Mitä tulipalossa tapahtuu?

Tuli on palamisreaktio, joka synnyttää valoa ja lämpöä. Palo on irtipäässyt tuli, joka palaa kontrolloimatta. Tulipalolla on kolme eri vaihetta:

1. Syttymis- ja kasvuvaihe

2. Täysin kehittynyt palo

3. Sammumis- ja jäähtymisvaihe

Palon edellytykset:

Palo edellyttää neljää samanaikaista tekijää:

1. Polttoainetta (palavaa ainetta)

2. Ilmaa (happea)

3. Lämpöä (syttymislämpötila)

4. Häiriintymätöntä ketjureaktiota

Palo tarvitsee polttoainetta, eli palavaa ainetta

Palavat aineet ovat aineita, jotka hapen kanssa reagoidessaan vapauttavat enemmän energiaa kuin mitä kemiallinen reaktio itsessään käyttää. Palavuus jaotellaan syttymisherkkyyden mukaan:

• Palamattomat aineet (esim. betoni, kevytbetoni, tilli ja kipsi)

• Vaikeasti syttyvät aineet, jotka paikallisesti kuumennettuina tosin voivat syttyä ja palaa, mutta jotka eivät itsenäisesti jatka palamista lämmönlähteen poistamisen jälkeen (esim. eräät muovit ja eristeaineet)

• Helposti syttyvät aineet, jotka riittävän hienojakoisina voidaan sytyttää tulitikulla ja jotka jatkavat palamista ilmassa (esim. paperi, puu ja useimmat tekstiilit)

•  Itsesyttyvät aineet, jotka voivat syttyä ilman ulkoista lämmönlähdettä (esim. vernissainen trasseli)

Palon voimakkuus on riippuvainen hapesta

Palamiseen tarvittava happi tulee useimmiten ilmasta. Happipitoisuuden alentaminen voi sammuttaa tai hillitä paloa.

Syttyminen vaatii myös lämpöä

Palavan aineen lämpötilan noustessa aineelle ominaiseen syttymislämpötilaan alkaa nopea palamisreaktio. Syttymiseen tarvittava lämpö voidaan saada avotulesta (esim. tulitikku), kuumennetusta kappaleesta (esim. hitsauskipinä), optisista ilmiöistä (esim. valokaari tai oikosulku) tai kitkasta (esim. kuumentuva laakeri). Syntyvään palolämpötilaan vaikuttavat monet tekijät kuten palavien aineiden lämpöarvo (MJ/kg), palamisnopeus, hapensaanti ja syntyvien palamiskaasujen määrä.

Standardipalo on palomitoituksen perusta. Todellisesta palosta poiketen standardipalossa ei palokuorma lopu, vaan lämpötila nousee koko paloajan. Alla olevassa kuvassa esitetään yleisesti käytetty standardi lämpötila-aikakäyrä. Siinä lämpötila muuttuu ISO-834 standardin mukaan seuraavasti: T=20+345 log (8 t +1), missä T on kaasun lämpötila palo-osastossa (°C) ja t on aika (minuutteina).

• Säteily: Lämpösäteily tapahtuu aina lämpimämmästä kappaleesta kylmempään. Lämpösäteily on pääasiassa näkymätöntä infrapunasäteilyä. Kuuman kappaleen, joka voi olla myös kaasumainen kuten tulenliekki, synnyttämän säteilykentän intensiteettiin vaikuttavat mm. kappaleen lämpötila, koko ja etäisyys kuumaan pintaan. Säteilyn kautta tapahtuva palonleviäminen tapahtuu siten, että aineen lämpötila ylittää sen syttymislämpötilan. Palamattomat aineet vähentävät säteilyn kautta tapahtuvan palonleviämisen riskiä.

• Johtuminen: Lämmön johtuminen tapahtuu aineen (kiinteä kappale, neste tai kaasu) sisällä tai kappaleesta toiseen välittömän kosketuksen kautta. Metallit ovat parhaita lämmönjohtajia. Nesteiden lämmönjohtavuus on pieni, kaasujen vielä pienempi. Palossa lämpö voi siirtyä johtumalla myös palamattomien aineiden ja rakenteiden läpi. Esim. seinän läpi menevät metalliset putket johtavat lämpöä, jolloin palo voi levitä osastoivan seinän kautta palo-osastosta toiseen. Metalliputket tai vastaavat seinän läpi kulkevat osat muodostavat näin ollen palonleviämisriskin.

• Virtaus (konvektio): Palo lämmittää myös synnyttämänsä palamiskaasut ja ympäröivän ilman. Koska lämmenneet kaasut ovat kylmiä kevyempiä, syntyy konvektio tai kuumien kaasujen lämpövirtaus. Erityisesti sisätiloissa tapahtuvissa paloissa voivat tämäntyyppiset lämpövirtaukset aiheuttaa etäpaloja kaukana palopesäkkeestä ja aiheuttaa näin ollen yleissyttymisen. Syttyminen voi tapahtua joko siten, että kaasut lämmittävät kohdalle sattuvia palavia aineita niiden syttymislämpötilaan tai siten, että kaasuseoksessa olevat palavat kaasut syttyvät hapensaannin tultua riittäväksi. Etäpalot leviävät yleisimmin ilmastointikanavien ja käytävien kautta. Etäpalojen syntyä voidaan rajata käyttämällä sisäkatoissa ja -seinissä syttymättömiä ja paloa levittämättömiä materiaaleja.