閃燃

閃燃(Flashover) 是什麼?閃燃和跟爆燃有什麼不同?別再傻傻分不清楚

本篇文章將把火災學中最容易混淆、最難分清楚的 閃燃 ( Flashover )、爆燃( Backdraft )、滾燃( Rollover )以及其他NFPA的相關名詞一一解釋清楚,希望讓你在學習這些火勢發展現象時能更好理解

文章中的名詞定義,會以陳弘毅版的火災學(鼎茂出版社)來說明,儘管市面上有很多不同版本的火災學參考書,但我覺得火災學這科的試題大多都出自於陳弘毅版本的,至少大部分試題的答案都可以在這本書找到,所以建議大家準備火災學時可以先讀這本

火災學定義:所謂 閃燃 (F.O),係指室內起火後,火勢逐漸擴大過程中,因燃燒所生之可燃性氣體,蓄積於天花板附近,此種氣體與空氣混合,正好進入燃燒範圍且達燃點之際,一舉引火形成巨大之火苗,使室內頓時成為火海之狀態

NFPA:參考官網內容( Reporter’s Guide: All about fire )定義如下

Flashover is the sudden, simultaneous ignition of everything in a room. This is how it happens:

閃燃 指的是室內所有物品被瞬間、同時引燃。以下說明它是如何發生的:

Hot gases rise to the ceiling and spread out across to the walls.

高溫可燃性氣體上升至屋頂並橫向擴散至牆壁

Heat radiates downward and intensifies until all combustible items reach their ignition temperatures and burst into flames.

熱輻射不斷向下移動並加劇,直到所有可燃物到達引火點,最後導致全部可燃物瞬間燃燒起來

Temperatures soar to as much as 1,000 degrees Fahrenheit in a few seconds. Even a firefighter in full protective gear is unlikely survive a flashover.

溫度將在幾秒內瞬間提升至華氏約1000度(約攝氏537度),即使消防人員穿著完整防護裝備都可能無法在閃燃中倖存

Firefighters are trained to recognize the signs that flashover is about to occur: dense black smoke with tightly packed curls (“black fire”); dense, black smoke that pushes out of a doorway or window opening; smoke that has accumulated as low as a doorknob, with the fire seen below.

消防人員會接受訓練,辨識閃燃即將發生的徵兆:包含翻滾捲曲的濃黑煙(黑火)、竄出門窗開口的濃黑煙、煙層蓄積到門把高度且有火焰伴隨在煙層下方

這邊有一個 閃燃 的示範影片。一開始在角落處點火,火勢逐漸擴大,影片2:50處可看到蓄積在天花板的濃黑煙也開始起火,濃煙伴隨的火焰就是所謂的「黑火」。3:01處可看見室內所有可燃物瞬間、同時起火燃燒,室內空間陷入一片火海,即所謂的「閃燃」

3:15處教官說明地上的地毯即使沒有直接接觸到火焰但也燒起來了,這是因為地毯或室內其他可燃物被加熱後會釋放可燃性氣體,直到溫度超過華氏1000度(約攝氏537度)時,所有可燃性氣體被引燃(自然發火 Autoignition),室內所有可燃物也因此瞬間、同時燃燒起來

延伸閱讀:
正壓排煙會造成閃燃還是避免閃燃?
火源擺放位置如何影響火焰高度?為什麼火源放在角落更容易造成閃燃?!

滾燃(Rollover)

火災學並無此定義,一般我都稱為「滾燃」。新聞上常看到所謂的閃燃前兆「天使之舞」,指的就是滾燃現象

NFPA:參考官網內容( Reporter’s Guide: All about fire )定義如下

Rollover occurs when ignited fire gases, or incompletely burned fuels, rise to the ceiling, and spread out horizontally. Then smoke appears to suddenly start burning. If nothing is done to ventilate the room or cool the air, this condition leads to flashover.

當可燃性氣體或不完全燃燒的可燃物上升到天花板並水平擴散時,煙層會突然燃燒起來,導致滾燃的發生。如果沒有適當地通風或降溫可能會導致閃燃

另外參考NFPA資料( Technical Committee on Fundamentals of Fire Control within a Structure Utilizing Fire Dynamics 2018 ),針對Rollover有更進一步的定義:

Rollover: The condition in which unburned fuel (pyrolysate) from the originating fire has accumulated in the ceiling layer to a sufficient concentration (i.e., at or above the lower flammable limit) that it ignites and burns. Rollover can occur without ignition of or prior to the ignition of other fuels separate from the origin.

滾燃:來自於起火點、尚未燃燒的可燃物(熱裂解物質),蓄積於天花板且達到足夠的濃度(達爆炸下限或超過)時,這些可燃物起火燃燒的現象稱為滾燃。沒有引火物仍可能發生滾燃現象

這邊有一個滾燃的範例影片。一開始可以看見天花板蓄積大量濃黑煙,0:05處火勢擴大、天花板的黑煙全都燃燒起來,火焰前緣(燃燒波)沿著天花板逐漸滾出門外,即所謂的滾燃

這個影片可以也清楚看到滾燃的發生。0:06處開始火焰從室內竄出到走廊,走廊上方有大量黑煙蓄積。0:13處可以看到天花板的黑煙突然燃燒起來,黑煙不斷往門口竄出,火焰前緣也隨著黑煙往門外移動,形成滾燃的現象

大家要知道,蓄積在天花板的黑煙也是可燃性氣體,因此只要達一定的溫度(自然發火點Autoignition Point)或有火源引燃,這些黑煙都會瞬間燃燒起來。因此簡單來說,沿天花板水平滾動的煙瞬間燃燒,形成所謂的火焰前緣(燃燒波)並持續在天花板水平滾動的現象,就是所謂的滾燃,可以把它想成就是一個火焰向外傳播的過程

Fire Safety Academy 提供了一個影片,可以明顯看到可燃性氣體被點燃、燃燒波傳播的過程

有時我們會看到一個名詞叫「Flameover」,這個名詞的解釋有很多版本,常常會跟其他名詞搞混。因此我上網看了很多原文的資料,發現同樣NFPA ( Technical Committee on Fundamentals of Fire Control within a Structure Utilizing Fire Dynamics 2018 )的資料中,直接寫說:

Flameover : No definition is provided . A similar term is rollover(無定義,跟Rollover同義)

也就是說Rollover = Flameover = 滾燃。也可參考維基百科Rollover

爆燃(Backdraft)

一般我都稱為「爆燃」,陳弘毅火災學則稱為「複燃」

火災學定義:火災在悶燒(Smoldering)狀態時期,因空氣中的氧氣量不足,而產生大量之可燃性氣體,充滿整個室內空間。惟不久之後,由於門窗玻璃或其他處所之破裂或自外部開啟開口,而形成空氣之流通口。此時,若造成大量空氣湧入時,將可能使充滿室內之可燃性氣體一舉燃燒,火焰從窗口噴出,造成危險。此種現象一般稱為複燃(Back Draft)現象

NFPA:參考官網內容( Reporter’s Guide: All about fire )定義如下

Backdraft is an explosion that occurs when oxygen is introduced into a room full of hot gases.

爆燃是一種爆炸現象,當氧氣被引入充滿高溫可燃性氣體的房間時會發生

A fire burning in a confined area consumes all the oxygen.

密閉空間中所有氧氣消耗完畢時會發生的一種燃燒形式

Visible flames disappear. Solid fuels smolder, and hot flammable gases accumulate and fill the room.

明顯可見的火焰消失,固體可燃物悶燒、高溫可燃性氣體蓄積並充滿整間房間

The temperature increases, the gases expand, and pressure builds, pulsing against doors and windows. From outside, the building may look like it is breathing or throbbing.

溫度上升、可燃性氣體擴散、壓力蓄積,使門窗震動。從外部觀察,建築物看起來會像在呼吸或搏動

If an opening is made to admit oxygen, the hot vaporized fuel bursts into flames, and the pressurized gases explode through the opening, resulting in a rolling fireball.

如果製造一個開口讓氧氣進入,高溫可燃性氣體會瞬間燃燒,有壓力的氣體會從開口處爆發出來,導致一個滾動的火球

這個影片是電影「浴火赤子情」(Backdraft)的其中一段,這部電影的名稱就叫Backdraft,顧名思義就是在講爆燃的現象。影片0:53處可以看到煙從門縫竄出後很快地又吸進去,這種現象就是所謂的「建築物看起來像在呼吸」。1:03處消防員把門破壞製造開口,氧氣進入後導致可燃性氣體瞬間燃燒,發生爆炸、火球竄出,這就是所謂的爆燃(Backdraft)

電影的情節有點不太符合實際,事實上開口製造以後可能不會馬上就發生爆燃,我們可以用下面的影片再來看一次爆燃發生的整個過程

影片0:45處可以看到一個不斷冒出火焰的貨櫃,消防員把所有開口關閉,形成一個密閉空間,在缺氧的環境下火焰消失、大量白煙冒出。2:38處消防員打開其中一個開口,此時氧氣再次被引入並冒出大量黃褐色的煙,最後在3:18時發生爆燃,一個大火球竄出、伴隨強大的壓力釋放出來

由此可知,爆燃發生的關鍵在於密閉空間中先「缺氧」,然後因為有開口讓氧氣進入,使內部的可燃性氣體再次瞬間、同時燃燒,發生爆燃現象,如果火災成長的過程中有足夠的氧氣就不發生爆燃現象

NFPA其他名詞補充

同樣參考NFPA資料 (Technical Committee on Fundamentals of Fire Control within a Structure Utilizing Fire Dynamics 2018) ,可以發現閃燃、爆燃、滾燃等火災現象,NFPA統稱為「火勢快速成長」(Rapid Fire Development , RFD)

Rapid Fire Development: A transient phase in fire behaviour accompanied by a rapid increase in heat release rate of the fire & temperature in the environment, sometimes accompanied by the generation of over‐pressure.

火勢快速發展:一種短暫的火災特性,伴隨著環境中熱釋率、溫度的增加,有時也伴隨著超壓(很大的壓力)的產生

These RFDs are subdivided into two main categories of phenomena: flashover and smoke ignition. Smoke ignition is then further subdivided into three separate developments: smoke explosion; backdraft; and flash fire (propagating flame fronts including rollovers) as shown in Figure 1.

火勢快速成長可分為兩種現象:閃燃和可燃性氣體引火燃燒。可燃性氣體引火燃燒又可以在分為三種:可燃性氣體爆炸爆燃閃火(火焰前緣傳播,包含滾燃)

註1:這裡的smoke應該指的是「煙層中的可燃性氣體」,我直接翻譯成可燃性氣體讓大家比較好理解

註2:flame fronts:火焰前緣,又稱為燃燒波

閃燃

根據上圖,其實爆燃、滾燃都屬於可燃性氣體引火燃燒的一種,而滾燃其實也只是燃燒波傳播的一種方式。以下再針對可燃性氣體引火燃燒(Smoke Ignition)、可燃性氣體爆炸(Smoke Explosion)、閃火(Flash Fire)做說明:

Smoke Ignition: The ignition of the products of pyrolysis and incomplete combustion interior or exterior to the fire compartment due to the accumulated smoke layer falling within its flammability range and either auto-igniting or igniting due to an ignition source.

可燃性氣體引火燃燒:起火處所內、外,煙層中的熱裂解物質、未完全燃燒物質達到燃燒範圍(或稱爆炸範圍)時,透過自然發火或被引火源引燃的一種燃燒現象

Flash fires, where a flame moves through a flammable mixture with considerable speed, but does not develop a significant over-pressure.

閃火:火焰快速地移動、通過可燃性氣體混合物,但不產生明顯的超壓

Smoke Explosion: A rapid fire development that occurs when a smoke-air mixture falls within its flammable range, either external or internal to the room of origin and is ignited, resulting in a significant pressure front.

可燃性氣體爆炸:起火處所內、外,可燃性氣體與空氣的混合物達到燃燒範圍(或稱爆炸範圍)時,引火燃燒且產生壓力波的一種火勢快速成長現象。

Smoke Explosion可參考下面影片:

Two manifestations of flame propagation that fall into this category:

火焰傳播的方式分為兩種形式:Flash Fire和Rollover:

Flash fires, where a flame moves through a flammable mixture with considerable speed, but does not develop a significant over-pressure.

閃火:火焰快速地移動、通過可燃性氣體混合物,但不產生明顯的超壓

Rollovers, where a flame front or pockets of smoke-air mixture ignite and move slowly through a mixture. Rollovers are also considered as an early and important indication of impending flashover

滾燃:燃燒波或可燃性氣體與空氣的混合物引火燃燒且緩慢移動。滾燃可以被視為閃燃發生前的重要徵兆

由上面說明可知,閃火、滾燃都是火焰傳播的方式。Flash fire的Flash」可以想成是煙層中的可燃性氣體瞬間燃燒,火焰閃一下就沒了、移動很快速。而Rollover可以想成是燃燒波持續往前移動,火焰沿著天花板水平擴散,就像海浪往前推移一樣

總結

說實在的,要一次搞懂這麼多種火災現象確實不容易,而且雖然是不同的現象,但實際到火災現場觀察時會發現,火焰傳播、可燃性氣體燃燒的狀況,看起來根本就一模一樣!而這也提高了消防人員在火災現場辨識這些危險的難度

不過以火災學考試來說,只要搞懂Flashover、Rollover、Backdraft,知道這三者的定義、差異性和外觀狀況即可,其他NFPA的定義就只是提供給大家做參考,能夠看原文理解會更清楚,但如果這對你來說太困難不妨直接跳過囉!

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2 thoughts on “閃燃(Flashover) 是什麼?閃燃和跟爆燃有什麼不同?別再傻傻分不清楚”

  1. 請問
    閃燃與爆燃會固定發生在火災的哪一個時期嗎?看到網路上有人摘錄如下:
    1993年,紐約市消防局副局長Dunn 指出:閃燃與爆燃之不同點可明顯分析出下列三項﹔1‵爆燃進行中,並隨暴風與衝擊波之現象,而閃燃進行中僅有可燃性氣體急激著火 之現象。2‵閃燃發生在火災成長期,而爆燃發在火災衰退期,二者之火勢階段迥異。3‵爆燃之發生是因足夠氧氣供給所觸動引發的, 而閃燃之發生是因足夠熱量所引發,二者發生機制不同。

    後來Dunn 又於2002年進一步重新提出:1‵在建築物火災,爆燃發生頻率較少,閃燃則較常發生。2‵爆燃是一種帶有衝擊波之爆炸性現象﹔ 而閃燃則是一種火勢快速發展現象。3‵爆燃觸動發生原因是空氣,但閃燃並非空氣,而是熱。4‵火勢發展階段中,爆燃是可能發生在 成長期或衰退期(你們覺得應該是甚麼期,或說哪一期的發生機率較高),而閃燃僅可能發生在成長期。

    1. 應該不是說會「固定」發生在哪個時期,而是閃燃大多發生在成長期、爆燃可能發生在成長期或衰退期
      其實更重要的是這兩個現象的發生條件和過程,火場的狀況很複雜且多變,只要符合條件都有可能會發生閃燃或爆燃,只是發生機率的高低而已

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