2020年一級(jí)消防工程師技術(shù)實(shí)務(wù)考點(diǎn)及測(cè)試三十九

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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，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(nèi)的煙氣流動(dòng)

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(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)(略)

3.豎井中的煙氣流動(dòng)(略)

(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，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其他驅(qū)動(dòng)煙氣運(yùn)動(dòng)的力(自然和人工)。一般來說，風(fēng)朝著建筑物吹過來會(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。

經(jīng)典例題

【真題·多選】

導(dǎo)致高層建筑火災(zāi)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(fēng)壓　　　　　　 D.建筑物的樓層面積

E.建筑的室內(nèi)外溫差

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