每一名消防員都知道消防基礎知識中所教的火災發(fā)展曲線(xiàn)，以前我們只教一條火災發(fā)展曲線(xiàn)，現在有兩條。一條是舊的曲線(xiàn)，定義為“通風(fēng)良好的火災”（見(jiàn)圖1）。本文將圍繞這一曲線(xiàn)展開(kāi)討論。它表示房間內發(fā)生的火災具備了如下條件：

通常情況下，由于最初起火的可燃物無(wú)法產(chǎn)生足夠高的熱釋放率，無(wú)法點(diǎn)燃附近的另一個(gè)可燃物，火災便會(huì )自行熄滅。在這些情況下，經(jīng)常有很多煙但幾乎沒(méi)有熱。雖然有足夠的可燃物，可以使火災發(fā)展到轟燃，但可燃物的分布導致轟燃不會(huì )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，一幢房子燃起熊熊烈火，一家人都被困在了二樓。到場(chǎng)后，整棟樓都被濃煙籠罩。濃煙擋住了住戶(hù)們的逃生路線(xiàn)，除此之外，一樓的窗戶(hù)都是單層玻璃的。消防員判斷此時(shí)火場(chǎng)通風(fēng)不足，若強行打破窗戶(hù)可能引入大量空氣，導致轟燃。

他們使用45mm水帶進(jìn)行火場(chǎng)內攻，隨著(zhù)救援工作的進(jìn)行，消防員們發(fā)現客廳里的煙氣溫度并不高。這些冷煙氣可能就是通風(fēng)控制型火災產(chǎn)生的，由于缺乏空氣，火災的熱釋放率非常低（見(jiàn)圖2），幾乎沒(méi)有熱量產(chǎn)生。

通過(guò)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(chē)，旁邊有一個(gè)堅實(shí)的橡木櫥柜。櫥柜呈發(fā)黑燒焦狀，但平衡車(chē)的熱釋放率不足以完全點(diǎn)燃木柜。平衡車(chē)完全燒壞了，火勢進(jìn)入到下降階段?；馂漠a(chǎn)生了大量的煙，但熱量很少。通過(guò)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(méi)有呼吸器的情況下想逃離煙霧是不可行的。

不過(guò)，若是換一種情景則結果會(huì )完全不同。假設客廳的另一邊放著(zhù)一個(gè)紙板箱，平時(shí)里面存放著(zhù)平衡車(chē)。這個(gè)紙板箱旁邊有一個(gè)三個(gè)座位的大沙發(fā)。假設平衡車(chē)放置在盒子的內部或頂部，然后它著(zhù)火了，沙發(fā)也很可能會(huì )被點(diǎn)燃。沙發(fā)會(huì )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(huì )高出10倍。我們只能期待，臥室的門(mén)是否能保護這個(gè)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(shí)，平衡車(chē)（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(huì )導致大量煙氣衰減，另一種情況導致房屋燒毀，可能還會(huì )有幾名被困人員死亡。為了使火災達到轟燃，需要在合適的位置上放置足夠的可燃物。

當通風(fēng)不足導致無(wú)法發(fā)生轟燃時(shí)，屬于通風(fēng)控制型火災?；饡?huì )維持很小的狀態(tài)，直至自行熄滅，若是出現額外的通風(fēng)情況，將有一個(gè)不同的曲線(xiàn)，如圖2所示。

然而，本文是關(guān)于圖1所示的通風(fēng)良好的火災。大多數消防隊員稱(chēng)之為溫度發(fā)展曲線(xiàn)，這種曲線(xiàn)說(shuō)明了溫度隨時(shí)間的變化。

關(guān)于這一說(shuō)法，我們可以問(wèn)幾個(gè)問(wèn)題：曲線(xiàn)究竟表示的是哪個(gè)溫度？或者換言之：我們在哪個(gè)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(gè)問(wèn)題。

你知道正確答案嗎？本文將不時(shí)地直接向讀者發(fā)出提問(wèn)。在閱讀下一節之前試著(zhù)仔細思考這個(gè)問(wèn)題。文章證實(shí)你的答案了嗎？如果答案是肯定的，那很好！如果沒(méi)有，想想你的答案為什么不正確。不管怎樣，你都會(huì )學(xué)到一些東西。

每一起火災都有特定的熱釋放速率，我們可以這么描述：想象有一個(gè)三個(gè)座位的沙發(fā)，假設沙發(fā)因一只遺落的煙頭而著(zhù)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(gè)畫(huà)面嗎？

火焰的熱量將大量向上流動(dòng)，在那里，它會(huì )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(huì )導致沙發(fā)的一部分開(kāi)始熱解，這意味著(zhù)，沙發(fā)失去了部分重量。

如果把沙發(fā)放在秤上，我們會(huì )看到質(zhì)量慢慢下降，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)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(shí)是氣體可燃物，火焰是由這些熱解氣體產(chǎn)生的，火焰通過(guò)周?chē)諝庵械难鯕鈦?lái)燃燒熱解出的氣體。

我們知道燃氣爐是通過(guò)打開(kāi)閥門(mén)來(lái)操作的，排出的氣體被火花點(diǎn)燃，通過(guò)控制閥門(mén)，可以形成或大或小的火焰。在真實(shí)的火災中，閥門(mén)的功能被傳遞到可燃物上的熱量所取代?？扇嘉镌綗?，每秒釋放的熱解氣體越多，每秒熱解氣體越多，火災的熱釋放速率越高。

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

當火災變成通風(fēng)控制型時(shí)，這意味著(zhù)沒(méi)有足夠的空氣來(lái)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，火災的熱釋放速率受到空氣的限制。如圖2所示，火從紅色線(xiàn)切換到灰色線(xiàn)。圖1中也出現了這種情況，曲線(xiàn)突變之前，火災已經(jīng)變成了通風(fēng)控制。兩條火災曲線(xiàn)都有一個(gè)通風(fēng)控制段。

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

全面發(fā)展的火災是由通風(fēng)控制的，在全面發(fā)展階段，由于只有有限的空氣可以通過(guò)通風(fēng)孔進(jìn)入房間，所以曲線(xiàn)趨于水平。

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

假設這些窗戶(hù)與客廳相連，并且客廳的門(mén)是關(guān)著(zhù)的，這兩扇窗戶(hù)將是圖片中唯一的火災通風(fēng)孔?？蛷d里有大量的可燃物：沙發(fā)、咖啡桌、裝滿(mǎn)書(shū)的櫥柜、電視……很明顯整個(gè)房間都著(zhù)火了，火災熱釋放率受進(jìn)入房間的空氣量限制，這是一個(gè)典型的通風(fēng)控制型火災案例。

這場(chǎng)火災當然是小規模的。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們假設兩個(gè)窗戶(hù)在開(kāi)始時(shí)都是打開(kāi)的。假定火災是從一個(gè)三個(gè)座位的沙發(fā)開(kāi)始。一開(kāi)始熱釋放速率有限，隨著(zhù)火勢的發(fā)展，熱釋放速率將增加。

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

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

在某一時(shí)刻，充足的空氣通過(guò)通風(fēng)口流入，將燃燒掉所有的熱解氣體，火災再次成為燃料控制型。隨著(zhù)熱解氣不斷減少，熱釋放速率也將進(jìn)一步降低。過(guò)一段時(shí)間，火就會(huì )自行熄滅。熱解氣體的產(chǎn)生速率過(guò)小，無(wú)法再支持燃燒。剩下的可燃物將繼續陰燃，但隨著(zhù)時(shí)間的推移，燃燒物冷卻，火將完全熄滅。

假設火災是從另一個(gè)客廳開(kāi)始的，客廳的大小相同，火災荷載相同，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(gè)場(chǎng)景完全相同，除了一個(gè)區別：只有一個(gè)窗口而不是兩個(gè)，窗戶(hù)的表面積是上次火災的一半。

這對熱釋放速率有什么影響？火勢會(huì )比有兩扇窗戶(hù)時(shí)發(fā)展得慢嗎？或者它會(huì )以某種方式發(fā)展得更快？

圖5的黑色曲線(xiàn)代表了當兩扇窗戶(hù)打開(kāi)時(shí)，火是如何發(fā)展的。

藍線(xiàn)表示火災發(fā)展較快的火災，紅線(xiàn)表示火災發(fā)展較慢的火災，哪一個(gè)是正確的？或者它們兩個(gè)都錯了？

試著(zhù)想一些論點(diǎn)來(lái)支持你的觀(guān)點(diǎn)。

也有可能得出另外兩條曲線(xiàn)，火災進(jìn)展更快，但一個(gè)熱釋放速率較高，另一個(gè)熱釋放速率較低。圖6顯示了這兩個(gè)圖，黑線(xiàn)仍然代表著(zhù)兩扇窗戶(hù)都開(kāi)著(zhù)時(shí)客廳里的火，藍線(xiàn)描述的火災，火勢發(fā)展得更快，但也很快停止增長(cháng)，并以較低的HRR持續燃燒，火災持續時(shí)間很長(cháng)。

紅線(xiàn)表示的火災發(fā)展更快，并且達到更高的HRR，燃燒的時(shí)間更短。

這兩張圖中，有開(kāi)著(zhù)一個(gè)窗戶(hù)的客廳火災的正確表示嗎？

仔細想想支持你推理的論點(diǎn)。

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

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

然而，火災在后期變得不那么強烈（低峰值HRR）。紅線(xiàn)與黑線(xiàn)也有相同的增長(cháng)，但最終的HRR峰值比兩扇開(kāi)著(zhù)窗戶(hù)的火災高。也許這才是正確的圖表？或許還有另一種可能還沒(méi)有出現。

想想你的答案，為什么你認為它是正確的。

上圖中，黑線(xiàn)代表了一場(chǎng)火災的HRR與時(shí)間的關(guān)系，對于一個(gè)開(kāi)著(zhù)兩扇窗戶(hù)的客廳來(lái)說(shuō)。這條線(xiàn)的第一部分代表了火災的初期和發(fā)展階段。當時(shí)火勢是由燃料控制的。這意味著(zhù)有足夠的空氣來(lái)燃燒正在產(chǎn)生的熱解氣體。如果要增加通風(fēng)孔的尺寸，這不會(huì )影響火勢的發(fā)展，畢竟，已經(jīng)有足夠的空氣了。

在火災的開(kāi)始階段，減小通風(fēng)孔的尺寸也不會(huì )產(chǎn)生影響。只要有足夠的空氣通過(guò)開(kāi)口進(jìn)入，就會(huì )燃燒正在形成的熱解氣體，火災將受到可燃物控制，這意味著(zhù)沒(méi)有增加通風(fēng)的影響。

一個(gè)燃料控制型火災在開(kāi)始階段，不會(huì )因為開(kāi)口個(gè)數而改變熱釋放速率。兩條火災（開(kāi)兩扇窗戶(hù)和一扇窗戶(hù)的情況）曲線(xiàn)是一致的。

開(kāi)著(zhù)一扇窗戶(hù)的客廳里的火也會(huì )發(fā)展成轟燃，有足夠的空氣從開(kāi)著(zhù)的窗戶(hù)進(jìn)入房間，使火勢得以蔓延。請記住，打開(kāi)的窗口的表面積必須大于可讓火場(chǎng)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，才能在房間內實(shí)現轟燃。

假設圖3中的兩個(gè)窗口被原窗口1/4表面積的一個(gè)窗口替換，那么在發(fā)生轟燃之前，火災可能會(huì )變成通風(fēng)控制型，即通風(fēng)不足的火災。圖2可能是這個(gè)場(chǎng)景的一種體現。

當第二個(gè)場(chǎng)景中，客廳窗戶(hù)的表面積是第一個(gè)場(chǎng)景的一半時(shí)，只有一半的空氣可以進(jìn)入。這意味著(zhù)第二次火災產(chǎn)生的HRR將是第一次火災的一半。

圖8中的藍線(xiàn)說(shuō)明了正確的答案，水平線(xiàn)的高度（峰值HRR）由打開(kāi)窗戶(hù)的總表面積決定。

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

最后，必須認識到曲線(xiàn)下的面積代表的是火災荷載。這就是為什么圖8中的藍色線(xiàn)比黑色線(xiàn)長(cháng)（而紅色線(xiàn)更窄）。當HRR只有黑線(xiàn)的一半時(shí)，在任何給定的時(shí)間內，只有一半的可燃物被燃燒，這意味著(zhù)可燃物的燃燒將持續兩倍的時(shí)間。

舉一個(gè)木爐的經(jīng)典例子。爐子里可以放許多木頭來(lái)生火，但當進(jìn)風(fēng)口減半時(shí)，爐子產(chǎn)生的熱量就會(huì )減少（因為HRR減半了），爐子里的木頭量將可持續燃燒兩倍于未減半的時(shí)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荷載。在黑線(xiàn)所代表的火災中，可用的空氣量是原來(lái)的兩倍，因此，可燃物消耗的速度是原來(lái)的兩倍。這將導致火災持續時(shí)間減為一半（但火災強度變?yōu)閮杀叮?/p>

參考文獻

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