樊卓

摘要：近年来我国建筑火灾呈现高发态势。在建筑火灾案例中，大部分遇难者因为烟气毒害窒息而死。火场送风排烟是内攻灭火救援的重要手段之一，而送风与排烟之间又存在一定的矛盾与平衡点，国内外专家学者进行了大量的研究，本文就建筑火灾烟气特点和近年来的研究成果进行了简单介绍。

关键词：建筑;火灾;排烟

建筑火灾是各类火灾中发生最频繁且最易发生重大人员伤亡事故的一种。近年来随着我国经济的快速发展，房地产产业也迎来了高速发展，高层、超高层、大型综合体建筑拔地而起，伴之而来的是火场烟气难以排出，人员疏散难以开展。针对建筑火灾中烟气流动特点和烟气控制、排出以及送风和排烟的平衡点等内容，国内外学者做了大量研究，这对建筑的排烟设计和灭火内攻排烟与疏散也给出了一定的指导作用。

一、建筑火灾烟气特点

（一）高温性

烟气的高温性是指发生火灾后，火场烟气会随着火场成百上千摄氏度的高温气流扩散，容易对被困人员的皮肤和呼吸系统造成损伤，甚至造成呼吸衰竭、休克而死。

（二）毒害性

烟气的毒害性是指建筑物中可燃物复杂的理化性质在火场高温下，能够分解出大量的CO、HCl、NH3、Cl2和H2S等有毒有害气体，这些气体不仅容易造成被困人员晕厥，还会对人的眼、鼻等部位产生强烈的刺激性作用，影响人员逃生。

（三）减光性

烟气的减光性是指火场高温导致室内可燃物分解导致高温烟气中游离了大量的碳和其他固体小颗粒以及小液滴。空气中的悬浮微粒对光的吸收、反射及折射等作用，致使能见度降低，被困人员极易迷路、难以撤离的同时搜救人员也难以深入室内展开搜救。

（四）恐怖性

烟气的恐怖性是指在发生火灾后，烟气的高温性、减光性、毒害性以及火场表观上的烈焰和浓烟会使人产生恐惧感，造成被困人员惊慌失措、失去理智、甚至失去活动能力，导致疏散过程混乱，给疏散和搜救工作造成不利影响，有时还会因此发生严重的踩踏事故。

二、几种常用的火场排烟方式

根据火场烟气空间流动的特性，可以将排烟方法分为水平排烟和垂直排烟两种;根据火场上排烟器械的不同，火场排烟又可以分为自然排烟、机械排烟和水喷雾排烟。

（一）水平排烟

水平排烟是指火场送风和排烟基本上烟气流处于同一水平方向上，这种排烟方式使用较多。

（二）垂直排烟

垂直排烟在高层建筑和大型商场的火灾中使用较多，它是利用建筑物内的排烟管道和建筑穹顶在垂直方向上排出高温烟气流，垂直排烟时要防止出现烟囱效应。

（三）自然排烟

自然排烟是指在自然条件下，利用火场内外温差产生的风压和室外风力共同作用下形成的热烟气和冷空气的对流运动。

（四）机械排烟

机械排烟根据排烟方式可以分为负压机械排烟和正压送风机械排烟两种。

1.负压机械排烟。负压机械排烟一般是指在下风方向利用排烟机将室内烟气排出室外的方式。负压排烟在火灾初期作用较为明显，可以有效阻止室内高温烟气形成的风压，防止高温烟气向非着火区域蔓延，克服自然排烟依靠天气的影响因素，负压排烟受限于排烟机的热负荷，导致在猛烈燃烧阶段其作用不明显。

2.正压送风排烟。正压送风排烟是将室外的新鲜空气通过加压送风的方式输送到室内，使室内的新鲜空气压力大于高温烟气的压力，从而控制气流走向，这种送风方式不易出现负压排烟中高溫烟气损坏排烟设备的情况，因此已经成为目前公认的最为安全可靠的排烟方式，被大多数国家和地区所使用。

（五）水喷雾排烟

喷雾水流排烟是指在送风口方向设置开花水枪，利用喷向空中的水雾的压力使高温气流向排烟口方向流动，并利用空中水雾的冷却降温和对烟尘的吸附作用，将空气中的悬浮物随着水滴进行吸附沉降，以达到排烟的效果。水喷雾排烟是一种最常用且最有效的排烟方法，它既方便又能冷却降温、掩护灭火人员内攻救人，还可以净化火场空气。在使用时要注意喷射压力在0.7～0.9MPa之间，喷射角度在60度至62度之间排烟效果最佳。

三、建筑火灾排烟通风所带来的矛盾

建筑火灾中由于室内装修和摆放的各种物品在高温作用下会产生大量的有毒烟气，因此火灾后必须要向建筑内通风排烟，但是在这个过程中又不可避免地会出现下列问题：第一，排烟或送风时在排出室内有毒烟气的同时又会引入室外新鲜空气;第二，室外新鲜空气在对浓烟进行稀释降温的同时也会因为新鲜空气中氧浓度的升高而使室内可燃物加速燃烧，有增大火势影响的风险;第三，着火房间的高温烟气通过排烟口排出时，容易将未着火房间充满烟气甚至将其引燃，导致人员疏散困难，增加火势蔓延的危险。

基于通风排烟对于火灾发展趋势的以上两种矛盾，相关专家做了很多的研究来探明不同类型的建筑烟气聚集过程和排烟方式对火灾发展的影响。

四、建筑火灾排烟研究进展

李桐[1]在对全尺寸房间送风条件下的燃烧试验进行研究时发现，风速大小、风口与油盘间距、风口朝向角度、风口直径、油盘形状以及油盘的长宽比等参数对热释放率峰值和热释放率峰值到达时间均成一定的相关关系。

许小磊、何嘉鹏等[2]采用FLUENT软件，依据kε两方程三维紊流数学模型，对高层建筑排烟口不同布置方式下的排烟效果进行模拟分析时发现相同机械排烟功率下，顶棚机械排烟效率比侧壁机械排烟效率高10%左右，走廊内的烟气平均温度低54℃。

周岚、王汉良等[3]采用FDS模拟对大型综合体建筑的环形中庭排烟效果进行研究，发现采用竖井自然排烟时，烟气层温度与外界环境温度的变化可以进行调整，当温差较小时，可以维持一个较为稳定的烟气层环境，利于人员的安全疏散。距离火源位置较近时，竖井自然排烟效果较好，远离火源时，机械排烟效果较好，因此在实际操作中可以采取二者相结合的方式达到最优排烟效果[3]。

王婉娣、张辉[4]利用灵敏度分析方法研究建筑火灾排烟启动时间对烟气控制效果的影响时发现了排烟启动时间对烟气层高度影响的规律，并提出了启动时间存在三个区间：最优区间、风险区间和失效界点。

桂娟、高军等[5]在对高大空间建筑排烟的盐水研究时发现盐源强度对热分层高度影响不大，高达中庭的储烟作用可以供人员一定时间逃生。

李改、蒋亚龙[6]通过FDS模拟高层建筑火灾自然排烟效果影响因素时发现火灾功率越大，烟气层高度和能见度越低，自然排烟效果越差;火源在走廊中部时，自然排烟效果比在走廊一端效果好;自然排烟效果与外窗高度成正相关关系，与外窗宽度无关;走廊长度越小，自然排烟效果越好。

霍昭磐、李思成[7]利用FDS模拟大空间建筑正压送风排烟效果时发现，排烟口面积越大，排烟效果越好，但排烟效能减小，当排烟口面积为送风口面积的2倍时，排烟效果最佳。

威尔克（Welker J.R）[8]的研究发现，对于圆形燃油火，甲醇火的燃烧速率在实验风速范围内（0.3m/s～0.6m/s）基本保持不变，甲醇、丙酮、己烷、环乙胺和苯的燃烧速率都随风速的增大而减小，随油池直径增大而增大。霍夫曼（Huffman）等人较早测量了环形火阵列中池火的燃烧速率，发现随火源间距离增大，燃烧速率先增大后减小。

五、展望

建筑火灾作为最为常见的一種火灾形势，正随着建筑物的构型而变得越发复杂，火灾排烟作为灭火救援中最重要的一环，也变得愈发复杂，一直是国内外专家学者研究的热点。如何把握好送风与火灾热释放效率之间的平衡、如何控制烟气流的走向防止烟气蔓延以及如何控制烟高温烟气流向便于人员疏散等问题已经在很多专家学者的实验以及软件中得到模拟。然而，目前的研究还局限于空间的软件数值模拟，研究者一直在致力于适用于一般情况下的送风与排烟平衡点的量化研究。因此，适用于一般条件下的火场排烟可能会成为今后的研究重点。

参考文献：

[1]李桐.送风对建筑火灾热释放率特性影响的实验研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.

[2]许小磊，何嘉鹏，周汝，等.排烟口布置方式对高层建筑火灾排烟效果的影响[J].中国安全生产科学技术，2009，5（05）：18-22.

[3]周岚，王汉良，韩见云.大型商业综合体中庭防排烟可行性研究[J].消防科学与技术，2014，33（06）：632-635.

[4]王婉娣，张辉.排烟启动时间对烟气控制的影响[J].清华大学学报：自然科学版，2016，56（02）：223-228.

[5]桂娟，王健，高军，等.高大空间建筑排烟的盐水实验研究[J].建筑热能通风空调，2014（06）：11-14.

[6]李改，蒋亚龙.高层建筑火灾自然排烟效果影响因素分析研究[J].蚌埠学院学报，2015，4（05）：16-21.

[7]霍昭磐，李思成.大空间建筑正压送风排烟效果的模拟研究[J].建筑科学，2016，32（06）：96-101.

[8]Welker J R，Pipkin O A，Sliepcevich C M.The effect of wind on flames[J].Fire Technology，1965，1（02）：122-129.

作者简介：

樊卓（1979—），男，山西芮城人，本科学历，陕西省汉中市消防救援支队副支队长，灭火救援部部长，研究方向：消防灭火救援。