本篇內容為劉諦老師版2019年一級消防工程師《消防安全技術實務》精講班培訓課程-消防基礎知識-火災（二），配試題練習，含消防安全技術實務課程視頻、培訓課件講義，包括建筑火災煙氣的流動過程、建筑室內火災發展的階段等，免費試聽劉諦老師精講班課程>>

第一篇 消防基礎知識

第4講 火災（二）

二、建筑火災煙氣的流動過程

火災發生在建筑內時，煙氣流動的方向通常是火勢蔓延的一個主要方向。 500℃以上熱煙所到之處，遇到的可燃物都有可能被引燃。煙氣流動會受到建筑結構、開口和通風條件等限制。建筑內墻門窗、樓梯間、堅井管道、穿墻管線、悶頂以及外墻面開口等成為煙氣蔓延的主要途徑。

了解建筑火災煙氣蔓延流動的過程和規律，對于理解火災自動報警系統、自動噴水滅火系統、防煙排煙系統等建筑消防設施的設計原理以及建筑構件耐火等級要求、人員安全疏散設計要求具有十分重要的意義。

（一）煙氣流動的路線及特點

建筑發生火災時，煙氣擴散蔓延主要呈水平流動和垂直流動。在建筑內部，煙氣流動擴散一般有三條路線。第一條，也是最主要的一條：著火房間→走廊→樓梯間→上部各樓層→室外;第二條：著火房間→室外;第三條：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，形成了室內的自然對流流動，火越燒越旺，如圖 1-2-1所示。著火房間內頂棚下方逐漸積累形成穩定的煙氣層。

描述室內煙氣流動特點和規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，陰燃便轉變為明火 燃燒。明火出現后，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，如圖 1-2-2 所示。在燃燒表面上方附近為火焰區，它又可以分為連續火焰區和間 歇火焰區。而火焰區上方為燃燒產物即煙氣的羽流區，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，實現自動報警和噴淋滅火。圖1-2-3 所示為無限大頂棚以下的理想化頂棚射 流。

在實際建筑火災初期，產生的熱煙氣不足以在室內上方積聚形成靜止的熱煙氣層，在頂棚 與靜止環境空氣之間的頂棚射流煙氣層會出現迅速流動的現象。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域。由于熱煙氣層的下邊界會水平卷吸環境空氣，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在距離頂棚以下高度H的1%。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。隨著燃燒持續發展，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

隨著火災的發展，著火房間上部煙氣層會逐漸增厚。如果著火房間設有外窗或專門的排煙 口時，煙氣將從這些開口排至室外。若煙氣的生成量很大，致使外窗或專設排煙口來不及排除 煙氣，煙氣層厚度會繼續增大。當煙層厚度增大到超過擋煙垂壁的下端或房門的上緣時，煙氣 就會沿著水平方向蔓延擴散到走廊中去。著火房間內煙氣向走廊的擴散流動是火災煙氣流動的主要路線

3. 豎井中的煙氣流動

走廊中的煙氣除了向其他房間蔓延外，還要向樓梯間、電梯間、豎井、通風管道等部位擴 散，并迅速向上層流動。

煙氣在豎井流動過程中，當堅井內部溫度比外部高時，相應內部壓力也會比外部高。此 時，如果豎井的上部和下部都有開口，氣體會向上流動，且在一定高度形成壓力中性平面（室 內外壓力平衡的理論分界面，簡稱中性面）。對于開口截面積較大的建筑，相對于浮力所引起 的壓差而言，氣體在豎井內流動的摩擦阻力可以忽略不計，由此可認為豎井內氣體流動的驅動 力僅為浮力。

（二）煙氣流動的驅動力

這里主要介紹煙囪效應、火風壓和外界風的作用。

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差別，這將引發浮力驅動的流 動。如果室內空氣溫度高于室外，則室內空氣將發生向上運動，建筑物越高，這種流動越強。 豎井是發生這種現象的主要場合，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。火風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、電纜井等堅向孔道以后，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，影響的層數越多。在 正煙囪效應下，若火災發生在中性面以下的樓層，火災產生的煙氣進入堅井后會沿豎井上升， 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，也可進入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，仍可進入豎井 而繼續向上蔓延。

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、 中庭等堅向孔道，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高滯止壓力，這可增強建筑物內的煙氣向下風方向 的流動。

三、建筑室內火災發展的階段

（一）初期增長階段

初期增長階段從室內出現明火算起。此階段燃燒面積較小，只局限于著火點附近的可燃 物燃燒，僅局部溫度較高，室內各處的溫度相差較大，平均溫度較低，其燃燒狀況與敞開環境中的燃燒狀況差別不大。該階段由于燃燒范 圍小，室內供氧相對充足，燃燒的速率主要 受控于可燃物的燃燒特性，而與通風條件無 關，因此，此階段的火災屬于燃料控制型火災。隨著燃燒的持續，該階段可能進一步發展形成更大規模的火災，也可能中途自行熄 　滅，或因滅火設施動作或人為的干預而被熄 滅（如圖 1-2-5 虛線所示）。初期階段持 續時間的長短不定。

（二）充分發展階段

室內燃燒持續一定時間后，如果燃料充足，通風良好，燃燒會繼續發展，燃燒范圍不斷擴 大，室內溫度不斷上升，當未燃的可燃物表面達到其熱解溫度后，開始分解釋放出可燃氣體。 當室內溫度繼續上升到一定程度時，會出現燃燒面積和燃燒速率瞬間迅速增大，室內溫度突增 的現象，即轟燃，標志著室內火災由初期增長階段轉變為充分發展階段。

（三）衰減階段

在火災全面發展階段的后期，隨著室內可燃物數量的減少，燃燒速度減慢，燃燒強度減弱，溫度逐漸下降。一般認為，當室內平均溫度下降到其峰值的80%時，火災進入衰減階段。最后，由于燃料基本耗盡，有焰燃燒逐漸無法維持，室內只剩一堆赤熱焦化后的炭持續無焰燃燒，其燃燒速度已變得相當緩慢，直至燃燒完全熄滅。

上述后兩個階段是可燃物數量充足、通風良好的情況下，室內火災的自然發展過程。實際 上，一旦室內發生火災，常常伴有人為的滅火行動或者自動滅火設施的啟動，因此會改變火災 的發展進程。不少火災尚未發展就被撲滅，這樣室內就不會出現破壞性的高溫。如果滅火過程 中，可燃材料中的揮發分并未完全析出，可燃物周圍的溫度在短時間內仍然較高，易造成可燃 揮發分繼續析出，一且條件合適，可能會出現死灰復燃的情況，這種情況不容忽視。

四、建筑室內火災的特殊現象

（一）轟燃

轟燃是指室內火災由局部燃燒向所有可燃物表面都燃燒的突然轉變。室內轟燃是一種瞬態 過程，其中包含著室內溫度、燃燒范圍、氣體濃度等參數的劇烈變化。目前研究認為，當建筑 室內火災出現以下三種情況，即可判斷發生了轟燃：一是頂棚附近的氣體溫度超過某一特定值 （約 600℃） ;二是地面的輻射熱通量超過某一特定值（約 20 kW/㎡）; 三是火焰從通風開口噴 出。影響轟燃發生的重要因素包括室內可燃物的數量、燃燒特性與布局、房間的大小與形狀、 開口的大小、位置與形狀、室內裝修裝飾材料熱慣性（即導熱系數、密度和比熱組合成的一個 參數，決定熱量吸收的多少）等。

（二）回燃

根據美國消防協會 （NFPA） 的定義，回燃是指當室內通風不良、燃燒處于缺氧狀態時， 由于氧氣的引入導致熱煙氣發生的爆炸性或快速的燃燒現象?；厝纪ǔ０l生在通風不良的室內 火災門窗打開或者被破壞的時候。這是因為對于通風不良的室內環境中，長時間燃燒后聚集 大量具有可燃性的不完全燃燒產物和熱解產物，這些處于氣相的可燃性物質包括可燃氣體、可 燃液滴和碳煙粒子，它們組成了一個可燃性的氣相混合物，而且其濃度隨著燃燒時間的增長而 不斷變大。但由于室內通風不良、供氧不足，氧氣的濃度低于可燃氣相混合物爆炸的臨界氧濃 度，因此不會發生爆炸。

然而，當房間的門窗被突然打開，或者因火場環境受到破壞，大量空氣隨之涌入，室內氧氣濃度迅速升高，使得可燃氣相混合物進入爆炸極限濃度范圍內，從而發生爆炸性或快速的燃燒現象?；厝及l生時，室內燃燒氣體受熱膨脹從開口逸出，在高壓沖擊波 的作用下形成噴出火球?；厝籍a生的高溫高壓和噴出火球不僅會對人身安全產生極大威脅，而 且還會對建筑結構本身造成較強破壞。

第四節 防火和滅火的基本原理與方法

二、滅火的基本原理與方法

（一）冷卻滅火

可燃物一旦達到著火點，就會燃燒或持續燃燒。在一定條件下，將可燃物的溫度降到著火 點以下，燃燒即會停止。對于可燃固體，將其冷卻在燃點以下;對于可燃液體，將其冷卻在閃 點以下，燃燒反應就可能會中止。用水撲滅一般固體物質引起的火災，主要是通過冷卻作用來 實現的，水具有較大的比熱容和很高的汽化熱，冷卻性能很好。在用水滅火的過程中，水大量 地吸收熱量，使燃燒物的溫度迅速降低，使火焰熄滅、火勢得到控制、火災終止。水噴霧滅火 系統（詳見第三篇第四章）的水霧，其水滴直徑細小，比表面積大，和空氣接觸范圍大，極易 吸收熱氣流的熱量，也能很快地降低溫度，效果更為明顯。

（二）隔離滅火

在燃燒三要素中，可燃物是燃燒的主要因素。將可燃物與氧氣、火焰隔離，就可以中止燃燒、撲滅火災。例如，自動噴水一泡沫聯用系統在噴水的同時噴出泡沫，泡沫覆蓋于燃燒液體或固體的表面，在發揮冷卻作用的同時，將可燃物與空氣隔開，從而可以滅火。再如，在撲滅可燃液體或可燃氣體火災時，迅速關閉輸送可燃液體或可燃氣體管道的閥門，切斷流向著火區的可燃液體或可燃氣體的輸送管道，同時打開可燃液體或可燃氣體通向安全區域的閥門，使已經燃燒或即將燃燒或受到火勢威脅的容器中的可燃液體、可燃氣體轉移。

（三）窒息滅火

可燃物的燃燒是氧化作用，需要在最低氧濃度以上才能進行，低于最低氧濃度，燃燒不能 進行，火災即被撲滅。一般氧濃度低于 15％時，就不能維持燃燒。在著火場所內，可以通過 灌注非助燃氣體，如二氧化碳、氮氣、蒸汽等，來降低空間的氧濃度，從而達到窒息滅火。此 外，水噴霧滅火系統工作時，噴出的水滴吸收熱氣流熱量而轉化成蒸汽，當空氣中水蒸氣濃度 達到 35% 時，燃燒即停止，這也是窒息滅火的應用。

（四）化學抑制滅火

由于有焰燃燒是通過鏈式反應進行的，如果能有效地抑制自由基的產生或降低火焰中的自由基濃度，即可使燃燒中止?；瘜W抑制滅火的常見滅火劑有干粉滅火劑和七氟丙烷滅火劑?；? 學抑制滅火速度快，使用得當可有效地撲滅初期火災，減少人員傷亡和財產損失。該方法對于 有焰燃燒火災效果好，而對深位火災由于滲透性較差，滅火效果不理想。在條件許可的情況下，采用化學抑制滅火的滅火劑與水、泡沫等滅火劑聯用會取得明顯效果。

思考題

1. 火災按燃燒對象是如何分類的？

3 . 簡述建筑室內著火房間內煙氣流動過程？

4 . 建筑室內火災發展可分為幾個階段？分別有何特點？

5 . 滅火的基本方法有哪些？

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