相邻房间可燃物间距对火灾蔓延的影响

杨 莉

(重庆大学资源与环境科学学院，重庆 400030)

城市中，随着人口的增长和建设步伐的加快，建筑物的密度越来越大，火灾隐患也大大增加，建筑火灾是发生频率最高、损失最大的火灾种类［1］。统计资料显示，在各种类型火灾中建筑火灾对人类危害最大最直接，从起火分类上看住宅楼以及其他楼房所占比例达到35%;从起火类型死亡人数看死于建筑火灾的遇害人员为90%［2，3］。建筑火灾最初都是发展在建筑物的室内，然后蔓延到相邻房间或区域，以至整个楼层，最后蔓延到整个建筑物。可见单室火灾是整个建筑火灾的最基本组成部分，其发展态势直接影响到火灾在建筑内的行为。同时，由于都市房间攀升，小尺寸的房间出现的越来越多。因此，对小空间单室火灾向相邻房间的火灾蔓延研究对提高建筑火灾安全性非常重要。

1 室内火灾模拟方法

本文采用的模拟软件是CFAST6.0。CFAST是由美国国家标准研究所(NIST)建筑研究实验室开发的区域模型软件中最成熟的软件之一［4］。火灾区域模拟是火灾模拟开展建筑性能化设计必不可少的消防技术手段，是定量研究建筑火灾最基本的模型。灾区域模拟是以受限空间中的火灾过程为研究对象的一种半物理模拟，是经验公式与体现基本规律的数学方程结合，结合程度和方式的差异决定了模拟的多样性。在现实中，火灾发生初期有明显的分层现象，上层烟气和下层冷空气层，且温度也存在着一定的分层现象。而区域模型采用两个控制体来描述一个房间，即上层烟气层和下层冷空气层，其较好反映了现实火灾中的分层现象，因而区域模型可在大多数条件下对真实火灾场景进行相当现实的模拟［5］。CFAST软件方法将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，并且假设两个区域内的参数是均匀的，针对两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，得到一组描述火灾动力学演化的基本方程，进而运用计算机进行模拟。该软件的计算结果能够满足一般工程设计的要求［6］。

图1 火灾房间设置图

2 火灾情形设置

火灾房间如图1所示，两间尺寸同为4 m×6 m×3 m的房间相邻，其中门与外界连通的是1室，门与相邻房间连通的是2室。室1和室2的房门尺寸为0.8 m×2 m，窗户尺寸为2 m×1 m，窗台距地板高度为1 m，顶棚材料和墙壁材料为石膏，地板材料为混凝土。内部初始温度和外部初始温度皆为20℃，内外压力为101 300 Pa。为了明显的比较相邻房间可燃物间距对火灾蔓延的影响，两房间的火源设置相同，仅有1个沙发。其中，1室为起火房间，沙发在0 s时点燃。2室的沙发引燃温度为280℃。两房间的窗设定始终为开启状态，门的缝隙系数约为0.01，两房间的门开启状态设置为轰然时开启。

运用CFAST6.0模拟房间1在房门紧闭的情况下的燃烧，获得房间1的烟气温度数据。通过Origin8.0绘图如图2所示。

图2 房门关闭时1室室内烟气层温度曲线

在小规模实验火灾中热烟气层温度变化曲线都可以明显地分为3个区域，分别为强轰燃、弱轰燃和不轰燃3种情况。对应在固体燃料条件下，这3个区域对应的热烟气层峰值温度分别为Tp＜650℃，550℃ ＜Tp＜650℃，Tp＜550℃。且强轰燃时温度变化率达到6.2 ℃ /s，弱轰燃时为2.3 ℃ /s，不轰燃时仅为0.9 ℃ /s。此值也是室内能够发生火灾时温度变化率峰值的最小值，而要发生轰燃温度变化率峰值须达到1.3℃/s以上［7］。故可以判断1室的烟气层温度在360 s时达到轰然，因此设置1室与外界连通的门及其与2室连通的门在360 s时打开。

3 模拟结果分析

本文为分析相邻房间可燃物距离对火灾蔓延的影响设置了三种情况，test1，test2，test3，1室沙发与2室沙发的距离分别为0 m，2 m，4 m。其中2室的沙发位置始终不变，靠着2室与1室相隔的墙壁，改变的是1室沙发的位置。通过CFAST6.0软件模拟这三种情况并导出计算结果，应用Origin8.0软件进行绘图，得到三种情况下火灾中1室的烟气层温度、烟气层界面高度、烟气层中CO含量曲线随时间的变化情况分别见图3～图5，以及2室的烟气层温度、烟气层界面高度、烟气层中CO含量曲线随时间的变化情况分别见图6～图8。

图3 门轰燃时开启1室烟气层温度曲线

图4 1室烟气层界面高度曲线

图5 1室烟气CO浓度曲线

图6 2室烟气温度曲线

图7 2室烟气层界面高度曲线

1)1室的烟气层温度变化情况。与烟气层界面高度变化情况一样，test1，2，3情况下前360 s内1室的烟气层温度变化基本相同，温度迅速上升至605.5 ℃左右。360 s～600 s间，test1，test2曲线走势基本相同，与test3渐渐产生微小差异。test1，test2在600 s时温度再次大幅上升，在830 s时温度分别升高至325.5℃，325.0℃，随后温度缓慢下降。而test3则始终保持缓慢下降。在模拟结束1 800 s时，test1，test2与test3的温度分别为169.6℃，170.0 ℃，153.2 ℃。

2)1室的烟气层界面高度变化情况。test1，2，3情况下，前400 s内1室烟气层界面高度变化基本相同。烟气层界面在前360 s内迅速下降到0.3 m，其后因为轰燃房间门打开，烟气层高度迅速回升，360 s后 test1，test2与 test3渐渐开始产生差异。test1，test2的烟气层界面高度在600 s时再次下降，在830 s左右降至1.2 m后缓慢上升，最终皆稳定在1.5 m。而test3的烟气层界面高度最终稳定在1.7 m。

3)1室的烟气CO浓度变化情况。test1，2，3在前360 s内烟气层温度变化基本相同，在360 s内迅速升至3 223.5 ppm，随后开始下降。360 s～600 s间，test1，test2曲线走势基本相同，与test3差异不大。600 s后test1，test2情况下的烟气层CO浓度再次开始显著上升，在830 s时一起达到1 120.5 ppm，之后开始下降。test3则始终保持下降。1 800 s时test1，test2，test3的烟气CO浓度分别达到 341.8 ppm，342.2 ppm，296.4 ppm。

4)2室的烟气层温度变化情况。前360 s，test1，2，3情况下2室的烟气层温度变化很小。360 s后，2室的温度迅速上升至246.0℃。随后 test1，2情况下，2室的烟气层温度再次上升，830 s时升到顶点615.7℃，615.0℃。而 test3情况下，2室的烟气层温度缓慢下降。在模拟结束1 800 s时，test1，2，3情况下2室的烟气层温度分别为186.3 ℃，186.0 ℃，89.2 ℃。

5)2室的烟气层界面高度变化情况。前360 s，test1，2，3情况下的2室的烟气层界面高度变化基本相同，从3 m迅速下降至1.5 m。在360 s～600 s间，test1，test2曲线走势基本相同，并与test3渐渐产生微小差异。600 s后，test1，test2情况下2室的烟气层界面高度再次迅速下降，在830 s时降至最低点0.5 m后开始上升，最终稳定保持在1.6 m。而test3情况下，2室的烟气层界面高度略有上升，最终稳定在1.7 m。

6)2室的烟气CO浓度变化情况(见图8)。前360 s，test1，2，3情况下2室的烟气CO浓度略有升高，360 s后几十秒2室的温度迅速上升至1 176.3 ppm。随后test1，2情况下，2室的烟气CO浓度再次上升，830 s时分别升到顶点2 046.6 ppm，2 046.0 ppm。而test3情况下，2室的烟气CO浓度逐渐下降。在模拟结束1 800 s时，test1，2，3情况下 2室的烟气层温度分别为 334.1 ppm，278.7 ppm，334.2 ppm。

图8 2室烟气CO浓度曲线

4 结论

1)当1室的沙发距2室沙发4 m时，2室的沙发将不会被点燃，2室的烟气温度最高达到246.0℃，烟气高度最低为0.9 m，CO浓度最高才1 160.7 ppm。

2)当1室的沙发距2室2 m或0 m时，2室的沙发将会被点燃。2室的烟气温度最高达到615.7℃或615.0℃，烟气高度最低为0.5 m，CO 浓度最高为2 046.6 ppm 或2 046.0 ppm。

3)2室沙发的燃烧将造成1室的烟气温度、烟气层界面高度和CO浓度的二次上升，增加1室的火灾危害性，为消防救援带来困难。

5 结语

本文利用CFAST软件模拟两相邻房间的火灾在三种不同设置情况下，起火房间1室和相邻房间2室烟气层界面高度、烟气温度、烟气层CO浓度随时间的变化情况，对两室的燃烧之间的影响做了分析。在模拟的过程中，本文存在一些不足，如燃烧材料的选择，室内装修及其他可燃物的设置，因此得到的结果只能作为参考。

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