2020年一級消防工程師技術實務考點及測試三十九

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建筑火災的煙氣蔓延

(一)煙氣的擴散路線

當高層建筑發(fā)生火災時，煙氣在其內的流動擴散一般有3條路線：

第一條，也是最主要的一條是：

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.著火房間內的煙氣流動

火災過程中，由于熱浮力作用，燃燒產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、頂棚等建筑圍護結構的阻擋，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)，形成了室內的自然對流流動，火越燒越旺。著火房間內頂棚下方逐漸積累形成穩(wěn)定的煙氣層。

描述室內煙氣流動特點和規(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，內部物品多為固體。當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。當達到一定溫度并且有適合的通風條件時，陰燃便轉變?yōu)槊骰鹑紵Ｃ骰鸪霈F(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)上方為燃燒產物即煙氣的羽流區(qū)，其流動完全由浮力效應控制，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生響應，實現(xiàn)自動報警和噴淋滅火。

當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探測器和噴頭熱響應的重要基礎。

(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)生火災時，應設法通過打開排煙口等方式，將煙氣層限制在一定高度內。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(略)

3.豎井中的煙氣流動(略)

(二)煙氣流動的驅動力

煙氣流動的驅動力包括室內外溫差引起的煙囪效應，外界風的作用、通風空調系統(tǒng)的影響等。

1.煙囪效應

當建筑物內外的溫度不同時，室內外空氣的密度隨之出現(xiàn)差別，這將引發(fā)浮力驅動的流動。如果室內空氣溫度高于室外，則室內空氣將發(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，由于浮力作用產生的氣體運動十分顯著，通常稱這種現(xiàn)象為煙囪效應。在火災過程中，煙囪效應是造成煙氣向上蔓延的主要因素。

2. 火風壓

火風壓是指建筑物內發(fā)生火災時，在起火房間內，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壓的影響主要在起火房間，如果火風壓大于進風口的壓力，則大量的煙火將通過外墻窗口，由室外向上蔓延;若火風壓等于或小于進風口的壓力，則煙火便全部從內部蔓延，當它進入樓梯間、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。

煙囪效應和火風壓不同，它能影響全樓。多數(shù)情況下，建筑物內的溫度大于室外溫度，所以室內氣流總的方向是自下而上的，即正煙囪效應。起火層的位置越低，影響的層數(shù)越多。在正煙囪效應下，若火災發(fā)生在中性面以下的樓層，火災產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，當火勢較弱時，由煙囪效應產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的煙囪效應，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，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.外界風的作用

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

煙氣在水平方向的擴散流動速度較小，在火災初期為0.1~0.3m/s，在火災中期為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”影響，煙氣上升流動速度可達6~8m/s，甚至更高。

經典例題

【真題·多選】

導致高層建筑火災煙氣快速蔓延的主要因素包括(　)。

A.熱浮力　　　　 　B.建筑物的高度

C.風壓　　　　　　 D.建筑物的樓層面積

E.建筑的室內外溫差

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