地下建筑火災(zāi)中火煙溫度沿程變化及其防治措施

■ 潘婷婷 天津市消防救援總隊南開支隊

當(dāng)前，我國地下建筑中的人員流動量非常大，尤其是在節(jié)假日期間，地下建筑的人員數(shù)量可以高達(dá)十幾萬人，另外，地下建筑中含有較多的易燃物品，所以很容易發(fā)生火災(zāi)。而一旦地下建筑發(fā)生了火災(zāi)，就會產(chǎn)生濃濃的火煙，并且處于地下建筑中的群眾，在受到毒性較大的火煙的影響后，很有可能喪失逃生的能力。所以探討出能夠防治地下建筑發(fā)生火災(zāi)的策略是非常重要的。

一、地下建筑火災(zāi)的分析

（一）起火概率較大

地下建筑火災(zāi)有許多特性，其中最明顯的有三種特性，第一種特性是地下建筑的可燃物非常多，引發(fā)火災(zāi)的概率比較大，并且一旦起火，火勢便會順著這些可燃物迅速蔓延。

（二）容易造成嚴(yán)重的危害

第二種特性是地下建筑火災(zāi)很容易造成嚴(yán)重的危害，地下建筑的流動人員非常多，如果火災(zāi)沒有得到及時處理，將會對大量人民群眾的生命健康造成危害。另外，地下建筑的阻燃時間也比較長，由于地下建筑空間的氧氣含量不是很多，所以可燃物在燃燒之后，很難得到充分、徹底地燃燒，那么在這個過程中就會產(chǎn)生很多有毒、有害的火煙，進(jìn)而威脅到地下建筑內(nèi)群眾的生命安全。

（三）火源比較多

第三種特性是地下建筑能夠引起火災(zāi)的火源比較多，比如群眾在地下建筑內(nèi)會亂丟煙頭，或者是地下建筑生活用電等都會成為火源[1]。另外，地下建筑中的電氣設(shè)備如果出現(xiàn)了短路問題，也會成為火源。除此之外，當(dāng)施工人員在對地下建筑進(jìn)行裝修的時候，如果沒有按照規(guī)定來操作的話，也很容易引起火災(zāi)。結(jié)合所有引起地下建筑火災(zāi)的原因來看，人為因素占大部分。

（四）滅火難度很高

地下的溫度與地面溫度不同，高程也有差異，所以在地下會形成不同的熱風(fēng)壓，那么地下建筑的氣流環(huán)境也是比較特殊的。如果地下建筑發(fā)生了火災(zāi)，其產(chǎn)生的火煙就會以非常快的速度在建筑中擴(kuò)散開來，并且火煙的溫度極高[2]。基于這種特性，安全人員在救火的過程中很難在較短的時間內(nèi)將人員全部疏散開，并且其滅火的難度也是非常大的。

二、地下巷道火災(zāi)中的火風(fēng)壓

地下巷道中的空間位置是會變化的，地面的空間位置也是動態(tài)變化的，兩者的變化導(dǎo)致地下巷道的空氣和地面之間的空氣產(chǎn)生溫度的變化，溫度的變化產(chǎn)生熱風(fēng)壓，用△hT表示，△hT是空氣從入風(fēng)口入，出風(fēng)口出的；熱風(fēng)壓△hT由下式（1）確定：

式中ti地下巷道中的空氣溫度（℃）;

t0地面空氣溫度（℃）;

Ti地下巷道中空氣溫度的絕對溫度（K），且Ti=273+ti;

τ0地面空氣的容重（N/m3）

h 表示地下巷道的高度（m）

地下巷道發(fā)生的火災(zāi)，通過測溫后發(fā)現(xiàn)起火點處的空氣溫度相比于火煙處的溫度有明顯的差別，這是因為起火時的時間順序、空間序列都不一樣，導(dǎo)致了二者之間的不同。二者溫度的不同又引起了新的壓力，這個壓力是起火點處的火煙順著地下巷道的雙方向進(jìn)行流動，產(chǎn)生的局部壓力叫熱風(fēng)壓△hf，△hf與△hT不同，△hf是一種局部壓力，注意區(qū)分。

火風(fēng)壓△hf由下式（2）確定：

下列各字母表示的是地下巷道中的變化：

Tξ起火點處的火焰溫度（℃）

ti起火前的空氣溫度（℃）

τi起火點處的起火前的空氣容重（N/m3）

h 高度（m）

Tξ起火點處火煙溫度的絕對溫標(biāo)（K）

一般情況下，地下巷道的高度h=4.0m，假設(shè)巷道在發(fā)生火災(zāi)之前的溫度ti=25℃，這時空氣的容重可以表示為τi=11.60N/m3。出現(xiàn)火災(zāi)后火勢迅速蔓延，在溫度到達(dá)最高點時的溫度tξ=1000℃，這時在巷道的起火點處，△hf的值為：

通過火風(fēng)壓△hf的式子可以知道的是，△hf在起火點處的數(shù)值會受到多方面因素的影響，不過在巷道尺度和巷道的空氣溫度確定的情況下△hf的數(shù)值與起火點處的燃燒物品的數(shù)量，以及火災(zāi)發(fā)生時的巷道中空間分布狀態(tài)有關(guān)。綜上所述，在進(jìn)行消防安全宣傳工作時，可以從以下幾個方面進(jìn)行，促進(jìn)消防安全管理順利進(jìn)行：

對于巷道中的可燃物、易燃物品等進(jìn)行綜合化管理，在火災(zāi)發(fā)生前就進(jìn)行難燃化處理，這樣可以限制火風(fēng)壓△hf。

對于地下巷道中的物品擺放順序，應(yīng)該將易燃物品放在巷道的上行出口處，這樣擺放的好處是一旦發(fā)生了火災(zāi)物品起火后，火勢會迅速蔓延。但因為燃燒物品在出風(fēng)口處產(chǎn)生的火煙會在熱風(fēng)壓△hT和火風(fēng)壓△hf共同作用下，順著巷道的上行出風(fēng)口排出及時排出大量的火煙，在一定程度上減少了火煙對更深區(qū)域的污染。

如果火勢是從下行巷道口蔓延開，在實施消防救援時可以在巷道的中部安排提供正壓的送風(fēng)設(shè)備及時對巷道進(jìn)行送風(fēng)抑制火勢，除此之外在巷道口要及時安裝排出火煙的負(fù)壓排煙設(shè)備，降低火煙對于地下巷道深部的污染，為消防救援爭取寶貴時間保證疏散安全進(jìn)行。不管是自然進(jìn)風(fēng)口還是出風(fēng)口發(fā)生了火災(zāi)，及時排出火煙都是非常有必要的。

三、地下建筑火災(zāi)中火煙溫度的沿程變化及其防治措施

（一）地下建筑火災(zāi)中火煙溫度的沿程變化

在地下建筑的巷道中，一旦發(fā)生了起火現(xiàn)象，就會產(chǎn)生大量的有毒火煙，這些火煙會受到熱風(fēng)壓的影響，同時也會受到火風(fēng)壓的影響，那么火煙在兩者的共同作用下，就會沿著地下巷道迅速蔓延開來[3]。那么本文針對火煙溫度的沿程變化來進(jìn)行分析，首先確定幾項因素，用L 來代替地下建筑中巷道的長度，用h 來代替地下建筑中巷道的高度，用b 來代替地下建筑中巷道的寬度，地下建筑巷道的長度大于其高度和寬度。用P 來代替地下建筑中巷道截面的周長，一般而言，巷道截面呈現(xiàn)矩形形狀，那么周長公式則為P=2（h+b）[4]。在起火點的位置，火煙的溫度變化可以用△t0來表示，火煙沿著地下建筑巷道會流經(jīng)一段距離，用x 來表示這段距離，那么在x 位置處，火煙的溫度變化為△tx，從x 位置開始，火煙會繼續(xù)流經(jīng)到其他地方，用dx 來表示這段距離，那么在dx 位置處，火煙的溫度變化為d（△tx）。之后便可以利用相關(guān)公式來求出在dx 這段距離中，火煙釋放出的熱量，用dQ 來表示[5]。其計算公式為：

在（1）式中，G 字母和CP 字母代表的是火煙的氣流，前者代表氣流的質(zhì)量流量，后者代表氣流的比熱。

之后，需要繼續(xù)計算出dx 距離中，火煙所吸收的熱量，用dQ’來表示。

關(guān)于以e 為底指數(shù)的式子：△tz= △tse-（C/G）z可以得出以下結(jié)論：

起火點可燃物燃燒會引起溫度的變化，用△ts 表示，而發(fā)生火災(zāi)時較高溫的火煙會順著巷道蔓延，在起火點處溫度也會隨著火勢的蔓延發(fā)生變化，變化的溫度為△tz。想要減小△tz就必須減小△ts。

由上述結(jié)論可以得出，在巷道中要隨時注意易燃和可燃物的擺放狀態(tài)，對于物品的數(shù)量做到嚴(yán)格把控，在源頭上降低火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險，在消防管理前做好阻燃的工作。例如，地下商場的消防管理中，由于空間有限、人員的流動大，對于消防管理的重點也是放在預(yù)防火災(zāi)發(fā)生上，防患于未然。

（二）地下建筑火災(zāi)中火煙溫度的防治措施

對地下建筑火煙溫度和火風(fēng)壓沿程變化進(jìn)行研究之后，可以為地下建筑火災(zāi)的防治提供一種科學(xué)化的依據(jù)。

1.控制可燃物的溫度變化

根據(jù)e 為底指數(shù)的式子可以發(fā)現(xiàn)，要想讓△tz的溫度變化有所減小，就應(yīng)該讓△ts的溫度變化減小，即在起火點的位置處，地下建筑會因為一些可燃物的燃燒而發(fā)生溫度上的變化，那么就需要讓這些溫度變化降到最小。通俗來講，在地下建筑中，要盡可能減少易燃物品的分布數(shù)量，并且還應(yīng)該采取一些有效措施來阻止這些易燃物品的燃燒。比如，在地下建筑的墻面上貼上禁止吸煙的標(biāo)語；全面促進(jìn)施工人員安全意識的增強(qiáng)，做好相應(yīng)的安全防護(hù)工作，配備安全工具，特種作業(yè)人員一定要持證上崗；另一方面，建立完善的安全管理體制，不斷對應(yīng)急預(yù)案體系進(jìn)行優(yōu)化和完善，明確安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置專門的安全管理人員，定期做好檢查工作，以便在出現(xiàn)安全事故的時候，施工人員能夠在最短的時間內(nèi)撤離現(xiàn)場，保證施工人員的安全。

2.減小火煙的質(zhì)量流量

要想讓△tz的溫度變化有所減小，除了控制可燃物的燃燒引起的溫度變化以外，還應(yīng)該減小G 的值，即減小火煙的質(zhì)量流量。那么相關(guān)工作人員在設(shè)計地下建筑的時候，就應(yīng)該著重考慮地下建筑防火隔斷的問題，可以在其中增加風(fēng)阻的設(shè)施，比如增設(shè)防火隔煙水幕墻，這種設(shè)施除了可以有效隔煙以外，還能夠?qū)Φ叵陆ㄖ袦囟容^高的火煙進(jìn)行冷卻降溫，有了這種設(shè)施的幫助，消防人員就會有更多的時間來疏散人群，在滅火的時候也會更加容易一些。

3.增加地下建筑巷道截面的周長長度

根據(jù)周長公式P=2（h+b），還應(yīng)該讓P 值增大，即增加地下建筑巷道截面的周長長度，這樣就可以有更長的巷道壁面來對高溫火煙進(jìn)行降溫。所以建筑人員在設(shè)計地下建筑巷道的時候，可以將其設(shè)計為矩形形狀，這樣就可以充分發(fā)揮地下建筑巷道避免冷卻的作用。

4. 設(shè)置正壓送風(fēng)防煙設(shè)施

在地下建筑中，針對巷道深部位置，相關(guān)工作人員可以設(shè)置一些正壓送風(fēng)防煙設(shè)施，對地下建筑物巷道深部位置送足新鮮空氣，使其壓力保持較高的狀態(tài)，然后可以將火災(zāi)煙氣堵截于被加壓部位之外，根據(jù)這一原理可以設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)；針對地下建筑巷道進(jìn)口位置以及出口位置，相關(guān)工作人員可以設(shè)置負(fù)壓排煙設(shè)施，并且巷道的排氣豎井位置也應(yīng)該設(shè)置此設(shè)施。在采取這一防治措施之后，如果地下建筑巷道不同的區(qū)位發(fā)生了火災(zāi)，那么可以對巷道深部位置起到保護(hù)的作用，避免其受到火煙的影響而造成更嚴(yán)重的危害。

四、結(jié)語

綜上所述，地下建筑火災(zāi)具有比較明顯的特性。由于可燃物比較多，所以引發(fā)火災(zāi)的可能性非常大，另外，地下建筑火災(zāi)在蔓延的時候也非常迅速，很容易對大量的流動人群造成生命安全的威脅。那么在對地下建筑火煙溫度和火風(fēng)壓進(jìn)行分析之后，可以從四個方面來采取有效的防治措施。第一，控制地下建筑可燃物的溫度變化；第二，減少地下建筑火煙的質(zhì)量流量；第三，增加地下建筑巷道截面的周長長度；第四，設(shè)置正壓道風(fēng)防煙設(shè)施。通過采取這些防治措施，可以在很大程度上減小地下建筑火災(zāi)發(fā)生的概率，并且即使已經(jīng)發(fā)生了火災(zāi)，這些措施也能降低消防人員滅火的難度，為消防人員疏散群眾爭取更多的時間。