现行防排烟风管的耐火检测与类型差异的解析

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#1防排烟风管耐火极限检测遵从的要求

#2满足耐火极限的防排烟风管用于工程实践的相关问题思考

#3不同防排烟风管类型的形式分析

风管耐火极限的相关规定阐述

建筑火灾中产生烟气造成的高温热量、遮光性、毒性是造成火灾人员伤亡的重要因素。建筑防排烟系统的设计及相关设备和材料的选用不仅关系到万一火灾情况下的可靠性,也关系到长期设备材料运行维护的耐用性问题。

为了全面规范建筑防、排烟系统的设计和工程应用,住房和城乡建设部于2017年11月颁布公告,批准由公安部四川消防研究所主编、上海消防总队等单位参编的国家标准《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017于2018年8月1日正式实施,相关条款中对建筑防、排烟系统设备、管道和阀门部件的选型和选材作出了全面、详细的规定。

其中对建筑不同区域的排烟系统、防烟系统、补风系统的风管本体有详细的耐火极限规定,同时结合现行《建筑设计防火规范》对穿越防火墙、防火隔墙、防火分区风管耐火极限的规定,及现行《办公建筑设计标准》《科研建筑设计标准》《饮食建筑设计标准》《商店建筑设计标准》《汽车库修车库停车场设计标准》《综合医院建筑设计标准》《电动汽车分散充电设施工程设计标准》《建筑高度大于250m民用建筑防火设计加强性技术要求》等相关条文对穿越风管不同部位的耐火极限的进一步明确规定,共同组成对防排烟风管耐火极限的在0.5-3h范围内的全部规定。

#1防排烟风管耐火极限检测遵从的要求

《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017中提出的所有部位的防排烟风管的耐火极限要求,无疑是中国建筑防排烟行业的一个大事件,标志着工程界总结火灾现场防排烟经验教训后逐步意识到,传统的铁皮风管或原始的无机复合风管因为不具备耐火隔热性和耐火完整性,传统风管在排烟时本身产生高温辐射,在自身防火分区或防烟分区内就起到传递高温热量乃至引燃附近可燃物或自身结构出现塌陷造成截面积大大减少,存在无法有效将烟气排除的缺陷。因此有必要采用满足耐火极限的防排烟风管。

目前中国对耐火风管的检测规范有《通风管道耐火试验方法》GBT 17428-2009和刚刚出台的《建筑防烟排烟风管防火性能试验方法标准》CECS 886-2021。

GBT 17428-2009充分参照了ISO6944的测试方法[1],该规范适用范围写着:本标准不适用于排烟管道,但在防排烟风管要求有耐火极限后,均采用GBT 17428-2009 的测试设备和测试方法。

而《建筑防烟排烟风管防火性能试验方法标准》CECS 886-2021是专门针对防排烟风管编制的测试规范,虽然是行业标准,却提供了更加规范和严谨的测试方法。

1.1 防排烟系统火灾情况下防排烟及补风管的实际工作状态分析

根据排烟风管、防烟风管和补风管在建筑中的应用部位和面临的实际火灾风险,将风管的受火方式分为高温烟气通过管道排烟口进入管道内管道整体穿越起火部位两种场景,对应出管道的两种受火条件即排烟风管内部分别受火防烟风管和补风管外部受火条件。

在消防排烟风机的作用下,高温烟气通过排烟口吸入到风管中并通过排烟防火阀输送到末端排出建筑外,这属于内部受火条件。防烟系统为加压送风系统,高温烟气不会直接从送风口进入风管内,不需要进行内部受火条件试验,补风系统也一样。但无论是防烟排烟风管还是补风管都可能穿越火场,管道内处于补风或排出烟气的状态,管道外部受火作用下,需要维持补风和烟气输送的功能,因此管道本身必须具备在外部受火条件下满足耐火性能要求的能力

根据休格拉德判据,当建筑室内顶棚温度达到 600℃时,或室内顶部热烟温度达到 600℃时,认为火灾已发生轰燃[2]。轰燃阶段是火灾发展的重要阶段,各种防火措施的实施都是为了阻止火势发展到轰燃阶段,因此排烟系统的作用,就是将火灾初期产生的热烟及时排出,降低烟气聚集带来的温度升高,延缓轰燃发生。

从火灾排烟的原理看,以风管燃烧点为界限,燃烧点后端段(燃烧点至排烟风机段)稳定在 280℃以内的条件下,燃烧点前段至燃烧点引入排烟管道的烟气温度应在450℃~600℃左右,因此这些前段部位的排烟段或输运段的风管应承受远高于280℃的防火完整性与隔热性。

1.2 现行检测报告的乱象阐述

因此,检测规范中测试风管的耐火极限即是模拟风管在火灾情况下的真实受火情况[3]。测试标准中管道A(300Pa压力)承受外部火,管道B(3m/s风速)承受内部火,试件的长度为炉内3m,炉外2.5m,试件的截面一般为A管为1000mm×500mm,为风机送风,B管为1000mm×250mm,为风机排风。

1 (1).jpg我们也看到行业中很多产品能提供测试报告,但行业中有些企业利用标准信息不对称,有意识误导用户的测试报告主要体现在以下几类:

1)有些企业只提供管道A的测试报告,并没有管道B的测试报告,而实际上只有管道A的测试报告是不足够证明产品是满足标准要求的;

2)符合标准要求的管道内部耐火性能检测,但有些检测却用280℃作为检测条件之一,远不能达到国家标准相应实验条件;

3)测试报告中提供的测试样品应该和出厂的产品完全一致,但我们可以从较多测试报告中看出,镀锌铁皮外敷不燃或难燃外包裹型试件的重量远远超过了铁皮+外敷材料重量的常识,应该是在镀锌铁皮风管和外包裹材料之间采用了较多防火胶才可以检测通过,很难想象现场施工的风管可以按照测试件的方式进行加工和制作。等等诸如此类的不符合标准的产品。

检测体现的国家标准是底线标准,任何产品标准都不能低于国家标准的相关要求,不符合国家标准要求的产品一旦被使用,必将给业主带来巨大的安全隐患。

#2满足耐火极限的防排烟风管用于工程实践的相关问题思考

满足耐火极限的耐火风管作为一个建筑构件,首先所具备的属性应该是一种建筑物内部的风管,在建筑结构空间既要满足舒适性又要满足经济性的当今社会,要求防火风管的净尺寸不能太高,尤其是地下空间或商业空间显得尤为突出,这就要求其风管其本身的结构形式更能节省空间。

防排烟防火风管的实施也为设计,施工,业主等相关参建单位确定合理的层高净高、施工前进行更加精细化的选择及管线综合提出了新的挑战;

其次,要求结构强度大,这是保持风管30-50年耐用的基本要求;第三对于量大而面广的地下空间排烟风管,环境潮湿,风管本体不变色,不生锈,也是一个基本要求;

第四,建筑工业化是实现建筑产品节能、环保、全寿命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式,装配式防排烟风管进一步提升了装配式建筑的装配率,很好的诠释了节能环保可持续发展的理念,起到了用风管来赞美建筑的功效;

最终才是说到安全性能高,达到耐火极限要求,真正承诺验收报告和检测原件报告一致性,保证在现场任何部位下料时复检可以通过。

#3不同防排烟风管类型的形式分析

随着政府主管部门根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017规范对防排烟耐火风管的耐火极限设计与实施要求进一步严格,当前防排烟耐火风管应用形式开始多样化,市场产品良莠不齐,基于对防排烟风管工程实践的相关思考,对目前市场使用的上量大而面广的耐火极限为0.5h的各种应用形式逐一做分析

3.1 镀锌铁皮+岩棉+防火板现场制作

镀锌铁皮+岩棉+防火板的方式属于最原始最传统的防火风管制作方式,如图一所示。早期穿越防火墙或隔墙时就一直采用,镀锌铁皮风管制作好后,铁皮外粘贴岩棉,岩棉外表再敷设防火板。

本体全部现场制作,现场工作量庞大;

岩棉厚度为50mm,防火板为8-12mm不等,占用空间大,结构不牢固;

由于现场制作,可能存在安全隐患;

防火板外露,不适应潮湿环境;

由于全部现场制作,装配率很低,人工费用高,造价较高。

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图一 镀锌铁皮+岩棉+防火板现场制作

3.2 镀锌铁皮+隔热胶+柔性高温离心棉

此种方式镀锌铁皮现场制作好后,铁皮外敷高温离心棉,离心棉厚度为50mm,占用空间大,现场工作量大,离心玻璃棉外再包裹铝箔贴面,制作方法类似于空调风管+离心玻璃棉+铝箔,如图二所示。

如设置在地下车库等外露空间,铝箔容易损坏,导致隔热层外露,耐久性差,且影响观感,制作过程中人工工作量大。

采用的是玻璃棉,玻璃棉虽然是A级防火隔热材料,但受火碳化的温度只有400℃,不禁让人质疑其在铁皮高温下传热给玻璃棉后其完整性的可靠程度;

该产品检测报告显示,试件重量明显过重的不合理,例如1.0mm厚的钢板为8kg/m2,50mm厚玻璃棉的重量2.5-4kg/m2,为何试件在试验报告上的重量高达30kg/m2?也不禁让人质疑现场制作时是否也会涂抹如此多的隔热胶,能否通过复检。

以上所述,此产品被认为是规范从严实施时间不明晰,现场镀锌铁皮已经制作吊装完成,情理上无法拆除,为尽力迎合新规范验收条件,不得已而为之采取补救措施的过渡产品。

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图二 镀锌铁皮+柔性高温离心棉

3.3 内外彩钢板或内外铁皮+无石棉硅酸钙耐火板(或者相似类型均质材质)

此结构形式的风管貌似属于装配式复合风管的一种形式,厚度也很薄,耐火极限0.5h的芯材才为12mm,但12mm的无石棉硅酸钙为均质材料,无隔热材料,虽然能防火,但不具备隔热性能,明显不满足现行规范要求。

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图三 自结构内外彩钢板(或镀锌铁皮)+无石棉硅酸钙耐火板

3.4 装配式成品复合耐火风管

某产品为装配式一体化成品复合耐火风管,产品结构如图四所示。核心层为130kg/m3的岩棉上下复合特制防火板,0.5h防火风管的结构形式为3mm+19mm+3mm,工厂压制而成,最内层防火板可内衬镀锌铁皮或复合金属铝的保护层,最外层防火板复合金属铝的保护层,将“斤"型金属连接件与垂直防火一体化板组装,形成牢固的成品风管。

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工厂化制作,成品风管运输到现场后进行组装,风管之间用C型插条金属法兰连接,隔热层为岩棉板,两面无机防火层,防火层与隔热层为一体化结构,无化学有机胶连接。

该产品的优点是:结构形式合理,完全满足耐火完整性和隔热性要求;

0.5h和1h整体厚度为25mm,1.5h和2h的厚度为40mm,节省空间;

整体结构,耐久性强,不变色,防潮耐湿,且金属铝的颜色可以随着装修颜色而改变;

为装配式一体化材料,现场C型插条拼装,节省人工费用。

综上所示,该装配式成品复合耐火风管,是符合发展方向的耐火风管。

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图四 装配式成品复合耐火风管
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#4结语

本文对国家现行规范中规定的防排烟风管的耐火极限的条文进行全面梳理,解读了耐火风管现场检测客观存在的问题,并客观介绍了当前四种耐火风管的组成形式和类别。耐火极限风管作为一种建筑物内的风管构件,首先应更好地承担建筑物内风管的角色,其次应具备国家规范规定的耐火完整性和隔热性,才能长久地发挥其在火灾初期尽快排除火灾产生的烟气,更好的满足人员在火灾时快捷地疏散到安全地带的技术要求。

参考文献:

[1] 黄晖宇 邓志欣 一种通风管道防火包裹系统的介绍与应用   消防技术与产品信息2011年第10期 66-68页[J]

[2] CECS 886-2021建筑防烟排烟风管防火性能试验方法标准[S]

[3] GBT 17428-2009 通风管道耐火试验方法[S]

作者介绍:

撒世忠,男,(1975-),土木工程工学学士,暖通工学硕士,高级工程师,注册公用设备师(暖通空调),发表学术论文31篇

黄智华,男,(1979-),江苏潢华节能材料有限公司董事长,参编CECS 886-2021建筑防烟排烟风管防火性能试验方法标准


文章分类: 消防
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