防火防爆第三章

1、第一节第一节 烟气的产生烟气的产生第二节第二节 烟气的物理特性烟气的物理特性第三节第三节 烟气的毒性与危害烟气的毒性与危害第四节第四节 建筑中烟气的蔓延及控建筑中烟气的蔓延及控 制方法制方法 第三章第三章 烟气的产生及特性烟气的产生及特性 1.11.1烟气的产生烟气的产生 火灾危害来自火灾产生的热量、烟气烟气、缺氧环境。 可可燃燃物物热热量量燃烧燃烧可可燃燃物物热热解解火火灾灾危危害害放热放热烟气烟气缺氧环境缺氧环境热解的速率取决于：可燃物的潜热，接收到的净热量。热解的速率取决于：可燃物的潜热，接收到的净热量。 明火热解 稳态条件下的热解过程（P64） 无明火查表得出：表查表得出：表3-11.

2、21.2燃烧产物的生成和氧消耗燃烧产物的生成和氧消耗1）产物组分生成效率定义：燃烧过程中产物组分j的生成效率为实际生成速率与理论上可能的最大生成 速率之比。实验结果：燃烧组分的生成速率正比于可燃物的燃烧和热解速率。（ ）fm jGfm 2）燃烧产物组分的生成速率fm 有区别Yfjm 对应上图横轴，G 对应上图纵轴， 对应上图斜率3）氧消耗效率（实际） 实际氧消耗效率与理论可能的最大耗氧速率之比。4）燃烧的释热速率无明火时：燃烧状况差异和热解速率不同 目前尚未能测量足够数据。有明火时：化学放热反应 （产物很多）只考虑生成CO2和CO的化学放热，其他忽略(P65)5）燃烧释放的热量（烟气）只考虑对

3、流热和辐射热忽略热损失对流热：辐射热： QR可求 使体系温度升高点源假设计算点源假设计算方法HR距离距离辐射计辐射计火焰火焰火焰中心火焰中心6）燃烧效率 为实际燃烧释放速率与理论上可能最大释热速率之比。燃烧的氧消耗效率与燃烧效率相等。对流热效率：辐射热效率：不完全燃烧系数用XI表示若XA越大燃烧越完全若XI越大燃烧越不完全以上讨论的是空气供应充足情况受限空间燃烧两个特点：1）大量热积累强化传热2）依赖通风条件（门、玻璃破碎后的窗口）火灾早期是燃料控制，发展后是通风控制。1）通风系数 在受限空间燃烧，通常用通风系数来表征通风条件。1通风控制 (P69)明火熄灭界限=4烟气：烟气：由燃烧或热解作用

4、所产生的悬浮在气相由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称为烟或烟粒子，含有烟中的固体和液体微粒称为烟或烟粒子，含有烟粒子的气体称为烟气。粒子的气体称为烟气。烟气组成：烟气组成：（1 1）气相燃烧产物；（）气相燃烧产物；（2 2）未燃烧）未燃烧的气态可燃物；（的气态可燃物；（3 3）未完全燃烧的液、固相）未完全燃烧的液、固相分解物和冷凝物微小颗粒。分解物和冷凝物微小颗粒。烟气的特征：烟气的特征：烟尘颗粒的大小及粒径分布、烟烟尘颗粒的大小及粒径分布、烟气的浓度、烟气光密度和火场的能见度。气的浓度、烟气光密度和火场的能见度。niiignNdNd1loglog烟气中颗粒的大小可用颗粒平

5、均直径表示，通常烟气中颗粒的大小可用颗粒平均直径表示，通常采用几何平均直径表示颗粒的平均直径，其定义采用几何平均直径表示颗粒的平均直径，其定义为：为：同时，采用标准差来表示颗粒尺寸分布范围内的同时，采用标准差来表示颗粒尺寸分布范围内的宽度，即：宽度，即：2112)log(loglogniignigNNdd如果所有颗粒直径都相同，则如果所有颗粒直径都相同，则如果颗粒直径分布为对数正态分布，则占总颗粒如果颗粒直径分布为对数正态分布，则占总颗粒数数68.8%68.8%的颗粒，其直径处于的颗粒，其直径处于之间的范围内。之间的范围内。 越大则表示颗粒直径的分布范围越大。越大则表示颗粒直径的分布范围越大。

6、1gggndloglogg烟的凝聚作用 （布朗运动）凝聚方程： 当一束光通过烟气时，由于烟气对光的吸收和散射作用，当一束光通过烟气时，由于烟气对光的吸收和散射作用，使得只有一部分光能够通过烟气，从而降低了火区的能见使得只有一部分光能够通过烟气，从而降低了火区的能见度，不利于火灾的扑救和火区人员疏散。烟气浓度越大，度，不利于火灾的扑救和火区人员疏散。烟气浓度越大，该作用越强烈。该作用越强烈。 根据根据Lambert-BeerLambert-Beer （郎伯比尔）定律，当一束波长为（郎伯比尔）定律，当一束波长为的光通过烟气时，有：的光通过烟气时，有：)exp(0KLII 下面引入比消光系数：下面引

7、入比消光系数：smMKK Km为比消光系数；即单位质量浓度的消光系数为比消光系数；即单位质量浓度的消光系数（取值在（取值在P71）Ms烟气质量浓度，即单位体积内烟的质量烟气质量浓度，即单位体积内烟的质量烟气浓度通常用光密度（或光学密度）烟气浓度通常用光密度（或光学密度）D D来衡量。其定义来衡量。其定义为为：)log(0IID )log(0IID )exp(0KLIIsmMKK 3 . 23 . 2SmLMKKLD表明烟气的光密表明烟气的光密度与烟气质量浓度与烟气质量浓度、平均光线行度、平均光线行程长度和比消光程长度和比消光系数成正比。系数成正比。为了比较烟气浓度，通常将单位平均光路长度上的光

8、密度为了比较烟气浓度，通常将单位平均光路长度上的光密度D DL L作为描述烟气浓度的基本参数。作为描述烟气浓度的基本参数。3 . 23 . 2KMKLDDsmL3 . 23 . 2SmLMKKLD-例3 4要看清某以物体，则要求物体与背景之间有一定的对比度。要看清某以物体，则要求物体与背景之间有一定的对比度。对于很大的、均匀的背景下的孤立物体，其对比度定义对于很大的、均匀的背景下的孤立物体，其对比度定义为：为： ， 分别为物体和背景的亮度或光分别为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线强度。日光下黑色物体相对于白色背景的对比度为- -0.020.02，该值定义为能

9、够从背景中清楚地辨别物体的临界对，该值定义为能够从背景中清楚地辨别物体的临界对比度。物体能见度定义为距对比度减少到比度。物体能见度定义为距对比度减少到-0.02-0.02这点的距这点的距离。离。 实际火灾环境中，能见度的测量常以物体不可辩清实际火灾环境中，能见度的测量常以物体不可辩清的最小距离为标准的最小距离为标准。并不用光度计去实际测量对比度。并不用光度计去实际测量对比度。1/0BBC0BB、烟气的散射和吸收系数；烟气的散射和吸收系数；火场的亮度；火场的亮度；所辨认物体是发光还是反光；所辨认物体是发光还是反光；逃生者的视力及其眼睛对光强的适应状态。逃生者的视力及其眼睛对光强的适应状态。通过大

10、量的实验和研究，建立火场能见度与消光通过大量的实验和研究，建立火场能见度与消光系数之间的经验关系为：系数之间的经验关系为： 对于发光物体：对于发光物体： 对于反光物体：对于反光物体：在相同情况下发光物体的能见度是反光物体能见在相同情况下发光物体的能见度是反光物体能见度的度的2 24 4倍倍。以上公式是通过防护玻璃观察到的，以上公式是通过防护玻璃观察到的，没有考虑烟气对人眼刺激的影响没有考虑烟气对人眼刺激的影响。8NKS3NKS计算能见度（1 1）火灾烟气具有较高的温度。人对高温烟气的忍耐程）火灾烟气具有较高的温度。人对高温烟气的忍耐程度是有限的，在度是有限的，在6565时，人可短时忍受；在时，

11、人可短时忍受；在120120时，时，15min15min内就将产生不可恢复的损伤；烟气温度进一步提高，内就将产生不可恢复的损伤；烟气温度进一步提高，损伤时间则更短；损伤时间则更短；140140时约为时约为5min5min，170170时约为时约为1min1min。？。？（2 2）由于燃烧消耗了大量的氧气，使得烟气中的含氧量）由于燃烧消耗了大量的氧气，使得烟气中的含氧量往往低于生理上所需的正常数值。往往低于生理上所需的正常数值。（3 3）烟气中含有各种有毒气体，而且这些气体的含量有）烟气中含有各种有毒气体，而且这些气体的含量有的已大大超过了人们正常生理所允许的最低浓度，从而造的已大大超过了人们正

12、常生理所允许的最低浓度，从而造成人员中毒死亡。成人员中毒死亡。可燃物燃烧时产生的烟气中含有毒性气体，如可燃物燃烧时产生的烟气中含有毒性气体，如COCO、COCO2 2、HCNHCN、NONOx x、SOSO2 2、H H2 2S S等，高分子材料燃烧时还等，高分子材料燃烧时还会产生会产生HClHCl、HFHF、丙烯醛、异氰酸酯等有害物质。、丙烯醛、异氰酸酯等有害物质。不同的材料燃烧时产生的有害气体成份和浓度是不同的材料燃烧时产生的有害气体成份和浓度是不相同的，因而其烟气的毒性也不相同。评价材不相同的，因而其烟气的毒性也不相同。评价材料烟气毒性大小的方法有：料烟气毒性大小的方法有：（1 1）化学

13、分析法）化学分析法（2 2）动物试验法）动物试验法（3 3）生理研究法）生理研究法（1 1）气相色谱法）气相色谱法（2 2）红外光谱法）红外光谱法（3 3）傅立叶红外气体分析仪）傅立叶红外气体分析仪（4 4）比色法）比色法（5 5）离子选择电极法）离子选择电极法（6 6）电化学法）电化学法化学分析法虽然可分析气态燃烧产物的种类和含化学分析法虽然可分析气态燃烧产物的种类和含量，但不能解释毒性的生理作用，因此还需进行量，但不能解释毒性的生理作用，因此还需进行动物试验和生理研究。动物试验和生理研究。动物试验法就是通过观察生物对燃烧产物的综合动物试验法就是通过观察生物对燃烧产物的综合反应来评价烟气的毒

14、性。动物试验法可分为简单反应来评价烟气的毒性。动物试验法可分为简单观察法和机械轮法等。观察法和机械轮法等。生理研究法就是对在火灾中中毒死亡者进行尸体生理研究法就是对在火灾中中毒死亡者进行尸体解剖，了解死亡的直接原因，如血液中毒性气体解剖，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，以及烧伤情况等。的浓度，气管中的烟尘，以及烧伤情况等。研究表明，在死者血液中，研究表明，在死者血液中，COCO和和HCNHCN是主要的毒性是主要的毒性气体。在气管和肺组织中也检出了重金属成份，气体。在气管和肺组织中也检出了重金属成份，如铅、锑等，以及吸入肺部的刺激物，如醛、如铅、锑等，以及吸入肺部的刺激

15、物，如醛、HClHCl等。等。4.1 - 4.54.1 - 4.5烟气蔓延的驱动力烟气蔓延的驱动力4.64.6烟气控制的主要方式烟气控制的主要方式烟囱效应燃气的浮力膨胀力 风的影响机械通风系统造成的压差 （暖通系统）电梯的活塞效应 v 烟囱效应当建筑物竖向通道内温度高于室外温度时，通道内的热空气因为密度小便沿着竖向通道自然上升，透过门窗空隙从高层部分渗出，室外冷空气密度大，由底层渗入补充，这就形成了烟囱效应。v 高层建筑火灾中烟囱效应的危害增强火源处的补风，使得火灾迅速增大。增强空气与烟气的掺混，使得有毒烟气的量迅速增大。加速有毒烟气在竖向上的蔓延。中性面 中性面 仅有下部开口 TiT0 TI

16、T0 (b) 相对于浮力所引起的压差而言，气体在竖井内流动的摩擦阻力可以忽略不计，由此可认为竖井内气体流动的驱动力仅为静压差。 如果建筑物的外部温度比内部温度高，例如在盛夏时节，安装空调的建筑内的气体是向下运动的。 一般将内部气流上升的现象称为正烟囱效应，将内部气流下降的现象称为逆烟囱效应。 中性面 TIT0 (c) 根据理想气体定律将标准大气的参数值代入 RTThgPPss/1/10atmohTTKPsss/1/10oh为中性面以上的距离(m)，Ks为修正系数(为3460) ghPss0o烟囱效应与火灾烟气流动(a) (b) (c) 着火层 着火层 中性面 中性面 着火层 层中性面以下发生火

17、灾，烟气一般不会进入中性层中性面以下发生火灾，烟气一般不会进入中性面以下楼，而容易进入中性面以上楼层。面以下楼，而容易进入中性面以上楼层。中性面以上由正烟囱效应产生的空气流动可限制烟气的流动，中性面以上由正烟囱效应产生的空气流动可限制烟气的流动，空气从竖井流进着火层能够阻止烟气流进竖井。空气从竖井流进着火层能够阻止烟气流进竖井。 在火灾充分发展阶段，着火房间窗口两侧的压力分布可用分析烟囱效应的方法分析 RTTghPPff/1/10atm0hTThTTKPffsf)/1/1 (3460)/1/1 (000150 15.2m 13.7 12.2 10.7 9.14 7.62 6.10 4.57 3

18、.05 1.52 125 100 75 50 25 0 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 着火房间温度 (K) 中性面以上高度 h= 浮力压差 (Pa) 烟囱效应和浮力效应的区别烟囱效应和浮力效应的区别着火房间与外部建筑仅有唯一开口。气体受热膨胀导致体积变大，在开口上方流出。忽略燃烧过程中的质量流率（与空气流率相比很小）则流入着火房间与流出着火房间的气体体积比体积比：outoutininWTWT风的动压：建筑物的风压大小：影响自然排烟221VPod2012fwdwPC PCVCw :风压系数，风压系数，-0.8+0.8, 与建筑物的几何形状、与建筑物

19、的几何形状、当地的挡风情况、墙壁与风向之间的风向角有关。当地的挡风情况、墙壁与风向之间的风向角有关。风的影响风的影响 风压的产生及影响因素风压的产生及影响因素 压力差的大小与风速的平方成正比压力差的大小与风速的平方成正比 建筑物两侧压差：建筑物两侧压差： 风压系数风压系数Cw： -0.8+0.8, 与建筑物的几何形状、当地的挡风情况、与建筑物的几何形状、当地的挡风情况、墙壁与风向之间的风向角有关墙壁与风向之间的风向角有关2021VCPww202121VCCPwww建筑物的高宽比建筑物的长宽比 风向角( ) 不同墙壁上的风压系数正面 背面 侧面 侧面090 090+0.7 -0.2 -0.5 -

20、0.5-0.5 -0.5 +0.7 -0.2+0.7 -0.25 -0.6 -0.6-0.5 -0.5 +0.7 -0.1090 090+0.7 -0.25 -0.6 -0.6-0.6 -0.5 +0.7 -0.25+0.7 -0.3 -0.7 -0.7-0.5 -0.5 +0.7 -0.1090 090+0.8 -0.25 -0.8 -0.8-0.8 -0.8 +0.8 -0.25+0.7 -0.4 -0.7 -0.7-0.5 -0.5 +0.8 -0.15 . 1/1WL4/5 . 1WL4/5 . 1WL5 . 1/1 WL5 . 1/1WL4/5 . 1WL5 . 0/WH5 . 1/

21、5 . 0WH6/5 . 1WH总体而言，靠近地面的风速较小，随着高度增加，风速也相应增大。开始时，风速增大的很快，后来逐渐减缓。nHHVV00/H0为参考高度(m)，10m。 不同地区的大气边界层厚度差别很大，应使用不同的风速指数。 在平坦地带(如空旷的野外)，风指数可取0.16左右； 在不平坦的地带(如周围有树木的村镇)，风速指数可取0.28左右； 在很不平坦的地带(如市区)，风指数约为0.40。 不同地形下的风速分布情况不同地形下的风速分布情况nHHVV00/机械供暖、通风、空调系统能迅速传送烟气机械供暖、通风、空调系统能迅速传送烟气 管道本身通风或烟囱效应管道本身通风或烟囱效应 管道相

22、通，容易传播烟气管道相通，容易传播烟气 通风系统作为排烟设施？通风系统作为排烟设施？电梯活塞效应电梯活塞效应 活塞效应：前部压缩气体，后部抽引气体活塞效应：前部压缩气体，后部抽引气体 火灾中电梯的使用存在争议火灾中电梯的使用存在争议烟气控制烟气控制 所有可以单独或组合起来以减轻或消除烟气危害的方所有可以单独或组合起来以减轻或消除烟气危害的方法。法。控制烟气的途径控制烟气的途径 挡烟将烟气阻挡在某些限定区域挡烟将烟气阻挡在某些限定区域 排烟通过对人和物没有危害的渠道导出烟气排烟通过对人和物没有危害的渠道导出烟气 自然排烟自然排烟 机械排烟机械排烟大规模建筑，烟气控制是几种方法的结合大规模建筑，烟气控制是几种方法的结合