淺析火災(zāi)中煙霧的危害及控制

摘 要：高層建筑發(fā)生火災(zāi)，煙霧是阻礙人們逃生和進(jìn)行滅火行動(dòng)，導(dǎo)致人員死亡的主要原因之一。現(xiàn)代化的高層民用建筑，可燃裝飾、陳設(shè)較多，還有相當(dāng)多的高層建筑使用了大量的塑料裝修、化纖地毯和用泡沫塑料填充的家具，這些可燃物在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有毒煙氣和熱量，同時(shí)要消耗大量的氧氣。據(jù)英國對(duì)火災(zāi)中造成人員傷亡的原因統(tǒng)計(jì)表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒煙氣熏死者一般占火災(zāi)總死亡人數(shù)的40%～50%，而被燒死的人當(dāng)中，多數(shù)是先中毒窒息暈倒后被燒死的。因此，了解和掌握高層建筑火災(zāi)中的煙霧流動(dòng)規(guī)律，控制煙霧擴(kuò)散是高層建筑消防安全系統(tǒng)中十分重要的問題。

關(guān)鍵詞：火災(zāi)：煙霧：危害：控制

一、煙霧的危害及對(duì)滅火的影響

煙霧是物質(zhì)在燃燒反應(yīng)過程中熱分解生成的含有大量熱量的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)與空氣的混合物。它是由極小的炭黑粒子完全燃燒或不完全燃燒的灰分及可燃物的其他燃燒分解產(chǎn)物所組成。煙氣的組成成分和數(shù)量取決于可燃物的化學(xué)組成和燃燒時(shí)的溫度、氧的供給等燃燒條件。在完全燃燒的條件下，物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙霧成分以二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣等為主；在不完全燃燒條件下，不僅有上述燃燒生成物，還會(huì)有醇、醚等有機(jī)化合物。含炭量多的物質(zhì)，在氧氣不足的條件下燃燒時(shí)，有大量的炭粒子產(chǎn)生。通常，煙霧在低溫時(shí)，即陰燃階段，以液滴粒子為主，煙氣發(fā)白或呈青白色。當(dāng)溫度上升至起火階段時(shí)，因發(fā)生脫水反應(yīng)，產(chǎn)生大量的游離的炭粒子，常呈黑色或灰黑色。煙霧的流動(dòng)擴(kuò)散速度與煙霧的溫度和流動(dòng)方向有關(guān)。煙霧在水平方向的擴(kuò)散流動(dòng)速度，一般為0.3米/秒～0.8米/秒。煙氣在垂直方向的擴(kuò)散流動(dòng)速度較大，通常為1米/秒～5米/秒。在樓梯間或管道井中，由于煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的拔力，煙氣流動(dòng)的速度可達(dá)6米/秒～8米/秒。煙霧對(duì)人體的危害主要是因燃燒產(chǎn)生的有毒氣體所引起的窒息和對(duì)人體器官的刺激，以及高溫作用。

火災(zāi)時(shí)可燃物燃燒還會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)人體有較強(qiáng)刺激作用的氣體，讓人無法看清方向，對(duì)本來很熟悉的環(huán)境也會(huì)變得無法辨認(rèn)其疏散路線和出口。人在煙霧環(huán)境中能正確判斷方向脫離險(xiǎn)境的能見度最低為5米，當(dāng)人的視野降到3米以下，逃離現(xiàn)場(chǎng)就非常困難。人在煙霧中心理極不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生恐怖感，以致驚慌失措，給組織疏散滅火行動(dòng)造成很大困難。同時(shí)，煙氣有遮光作用，對(duì)疏散和救援活動(dòng)會(huì)造成很大的障礙。燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)熿F，也是造成人員傷亡的主要原因之一。高溫不僅可能使心率加快，人體大量出汗，很快出現(xiàn)疲勞和脫水現(xiàn)象，而且會(huì)把人燒傷燒死。

二、高層建筑火災(zāi)的煙霧流動(dòng)規(guī)律

建筑物內(nèi)煙霧流動(dòng)的形成，總的來說，是由于風(fēng)和各種通風(fēng)系統(tǒng)造成的壓力差，以及由于溫度差造成氣體密度差而形成的煙囪效應(yīng)，其中溫差和溫度變化是煙霧流動(dòng)最為重要的因素。當(dāng)房間門向走廊開啟時(shí)，煙霧的流動(dòng)情況變得更復(fù)雜，它將與建筑物的煙囪效應(yīng)、防排煙方式、火災(zāi)溫度等諸多因素有關(guān)。

1.建筑物內(nèi)通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)對(duì)建筑物內(nèi)壓力的影響，取決于供風(fēng)和排風(fēng)的平衡狀況。如果各處的供風(fēng)和排風(fēng)是相同的，那么該系統(tǒng)對(duì)建筑物內(nèi)的壓力不會(huì)產(chǎn)生影響，如果某部位的供氣超過排氣，那里便出現(xiàn)增壓，空氣就從那里流向其他部分。反之，在排氣超過供氣的部位，則出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。因此，建筑物內(nèi)通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)可以按照某種預(yù)定而有益的方式設(shè)計(jì)，以控制建筑物內(nèi)的煙霧流動(dòng)。

2.氣體膨脹。溫度升高而引起的氣體膨脹是影響煙霧流動(dòng)較為重要的因素。根據(jù)氣體膨脹定律，可推算出著火期間著火區(qū)域內(nèi)的氣體體積將擴(kuò)大3倍，其中2/3氣體將轉(zhuǎn)移到建筑物的其他部分。而且膨脹過程發(fā)生相當(dāng)迅速，并造成相當(dāng)大的壓力，這些壓力如果不采取措施減弱，就會(huì)迫使煙從著火層往上和往下向建筑物其他部分流動(dòng)。

3.煙囪效應(yīng)。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度高于室外時(shí)，由于室內(nèi)外空氣容重的不同而產(chǎn)生浮力。建筑物內(nèi)上部的壓力大于室外壓力，下部的壓力小于室外壓力。當(dāng)外墻上有開口時(shí)，通過建筑物上部的開口，室內(nèi)空氣流向室外；通過下部的開口，室外空氣流向室內(nèi)。這種現(xiàn)象，就是建筑物的煙囪效應(yīng)。它是由高層建筑物內(nèi)外空氣的密度差造成的，高層建筑的外部溫度低于內(nèi)部溫度而形成的壓力差將空氣從低處壓入，穿過建筑物向上流動(dòng)，然后從高處流出建筑物，這種現(xiàn)象被稱為正熱壓作用。在低處外部壓力大于內(nèi)部壓力，在高處則相反，在中間某一高度，內(nèi)外壓力相同，即存在一個(gè)中性壓力面。煙囪效應(yīng)隨建筑物的內(nèi)外溫度差以及建筑物高度的增加而增加，在火災(zāi)發(fā)生于較低層時(shí)，煙囪效應(yīng)對(duì)豎井和較高層的煙污染的影響尤為顯著，因?yàn)榇藭r(shí)煙從低層上升至高層內(nèi)的潛力更大。由煙囪效應(yīng)造成的壓力差和氣流分布，以及中性壓力面的位置，取決于建筑物內(nèi)分隔物的開口對(duì)氣體流動(dòng)的限制程度。火災(zāi)時(shí)，由于燃燒放出大量熱量，室內(nèi)溫度快速升高，建筑物的煙囪效應(yīng)更加顯著，使火災(zāi)的蔓延更加迅速。因此煙囪效應(yīng)對(duì)建筑物的空氣的流動(dòng)起著重要作用。

三、煙霧的控制

高層建筑物由于火災(zāi)中人員撤離所需時(shí)間大致與建筑物高度成正比，所以一般撤離的時(shí)間較長，而在樓梯間和樓內(nèi)遠(yuǎn)離著火區(qū)的其他地方形成難以忍受的煙霧狀況所需時(shí)間則較短。在加拿大進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，每層240人的條件下，通過一座1.1米寬的樓梯向外疏散，一幢11層的樓房疏散時(shí)間需要6.5分鐘，一幢50層的樓房疏散的時(shí)間需要2小時(shí)11分，而一幢高100米的建筑在無阻攔的情況下，煙霧能在半分鐘內(nèi)達(dá)到頂層。因此在發(fā)生火災(zāi)期間全部撤出建筑物內(nèi)的人員是很困難的，如讓住戶留在高層建筑內(nèi)，全面的消防安全系統(tǒng)必須包括對(duì)煙和火焰的控制，使某些特定區(qū)域內(nèi)的煙濃度始終能維持在建筑使用者可以忍受的水平內(nèi)。這些特定的區(qū)域包括樓梯間以及所有使用者都易到達(dá)并足以容納他們的樓層空間等。

控制煙霧有“防煙”和“排煙”兩種方式。“防煙”是防止煙的進(jìn)入，是被動(dòng)的；相反，“排煙”是積極改變煙的流向，使之排出戶外，是主動(dòng)的，兩者互為補(bǔ)充。目前采取的煙霧控制措施有：

1.限制煙霧的產(chǎn)生量。防煙最好的辦法在于消除發(fā)煙的源頭。因此，在高層建筑中，應(yīng)設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及自動(dòng)滅火系統(tǒng)，以便盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，在大量濃煙產(chǎn)生之前撲滅火災(zāi)或控制火災(zāi)發(fā)展。同時(shí)，在選用房屋建材及裝飾材料、家具時(shí)，應(yīng)盡可能采用發(fā)煙性小的材料，以便不幸發(fā)生火災(zāi)時(shí)，發(fā)生煙量小，發(fā)煙速度慢，相對(duì)地有較充裕的逃生時(shí)間，減少對(duì)生命的威脅。目前，日本、美國、法國等國家都規(guī)定在一些重要公共建筑物內(nèi)，吊頂、地板、墻壁的裝飾不許采用可燃物，經(jīng)常派消防官員到各大飯店檢查那里的家具、窗簾、地毯是不是阻燃的，核算火災(zāi)荷載。

2.充分利用建筑物的構(gòu)造進(jìn)行自然排煙。自然排煙是在自然力的作用下，使室內(nèi)外空氣對(duì)流進(jìn)行排煙。一般采用可開啟的外窗和窗外陽臺(tái)或凹廊進(jìn)行自然排煙。

3.設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)防煙系統(tǒng)。其目的是為了在高層建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)提供不受煙氣干擾的疏散路線和避難場(chǎng)所。設(shè)置這種系統(tǒng)的部位應(yīng)視建筑物的具體情況而定，一般有：不具備自然排煙條件的防煙樓梯間及其前室；可開窗自然排煙的樓梯間但不具備自然排煙條件的前室；不具備自然排煙條件的消防電梯前室；受樓梯井和消防電梯井煙囪效應(yīng)影響的合用前室；封閉室避難間等。對(duì)非火災(zāi)區(qū)域及疏散通道等應(yīng)迅速采用機(jī)械加壓送風(fēng)的防煙措施，使該區(qū)域的空氣壓力高于火災(zāi)區(qū)域的空氣壓力、防止煙氣的侵入，控制火災(zāi)的蔓延。

四 結(jié)束語

？此外，加強(qiáng)防煙知識(shí)宣傳，根據(jù)火災(zāi)時(shí)人們?cè)诋惓Ｐ睦頎顟B(tài)下的行動(dòng)特點(diǎn)，制定相應(yīng)的避難疏散計(jì)劃，配備足夠的避難器材也是很重要的。