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作者 撒世忠 黃智華，作者授權(quán)發(fā)布

摘要

本文對(duì)防排煙風(fēng)管自身的耐火極限展開(kāi)闡述，討論了排煙風(fēng)管本體耐火極限及耐火檢測(cè)溫度與280℃排煙防火閥動(dòng)作溫度的關(guān)聯(lián)性問(wèn)題。通過(guò)傳熱計(jì)算分析對(duì)吊頂內(nèi)排煙耐火極限風(fēng)管是否還需要再采取隔熱措施等問(wèn)題展開(kāi)討論，最后介紹了一種“三明治”結(jié)構(gòu)形式的耐火極限風(fēng)管及其在項(xiàng)目中的應(yīng)用。

#1引言

現(xiàn)行《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》-2014（2018年版）及不同建筑類型的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范如《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(chē)庫(kù)修車(chē)庫(kù)停車(chē)場(chǎng)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(dòng)汽車(chē)分散充電設(shè)施工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑高度大于250m民用建筑防火設(shè)計(jì)加強(qiáng)性技術(shù)要求》等共同組成對(duì)防排煙風(fēng)管的耐火極限規(guī)定的體系。

-2017著重于不同類型（排煙、送風(fēng)、補(bǔ)風(fēng)）、不同使用場(chǎng)合（地下、地上、吊頂、管井）風(fēng)管等的規(guī)定；-2014則偏重于對(duì)穿越防火墻、防火隔墻、防火分區(qū)等2m范圍內(nèi)風(fēng)管耐火極限的規(guī)定；不同建筑類型規(guī)范則偏重于穿越不同重要房間的風(fēng)管的耐火極限的規(guī)定。

傳統(tǒng)的鐵皮風(fēng)管或無(wú)機(jī)復(fù)合風(fēng)管不具備耐火隔熱性和耐火完整性，在排煙時(shí)風(fēng)管內(nèi)高溫?zé)煔獗旧懋a(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扇嘉锘虺惺芡獠炕鹱陨斫Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷造成截面積大大減少，存在無(wú)法有效將煙氣排除的缺陷。

對(duì)防排煙風(fēng)管提出的耐火極限要求，無(wú)疑是標(biāo)志著將風(fēng)管與具有蓄煙功能的內(nèi)外墻、樓板、結(jié)構(gòu)梁、內(nèi)外玻璃、吊頂、擋煙垂壁及具有排煙功能的排煙風(fēng)機(jī)、排煙防火閥、排煙風(fēng)口、排煙窗、固定窗、可溶性采光帶地位等同，使其具備耐火極限的要求。

從以上分析來(lái)看，對(duì)防排煙風(fēng)管提出耐火極限要求應(yīng)該是理所應(yīng)當(dāng)?shù)模L(fēng)管的耐火極限要求也為專業(yè)人士逐步接受，疑慮的焦點(diǎn)問(wèn)題在于：

正如GB 51251-2017規(guī)定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續(xù)30min保持其完整性，排煙防火閥是280℃動(dòng)作關(guān)閉，此時(shí)排煙系統(tǒng)不需要再工作，而風(fēng)管耐火極限的檢測(cè)規(guī)范GBT 17428-2009 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中起始燃燒溫度就是450℃，850℃為完成溫度，似乎存在矛盾。

本文試圖對(duì)規(guī)范或國(guó)標(biāo)圖中產(chǎn)生疑慮的問(wèn)題展開(kāi)討論，并做出合理解釋。

#2防排煙風(fēng)管耐火極限的論述

在不受干預(yù)的情況下，室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程大致可分為初期增長(zhǎng)階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。室內(nèi)平均溫度是表征火災(zāi)燃燒強(qiáng)度的重要指標(biāo)，常用溫度-時(shí)間曲線描述室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程，如圖一所示。

圖一反映的是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，室內(nèi)平均溫度隨時(shí)間變化的曲線，并非著火點(diǎn)處的溫度曲線。由于本文探討的是火災(zāi)場(chǎng)所中防排煙系統(tǒng)各部位的耐火問(wèn)題，與室內(nèi)平均溫度無(wú)關(guān)，而與著火點(diǎn)處的溫度有關(guān)。

圖一 室內(nèi)火災(zāi)平均溫度-時(shí)間曲線

另外，著火點(diǎn)的位置是不確定的，因此，室內(nèi)排煙系統(tǒng)的任一部位都有可能置于火中，本文以此為假定條件展開(kāi)討論和分析。

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，著火點(diǎn)的局部溫度近似參考耐火試驗(yàn)的爐內(nèi)溫度，其溫度時(shí)間關(guān)系式為[1]：

[1]

公中T為著火點(diǎn)的局部溫度，℃；τ為時(shí)間， min。

T-τ曲線如圖二所示。

圖二 室內(nèi)火災(zāi)平均溫度-時(shí)間曲線

根據(jù)式（1）可以計(jì)算出不同時(shí)間下，著火點(diǎn)的局部溫度，見(jiàn)表一。

表一 不同時(shí)間下著火點(diǎn)的局部溫度

可見(jiàn)火災(zāi)30min內(nèi)局部溫度可達(dá)到842℃?；馂?zāi)場(chǎng)所短時(shí)間的高溫特點(diǎn)使得組成排煙系統(tǒng)的各部位不僅需具備一定的耐火能力，而且因?yàn)榕艧熛到y(tǒng)是一個(gè)整體，任一部位在火災(zāi)時(shí)失去完整性后都會(huì)影響排煙效果，因此，組成防排煙系統(tǒng)的各部位應(yīng)形成相應(yīng)的耐火極限標(biāo)準(zhǔn)。

#3火災(zāi)時(shí)防排煙風(fēng)管運(yùn)行溫度的相關(guān)問(wèn)題

火災(zāi)中，防排煙風(fēng)管的耐火極限首先應(yīng)該考慮如何應(yīng)對(duì)外部火的炙烤：

正壓送風(fēng)管和補(bǔ)風(fēng)管暴露在火災(zāi)情況下，因?yàn)榫邆淞送暾院透魺嵝?，可以正常工作，不至于使得管?nèi)的空氣溫度過(guò)高，對(duì)著疏散人群輸送空氣的溫度是人體可以承受的；

排煙風(fēng)管在火災(zāi)負(fù)壓抽吸的工作狀態(tài)中截面不至于變形，影響排煙的有效性。

基于此耐火極限的檢測(cè)規(guī)范GBT 17428-2009起始燃燒溫度就是450℃防排煙風(fēng)管保溫巖棉，完成溫度為850℃；

因此《上海市建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ08-88-2021才要求風(fēng)管的絕熱材料應(yīng)采用巖棉或其他能承受800℃以上的高溫的絕熱材料。

排煙風(fēng)管工作溫度與排煙防火閥動(dòng)作溫度的關(guān)聯(lián)性思考

由此可見(jiàn)，對(duì)防排煙風(fēng)管的耐火極限的相關(guān)規(guī)定，首先是要求風(fēng)管能承受外部火的炙烤（遠(yuǎn)大于280℃），這與建筑構(gòu)件、吊頂或擋煙垂壁所要求的耐火極限要求一致（擋煙垂壁是30min承受620±20℃的耐火極限）。

這是基于風(fēng)管任一部位在火災(zāi)時(shí)承受外部火失去完整性后都會(huì)影響防排煙補(bǔ)風(fēng)效果而提出的。

而排煙防火閥在280℃情況下會(huì)關(guān)閉，排煙風(fēng)機(jī)關(guān)閉，排煙動(dòng)作停止，這是基于抽吸入排煙風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度高于280℃發(fā)生的情況，這是風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度過(guò)高引發(fā)的。

因此GB 51251-2017的4.4.8.1條文規(guī)定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續(xù)30min保持其完整性，可視為排煙風(fēng)管承受室內(nèi)煙氣溫度時(shí)，耐火極限溫度的規(guī)定。

兩種不同的溫度要求看似矛盾，實(shí)際上不矛盾。

原因有二：

1）著火點(diǎn)不一定在防煙分區(qū)和主風(fēng)機(jī)280℃防火閥附近，排煙風(fēng)管承受外部火時(shí)，1min內(nèi)外部溫度已經(jīng)達(dá)到了350℃，排煙風(fēng)管本身需要經(jīng)受外部火的考驗(yàn)，保持其完整性；

2）火災(zāi)時(shí)是各種消防設(shè)施共同作用的結(jié)果，噴淋系統(tǒng)或消火栓可能先于排煙風(fēng)機(jī)動(dòng)作或人為開(kāi)啟，排煙系統(tǒng)抽吸的煙氣溫升有個(gè)過(guò)程，煙氣中還夾帶著大量水汽，溫度不會(huì)立即達(dá)到280℃，排煙系統(tǒng)在人員疏散期間有足夠的時(shí)間完成自身的排煙工作。

基于此，考慮排煙風(fēng)管在火災(zāi)中承受內(nèi)部煙溫和外部火的共同作用，不能簡(jiǎn)單的以280℃作為評(píng)判風(fēng)管本身耐火極限的工作溫度。

防排煙風(fēng)管吊頂內(nèi)耐火極限的分析

從規(guī)范可以看出，凡是吊頂內(nèi)和管井內(nèi)的風(fēng)管的耐火極限要求有所降低，當(dāng)然這個(gè)吊頂是完全意義上的吊頂，而不是鏤空吊頂，鏤空吊頂無(wú)法阻擋火焰，起不到保護(hù)吊頂內(nèi)風(fēng)管的作用。

查看-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》吊頂?shù)哪突饦O限，常用的Ａ級(jí)吊頂材料應(yīng)能滿足：

試驗(yàn)溫度為（750±5）℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為 30min?？梢?jiàn)吊頂能起到了保護(hù)吊頂內(nèi)防排煙風(fēng)管的作用，吊頂內(nèi)的防排煙風(fēng)管不會(huì)受到吊頂下火焰的直接炙烤。

#4防排煙風(fēng)管隔熱性的傳熱分析

從分析表明承受外部火應(yīng)該才是風(fēng)管必須具有耐火極限的更重要的原因，但現(xiàn)行防排煙規(guī)范和相關(guān)圖集對(duì)外部火作用于防排煙風(fēng)管的隔熱性并沒(méi)有詳細(xì)的闡述或計(jì)算，都是通過(guò)送樣檢測(cè)來(lái)測(cè)試一定溫度下風(fēng)管本體的耐火極限。

防排煙規(guī)范體系中最重要的三本規(guī)范均提到了吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管的隔熱性問(wèn)題。

如《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017中4.4.9規(guī)定[2]：當(dāng)?shù)蹴攦?nèi)有可燃物時(shí)，吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管應(yīng)采用不燃材料進(jìn)行隔熱，并應(yīng)與可燃物保持不小于150mm的距離。

又如《上海市建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ08-88-2021中4.3.10規(guī)定[3]，當(dāng)?shù)蹴攦?nèi)有可燃物時(shí)，吊頂內(nèi)的排煙管道的絕熱層厚度不應(yīng)小于35mm，并與可燃物保持不小于150mm的距離。

這兩個(gè)規(guī)定都源于母規(guī)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》-2014（2018年版）9.3.10的規(guī)定[4]。

可以理解為吊頂內(nèi)的排煙風(fēng)管受到了A級(jí)吊頂?shù)谋Ｗo(hù)，不考慮承受外部火的炙烤，只考慮排煙風(fēng)管內(nèi)部280℃高溫?zé)煔庀蝻L(fēng)管外傳熱不超過(guò)80℃[5][6].否則可能引燃吊頂內(nèi)的可燃物。

（這和風(fēng)管耐火極限的檢測(cè)規(guī)范-2009中的測(cè)試外部溫度邊界條件不一樣，風(fēng)管達(dá)到耐火極限時(shí)風(fēng)管表面的規(guī)定溫度數(shù)值也不一樣）

問(wèn)題歸結(jié)為吊頂內(nèi)采用了0.5h耐火極限風(fēng)管后（成品耐火極限風(fēng)管內(nèi)本身含有隔熱層），是否還需要再增設(shè)一定厚度的隔熱層的問(wèn)題。

結(jié)論是：

吊頂內(nèi)如果沒(méi)有可燃物，則采用0.5h的耐火極限排煙風(fēng)管即可；

如果吊頂內(nèi)有可燃物，則需校核采用的耐火極限排煙風(fēng)管在280℃管內(nèi)煙氣流走條件下，采用相應(yīng)厚度和材質(zhì)能否保證表面溫度不高于80℃的問(wèn)題了。

鐵皮加隔熱材料復(fù)合風(fēng)管和復(fù)合耐火極限風(fēng)管的傳熱分析

《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》圖示107頁(yè)中對(duì)吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管隔熱計(jì)算做了闡述。

環(huán)境溫度為35℃，管內(nèi)溫度為280℃，風(fēng)管外表面換熱系數(shù)αc為8.14W/（m2K)，風(fēng)管內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)為αn為20W/（m2K)，鐵皮風(fēng)管的傳導(dǎo)忽略不計(jì)，隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為λ，單位為：W/（mK)；厚度為δ，單位為m，則聯(lián)立等式可得：

[2]

得出：δ/λ=0.496

當(dāng)采用礦棉制品時(shí)，λ=0.033，則δ=16.4mm；當(dāng)采用離心玻璃棉時(shí)，λ=0.037，則δ=18.4mm；當(dāng)采用巖棉時(shí)，厚度和離心玻璃棉相當(dāng)。

只有導(dǎo)熱系數(shù)取λ=0.07時(shí)，答案為34.7mm才接近圖集中34.5mm的答案?？梢?jiàn)對(duì)隔熱材料的絕熱性能要求不高，從另外一個(gè)方面也說(shuō)明，隔熱材料也非必須為35mm或40mm以上，材料自身導(dǎo)熱系數(shù)小時(shí)，厚度更薄。

從當(dāng)前耐火極限風(fēng)管采用的材料和使用厚度來(lái)看，滿足0.5h耐火極限的風(fēng)管其自身具備的隔熱性均能滿足規(guī)范規(guī)定的吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管外表面不超過(guò)80℃的隔熱要求。

防排煙耐火極限風(fēng)管的應(yīng)用--＂三明治“的一體化板結(jié)構(gòu)

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)如圖三所示。

圖三 某裝配式三明治結(jié)構(gòu)一體化耐火極限風(fēng)管

核心層為140kg/m3的巖棉上下復(fù)合特制防火板的三明治結(jié)構(gòu)，0.5h防火風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式為3mm+19mm+3mm，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(chǎng)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(wú)機(jī)防火層，防火層與隔熱層為一體化結(jié)構(gòu)，無(wú)化學(xué)有機(jī)膠連接。從0.5h的風(fēng)管形式看，即使不考兩側(cè)3mm慮防火板的熱阻，19mm的巖棉也是滿足吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管隔熱性要求的。

該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是：

由此可見(jiàn)，該類型的裝配式成品復(fù)合耐火風(fēng)管，是符合當(dāng)今發(fā)展方向的耐火風(fēng)管[7]。

也可以采用40mm厚的一體化板外包在鐵皮風(fēng)管外部，形成外包裹型復(fù)合耐火極限風(fēng)管，工廠在一體化板上打好孔洞，現(xiàn)場(chǎng)采用碰焊釘?shù)姆绞竭B接在風(fēng)管本體上，不破壞風(fēng)管本體，其耐火極限可以達(dá)到1.5h。

其結(jié)構(gòu)形式如圖四所示。

圖四 鐵皮外包三明治結(jié)構(gòu)一體化板的耐火極限風(fēng)管

圖五該結(jié)構(gòu)裝配式一體化耐火極限風(fēng)管在無(wú)錫某潔凈室的應(yīng)用，其內(nèi)外表面均添加了金屬鋁的保護(hù)層，防塵且美觀。

圖五 裝配式及鐵皮外包裹式耐火極限風(fēng)管在潔凈廠房中的應(yīng)用

圖五右側(cè)為該結(jié)構(gòu)一體化板采用碰焊釘?shù)姆椒ㄍ獍阼F皮風(fēng)管上在無(wú)錫某潔凈室內(nèi)的應(yīng)用。

#5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)現(xiàn)行防排煙風(fēng)管的耐火極限相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，總結(jié)如下：

1）在火災(zāi)中防排煙風(fēng)管作為建筑構(gòu)件的一部分，均可能承受外部火的炙烤，必須達(dá)到相應(yīng)的耐火極限才能保證相應(yīng)的耐火極限要求，以保證防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)初期的有效工作；

2）分析表明，排煙系統(tǒng)內(nèi)280℃工作機(jī)制和排煙風(fēng)管本體要求具備更高溫度的耐火極限無(wú)必然關(guān)聯(lián)性；

3）吊頂內(nèi)滿足耐火極限要求的排煙風(fēng)管是否還需要增加隔熱措施一來(lái)取決于風(fēng)管內(nèi)是否具有可燃物，二來(lái)如果存在可燃物，取決于耐火極限風(fēng)管本身結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度能保證風(fēng)管外表面溫度不大于80℃的要求，從諸多形式的耐火極限風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式分析結(jié)果來(lái)看是都可以滿足的。

參考文獻(xiàn)：

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[7]歐志剛 撒世忠 黃智華 防排煙風(fēng)管的耐火檢測(cè)與類型差異的解析 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) 2022年第1期 [J]

作者介紹：

撒世忠防排煙風(fēng)管保溫巖棉，男，（1975-），土木工程工學(xué)學(xué)士，暖通空調(diào)工學(xué)碩士，土木高級(jí)工程師，勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)公用設(shè)備工程師

黃智華，男，（1979-），江蘇潢華節(jié)能材料有限公司董事長(zhǎng)，參編-2021建筑防煙排煙風(fēng)管防火性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

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