火災(zāi)溫度和持續(xù)時間關(guān)系研究.ppt

1、火災(zāi)溫度和持續(xù)時間是火災(zāi)的重要指標(biāo)，室內(nèi)溫度與時間變化的關(guān)系可用火災(zāi)溫度曲線來表示?；馂?zāi)溫度曲線的形狀代表火災(zāi)發(fā)展中實際出現(xiàn)的各種燃燒現(xiàn)象。火災(zāi)溫度曲線反映了溫度增長的速度和燃燒速度的變化，曲線上的每一拐點都代表火場上發(fā)生的情況，圖4-27為木屋的火災(zāi)溫度曲線。 圖4-27 木屋火災(zāi)溫度曲線 A點升溫速度突然改變，燃燒速度降低，起火建筑物的白煙變?yōu)楹跓?，說明室內(nèi)的氧供應(yīng)不足；B點溫度開始上升，說明建筑物出現(xiàn)開口，外部的空氣已經(jīng)進入建筑物，能滿足燃燒的需要；C點溫度猛烈上升，說明建筑物的外墻被燒穿，通風(fēng)加強，燃燒加快；,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線* 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)

2、的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,D點升溫速度變緩，升溫的趨勢接近終了，說明建筑物的開口已經(jīng)擴大，外墻大部被燒毀，供燃燒的可燃物所剩無幾；E點溫度達到最高點，說明屋頂已經(jīng)被燒穿，燃燒放熱與向環(huán)境散熱達到暫短平衡；F點溫度下降，說明屋頂塌落，散熱量己超過燃燒放出的熱，可燃物數(shù)量已經(jīng)不多，不能繼續(xù)維持最高溫度；G點降溫速度接近于零，說明木柱等構(gòu)件尚能支撐一段時間，大斷面木構(gòu)件燃燒的放熱量還能維持較低的火災(zāi)溫度；H點溫度迅速下降達到低點，并較長時間維持在400左右，說明木柱傾倒，建筑物已經(jīng)全部燒毀，保持火災(zāi)溫度的僅僅是地上殘火。 火災(zāi)溫度曲線還能反映火災(zāi)發(fā)展的階段性。圖4-27曲線中B點

3、之前可看作火災(zāi)發(fā)展的初起階段，BE段為火災(zāi)發(fā)展的發(fā)展階段，E點以后火災(zāi)溫度開始下降，可視為火災(zāi)的熄滅階段。 另外，利用火災(zāi)溫度曲線還可以判斷燃燒的物質(zhì)是固體、液體，還是氣體。圖4-28曲線上的B點是全面燃燒的起點，BB段為全面點燃的過程，BC段溫度迅速上升，表明房間內(nèi)大部分可燃物被點燃，火災(zāi)進入全面發(fā)展階段。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線* 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,圖4-28 火災(zāi)溫度曲線 固體可燃物燃燒的溫升速度比較緩慢，所以火災(zāi)溫度曲線比較彎曲；可燃氣體和易燃可燃液體蒸氣的燃燒速度快，起火后室內(nèi)溫度迅速達到最高峰，因此在火災(zāi)

4、溫度曲線上幾乎看不到初起的升溫階段；對于密閉建筑物內(nèi)固體物質(zhì)的燃燒來說，一旦空氣供給充足，高溫?zé)峤饪扇細怏w會發(fā)生爆燃，因此在火災(zāi)曲線上會有一個陡升的階段，火災(zāi)溫度曲線中的BB段便由BB直線來代替。 火災(zāi)發(fā)展各階段的持續(xù)時間以及標(biāo)志到達某一階段的溫度值與燃燒條件密切相關(guān)，所以同樣的火災(zāi)溫度曲線也是沒有的。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線* 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,為了便于科學(xué)研究和制定防火規(guī)范，世界各國都依據(jù)實驗結(jié)果制定能代表本國一般建筑火災(zāi)發(fā)展規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)溫度-時間曲線。實際上，各國繪制的標(biāo)準(zhǔn)溫度-時間曲線形狀十分近似。我國采用國際

5、標(biāo)準(zhǔn)（ISO834）規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫度-時間曲線（見圖4-29）。 圖4-29 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫度曲線,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線* 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)曲線溫升速率表達式為： (4-53) 式中，T0和T分別為實驗開始和t時刻的爐溫，t為實驗時間（min）。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線* 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,(一) 火災(zāi)初起階段 1、火災(zāi)初起階段的特點 在火災(zāi)初起階段,起火點的局部溫度較高，但室內(nèi)各點的溫度極不平衡。由于可燃物燃燒性能、分布、通風(fēng)、

6、散熱等條件的影響，燃燒發(fā)展比較緩慢，且燃燒發(fā)展不穩(wěn)定，有可能形成火災(zāi)，也有可能中途自行熄滅。火災(zāi)初起階段的燃燒面積不大，初起階段持續(xù)時間長短與燃燒條件有很大關(guān)系。 2、火災(zāi)初起階段持續(xù)的時間 雖然火災(zāi)初起階段的溫度比較低，很少引起研究人員的注意，但初起階段火災(zāi)溫度持續(xù)的時間對疏散人員、搶救物資及保障滅火指戰(zhàn)員的人身安全具有重要的意義。初起階段持續(xù)的時間主要受火源類別、可燃物和建筑材料的燃燒性能及通風(fēng)條件的影響。 可燃物和建筑材料的燃燒性能在火災(zāi)初起階段的作用比較明顯，因為在此時燃燒面積小、溫度低、燃燒不穩(wěn)定的條件下，如火源附近可燃物被燒盡，不燃建筑材料不可能使火災(zāi)蔓延，燃燒就會自行中斷。如初始

7、火災(zāi)發(fā)生在木板墻腳下或纖維板吊頂下面，則會蔓延成災(zāi)。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,因為建筑物中可燃墻和吊頂有較大的燃燒面積，能使火焰在表面迅速蔓延，放出大量的熱，從而助長火勢發(fā)展，縮短火災(zāi)初起階段持續(xù)時間。 在點火初期，如果火源能量較小，為了形成穩(wěn)定的燃燒需要積蓄大量的熱，通風(fēng)散熱良好不利于熱量積累，會延緩火災(zāi)的發(fā)展。當(dāng)減少通風(fēng)量，便有利于熱量積累，縮短火災(zāi)初起階段持續(xù)的時間。而當(dāng)用汽油點火時，由于火源能大，如門窗大開，通風(fēng)良好，燃燒猛烈，火災(zāi)初起階段持續(xù)的時間就短，反之，如果門窗緊閉，空氣供應(yīng)不足，

8、燃燒緩慢，火災(zāi)初起階段持續(xù)的時間就延長，甚至?xí)霈F(xiàn)自行熄滅現(xiàn)象。 3、火災(zāi)初起階段燃燒的過程 室內(nèi)火災(zāi)由局部起火發(fā)展到全面燃燒可能有兩種形式。種是明火點燃，另一種是密閉空間大量高溫可燃氣遇新鮮空氣發(fā)生的爆燃。明火點燃是指熱解的可燃氣體流向起火點被點燃，或是起火點的熱煙夾帶火星飛落到未燃區(qū)將溫度較高的可燃物點燃。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,火災(zāi)初起，如果氧氣供給不足，燃燒呈陰燃狀態(tài)，室內(nèi)的可燃物均處于無焰燃燒階段，房間內(nèi)積聚了溫度較高，濃度較大，數(shù)量較多的可燃氣體與空氣混合的氣體混合物，一旦開啟房門或

9、窗玻璃破裂，大量新鮮空氣迅速進入，室內(nèi)的氣體混合物便迅速自燃，形同爆炸，在整個起火房間內(nèi)出現(xiàn)熊熊火焰，使室內(nèi)可燃物全面被點燃，迅速進入火災(zāi)全面發(fā)展階段。 4、火災(zāi)初起階段對防火和滅火的重要意義 建筑材料的燃燒性能對火災(zāi)初起階段影響很大。易燃和不燃結(jié)構(gòu)建筑物起火后，火災(zāi)初起階段的持續(xù)時間有明顯差異。為防火安全，建筑物盡可能不使用可燃建筑材料，或使用經(jīng)阻燃處理的建筑材料。 火災(zāi)初起是滅火最為有利的時機。在起火的初起階段，如果能夠被人及早發(fā)現(xiàn)，因為燃燒面積小，只需用少量的水便可把火滅掉，不會發(fā)展成災(zāi)。為了及早發(fā)現(xiàn)起火，并抓住有利時機及時滅火，在建筑物中最好能夠安裝火災(zāi)自動報警裝置和自動滅火裝置。,一

10、、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,(二) 火災(zāi)發(fā)展階段 1、火災(zāi)發(fā)展階段的特點 室內(nèi)火災(zāi)進入發(fā)展階段后可燃物燃燒猛烈，燃燒處于穩(wěn)定期，可燃物的燃燒速度接近定值，火災(zāi)溫度上升到最高點?；馂?zāi)發(fā)展階段時間長短主要取決于可燃物燃燒性能、可燃物數(shù)量和通風(fēng)條件，而與起火原因無關(guān)。實驗發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)發(fā)展階段燃燒的可燃物約為整個火災(zāi)過程中燒掉可燃物總量80%。 2、火災(zāi)發(fā)展階段對防火和滅火的重要意義 在火災(zāi)發(fā)展階段，室內(nèi)可燃物被全面點燃，進行穩(wěn)定燃燒，建筑物構(gòu)件處于濃煙烈火包圍之下，因此建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能顯得格外重要，要求人們在

11、建筑設(shè)計中，注意選用耐火性能好，耐火時間長的結(jié)構(gòu)，以便加強防火安全。 為了減少火災(zāi)損失，阻止熱對流，限制燃燒面積擴大，建筑物應(yīng)有必要的防火分隔措施。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,(三) 火災(zāi)熄滅階段 1、火災(zāi)熄滅階段的特點 火災(zāi)進入熄滅階段后，室內(nèi)可供燃燒的物質(zhì)減少，溫度開始下降。實驗發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)溫度衰減的速度與火災(zāi)持續(xù)時間的關(guān)系，火災(zāi)持續(xù)時間越長，其衰減速度越慢?；馂?zāi)持續(xù)時間在1h以下時，室內(nèi)火災(zāi)溫度衰減速度約為12/min；火災(zāi)持續(xù)時間大于1h，其衰減速度約為8/min。 從火災(zāi)的整個過程來看，火災(zāi)

12、中期的后半段和末期前的半段溫度最高，火勢發(fā)展最猛，熱輻射也最強，使建筑物遭受破壞的可能性最大，是火災(zāi)向周圍建筑物蔓延最為危險的時刻。因此，在火災(zāi)熄滅階段的前期，室內(nèi)溫度仍為最高溫度，火勢較猛烈，熱輻射較強，對周圍建筑物仍有很大威脅。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,2、火災(zāi)熄滅階段對防火和滅火的重要意義 實際滅火戰(zhàn)斗中應(yīng)注意堵截包圍，防止火勢蔓延，切不可疏忽大意，但因可燃物數(shù)量已經(jīng)不多，也不必投入過多的戰(zhàn)斗力量。此外，還應(yīng)防止建筑構(gòu)件因經(jīng)受火焰的高溫作用和滅火射水的冷卻作用出現(xiàn)裂縫、下沉、傾斜或倒塌，要充

13、分保障滅火人員的生命安全。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義* 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,(一) 理論推導(dǎo) 對于室內(nèi)火災(zāi)來說，空氣供應(yīng)量由窗口面積決定，窗口面積越大，空氣供給越充分，室內(nèi)燃燒速度越快，因此，窗口面積能影響燃燒速度，或者說，可采用改變窗口面積的方法達到控制燃燒速度的目的。 由前面知識可知，木材完全燃燒所需最小空氣量約為4m3，如果窗口面積正好符合供應(yīng)4m3/kg的通風(fēng)量，則室內(nèi)的燃燒一定能順利發(fā)展。反之，如果減少窗口面積，限制通風(fēng)量，使之遠小于4 m3/kg，則燃燒便會受到控制，無法自由發(fā)展下去，甚至?xí)霈F(xiàn)熄滅。如果窗口

14、的面積擴大到完全滿足室內(nèi)燃燒所需空氣量，燃燒接近露天條件時，窗口面積對燃燒速度基本無影響。 基于此原理可推導(dǎo)出開口面積和室內(nèi)燃燒速度的數(shù)學(xué)關(guān)系式。室內(nèi)的熱煙與室外新鮮空氣之間存在密度差，室內(nèi)熱煙氣密度小，由窗口上部流出，室外冷空氣由窗口下部進入室內(nèi)。冷空氣參加燃燒后，體積膨脹，又上浮于吊頂之下從窗口上部流到室外，出現(xiàn)熱對流現(xiàn)象，如圖430所示。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度*,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,圖4-30 起火窗口處壓力分布 當(dāng)窗口面積對燃燒速度有影響時，冷空氣流進的速度可用下式表示： (4-54) 式中，V為空氣流進速度

15、；a為流量系數(shù)；H為中性層以下窗口高度；B為窗口寬度；Vm為空氣流進平均速度。 如果燃燒1kg可燃物所需空氣體積為L，則燃燒速度為： (4-55),一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度*,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,平均速度Vm為中性面以下各點速度的平均值，各點速度可用貝努里公式計算。如果房間內(nèi)氣體密度為1，室外空氣密度為o，則空氣流進的速度V近似為： (4-56) (4-57) (4-58) 代入積分得： (4-59) 由等式(4-55)和(4-59)得到燃燒速度R與HBH1/2的關(guān)系，如果H與窗洞高度H成正比，則燃燒速度R也與HBH1/

16、2成正比，從而得到燃燒速度的表達式為: (4-60),一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度*,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,式中，A=HB為窗口面積；C為常數(shù)，數(shù)值在56.2之間，一般取5.5。 由上式可以看出，室內(nèi)可燃物的數(shù)量對燃燒速度沒有影響，燃燒速度由開口面積控制。在開口大小相同的條件下，燃燒的最大速度相差不大。 組合參數(shù)AH1/2通常被稱為通風(fēng)因子。通風(fēng)因子較小時，室內(nèi)外通風(fēng)不暢，燃燒區(qū)的氧氣供給不充分，此時的燃燒方式為通風(fēng)控制；當(dāng)通風(fēng)因子足夠大的時，室內(nèi)外通風(fēng)良好，此時的室內(nèi)燃燒與室外開放空間的燃燒已無本質(zhì)區(qū)別，此時的燃燒方式為燃料

17、控制。 更進一步研究發(fā)現(xiàn)，除了受通風(fēng)因子影響外，燃燒控制方式還與通風(fēng)口位置的高度有很大關(guān)系。與通風(fēng)口的自身高度不同，通風(fēng)口位置高度反映出通風(fēng)口在建筑物立面所處的位置。一般地，通風(fēng)口位置的高度定義為從通風(fēng)口的中心位置到地面的垂直距離。 (二) 影響因素 1、建筑物的開口面積,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度*,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,從燃燒速度公式R=5.5AH1/2可以看出，開口面積A不變時，燃燒速度R不受影響，因而開口面積是決定燃燒速度的主要因素。但需注意的是，開口面積對燃燒速度的控制作用是有條件的，只有當(dāng)通過窗口的空氣量等于或小

18、于燃燒所需最小空氣量時，燃燒速度才受窗口面A控制。而當(dāng)通過窗口的空氣量大于燃燒所需最小空氣量，空氣供給充足，開口面積對燃燒速度R已經(jīng)沒有影響。 2、可燃物的表面積 燃燒是從可燃物表面開始的，可燃物表面積愈大，燃燒所需要的氧氣愈多。當(dāng)可燃物的比表面積（表面積與它本身的體積之比）較大時，燃燒的速度有可能快，燃燒所需要的氧氣量也相對增加。相反，當(dāng)可燃物可燃物的比表面積較小時，可燃物與氧接觸的表面積小，燃燒的速度不可能很快，燃燒所需的空氣量相對減少。 3、開口面積（或通風(fēng)因子）與可燃物表面積之比 在開口面積或通風(fēng)因子相同的條件下，當(dāng)開口面積或通風(fēng)因子與可燃物表面積之比很小時，空氣供給情況對燃燒速度具有

19、決定作用，因此開口面積對燃燒速度有一定的控制作用。,一、建筑火災(zāi)的 溫度曲線 二、不同階段建筑 火災(zāi)的特點和意義 三、建筑火災(zāi)的 發(fā)展速度*,小節(jié)名,第六節(jié) 建筑火災(zāi)的發(fā)展,而開口面積或當(dāng)通風(fēng)因子與可燃物表面積之比較大時，因燃燒所需空氣量小于現(xiàn)有通風(fēng)量，開口面積對燃燒速度沒有影響。 對一般建筑來說，當(dāng)可燃物數(shù)量在40100kg/m2時，開口面積對燃燒速度有一定控制作用。如果在滅火過程中輕易打開門窗或破拆屋頂，空氣供給充足，火勢會突然增大，甚至發(fā)生轟燃。因此，在封閉建筑（悶頂、地下室、無窗建筑物、空調(diào)房間或未開啟窗戶的房間）發(fā)生火災(zāi)時，有發(fā)生轟燃的危險。 4、確定火災(zāi)危險條件的依據(jù) 國際上曾流行一種判斷火災(zāi)危險的標(biāo)準(zhǔn)，認為建筑物內(nèi)可燃物多，起