN PARVEKE 2.2.2012 32

K 2 10 ja K 2 30 -suojaverhous STANDARDIPALOSSA kokeen aikana suojaverhouksen tulen vastakkaiselta pinnalta mitattu keskimääräinen lämpötilannousu ei saa olla yli 250 C alkulämpötilaa korkeampi eikä suurin lämpötilan nousu saa missään kohdassa olla yli 270 C alkulämpötilaa korkeampi kokeen jälkeen missään kohdassa alustaa ei saa olla palanutta, hiiltynyttä, sulanutta tai kutistunutta materiaalia. Osoittaminen polttokokeet luotettava lämmönsiirron laskenta, jossa otetaan huomioon levytyksen lämpöteknisten suureiden klämpötilariippuvuus sekä mahdollinen putoaminen pois, kun levyn mekaaninen lujuus menetetään riittävässä määrin 14.2.2013 Jukka Hietaniemi 33

ESIMERKKEJÄ K 2 10 ja K 2 30 suojaverhous, jatkoa 2 x palokipsi tai 1 Fermacell! GYPROC: 34

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.1 MUKAISESTI: E1, E2 + muut E-sarjan ohjeet POISTUMINEN PALON SATTUESSA varateitä pitää suojella vaikuttaa talon ulkonäköön: tulee pystysuuntaisia kaistoja eri materiaalista Uloskäytävä 3 8-kerroksisen P2-luokan rakennuksen uloskäytävän porrassyöksyt ja -tasanteet ja niitä kannattavat rakenteet, jotka eivät ole vähintään A2-s1, d0-luokkaa, tulee suojaverhota portaiden yläpintaa lukuun ottamatta vähintään K 2 30, A2-s1, d0-luokan tarvikkeilla. P2-luokan rakennuksen porrassyöksyjen ja tasanteiden tulee täyttää luokan R 30 vaatimukset, kun siihen johtavien tilojen palokuorma on alle 600 MJ/m2. Vastaava vaatimus on R 60, kun palokuorma on tätä suurempi. 35

PALOKATKOT palo ei saa päästä leviämään erilaisten asennusten vaatimien kuiĺujen, läpivientien, onteloiden, tms. kautta LAST, BUT NOT THE LEAST 36

Puukerrostalon palo Ruotsissa Kattilassa ollut öljy syttyi Palo levisi poistoputken kautta ullakolle huom! rasvaiset kanavat voivat palaa todella kuumana (vrt. esim. Tampereen McDonaldsin palo) Putki sytytti ullakon palavat materiaalit ilmeisesti eritys fuskasi Ullakko kehittyi lieskahtavaan paloon ja tuhoutui ei ollut osastoitu/osiin jaettu Palo levisi myös pitkin julkisivua sopimattomien materiaalien vuoksi Talo täytti Ruotsin palomääräykset 37

YHTEENVETOA LUOKKIEN JA LUKUARVOJEN MUKAISESTA VAATIMUKSEN TÄYTTYMISEN OSOITTAMISESTA Puukerrostalon voi suunnitella ja rakentaa RakMK osan E1 luokkien ja lukuarvojen mukaista vaatimuksen täyttymisen osoittamistapaa käyttäen Mutta käytännössä vastaan voi tulla erinäisiä ongelmia: muiden käyttötapojen tilat korkeuden rajoitus: 26 m on vaikea toteuttaa etenkin toimistorakennuksissa kerrosalan rajoitus: yli 12 000 m 2 eri taloja suojaetäisyys tai palomuuri pintojen suojaverhoukset vievät taloja taas kipsilevytalojen suuntaan puutalon asunnon ostajalle tämä voi olla pettymys maksaakin aika lailla ilman parempaa tietoa ja tilanteen analysointia niitä ei kuitenkaan missään nimessä saaa jättää pois! B-luokan vaatimus UK:n ja varateiden ylä- ja alapuolella vaikuttaa voimakaasti talon ulkonäköön On myös syvällisempiä asioita, jotka liittyvät useisiin tarkempaa paloteknistä tarkastelua kestämättömiin olettamuksiin niisä taustatutkimuksissa, joita E1:n muutoksessa 2011 käytettiin Suoraan sanottuna: niissä on virheitä! 38

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.2 MUKAISESTI SUUNNITTELUPROSESSI Palonkehityksen tarkastelu Tärkein yksittäinen osa-alue Soveltaa tilastoja, tilastotiedettä, todennäköisyyslaskentaa Vaatii todellista osaamista ja siksi se tehdään yleensä väärin! Allekirjoittanut oli VTT:llä kehittämässä näitä menetelmiä ja niitä kohta 20-vuotta käyttäneenä ilkeän sanoa osaavani homman! Tekee mahdolliseksi hyvin vaikeiden asioiden hyväksyttämisen, esim. Ratamokodin 39

VAATIMUKSEN TÄYTTYMINEN E1 1.3.2 MUKAISESTI PALOKEHITYKSEN SOVELTAMINEN (eli toiminnallinen suunnittelu) Yleensä tätä tehdään samalla shapluunalla oli kohde mikä vaan eli tehdään palonsimulointimalli, joka yleensä on Fire Dynamics Simulator täyttää kohta 15-vuotta; VTT:n ja NIST:n kehittämä (ml. allekirjoittanut) otetaan joku palo: eräs toimisto käyttää yhtä ja samaa paloa oli kohteena maanlainen tila, kauppakeskus, monitoimihalli, kirkko, kapakka, ; toiset kopiovat allekirjoittaneen kohta 10- vuotta sitten laatimaa käsikirjoitusta lasketaan, tulostetaan kymmeniä sivuja värikuvia ja sanotaan, että tästä nähdään, että suunnitelma on OK UNOHTUU VANHA TOTUUS: TRASH IN TRASH OUT FDS-manuaalissa edellytetään seuraavaa: Users are warned that FDS is intended for use only by those competent in the fields of fluid dynamics, thermodynamics, combustion, and heat transfer, and is intended only to supplement the informed judgment of the qualified user. The software package is a computer model that may or may not have predictive capability when applied to a specific set of factual circumstances. OHJE: Kun tilaatte toiminnallista suunnittelua, kiinnittäkää huomiota laatuun! Suomessa näet palosuunnittelijat, jotka täyttävät FDS:n vaatimukset on laskettavissa yhden käden sormilla eikä niitä välttämättä tarvita edes kaikkia! 40

Lakea Oy, NCC Rakennus Oy, Arkkitehtitoimisto Matti Takala Oy, palotekninen insinööritoimisto Markku Kauriala Oy, KPM-Engineering 41

RATAMOKOTI Ruissalontie 19, 20200 Turku 4-kerroksinen palvelutalo mielenterveys- ja päihdekuntoutujille Kerrosalaneliömetrit: 3 000 k-m² 54 palveluasuntoa valmistui huhtikuussa 2014 Paloluokka: P1 Pohjakerros toteutettiin betonirakenteisena ja loput kolme kerrosta puurakenteisina Stora Enso Building Solutions Finland Oy:n CLT-puumoduulitekniikalla. Puurakentamiskonseptin avulla rakennus saatiin käyttöön normaalia rakennustapaa nopeammin, noin puolessa vuodessa hankkeen käynnistymisestä.. 42

PALOLUOKKA P1? Puukerrostalohan on P2-paloluokan rakennus Mutta: 3 8 kerroksiset puukerrostalot on rajattu käyttötaparyhmiin asunnot ja työpaikkatilat tämä ei ole kumpaankaan, vaan käyttäjien ominaisuuksien ja hoidon tarpeen vuoksi käyttötaparyhmäksi määritettiin Rakennusvalvonnan kanssa Hoitolaitokset paloluokka on P1 Tällöin 4-kerroksisen rakennuksen luokkavaatimukset ovat: kantavat rakenteet R60 ja ne on tehtävä vähintään luokan A2-s1, d0, puu ei käy uloskäytävien osastoivissa seinissä rakennustarvikkeet A2-s1, d0, puu ei käy seinät ja katot B-s1, d0, puu voisi käydä palosuojattuna Ulkoseinän ulkopinta sekä tuuletusraon ulko- ja sisäpinta: B-s1, d0, puu voisi käydä palosuojattuna Yhdistelmä P1-paloluokan kerrostalo ja puiset kantavat rakenteet on Suomessa täysin ennennäkemätön asia! Mahdollista vain ja ainoastaan taitavalla toiminnallisella suunnittelulla 43

TOIMINNALLINEN SUUNNITTELU SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO 2 TARKASTELTAVA KOHDE 3 PALORISKIANALYYSI 3.1 Tulipalojen kuvaus 3.2 Palohälytyksen ja alkusammutuksen kuvaus 3.3 Sprinklerilaitteiston toiminnan kuvaus 3.4 Palokunnan toiminnan malli 3.5 Tulosten merkityksen arvioinnin lähestymistapoja 3.6 Tulokset 4 HUONEISTOPALON KEHITTYMINEN JA SEN SYNNYTTÄMÄ LÄMPÖRASITUS 4.1 Laskentamallien yleiskuvaus 4.2 Virtausmekaniikkaan perustuva palonsimulointi 4.3 Palon kehittymisen todennäköisyysperustainen mallintaminen 4.4 Tulokset 5 YHTEENVETO LIITE A: LÄMPÖRASITUSTEN LASKENTA Lämpövuo Lämpövuon kokonaismäärä Lämpövuon kokonaismäärään perustuva yksinkertainen puun hiiltymissyvyyden laskentamalli LIITE B: HOIVAKODIN PALOKUORMAN TIHEYDEN JAKAUMAN ARVIOINTI KIRJALLISUUSLÄHTEET

RISKIANALYYSIN TULOS 2.2.2012 45

KANTAVIEN RAKENTEIDEN PALONKESTÄVYYS: RISKIANALYYSIN JA PALONSIMULOINNIN TULOSTEN YHDUSTÄMINEN 2.2.2012 46

LOPUKSI Puu on palava aine ja siksi sen käyttö rakennuksissa vaatii erityistä huolenpitoa paloturvallisuudesta Oikein suunniteltuna ja toteutettuna puukerrostalo on aivan yhtä paloturvallinen kuin muista rakennusmateriaaleista tehty talo Puukerrostalon voi periaatteessa suunnitella käyttäen RAkMK luokkiin ja lukuarvoihin perustuva lähestymistapaa Käytännössä voi nousta esiin ongelmia RakMK palonkehitykseen perustuva lähestymistapa on aivan yhtälaisesti määräysten mukainen; sillä saadaan seuraavia etuja: Parempi turvallisuustaso Arkkitehti voi toteuttaa ideoitaan vapaammin Tilojen parempi käytettävyys Merkittävät säästöt rakennuskustannuksissa Suuremmat osastokoot Pidemmät poistumistie-etäisyydet Kevyemmät rakenteet Toimivammat ja halvemmat palotekniset laitteistot Paloteknisten laitteistojen halvemmat huolto- ja ylläpitokustannukset 2.2.2012 47

MALLINTAMINEN PALOTEKNISESSÄ SUUNNITTELUSSA Kehittyneessä paloteknisessä suunnittelussa ja turvallisuusarvioinnissa selvitetään, miten kohde tulipalon sattuessa käyttäytyy ja miten paloturvallisuuteen vaikuttavat järjestelmät tulee järjestää riittävän turvallisuuden saavuttamiseksi Tämä toteutetaan käyttäen palon, ihmisten ja paloturvallisuusjärjestelmien toiminnan simulointia Simuloinnin perustana on mallintaminen, s.o. mallien luominen ja niiden käyttäminen selittämään tarkasteltavia ilmiöitä Asianmukaisessa mallintamisessa tarkasteltavaa systeemiä kuvataan yhtäältä riittävän todenmukaisesti ja toisaalta riittävän yksinkertaisesti Tämä on yksinkertaista sanoa, mutta toteutus vaatii korkeaa osaamisen ja ammattitaidon tasoa 3.6.2014 2

DETERMINISTINEN MALLINTAMINEN Syötetiedoille annetaan tietyt, valitut arvot ja tuloksena saadaan näiden syötteiden määräämä kuvaus tarkastelun kohteesta tämä on sitä tavallista laskentaa C A B A B MALLI C C Re dr n 0 B A 2 0 jne ikr cos J n ( r) e d 1 ikr cos 3.6.2014 3

EPÄVARMUUDET HUOMIOON OTTAVA MALLINTAMINEN Mallintamista käyttäen apuna todennäköisyyslaskua ja tilastollisia keinoja Mahdollistaa satunnaisten ja epävarmuuksia sisältävien tapahtumien ja ilmiöiden käsittelyn tätähän tulipalot mitä suurimmassa määrin ovat! Nyt syötteet ja tulokset ovat jakaumia A MALLI C B 3.6.2014 4

MIKSI TARVITAAN EPÄVARMUUDET HUOMIOON OTTAVAA MALLINTAMISTA? Mitoittavat arvot riippuvat tarkasteltavan tilanteen esiintymistodennäköisyydestä Tämä määritetään riskianalyysillä Kvantitatiivinen riskianalyysi on kaikkien inststo Kaurialan palosuunnitelmien perustana Kvantitatiivisella tasolla riskianalyysiä eivät tee mitkään muut alan toimijat tee, ei edes kansainvälisellä tasolla Herkkyysanalyysi tulee sisäänrakennettuna ominaisuutena: E1:n tekniset perusvaatimukset toiminnalliselle suunnittelulle ovat menetelmien kelpoisuus eli valiidisuus, jota käsitellään jäljempänä ja herkkyysanalyysi Hyväksymiskriteerit saadaan kvantitatiiviselle perustalle Pois MUTU -menetelmästä 3.6.2014 5

Esimerkki palotehon arvioinnista Hihasta vedetyt ns. varmalla puolella olevat arviot voivat johtaa mitoitusarvojen karkeaan väärinarviointiin Väärinarviointi voi antaa liian suuren arvon => epätaloudellinen ja muuta toimintaa haittaava tulos Väärin arvioitu mitoitusarvo olla liian pieni => turvallisuus on uhattuna 3.6.2014 6

Herkkyysanayysi Kvantitatiivinen arvio eri tekijöiden vaikutuksesta tarkasteltaviin suureisiin ja tekijöihin Edesauttaa myös projektin aikaisten muutosten vaikutusten arviointia: Jos tekijää X muutetaan N %, niin millainen vaikutus sillä on? 3.6.2014 7

MIKÄ ON OLENNAISINTA PALOTEKNISESSÄ MALLINTAMISESSA Avaintekijät ovat siis TODENMUKAISUUS Kaiken perusta YKSINKERTAISUUS ELI PITÄYDYTÄÄN OLENNAISESSA Lähtökohdat, käsittelyn yleispiirteet ja tulokset esitetään niin, että kuka tahansa alalla toimiva henkilö toinen suunnittelija, viranomainen, jne. - voi ymmärtää ne mallin sisäiset detaljit voivat sitten olla monimutkaisempia 3.6.2014 8

SOVELLUSESIMERKKEJÄ Tilannetta kuvaavia asioita: Kaasun tai kiinteiden aineiden lämpötilat ja lämpöaltistus (säteily & konvektio) Tilan savuisuus Myrkyllisten kaasujen pitoisuudet Olosuhteiden muuttumistapa ja -nopeus: savun, kuumuuden, liekkien ja palon leviäminen Paloturvallisuusjärjestelmien toiminta: Ihmisten poistumiseen kuluva aika Poistumista edistävien tekijöiden vaikutus suhteessa vahingollisten olosuhteiden kehittymiseen Rakenteiden kestävyys Kantokyky, eristävyys, eheys Ilmaisimien, savunpoiston, sprinklereiden toiminta-ajat Savunpoiston vaikutus Sprinklauksen vaikutus palon voimakkuuteen ja lämpöaltistustasoihin Kaiken perustana palon voimakkuuden oikea arviointi Tämän sanotaan joskus olevan mahdotonta esim. jotkut suomalaiset alan toimijat levittävät tätä näkemystä mutta ei se ole, ja nuo näkemykset kuvannevat ko. henkilöiden omaa taidon puutetta 3.6.2014 9

JOITAIN ESIMERKKEJÄ UUSIMMISTA PALOSIMULOINNIN SOVELLUKSISTA rakennuskohteita 2006 Olympic Games Ice Hockey Stadium, Italy *) *) McGrattan, NIST/USA, FDS and SV survey 2005 Lappi Arena, Rovaniemi 3.6.2014 10

rakennuskohteita Maanalainen paikoitustila Beijing International Airport, Terminal T3A, Beijing 3.6.2014 11

rakennuskohteita Ydinvoimala (relehuone) Toimistorakennus Schirmer Engineering Corp., USA Varastorakennus CSE, USA Toimistorakennus Jukka Hietaniemi 10 min 15 min 20 min 3.6.2014 12

liikennevälineitä Autopalo ja sen leviäminen Jukka Hietaniemi, VTT Junapalo Laivapalo 3.6.2014 13

muita Metsäpalo ja sen leviäminen Ihmisten poistuminen Sammuttaminen 3.6.2014 14

OVATKO MALLIEN TULOKSET TOTTA? Tämä saadaan selville vertaamalla laskettuja tuloksia koetuloksiin mallintamisen kelpoisuuden arviointi eli validointi 3.6.2014 15

EIVÄT VÄLTTÄMÄTTÄ: THRASH IN - THRASH OUT Esimerkiksi yksinkertaisen huonepalon blind simulation The Dalmarnock Experiments & Modelling 3.6.2014 16

3.6.2014 17

3.6.2014 18

MUTTA ASIANTUNTEVASTI KÄYTETTYNÄ TULOKSET OVAT RIITTÄVÄN HYVIÄ Koetulosten jatkuva ja systemaattinen hyödyntäminen Koetuloksia on paljon, mutta ne ovat monesti vaikeasti saatavissa (esim. FM Global) ja usein niiden tulkinta vaatii käytännön kokemusta palokokeista Kriittisyys, tarkistuslaskennat esim. yksinkertaisempia malleja käyttäen, fysikaalisten reunaehtojen ja rajoitusten ymmärtäminen & soveltaminen Sprinklauksen laskenta on erityisen vaativaa! Monta parametria, laajat mahdolliset parametrien arvoalueet Vaatii paljon taitoa, kokemusta & näkemystä 3.6.2014 19

PALONSIMULOINNIN REALISTISUUDESTA Huoneistopalo: Mellunmäki, Helsinki 22.1.2006 kuva: Antti Kiiski 3.6.2014 20

huonepalon kehittyminen 2 min 4 min Poistoputki palotehon ja savun mittaus Laskenta-alueen reuna Savunkeräyskupu 2.40 m 240 cm (sisämitta) 80 cm oviaukko 200 cm 240 cm (sisämitta) kaasupoltin 2m 0.8m 3.60 m 360 cm (sisämitta) - Tutkittava verhoilu kammion seinien ja katon sisäpinnassa - Lattia ja katto 20 cm paksua kevytbetonia 3.6.2014 21

G6 ( o C) G6 ( o C) T ( o C) T ( o C) tilan kuumeneminen VTT:n ontelopalokokeet: n. 1 1 6 m 3 tila kaasupolti KOEJÄRJESTELY n 500 PALAMATTOMAN ONTELON LÄMPENEMISEN MALLINTAMINEN FDS-OHJELMALLA lämpötila-anturi 6 m etäisyydellä T2 ontelon etupäästä 400 Mitattu, 6 m Laskettu, 6 m T1 500 400 Mitattu, 3 m T2 Laskettu, 3 m lämpötila-anturi 3 m etäisyydellä T1 ontelon etupäästä 300 200 300 200 burner poltin 100 100 kw 300 ja 300 kw kw. 100 0 0 300 600 900 AIKA (s) 100 0 0 300 600 900 AIKA (s) kaapelipalo 1200 1000 800 600 400 200 0 6 kaapelia Data FDS4 burner off 0 200 400 600 800 time from burner ignition (s) 1200 1000 800 600 400 200 0 10 kaapelia Data FDS4 burner off 0 200 400 600 800 time from burner ignition (s) 3.6.2014 22

Ts4 ( o C) Ts5 ( o C) tilan kuumeneminen Huonepalokokeita VTT 1000 800 measured FDS4 1000 800 measured FDS4 600 600 400 400 200 200 0 0 100 200 300 400 0 0 100 200 300 400 time (s) time (s) toimistopalokoe, NIST/USA: 3.6.2014 23

lämpötila ( C) tilan kuumeneminen Pelastusopistolla viime tehdyt ontelokattopalokokeet 1000 800 125cm 600 400 200 0 250cm 0 15 30 45 aika (min) 3.6.2014 24

web temperature ( o C) teräspalkin kuumeneminen 250 200 150 data FDS 100 50 0 0 100 200 300 time (s) 3.6.2014 25

HRR sample (kw) palon leviämisen ja voimakkuuden mallintaminen Euroluokituskoe, SBI-koe: kuusipanelointi 80 60 40 20 LAB 17/1 LAB 17/2 LAB 17/3 LAB 17, avg LAB 07/1 LAB 07/2 LAB 07/3 LAB 07, avg FDS(e) 0 0 100 200 300 400 500 600 time (s) 3.6.2014 26

HRR (kw) HRR sample (kw) palon leviämisen ja voimakkuuden mallintaminen Palokammiokoe: kuusipanelointi 5000 Measured 4000 FDS 3000 koe keskeytetään kokoverhoil u 2000 1000 0 3000 2500 2000 0 60 120 180 240 300 360 time (s) measured FDS4 osittainen verhoilu 1500 1000 500 0 0 60 120 180 240 300 360 time (s) 3.6.2014 27

Savun tiheys, mg/m3 Savun tiheys, mg/m3 savun ja myrkyllisten kaasujen mallintaminen validointikokeita 1) savuisuus 100 m 2, 5 m kork. tila 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 6 m2/g FDS 4 m2/g Tolueeni 0 5 10 15 20 Aika, min tolueeni 150 100 heptaani Heptaani 6 m2/g FDS 4 m2/g 50 0 0 5 10 15 20 Aika, min 3.6.2014 28

CO-pitoisuus, ppm CO-pitoisuus, ppm savun ja myrkyllisten kaasujen mallintaminen Tuomo Rinne/VTT: validointikokeita 2) CO-pitoisuus 100 m 2, 5 m kork. tila 300.0 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 Puutapuli FDS 0 5 10 15 20 Aika, min Mitattu puu heptaani 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 Heptaani FDS Mitattu 0 5 10 15 20 Aika, min 3.6.2014 29

SIIS: tulipaloa ja siihen liittyviä ilmiöitä voidaan mallintaa suunnitteluun riittävällä tasolla MUTTA: tämä ei ole itsestäänselvyys, vaan toiminnallisessa paloturvallisuussuunnittelussa mallintamisen kelpoisuus eli oikeellisuus (validiteetti) tulee aina osoittaa FDS-palonsimulointiohjelmalle on laadittu 450-sivuinen validointitapausten raportti, josta löytyy sen kelpoisuuden osoittaminen monille käytännön suunnittelussa esilletulevissa tapauksissa mutta ei toki kaikissa... 3.6.2014 30

ESIMERKKI STOKASTISESTA l. TODENNÄKÖISYYSPERUSTAISESTA PALOTEKNISESTÄ MALLINTAMISESTA Liekin ympäristöönsä kohdistama lämpörasitus Tunnetaan: polttoaine (DH, yms.) palavan altaan koko D kohteen etäisyys L palamisnopeus m" - polttoaineen ja altaan koon perusteella => paloteho Q = 0,25D 2 DH m" D L 3.6.2014 31

L A pallo = 4 L 2 kaikki säteily kulkee pallon pinnan läpi => lämpörasitus etäisyydellä L on q" = c r Q/[4 L 2 ] 3.6.2014 32

Tuulen vaikutus H = A Q 0,4-1,02D 3.6.2014 33

q" (kw/m 2 ) Käsikirjoista voidaan etsiä arvot suureille lämpöarvo DH = 36 MJ/kg palamisnopeus per pinta-ala m" säteilemällä siirtyvä osuus c r = 14,2 % liekinkorkeuden laskentakaavan vakio A tyypillinen tuulen nopeus u w = 3 m/s = 0,046 kg/s/m 2 = 0,233 m kw -0,4 tyypillinen hiilivetypolttoaine 40 30 Jos puu syttyy noin arvolla 11 kw/m 2, niin 100 %:n turvamarginaalilla > 40 m näyttäisi turvalliselta. 20 10 0 0 10 20 30 40 50 etäisyys kyljestä (m) 3.6.2014 34

Turvallisuutta/riskiä arvioitaessa ei riitä, että teemme laskut käyttäen vain syötesuureiden tyypillisiä arvoja, vaan arviossa on otettava huomioon 1) se, miten syötteet voivat vaihdella 2) mikä on näihin vaihteluihin liittyvä todennäköisyys turvallinen arvio saadaan varmasti, kun kaikille suureille annetaan pahin mahdollinen arvo, mutta tällöin tuloksena voi olla käytännössä toimimaton arvo, esim. turvaetäisyys-esimerkissämme niin suuri turvaetäisyys, että sitä ei voida toteuttaa lainkaan tai sen toteuttaminen ei ole taloudellisesti lainkaan järkevää 3.6.2014 35

q" (kw/m 2 ) todennäköisyystiheys Nämä asiat voidaan ottaa huomioon käyttämällä kullekin syötteelle sitä kuvaavaa jakaumaa lämpöarvo DH = N(36; 3) MJ/kg palamisnopeus per pinta-ala m" : N(0,046; 0,002) kg/s/m 2 säteilemällä siirtyvä osuus c r liekinkorkeuden laskentakaavan vakio A tyypillinen tuulen nopeus u w : N (14,2 %; 2,5 %) : (0,226-0,233) m kw -0,4 : Weibull-jakauma, ka. = 3 m/s, m = 2 tyypillinen hiilivetypolttoaine 70 60 50 40 % 30 % 30 m 40 30 20 % 20 m 20 10 % 10 m 10 0 0 10 20 30 40 50 etäisyys kyljestä (m) 0 % 0 10 20 30 40 säteilyn voimakkuus (kw(m 2 ) 3.6.2014 36

syttymistodennäköisyys 100.0 % etäisyys (m) 0 10 20 30 40 50 60 10.0 % 1.0 % 0.1 % Turvallinen etäisyys? jos palon todennäköisyys on 1 per 1000 säiliötä per vuosi ja siedettäväksi riskitasoksi katsotaan 1 per 10 000 per vuosi (s.o. 1 per 10 000 vuotta per säiliö) => voidaan hyväksyä 10 %:n syttymistodennäköisyys, joka vastaa etäisyyttä 25 m tämä on valittua riskitasoa vastaava turvaetäisyys 3.6.2014 37

YHTEENVETO Palotekninen mallintaminen on kehittynyt luotettavaksi suunnittelun ja muun turvallisuus/riskiarvioinnin työkaluksi tietokoneet ovat kehittyneet valtavasti ja samaan aikaan myös palotutkimus on edennyt aimo askelin; yhdessä nämä tekijät ovat mahdollistaneet hyvin kehittyneen palon mallintamisen läpimurron muutaman kuluneen vuoden aikana Mallinnuksen luotettavuus on osoitettu lukuisissa eri yhteyksissä toistamalla laskemalla polttokokeiden tuloksia Mutta ei ole itsestäänselvyys, että tietyssä kohteessa mallinnus ja sen tyypillinen ilmentymä, palonsimulointi, on kelpoisaa Se vaatii taitoa, asiantuntemusta, näkemystä ja (itse)kriittisyyttä! 3.6.2014 38

kertymä 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % EC1 makuuhuone olohuone keittiö koko huoneisto 0 % 0 500 1000 1500 palokuorman tiheys (MJ/m 2 ) TIIVIIN JA MATALAN PIENTALORAKENTAMISEN PALOTURVALLISUUS Jukka Hietaniemi Palotekninen insinööritoimisto Markku Kauriala Oy

Tavoite Tiiviin ja matalan rakentamisen hyväksyttävän paloturvallisuustason, siihen vaikuttavien keskeisten tekijöiden sekä vaatimustason täyttävien periaatteellisten ratkaisujen määrittäminen henkilöturvallisuuden ja omaisuudensuojan kannalta. Tuloksena tiiviisti ja matalasti rakennettujen alueiden paloturvallisuus paranee. Lähestymistapa Työssä käytetään tilastoanalyysia, aiempia tutkimustuloksia, riskitarkastelua, laskennallisia malleja sekä mahdollisesti tarkentavia pieniä kokeita. Tehtävät Tutkimuksessa tarkastellaan sekä ulkopuolisen syttymän että sisäpuolisen huoneistopalon leviämistä rakennuksessa, viereiseen rakennukseen tai rakennelmiin ja palon laajenemista kauemmaksi (aluepalo). Myös muun ympäristön (mm. puusto) vaikutusta palon leviämiseen tarkastellaan. 3.6.2014 2

AUTOISTA ALKAVA PALO 3.6.2014 3

KATOKSIEN ym. PALOT 3.6.2014 4

syttymisvaara palonkesto 3.6.2014 5

KASVILLISUUDEN VAIKUTUS 3.6.2014 6

HUONEISTOPALONA ALKAVAT PALOT 3.6.2014 7

3.6.2014 8

3.6.2014 9

PERINTEISEN PUUTALON TULIPALON LOPPUTULOS ON USEIN TÄMÄ...... MUTTA EI MODERNIN PUUTALON 3.6.2014 10

HYVIN SUURET ALKUPALOT 3.6.2014 11

kertymäfunktio tiheysfunktio z (m) z (m) KIPINÖIDEN LEVIÄMINEN 10 MW 120 100 80 60 40 20 50 MW 0 1 10 100 1000 120 100 x (m) 100 % 80 % 60 % 25 % 20 % 15 % 80 60 40 % 10 % 40 20 % 5 % 0 % 0 % 0 5 10 15 20 U bas (m/s) 3.6.2014 12 20 0 1 10 100 1000 x (m)

RAKENNEYKSITYISKOHTIEN VAIKUTUS 3.6.2014 13

3.6.2014 14

3.6.2014 15

lämpörasitus (MJ/m 2 ) PALONKESTOTARPEIDEN MÄÄRITTÄMINEN Esim 1: jätekatospalo 300 200 ISO 30 min: 100 MJ/m 2 ISO 60 min: 300 MJ/m 2 ISO 120 min: 820 MJ/m 2 100 0 m/s 5 m/s 0 0 1 2 3 4 5 6 etäisyys (m) 3 m päässä: - 2 h palomuuri: tekijän 16 varmuustekijä - 1 h palomuuri: tekijän 6 varmuustekijä - EI30 min: tekijän 2 varmuustekijä 4 m päässä: - 2 h palomuuri: tekijän 23 varmuustekijä - 1 h palomuuri: tekijän 8 varmuustekijä - EI30 min: tekijän 2,7 varmuustekijä 3.6.2014 16

lämpötila (?C) lämpövuo (kw/m 2 ) Esim 2: autokatospalo, 2 autoa TC5-8 TC5-8 1200 1000 standardipalo 180 160 140 std.palo, high 800 600 120 100 80 std.palo, low 400 60 40 200 0 0 10 20 30 40 50 60 aika (min) 20 0 0 10 20 30 40 50 60 aika (min) 3.6.2014 17

HF (kw/m 2 ) syttymisviive (min) Esim 3: huoneistopalo & puukohteen syttyminen 100 80 10000.0 1000.0 60 100.0 40 10.0 20 1.0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 x (m) x (m) 3.6.2014 18

LEVIÄÄKÖ ALKUPALO ALUEPALOKSI? 3.6.2014 19

3.6.2014 20

Vaarojen määrällinen arviointi: riskit Tulipalon mallinnuksen ja simuloinnin sekä luotettavuusteknisten menetelmien yhdistämisellä pystytään määrittämään koko järjestelmän turvallisuus, jonka mittana on riskien suuruus palon kehittyminen tuotteet, materiaalit rakenteet kaavoitus havainnointi ilmaisimet järjestelmä MENETELMÄ henkilöriskit omaisuusriskit riskit yhteiskunnan toiminnoille alkusammutus palokunta pelastautuminen pelastaminen riskit ympäristöllä 3.6.2014 21

YHTEENVETO On mahdollista selvittää kattavasti kokonaisen asuinalueen erilaisten palon syttymisen ja leviämisen uhkakuvia Palovaarat ja niiden eliminointikeinojen vaikutus pystytään laskemaan yhdistämällä palojen mallinnus ja simulointi luotettavuustekniikan menetelmien (tapahtuma- ja vikapuut, numeerinen otantatekniikka eli Monte Carlo -simulointi) kanssa Tuloksena rationaalinen, turvallisuuden maksimoiva ja kustannuksen minimoiva ratkaisu Hietaniemi, J. 2007. Tiiviin ja matalan pientaloalueen paloturvallisuus (Fire safety in densely built residential areas). Espoo: VTT. 227 s. + liitt. 144 s. VTT Tiedotteita - Research Notes: 2415. http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2007/t2415.pdf 3.6.2014 22

Puujulkisivun lähiökerrostalon peruskorjauksessa: paloturvallisuusnäkökohdat TkT Jukka Hietaniemi Aluejohtaja Palotekninen insinööritoimisto MARKKU KAURIALA Oy

Sisältö Johdanto Palovaarojen arviointi: laskenta ja tilastotiedot Tulokset Yhteenveto 3.6.2014 2

Johdanto Tässä esitelmässä esitellään viime vuosikymmenellä tehdyn tutkimuksen tulokset, joka osoittaa, että betonirunkoiseen lähiökerrostaloon voidaan asentaa puujulkisivu ilman, että paloturvallisuus tästä olennaisesti heikkenee Erityisesti painotamme, että oikein toteutettuna puujulkisivun lisääminen ei tarvitse kompensaatioksi rakennuksen huoneiden tai julkisivun sprinklausta Oikea toteutus koskee sekä suunnittelua, rakentamista ja ylläpitoa että lupa-asioiden hoitoa 3.6.2014 3

vaihtoehtoiset tavat Johdanto Paloturvallisuusvaatimusten osoittaminen: 1. Kohde suunnitellaan ja rakennetaan noudattaen Rakennusmääräysten osan E1 määräysten ja ohjeiden paloluokkia ja lukuarvoja P1-luokan rakennukselle tämä edellyttää B-s1, d0-luokan rakennustarvikkeita eli "lähes palamatonta" tavaraa, esim. maalattu betoni 2. Rakennus suunnitellaan ja rakennetaan perustuen oletettuun palonkehitykseen, joka kattaa kyseisessä rakennuksessa todennäköisesti esiintyvät tilanteet tämä on ns. toiminnallinen lähestymistapa Toiminnallisen lähestymistavan käyttö edellyttää, että "Suunnittelussa käytetään menetelmiä, joiden kelpoisuus on osoitettu" Eli perusteluilla on oltava vankka pohja 3.6.2014 4

Johdanto, jatkoa Betoniseen lähiökerrostaloon voi siis korjausrakentamisessa laittaa puujulkisivun, kunhan paloturvallisuusvaatimusten toteutuminen osoitetaan luotettavasti, kelpoisia menetelmiä käyttäen Työmme aiheena on ollut juuri vankkojen puun käytön perusteiden kehittäminen ja esille tuominen Tarkastelunäkökulmana yksittäiskohteesta yleistämiseen Perusteluketju käydään läpi tietylle helsinkiläiselle kohteelle ja lopulta osoitetaan, että tulokset on yleistettävissä Tulosten soveltamisalue: 3-6 -kerroksiset betonirunkoiset lähiökerrostalot Kyse ei nyt ole ns. "puukerrostaloista" 3.6.2014 5

Esimerkkikohde: Laajasalo, Hki 3.6.2014 6

Palon leviämisen uhkakuvat lieskahtanut huonepalo: kaksi kerrosta ylöspäin ulkoine n syttymä lieskahtanut huonepalo: yksi kerros ylöspäin 3.6.2014 7

ONGELMA 1: Lieskahtaneen huonepalon leviäminen yläpuoleiseen huoneistoon lieskahtanut huonepalo: kaksi kerrosta ylöspäin lieskahtanut huonepalo: yksi kerros ylöspäin 3.6.2014 8

Puujulkisivun vaikutus Julkisivun puu syttyy ja palaa huoneistosta tulevien liekkien vuoksi tämä kasvattaa liekkejä jonkin verran liekkien kasvaminen puolestaan lisää jonkin verran palon leviämisen vaaraa yläpuoleisiin huoneistoihin Tässä työssä on selvitetty, miten paljon tuo "jonkin verran" on eli kasvaako vaara merkittävästi 3.6.2014 9

Mallinnuksen vaiheet: palon leviäminen 3. Ikkunasta ulos tulevien liekkien malli 2: Back ym. malli: Law'n mallin yläpuolella 2 h / 3 eq L H L L L L 2. Ikkunasta ulos tulevien liekkien malli 1: Law'n malli, pätevyysalue näkyvä liekki h eq L 1 2 h / 3 eq 1. Huonepalon laskenta: palotilan ikkunoiden rikkoutuminen 3.6.2014 10

lämpövuo (kw/m 2 ) Mallin toimivuus: vertailu mitattuihin tuloksiin 1 150 laskettu 100 mitattu (Oleszkiewicz/Kanada) 50 0 0 1 2 3 4 korkeus ikkunan ylälaidasta (m) 3.6.2014 11

Mallin toimivuus: vertailu koetuloksiin 2 Lokakuu 2003, Merkers (ent. DDR): betonitaloon laitettiin puujulkisivu, jolla tehtiin palokokeita VTT laski, miten kokeessa käy ennen kuin koe tehtiin pienempi huone 2,2 m 4,2 m isompi huone 3,5 m 4,2 m 3.6.2014 12

6 min pieni huone 3.6.2014 13

6 min iso huone 3.6.2014 14

Mallin kelpoisuus: palon kehitys: ennuste vs. koe, iso huone Liekin korkeus Verhojen syttyminen 2. krs. ikkunan rikkoutuminen VTT:n ennuste 2,6 m eli lähes 2. krs. ikkunan yläreunaan Ikkunan läpäisevä lämpösäteily voi juuri ja juuri riittää syttymiseen mutta verhot syttyvät ennen tätä ikkunoiden rikkoutumisen vuoksi 3-6 minuuttia sen jälkeen, kun liekit tulevat ulos palotilan ikkunasta (sisempi ensin, ulompi viiveellä sen jälkeen) Koe 2,1-2,8 m eli 2. krs. ikkunan puoliväli-yläreuna Verhot syttyivät, kun 2. krs. ikkunat särkyivät 4 minuuttia: koska molemmat lasit kiinni samassa karmissa, ne särkyivät yhtäaikaa 3. krs. ikk. rikk. 7,5 minuuttia 8 minuuttia 4. krs. ikk. rikk. Saattavat säröillä 15 min. lämpörasituksen jälkeen Kokeen lopussa 4. krs. ikkunasta oli pala poissa 3.6.2014 15

Lämpötila (C) Mallin kelpoisuus: Merkersin koe 600 500 400 300 200 100 0 laskettu 2 3 4 5 6 7 8 9 z (m) mitattu: maksimi keskiarvo 3.6.2014 16

Paloturvallisuuden arviointi: paloriskien laskeminen Riski = seuraamus seuraamuksen todennäköisyys seuraamukset voidaan arvioida kelpoisaksi osoitettuilla laskentamalleilla todennäköisyyden laskenta vaatii todennäköisyysperustaista laskentaa 3.6.2014 17

Todennäköisyysperustainen palonsimulointi Lähes kaikki palon kehittymistä koskevat tiedot ovat osittain epävarmoja, mikä otetaan huomioon laskennassa syötetiedot tulokset 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.00 0.50 1.00 1.50 0.4 X 1 Laskentamalli F 1 (X) F 2 (X) 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.00 5.63 11.25 16.88 22.50 0.3 X 2 0.2 0.1 0 0.00 5.00 10.00 15.00 X 3 3.6.2014 18

Tilastotietojen käyttö Yksi oleellinen asia, jota ei osata mallintaa, on se, paljonko tulipaloja syttyy Laskennassa tulipalo on varma tapaus (lähtöoletus!), mutta riskien arvioinnissa tarvitaan tulipalon todellinen todennäköisyys Tämä tieto saadaan palotilastoista Pronto: sisäasianministeriön onnettomuustilastojärjestelmä, jonka tietolähteenä toimivat kuntien pelastuslaitokset ja hätäkeskukset Lähteenä käytettiin vuosina 1996-2001 tapahtuneita asuinkerrostalopaloja 3.6.2014 19

P [pk paikalla] Tilastotietojen käyttö, jatkoa Toinen tärkeä asia, joka voidaan määrittää tilastojen perusteella, on palokunnan toiminta-aika Kati Tillander & Olavi Keski-Rahkonen, VTT Tiedotteita 2013, vuosi 2000: suururakka tämän tiedon selville saamiseksi 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Hki keskimäärin 4 km ajomatka 8 km ajomatka 15 km ajomatka 0.0 0 10 20 30 40 50 60 Aika (min) 3.6.2014 20

P[kaksi ylös] Ongelma 1, tulokset: palon leviäminen kaksi kerrosta ylös 0.00003 0.00002 puu 0.00001 betoni 0.00000 PuuJS vs betoni: eroa löytyy 0 15 30 45 60 Aika (min) Todennäköisyys on kuitenkin merkityksettömän pieni: puujulkisivulla tulipalon sattuessa yksi 50 000:sta 80 m 2 :n huoneisto: tulipalon todennäk. on noin yksi 1500:sta per vuosi Yhteensä siis yksi 75 miljoonasta/vuosi (vrt. joka viikko lototen pääpotin saamisen todennäköisyys on 1/350 tuhatta eli 200-kertainen) Muilla tekijöillä on PALJON suurempi vaikutus 3.6.2014 21

P [leviää 2 krs ylös] Ongelma 1, tulokset: palon leviäminen kaksi kerrosta ylös, jatkoa Esimerkki muiden tekijöiden vaikutuksesta: huoneiston seinien verhoaminen puulla Tämä on täysin sallittua Vaikutus palon leviämiseen on valtava verrattuna siihen, että puu on julkisivussa 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 3.6.2014 22 Palava osuus huoneen seinästä puun osuus seinien verhoilusta

P[yksi ylös] Ongelma 1, tulokset: palon leviäminen yksi kerros ylös 0.004 0.003 0.28 % puu 0.002 0.25 % betoni 0.001 0.000 0 15 30 45 60 Aika (min) PuuJS vs betoni: 0,03%:n ero, onko ero iso? Sadassa vuodessa n. 10 tapausta lisää (kaikki Suomen asuinkerrostalot!) Palokunnan sijainti vaikuttaa enemmän: esim. 4 km vs. 8 km: 0,8 % & 8 km vs. 15 km: 0,1 % Huoneen koko, ikkunan koko, polttoaine yms. vaikuttavat myöskin voimakkaasti liekin korkeuteen 3.6.2014 23

Todennäköisyys Palokunnan ajomatkan sekä huoneiden/ikkunoiden muodon vaikutus esimerkkikohde leveät ikkunat neliöhuoneet leveät huoneet 0.5 % 0.4 % Puu Betoni 0.3 % 0.2 % 0.1 % 0.0 % 10 min 12 min 17 min 23 min 28 min 3.6.2014 24 Palokunnan ajoaika

ONGELMA 2: Palon leviäminen julkisivua pitkin mahdolliseen saneerauksessa lisättävän harjakaton yläpohjan onteloon Voi lisätä omaisuusvahinkoja ylimpien kerrosten lieskahtanut huonepalo liekit yltävät räystäälle riippumatta julkisivun materiaalista Julkisivua pitkin leviävä palo: - ulkoinen syttymä - alemman kerroksen huonepalo Palon leviämisen ehkäiseminen tuuletusraon palokatkoilla 3.6.2014 25

Palokatkoista ja räystäsratkaisusta Palokatkoja tutkittiin VTT:llä 2003 tehdyssä hankkeessa Hietaniemi, ym. 2003. Ontelopalojen leviämisen katkaiseminen. VTT Tiedotteita 2202. Toimivia ratkaisuja ovat mm. tuuletusrakoon laitetut reikäpellit, yms. Samassa työssä kehitettiin myös palon leviämistä hidastava räystästyyppi tällaisen käyttö olisi yhtä tärkeää myös palamattomien julkisivujen tapauksessa estämään lieskahtaneiden huonepalojen leviäminen yläpohjan onteloon 3.6.2014 26

Esimerkkikohteelle saatujen tulosten yleistäminen Tulokset ja johtopäätökset eivät ole herkkiä muutoksille asuntojen pohjaratkaisuissa, pinta-aloissa, tms. Tulokset pätevät siis varsin yleisesti tyypillisille kaupunkien lähiössä oleville kerrostaloille Riskitarkastelun pätevyysalue rajoittuu 6 kerrokseen tätä korkeammat kohteet on rajattu kokonaan työn ulkopuolelle, koska niihin puujulkisivu ei istu yhtä luontevasti kuin tarkastellun kaltaisiin 3-6 kerroksisiin kohteisiin 3.6.2014 27

Yhteenveto Puujulkisivut P1-luokan 3-6 kerroksisissa betonirunkoisissa lähiötaloissa Ei käytännön eroavuutta henkilöturvallisuudessa verrattuna palamattomiin julkisivuihin Palokuolemat ja loukkaantumiset lähes kokonaan siinä huoneistossa, jossa palo syttyy tai porraskäytävässä; näihin ei puujulkisivulla ole vaikutusta Vaikutus omaisuusvahinkoihin vähäinen Voidaan pienentää mm. estämällä palon leviäminen ullakolle julkisivun palokatkoin ja räystäsratkaisuin (räystään kautta tapahtuvan leviämisen estäminen on yhtä tärkeää myös palamattomilla julkisivuilla silloin, kun palo syttyy kahdessa ylimmässä kerroksessa) 3.6.2014 28

Haluat puujulkisivun betonirunkoiseen P1-taloon, miten toimit? Teetät asiantuntevalla paloturvallisuussuunnittelijalla kohdettasi koskevan asiakirjan, joka esitetään rakennuslupamenettelyn yhteydessä Asiakirjan sisältö (E1, kohta 1.3.2, ohje): rakennuksen ja siinä olevien paloturvallisuuslaitteiden kuvaus rakennuksen käytöstä koko sen elinkaaren aikana tehdyt oletukset rakennuksen käytön aikana edellytettävät huolto- ja kunnossapitotoimet sovellusalueiden yksilöinti ja rajaus, mikäli suunnittelussa on käytetty molempia kohdissa 1.3.1 (taulukkomitoitus) ja 1.3.2 (toiminnallinen mitoitus) mainittuja vaatimusten täyttymisen osoittamistapoja 3.6.2014 29

Asiakirjan sisältö, jatkoa: palokunnan toimintamahdollisuuksista tehdyt oletukset perusteet tarkastelun kohteiksi valituille palotilanteille vikaantumistarkastelu tarvittavassa laajuudessa perusteluineen käytettyjen menetelmien kuvaus, joka sisältää laskenta- ja koemenetelmien soveltuvuuden rajoituksineen sekä lähtötiedot ja tehdyt oletukset perusteluineen saadut tulokset herkkyysanalyyseineen sen selvittämiseksi, aiheuttaako pieni muutos tehdyissä oletuksissa merkittävän muutoksen paloturvallisuudessa, hyväksymiskriteerit ja saatujen tulosten vertailu niihin 3.6.2014 30

INTRODUCTION In simulation of fires and their adverse effects, virtually all factors that one has to specify are a subject of notable uncertainty or variability Thus, probabilistic modelling approaches that can handle the stochastic nature of the phenomenon are inherently more suitable for fire simulation than deterministic ones Only within the last few years has the computing power become sufficient to carry out Monte Carlo based probabilistic fire simulation nowadays we can run even the fire field models such as the FDS in the Monte Carlo mode 3.6.2014 2

In this presentation we describe a probabilistic approach to assess the fire resistance of a wooden load-bearing structural member The approach is fully simulation based, utilising Monte Carlo simulation of the fire exposure, charring and mechanical response The calculations are more laborious than conventional methods of fire-endurance assessment, but with the aid of appropriate numerical modelling, they are not beyond reach of the practising fire safety engineer Combined with risk-analysis tools, we can get a comprehensive risk-based description of the impact on the fire safety of the structural performance 3.6.2014 3

THE SIMULATION PROCEDURE IN BRIEF Carry out fire simulations to assess the gas temperature T, flow velocity v and smoke density k around the structures; Use T, v and k to calculate the heat flux q to the structures Use q to calculate the charring rate b and the char depth d; Use d to calculate the reduced section properties of the structural member as a function of time. Construct the limit state function g, i.e., the member mechanical resistance minus the load, for the loading conditions considered. Member failure time: g becomes negative. Estimate for failure time distribution: Monte Carlo sample of the function g zero-crossing times. Use the frequency of design fire (obtainable from fire statistics) to obtain the failure frequency per year or per life time A more in-depth analysis of the significance of the passive and active fire safety measures can be obtained using risk analysis 3.6.2014 4

AN EXAMPLE W N z first item to ignite S E x y 34 m 5,5 m 50 m southern wall with large windows glulam beams at ca. 6 m intervals seven smoke vents + windows on the top of the eastern wall distance to fire station ca. 0,5 km 8,531 17,063 8,532 0,854 1,215 3.6.2014 5

3.6.2014 6

HRR (MW) HEAT RELEASE RATE 300 t 1 t 2 200 t 2 rise 100 0 0 10 20 30 40 50 60 time (min) 3.6.2014 7

HRR (MW) FROM A DETERMINISTIC TO A STOCHASTIC PICTURE t 1 : depends on the max. HRR and t g 300 t 1 t 2 t 2 : depends on the max. HRR and fire load 200 t 2 rise max. HRR: min. 30 MW, median 230 MW, std. 90 MW 100 decay: 20-40 % of fire load t g : median 300 s, std 100 s (20 % > 450 s, 20 % < 200 s) 0 0 10 20 30 40 50 60 time (min) 3.6.2014 8

Monte Carlo sample of HRR curves 3.6.2014 9

Gas temperature curves calculated using the HRR results 3.6.2014 10

Heat flux to the structures 3.6.2014 11

CHARRING MODELLING We have developed the following expression for the charring rate b f D(2,7;5,5;3,9) kw/m 2 O 2, t p C q e t 0 heat flux A B w N(0,5;0,04) t exp time O 2 concentration density N(465;93) kg/m 3 moisture A ~ U(505;1095) kj/kg B ~ U(2430;2550) kj/kg D(90;110;100) min For more details, please, see Hietaniemi, J. 2005. A Probabilistic Approach to Wood Charring Rate. Espoo: VTT. (VTT Working Papers 31). 3.6.2014 12

CHAR DEPTH 3.6.2014 13

CFD CFD p rob ability density CFD probability density probability density CHAR DEPTH AT 30, 60 AND 90 min 30 min 100 % 80 % 60 % Monte Carlo CFD density 25 % 20 % 15 % 90 min 100 % 80 % 60 % Monte Carlo CFD density 6 % 4 % 40 % 20 % 10 % 5 % 40 % 20 % 2 % 0 % 0 % 0 5 10 15 d 30 min (mm) 0 % 0 % 0 20 40 60 80 100 d 9 0min (mm) 100 % 6 % 60 min 80 % 60 % 40 % Monte Carlo CFD density 4 % 2 % 20 % 0 % 0 % 0 20 40 60 80 d 6 0min (mm) 3.6.2014 14

STRUCTURAL ANALYSIS Monte Carlo analysis of the limit state function g Strength: log-normal Permanent load: normal Snow load: different normal distr. for each winter month g g = F k mod, fi k m, N ( G Q) 6 M xp yp ( 2 bred hred bred ( G Q) ) model h red Dimensions of the beam diminish due to charring under the fire exposure: they are calculated on basis of the fire simulations 3.6.2014 15

SNOW LOAD All information incorporated to a single CFD ca. 60 % change to have no snow 3.6.2014 16

g vs. TIME: FAILURES g < 0 3.6.2014 17