一級(jí)消防工程師《技術(shù)實(shí)務(wù)》知識(shí)點(diǎn):建筑火災(zāi)

注冊(cè)消防工程師 責(zé)任編輯:徐艷婷 2020-10-12

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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(méi)有各部分之間相對(duì)的宏觀位移的一種傳熱方式。

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

(二)熱對(duì)流

熱對(duì)流又稱對(duì)流,是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)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(guò)電磁波來(lái)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(jìn)行的熱量傳遞。與導(dǎo)熱和對(duì)流不同的是,熱輻射在傳遞能量時(shí)不需要互相接觸即可進(jìn)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(jìn)行。最典型的例子是太陽(yáng)向地球表面?zhèn)鬟f熱量的過(guò)程。

火場(chǎng)上的火焰、煙霧都能輻射熱能,輻射熱能的強(qiáng)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(qiáng)。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(gè)階段:

對(duì)于建筑火災(zāi)而言,最初發(fā)生在室內(nèi)的某個(gè)房間或某個(gè)部位,然后由此蔓延到相鄰的房間或區(qū)域,以及整個(gè)樓層,最后蔓延到整個(gè)建筑物。其發(fā)展過(guò)程大致可分為初期增長(zhǎng)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(jìn)入充分發(fā)展階段。

三、建筑火災(zāi)的煙氣蔓延:

(一)煙氣的擴(kuò)散路線

當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí),煙氣在其內(nèi)的流動(dòng)擴(kuò)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(dòng)

火災(zāi)過(guò)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(dá)樓板或者頂棚,然后會(huì)改變流動(dòng)方向沿頂棚水平擴(kuò)散。由于受冷空氣摻混以及樓板、頂棚等建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的阻擋,水平方向流動(dòng)擴(kuò)散的煙氣溫度逐漸下降并向下流動(dòng)。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(duì)流流動(dòng),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(dòng)特點(diǎn)和規(guī)律涉及幾個(gè)重要的概念,包括煙氣羽流、頂棚射流、煙氣層沉降,以下作簡(jiǎn)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(shí),首先發(fā)生陰燃。當(dāng)達(dá)到一定溫度并且有適合的通風(fēng)條件時(shí),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(dòng)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(dòng)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(huì)形成一個(gè)熱煙氣團(tuán),在浮力的作用下向上運(yùn)動(dòng),在上升過(guò)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(yùn)動(dòng),形成一個(gè)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(cè)器、感溫探測(cè)器和灑水噴頭產(chǎn)生響應(yīng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警和噴淋滅火。

當(dāng)頂棚射流的熱煙氣通過(guò)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(huì)水平卷吸環(huán)境空氣,因此熱煙氣層在流動(dòng)的過(guò)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(dòng)時(shí),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(cè)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(bǔ)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(huì)一直下降,直到浸沒(méi)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(huì)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(shí)間變化的狀況發(fā)生火災(zāi)時(shí),應(yīng)設(shè)法通過(guò)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(shí),煙氣會(huì)通過(guò)這些開口蔓延擴(kuò)散到建筑的其他地方。

2.走廊的煙氣流動(dòng)

3.豎井中的煙氣流動(dòng)

(二)煙氣流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力

煙氣流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(shí),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(dòng)的流動(dòng)。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(yùn)動(dòng),建筑物越高,這種流動(dòng)越強(qiáng)。豎井是發(fā)生這種現(xiàn)象的主要場(chǎng)合,在豎井中,由于浮力作用產(chǎn)生的氣體運(yùn)動(dòng)十分顯著,通常稱這種現(xiàn)象為煙囪效應(yīng)。在火災(zāi)過(guò)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(shí),在起火房間內(nèi),由于溫度上升,氣體迅速膨脹對(duì)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(jìn)風(fēng)口的壓力,則大量的煙火將通過(guò)外墻窗口,由室外向上蔓延;若火風(fēng)壓等于或小于進(jìn)風(fēng)口的壓力,則煙火便全部從內(nèi)部蔓延,當(dāng)它進(jìn)入樓梯間、電梯井、管道井、電纜井等豎向孔道以后,會(huì)大大加強(qiáng)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(jìn)入豎井后會(huì)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(lái),也可進(jìn)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(shì)較弱時(shí),由煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的空氣流動(dòng)可限制煙氣流進(jìn)豎井,如果著火層的燃燒強(qiáng)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(jìn)人豎井而繼續(xù)向上蔓延。

因此,對(duì)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(qiáng)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(dòng)。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(guò)其他驅(qū)動(dòng)煙氣運(yùn)動(dòng)的力(自然和人工)。一般來(lái)說(shuō),風(fēng)朝著建筑物吹過(guò)來(lái)會(huì)在建筑物的迎風(fēng)側(cè)產(chǎn)生較髙滯止壓力,這可增強(qiáng)建筑物內(nèi)的煙氣向下風(fēng)方向的流動(dòng)。

煙氣在水平方向的擴(kuò)散流動(dòng)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(kuò)散流動(dòng)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(dòng)速度可達(dá)6~8m/s,甚至更高。

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