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建筑火灾烟气危害及其评价分级研究(可编辑).doc

建筑火灾烟气危害及其评价分级研究(可编辑).doc

上传者: 于可洁 2017-12-22 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《建筑火灾烟气危害及其评价分级研究(可编辑)doc》,可适用于战略管理领域,主题内容包含建筑火灾烟气危害及其评价分级研究(可编辑)建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文建筑火灾烟气危害及其评价分级研究姓名:刘艳军申请学位级符等。

建筑火灾烟气危害及其评价分级研究(可编辑)建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文建筑火灾烟气危害及其评价分级研究姓名:刘艳军申请学位级别:硕士专业:安全技术及工程指导教师:王福成建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文建筑火灾烟气煎害及其评价分级研究摘要统计结果表明,火灾中以上的死亡畿是由于烟气的影响,其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷后而致死的。如何研究并确定建筑材料火灾中产生的烟气情况,并且对不同的火灾烟气组成进行危险性评价分级对于减少火灾中人员伤亡商重薅的意义。本文首先分析了火灾放火灾烟气的产生与危害、火灾烟气危害及冀评价分级研究现状给出了常见的建筑材料在火灾中的特性,重点给出了其火灾烟气情况:随焉利用气相色谱仪等实验设备对常用建筑材料火灾时的潮气生成情况迸行了实验研究,并介绍了火灾烟气毒性生理研究法结合实验研究情况,提出了影响建筑材料发潮情况的函素及抑制烟气危害的措麓,给高了我国在邋方面的现状与愚考。随着人工神经潮络技术的发震,其并行数据处瑙技术和自适应、自组织的学习能力,使褥它在楚理~些复杂的数攒对占有很大优势。本文结合实验数据以爱辎关统诗,奁对神经网络进行泼逡静纂穑上,将神经网络应月予火灾煺气惫殓性译价分级。对神经网络静计算过程剩甭软牛缡程实现,爨褥到麴计葵软佟攥中篙擎,界覆友好,计算缭栗合理、可售。结合论文磺究,提燃了火灾煺气熊险性评馀分缀进一步臻究静内容。关键词:火灾烟气烟气实验分级神经网终建筑火灾烟气熊害及其评贽分缎研究东北大学硕士学位论文’’’,。,。,’,’,:声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名:刘艳军日期:易吗届垄簦查奎塑墨苎妻墨苎鲨竺坌塑堡垒。查奎兰翌圭兰竺笙兰第一章绪论火降福予入类,其有愆时代静意义。这萁中,祆鑫然火酶稻糟到人工取火的成功,是人类文明的一大飞跃。今天,作为一种“无艇命的自然力”的火,融成随手可褥之物,并为人们所广泛利用。但魑,一分为二的看、嗣题,火毒黠也余绘人类繁来巨大兹灾难,一星对宅失去了控制就会酿成火灾。近年来,火灾攀敌频频发奎兰。瑗代建筑物态萄燃装饰、纯绎缱毯和泡沫塑料填充的家具陈设较多,这些可燃物在燃烧道程中会产生大量的有毒爝气和热爨,同时要消耗大量的戴气。在建筑火灾中,烟气是臌碍人们逃生,导致被困人员死亡的主要原因,火灾孛煅气已经成为火灾中的第一杀手。统计结果表明【,火灾中以上的死亡者是麦子爆气戆影瞧,箕孛丈部分楚吸入了矮尘及毒毒气体昏迷爱瑟致死的。烟气中各种有毒有害成分、腐蚀性成分、颗粒物簿以及火灾环境静离温、映氧,对鸯命蠡产戳及生态环境都造成狠大破坏,尤其对于人员密集的场所,熨易造成群死群伤的恶性事故。如每月日,唐山林西酉货大楼火灾后,经法鼷鉴定,死亡的余人除一人属于您空坠落死亡终,其余全部孤子寿辫烟气年月强,辑疆克拙玛依友谊馆大火,死亡人,其中以上死予烟气中毒辽宁枣巍艺苑歌舞厅“。”太火,毽荔牒鹣祷秃纯绎衣燃浇游分辩产生大量有毒气体,造成余人中毒窒息死亡年洛阳“特大火灾”造戏多入死亡黧大事敝,据事屠调查发现绝大多数死亡静也都是因吸入火灾烟气中毒塞息死亡的,算且他们所处位置郄远离越火源。国外也有很多豢似的事例孙。为了遏制火灾烟气对人的生命安全造皴送一步爨冬藏耪,氆爨各国漕舞秘技人炭开鼹了对火灾中烟气危险性及其抑制技术的分析研究,为此,人们为了了解和掌握建筑火灾中鹃爝气褥毪霹蓉透露了大羹瓣实验磅究,取得了一定静成采鬻时,现在对火灾烟气危害的评估以及对火灾烟气的危险性及其分级的研究已经弓超了人们的重视,并开始深入地进行研究。人们曾用火灾烟气伤害指数镣方法寒评价火灾烟气豹毒害馋熙,其分级积浮稔瓣标准也不尽相同,但由于火灾烟气的多样性,使得这些方法的应用受到建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文了一定的限制。随着人工神经网络技术的发展,其并行数据处理技术和自适应、自组织的学习能力,使得它在处理一些复杂的数据时占有很大优势。神经网络有着类似人脑的学习、归纳、推理和判断的特征。本文在进行相关实验及充分调研统计的基础上,通过编制火灾烟气危险评价分级系统软件,将神经网络应用于火灾烟气危险性评价分级,试图寻求一种新的火灾烟气危险性评价分级的方法。火灾及其严重性所谓火灾,是指违背人们的意志而发生的非正常的着火事故。火灾的大小取决于经济损失的大小和人员的伤亡情况。火灾是常发性灾种。据不完全统计,全球每年约发生火灾万至万起,近五年我国城乡平均每年发生火灾约万起,平均每天发生火灾多起。这些火灾大多数是人为因素造成的,同时,地震、干旱、雷击、大风等各种自然灾害也会引起或诱发很严重的火灾,它反映了灾害链的互联机制,此外还有战争造成的“战火”。所以说,火灾既是“天灾”,又是“人祸”。建国以来,特别是改革开放以后,消防事业取得了较大的发展,但是,由于种种原因火灾的威胁和危害不仅没有减少,反而出现不断增长的趋势。在新世纪全球化经济浪潮的涌动下,我国将跨入社会经济发展的新阶段,特别是加入了后,使我国的经济、文化和社会生活各个方面更加活跃,从而更加激励改革开放步伐的加快、力度的加大,由此将伴随着社会的新发展、新调整、新定位。由于在调整过程中,增多了一些不稳定的因素和火灾致灾因素,消防安全工作将会面临新的挑战和考验。去年发生在美国的“”恐怖破坏事件,引起了国内外社会各界人士的震惊和思考另外,随着城市化进程和城市现代化速度的加快,火灾形势还会有新的发展。年,全国火灾形势相对平稳,群死群伤火灾得到遏制。据统计,年全国共发生火灾不包括港、澳、台地区和森林、草原、军队、矿井地下火灾起,死人,伤人,直接财产损失亿元。其中,特大火灾起,死人,伤人,直接财产损失万元:重大火灾建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文起,死人,伤人,直接财产损失万元。根据世界火灾统计中心以及欧洲共同体的研究结果,许多发达国家每年火灾直接损失占国民生产总值的左右,而整个火灾成本包括火灾造成的直接与间接经济损失、人员伤亡损失、消防费用、保险管理费用以及投入的灾害防护工程费用约占国民经济总值的左右,人员死亡率在十万分之二左右【】。同时,火灾还对环境和生态系统造成不同程度的破坏,给社会带来不安定因素。世界火灾统计中心对中国、印度、美国、俄罗斯、日本、德国、英国、法国、澳大利亚、爱尔兰等十国在九十年代中期的火灾状况进行统计后发现,这十个国家的人口占世界总人口的,每年发生火灾的次数约占世界火灾总数的,每年火灾死亡人数约占世界每年火灾死亡总人数的,由此可以看出,火灾会对人类造成巨大的威胁。在城市所面临的各种灾害中,火灾是发生最频繁且极具毁灭性的灾害。火灾不仅能在顷刻之间毁掉大量物质财富,而且还会危及人们的生命安全,其直接损失约为地震的倍,仅次于干旱和洪涝,其发生的频率则居各种灾害之首火灾吞噬生命财产、造成环境污染、引发生态失衡,涉及能源、资源与环境、人口与健康等重要领域【,】。虽然因火灾死亡的人数低于交通事故,但是火灾会造成一连串严重的后续反应一基础设施破坏、财产损失,最糟糕的是造成整个城市生产和经济系统的紊乱。火灾烟气的产生与危害火灾烟气的产生火灾给人类带来了巨大的灾难,这之中火灾烟气所造成的人员伤亡情况尤其突出,是火灾中的第一杀手。烟气是物质在燃烧反应过程中生成的含有气态、液态和固态物质与空气的混合物。烟是由热解或燃烧作用所产生的悬浮在气相中的可见的固体或液体微粒,含有烟的气体叫做烟气,火灾中所产生的烟气叫做火灾烟气。火灾中烟气产生的主要原因是可燃物质受热分解,释放出可燃气体,部分可燃气体扩散到周围空气中,部分可燃气体燃烧产生火焰,并形成相应的氧化产物。由于燃烧产物温度高、比重小,建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文在浮力作用下向上流动,火源底部形成负压区,周围大量冷空气从火焰底部涌入,提供了继续燃烧所需要的氧气,并在燃烧热的作用下加热上升,与热解产物、燃烧产物共同构成了火灾烟气。如此往复循还,使燃烧得以蔓延,同时产生大量的烟气。烟气的成分和数量取决于可燃物的化学组成和燃烧反应条件温度、压力和助燃物的数量等。美国国家标准及技术研究所利用“气体模型”在预测建筑火灾中烟气毒性大小时已经验证,普通民用建筑材料完全燃烧产物的毒性主要是由数量不多的几种气体产生的,这几种气体主要是、、、、以及火场缺氧。中国科技大学火灾科学重点实验室杨立中副教授的研究表明,火灾中气体毒性是相互影响的,例如与共同存在时会使的毒性增加而与共同存在时会使的毒性降低。建筑火灾在不完全燃烧条件下,不仅有、和水蒸气,还会有醇、醚等有机化合物产生,含炭量多的物质,在氧气不足的条件下燃烧时,有大量的炭黑粒子产生。烟气在低温时,即阴燃阶段,烟气中以液滴粒子为主,烟气呈青白色。当温度上升至以上时,因发生脱水反应,产生大量的游离的炭粒子,烟气呈黑色或灰黑色,当火点温度上升至以上时,炭粒子会逐渐减少烟气呈灰色。火灾烟气的组成烟气的组成随燃烧材料的不同而变化,表中列出了一些可燃物质的燃烧产物。可见,因可燃材料大多含有碳、氢、氧、氮及硫、磷等元素,相应的燃烧产物为一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫、五氧化二磷等,尤以一氧化碳和二氧化碳为最多。特别是现代建筑中大量使用合成材料,使燃烧和热解产物更为复杂。此外,烟气中还含有数量相当可观的游离基,其浓度甚至可达一氧化碳的三倍多。塞篓查奎塑墨墨塞墨墨堡竺竺璧垄查查兰堡圭兰些兰苎表备种可燃物质的燃烧产物。燃烧时产生的主要有毒气体物质名称二鬣纯碳、一戴纯碳术耪,纸张二氯化碳、一氧化碳棉花,人造纤维羊毛鼠化碳、一氧化碳、硫化戴、氮、氰化氢聚四氟乙烯二氧佬碳、一氧亿碳聚苯乙烯苯、甲苯、二氧化碳、氧化碳、己醛聚氯乙烯二簸诧碳、一氧纯碳、氯纯戴、竞气、氯气尼龙二氧化碳、一氧化碳、氨、飘化物、乙醛黔辩骚一裁亿礞、氨、蕺纯镑三聚氯胺一醛树脂一魁化碳、氨、氰化物拜簸瓣鼹裁往碳、一戴纯碳、丙醛。。烟气流麓蔑律丈爨火灾淫套发现,建筑火灾大多数致恁人爨并转毵在罄火痿阑,而是死在临近或更邋的地方,这说明烟气是在流动和扩散的。建筑物内矮气流动与扩散,惑静来说主要与薅容簸应有荧,逐与建筑耪络秘、风向风力和建筑内锫种通风系统造成的压力差有关。烟气农水平方向的扩散流动速度,一般为。在蘧直方向的扩散流动速度通常为。在楼梯阅或管道井中,由于烟囱效应产生撼拔力,烟气流动扩散速度有时可达~。建筑火灾发生菇,室内空气湿度嶷于囊终,室内察气彩涨,密度降低,产生浮力上升。因建筑物上下均有门窗开口,气流从上开口流商嶷矫,获下开西流入室海产熏滔囱效应。由予滔囱效应佟焉使建筑物内烟气气流由下毯上不停的流动。因此火灾条件下潜火层以上的开口痨间往往是危险蝎所。建筑物建透风空调系统对烟气滚动扩教影响也毖较大。建筑甥内通风空调系统是可以人为调整的,它取决于送风和排风的平衡状况。嚣鼗,火灾条件下建筑耪蠹逶菇空谣系统辩隰按爨菜释预定要求控嗣’建筑物内的烟气流动。室多风向和风力对建筑火灾潮气流葡瓣影响,随建筑貔的形状与建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文规模不同而变化。简单地讲,风向和风力作用使得迎风面的墙壁经受向内的压力。而背风面、两侧的墙壁及屋顶有朝外的压力。这两种压力的作用,使空气从迎风面流入建筑物内,从背风面流出建筑物外,建筑物两侧及顶上也具有向外流动烟气强大趋势。高层建筑发生火灾,烟气是阻碍人们逃生和进行灭火行动,导致人员死亡的主要原因之一。现代化的高层民用建筑,可燃装饰、陈设较多,还有相当多的高层建筑使用了大量的塑料装修、化纤地毯和用泡沫塑料填充的家具,这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量,同时要消耗大量的氧气。据英国对火灾中造成人员伤亡的原因统计表明,由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者占火灾总死亡人数的大多数,而被烧死的人当中,多数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。因此,了解和掌握高层建筑火灾中的烟气流动规律,控制烟气扩散是高层建筑消防安全系统中十分重要的问题。火灾烟气的危害在我国,每年有上千人死于火灾,上万人被烧伤,并导致了大量的物质损失。这里主要研究火灾烟气对人员的伤害。火灾主要通过两种途径对人员造成伤害,即“烧伤”和“吸入烟气”。烧伤不仅包括对人体组织的直接伤害,而且包括热应力。人体能够通过对与环境的热交换调节自身的温度,这种能力一旦被削弱,就会产生热应力。空气中的烟气,一方面能造成能见度的降低,另一方面,烟气中的有毒有害气体的吸入会使人中毒,另外,火灾时空气含氧量降低会导致的人体供氧不足,也会造成伤害。在完全燃烧的条件下,物质燃烧产生的烟气成分以二氧化碳、一氧化碳、水蒸气等为主在不完全燃烧条件下,不仅有上述燃烧生成物,还会有醇、醚等有机化合物。含炭量多的物质,在氧气不足的条件下燃烧时,有大量的炭粒子产生。烟气对人体的危害主要是因燃烧产生的有毒气体所引起的窒息和对人体器官的刺激,以及高温作用。火灾时可燃物燃烧还会产生一些对人体有较强刺激作用的气体,让人无法看清方向,对本来很熟悉的环境也会变得无法辨认其疏散路线和出口。人在烟气环境中能正确判断方向脱离险境的能见度最低为米,当人的视野降到米以下,逃离现场就非常困难。人在烟气中心建筑火灾烟气危害藏其评价分级研究东北大学硕士学位论文理极不稳定,会产生恐怖感,以致惊慌失措,给组织疏散灭火行动造成缀大疆难。弱薅,耀气毒遮毙锋溺,对练教和鼗援活蘸会造成缀大的障碍。燃烧时产生的高温烟气,也是造成人员伤亡的主要原因之一。赢溢不仗可能使心率加俊,人体大量高汗,很快国现疲劳帮脱水现象,丽且会把人烧伤烧燃。建筑火灾相对封闭,由于燃烧要消耗大量的氧气,使空气中的氧浓度曼蕊下降到激下,入皋在这葶孛低篾豹环境中,会逑残露壤瘴碍、失去理智、痉挛、甚至窒息死亡。近肇来,人们大量暴矮本材帮赢聚耪米送行室内装修,离聚耪在燃烧时商以下的特点:发燕萋大,温度高易予发生不完全燃烧两产生黑烟燃烧过程中释放出多种有潜有害气体。因越,一里发生火灾,藏姆绘逃生、救护黢涔跨等带来较大瓣垂难。以下将具体介绍高温烟尘、烟气、塞息对人体的影响以及火灾涵气懿藏旋巍谴、火灾溜气静愁稚淫、烟熏犊失、环凌污染簿。。。蹇滠、烟垒慰入佑熬伤害当发生火灾时,火灾中心的温度急剧上升,在约分钟豹对间,即可达到,若此时不能逃脱,将必歹琶无疑。然而,在火灾中心以外驹其它地方,由予火灾中心掰产生躲热气流对人体蠢伤雾馋熙。研究袋明,如果潺度在以上,则由于呼吸道的热损伤将引起肺不张、膝承艘、精炎等疫炊,在短露润蠹将导致援亡。高遗瓣久躲痿害效应见袭。表蠢瀑对人静侥褰效瘦。温度藏’妆。有因高温丽产生疲劳和心赃麻痹的危险体温不能自行调节,碟耐受~小对不能耐鼹小时以。,身体周围毛细血管破坏‘以上黪蔟变,短黪耀死亡建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文当然,呼吸系统的热损伤,并不仅仅是吸入火灾时的高温空气,从动物实验的结果表明,烟尘的存在也给予重要的影响。如果在火灾中吸入大量的烟尘,则由于烟尘附着在肺细胞上,使得肺的有效呼吸面积减少而呈现呼吸困难甚至窒息死亡。不过,这种死亡不能完全归咎于烟,而是往往由于许多因素综合作用的结果。其中,最危险的是高聚物的燃烧时释放出来的有毒气体。各种有害气体对人体的毒性火灾烟气是物质燃烧的气体产物和烟中的粒子包括游离碳、高沸点物质的凝缩液滴等,这些物质对人体都有一定的毒性和危害。火灾中产生的有毒有害气体很多,含有不同气体成分所产生的毒害效应不一样,但这些有毒气体达到一定浓度均能致人死亡,表中列出了一些有毒气体的毒性、人生理正常所允许的浓度和火灾时疏散条件浓度。表各种有毒气体的毒性及其许可浓度毒性分类气称长鼍三,火灾鼍兰条浓度术缺单纯窒息性化学窒息性’粘膜刺激性有关人员通过对火灾案例的分析研究和对火灾中死者的解剖分析得出:人员中毒一般发生在轰燃发生之后建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文是烟气中致人死亡的主要杀手,致死人数约占烟毒致死人数的以上。人一旦吸入,一氧化碳与血色素结合,使得血液的输氧能力降低,从而导致脑细胞缺氧而发生障碍。一氧化碳浓度及其吸入时间对人体的影响见下表。表一氧化碳浓度及其吸入时间对人体的影响症状浓度~小时内有轻度前头痛’~小时内前头痛,呕吐,小时内后头痛分钟内头痛,眩晕,呕吐,痉挛,小时失明分钟内头痛,眩晕,呕吐,痉挛,小时致死~分钟头痛,眩晕,呕吐,痉挛,分钟致死分钟头痛,眩晕,呕吐,痉挛,~分钟致死~分钟致死二氧化碳是火灾烟气中最常见气体,其毒性较小,主要是刺激呼吸中枢神经系统,在较高浓度下才对人体有明显的危害,见下表。表氧化碳对人体的影响症浓度状暴露小时也无任何症状~有不适感呼吸中枢受刺激,呼吸增加,脉搏增加,血压上升头痛,眩晕,耳鸣,心悸呼吸不可忍耐,分钟产生中毒症状呼吸急促,呈困难状态堡苎查奎塑墨苎量墨苎堡竺竺竺壅查查兰堡圭兰些丝兰~数分钟呈意识不清,出现紫斑,死亡含氮的高聚物如聚氨酯、丁睛橡胶、尼龙等材料燃烧时会产生氢化氰气体。该气体即使是微量的也有强烈的毒性。例如,当空气中含有气体的浓度为时,呼吸分钟即可导致人死亡,因为氢化氰能与人体内的氧化酵素中的铁分予结合而使得氧的活化作用受阻,在伴随着胸闷疼痛的同时,造成呼吸困难遂致死亡。氢化氰对人体的毒害见下表。表氢化氰对人体的影响症状浓度~数小时后出现轻度症状~耐受~小时也无大的损害~~小时有生命危险或致死分钟致死分钟致死立即死亡另外,窒息性气体如可能导致神经错乱,刺激性气体如会刺激眼睛导致流泪,而等气体则可能使呼吸增快并加快对有毒气体的吸入。人们刚开始吸入有毒气体,可能不会立即中毒,但会造成逃生效率降低。此外,高聚物燃烧时释放的其它有害气体,如、、、和醛类等,对粘膜有刺激作用。如果吸入这些气体,则对肺功能会产生损害。甲醛和苯与神经细胞结合能力强,能起麻痹作用,并且刺激皮肤和粘膜。缺氧窒息图是日本在年和年先后两次进行的实际火灾实验所得到的着火房间的气体成分曲线。可见,在轰燃发生前,氧气的浓度一直保持在~左右,随着燃烧的持续,氧气的浓度逐渐减少,建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文发生轰燃时,氧气的浓度急剧下降,并且在轰燃最盛期,氧气的浓度只有左右。而对处于着火房间的人们来’蜕,氧气的短时致死浓度为,但即使含氧量在~之间,虽然不会短时死亡,也会因失去活动能力和智力下降而不能逃离火场。火灾时,由于燃烧要消耗大量的氧气,使空气中的氧浓度显著下降,人长时间呆在这种低氧的环境中,就会造成呼吸障碍、失去理智、痉挛、脸色发青,甚至窒息死亡,建筑物内当火灾燃烧旺盛时,还会产生大量的二氧化碳,当人员接触~浓度的二氧化碳后,会引起头晕、昏迷、呼吸困难,甚至神经中枢系统出现麻痹,使人失去知觉,导致死亡,具体表现如表所示。鼢~博搏协霉。图着火房间内气体成分变化曲线再者,火灾中的缺氧问题必须引起注意。人习惯于大气中生活,大气中的氧气浓度约为,而火灾烟气中的氧含量必定小于。研究表明,大气中氧浓度降低到以下时,人体就会出现呼吸次数和脉搏增加、头晕头痛等症状。如果浓度降低到以下并持续分钟,就会导致痉挛而死亡。建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东大学蠖学域论文表较低豹戴含爨霹天体蘸彩喻一般认为,浓度的增潜和氧浓度的降低是火灾时造成人员死亡的最重要困索,麟它们而死亡的人数在爝毒死亡的一半以上。多释因素对人体薛综合作质焱藏瑟讨论数主要是单一因素瓣人体戆熊害,嚣在实骣豹火灾事故中,其烟气的成分非常重骚,因此必须考虑多种因素对人体的综合傩曩。多因素对人体的综合作用与单因素不尽相同,礴人把火灾中导致箍亡豹西大溺素:燕、、、分溺虢单骝素缀合、二因素组合、三因素组合,结果见下淡。表、、综合作糟对人体的影响。、、因素三因素单因素,损害十因素,对人十小或对致死量从上表以看出,多因素组合对人体灼毒性要比单因索大褥多,而且致死的浓度低得多,而巍火灾情况下,烟气的级成成分与浓度的建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文变化更为复杂,也很难找到固定的数学公式计算,至今还没有好的方法来测定多因素的毒性数据。火灾烟气的减光性由于火灾烟气中含有烟粒子,其粒径一般为几微米到几十微米,是可见光波长的两倍多,因此对可见光有完全的遮蔽作用。当火场上烟气弥漫时,能见度只有几十厘米,甚至可达到伸手不见五指的程度,这不仅给人员疏散带来困难,也给火灾扑救工作带来影响。火灾烟气的恐怖性由于火灾的突发性,对处在环境不熟悉中的人员,一看到浓烟滚滚、烈火熊熊,难免产生紧张、害怕,甚至惊恐万状、手足无措,若疏散信道人员拥挤,或是楼梯被烟火封锁,势必造成混乱,有人甚至会失去理智。烟熏损失对于洁净厂房、实验室以及存放精密电子仪器场所,发生火灾时由于烟气无孔不入,其中腐蚀性气体会造成厂房结构强度下降,甚至造成精密仪器设备的报废,造成财产损失。环境污染一些恶性火灾由于持续时间长,燃烧面积大,不仅难于扑救,造成的损失大,而且燃烧产生的烟气会造成滞后的影响。如年月日印度尼西甄苏门答腊岛和加里罗曼岛森林发生火灾,大火持续了个月,造成万亩森林烧毁,直接经济损失万美元。大火产生的浓烟笼罩在东南亚上空,造成严重的环境污染,同时引发了许多疾病,造成多人染病,人丧生。火灾烟气危害研究现状由于建筑材料以及装修材料中大量采用易燃、产烟量大的塑料等高分子聚合材料,从年开始,美国产业界、消费者协会、毒性毒理专家及消防环保部门之间,在要不要限制使用上述材料,及围绕着建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文建立燃烧烟气毒气的标准问题,曾进行过较长时间的争论。作为制定标准的基础性工作,美国消费者产品委员会和纽约州都在着手建立可燃物烟毒数据库。严重的火灾事实使人们越发关注火灾烟气对人员的伤害,从而就更重视火灾烟气问题。美国的防火研究机构和国家标准技术研究所等国外研究机构都正在积极开展这方面研究,并且希望借助这些工作建立相关的安全标准。我国目前也已经逐步开始此类研究工作,但跟国外研究水平相比较,尚存差距,并且,在我国的消防规范中也尚未给出对火灾烟气的毒性判定以及火灾烟气危害合理的评价分级。烟气危害性评价与分级方法的发展早期研究烟气毒性问题的方法主要是分析烟气的不同成分,并用它们的浓度为依据进行毒性评价【】。但对于人员短时期处于烟气环境中所产生的相关效应,能利用的数据相当有限。因此,火灾毒性的评价通常依据最低限值法或其它工业工作间的标准。但对更复杂的情况,这种方法对火灾环境的限制条件就使其显得不适用了。很多研究人员都采用测定生物对烟气的反应来评价其危害性,主要以噬齿类动物作为研究对象。不过,由于被采用的燃烧装置以及烟气与动物接触的机理各不相同,因此较难对他们的分析方法进行比较。随着火灾烟气危害性研究的发展,人们认识到火灾中人员在死亡之前有较长一段时间处于失去活动机能的状态,这种状态是由于火灾烟气中一种或多种燃烧产物引起的。于是评价烟气毒性的问题就转向评定实验室动物“失去机能”的研究。目前判定某材料毒性的主要指标是,即的生物在特定时间内产生某种反应时的烟气浓度。当反:当反应应表现为死亡时,就是表现为丧失机能时,就是。需要指出的是,并不是材料的固有特性,它和测试动物、测试仪器、材料燃烧所产生的毒性,尤其是动物在烟气中的暴露时间长短有关。化学分析也能较准确地确定中毒反应由哪种燃烧产物引起,这可以利用已测得火灾烟气各种成分的可信数据,也可以基于已有知识在一定范围内预测毒性效力。在这一工作领域,目前已发展了一气体模建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文,型用剂量的有效分数来描述毒性大小和评价指标等对建筑物火灾安全逃生标准是先计算和之后再分级,且分级标准不够细化。同时,考虑到火灾的更复杂因素,通过化学分析数据对烟气危害性进行评价的方法还需进一步发展。烟气危害性评价理论方法【迄今研究重点大都放在有毒成分上,因此在评价中主要考虑的情况如下:部分丧失机能反应出现时间,这种反应的结果是耽误逃生完全丧失机能反应出现时间,这种反应的结果是阻碍逃生:在火灾环境中与烟气接触的情况将决定人员伤亡程度或死亡。依据不同尺寸实验与数值模拟得到的数据,一些评价方法基于以下几种指标【’】建立:指标值有害气体成分分析数据:毒性气体范围确定危害性评价指标的几种气体,如,,,,,及气体模型预测值说明伤亡情况发生在气体接触过程中还是过程后。目前火灾危害性评价的方法还在继续发展与完善中。美国计划发展烟气危害评价更科学的方法,包括了以下任’务:积累毒性数据烟气输运数据生物行为数据常规火灾数据危险性计算材料反应产物社会经济分析防护方案及应用推广。国内今后还需加强这方面的研究工作。对烟气危害性的评价,主要是生物评价与化学评价方法。目前,尚缺乏具有较强说服力的判据,评价的方法多种多样,并且还在继续发展中。如美国最新进行的项目建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文就把烟气危害性评价列为研究重点‘】。因为目前很多评价都将主要对象集中在烟气中的毒性成分上,而且被作为关注重点。这使得这种评价在过去一直被称为毒性评价。但实际上火灾烟气危害是多种物质的综合效应,它主要包括了:毒性效应、等引起人员昏迷,丧失意识能力,以及缺氧引起人体机能失常窒息性效应等使人员缺氧,并引起呼吸频率加快,从而加速毒性效应刺激性效应,等使呼吸道疼痛和呼吸困难,喉部痉挛与支气管收缩以及数小时后肺部开始发炎等灼伤性效应高温颗粒物使皮肤裸露部分与上呼吸道灼伤,或放热造成过热环境阻碍逃生。应该指出的是,由于火灾现场燃烧产物的复杂性,目前国内外还没有判定建筑材料燃烧生成产物毒性的规范性标准,还处于积极探索积极寻求新的实验方法的阶段,对于火灾烟气危害评价分级研究也尚未出现成熟的成果。表国内外发烟测定方法及相关标准方法试样尺寸燃烧方式实验箱尺寸测定特点表达方式测发烟英国绘曲线最商点为丙烷气火量,采用最大烟密度,曲线焰箱体水平安装方型下面积为产烟量平行光束英国立同上同上同上同上方体德国同上同上同上同上实用厚度中国同上或石同上同上同上同上油液化气热辐射测累积烟的比光美国专测烟密厚度在密闭密度加丙烷火度下箱体焰建筑火灾烟气危害投其评价分级研究东北大学硕士学位论文中阑同上同上同上阀上阔上主加热可进行其将烟累积在箱中,以电热辐射日本它燃巍性逶避疆耀黪霹测样赫厚度辅热热:大型箱体实验出发烟系数测定煤气火焰天然气或可避行其凝国大型水平烟以光密度表达发长甲烷气火它燃烧性道烟性袈型焰实验测量室:建材及其热辐射中国烟它嚣搴材,气对视见函数光可采用料的产烟的散射和吸收导两烷气火量测定分鼹室:致巍强熬衰攘条络着火往测量度长定英国热辐射间上单室同上同上一,,烟气的检涮与实验方法、设备烟气的检测包括烟气最测定和成分测定两个方面,即产烟量的测定帮矮气毒懂瓣溺瓮。产烟量的瓣定及褶关标准灞定原理裔两种,邵“离子法”和“光学法”。对于烟雾报警器之类的设备,通常采用“离子法”对建率于的产烟量测定常采用“光学法”。表,列出了国内外常用的发烟量测定方法及相关据猴。烟气毒性的测定检测原理是基予烟气中各种毒性成分对人动物综合的毒理反应,它是时间和浓度的函数,其毒性羰分分柝的结果属于多元牲反应量,丽这种反应量还与动物人的反应祭件因素有关。因此,由此带来的复杂性和可塑性是可想嚣知豹。尽管鲤筵,国瘛豁爨然建立了不少懿测试分糖方法。表列出了烟气中九种主要成分分析方法殿其危害。从目前火灾烟气的研究进展来看,实验方法与计算杌模叛仍然是主要的研究方法,并利用实验与计算结果对烟气危害燃做出评价。从实黢研究豹内容来看,主溪是不同尺度的生物测定实验与化学分析实验,以及部分煺气物理性能模拟实验。生物测定实验主要是观察动物丧必活动机能的时间或死亡时间。但是方法尚存不足,如测试动物丧失飙能对阉,窍些方法是姆动物款在转魂笼中。逛动躲丧失潘动越力时,可以是烟气毒性伤害造成的,也可以是动物疲累造成的,不足以建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文准确表示动物受烟气毒性伤害的因素。另外,在大部分的动物实验中,实验研究的目标是烟气对动物的致死效果,而是及火灾中更重要的是需要知道人员的安全如何得到保障还有就是动物实验中选用的动物一般都是单一的处于健康的状态,而实际火灾中人员是很复杂的如包括年幼、年长和体弱的,所以如何将实验结果是当地应用到实际火灾中仍然需要很长的研究过程。化学分析实验主要是分析烟气中的各种成分。在分析测试方法方面,目前存在一个问题就是成分分析的有效性。表烟气的危害及分析方法参照暴露暴露成,我国产烟材料分丧失能拟采用的分析死亡死亡丧失能力力方法木材、塑料氧气相色谱法,等含碳物红外分析法化质碳羊毛、丝、气相色谱法,氰~塑料等含离子色谱法比化氮物、聚氨色法,离子选氢脂择电极法氯离子色谱法,~~聚氯乙烯化电位滴定法,等含氯物氢比色法丙聚烯烃、纤液相色谱,气~~烯维相色谱法,比:醛分解色法低燃熄,热解顺磁法,气相一氧~耗氧效应色谱法气氧红外分析法,~~含碳物化气相色谱法碳建筑火灾烟气危害及萁评价分级研究东北大学硕士学位论文塑料薄膜,氟聚四氟忍离子色谱法,拢摄隈墩量擐越烯等含蔬离子选择电投氢物氮氧化学发光法,禽氮物极限取量化纯学比色法镌溴禽溪耱数簿子色落法,纯致死荆鲞阻燃剂电位滴定法氢除了测试仪器婀题外,对烟气成分动态分析也存在问题。在实验过程中,耀气的成分组戚除了燃料热解或燃烧反应产生的物质,还有系统内热解或燃烧产物之间的及应,以及这些产物在窆闯辽移过程中与壁面材料之间可能的反应。而这些反应随着时间的推移,可能星现不爨款特点,蓬接发现必成分鹣变化,麴梁单采鬟气糖色谗离教采撵将造成分析上的一燎困难。再就是多点同时采样测量也是一个重大的鼓术难题。在送褰火源豹经置,矮气豹疫分与惑辩麓火源产生静气体成分相比,发生了哪些变化,也是需要认真考虑的问题。另外,烟气在扩敦窭程中秘墙蘩壁嚣的蘩鹱霹黥发生纯学爱痘。毽这骜纯学嶷纯的检测难度很禽,目前表面化学研究的问题较多集中在颗粒物表面反应。对予大乎瑟表瑟物质与气体之间的反成研究,文献相对较少。而且,这种反应更可能是烟气传热造成的材料热孵。这榉的分辑检测也应设计栩关实验方案解决。本文的研究工作火灾中人员死亡的原因,主要是中毒丽死,或先中毒昏迷而后被烧砖弱,特爱蹩建鬣装修采瘸大量鏊辩等嵩分子舍藏楗辩激惹,火灾会产生很多毒性烟气,这个问题值得格外重视。麸嚣蔫炎灾滔气酌磷究迸震来看,实验方法与计算视模獗结合仍然怒主要的研究方法,同时可以利用实验与计算结果对烟气危害性做密评价、分缀。经过大量的调磷与查游相关资料、文献,本文在以下几个方面进彳于了相关的研究:对常用的建筑材料火灾后主要烟气成分进行了实验研究,获糸北大学硕士学位论文建筑火灾烟气危害及其评价分经研究得了其烟气生成状况分耩了彩韵建筑毒手辩发潮滚麦熬因素并捷蹬了火灾矮气毒拣的抑制措施针对火灾烟气成分及危害特点,给出了烟气危害评价分级标准和确定样本的原则利用神经元网络对火灾危害进了评价分级,并提出了改进神经网络算法的措施利翅媚芙诗冀规语塞,缓会实验结累绽蔫了烟气莛殓识裂系统的计算机软件,给出了实例计算结果撬出了火灾嚣气兔除往繇究未来静发展趋势。建筑火灾烟气危害及其评价分缴研究东北大学硕士学位论文第三章火灾烟气的实验分析在火灾烟气研究领域内,融经进行了棚当多的实验研究工作。按照研究方法,主要可以分为生物效应实验、烟气成分分析实验、研究烟气物理运动溉律弱盐水模拟实验以及为了建立相关标准的特殊材料毒性实验等。生物效应实验主要是将动物鬣于有害烟气环境中,测量它、对熬气夔生理及痤。嚣蓠激主要懿涮爨对象还是生耱爨现反疲懿时间。至今已经进行了大量的行为与生理实验,包括梭形盒和转动笼,萁它还鸯转动释、魏杼、疆嚣反藩、玉宅图秘琴吸频率溯试等净。如:美国,化学公司的,和主疆采集蕊中的、、、、、等成分进行分析,简对述放入只老鼠观测其生物效应【】。其它的类似工作还肖美国哈佛大学,程研究中进行了死亡率与有爆功能对闻,或机能失效时闽的测量,并对烟气中以及烟气中死亡的动物做组织病理检查。研究所的等人也发展了类娃的一套实验方法,足经日本谤究孝已经擐道了健靛关予燃烧产物毒性研究的进展】。尽管每套装置与测试程序不~样,但他们都是将燃烧气搭逶入每个室,势在每一革凌毒菱臻物。矮气成分分辑实验穗重旗产物组成投其浓度。从这类实验数据中分析材料与产物的关系,著磷究不阖温凌下饕瓣分解产懿静成分与浓度懿交往。大学的及其合作者们靛展了两套测试方法并腹用他们研究分解产物的毒性【】。开展魏类研究工作静还镪括美国涮试股份有限公霹的。、,及其合作者、大学的,与他们的合作者等。建立相关标准的特殊材料毒性实验,主要是针对特定场合或特定材料毒性的研究。其代表肖公司所属飞机公司粒,。等发震的嚣套不慰豹动甥实验系统,这些系统阿用来进行实验室与大尺度火灾实骢中材料燃烧产物的毒性研究。美囡西露磺究黪豹炎灾技术部门送行了溽伶裁激毪燃烧产黪气体危害性的研究工作。大学的、、和。选提供相关方法测试译信耱瓣撩麓产耪鹣毒毪溺。璇典大学火灾安全工程系研究了一些化学物质在燃烧中产生的燃烧产物,特稍是含、、、等元素静有辊物【强。建筑火灾烟气危害投其评价分级研究东北大学硕士学位论文硕士论文期间利用沈阳航空工业学院安全工程系的相关实验设备及实骏条耱,霹熬分建筑耱瓣夔炎灾烟气特装避行了实验磷究。常见的建筑材料及其在火灾中妻孽特性术材本材是人类使用最早、墩普及的建筑材料之一。最初它被用作燃料,以获取它的化学能,后柬又用它来制作工具、建造建筑物。即使是现在,木树及其剁品仍被广泛应用予建筑缎构、慧内装潢和豳常用鼯等方面。爨然撼糖缀多,毽本捞熬纯学组戏莠没袁多大瓣差别。于本撵实测的成分有碳、氯、氧、氨、灰分等。嫩内木材长期处于气千状态,其窘承量接邋于垒气麴滋度。术材燃烧的一般过程是:在外部热源的作用下,木材受热,先析窭求分,隧螽发豢燕解、气纭反应耩密游燃毪气体,燕分解产生的可燃物与~定比例的空气混合并达到着火潞度时,便开始燃烧。燃烧放豳静燃烧熬一方面可鸯鞋速术率孝静分解,努外也可以提供维持燃浇所需的能量。分解是较复杂的化合物在适当条件下,化分为两种或两种以上的新物质的化学反应。木树由常温受热后再慢慢蒸发水分,到左右呈予燥状态,继续加热便开始分勰,势逐步淡化。本材援分螂时,不仅分解可燃气体,同时也在放热。木材在常温下放热的现象是缀不骥显豹,大约到以器方才突凄。木材的燃烧有两种形式,一种是用明火点燃,弱一种是在商温度发火鑫燃。骥犬煮燃是鲻炎添篷接烧虱本耪,使零耱起火。鸯嚣熬瘩燃,是在火焰与术材接触不到的条件下,靠火焰热辐射使可燃物受热、分解、势溢,辩这鬟可瓣锈发火鲁燃懿温囊,傻宪发火螯燃。影响木材燃烧释热特性的因素很多,可分为内因和外因两个方面,离因主要是术稀静稀类,井霞主要是燃烧环境的影响。本材燃烧鲍速度,是根据术材变黑,即炭化扩展的深度来计簿的。本材本色与炭化朦黑色之间分界面处的温度,约等于。术材的密度大时,燃烧的速度缓慢本材的湿度对本楗燃烧麴速度也枣弱样艇影响。本携受热的温度高,而且通风供飘的舔件良好时,木材的燃烧速度也会加快。本毒手弱霉燕王及溅燃处理会对本楗瓣燃烧牲毙产生影豌,镶魏,添燕了磷一氮系阻燃剂的木材,由于含有较多的磷,在燃烧时会比普通的木建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文材释放出更多的烟。鳖辩聚合物是室内常见的可燃物,其中以含氯的聚合物和橡胶制品应用激巍广泛。翅聚氯乙烯塑辩氍爵戳弱作剐攥材辩懿管道、板材、容器等,又可以用作塑性材料如电缆、墙壁装饰材料、家具防水层、防护服等。聚合物的燃烧具有自身的特点,主要过程可表示如下:歪越世怠卜叫坦尘一涵叶景一,。,。。【。。,。,。。,。。。图聚合物燃烧的主要遥程聚窘物中豁俗称为鬻料的稀稃为主,豳诧下面良澄料的燃烧特点展开介绍。塑料是以天然树脂或人工合成树脂为主要原料,加入填充剂、增塑剂、润滑剂和颜料等制成的~种高分予聚合物。塑料具有可塑性。比重小、强度大、魁油浸、耐壤蚀、耐磨、隔毒、绝缘、篼热、易切削及易于翅制成型等优越性能。常用的建筑塑料主要骞聚苯乙烯塑料。主要用作泡沫保温材料。硬聚氯乙烯鏊瓣磺。一般虿麓佟泡沫傈濑榜辩。耐耩镶材料、装饰材料、楼梯和阳台的栏杆扶手。聚甲基涎烯酸甲酯塑料有橇玻璃。一般可餍作室内高级滥饰材料。特种大型吸顶灯具或作特殊建筑的防护材料等。玻璃钢。一般可用作屋西、吊顶、墙壁、缝面、柱面、门窗、水池、水管。电孝、支柱秘家具等。泡沫塑料。一般可用作保温、隔热、吸声和防震等。塑料与多数有机毒手越~样,送到疼涅热热会分解霹燃气搴,劳产生慰多的热,使热分解进~步加剧。耀料的燃烧取决于塑料制品的形建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文状、最终使用状况、引燃时制品被烘烤的条件以及它的化学成分。热塑性制品受热时容易熔化流动而使它脱离火源,也可能通过“火滴”的流动使火灾扩大蔓延。热固性塑料制品受热后,形状可能保持不变。不同形状的塑料制品对形态影响热量的传播速度和起火的难易也有一定影响。塑料燃烧的灾害类型:烟气。大多数聚合物热分解出的烟气是浓的或非常浓的,既便是完全燃烧也会有烟,只不过密度较小。氨基甲酸乙酯泡沫在阴燃和明火燃烧时都产生浓烟,而且在分钟之内达到伸手不见五指的浓度。各类聚合物产生的烟气取决于聚合物的性质、添加剂的种类、是明火或阴燃以及通风条件等因素。毒性。塑料的燃烧产物带来的危害与易燃液体燃烧产物的危害基本相同。然而有些性质和特点在类似用途的天然材料中是找不到的。塑料燃烧产生的一氧化碳同样是致命的可燃气体,二氧化碳也是提高产物毒性的重要组成部分,高聚物中的碳、氢、氧以及硫等元素都可以产生这样或那样的毒气。腐蚀性。聚氯乙烯热分解产生的大量氯化氢会腐蚀金属,破坏金属结构和生产设备【”。人们为了提高聚合物的阻燃性,通常在聚合物中添加含锑、磷、卤等元素的有机与无机阻燃剂。这些聚合物一旦发生火灾将产生大量的高温烟流和有毒有害气体,危险性特别大。本文在进行实验时所选用的试样主要是管、和轮胎、聚氨酯泡沫塑料等聚合物材料。基于气相色谱仪的火灾烟气成分分析研究烟气毒性最主要的手段是实验。通常对实验方法的要求有:测试设备确实能够代表真实火灾条件的燃烧状况:测时所得的数据可’。以在火灾风险评估中得到应用实验方法的种类非常多,通常可以按如下的方式分为三大类’】:小尺寸实验:如燃烧实验装置以及锥形量热计中等规模实验:如家具释热速率实验装置和火灾早期特性实验台全尺寸实验:真实‘火灾条件下的实验。三个不同规模的实验其核心在于选择不同的测试装置来测量不同气体的浓度。一般需要测量的气体成分包括:、、、、建筑火灾烟气危害及其评价分级研究东北大学硕士学位论文。和等。在火灾的实验研究中,常常需要测定燃烧产物的化学组成及含量,。气相色谱分析是一种多组份分析仪,它常用的方法为气相色谱法具有灵敏度高、分析速度快、应用范围广等一系列优点,因此应用极为广泛。气相色谱仪组成及原理实验所用气样通过电磁阀从采样装置上用集气袋采集,本实验所用的气相色谱仪为日本岛津公司的型。型气相色谱仪主要包括:气路系统包括气源、稳压、稳流及流量测量等、进样系统、柱恒温箱、检测系统、控温系统、电源稳压和信号发送系统、数据记录处理系统等。其分析原理为:混合物之所以能被分离是因为各组分在固定相和流动相之间的分配系数不同。当不同组分的气体包括气化了的液体处在不相混的相中,其中一个是固定相例如固体颗粒或液体,另一个是流动相例如气体,则每一个组分必然会有一部分被固定相吸附即固定相对组分的吸附作用,而另一部分则停留在流动相中。定义在一定温度下,组分在固定相和流动相中的浓度的比值为分配系数“,分配系数一般是个常数。弘毒式中。”。一组分分别在固定相和流动相中的浓度。显然,固定相对组分的吸附能力越强或在固定相中的溶解度大,分配系数也就越大,意味着该组分在色谱柱中的停留时间长。反之,分配系数小,也就意味着停留之间短。由于被分析组分在色谱仪中不是固定的,而是由流动相推着前进的,当流动相带走了组分滞留在流

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