地下建筑火灾中火烟温度沿程变化及其防治措施

■ 潘婷婷 天津市消防救援总队南开支队

当前，我国地下建筑中的人员流动量非常大，尤其是在节假日期间，地下建筑的人员数量可以高达十几万人，另外，地下建筑中含有较多的易燃物品，所以很容易发生火灾。而一旦地下建筑发生了火灾，就会产生浓浓的火烟，并且处于地下建筑中的群众，在受到毒性较大的火烟的影响后，很有可能丧失逃生的能力。所以探讨出能够防治地下建筑发生火灾的策略是非常重要的。

一、地下建筑火灾的分析

（一）起火概率较大

地下建筑火灾有许多特性，其中最明显的有三种特性，第一种特性是地下建筑的可燃物非常多，引发火灾的概率比较大，并且一旦起火，火势便会顺着这些可燃物迅速蔓延。

（二）容易造成严重的危害

第二种特性是地下建筑火灾很容易造成严重的危害，地下建筑的流动人员非常多，如果火灾没有得到及时处理，将会对大量人民群众的生命健康造成危害。另外，地下建筑的阻燃时间也比较长，由于地下建筑空间的氧气含量不是很多，所以可燃物在燃烧之后，很难得到充分、彻底地燃烧，那么在这个过程中就会产生很多有毒、有害的火烟，进而威胁到地下建筑内群众的生命安全。

（三）火源比较多

第三种特性是地下建筑能够引起火灾的火源比较多，比如群众在地下建筑内会乱丢烟头，或者是地下建筑生活用电等都会成为火源[1]。另外，地下建筑中的电气设备如果出现了短路问题，也会成为火源。除此之外，当施工人员在对地下建筑进行装修的时候，如果没有按照规定来操作的话，也很容易引起火灾。结合所有引起地下建筑火灾的原因来看，人为因素占大部分。

（四）灭火难度很高

地下的温度与地面温度不同，高程也有差异，所以在地下会形成不同的热风压，那么地下建筑的气流环境也是比较特殊的。如果地下建筑发生了火灾，其产生的火烟就会以非常快的速度在建筑中扩散开来，并且火烟的温度极高[2]。基于这种特性，安全人员在救火的过程中很难在较短的时间内将人员全部疏散开，并且其灭火的难度也是非常大的。

二、地下巷道火灾中的火风压

地下巷道中的空间位置是会变化的，地面的空间位置也是动态变化的，两者的变化导致地下巷道的空气和地面之间的空气产生温度的变化，温度的变化产生热风压，用△hT表示，△hT是空气从入风口入，出风口出的；热风压△hT由下式（1）确定：

式中ti地下巷道中的空气温度（℃）;

t0地面空气温度（℃）;

Ti地下巷道中空气温度的绝对温度（K），且Ti=273+ti;

τ0地面空气的容重（N/m3）

h 表示地下巷道的高度（m）

地下巷道发生的火灾，通过测温后发现起火点处的空气温度相比于火烟处的温度有明显的差别，这是因为起火时的时间顺序、空间序列都不一样，导致了二者之间的不同。二者温度的不同又引起了新的压力，这个压力是起火点处的火烟顺着地下巷道的双方向进行流动，产生的局部压力叫热风压△hf，△hf与△hT不同，△hf是一种局部压力，注意区分。

火风压△hf由下式（2）确定：

下列各字母表示的是地下巷道中的变化：

Tξ起火点处的火焰温度（℃）

ti起火前的空气温度（℃）

τi起火点处的起火前的空气容重（N/m3）

h 高度（m）

Tξ起火点处火烟温度的绝对温标（K）

一般情况下，地下巷道的高度h=4.0m，假设巷道在发生火灾之前的温度ti=25℃，这时空气的容重可以表示为τi=11.60N/m3。出现火灾后火势迅速蔓延，在温度到达最高点时的温度tξ=1000℃，这时在巷道的起火点处，△hf的值为：

通过火风压△hf的式子可以知道的是，△hf在起火点处的数值会受到多方面因素的影响，不过在巷道尺度和巷道的空气温度确定的情况下△hf的数值与起火点处的燃烧物品的数量，以及火灾发生时的巷道中空间分布状态有关。综上所述，在进行消防安全宣传工作时，可以从以下几个方面进行，促进消防安全管理顺利进行：

对于巷道中的可燃物、易燃物品等进行综合化管理，在火灾发生前就进行难燃化处理，这样可以限制火风压△hf。

对于地下巷道中的物品摆放顺序，应该将易燃物品放在巷道的上行出口处，这样摆放的好处是一旦发生了火灾物品起火后，火势会迅速蔓延。但因为燃烧物品在出风口处产生的火烟会在热风压△hT和火风压△hf共同作用下，顺着巷道的上行出风口排出及时排出大量的火烟，在一定程度上减少了火烟对更深区域的污染。

如果火势是从下行巷道口蔓延开，在实施消防救援时可以在巷道的中部安排提供正压的送风设备及时对巷道进行送风抑制火势，除此之外在巷道口要及时安装排出火烟的负压排烟设备，降低火烟对于地下巷道深部的污染，为消防救援争取宝贵时间保证疏散安全进行。不管是自然进风口还是出风口发生了火灾，及时排出火烟都是非常有必要的。

三、地下建筑火灾中火烟温度的沿程变化及其防治措施

（一）地下建筑火灾中火烟温度的沿程变化

在地下建筑的巷道中，一旦发生了起火现象，就会产生大量的有毒火烟，这些火烟会受到热风压的影响，同时也会受到火风压的影响，那么火烟在两者的共同作用下，就会沿着地下巷道迅速蔓延开来[3]。那么本文针对火烟温度的沿程变化来进行分析，首先确定几项因素，用L 来代替地下建筑中巷道的长度，用h 来代替地下建筑中巷道的高度，用b 来代替地下建筑中巷道的宽度，地下建筑巷道的长度大于其高度和宽度。用P 来代替地下建筑中巷道截面的周长，一般而言，巷道截面呈现矩形形状，那么周长公式则为P=2（h+b）[4]。在起火点的位置，火烟的温度变化可以用△t0来表示，火烟沿着地下建筑巷道会流经一段距离，用x 来表示这段距离，那么在x 位置处，火烟的温度变化为△tx，从x 位置开始，火烟会继续流经到其他地方，用dx 来表示这段距离，那么在dx 位置处，火烟的温度变化为d（△tx）。之后便可以利用相关公式来求出在dx 这段距离中，火烟释放出的热量，用dQ 来表示[5]。其计算公式为：

在（1）式中，G 字母和CP 字母代表的是火烟的气流，前者代表气流的质量流量，后者代表气流的比热。

之后，需要继续计算出dx 距离中，火烟所吸收的热量，用dQ’来表示。

关于以e 为底指数的式子：△tz= △tse-（C/G）z可以得出以下结论：

起火点可燃物燃烧会引起温度的变化，用△ts 表示，而发生火灾时较高温的火烟会顺着巷道蔓延，在起火点处温度也会随着火势的蔓延发生变化，变化的温度为△tz。想要减小△tz就必须减小△ts。

由上述结论可以得出，在巷道中要随时注意易燃和可燃物的摆放状态，对于物品的数量做到严格把控，在源头上降低火灾发生的风险，在消防管理前做好阻燃的工作。例如，地下商场的消防管理中，由于空间有限、人员的流动大，对于消防管理的重点也是放在预防火灾发生上，防患于未然。

（二）地下建筑火灾中火烟温度的防治措施

对地下建筑火烟温度和火风压沿程变化进行研究之后，可以为地下建筑火灾的防治提供一种科学化的依据。

1.控制可燃物的温度变化

根据e 为底指数的式子可以发现，要想让△tz的温度变化有所减小，就应该让△ts的温度变化减小，即在起火点的位置处，地下建筑会因为一些可燃物的燃烧而发生温度上的变化，那么就需要让这些温度变化降到最小。通俗来讲，在地下建筑中，要尽可能减少易燃物品的分布数量，并且还应该采取一些有效措施来阻止这些易燃物品的燃烧。比如，在地下建筑的墙面上贴上禁止吸烟的标语；全面促进施工人员安全意识的增强，做好相应的安全防护工作，配备安全工具，特种作业人员一定要持证上岗；另一方面，建立完善的安全管理体制，不断对应急预案体系进行优化和完善，明确安全生产的标准，设置专门的安全管理人员，定期做好检查工作，以便在出现安全事故的时候，施工人员能够在最短的时间内撤离现场，保证施工人员的安全。

2.减小火烟的质量流量

要想让△tz的温度变化有所减小，除了控制可燃物的燃烧引起的温度变化以外，还应该减小G 的值，即减小火烟的质量流量。那么相关工作人员在设计地下建筑的时候，就应该着重考虑地下建筑防火隔断的问题，可以在其中增加风阻的设施，比如增设防火隔烟水幕墙，这种设施除了可以有效隔烟以外，还能够对地下建筑中温度较高的火烟进行冷却降温，有了这种设施的帮助，消防人员就会有更多的时间来疏散人群，在灭火的时候也会更加容易一些。

3.增加地下建筑巷道截面的周长长度

根据周长公式P=2（h+b），还应该让P 值增大，即增加地下建筑巷道截面的周长长度，这样就可以有更长的巷道壁面来对高温火烟进行降温。所以建筑人员在设计地下建筑巷道的时候，可以将其设计为矩形形状，这样就可以充分发挥地下建筑巷道避免冷却的作用。

4. 设置正压送风防烟设施

在地下建筑中，针对巷道深部位置，相关工作人员可以设置一些正压送风防烟设施，对地下建筑物巷道深部位置送足新鲜空气，使其压力保持较高的状态，然后可以将火灾烟气堵截于被加压部位之外，根据这一原理可以设置机械加压送风系统；针对地下建筑巷道进口位置以及出口位置，相关工作人员可以设置负压排烟设施，并且巷道的排气竖井位置也应该设置此设施。在采取这一防治措施之后，如果地下建筑巷道不同的区位发生了火灾，那么可以对巷道深部位置起到保护的作用，避免其受到火烟的影响而造成更严重的危害。

四、结语

综上所述，地下建筑火灾具有比较明显的特性。由于可燃物比较多，所以引发火灾的可能性非常大，另外，地下建筑火灾在蔓延的时候也非常迅速，很容易对大量的流动人群造成生命安全的威胁。那么在对地下建筑火烟温度和火风压进行分析之后，可以从四个方面来采取有效的防治措施。第一，控制地下建筑可燃物的温度变化；第二，减少地下建筑火烟的质量流量；第三，增加地下建筑巷道截面的周长长度；第四，设置正压道风防烟设施。通过采取这些防治措施，可以在很大程度上减小地下建筑火灾发生的概率，并且即使已经发生了火灾，这些措施也能降低消防人员灭火的难度，为消防人员疏散群众争取更多的时间。