縱觀歷史，消防員早已開始利用水來滅火。上個世紀，人們逐漸形成了通過水桶接力的形式來撲滅火災這一固有方式，很顯然這種滅火方式效率非常低。

隨后，荷蘭人發(fā)明了消防水泵和消防水帶，滅火形式有了質(zhì)的飛躍。消防員通過消防水泵和水帶可以將水輸送到更遠的距離，并將其噴射到燃燒物上。

這樣的話，水就能和可燃物充分接觸，滅火效率也會有所提升。隨著時代的發(fā)展，空氣呼吸器（BA）問世。在空氣呼吸器的協(xié)助下，消防員可以進入著火建筑內(nèi)實施滅火救援，使得水能完全作用于火源表面，這意味著滅火效率的又一次提高。

最新的滅火形式是：煙氣冷卻滅火，該方法由瑞典學者發(fā)明，旨在為消防員進入火場內(nèi)攻滅火創(chuàng)造一個更為安全的環(huán)境。

迄今為止，滅火方式經(jīng)歷了幾次比較大的變革。目前，標準的滅火方式是進入火場內(nèi)攻來實施滅火。在火場環(huán)境允許的條件下，內(nèi)攻滅火是最有效的滅火形式。然而，很多消防員未能熟練掌握內(nèi)攻滅火的機理，本文將嘗試解釋內(nèi)攻滅火所涉及到的相關原理。

水吸收熱量的方式有三種：

一般情況下，消防員實施滅火時所用水的最高溫度為20℃左右。眾所周知，當水被加熱時，其溫度會升高，而將1L水的溫度升高1℃需要4186J的能量。同樣地，當水溫從20℃加熱到100℃時，1L水將吸收335kJ能量。

隨后，水將以第二種方式吸收熱量。通常來說，100℃液態(tài)水將會很快轉(zhuǎn)變?yōu)?00℃水蒸氣，相較于液態(tài)水從20℃升溫至100℃所需要的能量，該狀態(tài)變化需要的能量更多。每升水蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為水蒸氣需要2.260kJ能量，這意味著水蒸發(fā)所需能量大約是將水從20℃加熱至100℃所需能量的7倍多。

水繼續(xù)以第三種方式吸收熱量。一旦水在100℃下形成了水蒸氣，它將吸收周圍煙氣的熱量。當煙氣溫度高于100℃時，熱量將從煙氣轉(zhuǎn)移到水蒸氣中，直至達到溫度平衡。

假設水蒸氣最終溫度為300℃，這意味著水蒸氣被加熱了200℃。1L水蒸氣其溫度提高1℃所需要的平均熱能為2.080J，而1L水蒸氣溫度提高200℃的過程將吸收416kJ能量。

總而言之，水會在3個不同階段吸收熱量：

（1）水從20℃升溫至100℃           335kJ/L

（2）100℃水轉(zhuǎn)化為100℃水蒸氣   2.260kJ/L

（3）水蒸氣從100℃升溫至300℃   416kJ/L

1L水經(jīng)過一系列過程轉(zhuǎn)化成300℃水蒸氣會吸收大約3MJ能量，可通過Lambert＆Baaij[2]所寫的Brandberloop找到對該過程更為詳細的解釋。

現(xiàn)在最有趣的是，要對水從可燃物表面流走，沒有發(fā)生蒸發(fā)這一情況進行分析。這種情況下，水源利用的最高效率僅為11%。然而，在滅火救援中，通常會有大量水從可燃物表面流走，火場實際所需水量往往是理想狀態(tài)下的10倍。

上述分析可以看出，滅火過程中確實需要高效利用水源。為了達到高效的滅火效果，滅火時，水槍射出的水至少要在火場內(nèi)蒸發(fā)以此來吸收更多熱量，當水得以完全蒸發(fā)時，滅火效率會上升至86%。

常言道：一次成功有效的滅火救援，不應該出現(xiàn)水從樓梯間或房門流出的現(xiàn)象。

上述問題的答案很簡單。火災是可燃物和氧氣之間不受控制的化學反應過程，這個過程中伴隨著光和熱的產(chǎn)生。仔細看這個定義會產(chǎn)生以下疑問：我們討論的是哪種可燃物？每名消防員都應該知道，著火并不是固體物質(zhì)本身的燃燒。

經(jīng)過充分加熱，易燃固體會分解釋放出易燃氣體。在此過程中，固體物質(zhì)分子被分解成更小的顆粒，且該過程是可見的。

固體物質(zhì)釋放煙氣詳見圖4.2、4.3。這種現(xiàn)象可通過CFBT集裝箱進行細致的觀察，這些煙氣就是所說的熱解氣體，此過程就是熱解。熱解氣體的輸出量是由可燃物表面溫度決定的，熱解過程中，固體物質(zhì)會受熱分解產(chǎn)生氣體，這些氣體就會成為火災發(fā)生所需的可燃物。


圖4.2 火災發(fā)展階段。煙氣層被點燃，由于火源熱輻射，熱解物在靠近右側(cè)沙發(fā)處清晰可見。書架底部也顯示出火勢蔓延的跡象。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

圖4.2 火災發(fā)展階段。煙氣層被點燃，由于火源熱輻射，熱解物在靠近右側(cè)沙發(fā)處清晰可見。書架底部也顯示出火勢蔓延的跡象。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

消防員的基本課程會簡要介紹與氣相燃燒相關的主題，參訓人員都知道，撲滅這類火災最好的方式是切斷氣體供應（關閉閥門）。該原理同樣適用于撲救室內(nèi)火災，即切斷火場中可燃氣體的供應。消防員可通過向火點位置射水來降低可燃物表面溫度，從而達到切斷氣體供應的目的。

這一過程中，水分會很快蒸發(fā)并吸收可燃物表面能量，可燃物溫度也會因此下降。當其溫度降低到一定程度時，熱解過程會減弱，可燃氣體的供應便會中止。

這種滅火機制就是直接滅火（見圖4.6），直接滅火的實現(xiàn)是基于充分冷卻固體可燃物表面來切斷可燃氣體供應的這一原理。為了實現(xiàn)對火勢的控制，可能會使用其他滅火形式。然而滅火的本質(zhì)在于降低火點位置的溫度，若不能有效降低火場溫度，很有可能會出現(xiàn)復燃的情況。

圖4.6 火焰熄滅后，消防員切換至直流射水模式，采用較低水流量對燃料表面進一步冷卻防止可燃物復燃。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

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 關于表面冷卻的幾個問題

對于可燃物表面的冷卻來說，必須考慮幾個重要的問題。當消防員射水滅火時，目的是讓水盡可能接觸到燃燒物表面。離開水槍的水滴首先必須要穿過熱煙氣層，其中一部分液滴會在到達可燃物之前蒸發(fā)掉。

如果水滴粒徑過小，其會在接觸明火前完全蒸發(fā)。這種情況下，可燃物表面溫度不會降低，且熱解也不會停止。因此，在進行表面冷卻滅火時，液滴粒徑應足夠大以確保大部分液滴在燃料表面蒸發(fā)吸熱。

其次，將水全面覆蓋整個可燃物表面也是滅火救援工作中一項重要內(nèi)容。在滅火過程中，整個熱解可燃物表面都需要冷卻，否則會出現(xiàn)部分可燃物表面火焰被撲滅而相鄰位置仍存在明火的現(xiàn)象。

因為，這種情況下，輻射熱將導致已冷卻的燃燒物表面再次升溫，熱解再次開始；隨后，熱解釋放的可燃氣體受高溫作用會被點燃，使得火災撲救回到原點。同樣地，該現(xiàn)象可通過CFBT集裝箱進行觀察。

最后，冷卻燃燒表面所用水量的合理性選擇對于火災撲救來說至關重要。在空氣呼吸器問世之前，傳統(tǒng)的滅火方式是采用過量水來撲救火災。這是因為消防員在沒有任何防護裝備的前提下，無法靠近火點位置進行射水滅火。

當前，由于火場內(nèi)不穩(wěn)定性因素，我們?nèi)悦媾R這類無法實施內(nèi)攻的火災，譬如工業(yè)火災。然而，類似于住宅火災，則可通過內(nèi)攻得到有效抑制，再使用過量水進行撲救顯然不太可取。

當消防員將水噴射到可燃物表面，大量液滴與可燃物接觸會導致其表面溫度下降，熱解不久便會停止。這之后，所有液滴會撞擊可燃物表面的相同位置，造成水漬損失。

相比于火災本身造成的損失，滅火過程中因水的過量使用，造成更大損失的火災場景時有發(fā)生。一把可調(diào)流量水槍可以起到控制水量的作用。

蒸汽的產(chǎn)生（間接滅火）

 

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間接滅火

消防員利用蒸汽滅火時，水是以氣體抑制劑形式應用于整個滅火過程。這種滅火機制取決于蒸汽擠壓空氣的原理，稱為間接滅火。當室內(nèi)存在蒸汽時，房間內(nèi)氧氣濃度會下降。一旦房間內(nèi)一半空間充滿蒸汽時，明火將會消失（見圖4.5）。

圖4.5 消防員開始實施滅火工作。抑制效果主要是通過霧化蒸汽實現(xiàn)，與圖4.4 有所區(qū)別。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

但這并不意味著火已經(jīng)被撲滅，只是暫時受到抑制。隨著蒸汽逐漸從室內(nèi)排出，新鮮空氣會進入到房間內(nèi)，出現(xiàn)復燃現(xiàn)象。為了完全撲滅火災，需要中止可燃物的熱解過程（見上文）。

為了實現(xiàn)產(chǎn)生最大量的蒸汽，水要盡可能接觸到燃燒物表面。理想情況下，可通過使用開花水槍，將水噴射到墻壁和天花板處來實現(xiàn)這一目標。

由于液滴接觸到墻壁前，要穿過火焰層，因此，火勢全面發(fā)展階段，會造成大量液滴蒸發(fā)。消防員采用間接形式滅火，需要關閉通往相鄰房間的防火門，以此來保證著火空間內(nèi)一定的蒸汽濃度。

間接滅火形式應用到封閉空間內(nèi)是最有效的，這種滅火機制也可應用在內(nèi)攻滅火實施起來比較困難的情形下。在不進入室內(nèi)情況下，可通過使用穿孔水槍來產(chǎn)生室內(nèi)蒸汽。

針對可能發(fā)生回燃的火災現(xiàn)場，外部間接滅火的形式會是一種不錯的選擇。

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間接滅火注意事項

消防員通過水槍采用這種滅火技術時，需要注意的是，要留有一個開口將多余蒸汽排到外部空間。如若不然，消防員進入房間的門將成為多余蒸汽的出口。當多余的蒸汽沿門向外擴散時，熱蒸汽會不可避免地經(jīng)過火場內(nèi)消防員所在位置，這意味著消防員存在被嚴重燒傷的風險。

當然，當室內(nèi)第二個開口（例如窗戶）打開時，火場內(nèi)危險等級會降低，而且開口最好是火源下游方向。這種情況下，可以開創(chuàng)一條從門開始的空氣流向，并引導火焰朝向窗戶發(fā)展。這條空氣流動軌跡將攜帶蒸汽從窗口流出，而不會影響到內(nèi)攻消防員。

在具有一個或多個開口的著火房間內(nèi)采用間接滅火時，新鮮氧氣通過開口進入房間后，可能會出現(xiàn)復燃的現(xiàn)象。燃燒物表面溫度升高，發(fā)生熱解并釋放可燃氣體。

 

為防止熱解產(chǎn)物復燃，間接滅火后，需要對可燃物進行表面冷卻，使燃燒物表面熱解值降至熱解閾值以下（見圖4.6和4.7）。這種情況下，由于缺少足夠熱解產(chǎn)物，新鮮氧氣的補充不會造成復燃的發(fā)生。

圖4.6 火焰熄滅后，消防員切換至直流射水模式，采用較低水流量對燃料表面進一步冷卻防止可燃物復燃。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

圖4.7 水蒸氣清除之后，隔室內(nèi)能見度逐漸恢復。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

隨后，采用直接和間接滅火相結(jié)合的方式（重點放在間接滅火上）對火勢進行壓制，然后水槍開關調(diào)至直流射水來滅火。

氣體冷卻

 

第三種水源利用方式是在消防員內(nèi)攻推進滅火時，構(gòu)建一個安全區(qū)域。起初，火災產(chǎn)生的熱煙氣會在天花板下方積聚，煙氣的溫度和密度逐漸增加，會對消防員人身安全造成一定威脅。某個時間點，煙氣層被點燃（滾燃），煙氣產(chǎn)生輻射熱會急劇增加（見圖4.3），轟燃隨之而來。

 

圖4.3 發(fā)生轟燃。整個房間內(nèi)充滿火焰，沙發(fā)右側(cè)的熱解產(chǎn)物清晰可見，地板上的地毯正處于熱解狀態(tài)。（照片：新南威爾士州消防和救援服務）

這時，可采用氣體冷卻方法來避免這種情況的發(fā)生，即在煙氣層中射入適量的水。一方面，水會蒸發(fā)并吸收煙氣層熱量；另一方面，水蒸發(fā)形成的蒸汽（部分）會保留在煙氣層內(nèi)，改變煙氣的燃燒極限，使其難以被點燃。

上文指出，液滴粒徑足夠大才能滿足到達可燃物表面的要求。但是，當利用氣體冷卻技術滅火時，目的是避免液滴撞擊到墻壁和天花板。相反地，氣體冷卻技術應該讓水在煙氣層內(nèi)完全蒸發(fā)吸熱。

Paul Grimwood提出液滴最佳尺寸為300微米，該尺寸下液滴比較厚重足以進入到煙氣層內(nèi)部。如果液滴尺寸過小，那它們重量太小可能無法進入到煙氣層內(nèi)部；如果液滴過厚，則一部分液滴會在熱煙氣中蒸發(fā)，剩余部分將穿過煙氣層到達熱壁并在熱壁上蒸發(fā)，就無法達到構(gòu)建安全區(qū)域的目的。

參考文獻

[1]  Fire Behaviour and Fire Suppression Course for instructors, MSB, augustus 2012,Revinge, Zweden

[2]  Lambert Karel, Baaij Siemco, Brandverloop: technisch bekeken, tactisch toegepast, 2011

[3]  Särdqvist Stefan, Water and other extinguishing agents, 2002

[4]  Grimwood Paul, Eurofirefighter, 2008

[5]  Grimwood Paul, Hartin Ed, Mcdonough John & Raffel Shan, 3D Firefighting, Training, Techniques & Tactics, 2005

[6]   CFBT instructor’s course for the T-cell, CFBT-BE, september 2012