Kappale

7.1 Palaminen, palon kehittyminen ja lämmön siirtyminen (S)

Kappaleiden edistyminen:

Palaminen, palon kehittyminen ja lämmön siirtyminen

Energiaa tuottava palaminen on kemiallinen reaktio, jossa aine yhtyy happeen niin nopeasti, että syntyy yleensä lämpöä, valoa (liekki) ja savua. Palamisen edellytyksenä on riittävä lämpötila, palava aine ja riittävä happipitoisuus. Liekehtivässä palossa tarvitaa lisäksi häiriintymätön ketjureaktio. Jos jokin näistä elementeistä poistetaan, palaminen sammuu.

Palamisen edellytykset
Ilmassa on happea n. 21 t-%, jos ilman happipitoisuus laskee noin alle 16 t-% liekkipalo sammuu, jos happea on 24 t-%, palamisnopeus 2 kertaistuu ja jos 40 t-%, palamisnopeus 10 kertaistuu. Jähmeät orgaaniset aineet (esim. puu, paperi) voivat palaa liekillä vain, kun ne hajoavat lämmön vaikutuksesta ja kaasuuntuvat. (Tätä kutsutaan pyrolysoitumiseksi.)
Palamiseen tarvittava happiPyrolyysi
Palot luokitellaan palamisnopeuden perusteella 1) hitaaseen palamiseen (hiilen palaminen hehkumalla), 2) tavanomaiseen palamiseen (puun ja  polttonesteen palaminen liekillä ja nestekaasun palaminen polttimessa), sekä 3) räjähdykseen (energian äkillinen vapautuminen, johon liittyy kaasujen nopea laajentuminen).
Paloluokkia (A, B, C, D) käytetään esimerkiksi käsisammuttimien merkinnöissä.

Paloluokkia (A, B, C, D) käytetään esimerkiksi käsisammuttimien merkinnöissä.

Puun palaminen

puun palaminen

  • Liekehtimällä: n. 80 m-% puusta kaasuuntuu kuumuudessa, jolloin kaasut palavat
  • Hehkuen: loput n. 20 m-% puusta muodostaa hiiltä, joka palaa hehkuen

Nesteiden palaminen

  • Liekehtimällä: Syttyvä neste kuumenee, se höyrystyy ja höyry palaa liekehtien

Muovin palaminen

  • Liekehtien: Muovin pinnalle muodostuu nestekerros, joka höyrystyy ja höyryt sitten palavat liekehtien

Palamisessa syntyy lämmön ja valon lisäksi palamistuotteita, kuten savua, tuhkaa, nokea, hiiltymiä ja vettä. Savu aiheuttaa vaaraa ja vahinkoa. Savun sisältämä häkä ja muut myrkylliset kaasut (mm kloorivety) aiheuttavat suurimman osan palokuolemista, tuottavat aineellisia vahinkoja ja päästävät pienhiukkasia ympäristöön.

Savu tappaa

Syttymis- ja leimahduslämpötilat

Syttymislämpötila on se alin lämpötila, jossa aineen syttyminen tapahtuu. Aine voi myös lämmetä itsestään fysikaalisten, kemiallisten ja biologisten reaktioiden vuoksi (itsesyttyminen). Leimahduslämpötila on se alin lämpötila, jossa nesteestä muodostuvat höyryt muodostavat ilman kanssa syttymiskelpoisen seoksen ja aineesta muodostuvat höyryt leimahtavat sytyttimen vaikutuksesta.

Syttymisraja

Jokaisella palavalla nesteellä tai kaasulla on omat syttymisrajat, väli (%). Mitä laajempi syttymisalue, sitä suurempi räjähdysvaara, mitä kapeampi syttymisalue, sitä pienempi räjähdysvaara.

Video liian rikkaan kaasuseoksen syttymisestä

Video nestekaasun viivästyneestä syttymisestä

Video palokaasun eri syttymisrajoista

Video pölyräjähdyksestä

 

Huoneistopalo

Huoneistopalo on suljetussa tai osittain suljetussa tilassa tapahtuva palo, jossa palamisilman saatavuus on rajallinen ja josta savu ja lämpösäteily eivät pääse poistumaan esteettä. Tällöin on käytössä rajallinen määrä palamisilmaa, mikä hidastaa palamista. Palamista kiihdyttää lämpösäteilyn takaisinkytkentä, palon leviäminen ja sisäiset virtaukset.

Huoneistopalon alkuvaiheessa on vähän pyrolyysikaasuja ja savupatja alkaa muodostumaan tilan yläosaan. Lämpötila on tällöin alhainen. Syttymisvaiheen ja täyden palon välissä tapahtuu leimahdus, eli syttyvien kaasujen yhtäkkinen, osittainen tai kokonaan syttyminen tai lieskahdus, eli kaikkien palavien tarvikkeiden ja pintojen syttyminen. Täyden palon jälkeen palo hiipuu.

Huoneistopalon kehittyminenHuoneistopalo

Palon alkuvaiheessa sammutusmentelmänä riittää alkusammutus, täydenpalamisen vaiheessa sammutus on suoritettava ulkokautta suihkuputkella, hiipuva palo sammutetaan suihkuputkella ja palopesäkkeiden raivaamisella.

Savutuuletus

Savutuuletuksella tarkoitetaan kuumien palokaasujen poistamista suljetusta tilasta sekä raikkaan korvausilman johtamista tilalle. Savutuuletus on keskeinen sammutustekninen ja –taktinen menetelmä, jonka avulla helpotetaan sammutus- ja pelastustoimintaa. Sen avulla pienennetään palon ja savun leviämistä, helpotetaan rakenteiden kuumakuormitusta ja vähennetään palon vaikutusta ympäröiviin materiaaleihin. Savutuuletuksen myötä tuuletettua lämpömäärää ei tarvitse enää sitoa vedellä. Savutuuletus vähentää sekundäärivaurioita, kuten eri aineiden syöpymistä, hajuhaittoja ja kosteutta.

Savutuuletus voidaan hoitaa luonnollisena tuuletuksena, jolloin käytetään hyväksi tuulen muodostamaan painetta, kuumien palokaasujen ominaisuutta pyrkiä ylöspäin sekä rakennuksessa olevia virtauksia. Esim. hormi-ilmiö rappukäytävässä, ylipainetuuletuksena, jolloin tuuletettavat kaasut sijaitsevat tuulettimen etupuolella, kaasut työnnetään postiviivaisella paineella, tai alipainetuuletuksena, jolloin tuuletettava palokaasu sijaitsevat tuulettimen imupuolella, kaasut imetään tuulettimen läpi (esim. suihkuputken suihkun suutaaminen ikkunasta ulospäin ja näin aiheuttaen huoneistoon alipaineen > suihkuputkituuletus).

Luonnollinen tuuletus

Luonnollinen tuuletus

Alipainetuuletus

Alipainetuuletus

Palon leviäminen

Lämpö siirtyy johtumalla esimerkiksi rakennuksen metallirakenteiden kautta, konvektiona (kuljettuminen) kuumien savukaasujen myötä, säteilemällä palon aiheuttaman sähkömagneettinen aaltoliikkeen myötä. Lämpö voi siirtyä liekkikontaktista tai kipinöiden välityksellä. Palo leviää sekunneissa ylöspäin, minuuteissa sivuille päin ja tunneissa alaspäin.

Palon leviäminen leikkikontaktista

Palon leviäminen leikkikontaktista

 

Kurssikeskustelu