轰燃可能是建筑火灾中，最典型的极端火灾特性。我的朋友和来自瑞典的朋友经常观察到的，它算不上真正的极端火灾特性，而是正常火灾特性。“极端”这个术语是我们在感知背景下构建的，它定义了我们控制它的能力有限，以及它对消防员安全的潜在影响。然而，轰燃的发生不是偶然随机的，它是一个室内火灾发展过程的一部分。

误解

很长一段时间，我在各种培训材料中，搜集有关极端火灾特性的相关报道和评论。虽然找到不少关于轰燃现象的准确信息，但也常常见到关于轰燃的误解和错误信息。

当空气中的气体被点燃时，家中有可能发生轰燃。

·当爆炸或轰燃发生时，内攻消防员很可能会被困在内。

·当温度上升至500-600摄氏度时，轰燃发生，热量足以点燃空气中的任何气体，甚至可能出现爆炸。

·如果火场有可燃气体或者甚至是灰尘，然后突然蒸气云被点燃，这就是我们所谓的轰燃。

·当整个房间突然燃烧时，轰燃就发生了。

前面的每一个陈述，都是经验丰富的消防员做出的。不能识别和降低风险，将有可能导致灭火过程中引发轰燃，这将对消防员造成重大威胁。因此，认识和降低风险的核心是：了解什么是轰燃，以及它 发发 生生 的的 必必 要要 条条 件件 。。

什么是轰燃？

轰燃是火灾发展过程中，上升阶段突然过渡到全面燃烧阶段的转折点。这种现象是指室内所有可燃物的表面迅速燃烧。

如果发生轰燃，室内的热释放速率和温度都迅速上升。轰燃有可能发生在室内火灾或者在通风控制型火灾中，新空气进入火场。

轰燃的特征包括15kw/m2～20kw/m2的辐射热通量（辐射热传递足以使普通可燃物迅速升高至其着火温度）和烟气层平均温度500℃～600℃。

其他特征也包括火焰传播速度加快以及火焰突破房间窗户等。

图1

轰燃和室内火灾发展

描述轰燃的定义和方法非常多，其中最重要的一点是，它是火灾向全面发展阶段的快速转变。

室外可燃物（如沙发或软垫椅）的燃烧，主要经过四个阶段：

初起阶段，只有一小部分参与了燃烧，随着燃烧进入发展阶段，更多的燃料参与了燃烧，燃烧速度加快。最后，所有可燃物着火，火灾进入了全面燃烧阶段。

随着可燃物耗尽，火灾进入下降阶段。

通观整个过程，火灾发展是由燃料控制的，火灾发展速度和能量释放取决于燃料特性和结构。由于燃烧在室外发生，在每个燃烧阶段，供氧都是充足的。

燃烧热是一定量的可燃物充分燃烧时释放的能量。可燃物燃烧时释放的总能量取决于燃烧的热量和可燃物的量（质量）。燃烧热的单位是焦耳（J）。然而，这只是其中一部分。

热释放速率（HRR）是单位时间内可燃物燃耗所释放的能量,单位是瓦特（W）。1瓦特等于1焦耳（单位能量）每秒（单位时间）。美国消防局习惯上使用英国热量单位（BTU）作为能量单位。

用这个单位，HRR可以表达成btu/s。但是，以上这些与轰燃有什么关系呢？

结果表明，热释放速率与轰燃有关。

当火灾不受限制时，可燃物燃烧产生的大量热量通过热辐射和热对流而流失。当火灾发生在室内，情况又是怎样呢？

室内火灾发展会受到房间情况的影响，室内的其他材料，例如墙壁、天花板和地板吸收了火灾释放的一些能量。另外一些能量是没有被吸收的，而是辐射给了可燃物，继续维持和加速了燃烧过程。热烟气和空气在火源的加热下，不断上升，接触到冷的天花板和墙壁后，热量传递给这些较冷的材料，提高它们的温度。这个热量传递过程，提高了整个房间的温度。

随着周围可燃物被加热，他们开始热分解。最终，热解速率达到可以维持燃烧的点，火势开始向其他可燃物蔓延。

然而，室内与室内外火灾，最显著的区别是室内的通风情况。通风口的大小、位置和开口形状，既影响燃烧所需的氧气，又影响室内热解气体和火灾产生的烟气是保留在室内，还是流出。

课本中对“火灾发展阶段”的描述各不相同，但火灾发展过程中的现象是一样的。我们把室内火灾发展过程分为四个阶段：初起阶段，发展阶段，猛烈阶段和下降阶段（见图2）。

虽然，我们将火灾发展划分为四个阶段，但实际过程是连续的，从一个阶段到另一个阶段。虽然在实验室中可以清楚地定义这些转变，但在实际火场中，往往很难判断哪个阶段何时结束，哪个阶段开始进行。

图2

如果火灾能量释放的速度比从房间流失的速度更快，那么温度将升高；一旦释放了足够的能量，就会发生轰燃，火灾将从增长阶段迅速发展到猛烈阶段（见图2）。

这种情况发生时，火灾将蔓延到房间内所有可燃物表面，火焰将突破房间所有窗口。我们以浴缸作类比，这可以很好地解释通风和轰燃在燃料控制型火场中的关系。

把轰燃和一个带排水口的充水浴缸相比，把水当做热能，水量当做可燃物（火灾荷载）的总热量。水龙头的大小和水压控制水流量，即热释放速率。

浴缸的容积类似于房间的体积及其容纳热量的能力。浴缸排水的大小和位置控制失水率，模拟了通过通风口和气体传导出去的热量损失。在这个类比中，如果浴缸充满和溢出，就会发生轰燃。

燃烧的方式

在室内火灾的初期和发展阶段，由于火灾发展本质上受到可燃物的理化性质影响，火灾的发展速度是受可燃物控制的。可燃物的燃烧需要氧气参与，随着室内火灾发展，供氧成为一个更重要的因素。随着燃烧的进行，烟气逐渐充满房间，降低了室内开口处中性面高度，这就限制了新鲜空气流入房间（见图3）。

中性面是指在房间开口处，一个室内外压力相等的剖面，压力差是由于热烟气在浮力和膨胀作用下流出开口、冷空气在静压作用下流进房间而造成的，流出的烟气与流进开口的环境温度空气是相等的。

图3

燃料控制和通风控制的区别是了解室内火灾特性的关键。

室内火灾通常在初期和发展阶段是燃料控制的，在衰减阶段也是如此，对氧气的需求逐渐减少（见图4）。

图4

当火灾为燃料控制型时，热释放速率和火灾发展速度受燃料特性控制，这是因为房间内氧气和已有的通风面为火灾发展提供了足够的氧气。然而，随着火灾的进行，所需要氧气量增加，在某个点（基于通风面）需氧量超过了供氧量。这时，火灾进入通风控制状态。正如图4所示，通风控制型燃烧可能发生轰燃，这是因为提供了充足的空气使热释放速率达到一定值，这将导致轰燃的发生。

供氧和热量释放的关系

燃烧作为氧化反应，需要足够的氧气与可燃物反应。燃烧热（释放的能量）和完全燃烧所需的氧气量直接相关。

天然和合成有机燃料，在完全燃烧过程中，消耗每克氧气释放的能量大致相当，平均为13.1 kJ/g（0.5%）。

可燃物化学势能的释放，取决于是否有充足的氧气参与燃烧反应。有趣的是，虽然各种类型有机（碳基）燃料的燃烧热变化很大，释放一定量的能量所需的氧气量却非常一致。

20世纪初，英国科学家 W.M. Thornton（1917） 发现从许多常见的烃类和烃类衍生物释放的单位能量所需的氧量几乎是恒定的。1970年，国家标准局（NBS）的研究人员也发现了同一现象，并扩展了这项工作，包括许多其他类型的有机材料，还实验对比了完全燃烧和不完全燃烧。

普通有机材料燃烧，消耗每千克氧气，释放的能量为13.1 MJ，这被称为Thornton法则。

详见《燃料和通风》，该文更详细地讨论了Thornton法则在室内火灾和通风中的应用。

为什么没有发生轰燃？

通风控制的室内火灾可能发生轰燃，充分发展的室内火灾，通常是通风控制的（IAAI，2009）。

然而，通风不足也可能会导致室内火灾热释放速率不够，从而不会发生轰燃。某些情况下，通风控制型火灾发展不充分，就会由于缺乏氧气逐渐衰减和自我熄灭。

2007年末，一家发动机和卡车公司报警称，在三层的木结构公寓楼里有烟味。

他们发现一层地下公寓里烟雾缭绕，并且第一时间报警，破拆进入，开始灭火和初步搜索。

烟气温度不高，并且已经到达地板处，过火情况就是一张软垫椅和客厅里杂物燃烧，消防员进入时是阴燃状态（见图5）。快速搜索后，发现一名死者在远离火源的卧室里。

图5

尽管软垫椅子燃烧，通常会产生足够的热释放速率以使火蔓延到附近的可燃物，并最终导致轰燃。

但从起火点到对面的圣诞树来看，这并不完全正确（见图6）。圣诞树和公寓里的许多其他可燃物有热解痕迹，但没有被点燃。

图6

火灾发生在初冬，公寓的门窗紧闭。随着火灾发展，几乎耗尽了公寓内的氧气，由于没有有效通风，火灾逐渐衰减；同时随着火灾的发展，公寓内的温度升高，且比通常的室内火灾的预期温度稍高。

如果早些发现这起火灾，其发展进程会有什么不同呢？如果邻居打开门或窗户，试图营救被困者，那会发生什么呢？如果消防员打开房间的门，却没有意识到火灾正处于通风控制阶段，那会发生什么？

当室内火灾处于通风控制时，改变通风条件将直接影响火灾特性。

减少通风（例如关门）将降低热释放速率，延缓火灾发展进程。改善通风（例如开门或开窗）将增加热释放速率，加速火灾发展进程。

通风情况的改变可能是火灾造成的（例如玻璃窗热炸裂）、人为的（开门离开）或消防员的战术行为；但所有这些都会对火灾特性产生影响。

多年来，消防员被教育说，通风将降低轰燃的可能性。虽然这有时是真的，但这还是比较片面。

在燃料控制型火灾中，改善通风条件，这将把烟气和热量排出室外，但冷空气替代热气体的过程，将会增加可燃物的热释放率。这延缓了轰燃的发生时间，却增加了达到轰燃所需的热释放率。

与上文提出的浴缸类比，这种情况是不适用的。因为，当火灾处于通风控制时，热释放速率受到可用氧气量的影响。

通风控制的条件下，通过增加开口增加空气供应，将导致热释放率提高。这种提高的热释放率可能导致轰燃（见图7）。

图7

轰燃的两个重要因素

当可燃物和氧气足够时，处于增长阶段的室内火灾可能会发生轰燃，并快速过渡到全面发展阶段。

假设可燃物足够，但供氧不足（由于限制通风），处于增长阶段的室内火灾可能在达到全面发展前就开始衰减。然而，如果通风改善，这种情况会迅速改变，会有通风引发轰燃的潜在危险。

了解轰燃的两个重要因素是非常重要的，但仍然不能完整解释轰燃现象。

橙色救援

虽万丈火海吾往矣