第七节 火灾在建筑物内的蔓延

压和烟囱效应对火
到走廊，进入其他敞开屋门的房间，或呈水平方向漫流。 灾蔓延的作用
此时，烟气的流动方向和速度在很大程度上受外界风力的 影响。如图4-31所示。
三、烟在建筑物内
的流动规律*
四、火焰通过外墙
窗口向上层的蔓延
图4-31 烟在单层建筑物内蔓延的示意图
烟在多层建筑物内流动要受到两侧敞开楼梯间气流的 影响。如图4-32所示，楼梯间的对流通风将加速烟气的蔓
若起火房间面积为A，室内高度为H，烟层与地面的距 建筑物内的蔓延
离为Z，则烟气层的下降速度可表示为：
一、火灾在建筑物
dZ
式中，ρs为烟密度。
/
dt
蔓延的形式和途径
(二) 烟在建筑物内的流动和扩散
二、热烟气、火风
烟在单层或多层建筑物内蔓延时，首先冲上屋顶，逐 渐充满门窗以上的空间。然后越过门窗过梁或屋架梁，流
到1000oC，由查理定律可知，在体积不变时，气体的压力 的流动规律 与热力学温度成正比，计算可知室内气体将产生约为 4.57atm的压力。这个压力会对房间四壁、楼板及吊顶等产 四、火焰通过外墙
生很大的作用力，甚至使屋顶上移或使墙体产生裂缝。 窗口向上层的蔓延
火风压对火灾蔓延的作用主要表现在使起火房间内部 压力升高，加快热烟气的蔓延速度。
内蔓延的形式和途径
室内发生火灾后，产生的火风压可能使屋顶发生位移，二、热烟气、火风 或在墙体上产生裂缝。在实际灭火过程中，总会出现水枪 手很难推开起火房间门的情况，这就是由于火风压产生的 压和烟囱效应对火
压力将房门顶上的缘故。火风压的大小与火灾温度和室内 灾蔓延的作用*
通风条件有关。假定起火前室内温度为27oC，起火后上升 三、烟在建筑物内
为：
dQ K T p dx
(4-61)
式中，K为传热系数，可按下式计算：
K 2K/ V 式中，V为热烟气流速，m/s；K’为常数，通常取 1.73kcal/(m2h℃)。
第七小节节火名灾在
(4-62)
建筑物内的蔓延
一、火灾在建筑物
假设壁面吸收的热量等于热烟气带出的热量，即： 内蔓延的形式和途径
降到500oC以下，蔓延的最远距离为81m；当热烟气流速 的流动规律
为0.3m/s时，可能蔓延的最远距离降低为37m左右。可见 四、火焰通过外墙 热烟气流速越大，蔓延距离越远。
窗口向上层的蔓延 因此，控制火灾在建筑物内蔓延，首先是要控制火灾
热烟气的流速，特别是在高层建筑物内，应尽可能减少进
入走廊或楼梯间内的烟量。
当起火点距离可燃物较远，火焰无法直接接触可燃物， 中间又没有导热媒介时，火焰的热辐射作用是引起火灾蔓
第七小节节火名灾在
延的主要形式。火焰的热辐射和可见光线、X射线和无线 建筑物内的蔓延
电波—样，可以看作是各种波长的电磁波，其中处于红外 一、火灾在建筑物
区1—10μm波段的电磁辐射与火灾的关系最为密切。
过程中不断向环境散热，使可燃物升温自燃。因为木材的 内蔓延的形式和途径
自燃点在400~500℃之间，所以温度在500℃以上热烟气的 所到之处，可燃物都有被引燃的危险。特别在密闭建筑物
二、热烟气、火风
内，高温热烟气中含有大量CO等不完全燃烧的产物，当 压和烟囱效应对火
蔓延到走廊尽头和的新鲜空气相遇时，还会产生爆燃，从 灾蔓延的作用*
2、火焰直接点燃 即起火点的火焰直接点燃周围可燃物。这种火灾蔓延 形式多在可燃物相距较近的情况下出现。
3、导热 主要是指由于金属管道或其他金属容器的导热作用， 将热量由墙、楼板、管壁的一侧传到另一侧引燃可燃物， 使火灾在建筑物内部迅速蔓延的现象。
4、热辐射
第七小节节火名灾在 建筑物内的蔓延
一、火灾在建筑物 内蔓延的形式和途径* 二、热烟气、火风 压和烟囱效应对火 灾蔓延的作用 三、烟在建筑物内 的流动规律 四、火焰通过外墙 窗口向上层的蔓延
dQ G CP dT
(4-63)
式中，G为热烟气流量，kg/s；dT为dX距离内温降，oC；
二、热烟气、火风 压和烟囱效应对火
CP为空气比热，一般取0.24kcal/(kg℃)。
灾蔓延的作用*
由此
三、烟在建筑物内
K t p dX G CP dT
积分可得：
K p dX dT
G CP
第七小节节火名灾在 建筑物内的蔓延
一、火灾在建筑物 内蔓延的形式和途径 二、热烟气、火风 压和烟囱效应对火 灾蔓延的作用 三、烟在建筑物内 的流动规律*
四、火焰通过外墙
窗口向上层的蔓延
图4-33 高层建筑内烟气流动的示意图
多数情况下建筑物内的温度大于室外温度，由于烟囱 效应，室内烟气总的方向是自下而上。若起火层位于建筑
使燃烧蔓延。
3、闷顶 建筑物的闷顶空间一般都很大，普遍采用木质结构， 加上不设防火分隔，通风良好，热烟气很容易通过闷顶迅
三、烟在建筑物内 的流动规律 四、火焰通过外墙
速蔓延，而且热烟气在闷顶中的蔓延一般又不容易被及时 窗口向上层的蔓延
发现，危害更大。
4、通风管道
可燃材料制作的管道，在起火时能把燃烧扩散到通风
(二) 火风压和烟囱效应对火灾蔓延的作用
热是产生空气对流的根本原因。空气受热以后，在建 筑物内能够形成两种压力，一种是在起火房间内，由于温
第七小节节火名灾在
度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成的压力，叫火 建筑物内的蔓延
风压；另一种，则是建筑物内始终存在的烟囱效应的作用。一、火灾在建筑物
1、火风压
2、烟囱效应
第七小节节火名灾在
所谓烟囱效应是指在垂直的围护物中，由于气体对流， 促使烟尘和热气流向上流动的效应。在第二章已经详细讨
建筑物内的蔓延
论了烟囱效应形成的原因、建筑物高度和内外温差对烟囱 一、火灾在建筑物
效应的影响等。
内蔓延的形式和途径
建筑物发生火灾后，热烟气在烟囱效应作用下很容易 二、热烟气、火风 通过电梯井、楼梯等通道向上蔓延。实测数据表明，在一 般建筑物内，火灾烟气的垂直流动速度约为2~4m/s。近年 压和烟囱效应对火 来新建的中庭建筑，火灾中热烟气向上蔓延的速度更快， 灾蔓延的作用*
间的蔓延情况大不相同。
二、热烟气、火风
压和烟囱效应对火
灾蔓延的作用
三、烟在建筑物内
的流动规律
四、火焰通过外墙
窗口向上层的蔓延
(一) 火灾在建筑物内蔓延的形式 火灾在建筑物内蔓延的形式与起火位置、可燃物数量 和分布及建筑材料燃烧性能有很大关系。常见的蔓延形式 主要有以下几类：
1、延烧 即可燃物表面起火后，由于导热作用使燃烧沿表面连 续不断地向外发展下去的火灾蔓延形式。延烧是初期火灾 蔓延的主要形式。
(二) 火灾在建筑物内蔓延的途径
四、火焰通过外墙
研究火灾蔓延途径对开展灭火战斗具有很强的指导作 窗口向上层的蔓延 用，从实际的灭火经验来看建筑物内的火灾蔓延主要包括 以下几个途径：
1、楼板孔洞 因为火势易于向上蔓延，所以楼板上的开口（如厂房
第七小节节火名灾在
内设备吊装孔、楼梯间、电梯井、管道井等）都是火灾蔓 建筑物内的蔓延
由上式可知，热烟气流量G越大，热对流造成的火灾 二、热烟气、火风
蔓延距离就越远。对于特定建筑来讲，烟流量的大小取决 压和烟囱效应对火
于烟流速的高低。理论计算和实验结果表明，在高3m、宽 2m的走廊内，起火房间门口温度为1000℃，当热烟气流速
灾蔓延的作用*
为0.8m/s时，它由起火房间流出后，经过81m以后温度将 三、烟在建筑物内
因此针对中庭建筑火灾烟气流动规律及烟气控制的研究已 三、烟在建筑物内
引起了人们的普遍关注。
的流动规律
四、火焰通过外墙
窗口向上层的蔓延
(一) 烟的上升和下降速度 热烟气上升是因其密度比冷空气轻。建筑物内热烟气
第七小节节火名灾在
浮力产生的速度压可近似计算为：
建筑物内的蔓延
P ( V )2 4
一、火灾在建筑物 (4-68) 内蔓延的形式和途径
延的良好通道。通常条件下，热烟气垂直流速约为2~3m/s。一、火灾在建筑物
因此火灾向上蔓延的速度很快。
内蔓延的形式和途径*
2、内墙门
尽管最初火灾只发生在一个房间内，但是当内墙门被 二、热烟气、火风
烧穿之后，火灾将最终蔓延到整个建筑物。即使建筑物的 压和烟囱效应对火
走廊内没有任何可燃物，强大的热对流和高温热烟气仍可 灾蔓延的作用
高层建筑的中性面不在窗口，而集中于建筑物的腰部。在
风力作用下，高层建筑内中性面以下的上风侧的窗口为进
气口，中性面以上的窗口则为排烟口。
也就是说，低层建筑窗口上风压的中性层不见了，而整个 高层建筑成了一个低层建筑的大窗口。
高层建筑物中烟气的流动情况如图4-33所示。在底层 地面进风的压力最大，排烟的压力几乎等于零；相反，在 顶部进风的压力等于零，而排气的压力达到最大。当把各 层进风和排气的作用相加，便可看出高层建筑中，下面各 层窗口只进风，而不排气；上面各层的窗口只排气，而不 进风。这并非意味着下层房间不排气，上层房间不进风， 只不过排气进风都由建筑物内部通道（如楼梯间、电梯井 等）实现而已。因此，高层建筑物一旦发生火灾，热烟气 和火焰经由建筑物内部通道迅速向上蔓延，很快发展为立 体火灾。
内蔓延的形式和途径*
5、热对流
二、热烟气、火风
房间内的高温热烟气密度比冷空气密度小，由于浮力 压和烟囱效应对火 作用热烟气将向顶部流动，经窗口上部流出，而室外的新 鲜冷空气将由窗口下部流入室内燃烧区，形成热对流。热 灾蔓延的作用 对流不但可以源源不断地供给新鲜氧气，使燃烧得以维持，三、烟在建筑物内
而且热烟气的高温作用使火灾在建筑物内能够迅速蔓延。 的流动规律
火灾蔓延的本质是热量在建筑物内传播的结果。火灾 第七节 火灾在
中热量主要以热对流、热辐射、热传导和飞火等形式传播。 建筑物内的蔓延
在实际火灾中各种热传播形式常常同时出现，但又以某一 一、火灾在建筑物
种或某几种传播形式为主。火灾在室内和室外、在起火房 间内部和在起火房间外部（如走廊等）及在不同建筑群之 内蔓延的形式和途径
由上式可求得建筑物上部的气流速度约为：
二、热烟气、火风
V 4 P
(4-69)
而在实际防火设计中，人们更关心靠近燃烧区热烟气
压和烟囱效应对火
的上升速度。研究发现，在一定条件下，上升热气流中心 灾蔓延的作用
的流速符合以下公式：
三、烟在建筑物内
1.696( gQ )1/ 3( f C f T0r0 )1/ 3 n1/ 6
T
(4-64) 的流动规律 四、火焰通过外墙 窗口向上层的蔓延
(4-65)
X G CP ln T0 K p T
(4-66)
热烟气温度降低到500℃以下，火灾蔓延的危险已经 很小，所以热对流可能蔓延的最远距离为：
第七小节节火名灾在 建筑物内的蔓延
L G CP ln T0 K p 500
(4-67) 一、火灾在建筑物 内蔓延的形式和途径
管的任何一点，它是使火灾蔓延扩大的重要途径，也火灾 蔓延最为便利的条件。
(一) 热烟气对火灾蔓延的作用
第七小节节火名灾在
室内起火点热烟气的温度很高，木屋火灾温度一般为 1100~1300℃，最高可达1340℃。即使在不燃建筑室内，
建筑物内的蔓延
火灾温度也在800℃以上。高温热烟气沿走廊、楼梯蔓延 一、火灾在建筑物
而使建筑物内的可燃物全面起火。对室内火灾而言，人们 三、烟在建筑物内 比较关心的是热烟气可能蔓延的危险距离。
的流动规律 热烟气在由起火房间通过走廊向外蔓延的过程中，热 量将不断被四壁吸收，温度逐渐下降。假设起火房间门口 四、火焰通过外墙
处的温升为∆To，距房间X处走廊的壁面温升为∆T，走廊断 窗口向上层的蔓延 面的周长为p，则单位时间内距离dx上壁面吸收的热量dQ
(4-70)
式中，ω为燃烧区中心处气流上升速度；g为重力加速度；
的流动规律* 四、火焰通过外墙
Q为燃烧热；ρf为热气流密度；Cf为热气流比热；T0为环境 窗口向上层的蔓延 温度；r0为燃烧区半径；n为燃烧区长宽比。
因此，燃烧区上升气流的质量速度可表示为：
m f r 2
(4-71)
式烧中区，中心α为处气气流流速上度升平速均度化；系r为数上，升ρf为气热流气半流径密。度；ω为燃 第七小节节火名灾在
第七小节节火名灾在
延。
建筑物内的蔓延
一、火灾在建筑物
内蔓延的形式和途径
二、热烟气、火风
压和烟囱效应对火
灾蔓延的作用
三、烟在建筑物内
的流动规律*
图4-32 烟在楼梯间蔓延的示意图
四、火焰通过外墙
(三) 烟在高层建筑物内的流动
理论推测和实际测定发现，与低层建筑不同的是，在 窗口向上层的蔓延
高层建筑中，并非每个窗口都同时进气和排气。这是因为