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外墻外保溫防火技術(shù)研究與探討
點擊次數(shù):1866 更新時間:2015-03-24

    建筑能耗在人類的整個能源消耗中一般要占到30%—40%,因此建筑節(jié)能意義重大,是我國節(jié)能工作的重要組成部分。而做好屋頂和圍護結(jié)構(gòu)的保溫與隔熱,減少通過屋頂和圍護結(jié)構(gòu)造成的能源損失則是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
    與其他墻體保溫形式相比,外墻外保溫系統(tǒng)具有諸多明顯的節(jié)能優(yōu)勢。因此,在我國的建筑節(jié)能中必然要采用外墻外保溫措施。然而,近年來國內(nèi)接連發(fā)生了多起與建筑外墻保溫材料有關(guān)的火災事故,其中包括*新址北配樓火災、上海膠州教師公寓火災、沈陽皇朝萬鑫酒店火災等重特大火災事故。事實表明,外墻外保溫系統(tǒng)存在一定的引發(fā)建筑火災的危險,必須給予充分的重視。
    對于建筑節(jié)能與防火安全,應(yīng)統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)研究、合理兼顧,一定要確保建筑節(jié)能事業(yè)安全地發(fā)展下去。
    墻體外保溫材料的技術(shù)現(xiàn)狀
    我國實行建筑節(jié)能初期,主要采用無機保溫漿料。隨著節(jié)能標準的不斷提高,出于保溫隔熱的功能性需要,外墻外保溫系統(tǒng)的保溫材料經(jīng)歷了從無機到有機的跨越。同時,外墻外保溫形式也逐漸得到了廣泛的社會應(yīng)用。
    外墻外保溫應(yīng)用的保溫材料包括以下三類:
    1. 無機類保溫材料,如膨脹?;⒅楸貪{料、巖棉、玻璃棉等。
    2.有機—無機復合保溫材料,如膠粉聚苯顆粒保溫漿料等。
    3.有機高分子保溫材料,如EPS(模塑聚苯板)、XPS(擠塑聚苯板)、硬泡聚氨酯、酚醛泡沫等。
    由于無機保溫材料存在著板材強度低、吸水性強、面層容易開裂,尤其是吸水后導熱系數(shù)增大等缺點,故其應(yīng)用范圍受到限制。目前,我國的保溫材料仍以有機高分子保溫材料為主,總體用量在80%以上。其中,聚苯板薄抹灰體系又占有較大的應(yīng)用比例。
    有機保溫材料本身具有一定的可燃性,因此采用了有機保溫材料的外墻外保溫系統(tǒng)客觀上存在著一定的火災風險。這種火災風險具體表現(xiàn)在以下兩個方面:
    1.點火性,即在有火源或火種的條件下,系統(tǒng)是否能夠被點燃或引起燃燒的產(chǎn)生,這是對系統(tǒng)自身的燃燒性能要求。
    2.傳播性,即當引起燃燒或發(fā)生火災時,系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力,這是對系統(tǒng)抵抗外部火源攻擊的能力或抗火性能要求。
    對外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性能要求,具體體現(xiàn)在對高分子發(fā)泡材料的燃燒性能要求和對系統(tǒng)構(gòu)造的抗火能力要求兩個方面。
    與其他的保溫材料相比,有機泡沫塑料的導熱系數(shù)明顯要低得多,因而具有*的保溫隔熱效果。雖然它們的燃燒性能不能令人滿意,但目前如果大幅度地提高其阻燃性指標,從技術(shù)角度看尚不具備條件;從生產(chǎn)成本的角度看也不符合中國的國情。因此,就中國的節(jié)能需求和保溫材料應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀來看,聚苯乙烯和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料仍將是當前及今后一段時期內(nèi)外墻外保溫材料領(lǐng)域的主流產(chǎn)品,短時間內(nèi)無法被取代。我們現(xiàn)在迫切要做的就是在外墻外保溫材料現(xiàn)有燃燒性能的基礎(chǔ)上,采取有效的措施減少建筑外墻外保溫火災的發(fā)生,使建筑節(jié)能與防火安全的問題得到的解決。
    與此同時,要抓緊進行新產(chǎn)品、新系統(tǒng)的開發(fā),進一步提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全水平。目前,國內(nèi)已進行了幾種新型的改性有機外墻外保溫材料的研究開發(fā)工作,取得了一些進展。如對EPS保溫板進行改性,降低其受熱后熔融、滴落的問題,現(xiàn)已開發(fā)出較為成熟的產(chǎn)品;又如采用無機膨脹顆粒保溫材料對硬泡聚氨酯進行阻燃改性,以提高外墻外保溫材料的燃燒性能。zui近兩年來,我國也進行了巖棉抹灰類外墻外保溫系統(tǒng)的研究應(yīng)用工作。這些新產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用將大大改善外墻外保溫的防火問題,提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性能。
    國外外墻外保溫材料的應(yīng)用及規(guī)范防火要求
    EPS薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)在歐美已應(yīng)用了幾十年,技術(shù)上十分成熟,至今仍占據(jù)著主要的地位。2009年,德國市場EPS的份額占82%,巖棉系統(tǒng)占15%,其余系統(tǒng)占3%—4%;2009年,英國市場EPS系統(tǒng)占60%、巖棉系統(tǒng)占25%,其他系統(tǒng)占15%。美國的EPS*目前沒有確切的數(shù)據(jù),但據(jù)介紹有42層高層建筑應(yīng)用EPS系統(tǒng)做外墻外保溫的工程實例。
    由此可見,我國外墻保溫材料的應(yīng)用趨勢與國外大致相同,即有機保溫材料都得到了廣泛的使用,EPS薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)擁有zui廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。通過調(diào)研得知,國外安全應(yīng)用外墻外保溫的成功之處在于,針對外墻外保溫材料和外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能提出了適當?shù)募夹g(shù)指標和評價體系,并且針對不同的外墻外保溫系統(tǒng)進行了相應(yīng)的防火構(gòu)造措施的應(yīng)用研究工作。
    在歐美外墻外保溫技術(shù)應(yīng)用先進的國家,都要求對外墻外保溫系統(tǒng)的保溫材料和系統(tǒng)進行綜合的防火性能評價;對包括構(gòu)造措施在內(nèi)的整個外墻外保溫系統(tǒng),采用大尺寸模型火試驗評價其在實際使用狀態(tài)下阻止火焰蔓延的能力,即驗證系統(tǒng)整體構(gòu)造的防火性能。例如,歐盟的認證標準要求外墻外保溫系統(tǒng)的燃燒性能等級應(yīng)為A1、A2、B或C級;對于由聚苯乙烯或聚氨酯制成的外墻外保溫系統(tǒng),應(yīng)該單獨證明其保溫材料至少滿足E級(B2級)的要求;由于防火構(gòu)造在燃燒性能試驗中不能被測試,應(yīng)根據(jù)各個國家的規(guī)定確定是否需要進行大尺寸試驗。英國根據(jù)建筑的高度、類別以及間距的不同,對外墻材料的燃燒性能分別提出了不同的要求,建筑外墻材料的燃燒性能等級應(yīng)滿足規(guī)范要求。此外,也可以選擇進行BS 8414(防火阻燃測試)的大尺寸試驗,按照BRE多層建筑外墻外保溫防火性能報告(BR 135)進行性能判定,通過該項試驗以后,系統(tǒng)在建筑上的使用沒有高度限制。德國規(guī)定建筑材料至少是可燃性的,易燃材料不得使用;建筑組件通常情況下必須是不燃或難燃的;薄抹灰體系從整體上被視為一種建筑材料或者一種建筑類型;在系統(tǒng)認證中,對用于7—22米和22米以上建筑的保溫系統(tǒng)需進行大尺寸試驗,通過認證的系統(tǒng)才能在建筑中使用。美國同樣對外墻外保溫材料的燃燒性能和保溫系統(tǒng)的防火性能進行綜合評價,明確規(guī)定通過大尺寸試驗后的系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何高度的建筑。
    正是因為有了這些嚴格、適用的規(guī)定,使外墻外保溫的設(shè)計、開發(fā)、施工、使用者做到心中有數(shù)、有規(guī)可循,并且嚴格執(zhí)行規(guī)范的要求,因此才大大降低了外墻外保溫火災發(fā)生的危險及其造成的損失。
    我國外墻外保溫防火的技術(shù)研究和要求
    我國對外墻外保溫防火的研究工作開展得較晚,目前建筑防火規(guī)范中尚無針對建筑節(jié)能保溫的專項防火設(shè)計要求。在外墻外保溫系統(tǒng)的產(chǎn)品或工程標準中,雖然對防火問題有所關(guān)注,但限于缺乏基礎(chǔ)研究的支持,也僅能從保溫材料的燃燒性能上進行了要求,或僅提出了很原則、籠統(tǒng)的要求,而沒有詳細、具體的說明。這些標準包括《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》(JG 149—2003)、《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》(JG 158—2004)、《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》(JGJ 144—2005)等。
    中國建筑科學研究院建筑防火研究所自2004年開始關(guān)注外墻外保溫的防火問題,并著手進行外墻外保溫的防火研究工作。特別是自2006年以來,與外墻外保溫行業(yè)的科研、設(shè)計、施工、管理和系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)一起,聯(lián)手進行外墻外保溫系統(tǒng)防火安全的研究工作。通過大尺寸模型火試驗來研究和評價外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能,先后興建了6個火災模擬試驗基地,累計進行了數(shù)十次大尺寸模型火試驗和兩次實體建筑火災試驗。針對外墻外保溫系統(tǒng)存在的防火問題,從國內(nèi)外外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)基本情況的調(diào)研入手,在試驗研究、調(diào)查分析、工程實踐等方面進行了廣泛、深入和持續(xù)的研究。
    經(jīng)過近8年的研究,中國建筑科學研究院建筑防火研究所項目組從施工管理、標準規(guī)范、技術(shù)措施和工程應(yīng)用等方面,提出了外墻外保溫防火的系統(tǒng)解決方案,形成行業(yè)標準和地方標準、技術(shù)導則、研究報告、、文章等多樣化的研究成果,其研究成果在多方面取得了突破和創(chuàng)新。
    通過研究國內(nèi)外墻外保溫火災事故發(fā)生的原因及時段,參與編制完成了*部外墻外保溫施工防火地方標準。通過對國外防火規(guī)范、防火試驗方法標準及外墻外保溫應(yīng)用技術(shù)的調(diào)研,確立了采用英國BS 8414窗口火試驗方法進行外墻外保溫系統(tǒng)防火性能試驗和評價方法的技術(shù)路線,并編制完成了*部外墻外保溫系統(tǒng)窗口火試驗及評價方法標準。同時,在國內(nèi)進行了帶防火構(gòu)造的外墻外保溫系統(tǒng)窗口火試驗,在國內(nèi)進行了外墻外保溫系統(tǒng)(帶隔離帶)的實體建筑模擬火災試驗。在防火試驗實踐和對國外防火技術(shù)研究總結(jié)的基礎(chǔ)上,該研究所提出了擋火梁、防火隔離帶、保護面層、空腔隔離等構(gòu)造措施的作用機理;提出了外墻外保溫材料燃燒性能等級與外墻外保溫系統(tǒng)防火構(gòu)造相結(jié)合,以實現(xiàn)提高外墻外保溫系統(tǒng)防火安全性能水平的外墻外保溫系統(tǒng)整體防火的技術(shù)理念。該項研究了我國外墻外保溫防火技術(shù)的發(fā)展,推動了我國外墻外保溫防火技術(shù)的進步,為我國對于防火問題的決策和制定外墻外保溫防火政策、標準提供了重要參考。
    此外,*部四川消防研究所也利用該研究所現(xiàn)有的實體建筑,研究了外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能;*部天津消防研究所自2009年也開始進行外墻外保溫系統(tǒng)的大尺寸窗口火試驗。經(jīng)過多年的積極探索和對*進技術(shù)的借鑒,目前我國外墻外保溫技術(shù)已取得了豐富的研究成果。
    2009年9月25日,*部與*聯(lián)合下發(fā)了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》(公通字〔2009〕46號),在我國提出了在外墻外保溫系統(tǒng)中設(shè)置防火隔離帶的要求。
    2011年12月30日,*發(fā)布《關(guān)于加強和改進消防工作的意見》(國發(fā)〔2011〕46號),提出“新建、改建、擴建工程的外墻外保溫材料一律不得使用易燃材料,嚴格限制使用可燃材料等明確要求,并責成*會同有關(guān)部門抓緊修訂相關(guān)標準規(guī)范,加快研發(fā)和推廣具有良好防火性能的新型建筑保溫材料,采取嚴格的管理措施和有效的技術(shù)措施,提高建筑外墻外保溫材料系統(tǒng)的防火性能,減少火災隱患"。
    2012年11月1日,*發(fā)布了第1517號公告,批準《建筑外墻外保溫防火隔離帶技術(shù)規(guī)程》為行業(yè)標準,編號為JGJ289—2012,自2013年3月1日起實施。
    2012年12月31日,*、*批準GB/T 29416—2012《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗方法》為國家標準,于2013年10月1日起實行,為評價外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能提供了統(tǒng)一的試驗方法。
    2015年即將執(zhí)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中明確了建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火要求,較全面地規(guī)定了外墻外保溫防火的具體技術(shù)內(nèi)容。
    外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全關(guān)系到人們的生命和財產(chǎn)安全,目前眾多企事業(yè)單位、業(yè)內(nèi)專家和政府*門積極參與、共同研討,積累了豐富的試驗數(shù)據(jù),取得了一些階段性的研究成果。以這些成果為基礎(chǔ),相關(guān)標準的發(fā)布實施和相關(guān)應(yīng)用研究工作的開展,將對我國外墻外保溫防火技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大的指導意義和推動作用,并將使我國外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性能得到保證和提高,建筑節(jié)能與消防安全得到合理兼顧。
    墻體保溫技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)建議
    解決外墻外保溫的防火問題,可以從提高保溫材料的燃燒性能等級和增加外墻外保溫系統(tǒng)的防火構(gòu)造措施兩方面入手。通行的做法是,如果外墻外保溫材料的防火性能好的話,則對保護層和構(gòu)造措施的要求可以相對低一些;如果外墻外保溫材料的防火性能差的話,則要采用好的構(gòu)造措施,對保護層的要求相對也高一些,總體上兩者應(yīng)該是平衡的?;谶@一思想,目前解決我國外墻外保溫防火安全的主要途徑應(yīng)是采取構(gòu)造防火的形式,這是適應(yīng)我國國情和外墻外保溫應(yīng)用現(xiàn)狀的一種有效的技術(shù)手段。
    在國內(nèi)現(xiàn)有外墻外保溫工程火災中,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,施工現(xiàn)場的防火安全管理措施不到位等因素。為此,要區(qū)分不同的情況,根據(jù)不同系統(tǒng)外墻外保溫材料的情況和構(gòu)造做法,相應(yīng)采取科學、適度、有效的防火構(gòu)造措施,整體提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能,這是目前解決外墻外保溫系統(tǒng)防火問題的主要手段。對建筑外保溫系統(tǒng)防火的具體建議如下:
    1.區(qū)分施工過程中的火災與使用過程中的火災。我國外墻外保溫火災的調(diào)查結(jié)果表明,大部分火災是發(fā)生在施工階段的,因此應(yīng)加強施工現(xiàn)場的管理,而不是單一的要求提高有機保溫材料的燃燒性能等級。
    2.幕墻保溫體系的火災與抹灰類保溫體系的火災風險不同。*新址北配樓火災和沈陽皇朝萬鑫酒店火災都是幕墻結(jié)構(gòu)火災,與我們通常意義上的外墻外保溫火災不同。幕墻保溫的防火應(yīng)有更嚴格的規(guī)定,并且是今后研究的重點。采用不燃材料是一種解決措施,但還應(yīng)結(jié)合空腔分隔措施,才能保證整體防火安全。
    3.解決我國外墻外保溫系統(tǒng)的防火問題,從根本上講要提高和改進保溫材料的耐燃性能。在目前可燃類保溫材料無法退出市場的情況下,必須保證材料的燃燒性能不低于B2級,這是外墻外保溫系統(tǒng)防火的基礎(chǔ)。
    4.增加防火構(gòu)造可有效地提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能,這是目前解決外墻外保溫系統(tǒng)防火問題的主要措施。材料防火與構(gòu)造防火相結(jié)合,才能保證外墻保溫在建筑節(jié)能與消防安全間尋得平衡,使兩者協(xié)調(diào)發(fā)展,保證國家節(jié)能減排目標的順利實現(xiàn)。
    5.對不同類型和高度的建筑所采用的外墻外保溫材料和構(gòu)造系統(tǒng)應(yīng)有不同的要求。
    6.當采用的外墻外保溫材料燃燒性能指標較低時,可通過強化構(gòu)造防火的方式彌補。例如,加強隔離帶、加設(shè)防火玻璃窗等,以實現(xiàn)系統(tǒng)整體安全的目標。
    7.如何區(qū)別對待不同防火等級的外墻外保溫系統(tǒng)是我們面對的一個新問題。因此,必須盡快建立一套完整的外墻外保溫構(gòu)造及配套材料的防火性能測試方法與評價標準。
    外墻外保溫技術(shù)發(fā)展的目標應(yīng)是在滿足節(jié)能減排要求的同時,集保溫、防火、裝飾等多功能于一體,并且與建筑同壽命,zui大限度地實現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)保"的新型建筑發(fā)展理念。

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