[科普中国]-建筑火灾烟气

简介

火灾是一种多发性灾难，它导致巨大的经济损失和人员伤亡。建筑物一旦发生火灾，就有大量的烟气产生，这是造成人员伤亡的主要原因。火灾的燃烧过程通常是一个不完全燃烧过程。一般的有机物燃烧过程大致分成两个阶段：（1）在一定温度下，材料分解出游离碳和挥发性气体；（2）游离碳和可燃成分与氧气剧烈化合，并放出热量。在不完全燃烧时，烟气是悬浮的固体碳粒、液体碳粒和气体的混合物。其中悬浮的固体碳粒和液体碳粒称为烟粒子，简称烟。在温度较低的初燃阶段主要是液态粒子，呈白色和灰白色；温度升高后，游离碳微粒产生，呈黑色。烟粒子的粒径一般为0.01~10μm，是可吸入颗粒物。烟气的主要化学成分有CO2、CO、水蒸气及其他气体，如氰化氢（HCN）、氨（NH3）、氯（Cl）、氯化氢（HCl）、光气（COCl2）等。1

烟气的流动规律建筑物发生火灾后，烟气在建筑物内不断流动传播，不仅导致火灾蔓延，也引起人员恐慌，影响人员疏散与消防人员对火灾进行扑救。为了帮助设计人员正确设计防排烟系统，采取相应措施降低烟气的危害，有必要研究烟气的的流动规律。在不同燃烧阶段烟气流动状态是不同的：火灾初期，烟气比重小，在热压作用下向上升腾，遇到天棚转化为水平方向流动，此时呈层流状态流动。当遇到梁或挡烟垂壁时烟气折回在空间上部聚集，当烟气厚度超过梁或挡烟垂壁竖向尺寸时，继而越过梁或挡烟垂壁继续扩散，这一阶段烟气流动速度约为0.3m/s；轰燃前，烟气扩散速度约0.5～0.8m/s；轰燃时，烟气被喷出的速度每秒可高达数十米。烟气流动状态在竖直方向与水平方向也是不同的，在竖直方向的扩散速度：火灾初期，烟气上升速度达到1～2m/s；在热压作用下烟气迅速上升，最盛时达到3～5m/s；轰燃时达到9m/s。

烟气流动规律具体有下面三点：流动方向总是由压力高处流向压力低处；烟气流动速度在燃烧的不同阶段是不同的；烟气流动速度在竖直方向较水平方向上大得多。

建筑火灾烟气控制的必要性建筑火灾烟气是造成人员伤亡的主要原因，因为烟气的有害成分或缺氧使人直接中毒或窒息死亡；烟气的遮光作用又使人逃生困难而被困于火灾区；烟气的高温危害会导致金属材料强度降低，进而导致结构倒塌，人员伤亡。烟气不仅造成人员伤亡，也给消防队员扑救带来困难。因此，火灾发生时应当及时对烟气进行控制，并在建筑物内创造无烟（或烟气含量极低）的水平和垂直的疏散通道或安全区，以保证建筑物内人员安全疏散或临时避难和消防人员及时到达火灾区扑救。在高层建筑中，疏散通道的距离长，人员逃生更困难，对人生命威胁更大，因此在这类建筑物中烟气的控制尤为重要。1

火灾烟气控制原则烟气控制的主要目的是在建筑物内创造无烟或烟气含量极低的疏散通道或安全区。烟气控制的实质是控制烟气合理流动，也就是不使烟气流向疏散通道、安全区和非着火区，而向室外流动。1烟气控制须遵循以下原则：通过划分防火分区和防烟分区防止火势蔓延和烟气扩散控制烟气扩散范围；通过将一定量空气送入房间或通道内，使室内保持一定压力以阻止烟气扩散到房间内加压送风防烟；在敞开的门洞处保持一定流速，通过控制气流的流向来阻止烟气扩散到疏散通道加压送风防烟；通过热压、风压作用或排烟风机作用将烟气从着火房间排除，保证着火房间为负压，以阻止烟气向其他房间或区域扩散进行疏导排烟。

我国建筑防排烟的发展现状发达国家的高层建筑已有较长的历史，有着丰富的烟气控制经验，并反映在建筑法规或防火规范中。我国在1978年以后，高层建筑迅速发展，建筑防火防烟越来越被重视，因此制定了《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）,简称《高规》，于1982年颁布试行，经修改后于1995年正式颁布实施。对于非高层建筑（包括居住建筑、公共建筑、工业厂房、仓库和城市交通隧道等）的烟气控制执行《建筑设计防火规范》（GB50016-2006），简称《建规》。1