建筑物内的火场温度

建筑物内的火场温度，是建筑物内火场条件的重要表达。一、室内火灾温度的计算室内火灾温度取决于室内可燃物的熄灭速度和热损失情况，因此必需从分析着火房间内的热平衡入手，经过建立房间内的热平衡方程计算确定。图6-1所示为充分开展室内火灾。图6-1充分开展室内火灾的热平衡由于在轰燃前火灾阶段室内的平均温度较低，故这里的讨论将该阶段忽略，以t=0表示。火灾充分开展阶段的开场。对图6-1所示的室内火灾，可按下式进展热平衡计算：一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度qCqWqWqWqRqL(6-1)式中，qC为室内的释热速率；qL为冷空气取代热烟气所呵斥的热损失速率；qW为经过壁面〔包括墙壁、顶篷和地板〕的热损失速率；qR为经过敞开通风口的辐射热损失速率；qB为热量存贮在气相空间的速率(普通可以忽略)。以上各q的单位为kW。为了简化模型还要运用以下假设：(1)熄灭是完全的，且全部在室内进展；(2)室内的温度一直是均匀的；(3)室内一切内外表的传热系数都一样；(4)流向及穿过房间边境流出的热流按一维传热处置，就是说忽略墙角、墙边等详细外形而将边境假设为具有一定厚度的板。(一)释热速率〔qC〕假设充分开展火灾处于通风控制形状，即释热速率可写为：(6-2)式中，HC是可燃物的熄灭热，此处取为木材的熄灭热〔18.8MJ/kg〕。并假设从t＝0时开场，qC将坚持不变，直到可燃物全部耗费为止。这样便忽略了木炭的熄灭阶段，由于木炭熄灭与气相熄灭相比要缓慢得多。实践上充分开展火灾阶段有时也存在燃料控制形状，因此运用上式估计释热速率有能够偏高。一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度(二)辐射热损失〔qR〕根据斯蒂芬－波尔茨曼定律，qR可由下式确定：(6-3)式中，AW是通风口面积(m2)；Tg和To分别是室内的气相和环境温度(K)；F是室内气体的有效辐射率，它可由下式计算：(6-4)式中，XF是火焰厚度〔m〕；K是辐射系数(m-1)。彼得森取值为K＝1.1〔m-1〕，它是由木垛火的实验数据得出的。当Tg>T0时，式〔6-3〕可简化为：(6-5)(三)对流热损失〔qL〕这种热损失按下式计算：(6-6)式中，mF是烟气的流出速率。假设mF＝mair〔即忽略燃料挥发分的质量〕，那么由川越邦雄的公式可知mF/AWH1/2近似为常数。假设用表示之，上式可改为：(6-7)一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度(四)壁面热损失〔qW〕以导热方式经壁面传出的热通量该当用数值解法求出。就是说把壁面分成假设干薄层，对每一薄层可列出其瞬态导热方程，然后求解它们组成的方程组以得出导热损失速率，见图6-2。图6-2经过房间壁面的瞬态导热过程设划分的总层数为n，每层的,厚度为X，那么对于壁面最里层可写出：(6-8)一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度12jn-1nT1T2TjTn-1TnT0设划分的总层数为n，每层的,厚度为X，那么对于壁面最里层可写出：

对于壁面内部的第j层有：(6-9)

对于壁面最外层有：(6-10)式中，C和k都是温度的函数，由温度场确定；Ti和Tu分别为壁面内外表和外外表的温度，它们分别用T1和Tn替代。ri和ru分别为壁面内外表附近的换热系数，彼得森按下式确定其值：(kW/m2K)(6-11)一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度式中，T为集总辐射率，即：(6-12)(6-13)经过联立求解方程〔6-12〕至〔6-13〕，可得到各层的温度，最后按下式计算qW。(6-14)这样热平衡方程〔6-14〕中的各项便都确定了，将它们全部代入该方程并重新整理可得：(6-15)

一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度Tg该当用数值积分方法计算(例如龙格－库塔法)，T1的值仍需由Tg决议，经过在每一时间步上进展几次迭代计算就可得到它们的适宜值。计算中把熄灭继续时间定为mf/m，式中mf为火灾载荷，用千克当量木材表示；m为质量熄灭速率。当超越这段时间后便以为qc等于零。一、室内火灾温度的计算*二、火场温度的判别根据三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度二、火场温度的判别根据火场的温度可根据混凝土外观和强度变化、化学成分的变化及火焰的颜色等条件来判别。(一)根据混凝土外观和强度变化断定火场温度用普通水泥(P)、矿渣水泥(K)、火山灰水泥(H)制成规范混凝土试块，模拟实践火灾升温曲线对试块进展灼烧实验，实验结果见表6-1。实验阐明：三种水泥制成的混凝土试块受热后颜色都会发生改动，颜色变化规律与加热时间的关系大体是一样的，都是随着加热时间的增长、温度的升高，颜色由红→粉红→灰→浅黄这条规律变化。实验还阐明：混凝土在不受外力作用下，当加热时间缺乏50min(温度低于898℃)，试块外形根本完好，只需四角稍有零落；当加热时间继续到60min(温度925℃)，边角开场粉化零落；70min(温度948℃)，混凝土各面开场粉化；80min(温度968℃)，外表的粉化深度5～8mm；90min(温度986℃)，外表粉化深度8～10mm；100min(温度1002℃)，外表粉化深度10～12mm；120min(温度1029℃)，外表粉化深度12—15mm。从混凝土外表裂纹大小也可以看到被烧温度的变化。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-1混凝土外观变化与温度的关系用矿渣水泥的混凝土试块进展恒温灼烧实验，实验结果见表6-2。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-2矿渣水泥混凝土颜色、外形变化与加热温度、时间的关系一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度由表6-2可以看出：在恒温加热条件下混凝土外表颜色的变化规律与升温条件下根本一样，随着温度升高而由红→粉红→灰→浅黄变化；混凝土颜色的变化只与加热温度有关，而与加热时间关系不大；混凝土外形变化从700℃开场景象明显，随着温度升高变化越来越大。当在900～1000℃下加热，由于温度到达800℃以上时，骨料开场分解，混凝土外形根本破坏而粉化。混凝土加热到破坏温度后，恒温加热时间越长，破坏越大。假设达不到破坏温度，虽然恒温加热时间很长，也不能使混凝土破坏(二)根据混凝土外表强度变化断定火场温度混凝土随着受热温度的升高，其强度将不断降低。假设受热时间比较短，温度比较低时，外形还未发生变化，眼睛无法看出各部位受热温度的差别及强度的变化。但当混凝土受热温度不同时，其外表硬度会发生变化，这种变化可以借助仪器丈量出来。1、测定回弹值回弹仪检测作为一种非破损检测技术，在常温下可以用来评定混凝土的质量。火灾中混凝土受高温作用后，其微观构造遭到了损害，外表硬度发生了变化。由于各部位在实践火场中受热温度不同，各部位也相应地表现出不同程度的损伤，因此各部位的回弹值也相应地发生变化。用回弹仪检测混凝土构件外表硬度，可以定性地判别烧损程度，断定其受热温度和受热时间。混凝土外表回弹值与受热温度、时间的关系见表6-3。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-3混凝土外表回弹值与受热温度和时间的关系

从表6-3可以看出，随着加热继续时间的增长、温度的升高，回弹值越来越小，回弹值降低率越来越大。在加热5～10min〔556～658℃〕时混凝土外表硬度变化不大；加热50min〔898℃〕以上时，混凝土外表已严重粉化，回弹值为零。火场勘查人员可以根据混凝土回弹仪测定被烧混凝土外表的回弹值，判别混凝土被烧温度的高低。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度2、用超声波检测判别蒙受火灾作用的混凝土建筑构件，由于火灾所产生的短时高温，使混凝土内部出现许多细微裂痕，对超声波在其内部的传播速度影响很大。根据实验证明，超声波脉冲的传播速度随混凝土被烧温度的升高而降低。因此可以根据超声波在混凝土内部传播速度的改动定性地阐明混凝土构造某部位的烧损程度，进而阐明该部位的受热温度的高低，以此判别火势蔓延方向和起火部位。(三)根据混凝土化学成分的变化断定火场温度当混凝土被加热时，会发生如下变化：Ca(OH)2→CaO+H2OCaCO3→CaO+CO2反响生成物数量随受热温度升高和时间增长而添加，因此，可经过丈量其质量变化值判别混凝土火烧部位温度的高低。1、测定中性化深度混凝土中由于存在Ca(OH)2和少量NaOH、KOH，因此硬化后的混凝土呈碱性，pH为12～13。混凝土经火灾作用后，碱性的Ca(OH)2发生分解，放出水蒸气，留下中性的CaO。CaO遇无水乙醇的酚酞溶液不显色，而Ca(OH)2那么显红色。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-4矿渣水泥混凝土中性化深度与受热温度、时间的关系因此，可以用l％酚酞的无水乙醇溶液喷于破损的混凝土外表，测定不显红色部分的深度，即中性化深度。实验研讨阐明，混凝土中性化深度随着加热温度的升高和加热时间的增长而加深(见表6-4)。现场勘查时可直接在混凝土构件外表凿取小块，将小块放人1％酚酞的无水乙醇溶液中，测定混凝土中性化深度。经过测定不同部位混凝土构件的中性化深度，查表得出受热温度和继续时间。根据温度分布分析火势蔓延方向，进而分析断定起火部位。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度2、测定炭化层中CO2含量混凝土在水化凝结过程中会生成大量Ca(OH)2，当混凝土长期在空气中自然放置时，外表层中的Ca(OH)2就会吸收空气中的CO2构成CaCO3，通常把这种过程叫做混凝土的炭化作用，所构成的CaCO3层叫b炭化层(普通厚度为2～3mm左右)。炭化作用的速度随空气中CO2浓度的增大而加快。普通炭化层中CO2含量在20％左右。实验阐明，当混凝土受热温度达550℃时，CaCO3开场分解，但分解速度很缓慢，随着混凝土受热温度的升高，其分解速度迅速添加。当到达898℃时，分解出的CO2分压可到达1atm。因此，898℃称为CaCO3的分解温度。假设加热温度继续提高，仍会加剧CaCO3分解速度，混凝土炭化层中CO2含量将随加热温度的升高而降低。所以可在现场勘查中凿取混凝土炭化层试样，采用国标GB218—83碳酸盐中二氧化碳测定方法测定二氧化碳的含量，经过查表推算出熄灭时间和火烧温度(见表6-5)。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-5普通水泥混凝土炭化层中CO2含量与受热温度、时间的关系3、测定混凝土炭化层中游离氧化钙(f-CaO)含量游离氧化钙(f-CaO)是指水泥熟料锻烧过程中未被硅酸二钙完全吸收的CaO，该项目的普通作为水泥厂的一项技术目的，含量在1％以下，假设过高那么影响水泥质量。火灾中混凝土炭化层中的游离氧化钙(f-CaO)会随被烧温度发生变化(见表6-6)。由表6-6可知：火场温度在761～925℃(时间20～60min)范围内，由于正好在CaCO3分解温度范围内，温度升高，游离氧化钙(f-CaO)含量升高；当温度升至900～1000℃时，硅酸二钙吸收氧化钙变成硅酸三钙，此时游离氧化钙含量随温度升高而降低。因此，在现场勘查时凿取混凝土炭化层试样，采用国家规范GBl78—86水泥化学分析方法中氧化钙测定方法测定氧化钙的含量，查表推算出熄灭时间和火烧温度(见表6-6)。根据现场温度分布，分析判别火势蔓延方向和起火部位。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-6火灾中混凝士炭化层中游离氧化钙(f-CaO)的含量随温度的变化此外，还可以采用热分析技术测定混凝土炭化层中水泥的失重以及用电子显微镜测定混凝土中Ca(OH)2晶体改动等方法来判别混凝土化学成分的变化，为分析断定火势蔓延道路和起火部位提供根据。(四)根据火焰来断定火场温度1、根据火焰的颜色来断定火场温度火焰的颜色与温度和辐射热之间的关系见下表。一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度表6-7火焰温度、色泽与辐射热的关系〔完全黑体的情况〕2、根据知火焰的温度来断定火场温度各种火焰的温度见以下图：图6-3各种火焰的温度〔℃〕a.火柴b.酒精c.城市煤气d.蜡烛一、室内火灾温度的计算二、火场温度的判别根据*三、影响建筑物内火场条件的重要因子第二节建筑物内的火场温度800900a850980b157016401650c600800100012001400d(五)根据窗玻璃破碎的情况来断定火场温度窗玻璃破碎的情况与温度变化之间的关系见下表：表6-8窗玻璃破碎的情况与温度变化火调人员可以根据这些规