建筑外墻外保溫材料的建筑節(jié)能與防火

1、建材世界DOI:10.3963/.42-1783.TU.2011.04.0212011年 第32卷 第4期建筑外墻外保溫材料的建筑節(jié)能與防火李 航(中誠建筑設計有限公司,上海201700)摘 要: 文章通過分析外墻外保溫材料火災產生的原因,結合外墻外保溫材料的國內外現(xiàn)狀,立足現(xiàn)實,提出了外墻外保溫材料相應的火災防火措施。關鍵詞: 建筑節(jié)能; 保溫材料; 防火措施BuildingEnergySavingandFireSafetyoftheBuilding'sExteriorWallInsulationMaterialsLIHang(ZhongchengArchitecturalDesig

2、nCo,Ltd,Shanghai201700,China)Abstract: Thisarticleintroducesfirereasonofexteriorwallinsulationmaterials,tellsitscivilandforeigndevelop-ments,givessomefiresafetymeasuresforrealcondition.Keywords: buildingenergysaving; insulationmaterials; firesafetymeasures2009年2月9日晚21時,在建的央視新臺址園區(qū)文化中心發(fā)生特大火災事故,大火持續(xù)6h,

3、造成1名消防隊員犧牲,6名消防隊員和2名施工人員受傷,造成直接經濟損失16383萬元。火災發(fā)生原因是燃放煙花引燃了外墻保溫材料聚氨酯和擠塑板。2010年11月15日下午14時,上海膠州路上正在進行保溫節(jié)能改造的靜安區(qū)教師公寓發(fā)生大火。短短4min,火勢迅速蔓延至整棟大樓。大火持續(xù)燃燒4h,導致58人遇難,70余人不同程度受傷,經濟損失達數(shù)億元。火災原因是違規(guī)操作電焊渣引燃了外墻保溫材料聚氨酯。2011年2月3日零時13分,沈陽皇朝萬鑫大廈發(fā)生火災,大火持續(xù)6h,經濟損失達數(shù)十億元,所幸無人遇難和傷亡。造成火災的原因是燃放煙花不慎引起B(yǎng)座樓體外墻表面裝飾材料和保溫材料燃燒。近年來,接二連三的建筑

4、外墻外保溫火災事故的發(fā)生,引起社會及有關部門的普遍關注。2011年3月14日,公安部消防局發(fā)布公消201165號 關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關要求的通知 ,規(guī)定在新標準發(fā)布前,民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的不燃材料。65號文同時還規(guī)定:將民用建筑外保溫材料納入建設工程消防設計審核、消防驗收和備案抽查范圍。凡建設工程消防設計審核和消防驗收范圍內的設有外保溫材料的民用建筑,均應將建筑外保溫材料的燃燒性能納入審核和驗收內容。從發(fā)布之日起,各地受理的建設工程消防設計審核和消防驗收申報項目,要嚴格執(zhí)行本通知要求。對已經審批同意的在建工程,如建筑外保溫采用易燃、可燃材料的,應提

5、請政府組織有關主管部門督促建設單位拆除易燃、可燃保溫材料;對已經審批同意但尚未開工的建設工程,建筑外保溫采用易燃、可燃材料的,應督促建設單位更改設計、選用不燃材料,重新報審。收稿日期:2011-03-26.作者簡介:李 航(1983-),技術員.E-mail:xiaomeo_o建材世界2011年 第32卷 第4期此前,在2009年9月25日,住房和城鄉(xiāng)建設部與公安部聯(lián)合發(fā)布了公通字200946號文 民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定 。該文規(guī)定:民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級,且不應低于B2級。居住建筑高度達到100m及以上、公共建筑高度達到50m及以上、幕墻式建筑高度達到24m及

6、以上的,保溫材料的燃燒等級應為A級。65號文件頒布以來,使得廣大設計從業(yè)人員頓時陷入無建材可選的困境。如何解決建筑外墻高效保溫節(jié)能與保溫材料防火之間的矛盾,成為業(yè)內最關心的話題。1 外墻保溫材料發(fā)展應用現(xiàn)狀保溫材料按燃燒性能或氧指數(shù)分為A級、B級。氧指數(shù)是指在規(guī)定的條件下,材料在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度。A級為不燃材料,B1為難燃材料,B2為可燃材料,B3為易燃材料。按照燃燒性能,用于建筑外墻的保溫材料可分為3大類:一是以礦物棉和巖棉為代表的無機保溫材料,通常被認定為不燃材料A級;二是以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為代表的有機-無機復合型保溫材料,通常被認定為難燃材料B1級;三是以聚

7、苯乙烯泡沫塑料(包括EPS板和XPS板)、硬泡聚氨酯和改性酚醛樹脂為代表的有機保溫材料,通常被認定為可燃材料B2級。大部分有機類保溫材料添加阻燃劑后燃燒性能也只達到B1級,比如EPS板通過添加阻燃劑只能達到B2級;XPS板能達到B1級,但對生產工藝要求較高;普通PU最易燃,且產生劇毒煙霧,如要達到B1級防火要求,其成本較高。表1表4為典型保溫材料的基本屬性和綜合性比較1。表1 各類保溫材料性能表產品名稱聚苯乙烯(EPS)擠塑聚苯板(XPS)膠粉聚苯顆粒聚氨酯巖棉、玻璃棉特種防火酚醛板導熱系數(shù)0.0410.0290.060.0280.0450.04綠色性生產環(huán)保生產環(huán)保生產環(huán)保生產不環(huán)保生產不環(huán)

8、保生產不環(huán)?；厥招圆豢苫厥湛苫厥詹豢苫厥詹豢苫厥詹豢苫厥湛苫厥詹牧霞墑eB2級B2級B1級B2級A級B1級表2 各類無機保溫材料性能表名稱礦(巖)棉板玻璃棉板泡沫玻璃保溫板硬質硅酸鹽保溫板無機保溫砂漿密度/(kg m-3)12016032、40、8160200 300 300 30000導熱系數(shù)/(W (m )-1)0.0400.0460.0430.0640.070 0.070 0.070 0.085強度/kPa壓 20拉 7.5-壓400800壓 300壓 200壓 400表3 各類有機保溫材料燃燒性能燃燒性能材料名稱(含阻燃劑)氧指數(shù)/%聚苯乙烯泡沫板擠塑式聚苯乙烯保溫板硬質聚氨酯泡沫材料酚

9、醛泡沫保溫材料30.429.522.849.5燃燒時間/s10101010燃燒高度/mm9012021030煙密度等級2145721建材世界 2011年 第32卷 第4期表4 不同外墻保溫系統(tǒng)綜合性能比較材料巖棉礦棉膠粉聚苯顆粒聚苯乙烯板綜合性能情況燃燒等級為A級,屬無機保溫,抗拉強度極低,不適宜外墻粘貼,施工難度大,國內無配套輔材,吸水率較大,保溫效果一般燃燒等級為B1級,導熱系數(shù)高,施工難度大,保溫效果差。燃燒等級為B2級,未添加阻燃劑時氧指數(shù)僅為18%;燃燒的熱釋放量較大,受火后收縮、熔化,導致外保溫系統(tǒng)內產生空腔,轟燃狀態(tài)下燃燒劇烈,燃燒的滴落物具有引燃性,導熱系數(shù)一般,施工難度一般。

10、燃燒等級為B2級,屬于高度易燃材料,未添加阻燃劑時氧指數(shù)僅為16.5%;熱分解和燃燒的產物主要有氰化氫,一氧化碳,異氰酸酯等,燃燒的煙氣毒性很大,導熱系數(shù)低,施工難度一般。燃燒等級為B1級(兩面復合2mm砂漿后可達到A級),在400 以上只灼燒或陰燒,無火焰。發(fā)煙量很小,是目前有機保溫材料中阻燃性能最優(yōu)的一種材料,導熱系數(shù)較低,施工難度一般。聚氨酯硬泡特種防火酚醛板1.1 國內外墻保溫材料發(fā)展應用現(xiàn)狀目前我國在外墻外保溫材料應用方面,聚苯乙烯泡沫塑料占整個外墻外保溫材料的80%左右,發(fā)展迅速。主要原因是與玻璃纖維、巖棉和保溫砂漿等保溫材料相比,其導熱系數(shù)小,保溫隔熱效果更好,價格較便宜,同時配

11、套的施工技術較為成熟,形成了相對完善的標準、規(guī)范體系。但其防火性能差,易燃燒,燃燒時產生大量有毒氣體。由于材料本身特性以及各種防火措施和管理措施沒有落實到位,火災事故時有發(fā)生。無機保溫材料如巖棉、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖/玻化微珠等,防火性能更好,但導熱系數(shù)高,保溫節(jié)能效果相對較差,在嚴寒地區(qū)和寒冷地區(qū)不能保證節(jié)能效率,更不能滿足65%以上的節(jié)能標準要求1.2 國外外墻保溫材料發(fā)展應用現(xiàn)狀2。歐美發(fā)達國家,對重要建筑、高層建筑使用外墻保溫材料均有嚴格的防火要求。對保溫系統(tǒng)和絕熱材料作燃燒性能及耐火極限試驗(并考慮燃燒時煙氣及毒性),且分為若干個等級,以適應不同范圍的建筑防火要求。在燃燒性能達到A級

12、標準的無機保溫材料中,巖棉在歐洲已具備成熟的外墻外保溫應用技術,但我國生產的巖、礦棉保溫材料普遍存在抗拉強度低、耐水性和耐久性差的問題,影響其在外墻保溫上的應用。歐洲(德、奧)和美國采用防火性能達到要求的EPS和XPS制作夾芯復合墻體和屋面,建造學校圖書館(3層)、教室(3層)和寵物醫(yī)院(4層)以及別墅(2層)等建筑。他們對EPS和XPS等要求是:產品標準規(guī)定氧指數(shù)普遍大于35%,而企業(yè)生產的產品氧指數(shù)實際達到36%38%,有的達到40%;其阻燃劑采用優(yōu)質的磷、氮系阻燃劑,不但阻燃效果好,可以在12s內自熄,而且不會產生燃燒滴落物引燃的現(xiàn)象,其燃燒產生氣體為煙密度極低的一縷縷青煙。而我國建筑市

13、場的EPS和XPS常常出現(xiàn)不加阻燃劑或者加入質量低劣的阻燃劑,往往達不到阻燃效果和防火安全要求,多數(shù)EPS采用鹵族阻燃劑,一旦失火冒出濃烈黑煙,就容易造成人員窒息死亡3。建材世界2 建筑外墻外保溫火災原因與對策分析2011年 第32卷 第4期65號文件的出臺,在行業(yè)內引起了強烈的反響。應該在安全性的基礎上選擇有效性,還是在有效性的基礎上選擇安全性,成為行業(yè)內探討的問題。通過對南京中環(huán)國際廣場、哈爾濱經緯360 雙子星大廈、濟南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈等一系列火災的統(tǒng)計分析,可以看出,根據(jù)發(fā)生火災的階段,外墻外保溫火災大體可以分為兩種情況:一是施工階

14、段發(fā)生的火災,即發(fā)生在保溫材料在施工現(xiàn)場的碼放階段以及在保溫材料上墻以后表面未作面層處理的階段。另一種情況是建筑投入使用階段發(fā)生的火災。近年來絕大多數(shù)的外墻外保溫火災屬于第一種情況。外墻外保溫火災之所以易發(fā)生在施工階段,是因為保溫材料的氧指數(shù)較低,施工現(xiàn)場又是多工種復雜交叉作業(yè)的地方2,在施工階段未做阻燃措施的情況下,容易被煙頭、電焊火花等小火焰引燃,迅速燃燒,短時間內放出很多熱量,形成轟燃,并繼續(xù)引燃其他可燃物質,形成火災。某些工程使用不符合相關產品標準要求的保溫材料,也是火災易發(fā)的原因之一。通過以上分析可知,在這種情況下,控制火災可以從提高保溫材料的可點燃性入手,而未必一定使保溫材料不燃。

15、正如木材也是可燃材料,但是不易點燃,并不禁止木材作為建筑材料。降低保溫材料的可點燃性,即提高材料的氧指數(shù),是降低火災的關鍵有效手段。如果材料的氧指數(shù)能做到35%以上,將很難被點燃,若能提高到40%以上,阻燃效果將會更好。建筑防火也除了材料防火還有構造防火的方式。目前可以在材料防火的基礎上,結合構造防火。構造形式有3種:保護層,包括防護層和飾面層,其厚度和質量的穩(wěn)定性,對系統(tǒng)層面構造的抗火能力起著決定性作用;防火隔離,包括建筑層的防火隔離帶、門窗洞口的隔火構造、系統(tǒng)自身的分倉構造等;空墻封堵,在火災條件下,由于系統(tǒng)中熱塑性保溫材料受火后的收縮、熔化甚至燃燒,可能導致空腔的形成或封閉空腔的貫通,對

16、系統(tǒng)的阻火性產生不利的影響。綜上所述,預防外墻外保溫火災的有效方案總結如下:1)提高保溫材料的特性,可點燃性,即氧指數(shù),使其不易被點燃,離火自熄;2)加強材料市場的管理,保證保溫材料的性能確實達到產品標準要求;3)重視保溫材料的構造防火,針對不同的保溫材料進行適用的構造措施,確保保溫材料在系統(tǒng)完成后防火構造措施落實到位;4)加強施工現(xiàn)場監(jiān)管,總體協(xié)調施工進度和施工工序,提高工程施工質量以及保證施工工序合理,保證外保溫系統(tǒng)施工不被其他工種施工破壞或干擾。3 結 語立足現(xiàn)實,理性對待,不能因為部分外保溫材料可燃引起火災,就全盤否定其在建筑節(jié)能中的作用。保溫材料的關鍵性能指標是導熱系數(shù)要低,氧指數(shù)要高,使用性能好,而并不是單純的強調A級不燃,而不顧其保溫性能低效。外墻保溫材料要求既節(jié)能又安全防火,已經成為不可逆轉的世界趨勢。對于火