Palosimulointi ja poistumissimulointi

Palosimulointi on yksi tärkeimmistä toiminnallisen palomitoituksen menetelmistä. Palosimuloinnin avulla analysoidaan muun muassa palon ja savun leviämistä, rakenteisiin kohdistuvaa lämpörasitusta, ja palavan tilan olosuhteita, kuten näkyvyyttä, lämpötilaa ja lämpösäteilyn voimakkuutta. Kun palosimulointiin yhdistetään poistumissimulointi, varmistutaan myös kohteen poistumisturvallisuudesta. 

Ammattitaitoinen simulointi näkyy rakennusprojektin lopputuloksessa kustannussäästöinä, paloturvallisuuden parantumisena ja kohteen pienempänä hiilijalanjälkenä. Luotettavien tulosten varmistamiseksi palosimuloinnin suorittajalta vaaditaan syvällistä osaamista muun muassa virtausmekaniikasta, termodynamiikasta ja lämmön siirtymisestä. Koska palosimuloinnilla on merkittävä rooli tärkeimmissä toimeksiannoissamme, panostamme erityisesti siihen, että KK-Palokonsultti Oy:llä on riittävästi korkeasti koulutettuja osaajia, jotka omaavat palosimulointiin vaadittavat taidot. Näin voimme tarjota asiakkaillemme alan parasta kotimaista osaamista.

Simulointiohjelmistot

Käytämme simulaatioiden laskennassa kattavasti validoitua ja verifioitua avoimen lähdekoodin Fire Dynamics Simulator (FDS) -ohjelmistoa. FDS on tulipalojen simulointiin kehitetty virtauslaskentaohjelmisto. Sen toiminta perustuu fluidien, eli nesteiden ja kaasujen liikettä kuvaavien Navierin-Stokesin yhtälöiden numeeriseen ratkaisuun, huomioiden muun muassa liikemäärän, energian ja massan säilymislait. Simulointiohjelmiston kansainvälisestä kehitystyöstä vastaa Yhdysvaltain kauppaministeriön alainen NIST (National Institute of Standards and Technology). Aiemmin ohjelmaa kehitettiin kiinteässä yhteistyössä suomalaisen VTT:n (Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy) kanssa. Nykyään VTT ei enää aktiivisesti osallistu FDS:n palolaskentaosion kehitykseen, mutta kehittää ja ylläpitää edelleen FDS:n poistumislaskentaosiota FDS+Evac:ia.

Palosimulointi

Palosimuloinnin ensimmäinen askel on tarkasteltavan rakennuksen geometriasta luotu malli, jonka sisällä virtauslaskennalliset ilmiöt tapahtuvat. Seuraavaksi luodaan tarkasteltava paloskenaario, jota kuvaavat parametrit syötetään simulointimalliin. Malliin sisällytetään tapauskohtaisesti muun muassa virtauspintoja, paloteknisiä laitteita, kontrollilogiikkaa ja mittauspisteitä. Kun simulointimalli on valmis, se siirretään tekniikan terävintä kärkeä edustavien laskentakoneidemme ratkaistavaksi.

Esimerkki yksinkertaisesta skenaariosta PyroSim -ohjelmistossa.  Punainen kuutio on simulaatiossa palava objekti. Kuutio sijaitsee huoneessa, johon on lisätty muun muassa virtauspintoja, ovi, ja kaksi ilmanvaihtoventtiiliä. Kun kuutio sytytetään, voidaan simuloida rajoittuuko tulipalo tiettyyn tilaan ja sammuu hapen loputtua itsekseen, vai leviääkö se esimerkiksi ilmanvaihdon kautta viereiseen huoneeseen.

KK-Palokonsultti Oy - Simulaatio (palava auto)
Katso video

Simulaatio pysäköintihalliin suunnitteilla olevan sprinklerjärjestelmän toiminnasta hallissa sattuvassa autopalossa (YouTube).

Simulaation laskenta-aika voi mallin kompleksisuudesta ja koosta riippuen vaihdella muutamista tunneista jopa viikkoihin. Kun laskenta aikanaan valmistuu, huippuosaavat asiantuntijamme analysoivat sen tulokset ja niiden vaatimat toimenpiteet.

Poistumissimulointi

Poistumissimulointi antaa arvokasta tietoa poistumisteiden mitoitukseen ja niille ohjaavan opastuksen suunnitteluun. Poistumissimuloinnissa rakennuksen geometriseen malliin lisätään sen käyttötapaa vastaava määrä simuloituja ihmisiä, joiden poistumisen nopeutta ja sujuvuutta analysoidaan. Rakennuksesta poistuvien mallinnuksessa huomioidaan virtuaalisten henkilöiden nopeudesta, koosta ja sijainnista aiheutuva vaihtelu, sekä liikkumisvaihetta edeltävät tekijät, kuten palon havaitsemiseen, siihen reagointiin ja poistumispäätöksen tekoon kuluva aika.

KK-Palokonsultti Oy - Poistumissimulaatio
Katso video

Poistumissimulaatio väkijoukon käyttäytymisestä palavassa kauppakeskuksessa. Väkijoukon jaloissa olevia värejä seuraamalla voidaan seurata ihmisten käyttäytymistä ja havaita poistumisteille mahdollisesti syntyvät ruuhkat ja muut poistumisen esteet (YouTube).

KK-Palokonsultti Oy - Tosielämän poistumissimulaatio
Katso video

Tietokonesimulaatio pyrkii mallintamaan väkijoukon ja sen yksittäisten henkilöiden käyttäytymisen mahdollisimman todenmukaisesti. Tästä  todellisen elämän poistumistilanteesta rautatieaseman laiturilla näkee selvästi ihmisten ruuhkautumisen oviaukolle (Youtube).

Kun kokonaispoistumisaikaa verrataan palosimuloinnin tuloksiin palon eri vaiheissa vallitsevista olosuhteista, voidaan arvioida, ehtisivätkö ihmiset poistua palavasta rakennuksesta olosuhteiden ollessa vielä turvalliset.

Savunpoiston toiminnallinen tarkastelu

Palosimuloinnilla voidaan tarkastella myös rakennuksen savunpoiston toimivuutta. Simuloimalla voidaan esimerkiksi vertailla koneellisen ja painovoimaisen savunpoiston tehokkuutta, tai tarkastella automaattisen savunpoiston vaikutusta rakennuksen turvallisuustasoon. Parkkihalleissa usein käytettävien suuntapainepuhallinten luoman ilmavirtauksen mallinnuksella voidaan tutkia puhallinten todellista vaikutusaluetta, ja varmistua suunnitellun savunpoiston kohdekohtaisesta toimivuudesta.

Rakenteiden palonkeston toiminnallinen tarkastelu

Rakenteet voidaan mitoittaa palonkestoltaan sopiviksi simuloimalla ja analysoimalla tilassa mahdollisiksi oletetut paloskenaariot. Palosimuloinnilla voidaan luotettavasti mitata muun muassa rakenteiden lämpenemistä, ja siten varmistua suunnitellun toteutuksen kestävyydestä aidossa tulipalossa. Kohdekohtainen palonkeston tarkastelu mahdollistaa rakenteiden tarkan mitoituksen ja auttaa suunnittelijoita valitsemaan kohteeseen oikeat rakennusmateriaalit. Kun palonkestoltaan riittäviä materiaaleja käytetään oikein mitoitettu määrä, säästetään rahaa ja raaka-aineita, ja sen myötä luontoakin – turvallisuudesta tinkimättä!