現(xiàn)行防排煙風(fēng)管的耐火檢測與類型差異的解析

歐志剛 撒世忠 黃智華

1 無錫博森建筑設(shè)計(jì)有限公司

2 無錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司

3 江蘇潢華節(jié)能材料有限公司

建筑火災(zāi)中產(chǎn)生煙氣造成的高溫?zé)崃?、遮光性、毒性是造成火?zāi)人員傷亡的重要因素。建筑防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備和材料的選用不僅關(guān)系到萬一火災(zāi)情況下的可靠性，也關(guān)系到長期設(shè)備材料運(yùn)行維護(hù)的耐用性問題。為了全面規(guī)范建筑防、排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2017 年11月頒布公告，批準(zhǔn)由公安部四川消防研究所主編、上海消防總隊(duì)等單位參編的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017 于2018 年8月 1 日正式實(shí)施，相關(guān)條款中對建筑防，排煙系統(tǒng)設(shè)備，管道和閥門部件的選型和選材作出了全面、詳細(xì)的規(guī)定。其中對建筑不同區(qū)域的排煙系統(tǒng)、防煙系統(tǒng)、補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管本體有詳細(xì)的耐火極限規(guī)定，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對穿越防火墻、防火隔墻、防火分區(qū)風(fēng)管耐火極限的規(guī)定及現(xiàn)行《辦公建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《科研建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《飲食建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《商店建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《汽車庫修車庫停車場設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《電動汽車分散充電設(shè)施工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑高度大于250 m 民用建筑防火設(shè)計(jì)加強(qiáng)性技術(shù)要求》等相關(guān)規(guī)范條文對穿越風(fēng)管不同部位的耐火極限的進(jìn)一步明確規(guī)定，共同組成對防排煙風(fēng)管耐火極限在0.5-3 h 范圍內(nèi)的全部規(guī)定。

1 防排煙風(fēng)管耐火極限檢測遵從的要求

《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017 中提出的所有部位的防排煙風(fēng)管的耐火極限要求，無疑是中國建筑防排煙行業(yè)的一個(gè)大事件，標(biāo)志著工程界總結(jié)火災(zāi)現(xiàn)場防排煙經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后逐步意識到，傳統(tǒng)的鐵皮風(fēng)管或原始的無機(jī)復(fù)合風(fēng)管因?yàn)椴痪邆淠突鸶魺嵝院湍突鹜暾?，傳統(tǒng)風(fēng)管在排煙時(shí)本身產(chǎn)生高溫輻射，在自身防火分區(qū)或防煙分區(qū)內(nèi)就起到傳遞高溫?zé)崃磕酥烈几浇扇嘉锘蜃陨斫Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷造成截面積大大減少，存在無法有效將煙氣排除的缺陷。因此有必要采用滿足耐火極限的防排煙風(fēng)管。目前中國對耐火風(fēng)管的檢測規(guī)范有《GBT 17428-2009 通風(fēng)管道耐火試驗(yàn)方法》和剛剛出臺的《CECS 886-2021 建筑防煙排煙風(fēng)管防火性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。GBT 17428-2009 充分參照了 ISO6944 的測試方法[1]，該規(guī)范適用范圍寫著：本標(biāo)準(zhǔn)不適用于排煙管道，但在防排煙風(fēng)管要求有耐火極限后，均采用 GBT 17428-2009的測試設(shè)備和測試方法。而《CECS 886-2021 建筑防煙排煙風(fēng)管防火性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》是專門針對防排煙風(fēng)管編制的測試規(guī)范，雖然是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，卻是提供了更加規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試方法。

1.1 防排煙系統(tǒng)火災(zāi)情況下防排煙及補(bǔ)風(fēng)管的實(shí)際工作狀態(tài)分析

根據(jù)排煙風(fēng)管，防煙風(fēng)管和補(bǔ)風(fēng)管在建筑中的應(yīng)用部位和面臨的實(shí)際火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，將風(fēng)管的受火方式分為高溫?zé)煔馔ㄟ^管道排煙口進(jìn)入管道內(nèi)和管道整體穿越起火部位兩種場景，對應(yīng)出管道的兩種受火條件即排煙風(fēng)管內(nèi)部分別受火，防排煙風(fēng)管和補(bǔ)風(fēng)管外部受火條件。在消防排煙風(fēng)機(jī)的作用下，高溫?zé)煔馔ㄟ^排煙口吸入到風(fēng)管中并通過排煙防火閥輸送到末端排出建筑外，這屬于內(nèi)部受火條件。防煙系統(tǒng)為加壓送風(fēng)系統(tǒng)，高溫?zé)煔獠粫苯訌乃惋L(fēng)口進(jìn)入風(fēng)管內(nèi)，不需要進(jìn)行內(nèi)部受火條件試驗(yàn)，補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)也一樣。無論是防煙排煙風(fēng)管還是補(bǔ)風(fēng)管都可能穿越火場，管道內(nèi)處于補(bǔ)風(fēng)或排出煙氣狀態(tài)，管道外部受火作用下，需要維持補(bǔ)風(fēng)和煙氣輸送功能，因此管道本身必須具備在外部受火條件下滿足耐火性能要求的能力。

以排煙風(fēng)管為例，根據(jù)休格拉德判據(jù)，當(dāng)建筑室內(nèi)頂棚溫度達(dá)到600 ℃時(shí)，或室內(nèi)頂部熱煙溫度達(dá)到600 ℃時(shí)，認(rèn)為火災(zāi)已發(fā)生轟然[2]。轟然階段是火災(zāi)發(fā)展的重要階段，各種防火措施的實(shí)施都是為了阻止火勢發(fā)展到轟然階段，因此排煙系統(tǒng)的作用，就是將火災(zāi)初期產(chǎn)生的熱煙及時(shí)排出，降低煙氣聚集帶來的溫度升高，延緩轟然發(fā)生。從火災(zāi)排煙的原理看，以風(fēng)管燃燒點(diǎn)為界限，燃燒點(diǎn)后端段（燃燒點(diǎn)至排煙風(fēng)機(jī)段）穩(wěn)定在280 ℃以內(nèi)的條件下，燃燒點(diǎn)前段至燃燒點(diǎn)引入排煙管道的煙氣溫度應(yīng)在450 ℃-600 ℃左右，因此這些前段部位的排煙段或輸運(yùn)段的風(fēng)管應(yīng)承受遠(yuǎn)高于280 ℃的防火完整性與隔熱性。

就正壓送風(fēng)系統(tǒng)而言，風(fēng)管內(nèi)的氣流在樓梯間或前室等部位是對著疏散人群吹送的，風(fēng)管的耐熱性即隔熱性就是要保證在一定時(shí)間內(nèi)輸送空氣的溫度是人體可以承受的，這些都是保證疏散通道人員安全所必須的條件，補(bǔ)風(fēng)管也要求有類似的耐火屬性。筆者認(rèn)為，這也是為什么上海市地方規(guī)范 DG/TJ 08-88-2021《建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對正壓送風(fēng)和補(bǔ)風(fēng)管提出更高耐火極限時(shí)間要求的根本原因。

1.2 現(xiàn)行檢測報(bào)告的亂象闡述

因此，檢測規(guī)范中測試風(fēng)管的耐火極限即是模擬風(fēng)管在火災(zāi)情況下的真實(shí)受火情況[3]。測試標(biāo)準(zhǔn)中管道A（300 Pa 壓力）承受外部火，管道 B（3 m/s 風(fēng)速）承受內(nèi)部火，試件的長度為爐內(nèi)3 m，爐外2.5 m，試件的截面一般為A 管為 1000 mm× 500 mm，為風(fēng)機(jī)送風(fēng)，B管為1000 mm× 250 mm，為風(fēng)機(jī)排風(fēng)。大家也看到行業(yè)中很多產(chǎn)品能提供測試報(bào)告，但行業(yè)中有些企業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)信息不對稱，有意識誤導(dǎo)用戶的測試報(bào)告主要體現(xiàn)在以下幾類：1）有些企業(yè)只提供管道 A 的測試報(bào)告，并沒有管道 B 的測試報(bào)告，而實(shí)際上只有管道 A的測試報(bào)告是不足夠證明產(chǎn)品是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的。2）符合標(biāo)準(zhǔn)要求的管道內(nèi)部耐火性能檢測，但有些檢測卻用280 ℃作為檢測條件之一，遠(yuǎn)不能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件。3）測試報(bào)告中提供的測試樣品應(yīng)該和出廠的產(chǎn)品完全一致，但可以從較多測試報(bào)告中看出，鍍鋅鐵皮外敷不燃或難燃外包裹型試件的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鐵皮+外敷材料重量的常識，應(yīng)該是在鍍鋅鐵皮風(fēng)管和外包裹材料之間采用了較多防火膠才可以檢測通過，很難想象現(xiàn)場施工的風(fēng)管可以按照測試件的方式進(jìn)行加工和制作，等等諸如此類的不符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。檢測體現(xiàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)是底線標(biāo)準(zhǔn)，任何產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都不能低于國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品一旦被使用，必將給項(xiàng)目帶來巨大的安全隱患。

2 滿足耐火極限的防排煙風(fēng)管用于工程實(shí)踐的相關(guān)問題思考

滿足耐火極限的耐火風(fēng)管作為一個(gè)建筑構(gòu)件，一是所具備的屬性應(yīng)該是一種建筑物內(nèi)部的風(fēng)管：在建筑結(jié)構(gòu)空間既要滿足舒適性又要滿足經(jīng)濟(jì)性的當(dāng)今社會，要求防火風(fēng)管的凈尺寸不能太高，尤其是地下空間或商業(yè)空間顯得尤為突出，這就要求其風(fēng)管其本身的結(jié)構(gòu)形式更能節(jié)省空間。同時(shí)防排煙防火風(fēng)管的實(shí)施也為設(shè)計(jì)，施工，業(yè)主等相關(guān)參建單位確定合理的層高凈高，施工前進(jìn)行更加精細(xì)化的選擇及管線綜合提出了新的挑戰(zhàn)。二是要求風(fēng)管本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，這是保持風(fēng)管15-30 年耐用的基本要求。三是對于量大而面廣的地下空間排煙風(fēng)管，環(huán)境潮濕，風(fēng)管本體不變色，不生銹，也是一個(gè)基本要求。四是建筑工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全壽命周期價(jià)值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式，這其中的優(yōu)秀產(chǎn)品之一裝配式防排煙風(fēng)管進(jìn)一步提升了裝配式建筑的裝配率，很好的詮釋了節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的理念，起到了用風(fēng)管來贊美建筑的功效。最后說到耐火風(fēng)管的安全性能高，達(dá)到耐火極限要求，保證在現(xiàn)場任何部位下料時(shí)復(fù)檢可以通過，可以真正承諾驗(yàn)收報(bào)告和檢測原件報(bào)告一致性。

3 不同防排煙風(fēng)管類型的形式分析

隨著政府主管部門根據(jù)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017 規(guī)范對防排煙耐火風(fēng)管的耐火極限設(shè)計(jì)與實(shí)施要求進(jìn)一步嚴(yán)格，當(dāng)前防排煙耐火風(fēng)管應(yīng)用形式開始多樣化，市場產(chǎn)品良莠不齊，基于對防排煙風(fēng)管工程實(shí)踐的相關(guān)思考，對目前市場使用的上量大而面廣的耐火極限為 0.5 h 的各種應(yīng)用形式逐一做分析。

3.1 鍍鋅鐵皮+巖棉+防火板現(xiàn)場制作

鍍鋅鐵皮+巖棉 +防火板的方式屬于最原始最傳統(tǒng)的防火風(fēng)管制作方式，如圖一所示。早期穿越防火墻或隔墻時(shí)就一直采用，鍍鋅鐵皮風(fēng)管制作好后，鐵皮外粘貼巖棉，巖棉外表再敷設(shè)防火板，本體全部現(xiàn)場制作，現(xiàn)場工作量龐大，巖棉厚度為 50 mm，防火板為8-12 mm 不等，占用空間大，結(jié)構(gòu)不牢固，由于現(xiàn)場制作，可能存在安全隱患防火板外露，不適應(yīng)潮濕環(huán)境，由于全部現(xiàn)場制作，裝配率很低，人工費(fèi)用高，造價(jià)較高。

圖1 鍍鋅鐵皮+巖棉+防火板現(xiàn)場制作

3.2 鍍鋅鐵皮+隔熱膠+柔性高溫離心棉

此種方式鍍鋅鐵皮現(xiàn)場制作好后，鐵皮外敷高溫離心棉，離心棉厚度為 50 mm，占用空間大，現(xiàn)場工作量大，離心玻璃棉外再包裹鋁箔貼面，制作方法類似于空調(diào)風(fēng)管+離心玻璃棉 +鋁箔，如圖二所示。如設(shè)置在地下車庫等外露空間，鋁箔容易損壞，導(dǎo)致隔熱層外露，耐久性差，且影響觀感，制作過程中人工工作量大。采用的是玻璃棉，玻璃棉雖然是 A 級防火隔熱材料，但受火碳化的溫度只有300 ℃，不禁讓人質(zhì)疑其在鐵皮高溫下傳熱給玻璃棉后其完整性的可靠程度，該產(chǎn)品檢測報(bào)告顯示，試件重量明顯過重的不合理，例如1.0 mm 厚的鋼板為 8 kg/m2，50mm 厚玻璃棉的重量2.5～4 kg/m2，為何試件在試驗(yàn)報(bào)告上的重量高達(dá)30 kg/m2，也不禁讓人質(zhì)疑現(xiàn)場制作時(shí)是否也會涂抹如此多的隔熱膠，能否通過復(fù)檢。以上所述，此產(chǎn)品被認(rèn)為是規(guī)范從嚴(yán)實(shí)施時(shí)間不明晰，項(xiàng)目施工現(xiàn)場鍍鋅鐵皮已經(jīng)制作吊裝完成，情理上無法拆除，為盡力迎合新規(guī)范驗(yàn)收條件，采取補(bǔ)救措施，不得已而為之的過渡產(chǎn)品。

圖2 鍍鋅鐵皮+柔性高溫離心棉

3.3 內(nèi)外彩鋼板或內(nèi)外鐵皮+無石棉硅酸鈣耐火板(或者相似類型勻質(zhì)材質(zhì))

此結(jié)構(gòu)形式的風(fēng)管貌似屬于裝配式復(fù)合風(fēng)管的一種形式，厚度也很薄，耐火極限 0.5 h 的芯材才為12 mm，但12 mm 的無石棉硅酸鈣為勻質(zhì)材料，無隔熱材料，雖然能防火，但不具備隔熱性能，明顯不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

圖3 自結(jié)構(gòu)內(nèi)外彩鋼板(或鍍鋅鐵皮)+無石棉硅酸鈣耐火板

3.4 裝配式成品復(fù)合耐火風(fēng)管

某產(chǎn)品為裝配式一體化成品復(fù)合耐火風(fēng)管，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖四所示。核心層為 130 kg/m3的巖棉上下復(fù)合特制防火板，0.5 h 防火風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式為 3 mm+19 mm+3 mm，工廠壓制而成，最內(nèi)層防火板可內(nèi)襯鍍鋅鐵皮或復(fù)合金屬鋁的保護(hù)層，最外層防火板復(fù)合金屬鋁的保護(hù)層，將“ 斤型金屬連接件與垂直防火一體化板組裝，形成牢固的成品風(fēng)管，工廠化制作，成品風(fēng)管運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后進(jìn)行組裝，風(fēng)管之間用 C 型插條金屬法蘭連接，隔熱層為巖棉板，兩面無機(jī)防火層，防火層與隔熱層為一體化結(jié)構(gòu)，無化學(xué)有機(jī)膠連接。該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)形式合理，完全滿足耐火完整性和隔熱性要求；0.5 h 和1 h 整體厚度為 25 mm，1.5 h 和2 h的厚度為 40 mm，節(jié)省空間；整體結(jié)構(gòu)，耐久性強(qiáng)，不變色，防潮耐濕，且金屬鋁的顏色可以隨著裝修顏色而改變；為裝配式一體化材料，現(xiàn)場 C 型插條拼裝，節(jié)省人工費(fèi)用。綜上所示，該裝配式成品復(fù)合耐火風(fēng)管，是符合發(fā)展方向的耐火風(fēng)管。

圖4 裝配式成品復(fù)合耐火風(fēng)管

4 結(jié)語

本文對國家現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的防排煙風(fēng)管的耐火極限的條文進(jìn)行全面梳理，解讀了耐火風(fēng)管檢測客觀存在的問題，并務(wù)實(shí)地評價(jià)了當(dāng)前四種耐火風(fēng)管的組成形式和類別?？梢缘贸鼋Y(jié)論，耐火極限風(fēng)管作為一種建筑物內(nèi)的風(fēng)管構(gòu)件，首先須更好地承擔(dān)建筑物內(nèi)風(fēng)管構(gòu)建這一角色；其次應(yīng)具備國家規(guī)范規(guī)定的耐火的完整性和隔熱性，兩者兼顧才能長久地發(fā)揮其在火災(zāi)初期盡快排除火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，更好的滿足人員在火災(zāi)時(shí)快捷地疏散到安全地帶的技術(shù)要求。