消防工程学 第2-5章 火灾基础课件

火灾基础第2章：火灾发生第3章：火灾蔓延第4章：火灾烟气第5章：典型火灾及烟气蔓延过程分析

火灾-燃烧现象，火灾过程发生、蔓延和熄灭三个阶段，燃烧学基本理论分析研究。可燃物、氧化剂和点火源是燃烧的三要素。第2章：火灾发生燃烧的条件燃烧三角形氧气链式反应可燃物热源燃烧四面体氧气可燃物热源可燃物的种类多，根据其存在的形态可分为气体、液体和固体可燃物。三种类型可燃物着火过程不同。可燃混合气体着火方式：自燃着火和强迫着火或点燃。－着火过程。自燃：一定体积可燃混合气体预热－某一温度，可燃物缓慢氧化还原反应，放热，气体温度增加，反应速度加速，生成更多热量，反应速度急剧增大－着火。强迫着火：可燃混合气体内某部分用点火源点着相邻一层混合气→燃烧波自动传播到混合气其余部分。点火源：火焰、高温体、电火花等。着火机理：热自燃机理和链式自燃机理。2.1气体可燃物的着火热自燃机理谢苗诺夫热自燃理论：外部热源加热下，反应混合气>某温度，可燃混合气化学反应放热>容器器壁散热，混合气温↑，混合气反应速率和放热速率↑，→极快反应速率而达到着火。优点：解释可燃混合气(烃类预混可燃气)热自燃过程的许多现象，如爆炸浓度界限等。系统的热平衡工况根据q1和q2曲线相交、相切或者既不相交也不相切，将系统分为三种工况。第一种工况：q1和q2’曲线相交于A、B两点；第二种工况：q1和q2’’曲线不相交也不相切；第三种工况：q1和q2曲线相切于C点，C点是不稳定的。物理意义：系统由于热量自行积聚，温度升高，反应自动加速转变为很剧烈的着火过程，这就是热自燃过程。系统温度从T0自发升到TC所需的时间称为着火延迟时间。谢苗诺夫公式着火临界压力与自燃温度的关系低压，自燃着火温度高，高压，自燃着火温度低。自燃温度和着火临界压力与燃料和空气的组分有关（图2-3，2-4，P18）自燃温度与混合气成分的关系临界压力与混合气成分的关系

缺点：不少气体燃烧现象不符合热自燃理论。如氢／氧体系在低压下其可燃界限呈“半岛”形，且有三个爆炸浓度极限，如图2-5所示。说明并非在所有情况下着火都是由于放热的积累而引起的自动加速反应。链式自燃机理链式自燃机理：混燃气中，自由基反应链分支，使活化中心(自由基)迅速增殖，反应速率急剧升高而导致着火。反应自动加速不一定靠热量积累，通过自由基链式反应(有分支的链式反应)能积累活化中心，使反应自动加速，直至着火。化学反应的分类按反应机理的复杂程度不同，通常把反应分成两大类：

简单反应：由反应物经一步反应直接生成产物的反应

复杂反应：反应不是经过简单的一步就完成，而是要通过生成中间产物的许多反应步骤来完成，其中每一步反应称为基元反应化学反应是具有不同原子结构的物质重新组合的过程。人们把那种能代表反应机理的、由反应微粒（分子、原子、离子或自由基等）一步直接实现的变化称为“基元步骤”。化学反应速率简单反应或复杂反应的基元反应，其反应速率与各反应物浓度以其化学计量系数为指数幂的乘积成正比。k：反应速率常数或比反应速度，不同的反应有不同的k，其大小直接反映了速度的快慢和反应的难易，并取决于反应温度及反应物的物理化学性质。反应速度方程式化学反应机理活化分子碰撞理论：可对简单反应作出合理解释，对于燃烧速度随反应温度升高而急剧增高的反应。

链锁反应：对于复杂反应，化学反应在低温度下能很激烈地进行的反应作出解释。活化分子碰撞理论观点

在简单反应中，由于反应物中存在着大量作不规则热运动的分子，它们之间有可能发生碰撞。当碰撞能破坏反应物原有分子键结构，生成新键时化学反应发生。只有相互碰撞的分子所具有的能量超过一定反应能级水平时才能进行化学反应，这一能级称为活化能。链锁反应理论观点

很多化学反应并不是一步就能完成，而是需要经过中间若干基元反应才能完成。在中间反应过程中会产生一些活性物（活化中心），再由这些活化中心与原始反应物进行化学反应，这时除产生最终生成物外，同时也再生出若干活化中心，因此可以使化学反应得以继续进行下去。链锁过程链引发：以光照、加热、引发剂等方法使反应物分子断裂生成链载体的过程。M为惰性分子。链传递：链载体与反应物分子交替反应的过程，链载体起着传递的作用。链终止：链载体与器壁碰撞形成稳定分子，或两个链载体与第三个惰性分子相撞失去能量而成为稳定分子，则链中断而终止。总反应：链引发：链传递：链终止：直链反应：反应中载体数目始终未增加。上述反应是直链反应。支链反应：在等温条件下，基元反应产生的链载体数目比消失的多，链传递过程呈技叉发射状。支链及反应速率是加速的。链锁反应分类链锁反应解释氢氧反应着火极限（略）

氢／氧反应体系中，存在链的分支，H与其他基团反应可生成三个H，使得H浓度迅速增加，同时也存在自由基的销毁过程。包括气相销毁(自由基在气相中与稳定分子碰撞失去活性)和器壁销毁(自由基与器壁碰撞失去活性)。设第一、第二极限之间的爆炸区内有一点P(见图2-5)，保持系统温度不变而降低系统压力，P点则向下垂直移动。此时因氢氧混合气体压力较低，自由基扩散较快，氢自由基与容器器壁碰撞的机会较多，因此易发生器壁销毁，压力越低销毁速度越快。当压力下降到某一值后，自由基销毁速度可能大于自由基生成速度，于是系统由爆炸转变为不爆炸，爆炸区与非爆炸区之间出现了第一极限。

如果保持系统温度不变，而升高压力，P点则向上垂直移动。这时因气体压力较高，密度较大，自由基与稳定分子碰撞的机会增多，气相销毁的速度加快。当压力增加到一定值时，自由基销毁速度可能会大于自由基增长速度，于是系统由爆炸转为不能爆炸，爆炸区与非爆炸区之间出现了第二极限。压力再升高，又会出现新的自由基连锁反应，导致自由基增长速度增加，系统又发生爆炸，这就是爆炸的第三极限实际燃烧－无纯粹热自燃或链式自燃→同时存在、相互促进。可燃混合气自行加热加强热活化和链反应基元反应。低温时链反应使系统加热，加强分子热活化→不能单一自燃理论解释。高温时，热自燃是着火主要原因，低温时支链反应是主要原因。着火反应两特征：①具有一定着火温度Ti。反应系统＝Ti，反应速率急剧增大，气压↑，伴放热、发光等现象。②着火温度前有感应期（着火延迟时间）。着火延迟时间内，反应速率极慢，可燃混气浓度变化小。

强迫着火强迫着火或点燃(引燃)：冷反应混合物被炽热高温物体(如电火花、高温固体质点、点火火焰等)在局部迅速加热，并在高温物体附近引发火焰，局部火焰点燃邻近混合气并传播，整个混合气燃烧。强迫点火和自燃着火：原理一致，化学反应急速加剧。具体进行时不同：强迫着火仅在混合气局部(点火源)附近进行，自燃在整个可燃混合气中进行。自燃：全部可燃气在一定环境温度下。强迫着火:全部混合气较冷状态。保证点燃和传播，强迫着火温度(点火温度)比自燃温度高得多。强迫着火：可燃气形成局部火焰、火焰在混合气体中传播两阶段。2.2液体可燃物着火

图2-6液体可燃物的着火过程示意图

2.3固体可燃物的着火过程示意图

可简化为等容绝热过程温度>2000℃

气压6－8个atm2.4爆炸引起火灾在一空间范围内，当可燃气体、可燃蒸汽或粉尘浓度处于可燃界限之内，并且有足够大能量的点火源和温度足够高时，就会发生气相爆炸，并引发火灾。第3章火灾蔓延

可燃气与空气混合-预混可燃混合气，着火燃烧，火灾蔓延。预混气体流动状态影响燃烧过程。流动状态不同，燃烧形态不同。3.1气体可燃物中火灾蔓延层流状态火焰因可燃混合气流速不高，无扰动，火焰表面光滑，燃烧状态平稳。层流火焰：热传导和分子扩散－热量和活化中心供给邻近未燃可燃混合气薄层，使火焰传播。层流状态及层流火焰湍流火焰：可燃混合气流速较高或流通截面较大、流量增大时流体中产生流体涡团，无规则旋转和移动。流动过程中扰动。火焰表面变形。与层流火焰不同，湍流火焰面的热量和活性中心未向未燃混合气输送，靠流体涡团运动激发和强化，受流体运动状态支配。湍流燃烧激烈，火焰传播速度大。表3-1一些燃料和空气预混合气体的层流火焰传播速度。爆轰湍流状态及湍流火焰液体可燃物的燃烧：喷雾燃烧和液面燃烧。火焰在油雾中、液面上传播，造成火灾蔓延。油雾中火灾的蔓延(粒径小）－气体3.2液体可燃物中火灾的蔓延比气体、液体可燃物的燃烧过程复杂，影响因素多影响因素：材料特性、环境因素有关，其大小决定火势发展的快慢。熔点、热分解温度越低、燃烧速度越快、蔓延快。3.3固体可燃物火灾的蔓延环境风速及氧浓度和空气压力对火灾蔓延速度产生影响：环境中氧浓度增大，火焰传播速度加快；风速增加也有利于火焰的传播，但风速过大会吹灭火焰；空气压力增加，提高了化学反应速度，加快火焰传播。相同的材料，在相同的外界条件下，火焰沿材料的水平方向、倾斜方向和垂直方向的蔓延速度也不相同（P30-31）。火焰蔓延初始燃烧表面的火焰，将可燃材料燃烧，并使火灾蔓延开来。火焰蔓延速度主要取决于火焰传热的速度。火焰蔓延速度可由下式求得：高层建筑火灾蔓延的方式热传导火灾通过传导的方式进行蔓延扩大，有两个比较明显的特点：其一，必须由导热性好的媒介，如金属构件或金属设备等；其二，蔓延的距离较近，一般只能是相邻的建筑空间。热对流热对流是建筑物内火灾蔓延的一种主要方式。建筑火灾发展到旺盛期后，一般说来窗玻璃在轰燃之际破坏，又经过一段时间的猛烈燃烧，内走廊的木质户门被烧穿，或者门框之上的亮窗玻璃被破坏，导致烟火涌入内走廊。热辐射热辐射是相邻建筑之间火灾蔓延的主要方式之一。建筑防火中的防火间距，主要是考虑防止火焰辐射引起相邻建筑着火而设置的间隔距离。要搞清楚火焰辐射对火灾蔓延的机理，首先必须搞清楚两个问题，即，点燃可燃材料所需的辐射强度是多少？建筑物发生火灾时能够产生多大的辐射强度？第4章火灾烟气燃烧或热解作用所产生的悬浮在气相中的固体和液体微粒.

含烟粒子气体称为烟气。由三种类型物质组成：

(1)气相燃烧产物；

(2)未燃烧的气态可燃物；

(3)未完全燃烧的液、固相分解物和冷凝物微小颗粒。烟气的危害性：含有毒、有害成分；腐蚀性成分；颗粒物等；火灾环境高温缺氧。4.1烟气的产生产烟量：衡量火灾环境的基本因素之一。产生烟气的燃烧状况，即明火燃烧、热解和阴燃，影响烟气的生成量、成分和特性。明火－产生炭黑，微小固相颗粒－火焰和烟气。火焰高温作用下，可燃物热解，析出可燃蒸气如聚合物单体、部分氧化产物、聚合链等。在其析出过程中，部分组分可凝聚成液相颗粒，形成白色烟雾。阴燃－无明火燃烧，生成的烟气中含有大量的可燃气体和液体颗粒。图4-1表示有机可燃物分解和燃烧过程中生成物形成过程。高层公共建筑屋内家具和装饰材料多，可燃物多，火灾荷载为30～50kg/m2。以我国新建高层宾馆为例，客房放置两张床、写字台、沙发、软椅茶几、木门壁橱等＋床垫及床上用品、地毯、窗帘等。相当于30～40kg/m2的标准木材，即平均火灾负荷密度为30～40kg/m2。一般木材在300℃时，发烟量约为3～4m3/g，即3000～4000m3/kg。典型客房面积为18m2，一客房内可燃物按木材的发烟量为2205000m3(35kg/m2×18m2×3500m3kg)。发烟量不损失，可充满像北京长富宫饭店主楼(高90m，标准层面积960m2)类似的高层建筑24座。4.2烟气特性与危害－烟气的物理特性颗粒尺寸分布：烟颗粒的尺寸分布和数目决定着烟的特性。很多情况下常用几何分布来描述烟颗粒的尺寸分布，即随logd的变化，在此d表示颗粒直径，ΔN表示单位体积内尺寸为logd到logd+Δlogd之间的颗粒数目。o大o对数正态分布粉尘粒径分布曲线很少像正态分布那样成对称的钟形曲线，以lndp代替dp就可以将其转化为近似正态分布曲线的对称性钟形曲线。特征数：几何平均粒径dg=d50，（几何标准差）4.2.1烟气浓度由于烟对光的吸收和散射作用，使得仅有部分光能够穿过烟气，从而降低了火灾环境的能见度。当一束波长为λ的光通过烟气时，根据Lambert_beer定律，有：

式中：Iλ0—入射光强；Iλ—透过烟气的光强；

L—平均射线行程长度；

K—消光系数，K=Km*Ms；

Km—单位烟质量浓度的消光系数（比消光系数）；

Ms—烟质量浓度（单位体积内烟的质量）。烟气浓度以减光率和光学密度来衡量烟气减光率：百分不透明度（S）烟气的光学密度为

S和D的关系为D=2-log(100-S)由式Iλ、K，D，得单位平均射线行程长度上的光学密度：DL

比光学密度（Ds）常用于标准烟箱法测量发烟的光学密度：式中：Vc为烟箱体积，Av为发烟试件的面积；Ds大，烟气浓度大。表4-2。烟气的质量光学密度（Dm）：式中mf—发烟材料的质量损失。火灾中的疏散标志和通道的能见度对人员逃生极为重要。能见度与对比度关系密切，对于很大的，均匀背景下的孤立物体，其对比度的定义为：式中：B，B0分别物体和背景的亮度或光线强度；日光下黑色物体相对于白色背景的对比度为C=-0.02。该值通常被认为是能从背景中清楚辩别物体的临界对比度;物体的能见度（S）定义为距对比度减小至-0.02这点的距离。而许多情况下，火灾环境中能见度的测量常以物体不可辩清的最小距离为标准。并不用光度计去实际测量对比度。

火场能见度

火场能见度与烟气消光系数之间经验关系：消光系数KS=8对于发光物体能见度KS=3对于反光物体

例题：在6m见方，2.5m高房间明火燃烧200g的聚氨酯软泡沫座垫。试估算此时火焰中反光疏散通道标志的能见度。在表（《火灾学简明教材》中表4.8）中查得烟气质量光学密度：Dm=0.22m2/g。由式，由式，K=2.3DL=2.3*0.49=1.12m-1

由式，S=3/K=3/1.12=2.7m。4.2.2烟气的危害高温烟气携带并辐射大量的热量：人体皮肤温度约为45时即有痛感，吸入150或更高温度的热烟气将引起人体内部灼伤。缺氧一般情况下缺氧并不是主要问题，然而在轰燃发生时，可能很大区域内的氧气会被耗尽，尽管轰燃只发生在某一房间之内。在一般大小的房间之中，3MW的火可能会在30s内耗尽所有室内的氧气。有毒、有害成分：

CO、HCl，CO2，HCN，H2S，COCl2，NO2，SO2，Cl2，NH3等。表（4－3）对人体的影响。减光性分类单纯窒息性化学窒息性气体O2(％)CO2(％)CO(10-6)HCN(10-6)毒的作用

因对机体组织供氧量降低而造成精神、肌肉活动能力降低，呼吸因难，窒息。吸气中O2的分压力降低，引起缺氧症，呼吸困难，弱刺激，窒息。阻碍血液的输氧能力，头痛，肌肉调节障碍，虚脱，意识不清细胞呼吸停止，头晕，虚脱，意识不清。一天8h，一周40h的劳动环境中容许浓度闻到臭味刺激咽喉刺激眼咳嗽接触数小时安全接触lh安全接触30min～1h危险接触30min致死接触短时间致死

6％

5000

4％4％

1.1％~1.7％3％~4％5％~6.7％

20％

50

100400~5001500~2000400013000

10

2045~54110~135135270火灾时疏散条件14％3％2000200

评价材料烟气毒性大小：化学分析法、动物试验法、生理研究法

化学分析法：气体浓度和成分；温度对产物及含量的影响表4-4。可分析气态燃烧产物的种类和含量，不能解释毒性的生理作用，因此需进行动物试验和生理研究。4.3烟气毒性评价方法气体种类取样方法备注

气相色谱

CO、CO2、O2、N2烃类间断取样

使用5(1＝10-1nm)分子筛和GDXl04柱红外光谱(不分光型)CO、CO2连续取样专用仪器傅立叶红外气体分析仪(FT—IR)CO、CO2、HCN、NOx、SO2、H2S、HCl、HF、NH3、CH4等十多种气体连续取样

一次分析最短时间为1秒

比色法HCN丙烯醛间断取样，水溶液吸收

限于低浓度

离子选择性电极法卤素离子间断取样，水溶液吸收

电化学法CO连续响应较慢气体分析管

CO、CO2、HCN、NOx、H2S、HCl间断取样半定量

动物试验法通过观察生物对燃烧产物的综合反应来评价烟气的毒性。分为简单观察法和机械轮法等。

生理研究法解剖在火灾中中毒死亡者，了解死亡的直接原因，如血液中毒性气体的浓度、气管中的烟尘，及烧伤情况等。研究表明，死者血液中，CO和HCN是主要的毒性气体。在气管和肺组织中检出重金属成分，如铅、锑等，以及吸入肺部的刺激物，如醛、HCl等。

毒性评价指标评价烟气毒性的指标很多，主要有：

(1)终点判据。在一定暴露时间内，试验动物的死亡率、瘫痪(停止活动)率、发病率等。（2）毒性指数。LC50－使50％动物丧失生命的烟气浓度；EC50－使50％动物丧失活动能力和停止活动的烟气浓度；（3）毒性指数。LD50-使50动物致死的剂量。（4）毒性指数。LT50和IT50－使50％动物死亡和停止活动的时间。答：（1）缺氧窒息作用。燃烧要消耗大量氧气，使空气中含氧量大大降低，燃烧产生的CO2从而产生窒息作用。（2）毒性、刺激性及腐蚀作用。燃烧产生的CO2、SO2、HCL、HCN及氮的氧化物具有毒性、刺激性及腐蚀性、烟气的爆炸性。（3）高温气体的热损伤作用。燃烧产生的高温对人体造成巨大损伤，烟气的毒害性、烟气的减光性。

举例说明燃烧产物有哪些毒害作用？其危害性主要体现在哪几个方面？

第5章典型火灾及烟气蔓延过程分析5.1建筑物火灾

室内可燃物的燃烧过程火羽流室内可燃物着火之后，在可燃物上方形成气相火焰，这种火焰可分为三个区域，最下面－连续火焰区中间－间断火焰区：间断火焰区最大的特点是呈间歇式振荡燃烧，主要原因是火羽流与周围空气之间边界层的不稳定性造成的，这种不稳定性震动呈轴对称的涡旋结构。最上面－无火焰热烟气区：无火焰热烟气区由完全燃烧产物(如CO2和水)、不完全燃烧产物(如CO、气态及液态碳氢化合物、炭粒等)和卷吸的空气所组成。室内可燃物着火后产生火羽流的情况如图5-l所示。火羽流的轴对称旋涡结构火羽流中心线上温度和流速分布的示意图（5-2)。可燃空气与环境空气混合形成扩散火焰，平均火焰高度为L。火焰两边向上伸展的虚线表示羽流边界，即由燃烧产物和卷吸空气构成的整个浮力羽流边界。环境空气以涡流形式快速穿过该边界进入浮力羽流区。火焰下部的连续火焰区，因温度较高而几乎维持不变。而从火焰上部的间断火焰区开始，温度逐渐降低，这是由于燃烧反应逐渐减弱并消失，同时环境冷空气被大量卷入的缘故。火羽流中心线上的速度在平均火焰高度以下逐渐趋于最大值，然后随高度的增加而下降。

可燃物表面上可见火焰-燃烧化学反应区。一般，火焰下部的层流非常稳定，而火焰上部则呈现出间断性，与气流结构的耗散有关。

火焰高度－在某一高度位置上存在的时间分数，在持续火焰区内其值为1，随着高度的增加进入间断火焰区，其值逐渐减小→零。平均火焰高度(L)－火焰间断性降至50％的高度。

火焰高度：表示燃烧速度及火焰蔓延规律的重要参数。火焰高度为方便研究，许多学者提出利用平均火焰高度来表征火焰高度，它反映了火焰高度的统计特性。平均火焰高度的定义有多种，比如Thomas定义平均火焰高度为卷入的空气与可燃气体恰巧完全反应时对应的高度，而应用最为普遍的一种是利用间歇函数定义的火焰高度。另外，火焰脉动也是火焰高度的重要特性，其脉动的强弱通常用脉动频率来表征。平均火焰高度总的来说，研究火焰高度的方法主要有目测法、特征参数法和图像观察法。目测法是试验时直接观察火焰高度的变化情况，最后取平均值。此方法较为简便，但是存在很大的误差，受人为主观因素的影响也较大。特征参数法是利用实验仪器设备测量火焰内部的各种参数,比如压力、电荷等。该方法的精度较高，数据真实可信，但是对仪器设备的要求很高，而且测量结果受外界因素的影响较大。图像观察法则是利用图像来间接观察火焰高度的变化，然后标记火焰位置来计算平均火焰高度和火焰脉动频率。该方法比较简单，但是受人为主观因素的影响很大，因而难以得到精确、客观的量化结果。平均火焰高度的研究方法研究结果：火焰高度(L)与火区直径(D)及燃烧速率密切相关:注意：上述表达式不适用于N大于105时所对应的大动量射流的情况；仅适应于液体燃料池火和其他水平固体表面火，但不包括存在内部燃烧的燃料垛火。

浮力羽流沿垂直方向的运动受室高限制，在遇顶棚后流动将改变方向形成顶棚射流。如果火源靠近墙壁或墙角，因边界对空气卷吸作用的阻碍，浮力羽流将向墙壁一侧倾斜。靠近墙壁的浮力羽流倾斜状态图火羽流沿顶棚水平方向流动示意图

顶棚射流火羽流上升撞击顶棚后，水平运动，形成~。图5-3实际出现在火灾初期，为出现热烟气层。多数情况下顶棚射流的厚度=顶棚高度的5~12%；最大速度和温度出现在顶棚以下高度的1%处。公式（5-5）~（5-8）对应两个区域的温度和速度

安全逃生热烟气层下降速度---安全逃生、组织灭火，公式（5-9）简化公式（5-10），获得烟气层厚度与时间关系---安全逃生时间。当有开口，考虑热烟气流流出量对下降速度的影响。室内火灾的发展过程在此仅讨论耐火建筑中具有代表性的一个房间内的火灾发展过程，室内火灾的发展过程可用室内烟气和火焰平均温度随时间的变化来描述，如图5-5所示。根据室内火灾温度随时间的变化特点，可以将火灾分为三个阶段，即起火阶段、全面发展阶段和熄灭阶段。起火阶段室内火灾发生后－局部燃烧，出现三种情况：(1)最初可燃物烧完，未蔓延至其他可燃物－初始着火可燃物隔离。(2)通风不足－自行熄灭(虚线)，或供氧受限，燃烧速度慢。(3)可燃物足够＋通风良好，火灾迅速发展→房间中所有可燃物(家具、衣物、可燃装修材料等)燃烧→全面发展燃烧。特点：火灾燃烧范围小（起火点附近）；室内温度差别大；火灾发展速度较慢，火势不稳定；火灾发展时间长短因点火源、可燃物性质和分布、通风条件等的影响而差别很大。注意：灭火最佳时机，室内安装和配备适当数量的灭火设备。人员疏散的有利时机。

全面发展阶段火灾扩大，火温达一定值时（受热辐射）房内可燃物热解、气化→房内可燃气体起火，整个房间充满了火焰，房间内可燃物表面卷入火灾，燃烧猛烈，温度升高快。房间内局部燃烧向全室性燃烧过渡－轰燃。轰燃：室内火灾特征，标志全面发展阶段。轰燃：持续高温（1100℃）。火焰、高温烟气从房间开口大量喷出→火灾蔓延。高温影响构件，降低构件承载能力→破坏。耐火建筑房间：起火后，四周墙壁和顶棚、地面坚固，不会烧穿；全面燃烧阶段，通风控制室内燃烧，室内火灾保持着稳定燃烧状态。火灾全面发展阶段的持续时间取决于室内可燃物的性质和数量、通风条件等。为减少损失，针对全面发展阶段特点，防火设计：耐火性能防火分隔物，控火，防止蔓延；耐火程度较高建筑结构－承重体系，确保不倒塌破坏；

熄灭阶段后期：室内可燃物挥发物质减少，燃烧速度递减，温度逐渐下降。室内平温→最高温度80％→熄灭阶段。房间温度下降明显→可燃物烧光→室内外温度相同，结束。其前期，燃烧猛烈，火温高。应注意：防止建筑构件因较长时间受高温作用和灭火射水冷却作用而出现裂缝、下沉、倾斜或倒塌破坏，确保消防人员的人身安全；应注意防止火灾向相邻建筑蔓延。

烟囱效应(Stackeffect)

建筑火灾烟气流动与蔓延过程烟囱效应造电:澳大利亚千米“太阳塔”工程。烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。正向烟囱效应：外界温度低，内部温度高

逆向烟囱效应：外界温度高，内部温度低建筑火灾中的烟气蔓延在一定程度上依赖于烟囱效应。外部风作用在背风面：外部风产生的负压会抽走着火房间烟气，缓解烟气蔓延在迎风面：外部风作用驱动烟气在着火楼层内迅速蔓延，扩大烟气危害。

膨胀作用和浮力

膨胀作用：对于有多个门（窗）敞开的着火房间，其作用可以忽略；对于密闭性较好的着火房间，其产生的压差非常重要。

浮力作用：使烟气经着火房间顶棚开口或墙壁任何开口（缝隙）向其他区域蔓延。影响随与着火区之间的距离增大而减小。引风机动力作用（供暖、通风和空调系统）

迅速传递烟气。在火灾起始阶段，有助于火灾探测。随火势的增长，加速烟气的蔓延。烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。高层建筑烟囱效应分析在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并污染室内；其次，风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m/s，意味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s左右。如果燃烧条件具备，整个大楼顷刻问便可能形成一片火海。为有效减弱烟囱效应产生的负面影响，可采取以下一些措施∶

在冬季，空气主要是通过各种外门从底层流入室内，最直接的方法是将建筑通向外界的所有门，尽可能地设置成两道门、旋转门、加装门斗或在外门内侧设置空气幕等，这对于大厅门尤为必要，对于那些次要通道连同地下停车场的外门口等，在冬季也要装门，至少应增挂厚门帘。在冬季，电梯井顶部的通风孔应适当向小调整或关闭。

对于已采暖的建筑物，尽量不使低层部分的室内温度高于高层部分。当火灾发生时，不仅在任何季节通过各类竖井产生烟囱效应，而且还可能在小范围内通过穿越楼板的空调管道，甚至是一些不引人注意的孔隙产生烟囱效应。对此，《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995）有以下明确规定∶

（1）当围护结构采用幕墙形式时，“与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用不燃烧材料严密填实”。

（2）“建筑高度不超过100m的高层建筑，其电缆井、管道井应每隔2~3层在楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔；建筑高度超过100m的高层建筑，应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作防火分隔”。因施工缺陷、桥架和管道根部形成的各种孔隙，必须用不燃烧材料填塞密实。（3）“楼梯间和前室的门均为乙级防火门”，并“应具有自行关闭的功能”；各种竖向管井“井壁上的检查门应采用丙级防火门”：“电缆井、管道井与房间、走道等相连通的孔洞，其空隙应采用不燃烧材料填塞密实”：“垂直风管与每层水平风管交接处的水平管段上应设防火阀”：“厨房、浴室、厕所等的垂直排风管道，应采取防止回流的措施或在支管上设置防火阀”，以确保火灾时与走道及房间的分隔，防止各楼层之间通过竖井交叉蔓延。

2001年台湾汐止东方科学园区的大火，这场火在凌晨4:00由三楼开始起火，火势一度获得控制，但接着火势跳跃中间的楼层，直接从十六楼又开始起火，据推测很可能就是所谓的烟囱效应造成此种延烧方式，接下来，我们来分析一下，烟囱效应在高层建筑的形成过程。(3、4层)

(16层以上)

(25、26层外观)

当火势在建筑物内部形成时，内部空气因受热而密度变低，烟流因浮力效应向上流动，而在高层建筑中，有楼梯间、电梯竖井及管路间等垂直通路，正好提供烟流垂直流动的管道，烟层于是向上蓄积，理想上烟层会到达楼顶后再以水平的方向蔓延到楼层内部，而夹在起火层及烟层蓄积层间的楼层是不会有烟流蔓延到楼层内部，一直要到烟层下降到该面的楼层，才会有烟流蔓延。实际情形下，烟层是否会在楼顶蓄积要视楼层高度、外界温度、火场温度等决定，譬如说，大楼为30层的建筑，由于上述条件的交互影响，烟层有可能到达不了楼顶，可能在楼层第20层开始蓄积，并向水平漫延，此时，20层已上的楼层不会感受到有烟流的存在。要防止烟囱效应对生命财产的危害，最重要的就是要做好各垂直通道、管道间的防火阻绝，不要有空隙让烟流可往水平方向流窜，就能将危害减到