消防工程學第2-5章 火災基礎

1、燃燒三角形燃燒三角形氧氣氧氣鏈式反應鏈式反應可燃物可燃物熱源熱源燃燒四面體燃燒四面體氧氣氧氣可燃物可燃物熱源熱源)62()lg(0)/21(0BTATpn在在曲曲線線下下不不能能自自發(fā)發(fā)著著火火在在曲曲線線上上能能自自發(fā)發(fā)著著火火cTcP圖圖3 39 9 臨臨界界壓壓力力隨隨臨臨界界溫溫度度的的變變化化著著火火不不能能著著火火濃濃度度下下限限 L濃濃度度上上限限 U著著火火不不能能著著火火濃濃度度下下限限 L濃濃度度上上限限 U圖圖3 31 10 0 臨臨界界溫溫度度曲曲線線圖圖3 31 11 1 臨臨界界壓壓力力曲曲線線TCPCdDcCbBaAbBaACkCWHBrBrH222MBrBrM2

2、2HHBrBrH2BrHBrBrH2BrHHBrH2MBrMBr22 圖圖2-6 液體可燃物的著火過程示意圖液體可燃物的著火過程示意圖QHVdNlog( )f o o小 大大o o( )f +d122pg1/2g(ln/)ln1iinddNplnpg2ppggln/1()exp () d(ln)2 ln2lndddF ddppg2pppggd ()ln/1()exp () d2ln2lnF dddp ddd2pg1/2g(ln/)ln1iinddNplnpg2ppggln/1()exp () d(ln)2 ln2lndddF ddppg2pppggd ()ln/1()exp () d2ln2l

3、nF dddp ddd特征數：幾何平均粒徑特征數：幾何平均粒徑dg=d50， （幾何標準差）幾何標準差）g)34()exp(LoKII%100)(ooIIIS)64(3 . 2smLMKD)74(3 . 23 . 2smLMKKLDD)54()log(00IIIDvcLsAVDD fcLmmVDD 10BBC149. 0256620022. 0mVDmDcmfL分類單純窒息性化學窒息性氣體O2()CO2()CO(10-6)HCN(10-6)毒的作用因對機體組織供氧量降低而造成精神、肌肉活動能力降低，呼吸因難，窒息。吸氣中O2的分壓力降低，引起缺氧癥，呼吸困難，弱刺激，窒息。阻礙 血 液 的 輸

4、氧能力，頭痛，肌肉調節(jié)障礙，虛脫 ， 意 識 不清細胞呼吸停止，頭暈 ， 虛 脫 ，意識不清。一天8h，一周40h的勞動環(huán)境中容許濃度聞到臭味刺激咽喉刺激眼咳嗽接觸數小時安全接觸lh安全接觸30min1h危險接觸30min致死接觸短時間致死65000441.11.73456.720501004005001500200040001300010204554110135135270火災時疏散條0A方法氣體種類取樣方法備注氣相色譜CO、CO2、O2、N2烴類間斷取樣使用5(110-1nm)分子篩和GDXl04柱紅外光譜(不分光型)CO、CO2連續(xù)取樣專用儀器傅立葉紅外氣體分析

5、儀(FTIR)CO、CO2、HCN、NOx、SO2、H2S、HCl、HF、NH3、CH4等十多種氣體連續(xù)取樣一次分析最短時間為1秒比色法HCN丙烯醛間斷取樣，水溶液吸收限于低濃度離子選擇性電極法鹵素離子間斷取樣，水溶液吸收電化學法CO連續(xù)響應較慢氣體分析管CO、CO2、HCN、NOx、H2S、HCl間斷取樣半定量答：（答：（1）缺氧窒息作用。燃燒要消耗大量氧氣，使）缺氧窒息作用。燃燒要消耗大量氧氣，使空氣中含氧量大大降低，燃燒產生的空氣中含氧量大大降低，燃燒產生的CO2從而產生從而產生窒息作用。窒息作用。（2）毒性、刺激性及腐蝕作用。燃燒產生的）毒性、刺激性及腐蝕作用。燃燒產生的CO2、SO2

6、、HCL、HCN及氮的氧化物具有毒性、刺激性及氮的氧化物具有毒性、刺激性及腐蝕性、煙氣的爆炸性。及腐蝕性、煙氣的爆炸性。（3）高溫氣體的熱損傷作用。燃燒產生的高溫對人）高溫氣體的熱損傷作用。燃燒產生的高溫對人體造成巨大損傷，煙氣的毒害性、煙氣的減光性。體造成巨大損傷，煙氣的毒害性、煙氣的減光性。 舉例說明燃燒產物有哪些毒害作用？其危害性主要舉例說明燃燒產物有哪些毒害作用？其危害性主要體現在哪幾個方面？體現在哪幾個方面？ 為方便研究，許多學者提出利用平均火焰高度來表征為方便研究，許多學者提出利用平均火焰高度來表征火焰高度，它反映了火焰高度的統(tǒng)計特性。火焰高度，它反映了火焰高度的統(tǒng)計特性。 平均火

7、焰高度的定義有多種，平均火焰高度的定義有多種， 比如比如Thomas定義平均定義平均火焰高度為火焰高度為卷入的空氣與可燃氣體恰巧完全反應時對應的卷入的空氣與可燃氣體恰巧完全反應時對應的高度高度，而應用最為普遍的一種是利用間歇函數定義的火焰，而應用最為普遍的一種是利用間歇函數定義的火焰高度。另外，火焰脈動也是火焰高度的重要特性，其脈動高度。另外，火焰脈動也是火焰高度的重要特性，其脈動的強弱通常用脈動頻率來表征。的強弱通常用脈動頻率來表征。 總的來說，研究火焰高度的方法主要有目測法、特征參總的來說，研究火焰高度的方法主要有目測法、特征參數法和圖像觀察法。目測法是試驗時直接觀察火焰高度的變數法和圖像

8、觀察法。目測法是試驗時直接觀察火焰高度的變化情況，最后取平均值。此方法較為簡便，但是存在很大的化情況，最后取平均值。此方法較為簡便，但是存在很大的誤差，受人為主觀因素的影響也較大。誤差，受人為主觀因素的影響也較大。 特征參數法是利用實特征參數法是利用實驗儀器設備測量火焰內部的各種參數驗儀器設備測量火焰內部的各種參數,比如壓力、電荷等。比如壓力、電荷等。 該方法的精度較高，數據真實可信，但是對儀器設備的要求該方法的精度較高，數據真實可信，但是對儀器設備的要求很高，而且測量結果受外界因素的影響較大。很高，而且測量結果受外界因素的影響較大。 圖像觀察法則圖像觀察法則是利用圖像來間接觀察火焰高度的變化

9、，然后標記火焰位置是利用圖像來間接觀察火焰高度的變化，然后標記火焰位置來計算平均火焰高度和火焰脈動頻率。來計算平均火焰高度和火焰脈動頻率。 該方法比較簡單，但該方法比較簡單，但是受人為主觀因素的影響很大，因而難以得到精確、客觀的是受人為主觀因素的影響很大，因而難以得到精確、客觀的量化結果。量化結果。516 .1502. 1NDL靠近墻壁的浮力羽流傾靠近墻壁的浮力羽流傾斜狀態(tài)圖斜狀態(tài)圖 火羽流沿頂棚水平方向流火羽流沿頂棚水平方向流動示意圖動示意圖煙囪效應造電煙囪效應造電:澳大利亞千米澳大利亞千米“太陽塔太陽塔”工程。工程。煙囪的主要作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高煙囪的主要作用是拔火拔

10、煙，排走煙氣，改善燃燒條件。高層建筑內部一般設置數量不等的樓梯間、排風道、送風道、層建筑內部一般設置數量不等的樓梯間、排風道、送風道、排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當室內溫度高于室外排煙道、電梯井及管道井等豎向井道，當室內溫度高于室外溫度時，室內熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上溫度時，室內熱空氣因密度小，便沿著這些垂直通道自然上升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣升，透過門窗縫隙及各種孔洞從高層部分滲出，室外冷空氣因密度大，由低層滲入補充，這就形成因密度大，由低層滲入補充，這就形成煙囪效應煙囪效應。hTTKPinairs11煙囪效應是煙囪效應是室內外溫差形成的熱壓及

11、室外風壓室內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內外溫差產生的空結果，通常以前者為主，而熱壓值與室內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內溫度氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，室內溫度越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應也越明顯，同越是高于室外溫度，建筑物越高，煙囪效應也越明顯，同時也說明，民用建筑的煙囪效應一般只是發(fā)生在冬季。就時也說明，民用建筑的煙囪效應一般只是發(fā)生在冬季。就一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和一棟建筑物而言，理論上視建筑物的一半高度位置為中和面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和

12、面以上房面，認為中和面以下房問從室外滲入空氣，中和面以上房間從室內滲出空氣。間從室內滲出空氣。高層建筑煙囪效應分析高層建筑煙囪效應分析在煙囪效應的作用下，室內有組織的自然通風、排煙排氣得在煙囪效應的作用下，室內有組織的自然通風、排煙排氣得以實現，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層以實現，但其負面影響也是多方面的：首先，風沙通過低層部分各種孔洞、縫隙吹入室內，消耗熱量并污染室內；其次，部分各種孔洞、縫隙吹入室內，消耗熱量并污染室內；其次，風通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中，導致梯風通過電梯井由底層廳門人口被抽到頂層的過程中，導致梯門不能正常關閉；第三，當發(fā)生火災時，隨著室內空

13、氣溫度門不能正常關閉；第三，當發(fā)生火災時，隨著室內空氣溫度的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各的急劇升高，體積迅速增大，煙囪效應更加明顯，此時，各種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途種豎井成為拔火拔煙的垂直通道，是火災垂直蔓延的主要途徑，從而助長火勢擴大災情。徑，從而助長火勢擴大災情。有資料顯示，煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為有資料顯示，煙氣在豎向管井內的垂直擴散速度為3-4m/s，意味意味著高度為著高度為100m的高層建筑，煙火由底層直接竄至頂層只需的高層建筑，煙火由底層直接竄至頂層只需30s左左右。如果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。右。如

14、果燃燒條件具備，整個大樓頃刻問便可能形成一片火海。為有效減弱煙囪效應產生的負面影響，可采取以下一些措施為有效減弱煙囪效應產生的負面影響，可采取以下一些措施 u 在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內，最直接在冬季，空氣主要是通過各種外門從底層流入室內，最直接的方法是將建筑通向外界的所有門，盡可能地設置成兩道門、旋的方法是將建筑通向外界的所有門，盡可能地設置成兩道門、旋轉門、加裝門斗或在外門內側設置空氣幕等，這對于大廳門尤為轉門、加裝門斗或在外門內側設置空氣幕等，這對于大廳門尤為必要，對于那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也必要，對于那些次要通道連同地下停車場的外門口等，在冬季也

15、要裝門，至少應增掛厚門簾。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適要裝門，至少應增掛厚門簾。在冬季，電梯井頂部的通風孔應適當向小調整或關閉。當向小調整或關閉。u對于已采暖的建筑物，盡量不使低層部分的室內溫度高于高對于已采暖的建筑物，盡量不使低層部分的室內溫度高于高層部分。層部分。u 當火災發(fā)生時，不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產生煙囪效應，當火災發(fā)生時，不僅在任何季節(jié)通過各類豎井產生煙囪效應，而且還可能在小范圍內通過穿越樓板的空調管道，甚至是一些不而且還可能在小范圍內通過穿越樓板的空調管道，甚至是一些不引人注意的孔隙產生煙囪效應。對此，引人注意的孔隙產生煙囪效應。對此，高層民用建筑設計防火高層民用建筑設計防

16、火規(guī)范規(guī)范（GB50045-1995）有以下明確規(guī)定）有以下明確規(guī)定 （1）當圍護結構采用幕墻形式時，）當圍護結構采用幕墻形式時，“與每層樓板、隔墻處的與每層樓板、隔墻處的縫隙，應采用不燃燒材料嚴密填實縫隙，應采用不燃燒材料嚴密填實”。（2）“建筑高度不超過建筑高度不超過100m的高層建筑，其電纜井、管道的高層建筑，其電纜井、管道井應每隔井應每隔23層在樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火層在樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔；建筑高度超過分隔；建筑高度超過100m的高層建筑，應在每層樓板處用相當于的高層建筑，應在每層樓板處用相當于樓板耐火極限的不燃燒體作防火分隔樓板耐火極限

17、的不燃燒體作防火分隔”。因施工缺陷、橋架和管。因施工缺陷、橋架和管道根部形成的各種孔隙，必須用不燃燒材料填塞密實。道根部形成的各種孔隙，必須用不燃燒材料填塞密實。（3）“樓梯間和前室的門均為乙級防火門樓梯間和前室的門均為乙級防火門”，并，并“應具有自應具有自行關閉的功能行關閉的功能”；各種豎向管井；各種豎向管井“井壁上的檢查門應采用丙級井壁上的檢查門應采用丙級防火門防火門”：“電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，電纜井、管道井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應采用不燃燒材料填塞密實其空隙應采用不燃燒材料填塞密實”：“垂直風管與每層水平垂直風管與每層水平風管交接處的水平管段上應設防火閥風

18、管交接處的水平管段上應設防火閥”：“廚房、浴室、廁所廚房、浴室、廁所等的垂直排風管道，應采取防止回流的措施或在支管上設置防等的垂直排風管道，應采取防止回流的措施或在支管上設置防火閥火閥”，以確?；馂臅r與走道及房間的分隔，防止各樓層之間，以確保火災時與走道及房間的分隔，防止各樓層之間通過豎井交叉蔓延。通過豎井交叉蔓延。2001年臺灣汐止東方科年臺灣汐止東方科學園區(qū)的大火，這場火在學園區(qū)的大火，這場火在凌晨凌晨4:00由三樓開始起火，由三樓開始起火，火勢一度獲得控制，但接火勢一度獲得控制，但接著火勢跳躍中間的樓層，著火勢跳躍中間的樓層，直接從十六樓又開始起火，直接從十六樓又開始起火，據推測很可能就

19、是所謂的據推測很可能就是所謂的煙囪效應造成此種延燒方煙囪效應造成此種延燒方式，接下來，我們來分析式，接下來，我們來分析一下，煙囪效應在高層建一下，煙囪效應在高層建筑的形成過程。筑的形成過程。當火勢在建筑物內部形成時，內部空氣因受熱而密度變低，煙流當火勢在建筑物內部形成時，內部空氣因受熱而密度變低，煙流因浮力效應向上流動，而在高層建筑中，有樓梯間、電梯豎井及因浮力效應向上流動，而在高層建筑中，有樓梯間、電梯豎井及管路間等垂直通路，正好提供煙流垂直流動的管道，煙層于是向管路間等垂直通路，正好提供煙流垂直流動的管道，煙層于是向上蓄積，理想上煙層會到達樓頂后再以水平的方向蔓延到樓層內上蓄積，理想上煙層

20、會到達樓頂后再以水平的方向蔓延到樓層內部，而夾在起火層及煙層蓄積層間的樓層是不會有煙流部，而夾在起火層及煙層蓄積層間的樓層是不會有煙流蔓蔓延到樓延到樓層內部，一直要到煙層下降到該面的樓層，才會有煙流蔓延。實層內部，一直要到煙層下降到該面的樓層，才會有煙流蔓延。實際情形下，煙層是否會在樓頂蓄積要視樓層高度、外界溫度、火際情形下，煙層是否會在樓頂蓄積要視樓層高度、外界溫度、火場溫度等決定，譬如說，大樓為場溫度等決定，譬如說，大樓為30層的建筑，由于上述條件的交層的建筑，由于上述條件的交互影響，煙層有可能到達不了樓頂，可能在樓層第互影響，煙層有可能到達不了樓頂，可能在樓層第20層開始蓄積，層開始蓄積，并向水平漫延，此時，并向水平漫延，此時，20層已上的樓層不會感受到有煙流的存在。層已上的樓層不會感受到有煙流的存在。要防止煙囪效應對生命財產的危害，最重要的就是要做好各要防止煙囪效應對生命財產的危害，最重要的就是要做好各垂直通道、管道間的防火阻絕，不要有空隙讓煙流可往水平垂直通道、管道間的防火阻絕，不要有空隙讓煙流可往水平方向流竄，就能將危害減到最小。另外也建議于垂直通道、方向流竄，就能將危害減到最小。另外也建議于垂直