摘 要：分析得出火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的速率較關(guān)閉門窗的滲漏空氣量大得多；分析了影響火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的各種壓力作用機(jī)理，特別提出了燃燒過程好象一臺不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的小型“風(fēng)機(jī)電部”．燃燒過程產(chǎn)生的浮力和膨脹力為高溫?zé)煔庋仨斉飻U(kuò)散、沿外窗外逸提供動力，并指出大風(fēng)壓不能簡單的用空氣拄重量差計算；利用流體力學(xué)能量方程理論，分析了5種情況火災(zāi)房間的壓力變化和火災(zāi)煙氣泄出的情形；
關(guān) 鍵 詞：火災(zāi)煙氣；壓力；壓力差;擴(kuò)散
火災(zāi)的危害是不言而喻的，它可能造成重大的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失；而在火災(zāi)傷亡中，由火災(zāi)煙氣造成的傷亡又占相當(dāng)?shù)谋壤挥慕y(tǒng)計資料如圖l所示[1]，從圖中可以看出火災(zāi)煙氣傷亡占火災(zāi)總死亡人數(shù)的50％以上．因此，研究探討高層建筑火災(zāi)煙氣在建筑內(nèi)部的擴(kuò)散規(guī)律，對進(jìn)行合理的建筑防火、防排煙設(shè)計，控制火災(zāi)的蔓延擴(kuò)大，減少傷亡及財產(chǎn)損失具有重大指導(dǎo)意義，作者試圖結(jié)合前人的試驗結(jié)果和建筑火災(zāi)的煙氣擴(kuò)散現(xiàn)象，應(yīng)用流體力學(xué)能量方程等理論分析探討高層旅館建筑火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散規(guī)律，為高層建筑防災(zāi)、抗災(zāi)和以后研究工作訂下理論基礎(chǔ)．
1火災(zāi)煙氣的產(chǎn)生速率
高層旅館建筑的典型結(jié)構(gòu)：房間、中間走廊、前室、樓揮或電揮間．室外空氣經(jīng)外窗、房間門、前室門、樓梯或電梯門進(jìn)入樓揮或電梯井．
燃燒過程產(chǎn)生的煙氣質(zhì)量速率用下式計算：
式中：U為火的周界，m，y為地板到頂棚下方煙層底部間的距離，m，TO為周國空氣的絕對溫度，K.T為煙卷流中火的絕對溫度，K.g為重力加速度m／s2．
從上式可以看出，火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的質(zhì)量速率，取決于火的周界大小、地板到上方煙層底部的距離、煙卷流中心火的絕對溫度．
當(dāng)取17℃空氣的密度Po＝1．22kg／m3，g＝9．81m／s2，則火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣體積速率可用下式計算：
對于一個大約3m×3m周界的火災(zāi)，在不同的地板到煙層底部距離，煙氣的產(chǎn)生質(zhì)量速率、體積速率，在不同的建筑層高下，煙層降到距地板一定高度所需的大致時間．
即使是一個非常小的火，產(chǎn)生的煙氣體積也是相當(dāng)大的，它可在很短的時間內(nèi)充滿整個火災(zāi)房間．
2建筑門窗的滲透空氣量
根據(jù)文獻(xiàn)[2]中編寫的計算建筑門窗空氣滲透量的計算機(jī)程序計算表明：對于一棟31層、每層30個房間、高93m的高層建筑，在只有熱壓作用時，最底層每個房間的滲入和最頂層每房間的滲出空氣量約0.13m3／s左右；當(dāng)外窗開啟，而房間門、前室門、樓梯或電梯門關(guān)閉時，增加的滲入、滲出空氣量僅有0.01m3／s左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個非常小的火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣體積．這是因為：對于一個寬1．8m、高1．8m的外窗，其開啟時風(fēng)阻特性系數(shù)約0.11kg／m7；寬o．9m、高2m的房門，關(guān)閉時的風(fēng)阻特性系數(shù)約36000 kg／m7，開啟時的風(fēng)阻特性系數(shù)約0.37kg／m7開啟外窗的風(fēng)阻僅為關(guān)閉房門風(fēng)阻的1／107左右，開啟房門的風(fēng)阻僅為關(guān)閉房門風(fēng)阻的1／106左右；即從外窗到樓梯或電梯豎井間的門窗處于關(guān)閉狀態(tài)時的串聯(lián)總風(fēng)阻是相當(dāng)大的，而室外空氣與豎井間的壓力差是很小的．
3建筑內(nèi)部空氣流動的分析
3．1 影響建筑內(nèi)部空氣流動的各種壓力作用機(jī)理
影響建筑內(nèi)部空氣流動的壓力有：室外與建筑內(nèi)部豎井間的熱壓、室外風(fēng)壓、火災(zāi)期間產(chǎn)生的火風(fēng)壓、機(jī)械通風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生的機(jī)械風(fēng)壓．本文主要討論災(zāi)變時期，影響火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的前3種壓力．而對機(jī)械風(fēng)壓按最不利情況——災(zāi)變時期不運(yùn)轉(zhuǎn)考慮．
由流體力學(xué)能量方程理論可知：流體總是從總能量(或總壓力)大的斷面，流向總能量(或總壓力)小的斷面；流體間各種壓力是可以相互轉(zhuǎn)化的．
3．1．1熱壓
熱壓是由于室外空氣溫度與建筑內(nèi)部豎井空氣溫度不同，造成的室內(nèi)外空氣密度不同，在同一水平面產(chǎn)生的靜壓差；或者說是由于室內(nèi)外空氣溫度不同形成的浮力作用，在同一水平面產(chǎn)生的靜壓差．熱壓是各層面室內(nèi)外空氣滲漏及空氣沿建筑層面流動的主要動力之一．浮力是造成空氣垂直上升流動的主要動力。
3．1．2室外風(fēng)壓
室外風(fēng)壓屬流體宏觀定向運(yùn)動產(chǎn)生的動壓。是有方向性的．室外風(fēng)壓是空氣滲漏及空氣沿建筑層面流動的又一主要動力，室外風(fēng)壓隨高度變化而變化.
3．1．3火風(fēng)壓
火風(fēng)壓是由于火焰上方高溫?zé)煔馀c周圍空氣之間的溫度不同形成的浮力作用產(chǎn)生的；大風(fēng)壓是空間煙氣對流流動的動力；其不影響門宙縫隙滲入或滲出的絕對空氣量．浮力作用增加了空間壓力的不均勻性，上部空氣壓力增大，下部空氣壓力減小，但浮力不能使整個空間壓力增加，整個空間的壓力增加是由于空氣溫度上升引起的．高溫?zé)煔庋仨斉锼綌U(kuò)散運(yùn)動主要由于浮力作用使高溫?zé)煔庖砸欢ǖ乃俣壬仙鲰斉锂a(chǎn)生沖擊、轉(zhuǎn)變?yōu)樗竭\(yùn)動；高溫?zé)煔庋亻T窗開口或縫隙的上部外逸的現(xiàn)象和外部空氣沿門窗開口或縫隙的下部深入火災(zāi)房間的現(xiàn)象，則是由于高溫?zé)煔怏w積膨脹力和浮力的共同作用．火災(zāi)煙氣的上升流動的動力是浮力，在沒有室外風(fēng)力或機(jī)械風(fēng)壓干擾的情況下，會一直上升到頂棚，然后向四周擴(kuò)散，且上升過程中會不斷卷吸周圍空氣，決不會中途外選擴(kuò)散(除非煙溫很低，上升中途停止)，例如：火災(zāi)煙氣在建筑物中廳中的上升運(yùn)動，；這足以說明浮力產(chǎn)生的流速的作用．而且由于燃料的不斷燃燒，不斷產(chǎn)生高溫?zé)煔?，燃燒過程就好象一臺不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的小型“風(fēng)機(jī)”，源源不斷地為高溫?zé)煔馍仙脱仨斉锏乃綌U(kuò)散提供動力．
建筑中產(chǎn)生的火風(fēng)壓不能簡單的用空氣柱重量差計算，應(yīng)通過實驗(在不同的溫度、不同的層高下)實測獲得．Hobson和Stewart研究的確定火風(fēng)壓的壓力曲線
3．2建筑內(nèi)部火災(zāi)煙氣流動分析
作用在建筑物內(nèi)部空氣的力，與熱壓中和面位置有關(guān)，與季節(jié)有關(guān)，還與建筑物的朝向有關(guān)。但無論如何各層面上的空氣流動都符合流體力學(xué)能量方程．因此，本文以冬季火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以下的迎風(fēng)面樓層為例，應(yīng)用流體力學(xué)能量方程對火災(zāi)煙氣的流動進(jìn)行分析．
由于火災(zāi)引起的空氣溫度變化而產(chǎn)生的火風(fēng)壓．其只能引起空間內(nèi)部空氣或煙氣作對流流動，屬內(nèi)部作用力，只能引起局部部位空氣流動方向及流量的改變，而對空氣在建筑內(nèi)部總體流動方向及絕對流量的大小不產(chǎn)生影響；但是，一旦高溫火災(zāi)煙氣進(jìn)入建筑豎井通道，將引起建筑熱風(fēng)壓大小的變化，此時空氣在建筑內(nèi)部總體流動方向及絕對流量的大小均有可能發(fā)生變化．因此，在忽略煙氣流動的沿程阻力損失，只考慮門窗滲漏局部阻力損失的情況下，可將火災(zāi)煙氣流動用下式形式的能量方程表示：
式中：Pw為室外空氣靜壓；Hf為室外空氣風(fēng)壓;PF1為起火前房間空氣壓力; PZ1為不同門窗狀態(tài)下走廊空氣壓力；PQ1為不同門宙狀態(tài)下前室空氣壓力；PN為電梯或樓梯豎井內(nèi)空氣壓力；P為火災(zāi)房間門宙關(guān)閉情況下，由于溫度升高產(chǎn)生的膨脹壓力;hPC、hFM、hQM、hTM分別為房間外窗、房間門、前室門、電梯或樓梯門的空氣滲漏阻力．
3．2．1門宙均處于關(guān)閉狀態(tài)
火災(zāi)發(fā)生前，在熱壓和室外風(fēng)壓的共同作用下，克服外窗、房門、前室門、電梯或樓梯門的阻力損失，滲入空氣經(jīng)房間、走廊、前室，進(jìn)入電梯或樓梯豎井．由于關(guān)閉的門窗阻力特性系數(shù)很大，因此通過門窗縫隙滲漏的空氣量是很小的．
當(dāng)建筑物內(nèi)某房間發(fā)生火災(zāi)，且為初發(fā)階段，由于燃燒產(chǎn)生的熱能，使得房間平均溫度升高，根據(jù)分子熱運(yùn)動理論，在關(guān)閉門窗的房間平均空氣壓力上升；同時，由于浮力的作用使得高溫?zé)煔庀蚍块g上部轉(zhuǎn)移、積聚，從而造成房間壓力的不均勻：上部壓力增大，下部壓力減小，整個房間處在非平衡狀態(tài)．使房間形成空氣對流和熱對流現(xiàn)象．在此階段內(nèi)，上述能量方程式(1)對于房間外窗、房門的上部與下部可分別改寫為：
式中：H為火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓．
在此階段內(nèi)，若能有效的控制室外空氣的補(bǔ)給，火災(zāi)可能因缺氧自行熄滅．此階段是防滅火的時機(jī)．
當(dāng)初期火災(zāi)沒能得到有效控制，則隨著火災(zāi)的繼續(xù)發(fā)展，進(jìn)入成長階段，房間空氣溫度大幅度上升(房間上部溫度可能達(dá)到700℃以上，房間空氣由于溫度的上升產(chǎn)生的壓力也會大大增加，房間靜壓甚至超過室外空氣靜壓與室外風(fēng)壓之和(Ptu十Hf)，此時房間氧氣供給不足，火災(zāi)進(jìn)入悶燒狀態(tài)，房間蓄積大量易燃?xì)怏w，在房間靜壓的作用下，沿房間所有門窗縫隙向走廊、室外逸出．
3．2. 2火災(zāi)房間門處于敞開狀態(tài)
當(dāng)由于房間人員的逃生或其他原因，將房間門打開，房間門的阻力特性系數(shù)驟降，火災(zāi)煙氣會短時間突然向走廊噴出、卸壓，形成爆燃現(xiàn)象，同時引起房間易燃?xì)怏w全面燃燒，進(jìn)入猛烈燃燒階段，在此階段內(nèi)，由于空間的擴(kuò)大，整個空間壓力在浮力作用下處于不平衡狀態(tài)，頂棚附近壓力增高為房間平均靜壓與火風(fēng)壓之和(PF1十H)，而底部壓力減小為房間平均靜壓與火風(fēng)壓之差(PF1—H)，隨后房間頂部煙氣在浮力產(chǎn)生的壓力(或者說火風(fēng)壓)作用下沿走廊頂棚向前移動，而走廊下部空氣則反向流入火災(zāi)房間．補(bǔ)充燃燒所需的空氣，例如，文獻(xiàn)[7—8]中記載：“多次實驗證明，從火室流向走廊的煙氣，在頂棚之下呈層流狀態(tài)流動，與此同時，煙層下部的空氣則流向火災(zāi)室．”此種情況火災(zāi)煙氣主要在建筑物內(nèi)部擴(kuò)散;若其它房間門敞開，火災(zāi)煙氣則可能竄人，造成火災(zāi)蔓延．
外窗敞開，房門、前室門及樓梯門處于關(guān)閉狀態(tài)部分，當(dāng)由于某種原因，外窗被打開或玻璃破碎，形成敞開狀態(tài)時，外窗的阻力特性系數(shù)驟降，蓄積在火災(zāi)房間的煙氣，也會短時間從外窗向外噴出、卸壓，產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，引起房間易燃?xì)怏w全面燃燒，進(jìn)入猛烈燃燒階段．房間平均靜壓力變?yōu)槭彝饪諝忪o壓與風(fēng)壓之和，頂部壓力由于浮力作用上升為(PW十Hf十H)，底部壓力下降為(PW十Hf—H)．隨后火災(zāi)煙氣將沿外窗頂部向外噴出，室外空氣沿外窗下部涌入火災(zāi)房間，補(bǔ)充燃燒所需的空氣．同時，房門上側(cè)縫隙在壓差(PW十Hf十H一PC2)的作用下向走廊滲出煙氣，而下部縫隙在壓差(PC2一[PW十Hf—H])的作用下由走廊向房間滲入空氣．此種情況火災(zāi)煙氣將主要從外窗的上部涌出．
3.2.3火災(zāi)房間門和外窗同時敞開，而前室門、樓梯門或電梯門處于關(guān)閉狀態(tài)
當(dāng)火災(zāi)房間門和外窗同時處于敞開狀態(tài)時，由于房門的泄壓和室外風(fēng)壓、靜壓的作用，火災(zāi)煙氣將在短時間內(nèi)主要向走廊涌入，在風(fēng)力的揉動作用下．煙氣可能充滿整個走廊，失去煙氣分層現(xiàn)象；煙氣竄人其它房間，造成火災(zāi)蔓延．
3.2.4從室外到建筑物豎井間的門窗均處于敞開狀態(tài)
當(dāng)從室外到建筑物豎井間的門窗全部敞開，火災(zāi)房間產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谑彝怙L(fēng)壓、建筑物熱風(fēng)壓的共同作用下將迅速涌入建筑物豎井，然后沿豎井迅速上升，并帶動豎井內(nèi)的空氣快速流動，豎井內(nèi)空氣靜壓的一部分轉(zhuǎn)化為動壓，造成同水平的靜壓較火災(zāi)煙氣涌入前降低，改變了火災(zāi)層以上樓層室外與豎井間的熱壓差，甚至改變壓差作用方向．當(dāng)涌入豎井的火災(zāi)煙氣溫度較高、浮力較大，且豎井通道暢通時．高速上升的火災(zāi)煙氣可能直沖頂層；若頂層有開口，則煙氣將從開口噴出，形成“煙囪”現(xiàn)象;若頂層封閉，煙氣將積聚、增厚、下移，煙層內(nèi)部壓力增加，加大頂部樓層豎井與室外空氣之間的壓力差．此時頂部樓層火災(zāi)蔓延的危險性較大．
若涌人豎井的煙氣溫度較低，則在上升的過程中，可能轉(zhuǎn)向進(jìn)人中和面以上的中間樓層．
4 高層旅館建筑火災(zāi)煙氣可能出現(xiàn)的擴(kuò)散形式
4．1火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以下的樓層
①火災(zāi)初期．煙氣主要在建筑內(nèi)部蓄積和擴(kuò)散：當(dāng)房間外窗敞開時，外窗將是煙氣的主要泄出口；
②當(dāng)外窗、房門、前室門、樓梯門或電梯門全部敞開時，火災(zāi)煙氣將快速沿走廊進(jìn)入豎井，竄人頂部樓層，若頂部有開口，將形成“煙囪”現(xiàn)象；若頂部樓層無開口．除少量通過頂部樓層外窗滲出外，將在豎井頂部形成煙層，反向向下部樓層移動；
③若火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣量較小，進(jìn)入豎井內(nèi)煙氣溫度又較低，則有可能中途進(jìn)入火災(zāi)上部中間樓層．
4．2火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以上樓層
①火災(zāi)煙氣將主要從外窗涌出，特別是火災(zāi)發(fā)生在頂部樓層時；
②當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面附近樓層時，煙氣的擴(kuò)散動力主要是火風(fēng)壓，則可能出現(xiàn)外窗、豎井同時擴(kuò)散的流形
關(guān) 鍵 詞：火災(zāi)煙氣；壓力；壓力差;擴(kuò)散
火災(zāi)的危害是不言而喻的，它可能造成重大的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失；而在火災(zāi)傷亡中，由火災(zāi)煙氣造成的傷亡又占相當(dāng)?shù)谋壤挥慕y(tǒng)計資料如圖l所示[1]，從圖中可以看出火災(zāi)煙氣傷亡占火災(zāi)總死亡人數(shù)的50％以上．因此，研究探討高層建筑火災(zāi)煙氣在建筑內(nèi)部的擴(kuò)散規(guī)律，對進(jìn)行合理的建筑防火、防排煙設(shè)計，控制火災(zāi)的蔓延擴(kuò)大，減少傷亡及財產(chǎn)損失具有重大指導(dǎo)意義，作者試圖結(jié)合前人的試驗結(jié)果和建筑火災(zāi)的煙氣擴(kuò)散現(xiàn)象，應(yīng)用流體力學(xué)能量方程等理論分析探討高層旅館建筑火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散規(guī)律，為高層建筑防災(zāi)、抗災(zāi)和以后研究工作訂下理論基礎(chǔ)．
1火災(zāi)煙氣的產(chǎn)生速率
高層旅館建筑的典型結(jié)構(gòu)：房間、中間走廊、前室、樓揮或電揮間．室外空氣經(jīng)外窗、房間門、前室門、樓梯或電梯門進(jìn)入樓揮或電梯井．
燃燒過程產(chǎn)生的煙氣質(zhì)量速率用下式計算：
式中：U為火的周界，m，y為地板到頂棚下方煙層底部間的距離，m，TO為周國空氣的絕對溫度，K.T為煙卷流中火的絕對溫度，K.g為重力加速度m／s2．
從上式可以看出，火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的質(zhì)量速率，取決于火的周界大小、地板到上方煙層底部的距離、煙卷流中心火的絕對溫度．
當(dāng)取17℃空氣的密度Po＝1．22kg／m3，g＝9．81m／s2，則火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣體積速率可用下式計算：
對于一個大約3m×3m周界的火災(zāi)，在不同的地板到煙層底部距離，煙氣的產(chǎn)生質(zhì)量速率、體積速率，在不同的建筑層高下，煙層降到距地板一定高度所需的大致時間．
即使是一個非常小的火，產(chǎn)生的煙氣體積也是相當(dāng)大的，它可在很短的時間內(nèi)充滿整個火災(zāi)房間．
2建筑門窗的滲透空氣量
根據(jù)文獻(xiàn)[2]中編寫的計算建筑門窗空氣滲透量的計算機(jī)程序計算表明：對于一棟31層、每層30個房間、高93m的高層建筑，在只有熱壓作用時，最底層每個房間的滲入和最頂層每房間的滲出空氣量約0.13m3／s左右；當(dāng)外窗開啟，而房間門、前室門、樓梯或電梯門關(guān)閉時，增加的滲入、滲出空氣量僅有0.01m3／s左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個非常小的火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣體積．這是因為：對于一個寬1．8m、高1．8m的外窗，其開啟時風(fēng)阻特性系數(shù)約0.11kg／m7；寬o．9m、高2m的房門，關(guān)閉時的風(fēng)阻特性系數(shù)約36000 kg／m7，開啟時的風(fēng)阻特性系數(shù)約0.37kg／m7開啟外窗的風(fēng)阻僅為關(guān)閉房門風(fēng)阻的1／107左右，開啟房門的風(fēng)阻僅為關(guān)閉房門風(fēng)阻的1／106左右；即從外窗到樓梯或電梯豎井間的門窗處于關(guān)閉狀態(tài)時的串聯(lián)總風(fēng)阻是相當(dāng)大的，而室外空氣與豎井間的壓力差是很小的．
3建筑內(nèi)部空氣流動的分析
3．1 影響建筑內(nèi)部空氣流動的各種壓力作用機(jī)理
影響建筑內(nèi)部空氣流動的壓力有：室外與建筑內(nèi)部豎井間的熱壓、室外風(fēng)壓、火災(zāi)期間產(chǎn)生的火風(fēng)壓、機(jī)械通風(fēng)設(shè)備產(chǎn)生的機(jī)械風(fēng)壓．本文主要討論災(zāi)變時期，影響火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的前3種壓力．而對機(jī)械風(fēng)壓按最不利情況——災(zāi)變時期不運(yùn)轉(zhuǎn)考慮．
由流體力學(xué)能量方程理論可知：流體總是從總能量(或總壓力)大的斷面，流向總能量(或總壓力)小的斷面；流體間各種壓力是可以相互轉(zhuǎn)化的．
3．1．1熱壓
熱壓是由于室外空氣溫度與建筑內(nèi)部豎井空氣溫度不同，造成的室內(nèi)外空氣密度不同，在同一水平面產(chǎn)生的靜壓差；或者說是由于室內(nèi)外空氣溫度不同形成的浮力作用，在同一水平面產(chǎn)生的靜壓差．熱壓是各層面室內(nèi)外空氣滲漏及空氣沿建筑層面流動的主要動力之一．浮力是造成空氣垂直上升流動的主要動力。
3．1．2室外風(fēng)壓
室外風(fēng)壓屬流體宏觀定向運(yùn)動產(chǎn)生的動壓。是有方向性的．室外風(fēng)壓是空氣滲漏及空氣沿建筑層面流動的又一主要動力，室外風(fēng)壓隨高度變化而變化.
3．1．3火風(fēng)壓
火風(fēng)壓是由于火焰上方高溫?zé)煔馀c周圍空氣之間的溫度不同形成的浮力作用產(chǎn)生的；大風(fēng)壓是空間煙氣對流流動的動力；其不影響門宙縫隙滲入或滲出的絕對空氣量．浮力作用增加了空間壓力的不均勻性，上部空氣壓力增大，下部空氣壓力減小，但浮力不能使整個空間壓力增加，整個空間的壓力增加是由于空氣溫度上升引起的．高溫?zé)煔庋仨斉锼綌U(kuò)散運(yùn)動主要由于浮力作用使高溫?zé)煔庖砸欢ǖ乃俣壬仙鲰斉锂a(chǎn)生沖擊、轉(zhuǎn)變?yōu)樗竭\(yùn)動；高溫?zé)煔庋亻T窗開口或縫隙的上部外逸的現(xiàn)象和外部空氣沿門窗開口或縫隙的下部深入火災(zāi)房間的現(xiàn)象，則是由于高溫?zé)煔怏w積膨脹力和浮力的共同作用．火災(zāi)煙氣的上升流動的動力是浮力，在沒有室外風(fēng)力或機(jī)械風(fēng)壓干擾的情況下，會一直上升到頂棚，然后向四周擴(kuò)散，且上升過程中會不斷卷吸周圍空氣，決不會中途外選擴(kuò)散(除非煙溫很低，上升中途停止)，例如：火災(zāi)煙氣在建筑物中廳中的上升運(yùn)動，；這足以說明浮力產(chǎn)生的流速的作用．而且由于燃料的不斷燃燒，不斷產(chǎn)生高溫?zé)煔?，燃燒過程就好象一臺不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的小型“風(fēng)機(jī)”，源源不斷地為高溫?zé)煔馍仙脱仨斉锏乃綌U(kuò)散提供動力．
建筑中產(chǎn)生的火風(fēng)壓不能簡單的用空氣柱重量差計算，應(yīng)通過實驗(在不同的溫度、不同的層高下)實測獲得．Hobson和Stewart研究的確定火風(fēng)壓的壓力曲線
3．2建筑內(nèi)部火災(zāi)煙氣流動分析
作用在建筑物內(nèi)部空氣的力，與熱壓中和面位置有關(guān)，與季節(jié)有關(guān)，還與建筑物的朝向有關(guān)。但無論如何各層面上的空氣流動都符合流體力學(xué)能量方程．因此，本文以冬季火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以下的迎風(fēng)面樓層為例，應(yīng)用流體力學(xué)能量方程對火災(zāi)煙氣的流動進(jìn)行分析．
由于火災(zāi)引起的空氣溫度變化而產(chǎn)生的火風(fēng)壓．其只能引起空間內(nèi)部空氣或煙氣作對流流動，屬內(nèi)部作用力，只能引起局部部位空氣流動方向及流量的改變，而對空氣在建筑內(nèi)部總體流動方向及絕對流量的大小不產(chǎn)生影響；但是，一旦高溫火災(zāi)煙氣進(jìn)入建筑豎井通道，將引起建筑熱風(fēng)壓大小的變化，此時空氣在建筑內(nèi)部總體流動方向及絕對流量的大小均有可能發(fā)生變化．因此，在忽略煙氣流動的沿程阻力損失，只考慮門窗滲漏局部阻力損失的情況下，可將火災(zāi)煙氣流動用下式形式的能量方程表示：
式中：Pw為室外空氣靜壓；Hf為室外空氣風(fēng)壓;PF1為起火前房間空氣壓力; PZ1為不同門窗狀態(tài)下走廊空氣壓力；PQ1為不同門宙狀態(tài)下前室空氣壓力；PN為電梯或樓梯豎井內(nèi)空氣壓力；P為火災(zāi)房間門宙關(guān)閉情況下，由于溫度升高產(chǎn)生的膨脹壓力;hPC、hFM、hQM、hTM分別為房間外窗、房間門、前室門、電梯或樓梯門的空氣滲漏阻力．
3．2．1門宙均處于關(guān)閉狀態(tài)
火災(zāi)發(fā)生前，在熱壓和室外風(fēng)壓的共同作用下，克服外窗、房門、前室門、電梯或樓梯門的阻力損失，滲入空氣經(jīng)房間、走廊、前室，進(jìn)入電梯或樓梯豎井．由于關(guān)閉的門窗阻力特性系數(shù)很大，因此通過門窗縫隙滲漏的空氣量是很小的．
當(dāng)建筑物內(nèi)某房間發(fā)生火災(zāi)，且為初發(fā)階段，由于燃燒產(chǎn)生的熱能，使得房間平均溫度升高，根據(jù)分子熱運(yùn)動理論，在關(guān)閉門窗的房間平均空氣壓力上升；同時，由于浮力的作用使得高溫?zé)煔庀蚍块g上部轉(zhuǎn)移、積聚，從而造成房間壓力的不均勻：上部壓力增大，下部壓力減小，整個房間處在非平衡狀態(tài)．使房間形成空氣對流和熱對流現(xiàn)象．在此階段內(nèi)，上述能量方程式(1)對于房間外窗、房門的上部與下部可分別改寫為：
式中：H為火災(zāi)產(chǎn)生的火風(fēng)壓．
在此階段內(nèi)，若能有效的控制室外空氣的補(bǔ)給，火災(zāi)可能因缺氧自行熄滅．此階段是防滅火的時機(jī)．
當(dāng)初期火災(zāi)沒能得到有效控制，則隨著火災(zāi)的繼續(xù)發(fā)展，進(jìn)入成長階段，房間空氣溫度大幅度上升(房間上部溫度可能達(dá)到700℃以上，房間空氣由于溫度的上升產(chǎn)生的壓力也會大大增加，房間靜壓甚至超過室外空氣靜壓與室外風(fēng)壓之和(Ptu十Hf)，此時房間氧氣供給不足，火災(zāi)進(jìn)入悶燒狀態(tài)，房間蓄積大量易燃?xì)怏w，在房間靜壓的作用下，沿房間所有門窗縫隙向走廊、室外逸出．
3．2. 2火災(zāi)房間門處于敞開狀態(tài)
當(dāng)由于房間人員的逃生或其他原因，將房間門打開，房間門的阻力特性系數(shù)驟降，火災(zāi)煙氣會短時間突然向走廊噴出、卸壓，形成爆燃現(xiàn)象，同時引起房間易燃?xì)怏w全面燃燒，進(jìn)入猛烈燃燒階段，在此階段內(nèi)，由于空間的擴(kuò)大，整個空間壓力在浮力作用下處于不平衡狀態(tài)，頂棚附近壓力增高為房間平均靜壓與火風(fēng)壓之和(PF1十H)，而底部壓力減小為房間平均靜壓與火風(fēng)壓之差(PF1—H)，隨后房間頂部煙氣在浮力產(chǎn)生的壓力(或者說火風(fēng)壓)作用下沿走廊頂棚向前移動，而走廊下部空氣則反向流入火災(zāi)房間．補(bǔ)充燃燒所需的空氣，例如，文獻(xiàn)[7—8]中記載：“多次實驗證明，從火室流向走廊的煙氣，在頂棚之下呈層流狀態(tài)流動，與此同時，煙層下部的空氣則流向火災(zāi)室．”此種情況火災(zāi)煙氣主要在建筑物內(nèi)部擴(kuò)散;若其它房間門敞開，火災(zāi)煙氣則可能竄人，造成火災(zāi)蔓延．
外窗敞開，房門、前室門及樓梯門處于關(guān)閉狀態(tài)部分，當(dāng)由于某種原因，外窗被打開或玻璃破碎，形成敞開狀態(tài)時，外窗的阻力特性系數(shù)驟降，蓄積在火災(zāi)房間的煙氣，也會短時間從外窗向外噴出、卸壓，產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，引起房間易燃?xì)怏w全面燃燒，進(jìn)入猛烈燃燒階段．房間平均靜壓力變?yōu)槭彝饪諝忪o壓與風(fēng)壓之和，頂部壓力由于浮力作用上升為(PW十Hf十H)，底部壓力下降為(PW十Hf—H)．隨后火災(zāi)煙氣將沿外窗頂部向外噴出，室外空氣沿外窗下部涌入火災(zāi)房間，補(bǔ)充燃燒所需的空氣．同時，房門上側(cè)縫隙在壓差(PW十Hf十H一PC2)的作用下向走廊滲出煙氣，而下部縫隙在壓差(PC2一[PW十Hf—H])的作用下由走廊向房間滲入空氣．此種情況火災(zāi)煙氣將主要從外窗的上部涌出．
3.2.3火災(zāi)房間門和外窗同時敞開，而前室門、樓梯門或電梯門處于關(guān)閉狀態(tài)
當(dāng)火災(zāi)房間門和外窗同時處于敞開狀態(tài)時，由于房門的泄壓和室外風(fēng)壓、靜壓的作用，火災(zāi)煙氣將在短時間內(nèi)主要向走廊涌入，在風(fēng)力的揉動作用下．煙氣可能充滿整個走廊，失去煙氣分層現(xiàn)象；煙氣竄人其它房間，造成火災(zāi)蔓延．
3.2.4從室外到建筑物豎井間的門窗均處于敞開狀態(tài)
當(dāng)從室外到建筑物豎井間的門窗全部敞開，火災(zāi)房間產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谑彝怙L(fēng)壓、建筑物熱風(fēng)壓的共同作用下將迅速涌入建筑物豎井，然后沿豎井迅速上升，并帶動豎井內(nèi)的空氣快速流動，豎井內(nèi)空氣靜壓的一部分轉(zhuǎn)化為動壓，造成同水平的靜壓較火災(zāi)煙氣涌入前降低，改變了火災(zāi)層以上樓層室外與豎井間的熱壓差，甚至改變壓差作用方向．當(dāng)涌入豎井的火災(zāi)煙氣溫度較高、浮力較大，且豎井通道暢通時．高速上升的火災(zāi)煙氣可能直沖頂層；若頂層有開口，則煙氣將從開口噴出，形成“煙囪”現(xiàn)象;若頂層封閉，煙氣將積聚、增厚、下移，煙層內(nèi)部壓力增加，加大頂部樓層豎井與室外空氣之間的壓力差．此時頂部樓層火災(zāi)蔓延的危險性較大．
若涌人豎井的煙氣溫度較低，則在上升的過程中，可能轉(zhuǎn)向進(jìn)人中和面以上的中間樓層．
4 高層旅館建筑火災(zāi)煙氣可能出現(xiàn)的擴(kuò)散形式
4．1火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以下的樓層
①火災(zāi)初期．煙氣主要在建筑內(nèi)部蓄積和擴(kuò)散：當(dāng)房間外窗敞開時，外窗將是煙氣的主要泄出口；
②當(dāng)外窗、房門、前室門、樓梯門或電梯門全部敞開時，火災(zāi)煙氣將快速沿走廊進(jìn)入豎井，竄人頂部樓層，若頂部有開口，將形成“煙囪”現(xiàn)象；若頂部樓層無開口．除少量通過頂部樓層外窗滲出外，將在豎井頂部形成煙層，反向向下部樓層移動；
③若火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣量較小，進(jìn)入豎井內(nèi)煙氣溫度又較低，則有可能中途進(jìn)入火災(zāi)上部中間樓層．
4．2火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面以上樓層
①火災(zāi)煙氣將主要從外窗涌出，特別是火災(zāi)發(fā)生在頂部樓層時；
②當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在熱壓中和面附近樓層時，煙氣的擴(kuò)散動力主要是火風(fēng)壓，則可能出現(xiàn)外窗、豎井同時擴(kuò)散的流形