知識點:建筑火災(zāi)的煙氣蔓延
(一)煙氣的擴散路線
當高層建筑發(fā)生火災(zāi)時,煙氣在其內(nèi)的流動擴散一般有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
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(jié)構(gòu)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(qū),形成了室內(nèi)的自然對流流動,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)煙氣流動特點和規(guī)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(nèi),內(nèi)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(fā)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(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(fā)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(chǎn)生響應(yīng),實現(xiàn)自動報警和噴淋滅火。
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(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水平卷吸環(huán)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(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間變化的狀況發(fā)生火災(zāi)時,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,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(略)
3.豎井中的煙氣流動(略)
(二)煙氣流動的驅(qū)動力
煙氣流動的驅(qū)動力包括室內(nèi)外溫差引起的煙囪效應(yīng),外界風的作用、通風空調(diào)系統(tǒng)的影響等。
1.煙囪效應(yīng)
當建筑物內(nèi)外的溫度不同時,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)動的流動。如果室內(nèi)空氣溫度高于室外,則室內(nèi)空氣將發(fā)生向上運動,建筑物越高,這種流動越強。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)生的氣體運動十分顯著,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. 火風壓
火風壓是指建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時,在起火房間內(nèi),由于溫度上升,氣體迅速膨脹對樓板和四壁形成的壓力;痫L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(nèi)部蔓延,當它進入樓梯間、電梯井、管道井、電纜井等豎向孔道以后,會大大加強煙囪效應(yīng)。
煙囪效應(yīng)和火風壓不同,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)生的煙氣進入豎井后會沿豎井上升,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,當火勢較弱時,由煙囪效應(yīng)產(chǎn)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(nèi)的煙囪效應(yīng),仍可進人豎井而繼續(xù)向上蔓延。
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