フローパスは、外部から建物内へ酸素を供給する空気の流れの経路と、建物から火、煙、または熱が外へ抜ける経路を指します。この経路の方向と強さは、火の挙動、我々の対応、そして風の動きによって決定されます。
フローパスの理解は、火災発生時の安全な避難や、効果的な消火活動を行う上で極めて重要です。火は酸素を消費して成長し、建物内の開口部を通じて新たな酸素が供給されます。一方で、火災によって発生した熱や煙は、最も抵抗の少ない経路を通じて建物外へと流れます。風の方向や強さも、このフローパスに大きく影響し、火災の拡大や煙の流れ方を変えることがあります。
このため、火災現場における正確な状況判断と、フローパスを考慮した適切な対応が、被害を最小限に抑え、命を救う鍵となります。
フローパスのアニメーション
フローパス（流路）とは、建物内外の高圧エリアから低圧エリアへの熱、煙、空気の移動方向を指します。
燃焼が発生すると、熱が放出され、火元近くの圧力が高まります。圧力差により、加熱されたガスは上方および外方へ移動します。
加熱されたガスが上方および外方へ移動すると、冷たく酸素豊富な空気が火の基部に引き込まれます。これが流路の始まりです。加熱されたガスが天井近くで拡大すると、高圧エリアが増加し、ドアや窓の開口部から出られるまで下方に移動します。冷たい空気が窓の下部に入り、熱いガスが窓の上部から出るとき、中立平面が確立されます。
この配置をbidirectional flow path（双方向の流路）と呼び、通常は一つの開口部しかない閉じたコンパートメントで発生します。
複数の開口部が存在する場合、unidirectional flow path（一方向の流路）が発生することがあります。この流路を確立するためのいくつかの変数には、外部の風、開口部のサイズ、近接性、高さ、および位置が含まれます。垂直換気を行う際に一方向の流路の最も単純な形態が発生し、開いた正面ドアが入口となり、屋根の換気口が出口となります。
多階建て住宅では、別の形態の一方向流路が発生することがあります。
上階の窓が割れると、1階のドア開口部から空気が入り、上階の窓から出る一方向の流路が発生します。ほとんどの場合、低い入口と高い出口、または低から高へという形で一方向の流路が確立されます。
特別な風による一方向の流路が、風上側の窓が割れ、風が構造物内の圧力を高めて風下の開口部を通して空気を押し出すときに、構造物の一階で発生することがあります。正の圧力換気の使用も、風による流路を作り出すことができます。流路が確立されると、火は流路の方向に成長し、移動します。
制御された実験での流路をもう少し詳しく見てみましょう。この道具は、ATF火災研究所の火災研究エンジニア、アダム・セントジョンによって設計されました。このプロップは、上下に積み重ねられた2つの室または部屋で構成されており、階段室を模した第3の室で接続されています。両方の室の両側には、外部または階段室に接続する可動式の開口部またはドアがあります。階段室には、屋根の換気を模した外部への2つの出口があります。開始時には、下階の左側のドアを除いてすべての開口部が閉じられています。
火を点火すると、空気は低く入り、高く出て、一つの開口部を通じて双方向の流れで冷たく入り、熱く出ます。階段室へのドアが開いても、流れは双方向のままです。
しかし、階段室の上部のドアが開くと、変化はほぼ即座に発生し、低い入口から高い出口への移動となり、この流路は上昇する加熱空気によって引き起こされる一方向です。
この火災を流路に逆らって攻撃する場合、火元に水を届けるのがはるかに困難になります。
しかし、冷たい空気を取り込む下部の入口から水を入れ、流路に沿って火元に向かって水と霧が流れるように作業すれば、効果的です。
上部のドアが閉じられ、屋根の換気口が開かれた場合、一方向の流れはさらに顕著になります。これは、不適切な屋根換気が状況を悪化させる可能性があることを示しています。
上部のドアと屋根の換気口が閉じられ、上部の部屋へのドアが開かれた場合、流路は一方向のままで、今度は上部の部屋を通って自身を包み込み、それとその内容を点火します。これは、流路が直線的ではなく、予期せぬ方向に移動する可能性があることを示していますが、物理法則に従って常に低から高へと流れることがほとんどです。消防士として、流路のような火災挙動の要素を理解することは、安全にとって不可欠です。
建物火災における「フローパス」
建物火災における「フローパス」とは、火災を養うために空気や酸素が取り込まれる経路と、建物から火、煙、熱が外へ抜けていく経路のことを指します。このフローパスの方向や強さは、火の挙動、消防士の介入、そして風の動きによって決まります。
建物内での換気プロファイルをコントロールし、最も安全で効果的な入口からの展開は、屋内の人々と消防士の生命にとって重要です。常に最善とは限らない選択肢として、火のない側からや前扉からの展開が挙げられます。
ここで考慮すべき要素はいくつかあります：
- 風の強さと方向はどうか？
- 突風が火災に影響を与える可能性はあるか？
- 空気が入っているか、または煙や火が出ている開口部はあるか？
- 複数の開口部があるのか、それとも一つだけか？
- 火災は一室だけに限定されているのか、それとも他の階へと広がっているのか？
- 分割レベルの建物の高い点で入る予定は、下に開口部がある可能性を意味するか？
フローパスを理解し、管理することは、火災の拡大を防ぎ、消火活動を安全かつ効果的に行う上で欠かせません。火の進行方向や、それがどのように変化する可能性があるか（またはどのように変えることができるか）、火災負荷の密度が消防士の熱ストレスにどのように影響するか、そして換気プロファイルの増加が火災を激化させる可能性があることを常に意識する必要があります。
簡単に言うと、フローパスとは火災時に建物内で空気が移動する経路のことであり、この経路を適切に管理することが、火災対策の成功には不可欠です。
流路の方向を示す外部指標
建物火災における「フローパス（流れの道）」の方向を示す外部の指標を理解することは、火災現場での対応戦略を決定する上で極めて重要です。火災現場の司令官には、視覚、聴覚、感覚、音といった様々な情報を考慮に入れた全方位の評価（360度サイズアップ）が求められます。これにより、状況を安定させ、火災現場を効果的にコントロールすることが可能になります。
- 開口部の位置とその機能：それは空気の流入口なのか、それとも煙や炎の排出口なのか？
- 煙や炎の速度と色：発生している煙や炎はゆっくりとしていて、風によるものか、または火災が初期段階にあるのか？煙は軽い色をしているか、それとも濃い色か？
- 煙の動きが速く黒い場合：火災は極度に換気不足であり、ピーク強度に向かっていることがほぼ確実です。
- 排出口のベントを注意深く観察する：中立圧力面（NPP）はどこに位置しているか？排出口は上から下まで煙や炎でいっぱいか、それとも下部に空気が流入する隙間があるか？
全ての開口部が煙や炎で満たされている場合、他の場所から空気が建物内に入ってきており、その部屋のドアはほぼ確実に開いている可能性があります。
- 建物のどの側から展開するか：前、後ろ、側面か？
- 風向きに注意する：風向きの火災に向かって進むことは最悪のシナリオです。風が背後にある場合、火が折り返す可能性に備えて反対側にベントが必要か？
理想的には、排出口のベントは流入口よりも大きいべきですが、建物の風上側にある場合を除きます。風上側のベントが小さいほど、風がフローパスに与える影響は少なくなります。床から天井までの大きな開口部、例えば大きなスライド式のパティオ窓に風が吹き込むと、最も強烈なフローパスが生じる可能性があります。
建物が分割レベルで一方が他方より低い場合、火災の場所より上から展開するのか、それとも下のレベルから入る方が良いのか？もし上のレベルから建物に入ることを選んだ場合、下のレベルの窓が壊れると、高速のフローパスが直接私たちに向かってくる可能性があります！
行動がどのようにフローパスに影響を与えるか
消防士は火災対応において、次のような手順で展開を試みるべきです：
- 展開前に可能な限り効果的な360度サイズアップを実施する：これにより、建物全体の状況を理解し、火災の位置や強度、風向きなど重要な情報を把握します。
- 構造物を閉じ、アクセスポイントを閉鎖する：展開する準備ができるまで、建物を閉じ込めて火の拡散を防ぎます。
- ドアの熱を感じ、煙の指標を観察する：火災が極度に換気不足で空気を求めているかどうかを判断します。
- 安全なドアエントリープロセジャを使用してドアを開ける：チャージされたホースラインを準備します。
- すべてのドアは換気ポイントです：エントリードアを閉じることで、火の成長や激化が停止または大幅に減少するかどうかを考慮します。
- 可能であれば建物の風上側から展開する：これにより、風による火災の影響を最小限に抑えます。
- 消防士は常にフローパスの涼しい側で作業を行う：安全を確保します。
- 消防士は、火を自分たちの位置から隔離することなくフローパスの熱い側に自分を置かない：必要に応じて火災の隔離や閉じ込めを行います。
- フローパスの逆転に備え、緊急避難路と方法を考慮する：安全な退避計画を立てます。
- フローパス逆転技術を使用する：消防士の位置での熱流を減らしたり、双方向のフローパスを一方向へ変更します。
- 換気を行う際、これがフローパスと火災の発展にどのような影響を与えるかを最初に考慮する：重要な点です。
- 消防士が火と換気口の間に置かれたり、フローパスが彼らの方向に逆転するような開口部を決して作らない：安全を最優先します。
- 風上側での換気はほとんど行わない：消防士や居住者が風下側にいる場合、危険が伴います。協調され、伝達された行動のみが例外です。
- 換気口は、通常、換気入口と同じサイズかそれ以上であるべきです：これにより、効果的な換気を促します。
- 密な火災負荷を含む建物を換気する場合、消防士が合理的な時間内に内部攻撃を維持できないほど温度が上昇する可能性があることを理解する：安全を確保するために、状況を正しく評価します。
- トランジショナル・アタックを活用する
流路反転
フローパス逆転は、予期せぬ非常に危険な出来事であるかもしれませんが、消防行動によって計画されている場合、非常に有利なものになる可能性があります。このように想像してみてください。あなたが激しい交通の中、3車線の高速道路を高速で運転しているとき、突然、すべての車が完全に向きを変えて、同じ速度であなたに向かって戻ってくるという状況です！かなり怖いと感じるでしょうね。
この比喩は、フローパス逆転がどのように突然起こり得るかを示しています。フローパス逆転と呼ばれる現象は、多数の消防士の死亡事故を引き起こしており、予測し、コントロール（またはできれば避ける）するべきものです。
火災の動画や訓練のシミュレーションを見ると、火災が発生したアパートから廊下を出るときに、なぜ右に曲がるのか、それとも左に曲がるのかという疑問が生じるかもしれません。それについて考えてみてください！
風下の条件下でのフローパス逆転の危険性は、高層建築物の火災に限定されるものではありません。風が原因の火災は、いつでも、どんな建物でも起こり得ます。
勤務開始時には風の速度と方向を把握し、消防車から降りる際に、各火災の戦術的なサイズアップと展開でこれら2つの重要な特徴を考慮に入れます。
たとえば、下階の窓から外へ火が出ている場合、上階や屋根に開口部が作られたとします。最初の窓の出口が空気の入口になり、熱いガスや煙の流れが逆方向に変わり、上部の出口に向かうことがあります。
フローパス逆転は、たとえば窓が破損したり開けられたりして、風が開口部に入り込み、火が建物内の低圧エリアに向かう場合など、他の方法でも発生する可能性があります。
また、自動煙制御（排気）システムが誤って設定されていて、熱い煙やガスをアクセス階段から離れるのではなく、その方向に引き寄せる場合、廊下で前進する消防士に向かってフローパスが逆転する可能性があります。
空気が階段軸を下って移動する状況や、火災の拡大により開口部が生じたり作られたりする状況など、他にもフローパスが逆転する場合があります。実際、一部の煙制御システムはこれを意図して設計されており、燃焼生成物を建物内の煙突へと導きます。
フローパス逆転の危険性は明らかですが、消防士がフローパスの涼しい側にいる場合でも、逆転すると突然危険にさらされる可能性があります。しかしながら、一部の換気行動は煙や熱を消防士から引き離し、彼らを涼しいゾーンに配置することがあります。
フローパス逆転をうまく管理または回避するための鍵は、風の方向と強度を常に把握し、建物内の空気流の動きを正確に評価することにあります。建物の上階や屋根で新たな開口部を作る際や、窓が壊れたり開けられたりすることによって、火が建物内の低圧地域に向かう場合、フローパス逆転が起こり得ます。
消防士は、外部の風条件下でフローパス逆転の危険性を認識し、火災現場での戦術的な判断と展開においてこれを考慮に入れる必要があります。これには、自動煙制御システムの正しい設定や、火災のある建物の構造と換気システムを理解することも含まれます。
最後に、風が原因で火災が激化する可能性がある場合、消防士は外部からの攻撃を検討し、可能であれば建物への安全な入場を確保するために移行攻撃を利用すべきです。フローパスの逆転を予期し、適切に対応することで、消防士は自身と他の人々の安全を守ることができます。
換気プロファイルと熱プロファイル
換気プロファイルと熱プロファイルについて、より簡単に説明します。
換気プロファイルとは、建物に空気が入り、火災の発展に影響を与えるだけでなく、熱や燃焼生成物が建物から出る量に関連する開口部の大きさ、風の強さ、そして空気の流入量のことです。つまり、建物の窓やドアなどの開口部がどれだけ大きく、風がどれだけ強いか、そしてそれによってどれだけ多くの空気が建物内に入り込んで火を激化させたり、または熱や煙を外に逃がすことができるかを示します。
フローパスは、空気が入る場所と出る場所の間の経路です。これは空気、熱、煙が建物内をどのように移動するかを表しています。
熱プロファイルは、火災の強度（メガワットで測定）と火災の発展の速さ、または火の広がりの速さ（時間/温度カーブで測定、または平方メートル/分での火の広がり率で測定）に関連しています。これは、火災がどれだけ強く燃えているか、そしてどれだけ迅速に広がっているかを示します。
要するに、換気プロファイルは建物の「呼吸」の仕方を、熱プロファイルは火災の「活動」の強さと速さをそれぞれ表しています。これらは火災対応において重要な要素であり、火災の制御や鎮火に向けての戦略を立てる上で考慮されなければなりません。
フローパスをコントロールする
建物内での火災と煙の流れを制御するためには、主に3つの方法があります。
- フローパスの隔離：ドアを閉じたり、煙遮断器や風制御デバイスを使用することでフローパスを隔離します。
- フローパスの換気：意図的にフローパスを逆転させることで換気します。
- 天井近くにある火炎ガス層の冷却：3D水霧を使用して火炎ガス層を冷却します。
これらの戦術的アプローチを取る際、ポジティブプレッシャー換気攻撃（PPA）（またはハイドロベント）の使用が、人員が限られているクルーにとってフローパスを制御する上で最も大きな影響を与える可能性が高いです。
廊下火災：建物の宿泊用廊下に火と煙が広がる状況では、フローパスが確立される原因となるいくつかの要素があります：
- アパートの窓が開いている、または火災で換気されている
- 階段のドアが開いている
- 階段の頭部に開口部がある
- 煙道への開口
- 煙換気システムによる強制的な空気流
フローパスの方向と速度は、以下によって決定されます：
- 高層建築物内の火災階の高さ（スタック効果）
- 外部の風条件と方向
- 煙制御システムの設計と活性化
- 煙制御システムの構成
火災指揮官は、フローパスの方向と速度に及ぼす影響を確立し、必要に応じてこれを逆転させて、特に長い廊下での消火作業を支援する方法を考える必要があります。例えば、階段でのドアコントロール、階段頭での換気コントロール、煙制御システムの非活性化は、フローパスを逆転させたり、戦術的利点に向けて方向を変えたりするために使用できる戦術です。
これらの長い廊下ではほぼ常に換気フローパスが事前に存在しています。このフローパスは、天井のガス層における炎の速度を決定し、床に向かって約6 m/s（13.4 mph）で移動する空気の速度は、消防士の位置での冷却効果をもたらします。
フローパス内のこの冷却効果は消防士にとって有利に利用され、初期段階では天井の燃焼ガスから床への高熱流が防がれます。ガス層が移動する速度が速ければ速いほど、下に冷たい空気の大量が引き込まれます。
部屋火災では消防士にとって危険ですが、長い廊下では、一定期間、ガス層の燃焼が高いまま保持され、外部の風がフローパスを逆転させたり、表面の内装が点火して熱層が下降し、最終的に空間を満たすまで、炎は高い位置に留まります。
したがって、階段からの廊下の短い区間では、火災の光を利用して、火が廊下に入る場所に近い効果的な位置にノズルを配置できます。ノズルを開く前に、煙層が即座に床に落ちるのを防ぐためです。必要に応じて天井部分に数回水を噴射することで、高流量の直接攻撃を火災に向けるまで視界を保つことができます。
このアプローチにより、消防士は火災と戦う際により安全な立場を確保でき、特に風によって流れが変わりやすい状況や、火が急速に広がりやすい長い廊下での火災において、戦術的な優位性を得ることができます。このように、フローパスのコントロールは消防作戦における重要な要素であり、適切に管理されることで、消防士の安全と火災鎮圧の効果を大きく向上させることができます。
階段火災
階段軸内火災では、煙や熱、場合によっては火が階段軸に入り込むと、上層にいる居住者に大きな影響を与える可能性があります。上層への煙の広がりは、居住者が窓に向かわせる可能性があります。窓を開けると、階段内の熱や火災を悪化させる可能性があります。窓にたどり着けない人たちは、逃げることができなくなり、圧倒されるかもしれません。したがって、消防士が上階に上がり、居住者が逃げることができるように、階段を常に煙から守ることが非常に重要です。
もし火災が実際に階段軸内にある場合、上層での状況は厳しいものになるかもしれません。階段の基部に水を適用し、階段の頭部に換気口を設けることで、水蒸気の上向きの流れを作り出し、階段内の火を非常に迅速に制御することができます。
階段を強制的に換気するためにPPV（ポジティブプレッシャーベンチレーション）を使用するのは、火が階層レベルに広がっていないことが確実になるまで避けるべきです。階段の頭部で開口部を作成または許可することは、二つの方法で火に影響を与えるかもしれません。火が制御下にない状態で、開口部は実際に火や煙を階段に「引き込む」ことがあり、フローパスの逆転を引き起こす可能性があります。
火が抑制され、制御下にある場合、階段の屋根換気口が開いていると、煙の界面を上げ、上層の熱と煙を迅速に放出します。階段の屋根換気口に関しては、科学的研究が多く支持していますが、開けるタイミングは、火の位置に対する階段の下層レベルの開口部に依存して、重要になることがあります。
つまり、階段軸内火災に対応する際は、階段を煙や火から守るための適切な対策を講じることが必須であり、火災が階段軸内に広がっているかどうかを正確に評価し、必要に応じて迅速かつ効果的な制御手段を適用することが求められます。
参考文献
ポール・グリムウッドによる書籍「EuroFirefighter 2: Fire Engineer’s Manual」
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