一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，提出一种新的材料燃烧烟气伤害定量综合评价模型SIDM，在SIDM中：能见度降低对烟气毒性效应和高温热辐射效应均有放大作用，其放大系数k可由烟气光密度OD(Optical?Dens?ity)计算可得，基于Lambert-Beer定律烟气光密度可由测得通过烟气的光衰减率计算；烟气毒性效应因子MFED，添加了换气过度因子VCo2和酸毒症因子A，改进了烟气成分i在暴露时间T下的半数致死体积分数LC50(i，T)；高温热辐射效应因子a可由环境温度和暴露时间T内人体极限忍耐温度表征；最后进行SIDM值判定，不同的SIDM值对应不同的烟气威胁。本发明的方法，综合考虑了烟气毒性作用、高温热辐射、能见度降低3种因素对暴露在烟气中的人伤害危险性，精确度更高。
【专利说明】一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料燃烧烟气安全性评价【技术领域】，特别涉及一种材料燃烧烟气伤害 定量综合评价方法。
【背景技术】
[0002] 材料燃烧烟气是由三类物质组成的具有较高温度的云状混合物，S卩：（1)热解或 燃烧过程中释放出的气体和蒸气；（2)被分解或凝聚形成的固体和液体颗粒；（3)被火焰加 热而带入上升卷流中的大量空气。烟气生成速率、生成量、成分和性质由燃烧材料性质、燃 烧状况、建筑物结构特点等因素决定。
[0003] 烟气的许多成分对人体有害，吸入量过多能使人致死，对暴露在烟气中的人伤害 危险性的主要形式为：（1)烟气毒性作用；（2)高温热辐射；（3)降低能见度。
[0004] 1.烟气毒性作用
[0005] 材料燃烧烟气的成分有数十种，包括无机类有毒有害气体和有机类有毒有害气 体。对于不同的烟气成分，使人中毒的作用机理是不一样的，主要表现在两个方面：窒息作 用、刺激作用。
[0006] A、窒息作用
[0007] 材料燃烧烟气中可使人窒息的气体有很多种，按照作用机理的不同，可以大致分 为以下三类：
[0008] (1)单纯窒息性气体：贫氧（R02)、二氧化碳（C02);
[0009] ⑵化学窒息性气体：如一氧化碳（C0)、氰化氢（HCN)、硫化氢（H2S);
[0010] ⑶粘膜窒息性气体：氯化氢（HCL)、氨气（NH3)、光气（C0CL2);
[0011] B、刺激作用
[0012] 材料燃烧烟气中硫氧化物、氮氧化物、氰化氢、氯化氢、固体和液体颗粒等毒性气 体大能刺激人的某些感官或功能系统，使人不适。刺激有两种：一种是刺激神经，主要是毒 物在眼和上呼吸道引起的反应；另一种是刺激肺，主要是毒物在下呼吸道引起的反应。
[0013] 2.高温热辐射
[0014] 材料燃烧烟气温度很高,会对人产生高温灼伤，通过对流和辐射造成体表损伤，对 生命安全造成威胁。高温会使蛋白质的生物活性降低或者蛋白质变性，更高的温度会直接 使细胞脱水碳化。吸入高温烟气会直接灼烧呼吸道粘膜组织，造成水肿病变，严重时，粘膜 上皮会从基底层脱落，造成通气功能障碍，此时人体的声门在受到这种刺激时可以反射性 关闭，而窒息死亡。
[0015] 3.降低能见度
[0016] 能见度是指人们在一定环境下刚刚能看到某个物体的最远距离。能见度降低不直 接对人员造成伤害，但是会增加人员疏散过程中的伤害概率。烟气的低能见度导致人员对 路径判断困难，行走速度减慢，延迟了疏散时间。烟气中混杂的固体颗粒和液滴使得烟气具 有很强的遮光性，导致火灾环境下能见度降低。材料燃烧烟气能见度越低，确定逃生方向、 逃生路径和成功疏散所需要的时间越多，人员在有毒烟气和高温环境中的暴露时间也就越 长。
[0017] 目前国际上评价材料燃烧烟气的综合伤害主要着重于烟气毒性作用的研究，提 出了一些模型如 N-气体模型[Levin B C. New research avenues in toxicology :7_gas N-gas model, toxicant suppressants, and genetic toxicology[J]. Toxicology,1996, 115 :89 ?106]、FED 模型[Babrauskas V,Gann R G,Levin B C,et al.Amethodology for obtaining and using toxic potency data for fire hazard ana lysis[J]. Fire Safety Journal, 1998,31 :345 ?358]、TGAS 模型[Stuhmiller J H and Stuhmiller L M. An internal dose model for interspecies extrapolation risk from inhalation of fire gases. Inhalation[J]· Toxicology, 2002,14 :929 ?957]，但是没有考虑高温热福射、能见 度降低等因素，这些模型并不完善，具有一定的局限性。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种材料燃烧烟气伤害定量 综合评价方法，综合考虑了烟气毒性作用、高温热辐射、能见度降低这三种因素对暴露在烟 气中的人伤害危险性，其核心是一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价模型。
[0019] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0020] 一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，包含以下顺序的步骤：
[0021] S1.建立定量综合评价模型 SIDM(Smoke Integrated Damage Model):
[0022] SIDM = kX (MFED+a)
[0023] 式中，k为能见度降低对烟气毒性效应和高温热辐射效应产生放大作用的放大系 数，MFED (Modified Fractional Effective Does)为烟气毒性效应因子，a为高温热辐射效 应因子；
[0024] S2.代入数值，由所得的SIDM数值进行判定：
[0025] 当SIDM < 0. 1时，可认为对暴露在烟气中的人员是安全的；
[0026] 当0. 1彡SIDM < 0. 8时，可认为烟气对人的危害较小，人员的生命安全不会受到 威胁；
[0027] 当0. 8彡SIDM < 1. 0时，可认为烟气有可能威胁到人员的生命安全；
[0028] 当1. 0彡SIDM < 1. 3时，可认为烟气相当威胁到人员的生命安全；
[0029] 当SIDM彡1. 3时，可认为烟气严重威胁到人员的生命安全。
[0030] 所述的放大系数k由烟气光密度0D计算可得，基于Lambert-Beer定律烟气光密 度可由测得通过烟气的光衰减率少(P,t)计算：
[0031]
【权利要求】
1. 一种材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：
51. 建立定量综合评价模型SIDM : SIDM = kX (MFED+a) 式中，k为能见度降低对烟气毒性效应和高温热辐射效应产生放大作用的放大系数， MFED为烟气毒性效应因子，a为高温热辐射效应因子；
52. 代入数值，由所得的SIDM数值进行判定： 当SIDM < 0. 1时，可认为对暴露在烟气中的人员是安全的； 当0. 1彡SIDM < 0. 8时，可认为烟气对人的危害较小，人员的生命安全不会受到威胁； 当0. 8彡SIDM < 1. 0时，可认为烟气有可能威胁到人员的生命安全； 当1. 0彡SIDM < 1. 3时，可认为烟气相当威胁到人员的生命安全； 当SIDM彡1. 3时，可认为烟气严重威胁到人员的生命安全。
2. 根据权利要求1所述的材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，其特征在于，所述的 放大系数k由烟气光密度OD计算可得，基于Lambert-Beer定律烟气光密度可由测得通过 烟气的光衰减率计算：
式中，T为燃烧时间；φ(ρ,?)为在t时刻的烟气光强衰减率。
3. 根据权利要求1所述的材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，其特征在于，所述的 烟气毒性效应因子MFED由下式计算得到：
式中，φ(乂 t)为烟气成分i在t时刻的体积分数，其中i为CO、HCN、HCL、N02、C02、02 中的一种；
LC5(l(i，T)为烟气成分i在暴露时间T下的半数致死体积分数，其中i为C0、HCN、HCL、 N02、02中的一种； &。2为换气过度因子，i
4. 根据权利要求1所述的材料燃烧烟气伤害定量综合评价方法，其特征在于，所述的 高温热辐射效应因子a，由环境温度和暴露时间T内人体极限忍耐温度表征，具体如下：
式中，φ(//, ?)为在t时刻的烟气温度；LT(H，T)为暴露时间T内人体极限忍耐温度。
【文档编号】G06F19/00GK104091049SQ201410279954
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】洪晓斌, 欧凯, 谢烁熳, 刘桂雄 申请人:华南理工大学