每一名消防員都知道消防基礎(chǔ)知識中所教的火災(zāi)發(fā)展曲線，以前我們只教一條火災(zāi)發(fā)展曲線，現(xiàn)在有兩條。一條是舊的曲線，定義為“通風良好的火災(zāi)”（見圖1）。本文將圍繞這一曲線展開討論。它表示房間內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)具備了如下條件：

通常情況下，由于最初起火的可燃物無法產(chǎn)生足夠高的熱釋放率，無法點燃附近的另一個可燃物，火災(zāi)便會自行熄滅。在這些情況下，經(jīng)常有很多煙但幾乎沒有熱。雖然有足夠的可燃物，可以使火災(zāi)發(fā)展到轟燃，但可燃物的分布導致轟燃不會發(fā)生，火在初期就熄滅了。

最近，Oostkamp的消防隊就處理了一起這樣的火災(zāi)，一幢房子燃起熊熊烈火，一家人都被困在了二樓。到場后，整棟樓都被濃煙籠罩。濃煙擋住了住戶們的逃生路線，除此之外，一樓的窗戶都是單層玻璃的。消防員判斷此時火場通風不足，若強行打破窗戶可能引入大量空氣，導致轟燃。

他們使用45mm水帶進行火場內(nèi)攻，隨著救援工作的進行，消防員們發(fā)現(xiàn)客廳里的煙氣溫度并不高。這些冷煙氣可能就是通風控制型火災(zāi)產(chǎn)生的，由于缺乏空氣，火災(zāi)的熱釋放率非常低（見圖2），幾乎沒有熱量產(chǎn)生。

通過熱成像儀，消防員找到了起火的位置。起火源是一塊一直在充電的平衡車，旁邊有一個堅實的橡木櫥柜。櫥柜呈發(fā)黑燒焦狀，但平衡車的熱釋放率不足以完全點燃木柜。平衡車完全燒壞了，火勢進入到下降階段?；馂?zāi)產(chǎn)生了大量的煙，但熱量很少。通過使用排煙機，消防員把煙從樓里排出，救出了這一家人。煙霧溫度不高，但毒性很強，在沒有呼吸器的情況下想逃離煙霧是不可行的。

不過，若是換一種情景則結(jié)果會完全不同。假設(shè)客廳的另一邊放著一個紙板箱，平時里面存放著平衡車。這個紙板箱旁邊有一個三個座位的大沙發(fā)。假設(shè)平衡車放置在盒子的內(nèi)部或頂部，然后它著火了，沙發(fā)也很可能會被點燃。沙發(fā)會產(chǎn)生足夠的熱量，在客廳引起轟燃。到達后，消防隊將面臨一樓全面燃燒的大火，所產(chǎn)生的煙氣流到二樓，溫度會高出10倍。我們只能期待，臥室的門是否能保護這個家庭直至救援人員到達。

在這兩種情況下，唯一不同的變量是在起火時，平衡車（初始燃燒物體）的位置，客廳里的其他東西都一樣。一種情況會導致大量煙氣衰減，另一種情況導致房屋燒毀，可能還會有幾名被困人員死亡。為了使火災(zāi)達到轟燃，需要在合適的位置上放置足夠的可燃物。

當通風不足導致無法發(fā)生轟燃時，屬于通風控制型火災(zāi)?；饡S持很小的狀態(tài)，直至自行熄滅，若是出現(xiàn)額外的通風情況，將有一個不同的曲線，如圖2所示。

然而，本文是關(guān)于圖1所示的通風良好的火災(zāi)。大多數(shù)消防隊員稱之為溫度發(fā)展曲線，這種曲線說明了溫度隨時間的變化。

關(guān)于這一說法，我們可以問幾個問題：曲線究竟表示的是哪個溫度？或者換言之：我們在哪個位置放置溫度計，才能得到上述圖表所示的溫度？很多消防員不能回答這個問題。

你知道正確答案嗎？本文將不時地直接向讀者發(fā)出提問。在閱讀下一節(jié)之前試著仔細思考這個問題。文章證實你的答案了嗎？如果答案是肯定的，那很好！如果沒有，想想你的答案為什么不正確。不管怎樣，你都會學到一些東西。

每一起火災(zāi)都有特定的熱釋放速率，我們可以這么描述：想象有一個三個座位的沙發(fā)，假設(shè)沙發(fā)因一只遺落的煙頭而著火，沙發(fā)的四分之一面積正在燃燒，火焰距沙發(fā)高約50厘米。你能在腦海中想象出這個畫面嗎？

火焰的熱量將大量向上流動，在那里，它會加熱煙氣層，一部分熱量輻射回沙發(fā)，使沙發(fā)發(fā)熱。沙發(fā)（可燃物負荷）的高溫會導致沙發(fā)的一部分開始熱解，這意味著，沙發(fā)失去了部分重量。

如果把沙發(fā)放在秤上，我們會看到質(zhì)量慢慢下降，其科學術(shù)語是質(zhì)量損失率（kg/s）?？扇嘉镌綗?，熱解氣體形成的越快（天平上的重量下降的越快）。熱解氣體其實是氣體可燃物，火焰是由這些熱解氣體產(chǎn)生的，火焰通過周圍空氣中的氧氣來燃燒熱解出的氣體。

我們知道燃氣爐是通過打開閥門來操作的，排出的氣體被火花點燃，通過控制閥門，可以形成或大或小的火焰。在真實的火災(zāi)中，閥門的功能被傳遞到可燃物上的熱量所取代?？扇嘉镌綗幔棵脶尫诺臒峤鈿怏w越多，每秒熱解氣體越多，火災(zāi)的熱釋放速率越高。

以上部分僅適用于燃料控制型火災(zāi)，在這樣的火災(zāi)中，空氣（氧氣）充足，火災(zāi)的熱釋放率取決于熱解氣體的數(shù)量（質(zhì)量損失率）。

當火災(zāi)變成通風控制型時，這意味著沒有足夠的空氣來燃燒所有的熱解氣體，這些氣體一部分流入到煙氣層中，而未燃燒的顆粒則不斷在煙氣層中聚集，火災(zāi)的熱釋放速率受到空氣的限制。如圖2所示，火從紅色線切換到灰色線。圖1中也出現(xiàn)了這種情況，曲線突變之前，火災(zāi)已經(jīng)變成了通風控制。兩條火災(zāi)曲線都有一個通風控制段。

圖1也可以描述為熱釋放速率-時間圖，顯示了初期階段熱量釋放率是如何隨時間變化的。初期是燃料控制階段，其特點是熱釋放速率HRR非常有限，火勢在整個發(fā)展階段仍為燃料控制，但在轟燃過程中，變?yōu)橥L控制。

全面發(fā)展的火災(zāi)是由通風控制的，在全面發(fā)展階段，由于只有有限的空氣可以通過通風孔進入房間，所以曲線趨于水平。

圖3所示的火災(zāi)顯然是一場全面發(fā)展的火災(zāi)，火從兩扇相鄰的窗戶里竄出來，兩扇窗戶的高度和表面積相同。

假設(shè)這些窗戶與客廳相連，并且客廳的門是關(guān)著的，這兩扇窗戶將是圖片中唯一的火災(zāi)通風孔?？蛷d里有大量的可燃物：沙發(fā)、咖啡桌、裝滿書的櫥柜、電視……很明顯整個房間都著火了，火災(zāi)熱釋放率受進入房間的空氣量限制，這是一個典型的通風控制型火災(zāi)案例。

這場火災(zāi)當然是小規(guī)模的。為簡單起見，我們假設(shè)兩個窗戶在開始時都是打開的。假定火災(zāi)是從一個三個座位的沙發(fā)開始。一開始熱釋放速率有限，隨著火勢的發(fā)展，熱釋放速率將增加。

圖4顯示了隨著時間的推移，我們可以看到熱釋放速率是如何變化的?；痖_始很小，然后慢慢增長，達到轟燃和全面發(fā)展階段（水平線）。再過一段時間，可燃物大大減少，大部分可燃物已經(jīng)被耗盡。

這意味著由于質(zhì)量損失率，剩下的可燃物很少。大量的可燃物被轉(zhuǎn)化為熱解氣體?？梢院侠淼赝茢?，當70%的可燃物燃燒完后，將進入下降階段。由于幾乎沒有多余的可燃物，熱解氣體的量（每秒）減少了。

在某一時刻，充足的空氣通過通風口流入，將燃燒掉所有的熱解氣體，火災(zāi)再次成為燃料控制型。隨著熱解氣不斷減少，熱釋放速率也將進一步降低。過一段時間，火就會自行熄滅。熱解氣體的產(chǎn)生速率過小，無法再支持燃燒。剩下的可燃物將繼續(xù)陰燃，但隨著時間的推移，燃燒物冷卻，火將完全熄滅。

假設(shè)火災(zāi)是從另一個客廳開始的，客廳的大小相同，火災(zāi)荷載相同，并且各部件（沙發(fā)、桌子……）在完全相同的位置，起火原因都是由于沙發(fā)上遺落的一根煙頭。

一切都與第一個場景完全相同，除了一個區(qū)別：只有一個窗口而不是兩個，窗戶的表面積是上次火災(zāi)的一半。

這對熱釋放速率有什么影響？火勢會比有兩扇窗戶時發(fā)展得慢嗎？或者它會以某種方式發(fā)展得更快？

圖5的黑色曲線代表了當兩扇窗戶打開時，火是如何發(fā)展的。

藍線表示火災(zāi)發(fā)展較快的火災(zāi)，紅線表示火災(zāi)發(fā)展較慢的火災(zāi)，哪一個是正確的？或者它們兩個都錯了？

試著想一些論點來支持你的觀點。

也有可能得出另外兩條曲線，火災(zāi)進展更快，但一個熱釋放速率較高，另一個熱釋放速率較低。圖6顯示了這兩個圖，黑線仍然代表著兩扇窗戶都開著時客廳里的火，藍線描述的火災(zāi)，火勢發(fā)展得更快，但也很快停止增長，并以較低的HRR持續(xù)燃燒，火災(zāi)持續(xù)時間很長。

紅線表示的火災(zāi)發(fā)展更快，并且達到更高的HRR，燃燒的時間更短。

這兩張圖中，有開著一個窗戶的客廳火災(zāi)的正確表示嗎？

仔細想想支持你推理的論點。

圖7顯示了圖6的變化。這一次，紅色和藍色的曲線代表了火災(zāi)的發(fā)展速度比客廳有兩扇打開的窗戶（黑色線）中的火災(zāi)要慢。如圖6所示，藍線的HRR比黑線低。紅線的HRR比黑線高，圖中有可能是正確的那條嗎？這取決于你進行批判性思考，制定一個答案。

圖5、圖6和圖7都表示火災(zāi)的發(fā)展速度比黑線所描繪的火災(zāi)快或者慢。然而，火災(zāi)的發(fā)展也可能根本不受第二扇打開的窗戶的影響。圖8顯示了其中的兩種可能性。藍線和黑線在初始階段是完全一樣的。這意味著火勢正以完全相同的方式增長。

然而，火災(zāi)在后期變得不那么強烈（低峰值HRR）。紅線與黑線也有相同的增長，但最終的HRR峰值比兩扇開著窗戶的火災(zāi)高。也許這才是正確的圖表？或許還有另一種可能還沒有出現(xiàn)。

想想你的答案，為什么你認為它是正確的。

上圖中，黑線代表了一場火災(zāi)的HRR與時間的關(guān)系，對于一個開著兩扇窗戶的客廳來說。這條線的第一部分代表了火災(zāi)的初期和發(fā)展階段。當時火勢是由燃料控制的。這意味著有足夠的空氣來燃燒正在產(chǎn)生的熱解氣體。如果要增加通風孔的尺寸，這不會影響火勢的發(fā)展，畢竟，已經(jīng)有足夠的空氣了。

在火災(zāi)的開始階段，減小通風孔的尺寸也不會產(chǎn)生影響。只要有足夠的空氣通過開口進入，就會燃燒正在形成的熱解氣體，火災(zāi)將受到可燃物控制，這意味著沒有增加通風的影響。

一個燃料控制型火災(zāi)在開始階段，不會因為開口個數(shù)而改變熱釋放速率。兩條火災(zāi)（開兩扇窗戶和一扇窗戶的情況）曲線是一致的。

開著一扇窗戶的客廳里的火也會發(fā)展成轟燃，有足夠的空氣從開著的窗戶進入房間，使火勢得以蔓延。請記住，打開的窗口的表面積必須大于可讓火場達到轟燃的最小尺寸，因為客廳的火必須要能發(fā)展到一定的HRR值，才能在房間內(nèi)實現(xiàn)轟燃。

假設(shè)圖3中的兩個窗口被原窗口1/4表面積的一個窗口替換，那么在發(fā)生轟燃之前，火災(zāi)可能會變成通風控制型，即通風不足的火災(zāi)。圖2可能是這個場景的一種體現(xiàn)。

當?shù)诙€場景中，客廳窗戶的表面積是第一個場景的一半時，只有一半的空氣可以進入。這意味著第二次火災(zāi)產(chǎn)生的HRR將是第一次火災(zāi)的一半。

圖8中的藍線說明了正確的答案，水平線的高度（峰值HRR）由打開窗戶的總表面積決定。

它們決定了在任何給定的時間有多少空氣可以進入，因此，它們決定了最大的HRR是多少。藍線水平部分的高度必須正好是黑線的一半。如果要打開四個窗口而不是兩個，那么圖8中的紅線就是正確的，達到黑線兩倍的HRR。

最后，必須認識到曲線下的面積代表的是火災(zāi)荷載。這就是為什么圖8中的藍色線比黑色線長（而紅色線更窄）。當HRR只有黑線的一半時，在任何給定的時間內(nèi)，只有一半的可燃物被燃燒，這意味著可燃物的燃燒將持續(xù)兩倍的時間。

舉一個木爐的經(jīng)典例子。爐子里可以放許多木頭來生火，但當進風口減半時，爐子產(chǎn)生的熱量就會減少（因為HRR減半了），爐子里的木頭量將可持續(xù)燃燒兩倍于未減半的時間，這在圖9中可以清楚地看到。

灰色標記的表面積必須等于藍色標記的表面積。畢竟它們代表完全相同的火災(zāi)荷載。在黑線所代表的火災(zāi)中，可用的空氣量是原來的兩倍，因此，可燃物消耗的速度是原來的兩倍。這將導致火災(zāi)持續(xù)時間減為一半（但火災(zāi)強度變?yōu)閮杀叮?/p>

參考文獻

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