プッシングファイヤー

「火災現場に消防隊が到着し活動中、燃焼が促進し被害が拡大した」
多くの消防士が、火災現場で放水時、火が突然、不燃スペースに流れ込み、フラッシュオーバーのような爆発現象を引き起こした経験があると述べました。
放水で火を押す現象のことを米国では、「プッシングファイヤー」と呼びます。しかし、以前はこれらの現象は議論されることなく、多くの火災実験で、火を押す現象は発生しなかった。では、なぜこのような現象は発生するのか。そして、なぜそれが起こったのか? さまざまな見解や意見があります。

ULの消防士安全研究所(FSRI)、国際消防インストラクター協会(ISFSI)が一連の実験を行い、プッシング現象が起きる放水や、注水と気流の変化の関係を調査しました。

実験内容

図1:プッシングファイヤーの実験図、実験は、右側の部屋が出火室であり、中央の窓は廊下を介して出火室に接続された部屋です

図1は、右側のロールオーバーが発生している部屋が火元の部屋で、真ん中の窓が廊下を通って出火室につながる部屋である火災実験です。右側の部屋の窓は、新鮮な空気が流入し、煙が流出するための流路があり、中央の窓は、開口位置が中性帯の上にあるため、空気の流れ方向は流出のみで、空気の流入はありません。

炎は右側の火室の窓から出てくるため、区画内の酸素はすべての燃焼を供給するには不十分ですが、煙には十分な可燃性ガスと温度があるため、新鮮な空気と混合した後、急速に燃焼します。

実験では、右側の窓に、水ミストで窓全体を覆い、外部から放水した結果、中央の窓の煙を押し出して激しい火災現象が発生しました(図2)。

図2:実験では、水ミストが窓全体を覆ったため、もともと窓から流れ出た火煙は圧力差のために排出できず、出火室の可燃性ガスは、接続廊下を通って反対方向に押し出され、中央の部屋の窓から噴出。可燃性ガスが中央の窓から押し出された後、酸素と混合し、激しい燃焼現象を形成します

火が押し込まれたスペースが外ではなく、まだ未燃の部屋だったらどうなるか想像してみてください

(プッシングファイヤー　１：２０)

定義

ULのダン・マドリチコフスキ博士は、プッシングファイヤーを「可燃性ガスが高温で酸素不足の空間から押し出されると、圧力によってより多くの酸素を与えることができる別の空間に押し出され、新しい空間で酸素と混合して燃焼を引き起こす」と定義しています。

簡単に言えば、酸素不足のために空間に大量の不完全燃焼可燃性ガスが蓄積し、空気圧または注水による圧力により、他の未燃の空間に押し出されます。未燃空間は、新鮮な空気が多いため、未燃の可燃性ガスと混合するとすぐに燃焼します。消防士や逃げ遅れた人がこの燃えていない空間にいた場合、外部からの注水による圧力変化により、可燃性ガスがこの空間に押し込まれ、火が押される現象を経験する可能性があります。

可燃性ガスは空間に押し出されて燃焼し、火災により新しい可燃性物質(家具や可燃性ガスなど)に発火し、長時間燃焼、消防士の受傷リスクを高めるだけでなく、建物の延焼や逃げ遅れ等に被害を及ぼす可能性があります。

発生条件

火災のプッシング現象が発生するには、次の条件が必要です。

・火災空間の酸素供給が不十分であり、換気制御された火災

・出火室に、空気が出入りするための通気口がある

・未燃空間は出火室よりも多くの酸素が存在している

・圧力差を発生させる
※圧力差の原因は、強風、煙排気ファン、注水または他の要因である。圧力差がなければ空気の流れを押すことができず、プッシングファイヤーは起こりません。

上記の条件を満たさない場合、火災のプッシング現象は発生しません。

上記の最初の3つの条件は火災現場の状況に起因しており、消防士自身で制御するのは簡単ではありません。したがって、この問題の焦点は、火災救助活動によって引き起こされる圧力差の原因、特に放水によって引き起こされる圧力差を回避すること、つまり「放水によるプッシング現象」を回避することが重要です。

もちろん、注水による気流は火災を引き起こし、安全性に影響を与える可能性がありますが、逆に、消防士は、ウォーターシールド気流を使用して消防士の前にバリアを形成し、消防士から火、煙、熱を追い払うなど、噴霧による水流を使用して安全性を向上させることもできます。

水との関係性

「水は消火効果があるはずです。なぜ放水すると火が拡大するのですか?」

実際、プッシングファイヤーの原因は水ではなく、水によって駆動される空気の流れです。

水を噴射するとき、喫水線の両側に空気を取り込み(図3を参照)、水流もその前の空気を押して気流を駆動し、持ち込まれた空気の流れが圧力差の原因となります。注水によって引き起こされる空気圧が煙の流れの経路に影響を与え、上記の条件が満たされると、火のプッシング現象が発生する可能性があります。

上記の実験例では、注水によって駆動される空気の流れによって引き起こされる圧力が火の煙の流出の圧力よりも大きいため、火と煙が他の方向に押し出され、押し出された火の煙は外に流れることができないため、屋内を流れます。真ん中の部屋は廊下でつながっているため、火と煙が押し出される経路になり、「水を撃って火を拡大する」という現象を形成します。

補足：ULの研究報告書は「水は火を押しない」と指摘しましたが、内容は「水自体はプッシングファイヤーの原因ではない」と述べており、注水によって駆動される空気の流れがプッシングファイヤーの原因です。放水してもプッシングファイヤーが発生しないという意味ではありません

ULの実験結果では、放水によって発生する空気流は、放水の距離、ノズルモード（ストレートまたは噴霧）、およびノズルの移動速度に関係していることが報告されています。注水距離が長いほど、より多くの空気流が駆動され、噴霧は、ストレートよりも多くの空気流を駆動します。高速移動ノズル (TZOのパターンを使用し、素早く円を描くなど) でも空気が駆動します。

さらに、実験結果は、ノズルの種類 (複合ノズルや丸穴ノズルなど)、ホース径、放水圧力、ノズルのブランドが放水によって駆動される空気の流れに大きな影響を与えないことも示しています。放水圧力によって水量は増加しますが、水流量や圧力の増加によって空気流量は増加しません。

したがって、プッシングファイヤーでの延焼を避けたい場合は、ノズルを安定させ、直線状の放水を使用し、できるだけ火の近くで水を放水する必要があります。つまり、トランディショナルアタックが有効になります。

実験データは、異なる噴射方法によって駆動される空気の流れが大きく異なることを示しています。たとえば、同じ放水流量 150 gpm、圧力 100 psi の下では、ストレート放水によって駆動される空気流は 2000 CFM (ft3/min) 未満ですが、噴霧放水によって駆動される空気流は15000 CFM以上を駆動できます。つまり、水の噴射方法の違いにより、空気の流れに7倍以上の違いが生じる可能性があります。(15000 CFM の空気流量　これは排煙ファンが駆動できる空気量とほぼ同じです

図 6: さまざまな噴射方法による気流図 (噴射流量は 150 gpm、噴射圧力は 100 psi)。Oパターンウォータージェットによる気流は、ノズルが動かない場合の気流の2倍以上になります。また、排煙ファンの排煙能力と比較すると、ミスト放水＋Oパターンジェット放水を使用した場合の排煙能力は、排煙ファンと同等以上であることがわかります。機械式ファンの排煙能力は換気口の流入面積と流出面積に影響されますが、実験では空気流の流出面積：流入面積（1：1）の条件で排煙ファンを試験しました。

トランジショナルアタック

トランディショナルアタックのポイント

・ノズルをできるだけ安定させ、高圧水柱＋ハイアングル（直角に近い角度）で天井に向けて放水します。現場の状況に応じて壁面に散水し、水滴の付着面積を増やすこともできます。

・UL実験では、高圧水柱を用いて直角に近い角度で天井に放水し、ノズルを可能な限り安定させることで、空気流の駆動が少なくなり、天井に高い角度で水を噴射すると、水圧を勢いに変換し、水柱をより小さな水滴に砕き、最大の表面積をカバーすることができます。水滴が細かいほど熱の吸収が早くなり、火災現場の温度が早く下がります。

・ウォーターミストジェットの使用は、推奨されません。前述したように、外部からウォーターミストジェットを使用すると、風量を増やすとプッシングの原因となることがあります。

・トランジショナルジェットを 10 ～ 30 秒間放水した後、再度評価を行うことができますが、トランジションジェットの使用時間に制限はなく、放水時間は状況に応じて決定する必要があります。効果があれば、高温 (煙) 層の炎は通常数秒以内に消えます。炎が消えたら、状態を評価するためにノズルを一時的に停止します。

・放水にあまり効果がない場合は、その場の状況に応じて注水方向や角度を変更するか、戦術を変更し、できるだけ早く火の中に入る必要があります。