建筑火災(zāi)蔓延的機(jī)理與途徑

1、建筑火災(zāi)集中的機(jī)理與途徑 通常狀況下，火災(zāi)都有一個(gè)由小到大、由進(jìn)展到熄滅的過程，其發(fā)生、進(jìn)展直至熄滅的過程在不同的環(huán)境下會(huì)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。本節(jié)主要介紹建筑火災(zāi)集中的機(jī)理、集中途徑、火災(zāi)進(jìn)展的幾個(gè)階段及。 一、建筑火災(zāi)集中的機(jī)理 建筑物內(nèi)火災(zāi)集中，是通過熱傳播進(jìn)行的，其形式與起火點(diǎn)、建筑材料、物質(zhì)的燃燒性能和可燃物的數(shù)量等因素有關(guān)。在火場上燃燒物質(zhì)所放出的熱能，通常是以傳導(dǎo)、輻射和對流三種方式傳播，并影響火勢集中擴(kuò)大。 （一）熱傳導(dǎo) 熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱，屬于接觸傳熱，是連續(xù)介質(zhì)就地傳遞熱量而又沒有各部分之間相對的宏觀位移的一種傳熱方式。固體、液體和氣體物質(zhì)都有這種傳熱性能，其中以固體物質(zhì)為最強(qiáng)，氣體

2、物質(zhì)最弱。由于固體物質(zhì)的性質(zhì)各異，其傳熱的性能也各有不同。例如，將一銅棒和一鐵棒的一端均放入火中，結(jié)果銅棒的另一端比鐵棒會(huì)更快地被加熱，這說明銅比鐵有較快的傳熱速率；假如把兩根鐵棒的各一端分別放在火里和熱水里，結(jié)果是放在火里的比放在熱水里的鐵棒溫度高、傳熱快，這說明同樣物質(zhì)，熱源溫度高時(shí)，傳熱速率快。 對于起火的場所，熱導(dǎo)率大的物體，由于能受到高溫快速加熱，又會(huì)很快地把熱能傳導(dǎo)出去，在這種狀況下，就可能引起沒有直接受到火焰作用的可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒，利于火勢傳播和集中。 （二）熱對流 由于流體之間的宏觀位移所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，叫做對流。通過對流形式來傳播熱能的，只有氣體和液體，分別叫做氣體對流和液體對流

3、。 1氣體對流 氣體對流對火勢進(jìn)展變化的影響主要是：流淌著的熱氣流能夠加熱可燃物質(zhì)，以致達(dá)到燃燒程度，使火勢集中擴(kuò)大；被加熱的氣體在上升和集中的同時(shí)，四周的冷空氣快速流入燃燒區(qū)助長燃燒；氣體對流方向的轉(zhuǎn)變，促使火勢集中方向也隨著發(fā)生變化。氣體對流的強(qiáng)度，打算于通風(fēng)孔洞面積的大小、通風(fēng)孔洞在房間中的位置（高度）、以及煙霧與四周空氣的溫度差等條件。氣體對流對露天和室內(nèi)火災(zāi)的火勢進(jìn)展變化都是有影響的。即使是室內(nèi)起火，氣體對流對火勢進(jìn)展變化的影響也是較明顯的。 室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，燃燒產(chǎn)物和熱氣流快速上升，當(dāng)其遇到頂棚等障礙物時(shí)，就會(huì)沿著房間上部向各方向平行流淌。這時(shí)，在房間上部空間形成了煙層，其厚度漸漸

4、增大。假如房間的墻壁上面有門窗孔洞，燃燒產(chǎn)物和熱氣流就會(huì)向鄰近的房間室外集中。但是，也可能有一部分燃燒產(chǎn)物被外界流入的空氣帶回室內(nèi)。燃燒產(chǎn)物的濃度越大，溫度越高，流淌的速度也就越快。 2液體對流 液體對流是一部分液體受熱以后，因體積增大、相對密度減小而上升，溫度較低的部分則由于相對密度較大而下降，就在這種運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行著熱的傳播，最終使整個(gè)液體被加熱。 通過液體對流進(jìn)行傳熱，影響火勢進(jìn)展的主要狀況是：裝在容器中的可燃液體局部受熱后，以對流的傳熱方式使整個(gè)液體溫度上升，蒸發(fā)速度加快，壓力增大，以致使容器爆裂，或蒸氣逸出，遇著火源而發(fā)生燃燒；重質(zhì)油品燃燒時(shí)發(fā)生的沸溢或噴濺，同樣是由于對流等傳熱作用

5、所引起的。 （三）熱輻射 以電磁波傳遞熱量的現(xiàn)象，叫做熱輻射。無論是固體、液體和氣體，都能把熱量以電磁波（輻射能）的方式輻射出去，也能吸取別的物體輻射出的電磁波而轉(zhuǎn)變成熱能。因此，熱輻射在熱量傳遞過程中伴有能量形式的轉(zhuǎn)化，即熱能-輻射能-熱能。電磁波的傳遞是不需要任何介質(zhì)的，這是輻射與傳導(dǎo)、對流方式傳遞熱量的根本區(qū)分。 火場上的火焰、煙霧都能輻射熱能，輻射熱能的強(qiáng)弱取決于燃燒物質(zhì)的熱值和火焰溫度。物質(zhì)熱值越大，火焰溫度越高，熱輻射也越強(qiáng)。火場上的輻射熱隨著火災(zāi)進(jìn)展的不同階段而變化。在火勢猛烈進(jìn)展的階段，當(dāng)溫度達(dá)到最大數(shù)值時(shí)，輻射熱能最強(qiáng)。反之，輻射熱能就弱，火勢進(jìn)展則緩慢。輻射熱作用于四周的物

6、體上，能否引起可燃物質(zhì)著火，要看熱源的溫度、熱源的距離和角度。 火場上實(shí)際進(jìn)行的傳熱過程很少是一種傳熱方式單獨(dú)進(jìn)行，而是由兩種或三種方式綜合而成，但是必定有一種是主要的。 二、建筑火災(zāi)進(jìn)展的幾個(gè)階段 對于建筑火災(zāi)而言，最初發(fā)生在室內(nèi)的某個(gè)房間或某個(gè)部位，然后由此集中到相鄰的房間或區(qū)域，以及整個(gè)樓層，最終集中到整個(gè)建筑物。其進(jìn)展過程大致可分為初期增長階段、充分進(jìn)展階段和衰減階段。圖1-2-1為建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度-時(shí)間曲線。 圖1-2-1 建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度-時(shí)間曲線 （一）初期增長階段 室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生后，最初只局限于著火點(diǎn)處的可燃物燃燒。局部燃燒形成后，可能會(huì)消逝以下三種狀況：一是以最初著火的可燃物燃

7、盡而終止；二是因通風(fēng)不足，火災(zāi)可能自行熄滅，或受到較弱供氧條件的支持，以緩慢的速度維持燃燒；三是有足夠的可燃物，且有良好的通風(fēng)條件，火災(zāi)快速進(jìn)展至整個(gè)房間。 這一階段著火點(diǎn)處局部溫度較高，燃燒的面積不大，室內(nèi)各點(diǎn)的溫度不平衡。由于可燃物性能、分布和通風(fēng)、散熱等條件的影響，燃燒的進(jìn)展大多比較緩慢，有可能形成火災(zāi)，也有可能中途自行熄滅，燃燒進(jìn)展不穩(wěn)定?；馂?zāi)初起階段持續(xù)時(shí)間的長短不定。 上一頁1 2下一頁 （二）充分進(jìn)展階段 在建筑室內(nèi)火災(zāi)持續(xù)燃燒確定時(shí)間后，燃燒范圍不斷擴(kuò)大，溫度上升，室內(nèi)的可燃物在高溫的作用下，不斷分解釋放出可燃?xì)怏w，當(dāng)房間內(nèi)溫度達(dá)到400600時(shí)，室內(nèi)絕大部分可燃物起火燃燒，這

8、種在一限定空間內(nèi)可燃物的表面全部卷入燃燒的瞬變狀態(tài)，稱為轟燃。轟燃的消逝是燃燒釋放的熱量在室內(nèi)漸漸累積與對外散熱共同作用、燃燒速率急劇增大的結(jié)果。通常，轟然的發(fā)生標(biāo)志著室內(nèi)火災(zāi)進(jìn)入全面進(jìn)展階段。 轟燃發(fā)生后，室內(nèi)可燃物消逝全面燃燒，可燃物熱釋放速率很大，室溫急劇上升，并消逝持續(xù)高溫，溫度可達(dá)8001000。之后，火焰和高溫?zé)煔庠诨痫L(fēng)壓的作用下，會(huì)從房間的門窗、孔洞等處大量涌出，沿走廊、吊頂快速向水平方向集中集中。同時(shí)，由于煙囪效應(yīng)的作用，火勢會(huì)通過豎向管井、共享空間等向上集中。 （三）衰減階段 在火災(zāi)全面進(jìn)展階段的后期，隨著室內(nèi)可燃物數(shù)量的削減，火災(zāi)燃燒速度減慢，燃燒強(qiáng)度減弱，溫度漸漸下降，當(dāng)

9、降到其最大值的80%時(shí)，火災(zāi)則進(jìn)入熄滅階段。隨后房間內(nèi)溫度下降顯著，直到室內(nèi)外溫度達(dá)到平衡為止，火災(zāi)完全熄滅。 三、建筑火災(zāi)集中的途徑 在火場上，煙霧流淌的方向通常是火勢集中的一個(gè)主要方向。建筑物發(fā)生火災(zāi)，煙火在建筑內(nèi)的流淌呈現(xiàn)水平流淌和垂直流淌，且兩種流淌往往是同時(shí)進(jìn)行的。500以上熱煙所到之處，遇到的可燃物都有可能被引燃起火。具體來講，建筑火災(zāi)集中的途徑主要有：內(nèi)墻門、洞口，外墻窗口，房間隔墻，空心結(jié)構(gòu)，悶頂，樓梯間，各種豎井管道，樓板上的孔洞及穿越樓板、墻壁的管線和縫隙等。 （一）垂直集中 建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，由于熱對流的存在，火災(zāi)煙氣往往通過門洞等各種開口、孔洞集中，導(dǎo)致災(zāi)情擴(kuò)大。當(dāng)煙火

10、在走廊內(nèi)流淌時(shí)，一旦遇到樓梯間、電梯井、豎向管道、廠房內(nèi)的設(shè)備吊裝孔等，則會(huì)快速向上集中，且在向上集中的同時(shí)也向上層水平方向集中。 在外墻面，高溫?zé)釤煔饬鲿?huì)促使火焰竄出窗口向上層集中。一方面，由于火焰與外墻面之間的空氣受熱逃逸形成負(fù)壓，四周冷空氣的壓力致使煙火貼墻面而上，使火集中到上一層；另一方面，由于火焰貼附外墻面對上集中，致使熱量透過墻體引燃起火層上面一層房間內(nèi)的可燃物。建筑物外墻窗口的外形、大小對火勢集中有很大影響，主要表現(xiàn)在： 窗口高寬比較大時(shí)，火焰（或熱氣流）貼附外墻面對上集中的現(xiàn)象不顯著； 窗口高寬比較小時(shí)，火焰（或熱氣流）貼附外墻面的現(xiàn)象明顯，使火勢很簡潔向上方集中進(jìn)展； 同一房

11、間內(nèi)，在室內(nèi)外各種因素都相同的狀況下，窗口越大，火焰越靠近墻壁，造成火勢向上集中的可能性就越大。 形成火災(zāi)垂直集中的主要因素有火風(fēng)壓和煙囪效應(yīng)。 1.火風(fēng)壓 火風(fēng)壓是建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在起火房間內(nèi)，由于溫度上升，氣體快速膨脹，對樓板和四壁形成的壓力?；痫L(fēng)壓的影響主要在起火房間，假如火風(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，由室外向上集中；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)部集中，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)。 2.煙囪效應(yīng) 當(dāng)建筑物內(nèi)外的溫度不同時(shí)，室內(nèi)外空氣的密度隨之消逝差別，這將引發(fā)浮力驅(qū)動(dòng)的流淌。假如室內(nèi)空氣溫度高于室

12、外，則室內(nèi)空氣將發(fā)生向上運(yùn)動(dòng)，建筑物越高，這種流淌越強(qiáng)。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(chǎn)生的氣體運(yùn)動(dòng)格外顯著，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)是造成煙氣向上集中的主要因素。 煙囪效應(yīng)和火風(fēng)壓不同，它能影響全樓。多數(shù)狀況下，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，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（室內(nèi)壓力等于室外壓力的一個(gè)理論分界面）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)入建筑物上部與豎井相連的樓層；若中性面以上的樓層

13、起火，當(dāng)火勢較弱時(shí)，由煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的空氣流淌可限制煙氣流進(jìn)豎井，假如著火層的燃燒猛烈，熱煙氣的浮力足以克服豎井內(nèi)的煙囪效應(yīng)仍可進(jìn)入豎井而連續(xù)向上集中。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，假如防火處理不當(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快速集中。 （二）水平集中 對主體為耐火結(jié)構(gòu)的建筑來說，造成水平集中的主要途徑和緣由有：未設(shè)適當(dāng)?shù)乃椒阑鸱謪^(qū)，火災(zāi)在未受限制的條件下集中；洞口處的分隔處理不完善，火災(zāi)穿越防火分隔區(qū)域集中；防火隔墻和房間隔墻未砌至頂板，火災(zāi)在吊頂內(nèi)部空間集中；接受可燃構(gòu)件與裝飾物，火災(zāi)通過可燃的隔墻、吊頂、地毯等

14、集中。 1.水平集中的過程 建筑內(nèi)起火后，煙火從起火房間的內(nèi)門竄出，首先進(jìn)入室內(nèi)走道，假如與起火房間依次相鄰的房間門沒有關(guān)閉，就會(huì)進(jìn)入這些房間，將室內(nèi)物品引燃。假如這些房間的門沒有開啟，則煙火要待房間的門被燒穿以后才能進(jìn)入。即使在走道和樓梯間沒有任何可燃物的狀況下，高溫?zé)釋α魅钥蓮囊粋€(gè)房間經(jīng)過走道傳到另一房間，從而逐步實(shí)現(xiàn)水平方向火勢擴(kuò)大。 2.孔洞開口集中 在建筑物內(nèi)部的一些開口處，是水平集中的主要途徑，如可燃的木質(zhì)戶門、無水幕疼惜的一般卷簾，未用不燃材料封堵的管道穿孔處等。此外，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，一些防火設(shè)施未能正常啟動(dòng)，如防火卷簾因卷簾箱開口、導(dǎo)軌等受熱變形，或因卷簾下方堆放物品，或因無人操作手動(dòng)啟動(dòng)裝置等導(dǎo)致無法正常放下，同樣造成火災(zāi)集中。 3.穿越墻壁的管線和縫隙集中 室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，室內(nèi)上半部處于較高壓力狀態(tài)下，該部位穿越墻壁的管線和縫隙很簡潔把火焰、高溫?zé)煔鈧鞑コ鋈?，造成集中。此外，穿過房間的金屬管線在火災(zāi)高溫作用下，往往會(huì)通過熱傳導(dǎo)方式將熱量傳到相鄰房間或區(qū)域一側(cè)，使與管線接觸的可燃物起火。 4.悶頂內(nèi)集中 由于煙火是向上升騰的，因此吊頂棚上的入孔、通風(fēng)口等都是煙火進(jìn)入的通道。悶頂內(nèi)往往沒有防火分隔墻，空間大，很簡潔造成火災(zāi)水平