室内火灾轰燃的判据、影响因素及防治措施

摘要：轰燃是建筑室内火灾的一种极为特殊的过程，其发生标志着火灾由初期阶段发展为充分发展阶段，本文通过查阅相关文献，对轰燃的判据进行分析，在综合研究影响轰燃发生因素的基础上，提出预防轰燃发生的有效措施。

   关键词：轰燃，温度，热释放速率，防治措施

   1 引言

   室内火灾是一种在受限空间内发生的燃烧现象，也是建筑物火灾的重要形式。建筑室内一旦发生火灾，如果通风条件良好且燃料充足，则有可能发生轰燃。由于轰燃所产生的烟气蔓延迅速，同时还伴随着大量的烟气往室外空间扩散，整个受限空间内的大部分范围可能在极短的时间内被火灾所致的浓烟笼罩，从而严重影响建筑室内人员的安全疏散，并对建筑室内的人身安全和财产损失构成极大威胁。

   2 轰燃的定义

   室内火灾可分为三个阶段：初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段，如图1所示（室内火灾发展的温度——时间曲线）。轰燃标志着室内火灾由初期阶段向充分发展阶段的转变，对于这一概念已有过不少定义，其中常见的有：

   （1）室内火灾由局部火向大火的转变，转变完成后，室内所有可燃物表面都开始燃烧；

   （2）室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变；

   （3）在室内顶棚下方积聚的未燃气体或蒸气突然着火而造成火焰迅速扩展。

   轰燃发生前，火势只在着火物或相邻可燃物间以延烧的方式蔓延，速度较慢，发烟量少，烟气浓度较低，室内CO、CO2体积分数都较低，对人员的安全疏散不构成大的威胁，而轰燃一旦发生，火势就立刻进入到高速增长期，室内可燃物部分或全部瞬间迅速燃烧，发烟量猛增，烟气温度、CO、CO2体积分数等均呈直线上升趋势，现场人员的安全疏散将变得异常艰难，若此时人员还滞留室内，生存的希望将极其渺茫。同时，大量突出房间的高温烟气和火焰，还将直接威胁着火层上层及水平相邻房间的人员和财产安全。因此，了解把握轰燃发生的特点和规律，掌握控制及延缓轰燃发生的方法，对室内火灾发生后保护人身安全及防止火势的蔓延有着至关重要的作用。

   3 发生轰燃的判定条件

   室内火灾与敞开环境中的燃烧形式相比，由于其受到空间局限性、可燃气积聚以及建筑物墙壁热辐射等因素作用的影响，火灾行为表现得极为复杂，轰燃即为室内火灾由局部燃烧瞬间转变为室内所有可燃物表面均开始燃烧的转折点。火灾从此刻开始由初期阶段进入充分发展阶段，室内可燃物与氧气快速发生反应，在极度提升火场温度的同时，还将导致环境氧浓度急剧下降，导致被困人员生存率几乎为零。

   将发生轰燃的条件量化为可以测量或计算的物理量是一件极为困难的事情，各国科学家在这方面作了大量的研究工作，同时也提出了不少新的思路和设想。目前，针对室内火灾轰燃的预测，倾向于采用下列两种方式来确定轰燃是否发生：a.顶棚热烟气层的温度是否达到600℃；b.地板表面的热辐射强度是否达到20kW/m2。

   4 影响轰燃发生的因素 4.1 可燃物热释放速率

   可燃物的热释放速率是轰燃发生的主要影响因素，与可燃物的其他燃烧性能参数相比，它能更好地体现火灾规模的大小和危险程度，其与火焰的高度、辐射热通量有直接的关系，火灾的发展和轰燃的发生与之密切相关。热释放速率不仅被看作是材料或建筑构件在大尺寸燃烧性能中的关键指标，而且也是评价产品燃烧性能及危险性的一个最重要的变量，尽管许多典型的火灾案例说明有毒的气体是导致死亡的重要原因，但是与可燃气体的潜在毒性相比，热释放速率能更好地预测火灾的危险性。不同的热释放速率将直接影响火焰传播速度的快慢及室内烟气温度的高低，对室内火灾的发展有决定性的影响，如果室内可燃物的热释放速率越大就越容易发生轰燃，反之则越不易发生轰燃，甚至在可燃物热释放速率小到一个临界值时，轰燃将不会发生。

   4.2 通风与排烟

   轰燃是燃料控制向通风控制转变的过程。通风因子较小时，火灾室内通风情况较差，对整个燃烧过程来讲表现为供氧不足，因此燃烧受通风控制，通风控制燃烧是受限空间的开口大小处在一定范围、火区发展达到一定规模时出现的现象；当通风因子足够大时，火灾室内和室外通风自由，空气供给充足，室内燃烧和开放空间的燃烧已无本质上的差别，此时燃烧受燃料控制。

   当排烟量继续增大，在火灾发展阶段室内烟气层高度变大，烟气层相对稀薄、温度较低、辐射较小，火灾发展较慢，对人员逃生较为有利；当排烟量过大时，室内无法形成稳定的烟气层，此时反而可抑制轰燃的发生。这是由于排烟量在一个较小范围内的增加，使得门与排烟口之间的空气对流变得更加强烈，从而使室内燃烧的空气供给变得相对充足，烟气产生和聚集的速率加快，对地板表面的辐射增强，导致轰燃提前到达。但达到稳定状态即轰燃以后，一方面由于排烟量的增大，空气供给相对充足，使燃烧相对更加充分；另一方面由于排烟量增大，大量烟气被排除，最终导致烟气层变薄、逐渐升高。同时由于烟气层变薄，烟气层温度降低、对地板表面的辐射降低，地板表面接收到的辐射热通量变小。但由于排烟量过大使大量烟气被排出室内无法形成稳定的烟气层，对地板表面的辐射热通量降低，因此不能发生轰燃。

   4.3 建筑材料热惯性

   材料的热惯性(kρc) 是热传导系数k、密度ρ和比热容c 的乘积，是表征材料导热能力和吸热能力的参数。如果建筑使用的内衬材料热惯性比较小，则其吸收热量的能力小，会导致室内温升过快，加速室内热量的积累，使轰燃发生的可能大大增加。

   4.4 房间内部尺寸

   根据国内外大量试验表明，同样载荷的可燃物在受限空间内(氧气充足的情况下) 的燃烧速率和危险性比室外大。如果建筑室内的围墙、顶棚的面积足够大，以至于可以忽略室内效应，那么燃烧就类似于室外火灾，轰燃发生的可能性就小；顶棚的高度越高，热烟气从底部向顶棚流动需要的时间就越长，从而向四周蔓延的速度就越慢，因而使轰燃发生的时间延长。

   5 轰燃防治措施 5.1 降低可燃物热释放速率

   室内可燃物的热释放速率是影响轰燃的因素之一。想要防止轰燃的发生，首先就是要降低可燃物的热释放速率。通过对比试验发现，采用阻燃制品可以有效地降低材料的热释放速率、温度和火焰表面蔓延速度，从而能够避免轰燃的发生。因此，在建筑中选用阻燃材料和制品对于从源头上遏制轰燃发生具有重要意义，选用本身耐燃、发烟低的高分子材料是未来阻燃材料的发展趋势。目前提高建筑领域可燃材料耐燃性、开发低发烟阻燃材料的主要方法是将阻燃剂与聚合物单体进行接枝、共聚，与不燃性的聚合物分子交联及经过特殊处理改变聚合物分子结构，在赋予聚合物永久阻燃性的同时降低发烟量，减少阻燃剂与聚合物的不相容性，保持聚合物原有的优异性能。

   5.2 合理设计通风和排烟

   建筑通风和排烟情况也是影响轰燃的重要因素。在进行建筑设计时，自然排烟和机械排烟的合理选择对于建筑防火至关重要，设计适合建筑通风的最佳开窗面积和高度，选择合理的排烟风机等一方面可以在火灾初期保证人员安全疏散，另一方面还可以使室内的大量烟气和热量及时排除，降低着火区温度，抑制轰燃的发生。

   5.3 设置自动喷水灭火系统

   自动喷水灭火系统具有安全可靠、灭火成功率高、工作性能稳定、适用范围广、不污染环境等优点，是国际公认的扑救室内初期火灾最有效的消防设施。目前，自动喷水灭火系统不仅在高层建筑、公共建筑、工业厂房和仓库中被推广应用，而且发达国家已开始在住宅建筑中安装使用该系统。除了存在遇水发生剧烈化学反应或爆炸、加速燃烧物品等不适宜用水扑救火灾的场所外，其他建筑有可能发生轰燃的场所均可考虑设置自动喷水灭火系统，来扑救室内初期火灾。即使喷淋系统不能及时扑灭室内火灾，但其喷出的水滴可通过蒸发来吸收火场产生的热量，大大降低着火区和热烟气的温度，有效抑制轰燃的发生。

   6 结束语

   轰燃是建筑室内火灾一种非常危险的现象，由于轰燃对被困人员、消防人员及建筑自身都存在巨大的危害，因此研究轰燃机理及其预测方法、做好轰燃的防治是一项任重而道远的工作，对保护人民生命财产安全具有重要意义。