第2讲室内火灾发展过程课件.ppt
2022/12/1,1,上节回顾,1、简述火灾的概念。火灾发生的条件有哪些？你有何防灭火基本对策？按可燃物的类型和燃烧特性，可以将火灾分为哪几类？,火灾：是在时间上和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。,必要条件： 三要素-可燃物、助燃物（氧化剂）、点火源充分条件： 要有足够的量，并相互作用（1）可燃物要有一定的量（2）助燃物浓度不能太低（3）点火源必须有一定的能量和温度,2022/12/1,2,上节回顾,1、控制可燃物（1）控制可燃物的数量；（2）防止可燃液体、气体通道容器设备渗漏；（3）防止相互作用2、隔绝空气（1）放在密闭容器内保护；（2）异常危险的生产采用氮气或惰性气体保护,防火方法,3、消除点火源（1）对明火进行隔离；（2）防止撞击、磨擦产生火花；（3）消除静电火灾；（4）防止雷击火花（5）防止高温表面点火源；（6）防止电器火源；（7）有爆炸危险的厂房采用遮阳措施,2022/12/1,3,上节回顾,（1）隔离法 （2）冷却法 （3）窒息法 （4）抑制法,灭火方法,2022/12/1,4,按可燃物的类型和燃烧特性，可以将火灾分为:,上节回顾,A 类火灾：固体物质火灾。这种物质通常具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。B 类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾。C 类火灾：气体火灾。D 类火灾：金属火灾。E 类火灾：带电火灾。物体带电燃烧的火灾。F 类火灾：烹饪器具内的烹饪物（如动植物油脂）火灾。,2022/12/1,5,2、建筑火灾发生的原因有哪些？你认为应如何防范建筑火灾？,上节回顾,（一）生产和生活用火不慎（二）吸烟不慎（三）玩火（四）违返生产安全制度（五）电气设备设计、安装、使用及维护不当（六）自然现象引起（七）纵火,2022/12/1,6,3、建筑防火对策包括哪些？,上节回顾,主动防火对策,指限制火灾发生和发展的技术，着眼于早期发现和扑灭火灾；保障人员安全；减少烟气的伤害。,被动防火对策,指提高或增强建筑构件或材料承受火灾破坏能力的技术。,2022/12/1,7,4、建筑防火技术措施有哪些？,上节回顾,耐火：加强建筑整体耐火稳定性，使其在火灾中不致倒塌。,防火：在设计中破坏燃烧、爆炸条件，如建造中采用非燃性建筑材料，易燃易爆场所设置防爆电气、不发火地面等。,避火：合理设置疏散通道、疏散设施和安全出口，为火灾时人员逃生创造安全条件。,控火：1、控制火灾在初起阶段，如安装火灾自动报警、自动灭火系统，进行初期有效的扑救。2、把火灾控制在较小范围，在建筑物平面和竖向设置防火分隔，划分防火分区，在建筑物之间留有一定防火间距，切断火灾蔓延的途径，减少成灾面积。,2022/12/1,8,1.2 建筑火灾及其发展和蔓延,建筑火灾的发展过程,火灾在全面发展阶段的性状,建筑火灾的蔓延,建筑火灾的危险性及影响因素,2022/12/1,9,反浮力射流,顶棚射流,热烟气层,冷空气层,羽流,开口流动,室内火灾的形成,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,10,一、建筑火灾的发展过程,仅讨论一个普通房间内的火灾发展过程。根据室内温度随时间的变化，可将室内火灾发展过程分为：起火阶段全面发展阶段：热烟气流动引起的火灾蔓延熄灭阶段,2022/12/1,11,一、建筑火灾的发展过程,着火后的三种情形,火自发燃烧，未蔓延到其他可燃物质,通风不足，火熄灭（如图中虚线所示），或者以很慢的速率继续燃烧,可燃物足够，通风条件良好，火势迅猛,起火阶段,2022/12/1,12,一、建筑火灾的发展过程,起火阶段的特点,（1）火灾燃烧范围不大，火灾仅限于初始起火点附近；（2）室内温度差别大，在燃烧区域及其附近存在高温，室内平均温度低；（3）火灾发展速度一般较慢，在发展过程中，火势不稳定；（4）火灾发展时间因点火源、可燃物性质和分布、通风条件等影响差别很大。,2022/12/1,13,一、建筑火灾的发展过程,火灾初期是灭火最为有利的时机，对建筑物内人员的疏散，重要物资的抢救，以及火灾扑救，都具有重要意义。,初期起火阶段对防灭火的重要意义,建筑材料的燃烧性能对火灾的初起阶段影响很大。易燃和难燃或不燃结构建筑起火后，火灾初期阶段的持续时间有很大差别。为防火安全，建筑物应尽可能不使用易燃建筑材料，或使用经过阻燃处理的建筑材料。,2022/12/1,14,图1-5 烟层对地面的辐射热,2022/12/1,15,初期火灾的持续时间，即火灾轰燃之前的时间，对建筑物内人员的疏散，重要物资的抢救，以及火灾扑救，都具有重要意义。若建筑火灾经过诱发成长，一旦达到轰燃，则该分区内未逃离火场的人员，生命将受到威胁。国外研究人员提出如下不等式： 式中 tp从着火到发现火灾所经历的时间； ta从发现火灾到开始疏散之间所耽误的时间； trs转移到安全地点所需的时间； tu火灾现场出现人们不能忍受的条件的时间。,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,16,一、建筑火灾的发展过程,全面发展阶段,起火,轰燃,全面发展阶段,熄灭,2022/12/1,17,全面发展阶段,（1）轰燃（Flashover）是建筑火灾最显著的特征之一，它标志着火灾全面发展阶段的开始，房间内局部燃烧向全室性燃烧过渡的现象。,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,18,（2）室内火灾进入全面发展阶段后，可燃物猛烈燃烧，燃烧处于稳定期，可燃物的燃烧速度接近顶值，火灾温度上升到最高点。（3）火灾全面发展阶段的持续时间主要取决于可燃物的燃烧性能、可燃物数量和通风条件，而与起火原因无关。,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,19,（1）建筑结构的耐火性能显得格外重要。室内高温还对建筑物构件产生热作用，使建筑物构件的承载能力下降，甚至造成建筑物局部或整体倒塌破坏。人们在建筑设计时，应注意选用耐火性能好，耐火时间长的建筑结构作为承重体系。,全面发展阶段对防灭火的重要意义,一、建筑火灾的发展过程,底框架结构建筑 90min，撤离钢屋架结构的建筑 20min ，撤离混凝土框架结构建筑 90min，未来30min 内无法控制，撤离,轰然时钟,2022/12/1,20,坍塌现场全景图,湖南省衡阳市“11.3”特大火灾坍塌事故,2022/12/1,21,火灾发生地,一楼储有大量的电器、橡塑制品以及烟酒、糖果、红枣、八角、木耳等副食品,衡 州 大 厦,2022/12/1,22,一、建筑火灾的发展过程,（2）火焰、高温烟气从房间的开口大量喷出，把火灾蔓延到建筑物的其它部分。为减少火灾损失，阻止热对流，限制燃烧面积扩大，建筑物应有必要的防火分隔措施。,（3）组织强大的灭火力量，轰燃之前人员全部撤离。,全面发展阶段对防灭火的重要意义,2022/12/1,23,熄灭阶段,（1）在火灾全面发展阶段的后期，随着室内可燃物的挥发物质不断减少，以及可燃物数量的减少，火灾燃烧速度递减，温度逐渐下降，明火逐渐消失，但残碳燃烧还可持续相当长的阶段，最终熄灭。（2）判定：当室内平均温度降到最高温度的80%时则认为火灾进入熄灭阶段。（3）下降速度与火灾持续时间有关（1小时内，衰减12度/分钟；1小时以上，8度/分钟）,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,24,熄灭阶段对防灭火的重要意义,注意防止火灾向相邻建筑蔓延，切不可疏忽大意，但因可燃物数量已不多，也不必投入过多的战斗力量。防止建筑构件因经受火焰高温作用和灭火射水的冷却作用出现裂隙、下沉、倾斜或倒塌，要保证灭火战斗人员的生命安全。,一、建筑火灾的发展过程,2022/12/1,25,2022/12/1,26,二、建筑火灾的蔓延,1、火焰接触：起火点的火舌直接点燃周围的可燃物，使之发光燃烧，将火灾蔓延开来。火焰蔓延的速度取决于火焰的传热的速度。2、延烧：固体可燃物表面或易燃、可燃液体表面上的一点起火，通过导热升温点燃，使燃烧沿表面连续不断地向外发展下去，称为延烧。,蔓延方式,2022/12/1,27,3、热传导：火灾产生的热量，经导热性能好的建筑构件或建筑设备传导至相邻或上下层房间，引起其周围直接接触的可燃物燃烧，造成火灾的蔓延。薄壁隔墙、楼板、金属管壁、金属构件或金属设备等都是良好的导热媒介。特点：有导热媒介，蔓延的距离近。案例：电焊工在顶层焊接水暖管道，引燃下层水暖管道周围的可燃物。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,28,4、热对流：对流是初期建筑火灾蔓延的主要形式。房间内的燃烧产生的热烟气与周围的冷空气存在密度差，使热气流不断上升，冷气流不断下沉，形成对流。对流换热使房间内温度不断升高，在空间进行质量和能量的交换，热气流使火灾蔓延至其它房间。5、热辐射：起火点附近的易燃、可燃物，在没有与火源接触，又没有中间导热物体作为媒介的条件下而起火燃烧，靠的是热辐射。热辐射是确定建筑之间防火间距的主要考虑因素。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,29,1、火灾沿水平方向的蔓延：未设防火分区失效的防火分隔物：设置的防火门、防火卷帘等防火分隔物在发生火灾时没能及时关闭或产品伪劣没能起到在一定时间内阻止火势的作用；防火墙封堵不严密或发生穿透裂缝，造成火灾蔓延。,二、建筑火灾的蔓延,蔓延途径：,2022/12/1,30,没有防火分隔的吊顶（闷顶）：框架式大空间建筑，使用人在内部进行分隔时只将分隔墙封到吊顶下部，而在吊顶上部空间是贯通若干个房间的。火灾在一个房间发生，热烟气上升至顶棚后沿吊顶上部空间蔓延至其它相邻房间。通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延2、火灾沿竖直方向的蔓延楼板：火灾通过楼板上的开口、楼板本身的传热导致从下层空间蔓延至上层空间。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,31,各种竖井通道，例如楼梯间、电梯井、电缆井、垃圾井、楼板的孔洞等。热烟气在垂直方向的蔓延速度为34m/s，是水平方向的10倍。如一座高度100m的高层建筑，烟气在没有阻挡的情况下，半分钟左右即可从底层上升至顶层。 【案例】南朝鲜汉城22层的“大然阁”旅馆，二楼咖啡间的液化石油气瓶爆炸起火，烟火很炔蔓延到整个咖啡间和休息厅，并相继通过楼梯和其它竖向管井，迅速向上蔓延，顷刻之间全楼变成一座“火塔”。大火烧了约9个小时，烧死163人，烧伤60人，烧毁大楼内全部家具、装修等，造成了严重损失。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,32,穿越楼板的、墙壁的管线和缝隙。例如空调系统的竖向风管。风管保温材料使用了易燃或可燃材料；风管本身使用了易燃、可燃材料；风管连通上下楼层，通过风管和各风口将火灾从下层迅速蔓延至上部各层。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,33,外墙窗口：房间起火后，室内温度增高，达到250左右时，窗玻璃膨胀、变形，但受窗框的限制，玻璃就自行破碎了，火焰窜出窗口，向外蔓延。 蔓延的情况，一是火焰的热辐射穿过窗口，烤着对面建筑物；二是火舌直接烧向上一层或屋檐。底层起火，火舌经底层窗口窜出向上从上层窗口窜到上层室内，这样逐层向上蔓延，使整个建筑物起火。上下层窗口之间距离的大小，可影响火势的蔓延。,二、建筑火灾的蔓延,2022/12/1,34,火灾房间窗口冒出的火焰高度,窗高1.5m,1.54.8m,1.52.5m,1.51.5m,2022/12/1,35,2010.11.15，上海高楼大火,2022/12/1,36,三、火灾在全面发展阶段的性状,研究意义 火灾造成的建筑物破坏、人员伤亡和财产的损失主要发生在火灾的全面发展阶段，因为有必要弄清楚这一阶段的火灾性状，才能更好的指导防火设计，达到最大限度减少火灾损失的目的。,2022/12/1,37,三、火灾在全面发展阶段的性状,1.火灾荷载（火灾负荷）,定义：把火灾范围内单位地板面积的等效可燃物（木材）的量，用等效木材的重量表示可燃物的数量，单位为kg/m2 。是衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾发生、发展及其控制的重要因素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载直接决定着火灾持续时间和室内温度的变化。,分类：（1）固定可燃物：如地板、墙壁上的可燃物，房间的装饰设备（如灯、插座等）；（2）容载可燃物：如房间内的物品，桌椅、书本窗帘等。,38,部分可燃物质的热值 表1-8,39,续表1-8（1）,40,续表1-8（2）,41,续表1-8（3）,42,家具发热量值（单位MJ） 表1-9,43,续表1-9,2022/12/1,44,火灾负荷密度 把房间内所有可燃物完全燃烧时所产生的总热量与房间特征参考面积之比定义为火灾负荷密度。房间的特征参考面积可采用地板面积或室内总面积。采用地板面积表示的火灾负荷密度表达式为： （MJ/ m2）,三、火灾在全面发展阶段的性状,但是火灾荷载并不能定量地阐明其与作用面积之间的关系，为此需要引进火灾负荷密度的概念,45,各种建筑物的火灾荷载密度 表1-10,46,续表1-10,47,各种建筑物中火灾荷载密度 表1-11,48,例11 某宾馆标准间客房长5m，宽4m，其内容纳的可燃物及其发热量如表1-12所示，试求标准间客房的火灾荷载。,陈设、家具、内部装修的发热量 表1-12,49,根据已知条件，先分别求出固定火灾荷载和容载火灾荷载，再求出房间的全部火灾荷载。 固定火灾荷载q1： 容载火灾荷载q2： 全部火灾荷载q：,2022/12/1,50,单位时间内室内等效可燃物燃烧的质量称为质量燃烧速度。燃烧速度大小决定了室内火灾释放热量的多少，直接影响室内火灾温度的变化。,三、火灾在全面发展阶段的性状,2. 火灾的燃烧速度,一种是室内的开口大，使得室内燃烧速度与开口大小无关，而是由室内可燃物的表面积和燃烧特性决定的，即火灾是燃料控制型的。另一种是室内可燃物的燃烧速度由流入室内的空气流速控制，此时供氧不足，即火灾是受通风控制的。,两种燃烧状况：,2022/12/1,51,二、火灾在全面发展阶段的性状,图1-7 火灾房间开口部位压力、速度分布（a）压力分布；（b）空气流速分布,52,p1=p0-1gh,根据伯努利方程得：,为了代表位置的一般性，用下标F代表室内气体，0表示环境气体,53,将它们分别在各自的流通面积内积分，可以算出流入与流出的气体的质量流速，即：,流入,流出,54,（ 为可燃物不完全燃烧所需要的空气量，,设1kg可燃物不完全燃烧所需要的空气量为,为修正系数 ）,则根据物质守恒定律得：,1kg（可燃物）+,（空气）,（1+,）kg（产物）,把,以及H=H+H”关系式代入上式，可得到,55,=0,在稳定燃烧状态下，若不计室内热分解产生的气体，即认为,，则有,，代入式（1-17），可得中性平面高度为：,把上式代入式（1-14）中可得：,式中，AW为通风开口面积。,56,对轰燃后室内火灾，,的值一般为1.8-5.0，这样，密度项的,平方根可近似取0.21。将,=1.2kg/m3,=0.7,g=9.81m/s2代入,式（1-19），则可得空气流入质量速度为：,（1-20）,在室内发生完全燃烧的情况下，1kg木材完全燃烧所需空气量约为5.7kg，于是木材的燃烧速度可表示为：,（1-21）,（kg/s）,或,(kg/min) （1-22）,通风因子,57,图1-8 通风参数与燃烧速度的关系,川越帮雄等对堆放于具有不同大小通风口的房间内的木垛燃料床的燃烧速率进行了测定。分别进行了全尺寸和小尺寸的实验，最小房间的尺寸小于1m。发现质量燃烧速率与通风口的范围和尺寸有非常密切的关系，首先在实验的基础上提出了通风因子的概念。,2022/12/1,58,通过实验得出的结论是：地板平面上发生轰燃须有20kW的热通量或吊顶下接近600的高温。此外，从实验中观察到，只有可燃物的燃烧速度超过40kgs时，才能达到轰燃。 根据实验研究，轰燃时的极限燃烧速度的经验公式：,三、火灾在全面发展阶段的性状,2.轰燃时的极限燃烧速度,如果燃烧速度小于约80kgs时，木垛火灾就不会出现轰燃，可见木垛火灾出现轰燃的燃烧速度，是纸张出现轰燃燃烧速度的2倍。而且，当通风参数AwH1/2值小于0.8m5/2时，也不会出轰燃。,2022/12/1,59,三、火灾在全面发展阶段的性状,2022/12/1,60,是指火灾区间从火灾形成到火灾衰减所持续的总时间。但是，从建筑物耐火性能的角度来看，是指火灾区域轰燃后经历的时间。通过实验研究发现，火灾持续时间与火灾荷载成正比，可由下述经验公式计算。,三、火灾在全面发展阶段的性状,3. 火灾的持续时间,(1-23),(1-24),火灾持续时间参数,算例：例1-2，p29,2022/12/1,61,三、火灾在全面发展阶段的性状,根据火灾荷载还推算出了火灾燃烧时间的经验数据，如表1-13所示。此表的使用条件是，火灾荷载是纤维系列可燃物，即可燃物发热量与木材的发热量接近或相同，油类及爆炸类物品不适用。,表1-13 火灾荷载和火灾持续时间的关系,2022/12/1,62,三、火灾在全面发展阶段的性状,4.火灾的室内火灾温度,求出火灾的持续时间后，可根据标准火灾升温曲线查出火灾温度，或者根据国际标准ISO834所确定的标准火灾升温曲线公式计算出火灾温度。我国已经采用了国际标准ISO834的标准火灾升温曲线公式：,算例：例1-3，p30,该公式可估算火场温度，如燃烧100分钟的火场其火场温度可达,63,表1-14 标准火灾时间-温度曲线的温度值,2022/12/1,64,使用人员、消防员,建筑构件、相邻建筑物,热量,烟气,建筑火灾,缺氧中毒恐怖疏散缓慢灭火困难灼伤死亡蔓延,承载力下降倒塌人员伤亡建筑间蔓延,四、影响建筑火灾严重性的因素,建筑火灾严重性是指在建筑中发生火灾的大小及危害程度。,2022/12/1,65,构造,开口条件,室内形状,墙壁材料,内装修材料性质,可燃物数量,轰燃点,燃烧速度,火灾温度,火灾持续时间,烟的产生,生命危险,倒塌危险,延烧危险,四、影响建筑火灾严重性的因素,2022/12/1,66,图1-10 影响火灾严重性的因素,2022/12/1,67,从建筑结构耐火而言，减小火灾严重性就是要限制火灾发生、和蔓延成大火的因素，根据各种影响因素，合理选用材料、布局、结构设计及构造措施，达到限制发生重大火灾的目的。,四、影响建筑火灾严重性的因素,2022/12/1,68,本 节 小 结,1、建筑火灾的发展过程、特点及对消防的意义初期阶段、全面发展阶段、熄灭阶段2、建筑火灾的蔓延方式：火焰接触、延烧、热传导、热辐射、热对流途径：水平-未设防火分区、失效的防火分隔物、没有防火分隔的吊顶（闷顶），通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延；竖直-楼板、各种竖井通道，例如楼梯间、电梯井、电缆井、垃圾井、楼板的孔洞等，穿越楼板的、墙壁的管线和缝隙，外墙窗口,2022/12/1,69,3、全面火灾发展阶段的火灾性状火灾荷载燃烧速度（通风因子）火灾持续时间火场温度4、影响建筑火灾严重性的因素构造、开口条件、房间形状、墙壁材料、内装修材料性质、可燃物数量,本 节 小 结,2022/12/1,70,思 考 题,1、建筑火灾的发展过程及其特点是什么？对消防有何意义？2、建筑物火灾蔓延的方式和途径是什么？3、试分析着火房间内外压力分布特点、及着火房间内外气流流动 。4、何为火灾负荷，火灾负荷密度？该参数的作用？5、通风因子，通风因子与可燃物燃烧方式的关系；6、影响建筑火灾严重性的因素有哪些？,
