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　　一级消防工程师《技术实务》章节考点：建筑火灾发展及蔓延的机理

　　通常情况下，火灾都有一个由小到大、由发展到熄灭的过程，其发生、发展直至熄灭的过 程在不同的环境下会呈现不同的特点。本节主要介绍建筑火灾蔓延的传热基础、烟气蔓延及火 灾发展的几个阶段。

　　一、建筑火灾蔓延的传热基础

　　热量传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。建筑火灾中，燃烧物质所放出的 热能通常是以上述三种方式来传播，并影响火势蔓延和扩大的。热传播的形式与起火点、建筑材料、物质的燃烧性能和可燃物的数量等因素有关。火场上，可以用热通量，即单位时间通过 单位面积的热量大小，来衡量热能传递的强度。依据热传递方式的不同，热通量分为传导热通 量、对流热通量和辐射热通量。

　　(一)热传导

　　热传导又称导热，属于接触传热，是连续介质就地传递热量而又没有各部分之间相对的宏 观位移的一种传热方式。从微观角度讲，之所以发生导热现象，是由于微观粒子(分子、原子 或它们的组成部分)的碰撞、转动和振动等热运动而引起能量从高温部分传向低温部分。在固 体内部，只能依靠导热的方式传热;在流体中，尽管也有导热现象发生，但通常被对流运动所 掩盖。不同物质的导热能力各异，通常用热导率(即单位温度梯度时的热通量)表示物质的导 热能力。同种物质的热导率也会因材料的结构、密度、湿度、温度等因素的变化而变化。常用 材料的热导率见表 1-2一1。

　　对于起火的场所，热导率大的材料，由于能受到高温作用迅速加热，又会很快地把热能 传导出去，在这种情况下，就可能引燃没有直接受到火焰作用的可燃物质，利于火势传播和蔓 延。

　　(二)热对流

　　热对流又称对流，是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互惨?昆引起热量传递的 方式。热对流中热量的传递与流体流动有密切的关系。当然，由于流体中存在温度差，所以也 必然存在导热现象，但导热在整个传热中处于次要地位。工程上常把具有相对位移的流体与所 接触的固体表面之间的热传递过程称为对流换热。

　　一般来说，建筑发生火灾过程中，通风孔洞面积越大，热对流的速度越快;通风孔洞所处 位置越高，对流速度越快。热对流对初期火灾的发展起重要作用。

　　(三)热辐射

　　辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式。 热辐射是因热的原因而发出辐射能的现象。 辐 射换热是物体间以辐射的方式进行的热量传递。与导热和对流不同的是，热辐射在传递能量时 不需要互相接触即可进行，所以它是一种非接触传递能量的方式，即使是太空，热辐射也能照 常进行。最典型的例子是太阳向地球表面传递热量的过程。

　　火场上的火焰、烟雾都能辐射热能，辐射热能的强弱取决于燃烧物质的热值和火焰温度。 物质热值越大，火焰温度越高，热辐射也越强。辐射热作用于附近的物体上，能否引起可燃物 质着火，要看热源的温度、距离和角度。

　　二、建筑火灾烟气的流动过程

　　火灾发生在建筑内时，烟气流动的方向通常是火势蔓延的一个主要方向。 5∞℃以上热炯 所到之处，遇到的可燃物都有可能被引燃。烟气流动会受到建筑结构、开口和通风条件等限 制。建筑内墙门窗、楼梯间、坚井管道、穿墙管线、闷顶以及外墙面开口等成为烟气蔓延的主要 途径。

　　了解建筑火灾烟气蔓延流动的过程和规律，对于理解火灾自动报警系统、自动喷水灭火系 统、防烟排烟系统等建筑消防设施的设计原理以及建筑构件耐火等级要求、人员安全疏散设计 要求具有十分重要的意义。

　　(一)烟气流动的路线及特点

　　建筑发生火灾时，烟气扩散蔓延主要呈水平流动和垂直流动。在建筑内部，烟气流动扩 散一般有三条路线。第一条，也是最主要的一条:着火房间→走廊→楼梯间→上部各楼层→室 夕卡;第二条:着火房间→室外;第三条:着火房间→相邻上层房间→室外。

　　1.着火房间内的烟气流动

　　火灾过程中，由于热浮力作用，燃烧产生的热烟气从火焰区直接上升到达楼板或者顶棚， 然后会改变流动方向沿顶棚水平扩散。由于受冷空气掺混以及楼板、顶棚等建筑围护结构的阻 挡，水平方向流动扩散的烟气温度逐渐下降并向下流动。逐i斩冷却的烟气和冷空气流向燃烧 区，形成了室内的自然对流流动，火越烧越旺，如图 1-2一1 所示。着火房间内顶棚下方逐渐 积累形成稳定的烟气层。

　　描述室内烟气流动特点和规律涉及几个重要的概念，包括烟气羽流、顶棚射流、烟气层沉 降，以下作简单介绍。

　　(1)烟气羽流。在一般的建筑房间内，内部物品多为固体。当可燃固体受到外界条件的影 响开始燃烧时，首先发生阴燃。当达到一定温度并且有适合的通风条件时，阴燃便转变为明火 燃烧。明火出现后，可燃物迅速燃烧。燃烧中，火源上方的火焰及燃烧生成的流动烟气通常称 为火羽流，如图 1-2-2 所示。在燃烧表面上方附近为火焰区，它又可以分为连续火焰区和间 歇火焰区。而火焰区上方为燃烧产物即烟气的羽流区，其流动完全由浮力效应控制，一般称其 为烟气羽流或浮力羽流。由于浮力作用，烟气流会形成一个热烟气团，在浮力的作用下向上运 动，在上升过程中卷吸周围新鲜空气与原有的烟气发生掺混。

　　(2)顶棚射流。当烟气羽流撞击到房间的顶棚后，沿顶棚水平运动，形成一个较薄的顶棚 射流层，称为顶棚射流。由于它的作用，使安装在顶棚上的感烟探测器、感温探测器和洒水喷 头产生响应，实现自动报警和喷淋灭火。 图 1-2-3 所示为无限大顶棚以下的理想化顶棚射 流。

　　在实际建筑火灾初期，产生的热烟气不足以在室内上方积聚形成静止的热烟气层，在顶棚 与静止环境空气之间的顶棚射流烟气层会出现迅速流动的现象。 当顶棚射流的热烟气通过顶棚 表面和边缘的开口排出，可以延缓热烟气在顶棚以下积聚。热烟气羽流经撞击顶棚后形成顶棚 射流流出着火区域。由于热烟气层的下边界会水平卷吸环境空气，因此热烟气层在流动的过程 中逐渐加厚， 空气卷吸使顶棚射流的温度和速度降低。另外，当热烟气沿顶棚流动时，与顶棚 表面发生的热交换也使得靠近顶棚处的烟气温度降低。研究表明，假设顶棚距离可燃物的垂直 高度为 H， 多数情况下顶棚射流层的厚度约为距离顶棚以下高度 H 的 5% - 12% ，而顶棚射流 层内最大温度和最大速度出现在距离顶棚以下高度 H 的 1%处。 顶棚射流的最大温度和最大速 度值是估算火灾探测器和喷头热响应的重要基础。

　　(3)烟气层沉降。随着燃烧持续发展，新的烟气不断向上补充，室内烟气层的厚度逐渐增 加，在这一阶段，上部烟气的温度逐渐升高、浓度逐渐增大，如果可燃物充足，且烟气不能充 分地从上部排巾，烟气层将会一直下降，直到浸没火源。由于烟气层的下降，使得室内的洁净 空气减少，烟气中的未燃可燃成分逐渐增多。如果着火房间的门、窗等开口是敞开的，烟气会 沿这些开口排出。根据烟气的生成速率，并结合着火房间的几何尺寸，可以估算出烟气层厚度 随时间变化的状况。

　　发生火灾时，应设法通过打开排烟口等方式，将烟气层限制在一定高度内。否则，着火房 间烟气层下降到房间开口位置，如门 、 窗或其他缝隙时，烟气会通过这些开口蔓延扩散到建筑 的其他地方。