地下建筑火災中火煙溫度沿程變化及其防治措施

■ 潘婷婷 天津市消防救援總隊南開支隊

當前，我國地下建筑中的人員流動量非常大，尤其是在節假日期間，地下建筑的人員數量可以高達十幾萬人，另外，地下建筑中含有較多的易燃物品，所以很容易發生火災。而一旦地下建筑發生了火災，就會產生濃濃的火煙，并且處于地下建筑中的群眾，在受到毒性較大的火煙的影響后，很有可能喪失逃生的能力。所以探討出能夠防治地下建筑發生火災的策略是非常重要的。

一、地下建筑火災的分析

（一）起火概率較大

地下建筑火災有許多特性，其中最明顯的有三種特性，第一種特性是地下建筑的可燃物非常多，引發火災的概率比較大，并且一旦起火，火勢便會順著這些可燃物迅速蔓延。

（二）容易造成嚴重的危害

第二種特性是地下建筑火災很容易造成嚴重的危害，地下建筑的流動人員非常多，如果火災沒有得到及時處理，將會對大量人民群眾的生命健康造成危害。另外，地下建筑的阻燃時間也比較長，由于地下建筑空間的氧氣含量不是很多，所以可燃物在燃燒之后，很難得到充分、徹底地燃燒，那么在這個過程中就會產生很多有毒、有害的火煙，進而威脅到地下建筑內群眾的生命安全。

（三）火源比較多

第三種特性是地下建筑能夠引起火災的火源比較多，比如群眾在地下建筑內會亂丟煙頭，或者是地下建筑生活用電等都會成為火源[1]。另外，地下建筑中的電氣設備如果出現了短路問題，也會成為火源。除此之外，當施工人員在對地下建筑進行裝修的時候，如果沒有按照規定來操作的話，也很容易引起火災。結合所有引起地下建筑火災的原因來看，人為因素占大部分。

（四）滅火難度很高

地下的溫度與地面溫度不同，高程也有差異，所以在地下會形成不同的熱風壓，那么地下建筑的氣流環境也是比較特殊的。如果地下建筑發生了火災，其產生的火煙就會以非常快的速度在建筑中擴散開來，并且火煙的溫度極高[2]。基于這種特性，安全人員在救火的過程中很難在較短的時間內將人員全部疏散開，并且其滅火的難度也是非常大的。

二、地下巷道火災中的火風壓

地下巷道中的空間位置是會變化的，地面的空間位置也是動態變化的，兩者的變化導致地下巷道的空氣和地面之間的空氣產生溫度的變化，溫度的變化產生熱風壓，用△hT表示，△hT是空氣從入風口入，出風口出的；熱風壓△hT由下式（1）確定：

式中ti地下巷道中的空氣溫度（℃）;

t0地面空氣溫度（℃）;

Ti地下巷道中空氣溫度的絕對溫度（K），且Ti=273+ti;

τ0地面空氣的容重（N/m3）

h 表示地下巷道的高度（m）

地下巷道發生的火災，通過測溫后發現起火點處的空氣溫度相比于火煙處的溫度有明顯的差別，這是因為起火時的時間順序、空間序列都不一樣，導致了二者之間的不同。二者溫度的不同又引起了新的壓力，這個壓力是起火點處的火煙順著地下巷道的雙方向進行流動，產生的局部壓力叫熱風壓△hf，△hf與△hT不同，△hf是一種局部壓力，注意區分。

火風壓△hf由下式（2）確定：

下列各字母表示的是地下巷道中的變化：

Tξ起火點處的火焰溫度（℃）

ti起火前的空氣溫度（℃）

τi起火點處的起火前的空氣容重（N/m3）

h 高度（m）

Tξ起火點處火煙溫度的絕對溫標（K）

一般情況下，地下巷道的高度h=4.0m，假設巷道在發生火災之前的溫度ti=25℃，這時空氣的容重可以表示為τi=11.60N/m3。出現火災后火勢迅速蔓延，在溫度到達最高點時的溫度tξ=1000℃，這時在巷道的起火點處，△hf的值為：

通過火風壓△hf的式子可以知道的是，△hf在起火點處的數值會受到多方面因素的影響，不過在巷道尺度和巷道的空氣溫度確定的情況下△hf的數值與起火點處的燃燒物品的數量，以及火災發生時的巷道中空間分布狀態有關。綜上所述，在進行消防安全宣傳工作時，可以從以下幾個方面進行，促進消防安全管理順利進行：

對于巷道中的可燃物、易燃物品等進行綜合化管理，在火災發生前就進行難燃化處理，這樣可以限制火風壓△hf。

對于地下巷道中的物品擺放順序，應該將易燃物品放在巷道的上行出口處，這樣擺放的好處是一旦發生了火災物品起火后，火勢會迅速蔓延。但因為燃燒物品在出風口處產生的火煙會在熱風壓△hT和火風壓△hf共同作用下，順著巷道的上行出風口排出及時排出大量的火煙，在一定程度上減少了火煙對更深區域的污染。

如果火勢是從下行巷道口蔓延開，在實施消防救援時可以在巷道的中部安排提供正壓的送風設備及時對巷道進行送風抑制火勢，除此之外在巷道口要及時安裝排出火煙的負壓排煙設備，降低火煙對于地下巷道深部的污染，為消防救援爭取寶貴時間保證疏散安全進行。不管是自然進風口還是出風口發生了火災，及時排出火煙都是非常有必要的。

三、地下建筑火災中火煙溫度的沿程變化及其防治措施

（一）地下建筑火災中火煙溫度的沿程變化

在地下建筑的巷道中，一旦發生了起火現象，就會產生大量的有毒火煙，這些火煙會受到熱風壓的影響，同時也會受到火風壓的影響，那么火煙在兩者的共同作用下，就會沿著地下巷道迅速蔓延開來[3]。那么本文針對火煙溫度的沿程變化來進行分析，首先確定幾項因素，用L 來代替地下建筑中巷道的長度，用h 來代替地下建筑中巷道的高度，用b 來代替地下建筑中巷道的寬度，地下建筑巷道的長度大于其高度和寬度。用P 來代替地下建筑中巷道截面的周長，一般而言，巷道截面呈現矩形形狀，那么周長公式則為P=2（h+b）[4]。在起火點的位置，火煙的溫度變化可以用△t0來表示，火煙沿著地下建筑巷道會流經一段距離，用x 來表示這段距離，那么在x 位置處，火煙的溫度變化為△tx，從x 位置開始，火煙會繼續流經到其他地方，用dx 來表示這段距離，那么在dx 位置處，火煙的溫度變化為d（△tx）。之后便可以利用相關公式來求出在dx 這段距離中，火煙釋放出的熱量，用dQ 來表示[5]。其計算公式為：

在（1）式中，G 字母和CP 字母代表的是火煙的氣流，前者代表氣流的質量流量，后者代表氣流的比熱。

之后，需要繼續計算出dx 距離中，火煙所吸收的熱量，用dQ’來表示。

關于以e 為底指數的式子：△tz= △tse-（C/G）z可以得出以下結論：

起火點可燃物燃燒會引起溫度的變化，用△ts 表示，而發生火災時較高溫的火煙會順著巷道蔓延，在起火點處溫度也會隨著火勢的蔓延發生變化，變化的溫度為△tz。想要減小△tz就必須減小△ts。

由上述結論可以得出，在巷道中要隨時注意易燃和可燃物的擺放狀態，對于物品的數量做到嚴格把控，在源頭上降低火災發生的風險，在消防管理前做好阻燃的工作。例如，地下商場的消防管理中，由于空間有限、人員的流動大，對于消防管理的重點也是放在預防火災發生上，防患于未然。

（二）地下建筑火災中火煙溫度的防治措施

對地下建筑火煙溫度和火風壓沿程變化進行研究之后，可以為地下建筑火災的防治提供一種科學化的依據。

1.控制可燃物的溫度變化

根據e 為底指數的式子可以發現，要想讓△tz的溫度變化有所減小，就應該讓△ts的溫度變化減小，即在起火點的位置處，地下建筑會因為一些可燃物的燃燒而發生溫度上的變化，那么就需要讓這些溫度變化降到最小。通俗來講，在地下建筑中，要盡可能減少易燃物品的分布數量，并且還應該采取一些有效措施來阻止這些易燃物品的燃燒。比如，在地下建筑的墻面上貼上禁止吸煙的標語；全面促進施工人員安全意識的增強，做好相應的安全防護工作，配備安全工具，特種作業人員一定要持證上崗；另一方面，建立完善的安全管理體制，不斷對應急預案體系進行優化和完善，明確安全生產的標準，設置專門的安全管理人員，定期做好檢查工作，以便在出現安全事故的時候，施工人員能夠在最短的時間內撤離現場，保證施工人員的安全。

2.減小火煙的質量流量

要想讓△tz的溫度變化有所減小，除了控制可燃物的燃燒引起的溫度變化以外，還應該減小G 的值，即減小火煙的質量流量。那么相關工作人員在設計地下建筑的時候，就應該著重考慮地下建筑防火隔斷的問題，可以在其中增加風阻的設施，比如增設防火隔煙水幕墻，這種設施除了可以有效隔煙以外，還能夠對地下建筑中溫度較高的火煙進行冷卻降溫，有了這種設施的幫助，消防人員就會有更多的時間來疏散人群，在滅火的時候也會更加容易一些。

3.增加地下建筑巷道截面的周長長度

根據周長公式P=2（h+b），還應該讓P 值增大，即增加地下建筑巷道截面的周長長度，這樣就可以有更長的巷道壁面來對高溫火煙進行降溫。所以建筑人員在設計地下建筑巷道的時候，可以將其設計為矩形形狀，這樣就可以充分發揮地下建筑巷道避免冷卻的作用。

4. 設置正壓送風防煙設施

在地下建筑中，針對巷道深部位置，相關工作人員可以設置一些正壓送風防煙設施，對地下建筑物巷道深部位置送足新鮮空氣，使其壓力保持較高的狀態，然后可以將火災煙氣堵截于被加壓部位之外，根據這一原理可以設置機械加壓送風系統；針對地下建筑巷道進口位置以及出口位置，相關工作人員可以設置負壓排煙設施，并且巷道的排氣豎井位置也應該設置此設施。在采取這一防治措施之后，如果地下建筑巷道不同的區位發生了火災，那么可以對巷道深部位置起到保護的作用，避免其受到火煙的影響而造成更嚴重的危害。

四、結語

綜上所述，地下建筑火災具有比較明顯的特性。由于可燃物比較多，所以引發火災的可能性非常大，另外，地下建筑火災在蔓延的時候也非常迅速，很容易對大量的流動人群造成生命安全的威脅。那么在對地下建筑火煙溫度和火風壓進行分析之后，可以從四個方面來采取有效的防治措施。第一，控制地下建筑可燃物的溫度變化；第二，減少地下建筑火煙的質量流量；第三，增加地下建筑巷道截面的周長長度；第四，設置正壓道風防煙設施。通過采取這些防治措施，可以在很大程度上減小地下建筑火災發生的概率，并且即使已經發生了火災，這些措施也能降低消防人員滅火的難度，為消防人員疏散群眾爭取更多的時間。