建筑火災煙氣危害分析

俞晨

摘 要：火災發生時產生的煙氣是導致人員死亡的主要原因。隨著我國經濟的發展，人員密集的場所越來越多，一旦發生火災，就很容易造成群體性傷亡。因此，有必要研究火災煙氣中有毒物質的組成和比例以及毒性作用。

關鍵詞：建筑火災;火災煙氣;煙氣危害

隨著我國經濟的發展，大量的可燃以及阻燃建筑材料被應用在建筑工程施工過程中，一旦發生火災，會大大提高產生煙氣毒性危害的概率。火災煙氣的危害主要分為煙塵危害、毒性危害以及熱危害。其中，建筑火災中產生的有毒煙氣是導致人員傷亡的主要原因。因此，研究建筑材料燃燒過程中的毒性氣體及分類，對減輕火災所造成的危害具有極為重要的現實意義。

1?火災煙氣

美國試驗與材料學會對煙氣的定義是某種物質在燃燒或分解時散發出的固態或液態懸浮微粒和高溫氣體，就是物質燃燒后釋放出的高溫蒸汽和有毒氣體[1]。

1.1? 煙氣的成分

火災煙氣由多種物質共同燃燒而釋放，成分十分復雜，一般包括CO、CO2、HCN、HCl、HBr、H2S等。

1.2? 煙氣的特點

不同的火災煙氣具有不同的特點，但是都要從以下方面來探究：煙氣內所含固、液顆粒的粒徑分布，煙氣的濃度、能見度以及光密度等。

1.2.1? 煙塵顆粒的平均直徑和粒徑分布

煙氣顆粒的大小是一個范圍，為了使計算方便，常用平均直徑dgn來代替。所有煙氣顆粒平均直徑dgn的計算公式為：

式中：N—煙氣顆粒的總數目;Ni—任意一個煙氣顆粒直徑范圍內的煙氣顆粒個數。

顆粒尺寸范圍的寬度為σg，常用標準差來表示這個范圍的寬度：

若所有煙氣顆粒的直徑均相等，則有σg=0。如果顆粒的直徑滿足正態分布，用顆粒的對數來表示，顆粒總數的68.8%的顆粒直徑在 lg dgn±lg σg之間。

1.2.2? 煙氣濃度和光密度

煙氣的濃度與能見度成反比，煙氣的濃度越高，能見度就會越低。當一束光射入煙氣，由于煙氣能夠吸收以及散射光，只有一部分光可以通過煙氣。在能見度較低的火災區域內，人們由于視野不清晰以及內心恐慌，很可能無法選擇正確的疏散通道以及逃生路線。煙氣的濃度、成分以及煙氣顆粒的大小、分布狀態都會影響火場的能見度。煙氣的能見度常用光密度表示。

根據Lambert-Beer定律：當一束波長為λ0的光射入煙氣時，有：

式中：L—光在煙氣中通過的距離;K—消光系數，也表征光的消煙能力，其大小與煙氣的特征（如濃度、煙塵顆粒的直徑及分布）有關，可進一步表示為：

式中：Km—比消光系數，即單位質量濃度的消光系數;Ms—煙氣質量濃度。

煙氣濃度常用光密度D來衡量。即：

單位平均光路長的光密度是計算煙氣濃度的一個重要參數，計算公式為：

測試材料的發煙特性時，常用比光密度Ds，也稱煙密度，即從單位面積A的試樣表面所產生的煙擴散在單位容積V中通過的單位光路長度L的光密度，即：

1.2.3? 能見距離

當火災發生時，人在煙氣中的能見距離決定了人是否能夠看到疏散標志以及逃生路線，這直接影響到疏散時間及疏散成功率。人在煙氣中的能見距離與很多因素相關，其中，最為主要的有3類。

（1）煙氣的影響。煙氣顆粒的大小、煙氣濃度以及煙氣的擴散方向等。

（2）火場現場環境的影響。火災現場疏散標志的顏色、尺寸以及現場的照明狀況等。

（3）人的影響。火場內人員的身體和心理狀態。

2?煙氣危害

火災煙氣的危害是多方面的，從煙氣的組成可知，主要包含3個方面，即煙塵危害、熱危害以及毒性危害。

2.1? 煙塵危害

當火場中充斥著煙氣時，能見度往往只有幾十厘米，甚至“伸手不見五指”，人們往往會感到十分恐懼、不知所措，進而失去活動能力，有些甚至會失去理智[2]。在這種混亂的局面下，很容易發生人員踩踏事件，造成嚴重的后果，不僅會給火場的人員疏散增加困難，還會影響火災的撲救工作。同時，煙氣中的一些氣體對人眼有很強的刺激性，如HCl、NH3、HF、SO2等，使人在疏散過程中無法睜眼，大大降低了移動速度。

能見度的計算公式為：

式中：R—比例系數，無量綱數值;K—煙氣的消光系數，m-1。

2.2? 熱危害

當火災發生時，火場中的人員會吸入大量高溫的煙氣從而灼傷呼吸道。除此之外，高溫的煙氣還會通過對流和輻射對人體皮膚表面造成損傷，人們對高溫火災煙氣帶來的熱量的耐受性是有限的。當溫度為60 ℃時，人可暫時忍受;當溫度升高到120 ℃時，人體將在15 min內受到不可恢復的損害;當溫度達到170 ℃時，人已經無法生存。

人體耐熱極限時間與溫度有如下關系：

t=3.28×108/T3.61（9）

式中：t—人員耐熱極限時間，min;T—空氣的溫度，℃。

不同溫度、濕度下人體的耐受時間如表1所示。

2.3? 毒性危害

首先，燃燒需要消耗氧氣，當空氣中大量的氧氣被消耗，無法滿足人類正常的生理需求時，人們會由于缺氧而感到恐慌和窒息。其次，燃燒時所產生的煙氣中含有大量的有毒氣體，包括一氧化碳、氰化物等，很容易造成人體中毒。相較于煙塵危害和熱危害，毒性危害最為致命。

建筑材料在燃燒時，毒氣的主要來源有兩個：一是建材經高溫作用熱分解產物，二是燃燒產物。在實際火災中，二者往往并存。在不同濃度的一氧化碳、二氧化碳、氰化氫下人體的反應如表2所示。

對于不同的煙氣，人中毒的作用機理也是各不相同的，但是主要表現在兩個方面：窒息作用、刺激作用[3]。在絕大多數的火災中，這兩種刺激是共存的。常見的窒息性氣體對人體的危害如表3所示。

3 ? 總結與展望

對火災煙氣進行研究，需要多學科、交叉性地進行，包括材料產煙情況研究、煙氣的運動以及擴散規律研究、檢測毒性氣體的方法研究、煙氣毒性程度以及毒性機理研究等。就目前來看，結合生物學，從分子角度研究煙氣毒性是一個新的研究方向。加強煙氣的分析，尤其是對有毒有害氣體毒性的分析，包括煙氣中各個組分的相互作用和煙氣在空間內的遷移規律，對人類安全生產與生活具有重要意義。

[參考文獻]

[1]姜允申.災害毒理學研究新進展[J].河南預防醫學雜志，2016，27（11）：824-827.

[2]徐熙春，帥建強，李歡歡.煙氣毒性評價方法淺析[J].內江科技，2015，36（5）：35，44-45.

[3]郭海東，李宏霞.火災煙氣的危害及其應急救治策略研究進展[J].西部醫學，2019，31（1）：161-164.