轟燃可能是建筑火災(zāi)中，最典型的極端火災(zāi)特性。我的朋友和來(lái)自瑞典的朋友經(jīng)常觀察到的，它算不上真正的極端火災(zāi)特性，而是正常火災(zāi)特性?！皹O端”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是我們?cè)诟兄尘跋聵?gòu)建的，它定義了我們控制它的能力有限，以及它對(duì)消防員安全的潛在影響。然而，轟燃的發(fā)生不是偶然隨機(jī)的，它是一個(gè)室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的一部分。

誤解

很長(zhǎng)一段時(shí)間，我在各種培訓(xùn)材料中，搜集有關(guān)極端火災(zāi)特性的相關(guān)報(bào)道和評(píng)論。雖然找到不少關(guān)于轟燃現(xiàn)象的準(zhǔn)確信息，但也常常見(jiàn)到關(guān)于轟燃的誤解和錯(cuò)誤信息。

當(dāng)空氣中的氣體被點(diǎn)燃時(shí)，家中有可能發(fā)生轟燃。

·當(dāng)爆炸或轟燃發(fā)生時(shí)，內(nèi)攻消防員很可能會(huì)被困在內(nèi)。

·當(dāng)溫度上升至500-600攝氏度時(shí)，轟燃發(fā)生，熱量足以點(diǎn)燃空氣中的任何氣體，甚至可能出現(xiàn)爆炸。

·如果火場(chǎng)有可燃?xì)怏w或者甚至是灰塵，然后突然蒸氣云被點(diǎn)燃，這就是我們所謂的轟燃。

·當(dāng)整個(gè)房間突然燃燒時(shí)，轟燃就發(fā)生了。

前面的每一個(gè)陳述，都是經(jīng)驗(yàn)豐富的消防員做出的。不能識(shí)別和降低風(fēng)險(xiǎn)，將有可能導(dǎo)致滅火過(guò)程中引發(fā)轟燃，這將對(duì)消防員造成重大威脅。因此，認(rèn)識(shí)和降低風(fēng)險(xiǎn)的核心是：了解什么是轟燃，以及它 發(fā)發(fā) 生生 的的 必必 要要 條條 件件 。。

什么是轟燃？

轟燃是火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中，上升階段突然過(guò)渡到全面燃燒階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這種現(xiàn)象是指室內(nèi)所有可燃物的表面迅速燃燒。

如果發(fā)生轟燃，室內(nèi)的熱釋放速率和溫度都迅速上升。轟燃有可能發(fā)生在室內(nèi)火災(zāi)或者在通風(fēng)控制型火災(zāi)中，新空氣進(jìn)入火場(chǎng)。

轟燃的特征包括15kw/m2～20kw/m2的輻射熱通量（輻射熱傳遞足以使普通可燃物迅速升高至其著火溫度）和煙氣層平均溫度500℃～600℃。

其他特征也包括火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌煲约盎鹧嫱黄品块g窗戶等。

圖1

轟燃和室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展

描述轟燃的定義和方法非常多，其中最重要的一點(diǎn)是，它是火災(zāi)向全面發(fā)展階段的快速轉(zhuǎn)變。

室外可燃物（如沙發(fā)或軟墊椅）的燃燒，主要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段：

初起階段，只有一小部分參與了燃燒，隨著燃燒進(jìn)入發(fā)展階段，更多的燃料參與了燃燒，燃燒速度加快。最后，所有可燃物著火，火災(zāi)進(jìn)入了全面燃燒階段。

隨著可燃物耗盡，火災(zāi)進(jìn)入下降階段。

通觀整個(gè)過(guò)程，火災(zāi)發(fā)展是由燃料控制的，火災(zāi)發(fā)展速度和能量釋放取決于燃料特性和結(jié)構(gòu)。由于燃燒在室外發(fā)生，在每個(gè)燃燒階段，供氧都是充足的。

燃燒熱是一定量的可燃物充分燃燒時(shí)釋放的能量?？扇嘉锶紵龝r(shí)釋放的總能量取決于燃燒的熱量和可燃物的量（質(zhì)量）。燃燒熱的單位是焦耳（J）。然而，這只是其中一部分。

熱釋放速率（HRR）是單位時(shí)間內(nèi)可燃物燃耗所釋放的能量,單位是瓦特（W）。1瓦特等于1焦耳（單位能量）每秒（單位時(shí)間）。美國(guó)消防局習(xí)慣上使用英國(guó)熱量單位（BTU）作為能量單位。

用這個(gè)單位，HRR可以表達(dá)成btu/s。但是，以上這些與轟燃有什么關(guān)系呢？

結(jié)果表明，熱釋放速率與轟燃有關(guān)。

當(dāng)火災(zāi)不受限制時(shí)，可燃物燃燒產(chǎn)生的大量熱量通過(guò)熱輻射和熱對(duì)流而流失。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在室內(nèi)，情況又是怎樣呢？

室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展會(huì)受到房間情況的影響，室內(nèi)的其他材料，例如墻壁、天花板和地板吸收了火災(zāi)釋放的一些能量。另外一些能量是沒(méi)有被吸收的，而是輻射給了可燃物，繼續(xù)維持和加速了燃燒過(guò)程。熱煙氣和空氣在火源的加熱下，不斷上升，接觸到冷的天花板和墻壁后，熱量傳遞給這些較冷的材料，提高它們的溫度。這個(gè)熱量傳遞過(guò)程，提高了整個(gè)房間的溫度。

隨著周?chē)扇嘉锉患訜幔麄冮_(kāi)始熱分解。最終，熱解速率達(dá)到可以維持燃燒的點(diǎn)，火勢(shì)開(kāi)始向其他可燃物蔓延。

然而，室內(nèi)與室內(nèi)外火災(zāi)，最顯著的區(qū)別是室內(nèi)的通風(fēng)情況。通風(fēng)口的大小、位置和開(kāi)口形狀，既影響燃燒所需的氧氣，又影響室內(nèi)熱解氣體和火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣是保留在室內(nèi)，還是流出。

課本中對(duì)“火災(zāi)發(fā)展階段”的描述各不相同，但火災(zāi)發(fā)展過(guò)程中的現(xiàn)象是一樣的。我們把室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程分為四個(gè)階段：初起階段，發(fā)展階段，猛烈階段和下降階段（見(jiàn)圖2）。

雖然，我們將火災(zāi)發(fā)展劃分為四個(gè)階段，但實(shí)際過(guò)程是連續(xù)的，從一個(gè)階段到另一個(gè)階段。雖然在實(shí)驗(yàn)室中可以清楚地定義這些轉(zhuǎn)變，但在實(shí)際火場(chǎng)中，往往很難判斷哪個(gè)階段何時(shí)結(jié)束，哪個(gè)階段開(kāi)始進(jìn)行。

圖2

如果火災(zāi)能量釋放的速度比從房間流失的速度更快，那么溫度將升高；一旦釋放了足夠的能量，就會(huì)發(fā)生轟燃，火災(zāi)將從增長(zhǎng)階段迅速發(fā)展到猛烈階段（見(jiàn)圖2）。

這種情況發(fā)生時(shí)，火災(zāi)將蔓延到房間內(nèi)所有可燃物表面，火焰將突破房間所有窗口。我們以浴缸作類比，這可以很好地解釋通風(fēng)和轟燃在燃料控制型火場(chǎng)中的關(guān)系。

把轟燃和一個(gè)帶排水口的充水浴缸相比，把水當(dāng)做熱能，水量當(dāng)做可燃物（火災(zāi)荷載）的總熱量。水龍頭的大小和水壓控制水流量，即熱釋放速率。

浴缸的容積類似于房間的體積及其容納熱量的能力。浴缸排水的大小和位置控制失水率，模擬了通過(guò)通風(fēng)口和氣體傳導(dǎo)出去的熱量損失。在這個(gè)類比中，如果浴缸充滿和溢出，就會(huì)發(fā)生轟燃。

燃燒的方式

在室內(nèi)火災(zāi)的初期和發(fā)展階段，由于火災(zāi)發(fā)展本質(zhì)上受到可燃物的理化性質(zhì)影響，火災(zāi)的發(fā)展速度是受可燃物控制的。可燃物的燃燒需要氧氣參與，隨著室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展，供氧成為一個(gè)更重要的因素。隨著燃燒的進(jìn)行，煙氣逐漸充滿房間，降低了室內(nèi)開(kāi)口處中性面高度，這就限制了新鮮空氣流入房間（見(jiàn)圖3）。

中性面是指在房間開(kāi)口處，一個(gè)室內(nèi)外壓力相等的剖面，壓力差是由于熱煙氣在浮力和膨脹作用下流出開(kāi)口、冷空氣在靜壓作用下流進(jìn)房間而造成的，流出的煙氣與流進(jìn)開(kāi)口的環(huán)境溫度空氣是相等的。

圖3

燃料控制和通風(fēng)控制的區(qū)別是了解室內(nèi)火災(zāi)特性的關(guān)鍵。

室內(nèi)火災(zāi)通常在初期和發(fā)展階段是燃料控制的，在衰減階段也是如此，對(duì)氧氣的需求逐漸減少（見(jiàn)圖4）。

圖4

當(dāng)火災(zāi)為燃料控制型時(shí)，熱釋放速率和火災(zāi)發(fā)展速度受燃料特性控制，這是因?yàn)榉块g內(nèi)氧氣和已有的通風(fēng)面為火災(zāi)發(fā)展提供了足夠的氧氣。然而，隨著火災(zāi)的進(jìn)行，所需要氧氣量增加，在某個(gè)點(diǎn)（基于通風(fēng)面）需氧量超過(guò)了供氧量。這時(shí)，火災(zāi)進(jìn)入通風(fēng)控制狀態(tài)。正如圖4所示，通風(fēng)控制型燃燒可能發(fā)生轟燃，這是因?yàn)樘峁┝顺渥愕目諝馐篃後尫潘俾蔬_(dá)到一定值，這將導(dǎo)致轟燃的發(fā)生。

供氧和熱量釋放的關(guān)系

燃燒作為氧化反應(yīng)，需要足夠的氧氣與可燃物反應(yīng)。燃燒熱（釋放的能量）和完全燃燒所需的氧氣量直接相關(guān)。

天然和合成有機(jī)燃料，在完全燃燒過(guò)程中，消耗每克氧氣釋放的能量大致相當(dāng)，平均為13.1 kJ/g（0.5%）。

可燃物化學(xué)勢(shì)能的釋放，取決于是否有充足的氧氣參與燃燒反應(yīng)。有趣的是，雖然各種類型有機(jī)（碳基）燃料的燃燒熱變化很大，釋放一定量的能量所需的氧氣量卻非常一致。

20世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家 W.M. Thornton（1917） 發(fā)現(xiàn)從許多常見(jiàn)的烴類和烴類衍生物釋放的單位能量所需的氧量幾乎是恒定的。1970年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）的研究人員也發(fā)現(xiàn)了同一現(xiàn)象，并擴(kuò)展了這項(xiàng)工作，包括許多其他類型的有機(jī)材料，還實(shí)驗(yàn)對(duì)比了完全燃燒和不完全燃燒。

普通有機(jī)材料燃燒，消耗每千克氧氣，釋放的能量為13.1 MJ，這被稱為T(mén)hornton法則。

詳見(jiàn)《燃料和通風(fēng)》，該文更詳細(xì)地討論了Thornton法則在室內(nèi)火災(zāi)和通風(fēng)中的應(yīng)用。

為什么沒(méi)有發(fā)生轟燃？

通風(fēng)控制的室內(nèi)火災(zāi)可能發(fā)生轟燃，充分發(fā)展的室內(nèi)火災(zāi)，通常是通風(fēng)控制的（IAAI，2009）。

然而，通風(fēng)不足也可能會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)火災(zāi)熱釋放速率不夠，從而不會(huì)發(fā)生轟燃。某些情況下，通風(fēng)控制型火災(zāi)發(fā)展不充分，就會(huì)由于缺乏氧氣逐漸衰減和自我熄滅。

2007年末，一家發(fā)動(dòng)機(jī)和卡車(chē)公司報(bào)警稱，在三層的木結(jié)構(gòu)公寓樓里有煙味。

他們發(fā)現(xiàn)一層地下公寓里煙霧繚繞，并且第一時(shí)間報(bào)警，破拆進(jìn)入，開(kāi)始滅火和初步搜索。

煙氣溫度不高，并且已經(jīng)到達(dá)地板處，過(guò)火情況就是一張軟墊椅和客廳里雜物燃燒，消防員進(jìn)入時(shí)是陰燃狀態(tài)（見(jiàn)圖5）?？焖偎阉骱?，發(fā)現(xiàn)一名死者在遠(yuǎn)離火源的臥室里。

圖5

盡管軟墊椅子燃燒，通常會(huì)產(chǎn)生足夠的熱釋放速率以使火蔓延到附近的可燃物，并最終導(dǎo)致轟燃。

但從起火點(diǎn)到對(duì)面的圣誕樹(shù)來(lái)看，這并不完全正確（見(jiàn)圖6）。圣誕樹(shù)和公寓里的許多其他可燃物有熱解痕跡，但沒(méi)有被點(diǎn)燃。

圖6

火災(zāi)發(fā)生在初冬，公寓的門(mén)窗緊閉。隨著火災(zāi)發(fā)展，幾乎耗盡了公寓內(nèi)的氧氣，由于沒(méi)有有效通風(fēng)，火災(zāi)逐漸衰減；同時(shí)隨著火災(zāi)的發(fā)展，公寓內(nèi)的溫度升高，且比通常的室內(nèi)火災(zāi)的預(yù)期溫度稍高。

如果早些發(fā)現(xiàn)這起火災(zāi)，其發(fā)展進(jìn)程會(huì)有什么不同呢？如果鄰居打開(kāi)門(mén)或窗戶，試圖營(yíng)救被困者，那會(huì)發(fā)生什么呢？如果消防員打開(kāi)房間的門(mén)，卻沒(méi)有意識(shí)到火災(zāi)正處于通風(fēng)控制階段，那會(huì)發(fā)生什么？

當(dāng)室內(nèi)火災(zāi)處于通風(fēng)控制時(shí)，改變通風(fēng)條件將直接影響火災(zāi)特性。

減少通風(fēng)（例如關(guān)門(mén)）將降低熱釋放速率，延緩火災(zāi)發(fā)展進(jìn)程。改善通風(fēng)（例如開(kāi)門(mén)或開(kāi)窗）將增加熱釋放速率，加速火災(zāi)發(fā)展進(jìn)程。

通風(fēng)情況的改變可能是火災(zāi)造成的（例如玻璃窗熱炸裂）、人為的（開(kāi)門(mén)離開(kāi)）或消防員的戰(zhàn)術(shù)行為；但所有這些都會(huì)對(duì)火災(zāi)特性產(chǎn)生影響。

多年來(lái)，消防員被教育說(shuō)，通風(fēng)將降低轟燃的可能性。雖然這有時(shí)是真的，但這還是比較片面。

在燃料控制型火災(zāi)中，改善通風(fēng)條件，這將把煙氣和熱量排出室外，但冷空氣替代熱氣體的過(guò)程，將會(huì)增加可燃物的熱釋放率。這延緩了轟燃的發(fā)生時(shí)間，卻增加了達(dá)到轟燃所需的熱釋放率。

與上文提出的浴缸類比，這種情況是不適用的。因?yàn)?，?dāng)火災(zāi)處于通風(fēng)控制時(shí)，熱釋放速率受到可用氧氣量的影響。

通風(fēng)控制的條件下，通過(guò)增加開(kāi)口增加空氣供應(yīng)，將導(dǎo)致熱釋放率提高。這種提高的熱釋放率可能導(dǎo)致轟燃（見(jiàn)圖7）。

圖7

轟燃的兩個(gè)重要因素

當(dāng)可燃物和氧氣足夠時(shí)，處于增長(zhǎng)階段的室內(nèi)火災(zāi)可能會(huì)發(fā)生轟燃，并快速過(guò)渡到全面發(fā)展階段。

假設(shè)可燃物足夠，但供氧不足（由于限制通風(fēng)），處于增長(zhǎng)階段的室內(nèi)火災(zāi)可能在達(dá)到全面發(fā)展前就開(kāi)始衰減。然而，如果通風(fēng)改善，這種情況會(huì)迅速改變，會(huì)有通風(fēng)引發(fā)轟燃的潛在危險(xiǎn)。

了解轟燃的兩個(gè)重要因素是非常重要的，但仍然不能完整解釋轟燃現(xiàn)象。

橙色救援

雖萬(wàn)丈火海吾往矣