火灾温度和持续时间关系研究.ppt

火灾温度和持续时间是火灾的重要指标，室内温度与时间变化的关系可用火灾温度曲线来表示。火灾温度曲线的形状代表火灾发展中实际出现的各种燃烧现象。火灾温度曲线反映了温度增长的速度和燃烧速度的变化，曲线上的每一拐点都代表火场上发生的情况，图4-27为木屋的火灾温度曲线。 图4-27 木屋火灾温度曲线 A点升温速度突然改变，燃烧速度降低，起火建筑物的白烟变为黑烟，说明室内的氧供应不足；B点温度开始上升，说明建筑物出现开口，外部的空气已经进入建筑物，能满足燃烧的需要；C点温度猛烈上升，说明建筑物的外墙被烧穿，通风加强，燃烧加快；,一、建筑火灾的 温度曲线* 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,D点升温速度变缓，升温的趋势接近终了，说明建筑物的开口已经扩大，外墙大部被烧毁，供燃烧的可燃物所剩无几；E点温度达到最高点，说明屋顶已经被烧穿，燃烧放热与向环境散热达到暂短平衡；F点温度下降，说明屋顶塌落，散热量己超过燃烧放出的热，可燃物数量已经不多，不能继续维持最高温度；G点降温速度接近于零，说明木柱等构件尚能支撑一段时间，大断面木构件燃烧的放热量还能维持较低的火灾温度；H点温度迅速下降达到低点，并较长时间维持在400左右，说明木柱倾倒，建筑物已经全部烧毁，保持火灾温度的仅仅是地上残火。 火灾温度曲线还能反映火灾发展的阶段性。图4-27曲线中B点之前可看作火灾发展的初起阶段，BE段为火灾发展的发展阶段，E点以后火灾温度开始下降，可视为火灾的熄灭阶段。 另外，利用火灾温度曲线还可以判断燃烧的物质是固体、液体，还是气体。图4-28曲线上的B点是全面燃烧的起点，BB段为全面点燃的过程，BC段温度迅速上升，表明房间内大部分可燃物被点燃，火灾进入全面发展阶段。,一、建筑火灾的 温度曲线* 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,图4-28 火灾温度曲线 固体可燃物燃烧的温升速度比较缓慢，所以火灾温度曲线比较弯曲；可燃气体和易燃可燃液体蒸气的燃烧速度快，起火后室内温度迅速达到最高峰，因此在火灾温度曲线上几乎看不到初起的升温阶段；对于密闭建筑物内固体物质的燃烧来说，一旦空气供给充足，高温热解可燃气体会发生爆燃，因此在火灾曲线上会有一个陡升的阶段，火灾温度曲线中的BB段便由BB直线来代替。 火灾发展各阶段的持续时间以及标志到达某一阶段的温度值与燃烧条件密切相关，所以同样的火灾温度曲线也是没有的。,一、建筑火灾的 温度曲线* 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,为了便于科学研究和制定防火规范，世界各国都依据实验结果制定能代表本国一般建筑火灾发展规律的标准温度-时间曲线。实际上，各国绘制的标准温度-时间曲线形状十分近似。我国采用国际标准（ISO834）规定的标准火灾温度-时间曲线（见图4-29）。 图4-29 标准火灾温度曲线,一、建筑火灾的 温度曲线* 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,标准火灾曲线温升速率表达式为： (4-53) 式中，T0和T分别为实验开始和t时刻的炉温，t为实验时间（min）。,一、建筑火灾的 温度曲线* 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,(一) 火灾初起阶段 1、火灾初起阶段的特点 在火灾初起阶段,起火点的局部温度较高，但室内各点的温度极不平衡。由于可燃物燃烧性能、分布、通风、散热等条件的影响，燃烧发展比较缓慢，且燃烧发展不稳定，有可能形成火灾，也有可能中途自行熄灭。火灾初起阶段的燃烧面积不大，初起阶段持续时间长短与燃烧条件有很大关系。 2、火灾初起阶段持续的时间 虽然火灾初起阶段的温度比较低，很少引起研究人员的注意，但初起阶段火灾温度持续的时间对疏散人员、抢救物资及保障灭火指战员的人身安全具有重要的意义。初起阶段持续的时间主要受火源类别、可燃物和建筑材料的燃烧性能及通风条件的影响。 可燃物和建筑材料的燃烧性能在火灾初起阶段的作用比较明显，因为在此时燃烧面积小、温度低、燃烧不稳定的条件下，如火源附近可燃物被烧尽，不燃建筑材料不可能使火灾蔓延，燃烧就会自行中断。如初始火灾发生在木板墙脚下或纤维板吊顶下面，则会蔓延成灾。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,因为建筑物中可燃墙和吊顶有较大的燃烧面积，能使火焰在表面迅速蔓延，放出大量的热，从而助长火势发展，缩短火灾初起阶段持续时间。 在点火初期，如果火源能量较小，为了形成稳定的燃烧需要积蓄大量的热，通风散热良好不利于热量积累，会延缓火灾的发展。当减少通风量，便有利于热量积累，缩短火灾初起阶段持续的时间。而当用汽油点火时，由于火源能大，如门窗大开，通风良好，燃烧猛烈，火灾初起阶段持续的时间就短，反之，如果门窗紧闭，空气供应不足，燃烧缓慢，火灾初起阶段持续的时间就延长，甚至会出现自行熄灭现象。 3、火灾初起阶段燃烧的过程 室内火灾由局部起火发展到全面燃烧可能有两种形式。种是明火点燃，另一种是密闭空间大量高温可燃气遇新鲜空气发生的爆燃。明火点燃是指热解的可燃气体流向起火点被点燃，或是起火点的热烟夹带火星飞落到未燃区将温度较高的可燃物点燃。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,火灾初起，如果氧气供给不足，燃烧呈阴燃状态，室内的可燃物均处于无焰燃烧阶段，房间内积聚了温度较高，浓度较大，数量较多的可燃气体与空气混合的气体混合物，一旦开启房门或窗玻璃破裂，大量新鲜空气迅速进入，室内的气体混合物便迅速自燃，形同爆炸，在整个起火房间内出现熊熊火焰，使室内可燃物全面被点燃，迅速进入火灾全面发展阶段。 4、火灾初起阶段对防火和灭火的重要意义 建筑材料的燃烧性能对火灾初起阶段影响很大。易燃和不燃结构建筑物起火后，火灾初起阶段的持续时间有明显差异。为防火安全，建筑物尽可能不使用可燃建筑材料，或使用经阻燃处理的建筑材料。 火灾初起是灭火最为有利的时机。在起火的初起阶段，如果能够被人及早发现，因为燃烧面积小，只需用少量的水便可把火灭掉，不会发展成灾。为了及早发现起火，并抓住有利时机及时灭火，在建筑物中最好能够安装火灾自动报警装置和自动灭火装置。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,(二) 火灾发展阶段 1、火灾发展阶段的特点 室内火灾进入发展阶段后可燃物燃烧猛烈，燃烧处于稳定期，可燃物的燃烧速度接近定值，火灾温度上升到最高点。火灾发展阶段时间长短主要取决于可燃物燃烧性能、可燃物数量和通风条件，而与起火原因无关。实验发现，火灾发展阶段燃烧的可燃物约为整个火灾过程中烧掉可燃物总量80%。 2、火灾发展阶段对防火和灭火的重要意义 在火灾发展阶段，室内可燃物被全面点燃，进行稳定燃烧，建筑物构件处于浓烟烈火包围之下，因此建筑结构的耐火性能显得格外重要，要求人们在建筑设计中，注意选用耐火性能好，耐火时间长的结构，以便加强防火安全。 为了减少火灾损失，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。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,(三) 火灾熄灭阶段 1、火灾熄灭阶段的特点 火灾进入熄灭阶段后，室内可供燃烧的物质减少，温度开始下降。实验发现，室内温度衰减的速度与火灾持续时间的关系，火灾持续时间越长，其衰减速度越慢。火灾持续时间在1h以下时，室内火灾温度衰减速度约为12/min；火灾持续时间大于1h，其衰减速度约为8/min。 从火灾的整个过程来看，火灾中期的后半段和末期前的半段温度最高，火势发展最猛，热辐射也最强，使建筑物遭受破坏的可能性最大，是火灾向周围建筑物蔓延最为危险的时刻。因此，在火灾熄灭阶段的前期，室内温度仍为最高温度，火势较猛烈，热辐射较强，对周围建筑物仍有很大威胁。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,2、火灾熄灭阶段对防火和灭火的重要意义 实际灭火战斗中应注意堵截包围，防止火势蔓延，切不可疏忽大意，但因可燃物数量已经不多，也不必投入过多的战斗力量。此外，还应防止建筑构件因经受火焰的高温作用和灭火射水的冷却作用出现裂缝、下沉、倾斜或倒塌，要充分保障灭火人员的生命安全。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义* 三、建筑火灾的 发展速度,小节名,第六节 建筑火灾的发展,(一) 理论推导 对于室内火灾来说，空气供应量由窗口面积决定，窗口面积越大，空气供给越充分，室内燃烧速度越快，因此，窗口面积能影响燃烧速度，或者说，可采用改变窗口面积的方法达到控制燃烧速度的目的。 由前面知识可知，木材完全燃烧所需最小空气量约为4m3，如果窗口面积正好符合供应4m3/kg的通风量，则室内的燃烧一定能顺利发展。反之，如果减少窗口面积，限制通风量，使之远小于4 m3/kg，则燃烧便会受到控制，无法自由发展下去，甚至会出现熄灭。如果窗口的面积扩大到完全满足室内燃烧所需空气量，燃烧接近露天条件时，窗口面积对燃烧速度基本无影响。 基于此原理可推导出开口面积和室内燃烧速度的数学关系式。室内的热烟与室外新鲜空气之间存在密度差，室内热烟气密度小，由窗口上部流出，室外冷空气由窗口下部进入室内。冷空气参加燃烧后，体积膨胀，又上浮于吊顶之下从窗口上部流到室外，出现热对流现象，如图430所示。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度*,小节名,第六节 建筑火灾的发展,图4-30 起火窗口处压力分布 当窗口面积对燃烧速度有影响时，冷空气流进的速度可用下式表示： (4-54) 式中，V为空气流进速度；a为流量系数；H为中性层以下窗口高度；B为窗口宽度；Vm为空气流进平均速度。 如果燃烧1kg可燃物所需空气体积为L，则燃烧速度为： (4-55),一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度*,小节名,第六节 建筑火灾的发展,平均速度Vm为中性面以下各点速度的平均值，各点速度可用贝努里公式计算。如果房间内气体密度为1，室外空气密度为o，则空气流进的速度V近似为： (4-56) (4-57) (4-58) 代入积分得： (4-59) 由等式(4-55)和(4-59)得到燃烧速度R与HBH1/2的关系，如果H与窗洞高度H成正比，则燃烧速度R也与HBH1/2成正比，从而得到燃烧速度的表达式为: (4-60),一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度*,小节名,第六节 建筑火灾的发展,式中，A=HB为窗口面积；C为常数，数值在56.2之间，一般取5.5。 由上式可以看出，室内可燃物的数量对燃烧速度没有影响，燃烧速度由开口面积控制。在开口大小相同的条件下，燃烧的最大速度相差不大。 组合参数AH1/2通常被称为通风因子。通风因子较小时，室内外通风不畅，燃烧区的氧气供给不充分，此时的燃烧方式为通风控制；当通风因子足够大的时，室内外通风良好，此时的室内燃烧与室外开放空间的燃烧已无本质区别，此时的燃烧方式为燃料控制。 更进一步研究发现，除了受通风因子影响外，燃烧控制方式还与通风口位置的高度有很大关系。与通风口的自身高度不同，通风口位置高度反映出通风口在建筑物立面所处的位置。一般地，通风口位置的高度定义为从通风口的中心位置到地面的垂直距离。 (二) 影响因素 1、建筑物的开口面积,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度*,小节名,第六节 建筑火灾的发展,从燃烧速度公式R=5.5AH1/2可以看出，开口面积A不变时，燃烧速度R不受影响，因而开口面积是决定燃烧速度的主要因素。但需注意的是，开口面积对燃烧速度的控制作用是有条件的，只有当通过窗口的空气量等于或小于燃烧所需最小空气量时，燃烧速度才受窗口面A控制。而当通过窗口的空气量大于燃烧所需最小空气量，空气供给充足，开口面积对燃烧速度R已经没有影响。 2、可燃物的表面积 燃烧是从可燃物表面开始的，可燃物表面积愈大，燃烧所需要的氧气愈多。当可燃物的比表面积（表面积与它本身的体积之比）较大时，燃烧的速度有可能快，燃烧所需要的氧气量也相对增加。相反，当可燃物可燃物的比表面积较小时，可燃物与氧接触的表面积小，燃烧的速度不可能很快，燃烧所需的空气量相对减少。 3、开口面积（或通风因子）与可燃物表面积之比 在开口面积或通风因子相同的条件下，当开口面积或通风因子与可燃物表面积之比很小时，空气供给情况对燃烧速度具有决定作用，因此开口面积对燃烧速度有一定的控制作用。,一、建筑火灾的 温度曲线 二、不同阶段建筑 火灾的特点和意义 三、建筑火灾的 发展速度*,小节名,第六节 建筑火灾的发展,而开口面积或当通风因子与可燃物表面积之比较大时，因燃烧所需空气量小于现有通风量，开口面积对燃烧速度没有影响。 对一般建筑来说，当可燃物数量在40100kg/m2时，开口面积对燃烧速度有一定控制作用。如果在灭火过程中轻易打开门窗或破拆屋顶，空气供给充足，火势会突然增大，甚至发生轰燃。因此，在封闭建筑（闷顶、地下室、无窗建筑物、空调房间或未开启窗户的房间）发生火灾时，有发生轰燃的危险。 4、确定火灾危险条件的依据 国际上曾流行一种判断火灾危险的标准，认为建筑物内可燃物多，起