阻燃处理对巴西住宅建筑软包沙发火灾行为的影响

《Separations》：Effects of Flame-Retardant Treatment on the Fire Behavior of Upholstered Sofas in a Residential Building in Brazil

　　

住宅火灾在全球范围内造成大量人员死亡，然而巴西的软包家具鲜少采用阻燃剂（FR）处理。本研究通过全尺寸隔间火灾实验，评估了一款标准无阻燃处理的巴西沙发，并将其与一款来自英国的阻燃处理沙发进行对比。砌体实验舱内布置了热电偶、热流计及一款住宅用烟雾报警器。对于无阻燃处理的沙发，烟雾报警器在1 min 47 s时激活；在7 min 12 s内，1.5 m高度处测得的温度超过513 °C，总热流接近22 kW/m²，并在2 min 34 s时达到100 °C的耐受性阈值（报警后仅剩47 s用于疏散）。相比之下，阻燃处理沙发将初期火势蔓延抑制超过10 min，将报警激活延迟至4 min 01 s，将100 °C阈值延迟至14 min 42 s，将安全疏散时间延长至10 min 41 s。峰值热条件（373 °C；12.2 kW/m²）被推迟至24 min之后。阻燃处理沙发显著提高了居住者的生存概率，并增加了消防队在NFPA 1710标准响应部署时间线内于初期阶段实施灭火干预的可能性。

研究背景：巴西军事消防部门每年响应数十万起火灾事故，造成重大经济损失并破坏生产活动。然而最严重的后果是人员伤亡，三年内死亡人数可超过2500人。巴西近十年的研究表明，火灾伤亡最多发生在住宅建筑中，这与国际数据一致。沙发因含有大量可燃材料，对火灾行为影响显著。值得注意的是，在巴西，家具制造中尤其是沙发等软包座椅使用防火材料或阻燃剂（FR）极为罕见。巴西住宅建筑主要采用陶瓷砖墙体，这一建造方式具有独特性。目前文献中未发现使用沙发在陶瓷砖墙体住宅型结构中进行火灾实验的报道，而住宅建筑是火灾伤亡最多的场所。因此，研究人员开展了全尺寸火灾实验，对比巴西制造的无阻燃沙发与英国来源的阻燃处理沙发，实验在巴西利亚联邦区军事消防部门（CBMDF）作战训练中心（CTOP）的"烟雾屋"中进行。研究旨在为巴西住宅建筑城市火灾提供重要见解，并推动公共消防安全政策的反思与改进。

关键技术方法：研究人员在砌体结构实验舱（3.6 m × 3.1 m × 2.6 m）中开展全尺寸火灾实验，采用Type K热电偶记录气体和表面温度（包括天花板、垂直热电偶树及沙发表面布置），使用Schmidt–Boelter热流计测量总热流和辐射热流，安装商用住宅烟雾报警器评估探测激活时间，并用高清摄像机记录火焰传播过程。点火源为标准蜡蜡烛，置于沙发左扶手、坐垫与靠背交界处。实验舱设有固定玻璃观察窗和开放门洞以维持自然通风。

研究结果：

3.1 无阻燃巴西沙发：烟雾报警器在点火后1 min 47 s激活，此时火源正上方天花板温度已接近80 °C。5 min时沙发上方的温度达到约550 °C，6 min 40 s时超过700 °C。2.0 m高度处100 °C耐受性阈值在2 min 34 s达到，报警后仅剩47 s。总热流在报警激活时为0.08 kW/m²，但超过3 min后超过7.7 kW/m²，2.5 kW/m²临界阈值在4 min 11 s被突破。视频显示火焰快速蔓延，3 min时沙发两侧活跃燃烧，4 min时火焰完全包围家具，约8 min达到峰值，15 min时沙发几乎完全烧尽。烟气层在5 min时中性面降至125 cm以下，表明条件不可耐受，7 min时降至约75 cm。

3.2 阻燃英国沙发：烟雾报警器在4 min 01 s激活，此时最高天花板温度约46 °C。温度在10 min内保持在120 °C以下。天花板峰值温度在26 min 20 s接近550 °C。2.0 m高度处100 °C阈值在14 min 42 s达到，报警后可用安全疏散时间为10 min 41 s。总热流在报警激活时约0.02 kW/m²，10 min后仍仅0.17 kW/m²，17 min后急剧增加，24 min后峰值约12 kW/m²。2.5 kW/m²临界阈值在报警后13 min 25 s至17 min 26 s之间被突破。

3.3 对比：无阻燃沙发在不到7 min内产生超过500 °C的温度，而阻燃沙发在24 min后才出现低于400 °C的峰值温度。烟雾报警激活时间相差超过2 min（1 min 47 s vs 4 min 01 s）。两种场景的ASET相差9 min 54 s。热流方面，无阻燃沙发在7 min内产生超过21 kW/m²的热流，阻燃沙发在约24 min后达到较低的峰值约12 kW/m²，峰值延迟超过17 min。报警后至2.5 kW/m²阈值突破的时间间隔分别为2 min 24 s和13 min 25 s，延长了11 min 01 s。

讨论部分：由于每种沙发仅有一个样品，无法拆卸或取材料样品进行实验室分析，这是研究的局限性。未来研究应使用更多样品。燃烧气体未收集分析，未来应纳入CO₂和CO浓度测量。两款沙发由不同公司制造，材料和工业处理不同，并非完全相同，但质量和体积相似。尽管如此，这是巴西首次开展对比有无阻燃处理沙发的全尺寸实验测试，实验环境的陶瓷砖墙体反映了巴西建筑火灾中起火房间的特征。

结论翻译：本研究通过对软包家具火灾行为的对比全尺寸实验评估，比较了标准巴西无阻燃沙发与符合英国消防安全标准的阻燃处理软包沙发。研究结果表明，在住宅家具中加入阻燃剂从根本上改变了隔间火灾动力学，可能提高居住者安全性并为应急响应人员提供操作优势。居住者耐受性与疏散余量（ASET）：无阻燃巴西沙发的烟雾报警器在点火后1 min 47 s激活，但临界热耐受性阈值（2.0 m高度处气体温度超过100 °C）在此后不久即2 min 34 s达到，报警后可用安全疏散窗口仅47 s。相比之下，阻燃处理沙发的烟雾报警器在4 min 01 s激活，将100 °C阈值超过时间延迟至14 min 42 s，将ASET延长至报警后10 min 41 s，增加了9 min 54 s，可能大幅改善居住者的安全疏散机会。初期人工灭火能力：阻燃沙发场景燃烧前10 min内，能见度和烟气层下降保持在可接受安全限值内，可为居住者提供报警激活后至少6 min的额外操作窗口，在此期间可尝试使用便携式灭火器或家庭水源进行初期灭火。15 min后环境条件开始明显恶化，隔间中心1.5 m高度处气体温度达85 °C，入射热流达0.35 kW/m²。消防队干预与操作时间线（NFPA 1710）：根据NFPA 1710标准的最优响应基线（64 s报警处理、80 s出动时间、240 s行驶时间，总计6 min 24 s响应时间），在阻燃沙发场景中，响应灭火单位将在点火后10 min 25 s到达现场，遇到处于初期至早期增长阶段的火灾，可立即实施内部进攻战术且结构风险最小。在无阻燃沙发场景中，尽管因报警更早激活而在点火后8 min 11 s到达，但消防部门将面对已经历轰燃进入燃料控制衰减阶段的隔间，内部条件不可耐受且财产损失严重。总之，将早期烟雾探测与阻燃软包家具相结合可能大幅减少住宅火灾死亡。这些实验发现强调了制定和执行住宅家具及软质聚氨酯泡沫可燃性和防火性能标准的迫切需求，尤其是在巴西等监管框架尚需进一步发展的国家。