燃烧与火灾

　　（一）燃烧与火灾的定义、条件和过程

　　1. 燃烧的定义

　　燃烧是物质与氧化物之间的放热反应，它通常会在同时释放出火焰或可见光。

　　2．火灾的定义

　　火灾是火失去控制蔓延而形成的一种灾害性燃烧现象，它通常造成人或物的损失。

　　3．燃烧和火灾发生的必要条件

　　同时具备氧气、可燃物、点火源，即火的三要素，简称火三角。这三个要素缺少任何一个，燃烧不能发生和维持，因此火的三要素是火灾燃烧的必要条件。在火灾防治中，如果能够阻断火三角的任何一个要素就可以扑灭火灾。

　　4．不同可燃物燃烧的过程

　　火灾中气态可燃物通常为扩散燃烧，即可燃物和氧气边混合边燃烧；液态可燃物（包括受热后先液化后燃烧的固态可燃物）通常先是蒸发为可燃蒸气，可燃蒸气与氧化剂再发生燃烧；固态可燃物先是通过热解等过程产生可燃气体，可燃气体与氧化剂再发生燃烧。

　　（二）火灾的分类、发生特点、发展规律及：π？nbsp；

　　1．火灾的分类

　　按发生地点，火灾通常分为森林火灾、建筑火灾、工业火灾、城市火灾等。森林火灾是指在森林和草原发生的火灾，它包括地下火、地表火、树冠火等形式，具有大尺度、开放性等特点；建筑火灾是建筑物内发生的火灾，往往在受限空间中蔓延，具有多种发展方式和火行为；工业火灾指工业场所，尤其是油类生产、加工和储存场所发生的火灾，这类火灾往往蔓延迅速，火强度大；城市火灾是城市中发生的火灾，由于城市中建筑和植被邻接、混杂在一起，城市既有建筑火灾的特点，又有森林火灾的特点。

　　按燃料性质，火灾又可分为A类、B类、C类和D类火灾。A类火灾是固体物质火灾；B类火灾为液体或可熔化的固体火灾；C类火灾为气体火灾；D类火灾为金属火灾。

　　2．火灾的发生特点

　　1）火旋风

　　由于风向、地理形态、建筑物的影响，火灾在蔓延的过程中会形成旋转火焰，即火旋风。它通常分为垂直火旋风和水平火旋风，它的出现使得火蔓延速度和火强度大大增加。

　　2）建筑火灾的发展过程

　　初起期、发展期、最盛期和熄灭期。初起期是火灾从无到有开始发生的阶段，这一阶段可燃物的热解过程至关重要；发展期是火势由小到大发展的阶段，这一阶段通常满足时间平方规律，即火灾热释放速率随时间的平方非线性发展，轰燃就发生在这一阶段；最盛期的火灾燃烧方式是通风控制火势的大小由建筑物的通风情况决定；熄灭期是火灾由最盛期开始消减直至熄灭的阶段，熄灭的原因可以是燃料不足、灭火系统的作用等。由于建筑物可燃物、通风等条件的不同，建筑火灾有可能达不到最盛期，而是缓慢发展后就熄灭了。

　　3）轰然

　　轰然的常见定义有：①室内火灾由局部向大火的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，转变使得火灾由发展期进入最盛期；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。

　　在工程上应用最广的两个轰燃判据为：①上层热烟气平均温度达到600℃；②地面处接受的热流密度达到20 kW／㎡.满足这两个条件时，通常可燃物可以发生轰燃。影响轰燃发生最重要的两个因素是辐射和对流情况，也就是上层烟气的热量得失关系，如果接收的热量大于损失的热量，则轰燃可以发生。轰燃的其他影响因素有：通风条件、房间尺寸和烟气层的化学性质等。

　　4）回燃

　　当通风条件非常差时，在室内发生的火灾燃烧一段时间后可能会因空气不足而熄灭。这时，虽然没有燃烧过程，但是灰烬的温度仍然非常高。由于开始时的燃烧过程以及燃烧结束后的高温环境，使室内可燃物仍然进行着热解反应，室内会逐渐积聚大量的可燃气体，此时一旦通风条件改善，空气会以重力流的形式补充进来与室内的可燃气体混合。当混合气被灰烬点燃后．这就形成大强度、快速的火焰传播，在室内燃烧的同时，在通风口外形成巨大的火球，从而同时对室内和室外造成危害，这种“死灰复燃”现象就称为回燃。回燃具有隐蔽性和突发性，因此对生命财产安全危害极大。

　　（三） 闪点、燃点、自燃点的定义

　　（1）闪点。在规定条件下，材料或制品加热到释放出的气体瞬间着火并出现火焰的最低温度。

　　（2）燃点。在规定的条件下，用标准火焰使材料引燃并继续燃烧一段时间所需的最低温度。

　　（3）自燃点。在规定条件下．不用任何辅助引燃能源而达到引燃的最低温度。

　　（四） 闪燃、阴燃、爆燃、自燃的概念

　　（1）闪燃。可燃物表面或上方在很短时间内（0～1 s）重复出现火焰一闪即灭的现象。

　　（2）阴燃。没有火焰和可见光的燃烧。

　　（3）爆燃。伴随爆炸的燃烧波，以亚音速传播。

　　（4）自燃。由于自加热引起的自发引燃。自加热可以是内部发热反应引起的温度升高，也可以是由于通电发热而产生的温度升高。

　　（五）氧指数的概念

　　在规定条件下材料在氮氧混合气体中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。

　　【例题】：建筑火灾的发展过程按顺序排列是＿＿＿ （ ）

　　A 初起期、燃烧期、最盛期和熄灭期 B初起期、燃烧期、发展期和熄灭期

　　C. 初起期、发展期、最盛期和熄灭期 D初起期、燃烧期、最盛期和轰燃期

　　【答案】： C

　　（六）火灾防治途径和阻燃方法

　　1. 火灾防治途径

　　火灾防治途径一般分为设计与评估、阻燃、火灾探测、灭火等。在建筑及工程的设计阶段就可以考虑到火灾安全，进行安全设计，对已有的建筑和工程可以进行危险性评估，从而确定人员和财产的火灾安全性能；对于建筑材料和结构可以进行阻燃处理，降低火灾发生的概率和发展的速率；一旦火灾发生，要准确、及时地发现它．并克服误报警因素；发现火灾之后，要合理配置资源，迅速、安全地扑灭火灾。目前，火灾防治的趋势是“清洁阻燃、智能探测、清洁高效灭火、性能化设计与评估”。火灾防治途径环环相扣，就构成了火灾防治系统。

　　2. 阻燃

　　高分子材料已广泛应用到工业、民用和建筑等各个领域，由于这些材料大部分是由碳氢元素组成且易燃，具有潜在的火灾危险性。采用高分子材料阻燃化技术可以克服或降低高分子材料的可燃性，减少火灾的发生及蔓延。

　　高分子材料阻燃化技术主要通过阻燃剂使聚合物不容易着火或着火后其燃烧速度变慢。阻燃剂按其使用方法分为反应型和添加型两种。

　　（1）添加型阻燃剂可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂，它们和树脂进行机械混合后赋予树脂一定的阻燃性能，主要用于聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯等树脂中。它的优点是使用方便、适应面广，但对聚合物的使用性能有较大的影响。

　　（2）反应型阻燃剂是作为一种反应单体参加反应，使聚合物本身含有阻燃成分。多用于缩聚反应，如聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂、聚碳酸醋等。反应型阻燃剂具有赋予组成物或聚合物永久阻燃性的优点。

　　阻燃剂大多数是元素周期表中的第VA，ⅦA和ⅢA族元素的化合物。如第VA族的氮、磷、砷、锑和铋的化合物，第ⅦA族的氯和溴的化合物以及第ⅢA族的硼、铝的化合物。此外硅、镁和钼的化合物也可作阻燃剂使用。其中最常用和最重要的是磷、氯、溴、锑和铝的化合物。

　　理想的阻燃剂应当是无色，易于加入聚合物或组成物中，与其他组分相容性好，对热和光的反应稳定，且具有良好的阻燃性和非迁移性，对聚合物的物理性能没有明显的不利影响。另一方面，阻燃剂本身的毒性较小，当加入到聚合物后不增加材料燃烧过程中的毒性。

　　在人们对阻燃剂及阻燃材料需求量增大的同时，人们对阻燃剂及阻燃材料的性能要求也更加多面化。到目前为止，绝大多数阻燃剂不能同时满足上述这些性能要求，往往是增加阻燃性能的同时影响材料的其他性能。因此，综合性能优化的阻燃技术是将阻燃性能、物理性能和应用性相互和谐统一，满足材料的使用要求及减少火灾风险。

　　目前广泛使用的含卤材料具有优良的阻燃性。但是当火灾发生时，由于这些材料的分解和燃烧时会产生大量烟雾，其主要起阻燃的卤化氢是有毒、有腐蚀性的气体，从而妨碍救火和人员的疏散，腐蚀仪器和设备，造成“二次灾害”。因此，它将被逐渐淘汰，取而代之的是更为清洁、环保的综合性能优化的阻燃技术及其产品。

　　（七）火灾探测原理与方法

　　1.火灾探测

　　火灾探测报警系统本身并不能影响火灾的自然发展进程，其主要作用是及时将火灾迹象通知有关人员，以便他们准备疏散或组织灭火，延长建筑物可供疏散的时间并通过联动系统启动其他消防设施。在火灾的早期阶段，准确的探测到火情并迅速报警，对于及时组织有序快速疏散、积极有效地控制火灾的蔓延、快速灭火和减少火灾损失都具有重要的意义。

　　2. 火灾探测的基本原理

　　在火灾的孕育与初期阶段，建筑物内会出现不少特殊现象或征兆，如发热、发光、发声以及散发出烟尘、可燃气体、特殊气味等。这些特性是物质燃烧过程中发生物质转换和能量转换的结果，为早期发现火灾、进行火灾探测提供了依据。深人分析火灾早期现象的特征，从中提取出可用于火灾探测的信息是一项极其重要的工作。按照探测元件与探测对象的关系，火灾探测原理可分为接触式和非接触式两种基本类型。

　　1）接触式探测

　　在火灾的初期阶段，烟气是反映火灾特征的主要方面。接触式探测就是利用某种装置直接接触烟气来实现火灾探测的，只有当烟气到达该装置所安装的位置时感受元件方可发生响应。烟气的浓度、温度、特殊产物的含量等都是探测火灾的常用参数。在普通建筑物中使用最多的是点式探测器，它们有一个直径约10Cm壳体，其内部安装了某种感受烟气浓度、温度或代表燃烧产物（如CO）的元件，当进入壳体的烟气所具有的浓度或温度达到所用元件的设定危险阈值时便发出报警。在某些特殊场合下，接触式探测器也可做成线型，如适宜在电缆沟内使用的缆线式感温探测器，它们是根据缆线所在空间环境的温度变化来判断火灾的。

　　2）非接触式探测

　　非接触式火灾探测器主要是根据火焰或烟气的光学效果进行探测的。由于探测元件不必触及烟气，可以在离起火点较远的位置进行探测，所以探测速度较快，适宜探测那些发展较快的火灾。这类探测器主要有光束对射式探测器、感光（火焰）式探测器和图像式探测器。

　　（1）光束式探测器是将发光元件和受光元件分成两个部件，分别安装在建筑空间的两个位置。当有烟气从两者之间通过时，烟气浓度致使光路之间的减光量达到报警阈值时，便可发出火灾报警信号。

　　（2）火焰式探测器利用光电效应探测火灾，主要探测火焰发出的紫外光或红外光，而不用可见光波段，因为它不易有效地把火焰的辐射与周围环境的背景辐射区别开来。

　　（3）图像式探测器是利用摄像原理发现火灾的，目前主要采取红外摄像与日光盲热释电预警器件进行复合。一旦发生火灾，火源及相关区域必然发出一定的红外辐射。在远处的摄像机发现这种信号后，便输入到计算机中进行综合分析。若判定确实是火灾信号，则立即发出报警。由于它所给出的是图像信号，因此具有很强的可视和火源空间定位功能，有助于减少误报警和缩短火灾确认时间，增加人员疏散时间和实现早期灭火。

　　【例题】：对火灾蔓延迅速，有强烈火焰辐射和少量烟、热的，常用＿＿＿ （ ）

　　A感光火灾探测器 B感温火灾探测器

　　C.感烟火灾探测器 D光束式探测器

　　【答案】： A

　　（八）灭火剂与烟气控制

　　1. 灭火剂

　　1）气体灭火剂

　　气体灭火剂的使用最早始于19世纪末期。由于气体灭火剂具有施放后对保护设备无污染、无损害等优点，其防护对象逐步向各种不同领域扩充。由于二氧化碳的来源较广，利用隔绝空气后的窒息作用可成功抑制火灾，因此早期的气体灭火剂主要采用二氧化碳。在研究二氧化碳灭火系统的同时，国际社会及一些西方发达国家不断地开发新型气体灭火剂，经过几十年研究，终于发现卤代烷1211、1301灭火剂具有优良的灭火性能，因此在一段时间内卤代烷灭火剂基本统治了整个气体灭火领域。后来，人们逐渐发现释放后的卤代烷灭火剂与大气层的臭氧会发生反应，致使臭氧层出现空洞，使生存环境恶化。因此，国家环保局于1994年专门发出《关于非必要场所停止再配置卤代烷灭火器的通知》。

　　在淘汰卤代烷灭火剂的同时，促使人们寻找新的环保气体替代。其中被列为国际标准草案ISO 14520的替代物有14种，综合各种替代物的环保性能及经济分析，七氟丙烷灭火剂最具推广价值。该灭火剂属于含氢氟烃类灭火剂，国外称为FM一200，具有灭火浓度低、灭火效率高、对大气无污染的优点。另外，混合气体IG一541灭火剂同样对大气层具有无污染的特点，现已逐步并始使用。它是由氮气、氩气、二氧化碳自然组合的一种混合物，平时以气态形式储存，所以喷放时不会形成浓雾或造成视野不清，使人员在火灾时能清楚地分辨逃生方向且对人体基本无害。

　　2）泡沫灭火剂

　　高倍数泡沫灭火系统替代低倍数泡沫灭火系统是当今发展的趋势。高倍数泡沫灭火剂的发泡倍数高（201—1000倍），能在短时间内迅速充满着火空间，特别适用于扑灭大空间火灾，并具有灭火速度快的优点；低倍数泡沫灭火剂主要靠泡沫覆盖着火对象表面，将空气隔绝而灭火，且伴有水渍损失，所以它对液化烃的流淌火灾、地下工程、船舶、贵重仪器设备和物品的灭火是无能为力的。高倍数泡沫灭火技术已被各工业发达国家应用到石油化工、冶金、地下工程、大型仓库和贵重仪器库房等场所。尤其在近10年来，高倍数泡沫灭火技术多次在油罐区、液化烃罐区、地下油库、汽车库、油轮、冷库等场所扑救失控性大火时起到决定性作用。

　　2. 烟气控制

　　烟气控制指所有可以单独或组合起来使用以减轻或消除火灾烟气危害的方法。建筑物发生火灾后，有效的烟气控制是保护人民生命财产安全的重要手段。主要有两条途径：一是挡烟，二是排烟。挡烟是指用某些耐火性能好的物体或材料把烟气阻挡在某些限定区域，不让它流到可对人和物产生危害的地方。这种方法适用于建筑物与起火区设有开口、缝隙或漏洞的区域。排烟就是使烟气沿着对人和物没有危害的渠道排到建筑外，从而消除烟气的有害影响。排烟有自然排烟和机械排烟两种形式。

　　排烟囱、排烟井是建筑物中常见的自然排烟形式，它们主要适用于烟气具有足够大的浮力、可能克服其他阻碍烟气流动的驱动力的区域。机械排烟可克服自然排烟的局限，有效地排出烟气。

　　1）防烟分隔（Compartmentation）

　　在建筑物中，墙壁、隔板、楼板和其他阻挡物都可作为防烟分隔，它们能使离火源较远的空间不受或少受烟气的影响。这些物体可以单独使用（有人称之为被动式防烟分隔），也可与加压方式配合使用。防烟分隔物本身也存在一定的烟气泄漏，泄漏量由该物体缝隙的大小、形状以及该物体两侧的压差决定。

　　2）非火源区的烟气稀释（Dilution）

　　烟气稀释又称烟气净化、烟气清除或烟气置换。比如开门就是一种烟气稀释方法。当烟气由一个空间泄漏到另一空间时。采取烟气稀释可使后一空间的烟气或粒子浓度控制在人可承受的程度。若烟气泄漏量与所保护空间的体积或进出该空间的净化空气流率相比较小时，这种方法很有效。烟气稀释对火灾扑灭后清除烟气也很有用处。

　　3）加压控制（Pressurization）

　　使用风机可在防烟分隔物的两侧造成压差，从而控制烟气流过。

　　4）空气流（Airflow）

　　在铁路和公路隧道、地下铁道的火灾烟气控制中，空气流用得很广泛。用这种方法阻止烟气运动需要很大的空气流率，而空气流又会给火灾提供氧气，因此它需要较复杂的控制。通常在建筑物内的应用不很多。空气流是控制烟气的基本方法之一，除了大火已被抑制或燃料已被控制的少数情况外，一般不采用这种方法。

　　5）浮力（Buoyancy）

　　在风机驱动和自然通风系统中，都经常利用热烟气的浮力机制排烟，大空间的风机通风已广泛用在中庭和购物中心大厅中，与此相关的一个问题是水喷头喷出的液体会冷却烟气，使其浮力减少，从而降低这种系统的排烟效率。

　　九）火灾危险性分析

　　《建筑设计防火规范》是根据长期与火灾作斗争的经验教训和大量的科学实验总结而成的，是进行建筑防火设计的基本依据，必须严格遵循。事实上正是由于执行了防火规范，才保证了众多建筑物的安全使用。

　　随着我国经济建设和城市化的快速发展，大型复杂的现代建筑物越来越多地涌现。由于这些建筑与传统建筑在使用功能、建筑材料、结构形式、空间大小、配套设施等方面有很大的不同，给防火安全带来很多新的问题，对此，国内外很多专家学者均指出，有效防灾减灾应当依靠科技进步。那些超标的建筑火灾防治应当以火灾安全工程学为理论依据，采用以火灾性能为基础的防火（有时也称作性能化防火，Performance—based FireProtection）方法，并逐步制定相应的性能化防火规范。该方法要求根据具体建筑物的火灾发展特性来决定其防火需要，使火灾安全目标、火灾损失目标和设计目标良好结合，有助于实现火灾防治的科学性、有效性和经济性的统一。从20世纪80年代开始，澳大利亚、新西兰、加拿大、日本、英国、美国、瑞典、芬兰、中国香港等国家和地区相继开展了性能化防火的理论研究及实际应用，取得了不同程度的进展，一些相对成熟的方法已经投入实际使用。发展和完善该体系的工作目前已经成为国际火灾科学和火灾安全工程学的热点和前沿课题之一。

　　火灾危险性评估是火灾安全工程学的核心内容之一，包括以下主要内容：

　　1确定分析对象的现场状况

　　分析建筑物的火灾危险性首先需要弄清有关建筑的结构特点，倒如应了解建筑构件的耐火性能、典型构件的防火保护、防火分区的划分、防止火灾和烟气蔓延的重要措施、通风换气、人员疏散设计等，进而需要识别该建筑物的重大火灾危险源。虽然建筑物中存在着各种各样的可燃物，起火情况千差万别，但可以根据可燃物的分布与荷载、电器与电力设施、热力设施等因素大体确定主要危险源的位置及危险程度。可燃物的着火特性和分布位置不同，其着火的可能性和着火后的危险性也是不同的。进行火灾危险分析时，应当抓住那些最可能发生、且危害最大的情形进行重点分析，或者说应当按可能出现的最危险状况进行分析，这样就可以保证在任何情况下发生的灾害性结果都不会超过评估中考虑的结果。

　　2设定防火安全目的和目标

　　分析火灾危险性时不可能面面俱到，只能选择若干有代表性的情形进行分析。确定分析对象的防火安全目的和目标要求是进行分析的出发点。总的说来基本的防火安全目的可分为与生命安全直接相关的目的和与其他安全相关的目的，前者考虑的是在火灾中的各类人员的安全，包括居住者、工作人员、顾客、消防人员等，通常这是大部分建筑物防火安全的主要目标。要达到该目标，应当根据烟气的流动特点和人员的行为特点，做好疏散通道、避难区的设计，选用合适的火灾探测报警系统和疏散诱导系统，保证所有人员能在有效安全时间内撤离起火建筑。其他安全目的包括保护财产安全等。围绕着这些基本目的，还需要细化出许多具体的目标。在开展具体分析时通常宜选择其中矛盾最为突出的一二个方面进行。

　　3选择合适的定量分析方法

　　建筑火灾危险的分析方法很多，有定性的。也有定量的，应当根据分析的需要选择合适的方法：需要指出，在为进行性能化设计而开展的火灾危险分析中，火灾过程的计算机模拟是一种十分重要的定量分析工具。使用这种模拟方法可以预测建筑物发生某种火灾后的火区大小、烟气层高度、室内温度、典型燃烧组分浓度等随时间的变化。这些数据可直接用于建筑物的防火安全设计、人员疏散分析、消防设施的作用分析等方面，也可为其他安全分析方法提供必要的参数。不过对于某些方面的危险分析来说仅有火灾过程模拟计算的结果还不够，往往还需要一些其他方法的分析结果进行充实。还需指出，应当根据所讨论问题的特点选择最合适的计算方法，只要能满足分析的需要，所用的方法越简便越好。为了进行计算，应当合理设定火灾的热释放速率，这是进行模拟计算的基本参数。火灾热释放速率设定的合理与否直接影响计算火灾过程的准确性，进而影响火灾防治对策的合理性。

　　4具体分析影响防火安全目标的因素

　　深人分析各有关因素对实现防火安全目标的影响，是火灾危险性分析的关键一环。主要的影响因素包括：建筑物的结构特点、可燃物的燃烧特性与分布状况、室内外环境对火灾发展的影响、室内消防设施的配置状况、建筑物使用者的特点、消防部门救援的状况等。进行火灾危险性分析必须紧密结合建筑物具体情况。对于建筑火灾这种灾害性事件，人们是不会任其自由发生和发展的，有关人员都会在其可能的范围内采取一定措施加以干预，而每种正确措施都可以在一定程度上影响火灾的发展过程，对各种消防措施及其集成应用做出客观正确的分析是体现性能化防火设计的重要方面。

　　5火灾防治有效性与经济性的评价

　　火灾危险性分析是为保障建筑物的火灾安全服务。应当指出，“安全”是一个相对的概念。一幢建筑在一段时间内没有发生火灾，但并不能说它以后不会发生火灾，火灾的发生经常是出乎人们意料的。然而通过大量细致的安全工作，可以使发生火灾的时间间隔延长，或者在刚出现火灾苗头时就将其控制住或排除掉，但这并不能认为真正能够将火灾发生的几率降低为零。毫无疑问，多采用一些消防设施一般会有助于减少火灾的直接损失，但所用的设施越多消防投资也越大，因此需要综合考虑。为防止不恰当地增多火灾防治的总投入，现在一般引用火灾代价来表示这一概念。理想的情况是投入的消防费用不太多，而火灾危险又能控制在一个较低的水平。火灾风险综合评价的主要任务就是确定使火灾代价接近到最小的范围。

　　实际上消防投入是以人们可接受的火灾风险为基础确定的。可接受风险的大小主要是参考历史上人们对类似风险的承受能力，并结合当地当时条件下确定的。当公众对火灾风险的认识水平发生了较大变化后，可接受风险的具体大小亦应做出相应调整。

　　6给出分析报告

　　每次火灾风险分析完成后，应当给出客观、全面的分析报告。报告应明确指出该建筑是否符合有关规范的要求、原有设计是否需要进行某些修改、如何进行修改等。接受评估的单位会非常重视这些结论意见的。另外，火灾危险性分析的结论具有很强的时效性，如果室内的使用状况发生了较大改动，则其火灾危险性亦会随之出现大的变化，这时便不能再简单地搬用原先的结论了。