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火灾时消防通风对一，二层家庭住房的影响研究窗体顶端窗体底端美国 斯蒂芬克贝尔*，UL LLC，333 Pfingsten路，布鲁克，IL60062-2096，收稿日期：2012年3月25日/接受：2012年8月16日提要：本文研究的是现代家庭在消防时的通风应对措施两套房子里面安装了大量的消防设施。第一家是一个平房：面积111.5平米，3间卧室和1间浴室共8个房间。第二个房子是两层：297.3平米，4个卧室和盥洗间共有12个房间。第二个家采用的是现代化开放式的设计风格，二层的大房间和开放的大厅。进行了多次实验来确定通风位置和通风开口的数量。 通风方案包括：只打开前门通风；打开前门和火灾发生处的窗户，只打开一个窗口；在两层楼的房子里通风高开。一个场景在每个房子进行3次可重复性的检查。这些实验的结果可以检查房屋主人在火灾发生时的可靠性，并作为提高他们的通风标准操作程序水平知识和消防知识的培训内容。通风的形式带来了火灾动力学行为，例如接近或远离火灾发生处与消防的高与低是对应的。这些实验数据被其他几个战术开发利用用来提供具体火灾的例子可以采用基于部门当前的战略和战术。这样的战术考虑和消防系统方法策略应该作进一步的调查。关键词:火灾行为,通风,消防,可防守,战术1. 介绍 通风通常是用作控制和对抗火灾灭火战术。在消防中,通风是指创建一个开通的环境,这样热量和烟将会释放,允许消防队员来定位和扑灭火灾。.如果使用得当,通风能够提高能见度,减少闪络或反拔模斜度的机会。然而,不良的放置或定时通风会增加火灾的空气供应量,使其迅速生长和扩散。当增加通风时,无论是通过消防队员的战术行动或意外的火灾通风造成的影响（例如，一个窗口故障）或人类活动（如，门开了），热释放会增加，,可能导致闪络条件。这些不断变化的消防条件有时意外迅速，几乎没有为消防人员提供反应和应对的时间。在过去的50年里，由于不断变化建筑材料、建设内容、建设规模和形状增加了住宅火灾通风放火行为中的复杂性影响。 传统的消防培训不能有效复制通风的影响。大量消防培训的建筑物均采用混凝土或标准的集装箱，并利用小型载油量增加了训练的安全性。其结果是，在这些建筑物中使用的任何通风措施条件的改进，如果导师没有解释这些训练演习和真实世界条件下的通风情况有所不同，消防员可能获得现实的错觉，并可能在实际事故使用不正确的战术。 创伤之外的结构或心脏骤停导致的消防员死亡率有所下降,与此同时,消防队员由于发生内部结构至死的速率已经超过了过去的30年。 据认为一个重要因素是缺乏理解着火后火在住宅结构中的行为，这是因为不能像消防员一样使用自然通风。最近的三个由于通风而导致的消防员死亡的事件正在被国家职业安全与健康研究所调查。 在2010年,在平房发生的一场大火夺取了一名消防队员的生命，调查报告显示,“消防部门应确保消防员和军官能充分的了解火灾的行为并且具有识别火势蔓延指标和潜在的极端行为的能力。 第二个事件发生在2000年,最终国家职业安全与卫生研究院经调查表示,“通风时机是非常重要的,火灾扑救人员和通风人员之间必须小心协调。第三个事件发生在2008年，结束了一个消防队员和一个市民的生命。（美国）国家职业安全与卫生研究院的报告做了总结性的声明”这个因素(战术通风)指出,需要训练战术作战的影响(特别是通风)在火灾时的行为。几乎没有为消防服务研究提供数据，这就需要更新他们的通风策略尤其是火灾环境在过去的几十年里已经发生了变化。传统上,通过一代又一代人信息的传递，在火灾过程中消防员已经获得了关于救火的知识或经验。这种方法可以是，以适应变化非常缓慢，并且可以是不正确，因为很少有两个相同的火灾所以遇到的变量从未得到很好的理解。该研究在这项研究中考察这些变量，提供当前他们的培训系统缺乏的消防科学知识。2. 房子的全面实验 为了检查通风实践以及现代建筑形状的变更的影响在,两个房子都建造在一个在一个大型火灾实验装置中。15个实验进行了不同通风位置和不同数量的通风开口(表1)。通风方案设计审查常见消防设施的做法，其中包括以下内容：只打开通风前门；打开前门和附近的窗户远离着火点，只打开了一扇窗户，在两层楼的房子里开高处的通风口。一个场景中的每个结构是在一式三份的进行，以检查重复性。在每个房子进行实验相隔三天，以保证在15至22摄氏度和在点火之前低于50%相对湿度的房屋内的环境条件。2.1.单层结构 实验七发生在一个平房。这所房子被设计为20世纪中叶时墙壁和门口分离并且所有的房间是2.4米天花板的房子的代表。平房的面积111.5平方米,有三间卧室,一间浴室和八个总房间(图1)。 房子是木框架,内衬两层石膏板(16毫米基地层,表层13毫米)保护结构并允许多种实验。所有的窗户都是充满了插头,这样以便于在每个实验时通过移动插头来控制窗口的打开。2.2 二层结构 两层楼的房子面积297.3平方米,有四个卧室和2.5平米的卫生间,12间客房(图2,图3)。 房子纳入现代化的设施，如一个开放的平面，二层的大房间，和开放的门厅。这个房子也是一个木框架结构，内衬两层石膏板(16毫米基地层,表层13毫米)。所有的窗户都是充满了插头,这样以便于在每个实验时通过移动插头来控制窗口的打开。2.3. 载油量 两院都配备有家具。图4、5 6显示三维效果图的两院家具的位置。平房的客厅就是家庭的房间，在两层楼的房子中装修有两个沙发,衣柜,电视,茶几,咖啡桌,椅,两张海报,灯与阴影和两个窗帘。地板上布满了聚氨酯泡沫塑料衬垫和涤纶地毯。燃料装载大约29公斤/米2为了描述客厅/家庭燃料装载它被放置在5.5米宽,4.0米深，2.4米高的天花板的房间里。房间里有一个宽3.7米高2.1米的开口前壁。房间里摆下耗氧量热仪和11.3兆瓦的峰值热释放速率进行测量。卧室1在两院中配有一张大床包括床垫，弹簧床垫，实木框架，两个枕头和棉被。 房间里还包含一个梳妆台,衣柜和电视。地板上布满了聚氨酯泡沫塑料衬垫和涤纶地毯。在两院的卧室剩余部分配备了相同的床,衣柜,电视,地板以及小梳妆台,床头板和框架镜子。两院的餐厅家具实木桌子和四个软垫椅子。厨房配有相同的桌子和椅子是餐厅,以及洗碗机、炉子、冰箱和有着水泥板计数器得定向结构刨花板橱柜。两个房间的地板也是水泥板模拟瓷砖地板。两层楼高的房子里，一楼的一个小房间里的毛绒椅上放着作为目标的燃料。2.4. 仪表 在实验过程中测量的对象包括：气体温度、气体速度,气体浓度和录像。气体温度的测定使用裸珠，镍铬 - 镍铝（K型）热电偶，公称直径为0.5mm，热电偶数组位置所示图1、2和3。热电偶位于平房的客厅和走廊,在两层楼的房子中位于大厅和二楼走廊。 天花板以下0.03米,0.3米,0.6米,0.9米,1.2米,1.5米,1.8米和2.1米，每个位置都有一个数组的热电偶进行测量。 热电偶阵列的测量位置位于餐厅,厨房,书房和卧室的天花板以下0.3米,0.9米,1.5米,2.1米处。在客厅，从天花板到地面每0.3米都有热电偶探测点，气体流速测量是利用差压传感器连接到双向速度探测器进行测量。这些探针位于前门和用于通风的窗口(图1、2、3)。5个探头安装在每个门口的垂直中心线上：位于距门口顶部0.3米,门口的中心,和距门口底部0.3处。热电偶和双向探测器共同协作完成气体速度测量。气体浓度中的氧气、一氧化碳和二氧化碳在建筑物中的四个地点进行测量。浓度测量在客厅的地上0.3米和1.5米处、在平房卧室2和3中位于地板以上1.5米处(图1)。浓度测定为客厅的距地板0.3米和1.5米处、两层楼的二楼走廊(图2,图3)。由于水流到该建筑物后引起水分对气体测量设备的影响，导致气体浓度测量不准确。摄像机被放置在建筑内外监控每个实验过程中烟和火的条件。8个摄像机视记录了每个实验的过程。2.5. 实验方法 所有的实验开始时，所有的外部门窗关闭,所有的室内门在同一位置,打开或关闭。平房中卧室3和两层楼的卧室2的室内门在每个实验过程中都是关闭的。火被点燃的位置，平房的客厅（图4），两层楼客厅的沙发上（图6），使用由三根火柴组成的远程点火装置。允许燃烧的大火增长直到换气操作进行了模拟，平房在点火后8分钟进行通风。这是基于以下三个因素决定的：房子实现通风使用时间来条件有限、潜在的消防员反应与介入时间和开启窗口时失败的次数。两层楼高的房子在被点燃10分钟后进行通风。 附加2分钟确保通风有限的条件下，作为更大的体积需要更多的时间消耗可用的氧。当多个通风口被创建在一个实验中，如打开的门和窗，后续的开口是在15秒的时间间隔内进行的。 这一次是在独立消防通风情况下，假设的有好的时机和有效的通风前提下实现的。通风后,火被允许增长直到闪络或感知到的基于温度的最大燃烧速率,观察外部条件,和监控内部视频。一旦火灾保持峰值一段时间，对于给定的墙衬，消防软管流将通过一个外部开口流入。软管流,被雨淋喷水灭火系统和消防队完全抑制大约1分钟后实验终止了。2.6. 平房的实验结果单层结构进行了七个实验(表1)。数据图为每个实验提供了整个结构在距地板0.9米和2.1米的温度。各曲线图在事件发生时在顶部具有垂直线作为它们的标记。为每个实验提供的数据包括温度的额外升高，气体浓度和气体速度，都记录在整个项目报告。2.6.1. 实验1。实验1是为了模拟消防人员打开前门制造通路。火在前8分钟的增长没有干预,直到点火装置的大门在某刻被打开。火势又被允许增长直到12:30,后期闪络条件下,10秒内流入前门的水为379升/分钟，消防雾喷嘴定位在一个连续流(SS)模式。在13:30， 刚才的喷嘴内流出成30度角的379升/分钟的水启动喷雾模式。在14:15，客厅的左半部分窗户被打开,让更多的空气进入。实验在下午15:30终止。火由消防队扑灭(图7、8)。2.6.2. 实验3。实验3旨在模拟消防人员拥有一个通风口和通过前门制造通路和的情况下，立刻靠近着火点。没有干预火势的增长直到8分钟后，点火装置的前门被打开。15秒后,客厅的窗口被打开。火势又被允许增长直到10：22,10秒内流入客厅窗户的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。实验在11:30终止。火由消防队扑灭(图9、10)。2.6.3. 实验5实验5旨在模拟消防人员在火场附近做一个通风口来出入。火势增长没有被干预直到8分钟后，点火装置把客厅的窗口打开。火势又被允许增长直到11：32,10秒内流入客厅窗户的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。12点45分的时候实验终止,火由消防队扑灭(图11、12)。2.6.4. 实验7. 实验7旨在模拟消防人员拥有一个通风口和通过前门制造通路和的情况下，立刻远离着火点。火势的增长没有被干预直到8分钟后，点火装置把前门,15秒后打开的卧室2的窗口。火势又被允许增长直到15:46,10秒内流入前门的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。实验终止在下午16:40，火由消防队扑灭(图13、14)。2.6.5. 实验9. 实验9重复实验3，是三个检查可重复性实验中的第二个。火势的增长没有被干预直到8分钟后，点火装置把前门打开。15秒后前门和客厅的窗口被打开。火势又被允许增长直到11:12,10秒内流入客厅窗户的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。实验终止于12:20,火被消防人员扑灭(图15、16)。2.6.6. 实验12。实验12是三个检查可重复性实验中的第三个。火势增长没有被干预直到8分钟后，点火装置把前门打开。15秒后前门被打开,客厅窗口被打开。火势又被允许增长直到11:09,10秒内流入客厅窗户的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。实验终止于12:20,火被消防人员扑灭(图17、18)。2.6.7. 实验14。实验设计14是为了检查多个通风口的影响。火势的增长没有被干预直到8分钟后，点火装置将前门打开。15秒后前门和客厅的窗口被打开。在15秒的间隔后,卧室1、卧室2、和卧室3的窗口被打开。火势又被允许增长直到13:02,10秒内流入客厅窗户的水在消防雾喷嘴内定位为一个连续流模式。实验终止于14:10,火被消防人员扑灭(图19、20)。2.7. 两层楼上的实验结果两层结构上进行了八个实验(表1)。每个实验的目的描述和形象地显示火灾和通风的位置。实验时间轴将显示通风和火势火灾被控制的变化。数据图为每个实验提供了整个结构在距地板上0.9米和2.1米的温度。每个图都在顶部的垂直线表示他们的发生(图21，22)。2.7.1. 实验2实验2是为了模拟消防人员打开前门作为通路。点火是利用远程设备点燃客厅沙发上的火柴。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开了。火势又被允许增长直到16:05， 10秒内水流入前门的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在18:00终止,最终火被消防人员扑灭。2.7.2. 实验4. 实验4旨在模拟消防人员利用通风口和前门作为通路,迅速靠近附近着火点。点火是利用远程设备点燃客厅沙发上的火柴。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开了，15秒后,一楼客厅窗户被打开。火势又被允许增长直到17:31， 10秒内水流入客厅的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在18:30终止,最终火被消防人员扑灭(图23，24)。2.7.3. 实验6.实验6旨在模拟消防人员制造一个靠近着火点的通风口作为通路。着火点在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时一楼前门的窗户被打开了。火势又被允许增长直到16:32， 10秒内水流入客厅窗户的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在17:30终止,最终火被消防人员扑灭(图25,26)。2.7.4. 实验8。实验8旨在模拟消防人员利用一个通风口和前门作为通路后,迅速远离着火点。 着火点在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开，15秒后,卧室3的窗户被打开。火势又被允许增长直到17:32， 10秒内水流入卧室3窗户的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在18:30终止,最终火被消防人员扑灭(图27,28)。2.7.5. 实验10.实验10是三个为了检查可重复性实验的第二个实验。着火点在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开，15秒后,二楼的前门和客厅的窗户被打开。火势又被允许增长直到24:16， 10秒内水流入客厅的窗户的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在15:30终止,最终火被消防人员扑灭(图29,30)。2.7.6. 实验11.实验11是三个为了检查可重复性实验的第三个实验。着火点在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开，15秒后,前门和客厅的窗户被打开。火势又被允许增长直到25:17， 10秒内水流入客厅的窗户的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。实验在16:30终止,最终火被消防人员扑灭(图31，32)。2.7.7. 实验13.实验13是为了检查尽可能高的靠近火场的通风的影响。着火点在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开，15秒后,前门和二楼客厅的窗户被打开。 火势又被允许增长直到12:28， 10秒内水流入客厅的窗户的消防雾喷嘴形成一个连续流模式。10秒后，一股水被直接送入相同位置的消防雾喷嘴在14：28形成一个喷雾模式。实验在15:30终止,最终火被消防人员扑灭(图33,34)。2.7.8. 实验15.实验15是为了检查多个通风口的影响。着火点发生在客厅的沙发上。火势的增长没有被干预直到点火后10分钟,届时前门被打开，15秒后,前门和客厅的窗户被打开。 十五秒的间隔后,书房窗口,客厅1、2的窗口被打开。火势又被允许增长直到14:33， 10秒内水流入客厅的窗户的消防雾喷嘴形成一个喷雾模式。实验在14：:00终止,最终火被消防人员扑灭(图35，36)。3. 讨论这些可重复性实验是通过比较平房实验的前8分钟和两层楼实验的前10分钟。这些实验的另一个重要因素是实验人员在建筑消防部门干预前后能站得住脚。消防员通风实践也将被讨论。温度数据将与检查房屋条件取决于是否制造通风口进行比较。消防员被教导通风的实现是基于火灾的位置和人员技术的。这些比较提供了一种方法来研究他们为什么被教导这些战略以及这些概念房屋内可维持和火灾动力学的意味。3.1. 平房的可重复性实验为了比较的换气的做法，大重点放在确保预点火条件尽可能相同。两个实验之间多个相同的家具的购买和定位是一样的。点火启动在相同的位置并且周围的空气泄漏区域用玻璃绝缘纤维绝缘来充填裂缝的门窗控制。在七个实验中,实验3的火增长缓慢，实验14的火增长较快。其他五个实验的火在通风前8分钟的增长是相同的。五个类似的实验中客厅天花板附近的温度达到约700，在320秒之后迅速下降到175，480秒后温度随着氧气的消耗而降低。当火灾通风有限时，温度在同一高度的卧室2(离客厅最远)达到350之前减少到平均温度150。作为一个整体,在通风前进行平房显示重复性实验。两个实验显示不同于其他实验的增长率3和14，通风的时候仍有类似的温度。每一个实验是在通风后50的时候，选择远离对方的两个测量位置。实验3、9和12遵循了同样的时间表来检查在整个实验可重复性。在所有实验中,前门在实验8分钟后打开,客厅窗口在15秒后打开。火被允许燃烧直到闪络条件达成。图37显示客厅和卧室2地板以上2.1米处温度随时间的变化。实验9和12在整个时间表内是相似的。实验3在通风前发展较慢,但窗户通风后响应较快。通风后所有的实验有类似的温度以及峰值的变化(图37)。3.2. 二层楼的可重复性实验 两层楼的房子像平房一样有同样的家具布局和点火位置。唯一的区别是客厅是房间的形状。为了检查两层楼八个房间实验的可重复性将实验前10分钟进行比较。每一个实验在通风10分钟后开始。客厅高4.9米以上的温度在火灾发生450到550秒之间的温度为325到450。通风前,这个海拔的温度在240到310之间。实验13和15的火势生长较其他六个实验比较慢，但是每个实验温度达到顶峰和消减先于通风受限的火。 卧室3内温度与八个实验的温度进行了比较。二楼的卧室3远离家庭的房间,很好的指示了房子的热流。卧室3中 距地板2.1米处,所有的温度达到顶峰是200，和趋于平稳或略有下降的时候通风。实验4、10和11都遵循同样的时间表来检查在整个实验可重复性。在三个实验中,前门在10分钟后打开，卧室1的窗户被15秒以后打开。火被允许燃烧直到闪络条件达成。图38所示为客厅和卧室2的地板以上的4.9米的上温度与时间的关系。这些实验遵循类似的趋势,但是通风后在不同的时间达到峰值。实验4和11中，火蔓延到客厅的沙发前通风受限。这在实验10并没有发生,因此,消防通风后火势增长变得更加缓慢。一旦第二个沙发卷入大火,客厅天花板附近的温度像和另外两个复制实验以同样的速度增加(图38)。3.3. 可靠性这些实验中使用两项可测量的保障措施：温度和气体浓度。为了为屋主估计不稳定时间,美国联准会采用了部分有效的国际标准化组织的方法。这种方法提供了指定的阈值并且允许累积计算时间暴露热或有毒气体。 这一分析采用了两个典型的阈值;FED为 0.3和 1.0。阀值为 0.3是无能力确定时间的易感人群的标准(11%的人口)和阀值为 1.0用于健康成年人(50%的人口)。阀值用来计算两个房子地面以上0.3米和1.5米。 距地面1.5米代表一个人行走时头部高度, 距地面0.3米代表最坏的情况，一个人躺在地上。在每个房子内的所有实验中时间超过阈值时的平均热量和一氧化碳由表2和图3表示。检查平均阀门值,很明显,这些实验中热量增长到人们无能力先于有毒气体发生。如果屋主在客厅/家庭房间或打开卧室站着(1.5米),在平房和二层楼中人们达到无法行动的平均时间先于模拟消防队点火后到达前8分钟或10分钟。 无能力的受害者躺在卧室的地板上(0.3米)发生在消防通风之后，或者由于卧室的门是关着并没有出现此事。这演示了两个重要的概念：（1）很明显,人们在这些房屋中有的某些地方需要救援。（2）消防员通风实践是必要的,因为他们可以对结构内的居住者产生重大影响。3.4. 在着火点附近通风并控制火势消防队员的基础通风训练中指出了通风是尽可能接近着火点。这意味着火灾释放的热量和烟是本地火灾起源区域。远离着火点处通风为房屋内没有着火的部分创造了氧气和流通的环境。在平房中的实验12和7的比较如图39所示。红线代表当前门打开时实验中地板以上1.5米的温度,客厅窗口随后打开。蓝线是在相同的位置测量,但是实验时前门打开紧接着卧室2的窗户打开，远离火。图显示了一个通风口在火灾附近时的略有增长的火势。这是意料之中的因为氧气的来源是在着火的房间,火势也可以反应这些并且增加其热释放率。卧室温度也会增加，但卧室2的峰值达到约250 卧室1的峰值是210。 然后他们温度开始降低,因为房子内缺少可用的氧气。当通风口远离着火点是,卧室的温度不会像峰