一級消防工程師《技術(shù)實務(wù)》知識點：建筑火災(zāi)

一、建筑火災(zāi)熱量的傳播方式：

(一)熱傳導(dǎo)

又稱導(dǎo)熱，屬于接觸傳熱，是連續(xù)介質(zhì)就地傳遞熱量而又沒有各部分之間相對的宏觀位移的一種傳熱方式。

對于起火的場所，熱導(dǎo)率大的材料，由于能受到高溫作用迅速加熱，又會很快地把熱能傳導(dǎo)出去，在這種情況下，就可能引起沒有直接受到火焰作用的可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒，利于火勢傳播和蔓延。

(二)熱對流

熱對流又稱對流，是指流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混引起熱量傳遞的方式。

(三)熱輻射

輻射是物體通過電磁波來傳遞能量的方式。熱輻射是因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象。輻射換熱是物體間以輻射的方式進行的熱量傳遞。與導(dǎo)熱和對流不同的是，熱輻射在傳遞能量時不需要互相接觸即可進行，所以它是一種非接觸傳遞能量的方式，即使空間是高度稀薄的太空，熱輻射也能照常進行。最典型的例子是太陽向地球表面?zhèn)鬟f熱量的過程。

火場上的火焰、煙霧都能輻射熱能，輻射熱能的強弱取決于燃燒物質(zhì)的熱值和火焰溫度。物質(zhì)熱值越大，火焰溫度越高，熱輻射也越強。輻射熱作用于附近的物體上，能否引起可燃物質(zhì)著火，要看熱源的溫度、距離和角度。

二、建筑火災(zāi)發(fā)展的幾個階段：

對于建筑火災(zāi)而言，最初發(fā)生在室內(nèi)的某個房間或某個部位，然后由此蔓延到相鄰的房間或區(qū)域，以及整個樓層，最后蔓延到整個建筑物。其發(fā)展過程大致可分為初期增長階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。通常，轟燃的發(fā)生標(biāo)志著室內(nèi)火災(zāi)進入充分發(fā)展階段。

三、建筑火災(zāi)的煙氣蔓延：

(一)煙氣的擴散路線

當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，煙氣在其內(nèi)的流動擴散一般有3條路線：

第一條是：著火房間——走廊——樓梯間——上部各樓層——室外；

第二條是：著火房間——室外；

第三條是：著火房間——相鄰上層房間——室外。

1.著火房間內(nèi)的煙氣流動

火災(zāi)過程中，由于熱浮力作用，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從火焰區(qū)直接上升到達樓板或者頂棚，然后會改變流動方向沿頂棚水平擴散。由于受冷空氣摻混以及樓板、頂棚等建筑圍護結(jié)構(gòu)的阻擋，水平方向流動擴散的煙氣溫度逐漸下降并向下流動。逐漸冷卻的煙氣和冷空氣流向燃燒區(qū)，形成了室內(nèi)的自然對流流動，火越燒越旺。著火房間內(nèi)頂棚下方逐漸積累形成穩(wěn)定的煙氣層。

描述室內(nèi)煙氣流動特點和規(guī)律涉及幾個重要的概念，包括煙氣羽流、頂棚射流、煙氣層沉降，以下作簡單介紹

(1)煙氣羽流。在一般的建筑房間內(nèi)，內(nèi)部物品多為固體。當(dāng)可燃固體受到外界條件的影響開始燃燒時，首先發(fā)生陰燃。當(dāng)達到一定溫度并且有適合的通風(fēng)條件時，陰燃便轉(zhuǎn)變?yōu)槊骰鹑紵?。明火出現(xiàn)后，可燃物迅速燃燒。燃燒中，火源上方的火焰及燃燒生成的流動煙氣通常稱為火羽流

在燃燒表面上方附近為火焰區(qū)，它又可以分為連續(xù)火焰區(qū)和間歇火焰區(qū)。而火焰區(qū)上方為燃燒產(chǎn)物即煙氣的羽流區(qū)，其流動完全由浮力效應(yīng)控制，一般稱其為煙氣羽流或浮力羽流。由于浮力作用，煙氣流會形成一個熱煙氣團，在浮力的作用下向上運動，在上升過程中卷吸周圍新鮮空氣與原有的煙氣發(fā)生摻混。

(2)頂棚射流。當(dāng)煙氣羽流撞擊到房間的頂棚后，沿頂棚水平運動，形成一個較薄的頂棚射流層，稱為頂棚射流。由于它的作用，使安裝在頂棚上的感煙探測器、感溫探測器和灑水噴頭產(chǎn)生響應(yīng)，實現(xiàn)自動報警和噴淋滅火。

當(dāng)頂棚射流的熱煙氣通過頂棚表面和邊緣的開口排出，可以延緩熱煙氣在頂棚以下積聚。熱煙氣羽流經(jīng)撞擊頂棚后形成頂棚射流流出著火區(qū)域。由于熱煙氣層的下邊界會水平卷吸環(huán)境空氣，因此熱煙氣層在流動的過程中逐漸加厚，空氣卷吸使頂棚射流的溫度和速度降低。另外，當(dāng)熱煙氣沿頂棚流動時，與頂棚表面發(fā)生的熱交換也使得靠近頂棚處的煙氣溫度降低。

研究表明，假設(shè)頂棚距離可燃物的垂直高度為H，多數(shù)情況下頂棚射流層的厚度約為距離頂棚以下高度h的5%~12%，而頂棚射流層內(nèi)最大溫度和最大速度出現(xiàn)在距離頂棚以下高度h的1%處。頂棚射流的最大溫度和最大速度值是估算火災(zāi)探測器和噴頭熱響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。

(3)煙氣層沉降。隨著燃燒持續(xù)發(fā)展，新的煙氣不斷向上補充，室內(nèi)煙氣層的厚度逐漸增加。在這一階段，上部煙氣的溫度逐漸升高、濃度逐漸增大，如果可燃物充足，且煙氣不能充分地從上部排出，煙氣層將會一直下降，直到浸沒火源。由于煙氣層的下降，使得室內(nèi)的潔凈空氣減少，煙氣中的未燃可燃成分逐漸增多。如果著火房間的門、窗等開口是敞開的，煙氣會沿這些開口排出。根據(jù)煙氣的生成速率，并結(jié)合著火房間的幾何尺寸，可以估算出煙氣層厚度隨時間變化的狀況發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)設(shè)法通過打開排煙口等方式，將煙氣層限制在一定高度內(nèi)。否則，著火房間煙氣層下降到房間開口位置，如門、窗或其他縫隙時，煙氣會通過這些開口蔓延擴散到建筑的其他地方。

2.走廊的煙氣流動

3.豎井中的煙氣流動

(二)煙氣流動的驅(qū)動力

煙氣流動的驅(qū)動力包括室內(nèi)外溫差引起的煙囪效應(yīng)，外界風(fēng)的作用、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的影響等。

1.煙囪效應(yīng)

當(dāng)建筑物內(nèi)外的溫度不同時，室內(nèi)外空氣的密度隨之出現(xiàn)差別，這將引發(fā)浮力驅(qū)動的流動。如果室內(nèi)空氣溫度高于室外，則室內(nèi)空氣將發(fā)生向上運動，建筑物越高，這種流動越強。豎井是發(fā)生這種現(xiàn)象的主要場合，在豎井中，由于浮力作用產(chǎn)生的氣體運動十分顯著，通常稱這種現(xiàn)象為煙囪效應(yīng)。在火災(zāi)過程中，煙囪效應(yīng)是造成煙氣向上蔓延的主要因素。

2. 火風(fēng)壓

火風(fēng)壓是指建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，在起火房間內(nèi)，由于溫度上升，氣體迅速膨脹對樓板和四壁形成的壓力?；痫L(fēng)壓的影響主要在起火房間，如果火風(fēng)壓大于進風(fēng)口的壓力，則大量的煙火將通過外墻窗口，由室外向上蔓延;若火風(fēng)壓等于或小于進風(fēng)口的壓力，則煙火便全部從內(nèi)部蔓延，當(dāng)它進入樓梯間、電梯井、管道井、電纜井等豎向孔道以后，會大大加強煙囪效應(yīng)。

煙囪效應(yīng)和火風(fēng)壓不同，它能影響全樓。多數(shù)情況下，建筑物內(nèi)的溫度大于室外溫度，所以室內(nèi)氣流總的方向是自下而上的，即正煙囪效應(yīng)。起火層的位置越低，影響的層數(shù)越多。在正煙囪效應(yīng)下，若火災(zāi)發(fā)生在中性面以下的樓層，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣進入豎井后會沿豎井上升，一旦升到中性面以上，煙氣不單可由豎井上部的開口流出來，也可進人建筑物上部與豎井相連的樓層;若中性面以上的樓層起火，當(dāng)火勢較弱時，由煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的空氣流動可限制煙氣流進豎井，如果著火層的燃燒強烈，則熱煙氣的浮力足以克服豎井內(nèi)的煙囪效應(yīng)，仍可進人豎井而繼續(xù)向上蔓延。

因此，對高層建筑中的樓梯間、電梯井、管道井、天井、電纜井、排氣道、中庭等豎向孔道，如果防火處理不當(dāng)，就形同一座高聳的煙囪，強大的抽拔力將使火沿著豎向 孔道迅速蔓延。

3.外界風(fēng)的作用

風(fēng)的存在可在建筑物的周圍產(chǎn)生壓力分布，而這種壓力分布能夠影響建筑物內(nèi)的煙氣流動。建筑物外部的壓力分布受到多種因素的影響，其中包括風(fēng)的速度和方向、建筑物的高度和幾何形狀等。風(fēng)的影響往往可以超過其他驅(qū)動煙氣運動的力(自然和人工)。一般來說，風(fēng)朝著建筑物吹過來會在建筑物的迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生較髙滯止壓力，這可增強建筑物內(nèi)的煙氣向下風(fēng)方向的流動。

煙氣在水平方向的擴散流動速度較小，在火災(zāi)初期為0.1~0.3m/s，在火災(zāi)中期為0.5~0.8m/s。煙氣在垂直方向的擴散流動速度通常為1~5m/s。在樓梯間或管道豎井中，受“煙囪效應(yīng)”影響，煙氣上升流動速度可達6~8m/s，甚至更高。