建筑工程火灾蔓延的机理与途径.doc

第一章 建筑火灾蔓延机理与途径
         普通状况下，火灾均有一种由小到大、由发展到熄灭过程，其发生、发展直至熄灭过程在不同环境下会呈现不同特点。本节重要简介建筑火灾蔓延传热基本、烟气蔓延及火灾发展几种阶段。

         一、建筑火灾蔓延传热基本

        热量传递有3三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。建筑火灾中，燃烧物质所放出热能普通是以上述三 种方式来传播，并影响火势蔓延扩大。热传播形式与起火点、建筑材料、物质燃烧性能和可燃物数量等因素关于。
        （一）热传导
        热传导又称导热，属于接触传热，是持续介质就地传递热量而又没有各某些之间相对宏观位移一种传热方式。从微观角度讲，之因此发生导热现象，是由于微观粒子(分子、原子或它们构成某些)碰撞、转动和振动等热运动而引起能量从高温某些传向低温某些。/在固体内部，只能依托导热方式传热;在流体中，尽管也有导热现象发生，但普通被对流运动所掩盖。不同物质导热能力各异，通惯用热导率，即用单位温度梯度时热通量来表达物质导热能力。同种物质热导率也会因材料构造、密度、温度、温度等因素变化而变化。惯用材料热导率见表1-2-1。

        对于起火场合，热导率大物体，由于能受到高温作用迅速加热，又会不久地把热能传导出去，在这种状况下就也许引起起没有直接受到火焰作用可燃物质发生燃烧，利于火势传播和蔓延。
        （二）热对流
        热对流又称对流，是指流体各某些之间发生相对位移，冷热流体互相掺混引起热量传递方式。热对流中热量传递与流体流动有密切关系。固然，由于流体中存在温度差，因此也必然存在导热现象，但导热在整个传热中处在次要地位。工程上，常把具备相对位移流体与所接触固体表面之间热传递过程称为对流换热。
          建筑发生火灾过程中，普通来说，通风孔面积越大。热对流速度越快；通风孔洞所处位置越高，对流速度越快。热对流对初期火灾发展起重要作用。
        （三）热辐射
        辐射是物体通过电磁波来传递能量方式。热辐射是因热因素而发出辐射能现象。辐射换热是物体间以辐射方式进行热量传递。与导热和对流不同是，热辐射在传递能量时不需要互相接触即可进行，因此它是一种非接触传递能量方式，虽然空间是高度稀薄太空，热辐射也能照常进行。最典型例子是太阳向地球表面传递热量过程。
        火场上火焰、烟雾都能辐射热能，辐射热能强弱取决于燃烧物质热值和火焰温度。物质热值越大，火焰温度越高，热辐射也越强。辐射热作用于附近物体上，能否引起可燃物质着火，要看热源温度、距离和角度。

        二、建筑火灾烟气蔓延

        建筑发生火灾时，烟气流动方向普通是火势蔓延一种重要方向。普通，500"C以上热烟所到之处，遇到可燃物均有也许被引燃起火。
        (一)烟气扩散路线
        建筑火灾中产生高温烟气，其密度比冷空气小，由于浮力作用向上升起，遇到水平楼板或顶棚时，改为水平方向继续流动，这就形成了烟气水平扩散。这时，如果高温烟气温度不减少，那么上层将是高温烟气，而下层是常温空气，形成明显分离两个层流流动。事实上，烟气在流动扩散过程中，一方面总有冷空气掺混，另一方面受到楼板、顶棚等建筑围护构造冷却，温度逐渐下降。沿水平方向流动扩散烟气遇到四周边护构造时，进一步被冷却并向下流动。逐渐冷却烟气和冷空气流向燃烧区，形成了室内自然对流，火越烧 越旺，如图1-2-1所示。

        烟气扩散流动速度与烟气温度和流动方向关于。烟气在水平方向扩散流动速度较小，在火灾初期为0.1～0. 3m/s，在火灾中期为0.5 ～0.8m/s。烟气在垂直方向扩散流动速度较大，普通为1～5m/s。在楼梯间或管道竖井中，由于烟囱效应产生抽力，烟气上升流动速度更大，可达6 ～ 8m/s，甚至更大。
        当高层建筑发生火灾时，烟气在其内流动扩散普通有三 条路线:第一条，也是最重要一条是着火房间→走廊→楼梯间→上部各楼层→室外；第二条是着火房间→室外；第三条是着火房间→相邻上层房间→室外。
        (二)烟气流动驱动力
        烟气流动驱动力涉及室内外温差引起烟囱效应，外界风作用、通风空调系统影响等。
        1.烟囱效应
        当建筑物内外温度不同步，室内外空气密度随之浮现差别，这将引起浮力驱动流动。如果室内空气温度高于室外，则室内空气将发生向上运动，建筑物越高，这种流动越强。竖井是发生这种现象重要场合，在竖井中，由于浮力作用产气愤体运动十分明显，普通称这种现象为烟囱效应。在火灾过程中，烟囱效应是导致烟气向上蔓延重要因素。
        2. 火风压
        火风压是指建筑物内发生火灾时，在起火房间内，由于温度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成压力。火风压影响重要在起火房间，如果火风压不不大于进风口压力，则大量烟火将通过外墙窗口，由室外向上蔓延;若火风压等于或不大于进风口压力，则烟火便所有从内部蔓延，当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖向孔道后来，会大大加强烟囱效应。
        烟囱效应和火风压不同，它能影响全楼。多数状况下，建筑物内温度不不大于室外温度，因此室内气流总方向是自下而上，即正烟囱效应。起火层位置越低，影响层数越多。在正烟囱效应下，若火灾发生在中性面(室内压力等于室外压力一种理论分界面)如下楼层，火灾产生烟气进入竖井后会沿竖井上升，一旦升到中性面以上，烟气不单可由竖井上部开口流出来，也可进入建筑物上部与竖井相连楼层;若中性面以上楼层起火，当火势较弱时由烟囱效应产生空气流动可限制烟气流进竖井，如果着火层燃烧强烈，热烟气浮力足以克服竖井内烟囱效应，仍可进入竖井而继续向上蔓延。因而，对高层建筑中楼梯间、电梯井、管渲井、天井、电缆井、排气道、中庭等坚向孔道，如果防火解决不当，就形同一座高耸烟囱，强大抽拔力将使火沿着竖向孔道迅速蔓延。
        3. 外界风作用
        风存在可在建筑物周边产生压力分布，而这种压力分布可以影响建筑物内烟气流动。建筑物外部压力分布受到各种因素影响，其中涉及风速度和方向、建筑物高度和几何形状等。风影响往往可以超过其她驱动烟气运动力(自然和人工)。普通来说，风朝着建筑物吹过来会在建筑物迎风侧产生较高滞止压力，这可增强建筑物内烟气向下风方向流动。
        (三)烟气蔓延途径
        火灾时，建筑内烟气呈水平流动和垂直流动。蔓延途径重要有:内墙门、洞口，外墙门、窗口，房间隔墙，空心构造，闷顶，楼梯间，各种坚井管道，楼板上孔洞及穿越楼板、墙壁管线和缝隙等。对主体为耐火构造建筑来说，导致蔓延重要因素有:未设有效防火分区，火灾在未受限制条件下蔓延;洞口处分隔解决不完善，火灾穿越防火分隔区域蔓延;防火隔墙和房间隔墙未砌至顶板，火灾在吊顶内部空间蔓延;采用可燃构件与装饰物，火灾通过可燃隔墙、吊顶、地毯等蔓延。
        1.孔洞开口蔓延
        在建筑内部，火灾可以通过某些开口来实现水平蔓延，如可燃木质户门、无水幕保护普通卷帘、未用不燃材料封堵管道穿孔处等。此外，发生火灾时，某些防火设施未能正常启动，如防火卷帘因卷帘箱开口、导轨等受热变形，或因卷帘下方堆放物品，或因无人操作于动启动装置等导致无法正常放下，同样导致火灾蔓延。
        2. 穿越墙壁管线和缝隙蔓延
        室内发生火灾时，室内上半部处在较高压力状态下，该部位穿越墙壁管线和缝隙很容易把火焰、高温烟气传播出去，导致蔓延。此外，穿过房间金属管线在火灾高温作用下，往往会通过热传导方式将热量传到相邻房间或区域一侧，使与管线接触可燃物起火。
        3. 闷顶内蔓延
        由于烟火是向上升腾，因而顶棚上入孔、通风口等都是烟火进入通道。闷顶内往往没有防火分隔墙，空间大，很容易导致火灾水平蔓延，并通过内部孔洞再向四周房间蔓延。
        4. 外墙面蔓延
        在外墙面，高温热烟气流会促使火焰窜出窗口向上层蔓延。一方面，由于火焰与外墙面之间空气受热逃逸形成负压，周边冷空气压力致使烟火贴墙面而上，使火蔓延到上一层；另一方面，由于火焰贴附外墙面向上蔓延，致使热量透过墙体引燃起火层上面一层房间内可燃物。建筑物外墙窗口形状、大小对火势蔓延有很大影响。

        三、建筑火灾发展几种阶段

        对于建筑火灾而言，最初发生在室内某个房间或某个部位，然后由此蔓延到相邻房间或区域，以及整个楼层，最后蔓延到整个建筑物。其发展过程大体可分为初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。图1-2-2为建筑室内火灾温度-时间曲线。

        （一）初期增长阶段
        初期增长阶段从浮现明火起，此阶段燃烧面积较小，只局限于着火点处可燃物燃烧，局部温度较高，室内各点温度不平衡，其燃烧状况与敞开环境中燃烧状况差不多。由于可燃物性能、分布和通风、散热等条件影响，燃烧发展大多比较缓慢，有也许形成火灾，也有也许半途自行熄灭(见图1-2-2中虚线)，燃烧发展不稳定。火灾初期增长阶段持续时间长短不定。
        （二）充分发展阶段
        在建筑室内火灾持续燃烧一定期间后，燃烧范畴不断扩大，温度升高，室内可燃物在高温作用下，不断分解释放出可燃气体，当房间内温度达到400～600℃时，室内绝大某些可燃物起火燃烧，这种在限定空间内可燃物表面所有卷入燃烧瞬变状态，称为轰燃。轰燃浮现是燃烧释放热量在室内逐渐累积与对外散热共同作用、燃烧速率急剧增大成果。普通，轰然发生标志着室内火灾进入全面发展阶段。
        轰燃发生后，室内可燃物浮现全面燃烧，可燃物热释放速率很大，室温急剧上升，并浮现持续高温，温度可达800～1000℃。之后，火焰和高温烟气在火风压作用下，会从房间门窗、孔洞等处大量涌出沿走廊、吊顶迅速向水平方向蔓延扩散。同步，由于烟囱效应作用，火势会通过竖向管井、共享空间等向上蔓延。轰然发生标志了房间火势失控。同步，产生高温会对建筑物衬里材料及构造导致严重影响。但不是每个火场都会浮现轰燃，大空间建筑、比较潮湿场合就不易发生。
        （三）衰减阶段
        在火灾全面发展阶段后期，随着室内可燃物数量减少，火灾燃烧速度减慢，燃烧强度削弱，温度逐渐下降，普通以为火灾衰退阶段是从室内平均温度一降到其峰值80%时算起，随后房间内温度下降明显，直到室内外温度达到平衡为止，火灾完全熄灭。
        上述后两个阶段是通风良好状况下室内火灾自然发展过程。事实上，一旦室内发生火灾，经常伴有人为灭火行动或者自动灭火设施启动，因而会变化火灾发展过程。不少火灾尚未发展就被扑灭，这样室内就不会浮现破坏性高温。如果灭火过程中，可燃材料中挥发分并未完全析出，可燃物周边温度在短时间内依然较高，易导致可燃挥发分再度析出，一旦条件适当，也许会浮现死灰复燃状况，这种问题不容忽视。