Simulering av karbonmonoksid under grottefesten i St.Hanshaugen august 2020

Simulering av et scenario for grottefesten i St. Hanshaugen 29. august 2020. Dette er et scenario basert på en del antagelser som vi presenterer under, og resultatene er derfor forbundet med en del usikkerhet. 

Scenario
Vi antar at aggregatrommet har vært svært tett i lang tid, og dermed oppnådd en konsentrasjon på 2 % CO i aggregatrommet. Dette tallet er noe usikkert, men det ligger innenfor spennet av konsentrasjoner i en studie av bensinaggregater i tette rom gjort av National Institute of Standards and Technology (NIST) i USA i 2010 [1]. Vi baserer oss på vitneutsagn om at “plutselig la vi merke til at det var røyk i rommet og vi kunne lukte eksos”. Da tror vi det ha foregått ufullstendig forbrenning i et lukket rom, og at døra deretter har blitt åpnet. Siden aggregatene gikk over mange timer med dårlig ventilasjon regner vi er det som sannsynlig at CO2 og CO-nivået har steget til nivåer som begrenser effekten til aggregatene. I slike tilfeller stiger CO-nivået til noen prosent. I studien fra NIST stabiliserte CO-nivået seg mellom 0.7 og 2.3 % avhengig av ventilasjonen (for de lavere nivåene var et vindu åpent). 

Vi vet dessverre lite om aggregatene. Noen har snakket om at det er dieselaggregater, men dette har vi ikke fått bekreftet. Både dieselaggregater og bensinaggregater kan produsere høye konsentrasjoner av CO om de står i tette rom og/eller er dårlig konstruert eller vedlikeholdt. 

Vi antar at det er 20 grader inne i selve grotten, men 40 grader i aggregatrommet siden aggregatene har stått og gått, og produsert mye varme. Tallet 40 grader henter vi fra den samme studien hos NIST, ved å legge oss litt under toppnivåene de målte når aggregatene hadde gått en stund. Dette tallet er også forbundet med en del usikkerhet, men så vidt vi vurderer det er det viktigste for simuleringen å få med at aggregatrommet er en del varmere enn resten av grotta. 

Vi starter simuleringen i det døra åpnes. Altså ser vi på spredning av CO fra aggregatrommet og ut i resten av grotten. 

Vi bruker en geometri for grotten som vi fikk tilsendt av Aftenposten. Vi har tettet alle utganger unntatt en 1x1 meter åpning ved inngangen og en 25x25 cm åpning i aggregatrommet. Vi redigerte geometrien med programmet “Blender”, versjon 2.79. 

I simuleringen vår er det ingen mennesker inne i grotten. Avhengig av hvor mye folk beveget på seg kan det hende at luften har blir mer blandet i virkeligheten enn i simuleringen. Isolert sett vil dette kunne gjøre at høye konsentrasjoner av CO vil komme nærmere gulvet enn det som framkommer i simuleringen. 

Simuleringen ble kjørt i “Fire Dynamics Simulator” [2] versjon 6.7.5 fra NIST. Gitteroppløsning på 256x256x32. Se forøvrig filen “Case.fds” for presise detaljer om simuleringen. Simuleringen kan reproduseres ved å installere “Fire Dynamics Simulator” og kjøre kommandoen “mpiexec -np 4 fds Case.fds”. 

Visualiseringen er gjort med Smokeview, som følger med Fire Dynamics Simulator. 

Resultater 
Vi har rendret noen filmer som viser hvordan CO sprer seg i grotten. Tid i sekunder fra begynnelsen av simuleringen er angitt nede til venstre. Filmene er ett minutt lange og svarer til simulert tid på en time. 

I filen “case_smoke.mp4” viser vi CO-nivået som en svart sky. Dette er ikke uttrykk for at det er svart røyk der inne, men på et elle annen vis må vi vise det. 

I filen “case_iso.mp4” viser vi CO-nivået med isooverflater, altså flater med konstant nivå med CO. Fargene svarer til følgende nivåer av CO: 0.001 % (grønn), 0.01 % (blå) 0.03 % (lilla), 0.1 % (rød), 0.5 % (mørkerød). Disse nivåene svarer omtrent til 10 ppm (grønn), 100 ppm (blå) 300 ppm (lilla), 1000 ppm (rød), 5000 ppm (mørkerød). 

I filen “case_inside.mp4” viser vi fra innsiden av grotten, ved toalettene, hvordan CO brer seg innover. Her ser man at CO legger seg oppunder taket, og deretter trekker nedover mot gulvet etterhvert. Nede ved bakkenivå er konsentrasjonene her ute fortsatt lavere enn 10 ppm etter en time. 

Zip-filen “simulationFiles.zip” inneholder input-filer og output-filer fra Fire Dynamics Simulator. Disse kan brukes til å visualisere simuleringen vi har gjort, samt reprodusere simuleringen. 

[1] Wang, L., Emmerich, S., Persily, A. (2010). In Situ Experimental Study of Carbon Monoxide Generation by Gasoline-Powered Electric Generator in an Enclosed Space Journal of the Air & Waste Management Association  60(12), 1443-1451. https://dx.doi.org/10.3155/1047-3289.60.12.1443

[2] <https://pages.nist.gov/fds-smv/>