室外风对高层建筑火灾轰燃的影响

室外风对高层建筑火灾轰燃的影响

摘要：研究当火灾发生轰燃时周围烟气浓度的变化以及分析室外风速对高层建筑火灾轰燃的影响，为高层建筑火灾防火规范设计做出理论支持。应用FDS （Fire Dynamics Simulator)软件对高层建筑火灾进行模拟，来测定当室内火灾发生轰燃时周围烟气温度和浓度发生的变化以及当通有室外风时对火灾轰燃的影响。当建筑火灾中发生轰燃时，周围温度、CO浓度在短时间内有显著增加。当通有室外风时，轰燃会提前发生，并且其周围温度较无风时更大，而CO浓度则相反。

关键词：高层建筑火灾；轰燃；室外风

0引言

轰燃是指火在建筑内部突发性的引起全面燃烧的现象，它的发生标志着火灾全面发展阶段的开始。一旦高层建筑火灾发生轰燃，在室外风和烟囱效应的作用下，火灾的发展和烟气的蔓延势必会更加迅速。这对于火灾的扑救以及人员的逃生都极为不利。因此研究室外风对高层建筑火灾轰燃的影响具有重要意义。目前，国外对火灾轰燃的研究如S. Welch[1]对大尺寸模型进行了模拟。国内学者厉培德[2]主要分析了当火灾发生轰燃时温度的变化，火势的发展，烟气的蔓延情况以及室内火灾轰燃的预测方法。卢平[3-4]等学者主要研究了火灾轰燃过程烟气参数的变化规律以及火源位置的不同对轰燃的影响，但是研究室外风对建筑火灾轰燃的影响的人不多。笔者将运用FDS软件，以高层建筑里某一房间为研究对象，来分析在有室外风情况下，轰燃发生的时间以及发生后周围烟气温度和浓度，来阐述室外风对高层建筑火灾轰燃的影响。

1模型的建立

笔者根据上海某商业大厦建立模型。该高层建筑共30层，总高约为120m，层高4m,单层面积约为2025㎡，总面积约为60750㎡。该次模拟的火源在第14层西侧的一个房间里，初始火源设为5MW。本人根据所要研究的内容在建筑物的西侧外墙上建立长1m,宽0.5m的玻璃窗，在玻璃窗上设置测点X=0.5，Y=22.5，Z=54.5。假设火灾火灾发展到一定阶段的时候，由于玻璃窗的爆裂意外地产生了由于高层建筑所引起的室外风效应。所以此测点在模拟中达到350℃时，玻璃窗自动变为风口，开始通室外风。另外又设置了两个测点，分别是距离火源上方2.5m处一测点以及房间门一测点。

2 无室外风情况下火灾发展的规律

2.1 火灾中轰燃现象的发生

笔者在此次模拟中采用的初始火源功率是5MW，燃料是聚氨酯。火灾初始

阶段火源上方测点温度逐渐升高，到100s时，温度升高到274℃，之后火灾进入成长阶段，在100s~180s之间，温度由原来的274℃升高到400℃，之后火灾发展比较稳定，温度一直维持在400℃左右。在320s时，由于房间上部热烟气的大量积聚，房间上部热烟气层温度达到了轰燃发生条件，于是轰燃发生，温度在瞬间升高到780℃，这也标志着火灾已经进入到旺盛阶段。

2.2 CO浓度的分析

火灾初始阶段，房间门测点CO浓度增长缓慢，在100s时达到26.5ppm。之后火灾进入成长阶段，由于大量聚氨酯的燃烧，CO浓度也在增大，在100s~320s 之间，CO浓度由26.5ppm增加到426ppm。根据上面2.1小节对轰燃现象发生的分析，在320s时，火灾发生轰燃，而在此图360s~380s一段时间内，CO浓度由532ppm急剧上升到952ppm。在轰燃现象发生40s后，房间的CO浓度有如此极大跳跃是因为室内烟气急剧膨胀从而产生较大烟气浓度差，导致在瞬间房间门外大量烟气的溢出。这也是火灾发生轰燃现象的一个明显标志。

3室外风对火灾发展的影响

3.1 室外风对火灾轰燃的影响

笔者根据公式确定了此次模拟的室外风速，始终为参考参数，为参考高度处风速，为需要测量高度处风速。从而得出了此次模拟的室外风速为9m/s。在火灾发展前100s内，温度曲线基本无风情况下相同，当100s后通有室外风时，温度增长趋势照比无风情况时明显变大，在160s时达到了400℃。在160s~180s 这个时间段内，火灾发生了轰燃现象，测点出温度由400℃急剧上升到900℃，此后温度一直维持在800℃左右，在460s后火势有所减小，温度逐渐降低。在通有室外风时火源功率增长趋势明显并且照比无风情况下要大很多。另外在发生轰燃后，火源功率的上升幅度也极为明显，在200s时火源功率达到最大值16500KW。

3.2 CO浓度的分析

在火灾发展前100sCO浓度的变化基本与无风情况时相一致。100s后由于室外风的影响，CO浓度有显著增长。在100s~160s内，CO浓度由26.3ppm上升到92.5ppm。由前面对房间上部热烟气层温度的分析知道，在160s后火灾发生了轰燃。从图中也可清晰看到在160s~180s时间段内，CO浓度急剧增长，180s 时已达到639ppm。此时CO浓度照比轰燃发生前大了将近10倍。在此后的几百秒内，CO浓度一直在686ppm左右波动。

4 结论

从数值模拟结果来分析可以看出，在无室外风情况时，火灾在320s~340s时间段内发生轰燃，火源房间上部热烟气层温度达到了780℃。当轰燃发生后，周围温度，CO浓度在极短时间内急剧增大。当通有室外风时，火灾在160s~180s 时间段内发生轰燃,相对无风情况下整整提前了一倍时间。在有室外风条件下发生的轰燃更危险，从模拟结果来看，火源功率要比无室外风条件下高出6MW，温度上至少要比无风情况下高出近150℃。火灾中的轰燃现象对于火灾趋势的发展是十分不利的，无论对于受困人员的疏散以及对火灾的扑救工作都是起到巨大的阻力作用。由其是高层建筑，由于高层建筑火灾具有烟囱效应的不利因素，使之轰燃对高层建筑火灾影响是巨大的。

参考文献：

[1]S. Welch, A. Jowsey, S. Deeny, R. Morgan, J. Torero, BRE large compartment fire tests—characterising post-flashover fires for model validation, FireSaf.J. 42 (8)(2007)548–567.

[2]厉培德,钟茂华.室内家具轰燃的实验研究[J].中国安全科学学报，2003，13(5)：49-52.

[3] 卢平,厉培德.受限空间火灾轰燃过程的模拟实验研究[J].火灾科学,2003,12(4):213-217.

[4] 廖光煊,宗若雯.特殊受限空间火灾燃烧的重构研究[J].合肥:中国科学技术大学,2008.

作者简介：吴思成（1988～），男，辽宁鞍山人，供热工程专业在读硕士