Mengenal efek cerobong asap saat terjadi kebakaran

Di era penghematan energi ini, banyak bangunan tinggi dibangun dengan konsep sangat rapat dengan meminimalkan jumlah bukaan ke arah luar bangunan. Akibat dari kurangnya ventilasi ini, pergerakan udara panas (asap dan gas beracun) pada saat kebakaran akan dikendalikan oleh pergerakan alami udara normal di dalam bangunan. Pergerakan alami udara normal di dalam bangunan tinggi ini yang dikenal sebagai efek cerobong. 

Dikenal sebagai efek cerobong (stack effect atau chimney effect) karena terkait pergerakan udara ke arah vertikal dan efek cerobong ini menciptakan pergerakan udara alami di dalam gedung. Efek cerobong ini disebabkan oleh perbedaan suhu antara suhu di dalam bangunan dengan suhu di luar bangunan. Udara dalam bangunan ini akan naik ataupun turun secara bervariasi tergantung dari besarnya perbedaan suhu. Efek ini akan bisa dilihat atau dirasakan pada bangunan dengan tinggi di atas 18 meter dan efek ini akan semakin kuat ketika bangunan tersebut semakin tinggi dan perbedaan suhu semakin besar. 

Kita asumsikan dulu kondisi awal suhu di luar bangunan lebih dingin di banding dengan suhu di dalam bangunan. Udara yang suhunya lebih dingin kerapatannya meningkat (jarak antara molekulnya merapat) dan di luar tekanannya lebih besar dibanding dengan tekanan dalam bangunan. Secara praktik di lapangan, setiap bangunan pasti mempunyai banyak lubang atau bukaan di beberapa titik sepanjang tinggi bangunan, dan juga terkadang pintu di lantai bawah dalam keadaan terbuka. Melalui celah inilah udara dingin masuk melalui bukaan yang ada di lantai bawah sehingga menyebabkan udara panas dalam bangunan terdorong ke atas. 

Pergerakan udara di dalam bangunan yang mengarah ke atas ini dapat melalui shaft elevator, tangga, dan shaft vertikal lainnya, termasuk kebocoran pada penetrasi tiap lantai. Pergerakan udara ini dipaksa keluar ke atas menuju puncak bangunan melalui bukaan dan celah yang ada di masing masing lantai. Kondisi udara yang lebih dingin diluar menyebabkan sirkulasi udara mengarah ke atas bangunan. 

Di suatu area di tengah bangunan akan terdapat bidang netral yang merupakan suatu bidang imajiner (lebih dikenal sebagai Neutral pressure plane) dimana tekanan udaranya sama dengan tekanan udara di luar bangunan dengan kondisi tidak terjadi angina. Gambar dibawah menunjukkan gambaran tekanan dan pergerakan udara yang disebabkan oleh efek cerobong ini. Ketika suhu diluar bangunan lebih hangat dibanding dengan suhu di dalam bangunan,maka pergerakan udara akan terbalik, yaitu dari atas ke bawah. 

Pergerakan udara panas khususnya asap akan dipengaruhi oleh lokasi kebakaran terhadap bidang netral (Neutral pressure plane). Sebagai contoh, jika terjadi kebakaran di lantai bawah dari gedung bertingkat tinggi, buoyancy yang disebabkan oleh perbedaan suhu dari pembakaran akan menghasilkan tekanan yang akan membawa udara panas ke atas. Pada saat suhu udara panas mulai menurun, maka daya penggerak buoyancy pun menurun sampai suhu udara panas mencapai suhu normal lingkungan. Meskipun demikian, efek cerobong membantu membawa udara panas ini ke lantai paling atas dengan cara menarik udara panas dari lokasi kebakaran ke arah atas bangunan melalui shaft, tangga yang terbuka, celah atau bukaan yang ada di lantai lokasi kebakaran tersebut, sehingga lokasi proses terjadinya api akibat penyebaran udara panas menjadi lebih jauh dari lokasi awal kebakaran. Biasanya skenario udara panas akan melewati beberapa lantai langsung menuju area di atas bidang netral. Tekanan terbesar terjadi di bagian teratas dari gedung dan lokasi tersebut lebih berbahaya dibanding lantai yang dekat dekat dengan lokasi kebakaran. Lantai yang berada di dekat bidang netral akan mengalami penyebaran udara panas ini, tetapi konsentrasi nya tidak sebanyak dibanding dengan lantai yang paling atas. Dari sisi fire fighthing, maka area yang berada di atas bidang netral akan mengalami penyebaran panas secara horizontal akibat perbedaan tekanan yang menyebabkan arah udara panas mengarah ke luar.

Untuk kebakaran di atas bidang netral, tetap akan mengalami perpindahan panas ke arah akibat adanya kebocoran di tiap lantai, konsentrasi udara panas tetap pada lantai yang paling atas. Arah pergerakan udara panas akan mengarah ke luar bangunan akibat tekanan udara di dalam lebih besar dari tekanan di luar.

Kejadian kebakaran terbaru yang diduga penyebaran apinya akibat efek cerobong adalah kebakaran di Grenfell Tower (24 lantai) di London Barat pada tanggal 14 juni 2017. Kejadian ini mengakibatkan 80 orang meninggal dan 70 cidera. Salah satu ahli fire safety menyatakan bahwa pelapis dinding merupakan sebab penyebaran api yang masif. Terdapat ruang antara pelapis dinding dengan bahan isolasi dinding, sehingga ruang tersebut menghasilkan efek cerobong.

Grenfeel Tower

Referensi:

• Ladwig,, Thomas H. 1990. Industrial Fire Prevention and Protection. Van Nostrand Reinhold
• Fitzgerald, Robert W. 2004. Building Fire Performace Analysis 1st Edition. Wiley
• Klinoff, Robert W. 2006. Introduction to Fire Protection 3rd Edition. Cengage Learning
• Latifah, ST. MT, Nur Laela. 2015. Fisika Bangunan 1. Gaya Kreasi.