建筑火災(zāi)煙氣危害分析

俞晨

摘 要：火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的煙氣是導(dǎo)致人員死亡的主要原因。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人員密集的場(chǎng)所越來(lái)越多，一旦發(fā)生火災(zāi)，就很容易造成群體性傷亡。因此，有必要研究火災(zāi)煙氣中有毒物質(zhì)的組成和比例以及毒性作用。

關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi);火災(zāi)煙氣;煙氣危害

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的可燃以及阻燃建筑材料被應(yīng)用在建筑工程施工過(guò)程中，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)大大提高產(chǎn)生煙氣毒性危害的概率?；馂?zāi)煙氣的危害主要分為煙塵危害、毒性危害以及熱危害。其中，建筑火災(zāi)中產(chǎn)生的有毒煙氣是導(dǎo)致人員傷亡的主要原因。因此，研究建筑材料燃燒過(guò)程中的毒性氣體及分類(lèi)，對(duì)減輕火災(zāi)所造成的危害具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1?火災(zāi)煙氣

美國(guó)試驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)對(duì)煙氣的定義是某種物質(zhì)在燃燒或分解時(shí)散發(fā)出的固態(tài)或液態(tài)懸浮微粒和高溫氣體，就是物質(zhì)燃燒后釋放出的高溫蒸汽和有毒氣體[1]。

1.1? 煙氣的成分

火災(zāi)煙氣由多種物質(zhì)共同燃燒而釋放，成分十分復(fù)雜，一般包括CO、CO2、HCN、HCl、HBr、H2S等。

1.2? 煙氣的特點(diǎn)

不同的火災(zāi)煙氣具有不同的特點(diǎn)，但是都要從以下方面來(lái)探究：煙氣內(nèi)所含固、液顆粒的粒徑分布，煙氣的濃度、能見(jiàn)度以及光密度等。

1.2.1? 煙塵顆粒的平均直徑和粒徑分布

煙氣顆粒的大小是一個(gè)范圍，為了使計(jì)算方便，常用平均直徑dgn來(lái)代替。所有煙氣顆粒平均直徑dgn的計(jì)算公式為：

式中：N—煙氣顆粒的總數(shù)目;Ni—任意一個(gè)煙氣顆粒直徑范圍內(nèi)的煙氣顆粒個(gè)數(shù)。

顆粒尺寸范圍的寬度為σg，常用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示這個(gè)范圍的寬度：

若所有煙氣顆粒的直徑均相等，則有σg=0。如果顆粒的直徑滿足正態(tài)分布，用顆粒的對(duì)數(shù)來(lái)表示，顆?？倲?shù)的68.8%的顆粒直徑在 lg dgn±lg σg之間。

1.2.2? 煙氣濃度和光密度

煙氣的濃度與能見(jiàn)度成反比，煙氣的濃度越高，能見(jiàn)度就會(huì)越低。當(dāng)一束光射入煙氣，由于煙氣能夠吸收以及散射光，只有一部分光可以通過(guò)煙氣。在能見(jiàn)度較低的火災(zāi)區(qū)域內(nèi)，人們由于視野不清晰以及內(nèi)心恐慌，很可能無(wú)法選擇正確的疏散通道以及逃生路線。煙氣的濃度、成分以及煙氣顆粒的大小、分布狀態(tài)都會(huì)影響火場(chǎng)的能見(jiàn)度。煙氣的能見(jiàn)度常用光密度表示。

根據(jù)Lambert-Beer定律：當(dāng)一束波長(zhǎng)為λ0的光射入煙氣時(shí)，有：

式中：L—光在煙氣中通過(guò)的距離;K—消光系數(shù)，也表征光的消煙能力，其大小與煙氣的特征（如濃度、煙塵顆粒的直徑及分布）有關(guān)，可進(jìn)一步表示為：

式中：Km—比消光系數(shù)，即單位質(zhì)量濃度的消光系數(shù);Ms—煙氣質(zhì)量濃度。

煙氣濃度常用光密度D來(lái)衡量。即：

單位平均光路長(zhǎng)的光密度是計(jì)算煙氣濃度的一個(gè)重要參數(shù)，計(jì)算公式為：

測(cè)試材料的發(fā)煙特性時(shí)，常用比光密度Ds，也稱煙密度，即從單位面積A的試樣表面所產(chǎn)生的煙擴(kuò)散在單位容積V中通過(guò)的單位光路長(zhǎng)度L的光密度，即：

1.2.3? 能見(jiàn)距離

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人在煙氣中的能見(jiàn)距離決定了人是否能夠看到疏散標(biāo)志以及逃生路線，這直接影響到疏散時(shí)間及疏散成功率。人在煙氣中的能見(jiàn)距離與很多因素相關(guān)，其中，最為主要的有3類(lèi)。

（1）煙氣的影響。煙氣顆粒的大小、煙氣濃度以及煙氣的擴(kuò)散方向等。

（2）火場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響?；馂?zāi)現(xiàn)場(chǎng)疏散標(biāo)志的顏色、尺寸以及現(xiàn)場(chǎng)的照明狀況等。

（3）人的影響?；饒?chǎng)內(nèi)人員的身體和心理狀態(tài)。

2?煙氣危害

火災(zāi)煙氣的危害是多方面的，從煙氣的組成可知，主要包含3個(gè)方面，即煙塵危害、熱危害以及毒性危害。

2.1? 煙塵危害

當(dāng)火場(chǎng)中充斥著煙氣時(shí)，能見(jiàn)度往往只有幾十厘米，甚至“伸手不見(jiàn)五指”，人們往往會(huì)感到十分恐懼、不知所措，進(jìn)而失去活動(dòng)能力，有些甚至?xí)ダ碇荹2]。在這種混亂的局面下，很容易發(fā)生人員踩踏事件，造成嚴(yán)重的后果，不僅會(huì)給火場(chǎng)的人員疏散增加困難，還會(huì)影響火災(zāi)的撲救工作。同時(shí)，煙氣中的一些氣體對(duì)人眼有很強(qiáng)的刺激性，如HCl、NH3、HF、SO2等，使人在疏散過(guò)程中無(wú)法睜眼，大大降低了移動(dòng)速度。

能見(jiàn)度的計(jì)算公式為：

式中：R—比例系數(shù)，無(wú)量綱數(shù)值;K—煙氣的消光系數(shù)，m-1。

2.2? 熱危害

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火場(chǎng)中的人員會(huì)吸入大量高溫的煙氣從而灼傷呼吸道。除此之外，高溫的煙氣還會(huì)通過(guò)對(duì)流和輻射對(duì)人體皮膚表面造成損傷，人們對(duì)高溫火災(zāi)煙氣帶來(lái)的熱量的耐受性是有限的。當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，人可暫時(shí)忍受;當(dāng)溫度升高到120 ℃時(shí)，人體將在15 min內(nèi)受到不可恢復(fù)的損害;當(dāng)溫度達(dá)到170 ℃時(shí)，人已經(jīng)無(wú)法生存。

人體耐熱極限時(shí)間與溫度有如下關(guān)系：

t=3.28×108/T3.61（9）

式中：t—人員耐熱極限時(shí)間，min;T—空氣的溫度，℃。

不同溫度、濕度下人體的耐受時(shí)間如表1所示。

2.3? 毒性危害

首先，燃燒需要消耗氧氣，當(dāng)空氣中大量的氧氣被消耗，無(wú)法滿足人類(lèi)正常的生理需求時(shí)，人們會(huì)由于缺氧而感到恐慌和窒息。其次，燃燒時(shí)所產(chǎn)生的煙氣中含有大量的有毒氣體，包括一氧化碳、氰化物等，很容易造成人體中毒。相較于煙塵危害和熱危害，毒性危害最為致命。

建筑材料在燃燒時(shí)，毒氣的主要來(lái)源有兩個(gè)：一是建材經(jīng)高溫作用熱分解產(chǎn)物，二是燃燒產(chǎn)物。在實(shí)際火災(zāi)中，二者往往并存。在不同濃度的一氧化碳、二氧化碳、氰化氫下人體的反應(yīng)如表2所示。

對(duì)于不同的煙氣，人中毒的作用機(jī)理也是各不相同的，但是主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：窒息作用、刺激作用[3]。在絕大多數(shù)的火災(zāi)中，這兩種刺激是共存的。常見(jiàn)的窒息性氣體對(duì)人體的危害如表3所示。

3 ? 總結(jié)與展望

對(duì)火災(zāi)煙氣進(jìn)行研究，需要多學(xué)科、交叉性地進(jìn)行，包括材料產(chǎn)煙情況研究、煙氣的運(yùn)動(dòng)以及擴(kuò)散規(guī)律研究、檢測(cè)毒性氣體的方法研究、煙氣毒性程度以及毒性機(jī)理研究等。就目前來(lái)看，結(jié)合生物學(xué)，從分子角度研究煙氣毒性是一個(gè)新的研究方向。加強(qiáng)煙氣的分析，尤其是對(duì)有毒有害氣體毒性的分析，包括煙氣中各個(gè)組分的相互作用和煙氣在空間內(nèi)的遷移規(guī)律，對(duì)人類(lèi)安全生產(chǎn)與生活具有重要意義。

[參考文獻(xiàn)]

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