2020年二級消防工程師考點(diǎn)：火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

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火災(zāi)場景設(shè)計(jì)

(一)火災(zāi)危險(xiǎn)源辨識

設(shè)計(jì)火災(zāi)場景時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)源的辨識。分析建筑物里可能面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)主要來自哪些方面。分析可燃物的種類、火災(zāi)荷載的密度、可燃物的燃燒特征等?；馂?zāi)危險(xiǎn)源識別是開展火災(zāi)場景設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，只有充分、全面地把握建筑物所面臨的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的來源，才能完整、準(zhǔn)確地對各類火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、評判，通過采取有針對性的消防設(shè)計(jì)措施，確保將火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍之內(nèi)。

(二)火災(zāi)增長

火災(zāi)在點(diǎn)燃后其熱釋放速率將不斷增加，熱釋放速率增加的快慢與可燃物的性質(zhì)、數(shù)量、擺放方式、通風(fēng)條件等有關(guān)。原則上，在設(shè)計(jì)火災(zāi)增長曲線時(shí)可采用以下幾種方法：①可燃物實(shí)際的燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);②類似可燃物實(shí)際的燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);③根據(jù)類似的可燃物燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的預(yù)測算法;

④基于物質(zhì)的燃燒特性的計(jì)算方法;⑤火災(zāi)蔓延與發(fā)展數(shù)學(xué)模型。在性能化設(shè)計(jì)中，如果能夠獲得所分析可燃物的實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行火災(zāi)增長曲線的設(shè)計(jì)是最好的選擇。大量實(shí)驗(yàn)表明，多數(shù)火災(zāi)從點(diǎn)燃到發(fā)展再到充分燃燒階段，火災(zāi)中的熱釋放速率大體上按照時(shí)間的平方的關(guān)系增長，只是增長的速度有快有慢，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中人們常常采用這一種稱為“t平方火”的火災(zāi)增長模型對實(shí)際火災(zāi)進(jìn)行模擬?；馂?zāi)的增長規(guī)律可用下面的方程描述：

Q=at2(4.3.1)

式中Q——熱釋放速率(kW);

a——火災(zāi)增長系數(shù)(kW/s2);

t——時(shí)間(s)。

“t平方火”的增長速度一般分為慢速、中速、快速、超快速四種類型

實(shí)際火災(zāi)中，熱釋放速率的變化是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，上述設(shè)計(jì)的火災(zāi)增長曲線只是與實(shí)際火災(zāi)相似，為了使得設(shè)計(jì)的火災(zāi)曲線能夠反映實(shí)際火災(zāi)的特性，應(yīng)作適當(dāng)?shù)谋Ｊ乜紤]，如選擇較快的增長速度或較大的熱釋放速率等。

(三)設(shè)定火災(zāi)

安全目標(biāo)不同，確定最大火災(zāi)規(guī)模的方法也不同?；馂?zāi)規(guī)模是性能化設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，工程上通常參考以下三種方法來綜合確定火災(zāi)的規(guī)模。

1.噴淋啟動確定火災(zāi)規(guī)模

對于安裝自動噴水滅火系統(tǒng)的區(qū)域，其火災(zāi)發(fā)展通常將受到自動噴水滅火系統(tǒng)的控制，一般情況下自動噴水滅火系統(tǒng)能夠在火災(zāi)的起始階段將火撲滅，至少是將火勢控制在一定強(qiáng)度以下。

假定自動噴水滅火系統(tǒng)啟動后火勢的規(guī)模將不再擴(kuò)大，火源熱釋放速率保持在噴頭啟動時(shí)的水平。

自動噴水滅火系統(tǒng)控制下的火災(zāi)規(guī)模可以使用DETACT分析軟件進(jìn)行預(yù)測。

考慮到同一類型噴頭之間RTI值的差異，在采用上述方法預(yù)測火災(zāi)規(guī)模時(shí)建議取最大的RTI值。例如，ESFR噴頭取28(m·s)0.5，快速響應(yīng)噴頭取50(m·s)0.5，普通噴頭取350(m·s)0.5。

2.相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范或指南

3.根據(jù)燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定

根據(jù)物品的實(shí)際燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定最大熱釋放速率是最直接和最準(zhǔn)確的方法，一些物品的最大熱釋放速率可以通過一些科技文獻(xiàn)或火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫得到。例如，表4-3-7是NFPA928中提供的部分物品燃燒時(shí)最大熱釋放速率的數(shù)據(jù)，圖4-3-3所示為美國國家技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究院火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫FAST-DAT中提供的席夢思床墊的火災(zāi)試驗(yàn)熱釋放速率曲線。

4.根據(jù)轟然條件確定

轟燃是火災(zāi)從初期的增長階段向充分發(fā)展階段轉(zhuǎn)變的一個(gè)相對短暫的過程。發(fā)生轟然時(shí)室內(nèi)的大部分物品開始劇烈燃燒，可以認(rèn)為此時(shí)的火災(zāi)功率(即熱釋放速率)達(dá)到最大值。根據(jù)英國學(xué)者托馬斯(Thomas)的研究結(jié)果，室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生轟燃時(shí)的臨界熱釋放速率的計(jì)算公式為：

式中Qfo——房間達(dá)到轟燃所需的臨界熱釋放速率(kW);

AT——房間內(nèi)扣除口后的總表面積(m2);

AV——開口的面積(m2);

HV——開口的高度(m)。

由于上述結(jié)果是以一個(gè)面積為16m2的房間內(nèi)的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的，因此對于小房間的情況預(yù)測結(jié)果能夠比較好地反映實(shí)際情況，而對于較大的房間，式(4-3-2)的計(jì)算結(jié)果可能會有較大的誤差。

另外，一些學(xué)者通過木材和聚亞安酯實(shí)驗(yàn)得出轟燃時(shí)的臨界熱釋放速率為

式中Qfo——房間達(dá)到轟燃所需的臨界熱釋放速率(kW);

AV——開口的面積(m2);

HV——開口的高度(m)。

這里AVHV1/2稱為通風(fēng)因子，是分析室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的重要參數(shù)。通風(fēng)因子在一定范圍內(nèi)，可燃物的燃燒速率主要由進(jìn)入燃燒區(qū)域的空氣流量決定，這種燃燒狀況稱為通風(fēng)控制。如果房間的開口逐漸增大，可燃物的燃燒速率對空氣的依賴逐漸減弱，當(dāng)開口達(dá)到一定程度后可燃物的燃燒主要由可燃物的性質(zhì)決定，此時(shí)的燃燒狀況稱為燃料控制。對于木質(zhì)纖維物質(zhì)的燃燒，可用下面的條件判斷燃燒的狀態(tài),即

式中AF——可燃物燃燒的表面積(m2)。

5.燃料控制型火災(zāi)的計(jì)算方法

對于燃料控制型火災(zāi)，即當(dāng)火災(zāi)的燃燒速度由燃料的性質(zhì)和數(shù)量決定時(shí)，如果知道燃料燃燒時(shí)單位面積的熱釋放速率，那么可以根據(jù)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的燃燒面積乘以該燃料單位面積的熱釋放速率得到最大的熱釋放速率，表4-3-8是NFPA928中提供的部分物質(zhì)單位地面面積熱釋放速率。如果不能確定具體的可燃物及其單位地面面積的熱釋放速率，也可根據(jù)建筑物的使用性質(zhì)和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來預(yù)測火災(zāi)的規(guī)模。例如，NFPA928中建議零售商店火災(zāi)單位面積熱釋放速率可取為500kW/m2，辦公室內(nèi)火災(zāi)可取為250kW/m2。

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