第3章火灾烟气的产生及特征火灾环境中温度及各种化学组分浓度的变化依赖于热量和燃烧产物组分的生成速率、燃烧所需空气的供应速率以及燃烧产物与空气的混合过程等。火灾严重性和消防措施有效性的评判均以火灾过程的某一特定时期内火灾环境中的气体温度和特定组分浓度为依据，因此，了解火灾中热量和主要燃烧产物组分的生成速率是十分必要的。(1)燃烧速率热环境中的可燃物受热会发生热解，析出可燃挥发份。热解的速率取决于可燃物的表面积及其所接收到的热量。热解的发生包含两种情况，即有明火和无明火。无明火情况：(3-1)明火情况：(3-2)［例题1］对于敞开环境中的大尺度聚丙烯火灾，估算其单位面积上的最大燃烧速率。已知燃烧强度最大时材料表面接收到的火焰热流量为66kW/m2。若在其附近有其它物体在燃烧，供给其表面20kW/m2的外加热流量，试估算此时聚丙烯单位面积上的燃烧速率。［例题1］对于敞开环境中的大尺度聚丙烯火灾，估算其单位面积上的最大燃烧速率。已知燃烧强度最大时材料表面接收到的火焰热流量为66kW/m2。若在其附近有其它物体在燃烧，供给其表面20kW/m2的外加热流量，试估算此时聚丙烯单位面积上的燃烧速率。解：从表3.1可知：聚丙烯，kJ/g,18kW/m2，代入方程(3-2)可得：3.1.2燃烧产物的生成和氧消耗式中定义氧消耗效率为实际耗氧速率与理论上可能的最大耗氧速率之比，便可得到：无明火情况：燃烧释放的热量可分为对流热和辐射热两部分3.2烟气的物理特性3.2.3火场能见度火灾中疏散标志和通道的能见度对人员逃生极为重要。要看清某一物体，则要求该物体与其背景之间有一定的对比度。3.3烟气的毒性与危害火灾中有毒烟气对人构成危害这一事实早已被人们所认识。然而这一领域中的研究取得巨大进展却是近年的事。人们首先注意到在一些严重的火灾中烟气造成人员窒息死亡，从而开始重视烟气毒性问题。调查结果表明：对于所有的火灾，尤其是住宅火灾，相对于热量和燃烧造成的伤害而言，烟气和有毒气体所造成的伤害占很大比例。目前有将近一半的致命火灾和三分之一的非致命住宅火灾（主要是由家具火引起的）被归为烟气伤害类型的火灾。目前，对于烟气造成伤害的增长已提出了一些解释。有些人认为这与家具中现代合成材料使用增多有关。另一种观点认为这并非与合成材料的使用直接有关，而是缘于近期居住方式的改变，例如平均每个家庭都使用了更多的家具和室内装修，从而造成了火载增大。此外还有部分人认为这种增长趋势并不真实，而是由于进行毒性伤亡统计的有关机构对这一问题更为重视所导致的统计失实。有关人体病理学的数据通常是难以证明的，但许多这一领域的其它工作证实了由烟气造成的伤害的确是在增长。在英国和美国烟气毒性已被认为是火灾中导致伤亡的主要因素。3.3.1烟气毒性分析的两种途径烟气毒性伤害增长的问题主要有两种解释，这两种不同的解释导致了关于烟气毒性分析的两种差异明显的观点，即：一种观点认为现代合成材料燃烧产生的烟气中包含着以前从未出现的新的有毒成分。在某些情况下，这些有毒成份或许剂量很小但毒害作用却很大。因此这种毒害作用可通过简单的小尺寸毒性测试实验来探测和分析，并制定相应的标准。从某种意义上说，通过这种方法发现了两种材料，即含有磷光物质阻火剂的聚氨酯软泡沫和聚四氟乙烯（PTFE），在一些实验条件下会释放出含有巨毒物质的产物。由这种观点派生出了以材料特性为基础的、相当简化的材料毒性测试和分析方法，它将材料的毒性按啮齿动物LC50标准分类，即浸没在烟气中的啮齿动物被致死50%时，以相对每公升空气材料的毫克数来表示的燃烧产物浓度。根据这种观点，设计人员在进行有关设计时应该采用那些已被毒性测试证明、同时也被其它类型小尺寸火灾测试证明是毒性很小的材料。另一种观点认为火灾中的基本有毒产物总是一样的，但是，在许多现代火灾过程中火的增长速率及基本有毒产物的释放速率较之于以前大大地增大。所以与定性确定毒性产物的做法相比，减少火灾中毒性伤害的最好方法是对诸如着火、火蔓延、烟气释放等过程加以有效控制，这种观点在美国已被广泛地接受。它通过以下途径来估算烟气毒性，即首先确定离开可燃材料表面的主要有毒产物的成份，然后在全尺寸火灾测试中做出这几种基本有毒成份的浓度一时间曲线，在此基础上，再估算造成伤亡的时间。根据这种观点，小尺寸测试的作用在于通过以动物实验为基础的火灾产物的化学分析，证明可燃材料燃烧所产生的毒性的确来源于那些基本的有毒火灾产物，并且验明那些其它毒性作用发生的情况。这种方法的优势在于它能使防火设计人员在实施设计时充分考虑防火的系统性，并且通过对小尺寸或全尺寸实验的燃烧产物进行简单的化学分析而估算出烟气毒性所造成的伤害。然而，其问题在于它是以对毒性产物的效果和作用所做的一些简化假设为基础的。3.3.2