第三節(jié)建筑火災(zāi)蔓延的機(jī)理與途徑

　　通常情況下，火災(zāi)都有一個由小到大、由發(fā)展到熄滅的過程，其發(fā)生、發(fā)展直至熄滅的過程在不同的環(huán)境下會呈現(xiàn)不同的特點。本節(jié)主要介紹建筑火災(zāi)蔓延的機(jī)理、蔓延途徑、火災(zāi)發(fā)展的幾個階段及。

　　一、建筑火災(zāi)蔓延的機(jī)理

　　建筑物內(nèi)火災(zāi)蔓延，是通過熱傳播進(jìn)行的，其形式與起火點、建筑材料、物質(zhì)的燃燒性能和可燃物的數(shù)量等因素有關(guān)。在火場上燃燒物質(zhì)所放出的熱能，通常是以傳導(dǎo)、輻射和對流三種方式傳播，并影響火勢蔓延擴(kuò)大。

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　　(一)熱傳導(dǎo)

　　熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)熱，屬于接觸傳熱，是連續(xù)介質(zhì)就地傳遞熱量而又沒有各部分之間相對的宏觀位移的一種傳熱方式。固體、液體和氣體物質(zhì)都有這種傳熱性能，其中以固體物質(zhì)為最強(qiáng)，氣體物質(zhì)最弱。由于固體物質(zhì)的性質(zhì)各異，其傳熱的性能也各有不同。例如，將一銅棒和一鐵棒的一端均放入火中，結(jié)果銅棒的另一端比鐵棒會更快地被加熱，這說明銅比鐵有較快的傳熱速率;如果把兩根鐵棒的各一端分別放在火里和熱水里，結(jié)果是放在火里的比放在熱水里的鐵棒溫度高、傳熱快，這說明同樣物質(zhì)，熱源溫度高時，傳熱速率快。

　　對于起火的場所，熱導(dǎo)率大的物體，由于能受到高溫迅速加熱，又會很快地把熱能傳導(dǎo)出去，在這種情況下，就可能引起沒有直接受到火焰作用的可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒，利于火勢傳播和蔓延。

　　(二)熱對流

　　由于流體之間的宏觀位移所產(chǎn)生的運(yùn)動，叫做對流。通過對流形式來傳播熱能的，只有氣體和液體，分別叫做氣體對流和液體對流。

　　1.氣體對流

　　氣體對流對火勢發(fā)展變化的影響主要是：流動著的熱氣流能夠加熱可燃物質(zhì)，以致達(dá)到燃燒程度，使火勢蔓延擴(kuò)大;被加熱的氣體在上升和擴(kuò)散的同時，周圍的冷空氣迅速流入燃燒區(qū)助長燃燒;氣體對流方向的改變，促使火勢蔓延方向也隨著發(fā)生變化。氣體對流的強(qiáng)度，決定于通風(fēng)孔洞面積的大小、通風(fēng)孔洞在房間中的位置(高度)、以及煙霧與周圍空氣的溫度差等條件。氣體對流對露天和室內(nèi)火災(zāi)的火勢發(fā)展變化都是有影響的。即使是室內(nèi)起火，氣體對流對火勢發(fā)展變化的影響也是較明顯的。

　　室內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，燃燒產(chǎn)物和熱氣流迅速上升，當(dāng)其遇到頂棚等障礙物時，就會沿著房間上部向各方向平行流動。這時，在房間上部空間形成了煙層，其厚度逐漸增大。如果房間的墻壁上面有門窗孔洞，燃燒產(chǎn)物和熱氣流就會向鄰近的房間室外擴(kuò)散。但是，也可能有一部分燃燒產(chǎn)物被外界流入的空氣帶回室內(nèi)。燃燒產(chǎn)物的濃度越大，溫度越高，流動的速度也就越快。

　　2.液體對流

　　液體對流是一部分液體受熱以后，因體積增大、相對密度減小而上升，溫度較低的部分則由于相對密度較大而下降，就在這種運(yùn)動的同時進(jìn)行著熱的傳播，最后使整個液體被加熱。

　　通過液體對流進(jìn)行傳熱，影響火勢發(fā)展的主要情況是：裝在容器中的可燃液體局部受熱后，以對流的傳熱方式使整個液體溫度升高，蒸發(fā)速度加快，壓力增大，以致使容器爆裂，或蒸氣逸出，遇著火源而發(fā)生燃燒;重質(zhì)油品燃燒時發(fā)生的沸溢或噴濺，同樣是由于對流等傳熱作用所引起的。

　　(三)熱輻射

　　以電磁波傳遞熱量的現(xiàn)象，叫做熱輻射。無論是固體、液體和氣體，都能把熱量以電磁波(輻射能)的方式輻射出去，也能吸收別的物體輻射出的電磁波而轉(zhuǎn)變成熱能。因此，熱輻射在熱量傳遞過程中伴有能量形式的轉(zhuǎn)化，即熱能-輻射能-熱能。電磁波的傳遞是不需要任何介質(zhì)的，這是輻射與傳導(dǎo)、對流方式傳遞熱量的根本區(qū)別。

　　火場上的火焰、煙霧都能輻射熱能，輻射熱能的強(qiáng)弱取決于燃燒物質(zhì)的熱值和火焰溫度。物質(zhì)熱值越大，火焰溫度越高，熱輻射也越強(qiáng)。火場上的輻射熱隨著火災(zāi)發(fā)展的不同階段而變化。在火勢猛烈發(fā)展的階段，當(dāng)溫度達(dá)到最大數(shù)值時，輻射熱能最強(qiáng)。反之，輻射熱能就弱，火勢發(fā)展則緩慢。輻射熱作用于附近的物體上，能否引起可燃物質(zhì)著火，要看熱源的溫度、熱源的距離和角度。

　　火場上實際進(jìn)行的傳熱過程很少是一種傳熱方式單獨進(jìn)行，而是由兩種或三種方式綜合而成，但是必定有一種是主要的。

　　二、建筑火災(zāi)發(fā)展的幾個階段

　　對于建筑火災(zāi)而言，最初發(fā)生在室內(nèi)的某個房間或某個部位，然后由此蔓延到相鄰的房間或區(qū)域，以及整個樓層，最后蔓延到整個建筑物。其發(fā)展過程大致可分為初期增長階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。圖1-2-1為建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度-時間曲線。

圖1-2-1 建筑室內(nèi)火災(zāi)溫度-時間曲線

　　(一)初期增長階段

　　室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生后，最初只局限于著火點處的可燃物燃燒。局部燃燒形成后，可能會出現(xiàn)以下三種情況：一是以最初著火的可燃物燃盡而終止;二是因通風(fēng)不足，火災(zāi)可能自行熄滅，或受到較弱供氧條件的支持，以緩慢的速度維持燃燒;三是有足夠的可燃物，且有良好的通風(fēng)條件，火災(zāi)迅速發(fā)展至整個房間。

　　這一階段著火點處局部溫度較高，燃燒的面積不大，室內(nèi)各點的溫度不平衡。由于可燃物性能、分布和通風(fēng)、散熱等條件的影響，燃燒的發(fā)展大多比較緩慢，有可能形成火災(zāi)，也有可能中途自行熄滅，燃燒發(fā)展不穩(wěn)定�；馂�(zāi)初起階段持續(xù)時間的長短不定。

　　(二)充分發(fā)展階段

　　在建筑室內(nèi)火災(zāi)持續(xù)燃燒一定時間后，燃燒范圍不斷擴(kuò)大，溫度升高，室內(nèi)的可燃物在高溫的作用下，不斷分解釋放出可燃?xì)怏w，當(dāng)房間內(nèi)溫度達(dá)到400～600℃時，室內(nèi)絕大部分可燃物起火燃燒，這種在一限定空間內(nèi)可燃物的表面全部卷入燃燒的瞬變狀態(tài)，稱為轟燃。轟燃的出現(xiàn)是燃燒釋放的熱量在室內(nèi)逐漸累積與對外散熱共同作用、燃燒速率急劇增大的結(jié)果。通常，轟然的發(fā)生標(biāo)志著室內(nèi)火災(zāi)進(jìn)入全面發(fā)展階段。

　　轟燃發(fā)生后，室內(nèi)可燃物出現(xiàn)全面燃燒，可燃物熱釋放速率很大，室溫急劇上升，并出現(xiàn)持續(xù)高溫，溫度可達(dá)800～1000℃。之后，火焰和高溫?zé)煔庠诨痫L(fēng)壓的作用下，會從房間的門窗、孔洞等處大量涌出，沿走廊、吊頂迅速向水平方向蔓延擴(kuò)散。同時，由于煙囪效應(yīng)的作用，火勢會通過豎向管井、共享空間等向上蔓延。

　　(三)衰減階段

　　在火災(zāi)全面發(fā)展階段的后期，隨著室內(nèi)可燃物數(shù)量的減少，火災(zāi)燃燒速度減慢，燃燒強(qiáng)度減弱，溫度逐漸下降，當(dāng)降到其最大值的80%時，火災(zāi)則進(jìn)入熄滅階段。隨后房間內(nèi)溫度下降顯著，直到室內(nèi)外溫度達(dá)到平衡為止，火災(zāi)完全熄滅。