高層建筑外墻外保溫防火研究_圖文

1、墻體保溫與圍護結構wall insulatio高層建筑外墻外保溫防火研究 中國建筑科學研究院 朱春玲 陳景輝 呂振綱 季廣其高層建筑滅火是目前世界消防界公認的難題,由于難以從外部實施火災撲救,因此,外保溫系統(tǒng)具有足夠的防火安全性能,才是解決高層建筑外保溫防火問題的關鍵因素。應正確對待有機保溫材料的燃燒性能,區(qū)分不同類型建筑的火災風險,合理兼顧建筑節(jié)能與防火安全的問題。開發(fā)低煙、低毒、高阻燃性能、價格合理的有機高效保溫材料將是建筑外保溫領域的一項重要課題,它是解決外保溫防火安全性能的最終出路。隨著我國建筑節(jié)能研究的不斷深入,建筑外墻保溫事業(yè)也迎來了前所未有的機遇,全國各地的建筑節(jié)能工作逐漸穩(wěn)步發(fā)

2、展。然而,近期一些屢發(fā)火災對我國建筑節(jié)能保溫事業(yè),特別是對高層建筑外墻保溫產(chǎn)生了巨大影響,引起了社會各界對外保溫行業(yè)的廣泛關注?；诖?我們覺得應該澄清應用有機保溫材料的外保溫系統(tǒng)的火災風險到底在哪里,真正的火災風險又有多大等問題。保溫材料應用的調研情況外墻外保溫體系在歐洲已經(jīng)成熟應用了幾十年,現(xiàn)在對其防火安全性能方面的考量已相當充分。1947年德國開發(fā)了膨脹聚苯板(EPS,隨后將其應用到外墻外保溫系統(tǒng)中,并逐漸被歐美國家所接受,至今EPS薄抹灰外保溫體系仍占據(jù)著主要的地位。圖1給出了2006年德國市場各種外墻外保溫系統(tǒng)所占的份額,其中EPS系統(tǒng)占87.4%、巖棉系統(tǒng)占11.6%。最近與德國外

3、保溫協(xié)會交流的結果是EPS的市場份額仍占82%,巖棉系統(tǒng)占15%,其余系統(tǒng)占34%?？梢?EPS系統(tǒng)在德國還是最重要的。圖1 2006年德國市場外墻外保溫系統(tǒng)的市場份額20082009年北京住總集團對北京市在施的43個工程(合計125.6萬平方米建筑所作的調研表明:國內大量應用的也是有機 保溫材料,圖2給出了北京地區(qū)外墻外保溫的材料份額。圖2 北京地區(qū)外墻外保溫材料份額由此可見,有機保溫材料的應用并不是引發(fā)外保溫火災的必要因素,我們應探討更深層次的原因。目前情況下,不能談有機保溫材料而色變,而應借鑒國外外保溫系統(tǒng)安全應用的成功經(jīng)驗,以減少火災發(fā)生的頻率和損失。高層建筑外墻外保溫系統(tǒng)的火災風險從

4、建筑的整體結構來看,外墻外保溫系統(tǒng)是依附于建筑外墻的非承重構造。在建筑設計規(guī)范中,已對建筑外墻的耐火性能提出了明確要求。按照我國目前的建筑節(jié)能標準,依附于建筑外墻的外保溫系統(tǒng)中所采用的可燃有機保溫材料的燃燒不足以對基層墻體產(chǎn)生危害,對建筑主體外墻結構的耐火性能影響不大;同時,對鄰近建筑的外墻也不會造成危害,因為建筑設計時已考慮了防火間距。但由于外墻外保溫系統(tǒng)包覆于建筑的整體外墻,跨越了建筑層與層之間的防火分區(qū),當外保溫系統(tǒng)不具有阻止火災蔓延的能力時,火災條件下,導致火災蔓延的危險性較大。因此,對外墻外保溫系統(tǒng)的防火要求是阻止火焰在建筑外墻上無限制的豎向蔓 延,特別是對于高層建筑來說更是如此。6

5、6wall insulatio縱觀高層建筑外墻外保溫的失火不外乎兩種情況。一是建筑內部起火,二是建筑外部起火,最終發(fā)展成為火災引發(fā)外保溫系統(tǒng)的燃燒。這里考慮了以下兩種可能發(fā)生的情況:第一種情況是當建筑室內出現(xiàn)火災的條件下,門窗玻璃在火焰或高溫作用下破碎脫落,火從建筑內部溢出,從而引起外保溫系統(tǒng)的燃燒。第二種情況是建筑外部的火災引發(fā)外保溫系統(tǒng)的燃燒。外部火災引發(fā)外保溫系統(tǒng)的燃燒又可細分為兩種情況。其一是與建筑物相鄰堆放的物品起火從而引發(fā)外保溫系統(tǒng)的燃燒。其二是與建筑物相鄰的建筑物起火,所產(chǎn)生的熱輻射加熱外保溫系統(tǒng)并進而引起建筑物外附著的外保溫系統(tǒng)的燃燒。但無論是哪種情況下引發(fā)的火災,都不應出現(xiàn)由

6、于外保溫系統(tǒng)的燃燒將火焰?zhèn)鞑サ浇ㄖ摹爸饦菍印焙汀盃奚鼘印币酝獾钠渌鼧菍?并通過其它樓層的窗口或洞口將火焰引入到建筑內部從而導致其它樓層失火的情況。這是目前在我國對外墻外保溫防火安全性能的基本定位?；谶@一要求,對外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能進行評價時應分別考慮系統(tǒng)的點火性和傳播性等兩個參數(shù)。點火性是評判在有火源或火種存在的條件下,系統(tǒng)能否被點燃或引起燃燒,即對系統(tǒng)自身的燃燒性能要求如何。傳播性是考察當有燃燒或火災發(fā)生時,系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力,系統(tǒng)對外部火源攻擊的抵抗能力或其整體的防火性能如何。對外保溫材料和系統(tǒng)的防火性能要求保溫材料的燃燒性能是影響外保溫系統(tǒng)防火安全性能的基本條件。當外墻

7、外保溫系統(tǒng)的保溫材料采用不燃性材料或不具有火焰?zhèn)鞑バ缘碾y燃性材料時,系統(tǒng)幾乎不存在防火安全性問題。從理論上講,選用不燃性保溫材料可以最大限度地避免外保溫系統(tǒng)發(fā)生火災的風險,但目前在我國大面積地推廣不燃材料保溫系統(tǒng),不僅材料本身產(chǎn)量有限不夠使用、保溫性能差強人意,而且對應的施工技術也都很不完備,系統(tǒng)的耐久性也值得商榷。在現(xiàn)有技術條件下,EPS、XPS和硬泡聚氨酯等可燃材料在我國建筑外墻外保溫系統(tǒng)中的使用最為廣泛,這是產(chǎn)生外保溫系統(tǒng)防火安全性問題的起因。而隨著節(jié)能標準的進一步提高,此類可燃有機保溫材料的大面積應用和使用厚度的不斷增加,將使這一問題更加突出出來,高層建筑外保溫火災或火災的蔓延問題應引

8、起人們足夠的重視。但需要指出的是,外保溫系統(tǒng)最終在墻體上的應用是以“系統(tǒng)”的形式在應用,而不是裸露的保溫材料。因此,應著重考慮系統(tǒng)整體的燃燒性能,而不是單從保溫材料自身的燃燒性能來衡量建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性能。那樣,無疑是不合理的,并且還帶有一定的局限性。很顯然,提高保溫系統(tǒng)的整體抗火能力才是我們的最終目的。因此,對外保溫系統(tǒng)的防火安全性能要求具體體現(xiàn)在對有機保溫材料的燃燒性能要求和對系統(tǒng)構造的抗火能力要求兩個方面。在材料性能方面,不能說,一個煙頭、一個電焊火花就能將整墻的保溫材料都點燃,現(xiàn)有的有機保溫材料必須經(jīng)過阻燃改性才能應用到外墻保溫上。也不能過分要求有機保溫材料的阻燃性能大幅度

9、提高,高阻燃性能可以通過提高阻燃劑的用量來達到,但卻會帶來煙霧大、毒性大的弊端,到那時可能真的吸入一口燃燒煙氣就會產(chǎn)生致命的危害。目前,如果大幅度地提高聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯的阻燃性指標,從技術角度講還不具備充分的條件,對于工業(yè)化生產(chǎn)來說還有很多技術問題需要解決。因此,在今后一定時期內將有機保溫材料的燃燒性能等級限定為“不得低于B2級”是符合我國國情的科學定位。擺在我們面前的重要工作是如何采取合理有效的防火構造措施來提高外保溫體系的整體抗火能力。目前,可燃類保溫材料的應用無疑是不容更改的現(xiàn)狀,這就帶來了外保溫系統(tǒng)具有傳播火焰的火災風險。而火災通常是以釋放熱量的方式來形成災害。因此,要想解決高

10、層建筑外保溫系統(tǒng)的火災問題,歸根結底還要從熱的三種傳播方式熱傳導、熱對流和熱輻射談起。熱作用于外保溫系統(tǒng),最終使其中的可燃物質產(chǎn)生燃燒并使火災向其它部位蔓延,只要阻斷熱的這三種作用方式就能防止火災的進一步蔓延。因此與之對應的產(chǎn)生了外保溫系統(tǒng)的三種構造方式。防火構造措施的作用有兩個,一是阻止或減緩火源對直接受火區(qū)域外保溫系統(tǒng)的攻擊,更主要的是阻止火焰通過外保溫系統(tǒng)自身的傳播。根據(jù)已有的研究成果,我們認為防火隔斷構造、無空腔構造和增加防護層厚度可以有效阻止火在外保溫系統(tǒng)內的傳播,常被稱為“構造防火三要素”。如果將它們結合起來使用防火效果會更加突出,例如采用無空腔構造與系統(tǒng)內部設置防火隔離帶相結合的

11、防火措施,將使外保溫系統(tǒng)的防火性能得到大大提高。這三種構造方式的作用原理如圖3所示。就目前的技術水平而言,外保溫系統(tǒng)構造型式是影響系統(tǒng)防火安全性能的關鍵因素,整體防火構造理論是解決我國建筑節(jié)能防火安全的一個創(chuàng)新思路。圖3 三種構造措施對熱的阻隔作用施工過程中火災的預防從工程施工的角度來看,外墻保溫系統(tǒng)工程火災的發(fā)生分為 三個時段:6768墻體保溫與圍護結構wall insulatio圖5 柏林街頭某既有建筑改造項目中建筑垃圾的堆放與之相比,施工現(xiàn)場的安全管理是目前我國建筑行業(yè)普遍欠缺不足的,今后應加強相應的宣傳教育,各級建設管理部門可開展廣泛的培訓,并加大檢查監(jiān)督力度,使它落到實處,以保證施工

12、過程的安全,減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。結論與建議1、高層建筑滅火是目前世界上消防界公認的難題,由于難以從外部實施火災撲救,因此,外保溫系統(tǒng)具有足夠的防火安全性能才是解決高層建筑外保溫防火問題的關鍵因素。2、及時控制外墻外保溫的火勢蔓延尤其是豎向蔓延,是避免造成重大損失的關鍵所在,試驗已證明,采取合理的構造措施能有效地阻止火焰的蔓延。3、根據(jù)國外的經(jīng)驗,在施工現(xiàn)場管理措施到位,火災的發(fā)生是可以預防的。4、應正確對待有機保溫材料的燃燒性能,區(qū)分不同類型建筑的火災風險,合理兼顧建筑節(jié)能與防火安全的問題。5、開發(fā)低煙、低毒、高阻燃性能、價格合理的有機高效保溫材料將是建筑外保溫領域的一項重要課題,它是解決

13、外保溫防火安全性能的最終出路。6、建議加快JGJ 144、JG 149和建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法(報批稿的編制實施進度,以滿足我國目前建筑領 域應用的實際需要。第一,保溫材料進入施工現(xiàn)場碼放時段發(fā)生的火災;第二,保溫材料施工上墻時段發(fā)生的火災;第三,施工竣工驗收后,建筑物投入使用時段發(fā)生的外墻保溫火災。據(jù)調查,在國內現(xiàn)有住宅建筑外墻外保溫系統(tǒng)工程火災中,大部分發(fā)生在施工過程中。主要原因在于施工過程中有機保溫板裸放,無任何防火保護措施,施工現(xiàn)場的防火安全管理措施不到位,動火作業(yè)違規(guī)操作等因素造成的。當然,某些保溫材料的燃燒性能不符合相關產(chǎn)品標準的要求也是原因之一,這些都導致了施工現(xiàn)場火災事

14、故多發(fā)的現(xiàn)狀。因此,建議加強外保溫工程施工現(xiàn)場的防火安全管理,并采取適當?shù)木哂锌刹僮餍缘募夹g措施,以減少或避免施工過程中的火災事故。目前,北京市已出臺了地方性標準外墻外保溫工程施工防火安全技術規(guī)程,用以規(guī)范外保溫工程施工過程中現(xiàn)場的安全技術管理工作,值得在全國范圍內推廣應用。在施工現(xiàn)場應加強對材料現(xiàn)場碼放的管理,材料應集中存放并進行防火覆蓋,零星保溫材料和碎屑等也應及時清除干凈,并指定專人負責。此外,應加強建設工程施工現(xiàn)場的消防安全管理工作,尤其對動用明火必須實行嚴格的消防安全管理。需要進行明火作業(yè)的,動火部門和人員應當按照用火管理制度辦理審批手續(xù),落實現(xiàn)場監(jiān)護人,在確認無火災、爆炸危險后方可動火施工;動火施工人員應當遵守消防安全規(guī)定,