可燃材料對室內火災轟燃影響及應對措施

徐迪

摘要：文章在簡要介紹轟燃現象理論基礎上，通過火災試驗箱研究了可燃材料對室內轟燃的影響。結果表明，不同可燃材料的熱解和燃燒特性、材料的燃燒面積及質量等因素對有限空間的轟燃都會產生影響，為消防救援隊伍在處置建筑火災過程中預防轟燃的發生提供參考。

關鍵詞：室內火災;轟燃;可燃材料

隨著國家現代化進程的加快，現代裝飾、裝修材料在建筑中被廣泛應用，建筑物內受限空間火災轟燃發生的概率和危害程度都在增大[1]，轟燃的發生對消防救援人員和火災被困人員的生命安全構成了極大的威脅。根據燃燒三角形理論，燃燒的發生離不開可燃物、助燃物和引火源，因此可燃物在火災中的行為對建筑火災的發展起到非常重要的作用[2]。可燃材料的各種火災性能參數如熱釋放速率、熱分解特性、質量損失速率、點火時間等都直接影響到轟燃的發生與否，因此研究材料在火災過程中的各項性能參數對研究轟燃的發生及發展有著重要的作用[3]。本文從幾種常見的室內可燃物轟燃試驗入手，分析研究其各項火災特性參數之間的聯系。通過這些研究，可以更加充分的了解可燃材料在真實火災過程中的燃燒行為。試驗結果對于消防救援隊伍在滅火救援行動中，降低轟燃的發生具有重要意義。

1? 轟燃的概述

1.1? 轟燃形成的基本原因

室內火災是一種受限空間內的燃燒，是建筑火災的主要形式。轟燃通常被定義為室內火災由局部燃燒向所可燃物表面都燃燒的突然轉變，標志著火災發展進入了充分發展階段。轟燃的發生是燃燒產生的大量熱量積累的結果，燃燒產生的熱煙氣在頂棚下的積累，將使頂棚和墻壁上部（兩部分合稱擴展頂棚）受到加熱;同時，擴展頂棚溫度的升高又以輻射形式增大反饋到可燃物的熱通量。隨著燃燒的持續，熱煙氣層的厚度和溫度都在不斷增加，使得可燃物的燃燒速率不斷增大。隨著可燃物的質量損失速率的增大，當室內火源的釋熱速率達到發生轟燃時的臨界釋熱速率，轟燃就會發生[4]。

1.2? 預測轟燃的常用方法

目前，對于轟燃發生的預判，主要有三種判據：（1）頂棚附近氣體溫度超過特定值（約600℃）;（2）地面輻射熱通量超過特定值（約20kW/m2）;（3）火焰從通風口處噴出[5]。其中，室內頂板附近熱煙氣溫度超過600℃作為轟燃判據是比較準確的，因此本文以它來作為轟燃發生的判據。

2? 實驗部分

2.1? 實驗材料

有機玻璃、木板、地毯A、地毯B、窗簾布A、窗簾布B等，其密度如表1。

2.2? 儀器設備

2.2.1? 測試設備

熱重/差熱同步分析儀：產地瑞士，型號：TGA/SDTA851e，梅特勒 - 托利多儀器有限公司。

錐形量熱儀（CONE）：產地英國，型號：DUAL CONE，英國FTT公司。

2.2.2? 轟燃試驗系統

轟燃試驗系統（如圖1所示）主要由火災試驗箱、多路火災系統檢測儀、BX3000電子天平、EP-50打印機、上位機等五部分組成[5]。

2.3? 測試方法

材料熱分析：參照GB/T.14107;

材料燃燒分析：參照ISO 5660。

3? 結果與討論

3.1? 可燃材料熱解特性及燃燒特性分析

將所選用的材料按照要求進行測試，其結果見表2。

3.1.1? 材料熱解特性分析

轟燃本質上是可燃物熱分解產生的可燃氣體在其表面上的迅速燃燒。在火災發展的初期增長階段，也就是燃料控制型階段，轟燃發生與否與固體物質受熱分解產生可燃氣體速度有直接關系[7]。因此，材料的熱解特性在一定程度上能反映出材料對室內轟燃的影響。由表2可知，有機玻璃的外延起始溫度最低為235.8℃，其次是地毯B為240.2℃，材料的外延起始溫度越低，表示材料的熱穩定性就越差，即可在較低溫度下即能分解產生可燃氣體，因此這兩種材料受熱比其他材料更容易發生燃燒;加之它們的最大失重速率也較高，受熱分解速率快，因此有機玻璃和地毯B的火災危險性以及在其它條件相同情況下發生轟燃的可能性相對于其他幾種材料也要大。

3.1.2? 材料燃燒特性分析

材料的燃燒特性參數主要有熱釋放速率（HRR）或熱釋放速率峰值（pkHRR）、總釋放熱（THR）、點燃時間（TTI）、質量損失速率（MLR）或質量損失速率的峰值（pkMLR）等。僅從單個燃燒性能參數并不能對材料的燃燒性能做出全面的評價，Wichstron和Goransson等人用熱釋放速率峰值（pkHRR）和點燃時間（TTI）的比值（pkHRR/TTI）來評價材料潛在的轟燃性，能夠較為全面對材料在火災中的危險性進行評價。此后，Petrella.R.V.又提出將總釋放熱THR與pkHRR/TTI相結合，可更全面的評價材料的燃燒危險性[8]。由表2可以看出，有機玻璃及地毯A的THR和pkHRR/TTI都比較高，因此相對于其他6種試驗材料，它們的潛在轟燃性及燃燒危險性都要大。

3.2? 可燃材料的種類對室內轟燃的影響

3.2.1? 相同暴露面積的不同材料對室內轟燃的影響

試驗方法：在通風口大小、試驗箱內襯材料、材料表面積和高度及點燃方式都相同的條件下，通過火災試驗箱測定出不同種類可燃物的火災特性參數。

從表3可知，不同試驗材料在相同暴露面積的情況下，有機玻璃燃燒時能發生轟燃，其他幾種材料均沒有發生轟燃現象。由表2可看出，有機玻璃和木板最大失重速率較大，失重速率峰值所對應的溫度相對較低，材料受熱分解速度快，容易發生轟燃。從材料的燃燒參數可以看出能夠發生轟燃的有機玻璃pkHRR/TTI、THR值均比其他幾種材料都高出很多，表明此種材料的潛在轟燃性很大。可見材料的熱解和燃燒特性對轟燃的發生有著密切關系。

3.2.2? 相同質量的不同材料對室內轟燃的影響

試驗方法：在通風口大小、試驗箱內襯材料、材料質量及點燃方式都相同的條件下，通過火災試驗箱測定出不同種類可燃物的火災特性參數。

由表4可以看出，不同試驗材料在相同質量的情況下，僅有機玻璃和地毯B燃燒時發生了轟燃現象，其他兩種材料沒有發生。將表2、表4進行對比分析可以發現，有機玻璃、地毯B的外延起始溫度分別為235.8℃、240.2℃都較低，而最大失重速率分別為8.75 g/min、6.95 g/min都較高，因此這兩種材料受熱易分解發生轟燃;有機玻璃和地毯B的燃燒特性參數pkHRR/TTI及THR的數值均比其他兩種材料高，因此其潛在轟燃發生概率和火災危險性都較大，這也與轟燃試驗的結果完全一致。可見不同種類的材料燃燒發生轟燃時，頂棚煙氣層的溫度、輻射熱通量及可燃材料的質量損失速率等參數與材料的熱解和燃燒特性密切相關。

3.3? 可燃材料的質量對室內轟燃的影響

實驗方法：選擇地毯B為可燃材料，在通風口大小、試驗箱內襯材料及點燃方式都相同的條件下，研究可燃物質量對室內轟燃的影響，結果如表5。

由表5可以看出，隨著地毯B質量的增加，試樣的燃燒最高溫、最大熱通量及最大質量損失速率都呈遞增趨勢。試驗結果表明，對于同種材料來說，質量越大，火災荷載密度也越大，這個結果也是和火災荷載密度的計算公式是一致的[9]。而建筑室內的火災荷載密度會直接影響火災的持續時間和火災的大小，因此建筑室內同種可燃物的質量越大，火災荷載密度也越大，即單位地面面積的熱量越多，從而加速了可燃物的分解，加快了火災蔓延，使得轟燃更加容易發生。

3.4? 可燃材料的燃燒面積對室內轟燃的影響

實驗方法：選擇有機玻璃為可燃材料，在通風口大小、試驗箱內襯材料及點燃方式都相同的條件下，研究可燃物不同燃燒面積對室內轟燃的影響，結果如表6。

由表6可以看出，對于同一種有機玻璃，尺寸越大，燃燒面積越大，試驗材料的燃燒最高溫、最大熱通量及最大質量損失速率都呈遞增趨勢。這是由于在火災發展初期，火焰體積小，氧氣充足，燃燒處于燃料控制型階段，可燃物的面積越大，其燃燒越猛烈，溫度上升越快。隨著火勢的發展，火焰變大，空氣供給相對不足，燃燒進入通風控制階段，可燃物燃燒面積的增大將會導致不充分燃燒。但由于大面積可燃物燃燒內外溫差更大，使得空氣流通速度增加越快，空氣供給量增加，使燃燒變得更充分，放熱量增加，燃燒加劇，導致轟燃的發生。

4? 初戰指揮的轟燃預防

4.1? 做好偵察，研判火情

根據試驗數據分析可知，室內轟燃的發生與材料的熱解和燃燒特性密切相關。可燃材料熱分解溫度越低、失重速率越快、燃燒參數值越高，越易導致室內轟燃的發生。在初戰指揮中，指揮員要對于建筑室內存在可燃物的種類以及其燃燒特性做出初步判斷，對于室內存在易燃易爆的物品時，其火災發生轟燃的可能性也就越大，指揮員要及時提醒內攻人員，加強防護，提高對轟燃發生的警惕性。

4.2? 及時冷卻，排煙降溫

根據試驗數據分析可知，當可燃物種類一定時，可燃材料的質量越多，從而加速了可燃物的分解，分解產生的可燃氣體在頂棚積聚使得轟燃的發生更加容易。這就要求我們在初戰指揮過程中，要充分研判火災發展階段，如室內火災仍處于初期階段，且范圍較小可第一時間堵截火勢，疏散蔓延方向的可燃物資;如室內火災已經處于發展階段，要避免盲目打通室內通風通道，第一時間要對室內頂棚的熱煙氣進行稀釋降溫，降低對室內可燃物熱輻射量，降低轟燃發生的可能性;在降溫的基礎上，擇機擇位打開通風口，將室內可燃熱煙氣排出到室外，降低室內熱煙氣的濃度，為內攻創造條件。

4.3? 審時度勢，正確內攻

根據試驗數據分析可知，當可燃物種類一定時，此種可燃材料的燃燒面積越大，則火災荷載密度越大，燃燒越劇烈，越易發生轟燃。這就要求我們在初戰指揮過程中，將火災控制在初期階段，要做到滅早滅小，而實施內攻是迅速控制火災發展、撲滅火災的有效途徑之一。消防救援人員在做好個人防護，確保安全的前提下，第一時間內攻打擊火點，縮小燃燒面積，控制火勢蔓延趨勢。但當室內火災已經處于充分發展階段，消防救援人員則不宜進入，待火場內部得到充分冷卻后再考慮進入。

參考文獻：

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[9]W.G.WENG，W.C.FAN.Catastrophe analysis of flashover in building fires[J].火災科學，2003，12（2）：51-57.

Abstract：This paper makes an analysis on the thermal decomposition and combustion features of different combustible materials， and explores their roles played in the Interior flashover by means of Fire equipment boxes. It is tested that combustible materials which bears different? combustible features， thermal decomposition characteristics， quality， surface area and other factors may impact various effects in indoor flashover within a limited space.It provides a reference for the fire rescue team to prevent flashover in the process of dealing with building fire.

Keywords：interior fire; flashover; combustible materials