（环境工程专业论文）复合保温风管与高层建筑的实体火灾研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第f 页 捅要 本文主要描述的是针对目前的城市建筑中，空调系统的广泛使用使得通风管道的 应用数量大增。除了传统的铁皮风管和玻璃钢风管外，用保温板直接制作的新型复合 保温风管开始引起建筑暖通行业的广泛关注，这类新型风管在实际工程中确实解决了 许多传统风管无法克服的问题，其优越性主要表现在施工方便和价格便利等方面，这 些优势是许多不燃材料风管不可比拟的，但其燃烧性能方面无法满足国家法规的要求 同时也严重妨碍了产品的推广和发展。因为按强制性防火设计规范的要求风管产品必 须达到不燃性a 级。为此我所成立课题组，针对此类风管的使用情况以及在高层建筑 使用的安全性能进行实验研究。本文的实验中，选用了酚醛风管、铁皮风管、聚氨酯 泡沫风管、玻璃棉风管、聚苯乙烯风管、外包羊毛毡的铁皮风管进行了实体火灾实验 研究。此实验研究的出发点是考察产品在一个防火分区的应用。在满足本文中的火灾 荷载等条件下进行的试验，同时在遵照实验现象的基础上，通过广泛的分析和讨论， 得出以下研究结论： 1 、铁皮风管试验的整个实验过程中风管基本完好无损，说明铁皮风管没有 使起火房间的火灾产生蔓延，没有扩大火灾，在建筑中的使用是安全的。 2 、4 类复合保温风管在选定的试验条件下，起火房间风管受火时均发生了燃 烧跨塌，所表现出的燃烧特性基本相同，其因自身的燃烧增加的火灾荷 载对整个火灾荷载来说相对较小，可忽略：在相邻房间4 类风管的耐火 完整性方面有所差异。 3 、酚醛风管在试验过程中，其隔壁房间穿墙处风管基本完好，没有使起火 房间的火灾产生蔓延，没有扩大火灾。 4 、聚氨脂风管、玻璃棉风管、聚苯乙烯风管在试验过程中，其隔壁房间穿 墙处风管发生了燃烧并发生了局部跨塌，说明火灾发生时，风管有使火 灾产生蔓延的趋势。但风管局部的燃烧和跨塌，并未引燃下面的沙发， 说明风管使得起火房间火灾蔓延的程度有限，扩大火灾的程度有限。其 次，在隔壁房间洞口处有火焰或者火星通过孔洞蔓延，对隔壁房间产生 了一定的危害，但由于在实际工程中，风管穿墙的接口有更严密的措施 5 、 6 、 关键词： 如水泥砂浆抹平、使用封堵材料等，这样减少了风管以及孔洞等因素对 隔壁房间火灾的影响。 在增加一定施工措施，如在安装过程中采用阻燃胶带以及在风管穿墙处 的孔洞周围不布置易燃物情况下，满足难燃b l 级要求的复合风管建议可 作为建筑物空调通风管道使用。 实验的现象和结果可作为规范修改的参考和依据。 复合保温风管：火灾蔓延：火灾荷载；高层建筑 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e sm ev i e wo ft l l ec u r r tc i t yb u i l d i n g ，t l l ea i rc o n d i t i o n i n gs y s t 锄 m a l ( 船e x t 铋s i v eu s eo fag r e 砷盯i n c r e 筋ei nt h e 印p l i c a t i o no fv e n t i l a t i o nd u c t s i na d d i t i o n t 0 订a d i t i o n a lm e t a ld u c t 锄df i b e r g l 私sd u c t ，m eu s eo fm ed i r e c tp r o d u c t i o no fan e wt y p e o fi n s u l a t i o nb o a r dc o m p o s i t ei n s u l a t i o nh 、，a cd u c tc o n s 仃u c t i o ni n d u s 臼嗲h 嬲b e 母mt 0 种瞳a c tw i d ea t t 锄t i o n ，n e wt y p eo fd u c ti nt l l e t u a lp r o j e c th 邪他a l l ys o l v c dm 锄y o ft h e 仃a d i t i o n a ld u c ti i l 轴珊o u 眦如l ep r o b l e m s ，t h em a i na d v 孤t a g e s o f 也e d u c t sa 托 c o n v 饥i 印c e 锄d 州c ep e r f 0 咖锄i nt 1 1 ec o n s 仇l c t i o no ff a c i l i t i e s ，e t c ，廿l e s ea d v 柏段l g e s a r em 锄vn o n c o m b u s t i b l em a t 耐a l s c 觚n o tb em a t c h c d ，b u tm e i r sc o m b u s t i o n p 拍n i l 锄c ec 龃n o tm e e t l e 嘲u i 舢饥t so fn a t i o n a ll 嘻s l a t i o n w h i c ho r d 锻廿1 e r c q u i r e m t so ft l l em 锄d a t 0 d ，f i 他s a f 酞yd e s i 印o f 廿l e 、i n dp i p ep r o d u c tm u s t m e c tc l 邪s an o n - n a m m a b l e ，t h i sr c ：g u l 撕o ns c v e 代l yh a m p e dt h ep r o m o t i o n 锄dd e v e l o p m to f p r o ( 1 u c t s s o ，w es e tu p “s d i s c u s s i o ng r o u p ，f o rt h el i s eo fs u c ha i rd u c t 趾dt h el l s eo f h i 曲r i s eb u i l d i i l g ss t u d y m es a f i e t yp e 响册锄c e i nm 嚣ee x p 耐m 锄t s ，w es e l c c t e d p h 锄o l i cd u c t ，m e t a ld u c t p o l y u r e t l l 锄ed u c t m i n e r a l w o o ld u c t p o l y s t ”m ed u c t o u t s o u r c i n gs h e 印f e l t 也em e t a ld u c tf o rm o d e lt y p 髓o f d u c t st 0c o n d u c tf i 他t e s t s t h e p o i n to ft h e s e 弧p e r i m 锄t si st oi n v e s t i g a t et 1 1 ep r o d u c ti naj f i r ed i s t r i 甜sa p p l i c 撕o n 1 1 1 c f i 他l o a di nt l l ee 砰屺d m 即陋m o c t 也ec o n d i t i o 璐w 】h i c hb et o l di nm ep 印讪m ei n c o r d 锄c e 、i t l le x p 耐m 钮t a lr e 姒l t s ，b 勰e do ne x t s i v e 觚a l y s i s 锄dd i s c u s s i o nb y d r a w t l l ef o l l o 诵n gc o n c l u s i o n s ： 1 t l h em e t a jd u c tw 弱b 弱i c a l l yi n t e 伊瞰e dn l r o u g l l o u tm ee ) 【p 盯i i n 铋tw h i c h i n d i c a t e dt l l em e t a ld u c td i dn o tm a k e l es p r e a do fj f i r e si nt l l ef i r er o o m ，觚d 也e r ew 舔n oe x p a n s i o no ft h ej e i r e n 伽lb es a f c l yi 塔c di nt l l eb u i l d i n g 2 u n d 盯s e l e c t e dc x p 耐m 如t a lc o n d i t i o n s ， f o u r t y p 懿 o ft l l e c o m p o u n d i n 鲫l a t e dd u c t si i lt l l e 觚r o o mc o l l 印s c dw h 锄b u m i n g ，锄dt l l e ys h o w e dt l i e s 锄ec o m b u s t i o nc h 盯a c t e r i s t i c si nt l l ee x p 甜m 饥t s t h ei n c r c 勰c df i ml o a d w h i c hi sd u et 0m e i 璐o w nc o m b u s t i o ni sr c l 撕v e l y 锄a l lt 0t l i ew h o l ef i r c l o 砜n e g l i 咖l e ；f o u rt y p 懿o f m ec o m p o 弧di n s u l a t c dd u c t si i lt l l e 刎a c 锄t r o 咖h a ds o m ed i f f e r e n c ei i li n t e 班t y 3 i i lt i i ec o u 璐eo ft l i ec x p e r i m t t l l ep h 锄o l i cd u c tr u r m i n gt l l r o u g l lt l l ew a l lo f 也ea d j tr o o mw 弱a l m o s ti n t e 酣t y i td i dn o tm a k cm e 懿t 吼s i o no ft l l e f i 坞 4 i i lt l l ee x p 甜m t s ，t l l ep o l y u r e m 锄ed u c t ，m i n e r a lw o o ld u c t ，p o l y s t y r 锄c d u c tn m n i n gt h r o u 曲t l l ew a l lo fm ea d j a 咖tr o o mp a n l yc o l l 印s e d ，、) ，h i c h 6 s h o w c du st l l e s et y p e so ft h ed u c t sw o u l dm a k et l l ee x t 锄s i o no f 也ef i r e b u t 廿l ep a n l yc o l l a p s e 锄dt h ec o m b u s t i o no ft l l ed u c t sd i dn o ti 皿i t e dt l l e s o f a b e l o w i ts h o w e dt l l e s ed u c t ss p r e a dt l l ef i r el i m i t e d l y t h es e c o n d ，t 1 1 es t r i c t m e 嬲u r e sh a db e e i ld o n eo nt l l ej o i n to ft h ed u c t st h r o u 曲n l ew a l l ，s u c h 弱 p i a s t 嘶n gc e m 锄tm o r t a r t l l eu s eo ft l l es e a lm a t e r i a l s 试t l l ep r a c t i c a l 如g i n e 鲥n g ，a l t l l o u g l lt l l es p r c a do ff l 锄eo rm a r st i 啪u g l lt h eh o i eo f 也e 删a 伽tr o o mm i g h tm a l c es o m ed 锄g e r o u st 0t h er o o m ，t 1 1 ep b a b m t yo ft 1 1 e d 姗a g e sb yt l l 髓ed u c t s 觚dm eh o l ei nt h ew a l lw o u l db ed e c r e 雒e d u n d 钉t 1 1 ec o n d i t i o no f c o n s t m 嘶n gs o m ea d d i t i o n a lm e 筋u r e si nt h ep r a 鲥c e ， 跚c h 猫u s i i l gn 锄e r e t a r d a n ta d h e s i v et a p ed u d n gt h ei n s t a l l a t i o no fn l e d u c t s 觚dd on o t 叙s o m ec o m b u s t i b l em a t 刚a l sa r o u n dt h ed u c t s 廿l r o u 功t 1 1 e o p 肌i n go ft l l ew a l l ，t h ec o m p o u n di n s u l a t e dd u c tw h i c hm tn l e 掣a d eb1o f 也e 咖m d a r dc 缸b eu s 酣私a i rc o n d i t i o i l i n g 锄dv e i l t i l 撕o nd u c t s n ep h o m 锄a 锄dr e s u l t si nt l l ec ) 【p 嘶m e i l t sc 姐b eu s 酣嬲r e f h n c e 粕d b a s i sf o rm o d i f i c a t i o ft h ec o d e k e yw o r d s ：c o m p o u i l di i l s u l a t e dd u c t ；f i 他e x t s i o n ；f i 他l o a d ；h i g l lb u i l d i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 火灾是一种很复杂的物理化学过程【l 剖。近年来，随着我国经济建设的快速发展， 导致火灾发生的因素也大量增加，火灾潜在隐患越来越严重。火灾的发生已从地面( 森 林火灾等) 发展到地下( 地铁、地下商场火灾等) ，从固定环境( 建筑火灾等) 发展到移动 环境( 如交通工具火灾等) ，而火灾事故的发生频次和火灾造成的直接损失也不断上升 【1 1o 根据我国消防部门统计，2 0 0 8 年全年共发生火灾1 3 3 万起( 不含森林、草原、 军队、矿井地下部分火灾，) ，死亡1 3 8 5 人，受伤6 8 4 人，直接财产损失1 5 亿元【2 】 建筑火灾，是指烧损建筑物及该建筑物内容纳物品的燃烧现象，是一种受限空间 下的火灾现象。人们在各种类型的建筑物内生产和生活，这些建筑物是财富高度集中 的地方，所以各类火灾中，对人们的生产和生活造成最严重、最直接损害的火灾就是 建筑火灾。由于造成建筑火灾的起火因素众多，火灾发生后建筑物内部的装修装饰材 料及相关设施燃烧的速度快，火灾的蔓延途径也很多，造成消防部门对人员的疏散和 对建筑物的扑救难度增大，这样火灾会造成很大的经济损失和人员伤亡。所以，在各 个国家的各个历史时期，建筑火灾一直都是火灾防治的主要问题。 随着高层建筑越来越多，中央空调已经成为公共建筑不可缺少的组成部分。空调 系统的广泛使用使得通风管道的应用数量大增。由于通风管道在高层建筑物中广泛分 布，它作为高层建筑物中的主要组成设施，也是火灾蔓延的主要途径，其燃烧性能的 课题研究在建筑火灾研究中变得非常重要。随着高层建筑物的发展，风管的类型也变 得越来越多样化。在现今市场上，使用在高层建筑物中的通风管道主要有三种：镀锌 薄钢板风管( 即铁皮风管) 、玻璃钢风管和复合保温风管( 一种新型风管，由保温板 直接制作而成的) 。有关资料显示，1 9 9 7 年，传统薄钢板风管在我国通风管道中的使 用比例为9 5 以上，而到了2 0 0 3 年这一比例已经降为8 0 8 5 ，取而代之的是各 种新型复合保温风管，市场份额达到了1 0 1 5 ，2 0 0 4 年至2 0 0 5 年复合保温风管 在建筑物中的应用比例呈持续增长势头。这类新型风管在实际工程中确实解决了许多 传统风管无法克服的问题，其优越性主要表现在施工方便和价格便利等方面，这些优 势是许多不燃材料风管不可比拟的，但是我国高层民用建筑设计防火规范规定通 风管道的燃烧性能必须达到不燃性a 级( 这是因为通风管道贯穿在整个建筑物中，火 灾一旦通过通风管道进行蔓延，那火灾对建筑物及建筑物内的人员和财物造成的损害 相当之大，国内外这样的例子并不鲜见，所以我国对通风管道的燃烧性能有严格的规 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 定) 。而新型复合保温风管的燃烧性能方面无法满足国家防火设计规范的要求，从而 严重妨碍了该类产品的推广和发展。 1 2 研究目的 根据高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) 2 0 0 5 年版的下列规定：8 5 6 通风、空气调节系统的管道等，应采用不燃烧材料制作，但接触腐蚀性介质的风管和 柔性接头，可采用难燃烧材料制作。由于复合保温风管的组成材料多数达不到不燃材 料的要求，与规范标准的规定不相符合，能否用于实际建筑物中便是本研究报告涉及 的主要内容。由于这些规定的限制，使这些产品在高层建筑中使用具有不合法性。8 5 6 的条文说明中解释了选择不燃材料制作风管的原因：采用可燃材料的通风系统，扩大 火灾的速度更快，危害大。目前，各种住宅建筑、工业建筑以及公共建筑内都安装有 通风管网，这些通风管网贯穿在整个建筑物中，就是贯穿了这个建筑物的整个防火分 区，所以一旦发生火灾，如果通风管道发生了火灾蔓延，其后果是非常严重的。围绕 这些问题，所以我们开展了复合保温风管的高层实体火灾实验研究工作。此次实验的 目的就是要验证复合保温风管在高层建筑内安全使用的可行性，并为高规相关条 款修改的可行性提供参考资料。 1 3 研究内容 本课题首先从防止火灾蔓延的原则考虑，通过试验探讨在一个防火分区或特殊 房间内局部使用复合保温风管的可行性，试验设置风管道穿过房间隔墙，孔洞未设防 火阀的情况下，起火房间的燃烧对相临房间的影响。除风管在建筑中防火性能外，还 考查了其燃烧性能，包括火焰蔓延、烟气蔓延等。 确定符合要求的判断条件。初步从几个方面考虑：在规定的时间内观察其起火 房间风管的完整性、相临房间管道内外温度变化情况、辐射情况、烟气蔓延情况等。 用相应的仪器仪表进行测试。并对以上情况等进行综合分析，确定复合保温风管应用 的技术参数和使用效果。通过做此类实验以及对实验的结果分析，我们研究的内容有 两点：一是，镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) 作为不燃材料制作而成的风管，在建筑 中使用其安全性体现在哪些方面：二是，参照现行高规8 5 6 的条文说明，通过试 验观察复合保温风管在实际火灾中与镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) 等不燃材料制作 成的风管相比，其火灾危害性如何，如果难燃材料在试验中发生扩大火灾等危害时， 我们是否可以通过采取某些措施来实现阻止这种扩大蔓延的危害等。 1 3 1 目前市场上现有的通风管道类别 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 ) 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管工程上较早使用的风管，它是由镀 锌薄钢板制作而成。 2 ) 无机玻璃钢风管：该类风管是由玻璃纤维增强无机材料制作而成。 3 ) 复合保温风管：该类风管是将铝箔、铝箔加筋等材料作为面板复合在保温材料 芯材上制作而成。 1 3 2 三种风管的比较 1 ) 是否具有消声功能 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管无消声性能，而且在送风、出风的过程 中还容易产生二次噪音。 无机玻璃钢风管：无消声性能。 复合保温风管：由于该类风管的原材料具有吸音性能，该类风管有消声性能。 2 ) 能否保温 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管无保温性能。 无机玻璃钢风管：该类风管无保温性能。 复合保温风管：该类风管具有良好的保温性能。 3 ) 燃烧性能 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管不燃，但由于该类风管无保温功能，需 要外加保温层，还要参考工程上具体使用的保温层材料的燃烧性能。 无机玻璃钢风管：该类风管不燃，但由于该类风管无保温功能，需要外加保温层， 还要参考工程上具体使用的保温层材料的燃烧性能。 复合保温风管：一般为难燃性b l 级。 4 ) 防潮性 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管易腐蚀，只能输送含湿量小的空气。 无机玻璃钢风管：由于该类风管的原材料的性能影响，容易受潮。 复合保温风管：该类风管具有良好的防潮性能。 5 ) 漏风量 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：漏风量大 无机玻璃钢风管：漏风量大。 复合保温风管：漏风量几乎是0 。 6 ) 强度 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：强度较高。 无机玻璃钢风管：强度较高，但易碎。 复合保温风管：该类风管能满足一般通风空调的承压要求，风压在5 0 0p a 时，管壁 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 变形量不大于1 。壁厚为2 5m m 时能承受8 0 0p a 静压力，如需承受更大压力时或风 管边长在6 3 0m m 以上的可按风压大小及设计要求进行加固，最高可承受风压15 0 0 p a 。 7 ) 使用年限 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：由于该类风管防潮性能差，容易被腐蚀。其使用年 限一般为5 年。1 0 年。 无机玻璃钢风管：由于该类风管易碎，而且镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) 一样 容易受潮，所以其使用年限也较短，差不多5 年一1 0 年。 复合保温风管：该类风管的制作材料防潮性能好，不容易老化，其使用年限一般 为1 0 年一3 0 年。 8 ) 实际施工安装的难易度 镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) ：该类风管制作周期比较长，加上其自重大，使 得其在实际的工程安装中难度大。如果在实际安装过程中遇见需要更改风管的时候， 就会造成安装周期延长，加上该类风管无保温功能，需要在安装好风管过后再安装保 温层，这也会延长安装周期。安装保温层以及给该类风管加装消声器( 因为该类风管 没有消声功能) 这些都会增加安装工程的工程量和施工难度。可见该类风管的实际安 装工程比较难。 无机玻璃钢风管：该类风管的实际施工安装难易度同镀锌薄钢板风管( 即铁皮风 管) ，加上该类风管易碎，更增加了实际施工的难度。 复合保温风管：该类风管制作周期短，自重轻，易安装，可比较容易根据施工现 在的要求进行改变，且具有保温和消声功能，可以不用像镀锌薄钢板风管( 即铁皮风 管) 那样进行二次安装，还可以节省吊顶的净空。缺点就是，材料强度不够高，实际 安装中注意以免损坏。 通过以上各项的比较，复合保温风管这类新型风管在各个方面都占有许多不燃 材料制作成的风管不可比拟的优势，在实际工程中这类新型风管也确实解决了许多传 统风管无法克服的问题，其优越性在施工方便、节约能源、价格便利等方面也有表现。 随着我国经济建设的发展，各类复合保温风管已在各类建筑物工程中大量使用。我 国高层民用建筑设计防火规范规定通风管道的燃烧性能必须达到不燃性a 级( 这 是因为通风管道贯穿在整个建筑物中，火灾一旦通过通风管道进行蔓延，那火灾对建 筑物及建筑物内的人员和财物造成的损害相当之大，国内外这样的例子并不鲜见，所 以我国对通风管道的燃烧性能有严格的规定) ，这就造成了这些复合保温风管产品与 技术在应用中与现行各类建筑设计防火规范的要求都有较大的差距，主要是该类复合 保温风管的燃烧性能指标达不到相关防火设计规范的要求，我们通过此次试验目的就 是验证酚醛风管在实际火灾中与镀锌薄钢板风管( 即铁皮风管) 等不燃材料制作成的 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 风管相比，有没有使火灾扩大的速度更快以及有没有使火灾造成的危害增大此类风 管在实际工程中是否可以使用，如果复合保温风管材料在试验中有发生扩大火灾等危 害时，我们可以通过采取那些措施来实现阻止这种扩大蔓延的危害等。 1 4 研究现状 1 4 1 研究理论现状 随着我国经济的快步发展，高层建筑越来越多，中央空调已经成为民用建筑、 工业建筑以及公共建筑中不可缺少的组成部分。空调系统已经广泛的应用在各种建筑 物中，这使得通风管道的使用数量大幅增加。如今通风空调系统的作用也有了新的增 加，已经不仅仅是用来给工作和生活环境工业加湿、去湿和工业通风及地下防空设施 等的送排风和排烟的这些用途，还增加了一些新用途，这些新用途就是对建筑物中的 智能空气温湿度进行调节、空气过滤和其它特殊功能要求。通风空调系统用途的扩大， 使得其在实际建筑物工程中的应用范围也随着增大。由于通风管道在高层建筑物中广 泛分布，并且贯穿整个建筑的防火分区，是火灾蔓延的主要途径，所以通风管道如果 造成了火灾在建筑物里蔓延，那将造成很严重的后果。国内外由于通风管道成为火灾 蔓延途径造成巨大损失的例子很多。例如：2 0 0 2 年1 2 月，重庆中天大酒店1 3 楼起火， 火势顺着排烟道蔓延到1 4 层，又引燃1 4 层通风管道周围的可燃物，火势继续通过排 烟道向上蔓延至2 2 层：1 9 8 0 年1 1 月2 1 日发生在美国米高梅旅馆的火灾，火灾中燃 烧产生的有毒气体通过通风空调系统传送到各个房间，造成了大量人员伤亡；发生在 美国佐治亚州亚特兰大“文考夫”饭店的火灾，由于饭店里的通风空调系统的竖向管道 助长了火势的蔓延，造成了建筑物几近烧毁，死伤2 2 0 多人【3 】。所以通风管道作为高 层建筑物中的主要组成设施，其燃烧性能、相关的设计及安装的课题研究在建筑火灾 研究中变得非常重要。 国内外的相关标准和指南对通风管道材料的选用做了具体规定，但是鉴于通风空 调系统应用于建筑物中的时间比较短，对于通风空调系统的火灾研究还处于比较初级 的阶段。所以，对于常见的通风空调系统管网，通风管道作为着火点发生火灾的可能 性有多大、通风管道作为火灾的传播途径的可能性有多大、通风管道造成火灾蔓延到 其它房间的可能性多大等这些问题依然存在，目前还没有解决针对以上问题的结论。 因此，我们还需要继续开展相关火灾研究工作来深入分析解决这些问题。 1 4 2 研究方法现状 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 4 2 1 实体火灾实验研究方法 建筑火灾是个很复杂的过程，为了了解这个过程，通常人们都会根据不同的实验 研究要求，在实验室中建立尺寸比例不同的构件来模拟火灾现场进行典型建筑物和存 在于典型建筑物内的设施的火灾实验研究。由于实体火灾实验得到的数据要比缩小比 例的火灾实验得到的数据的真实性高，大多时候我们都是在相关建筑物的实验室中建 立实体的构件，模拟火灾现场，通过观察实体火灾的实验现象，以及分析实体火灾实 验中得到的实验数据，从而对该构件的实体火灾现象进行研究。实体火灾实验能够比 较直观的表现出火灾的整个或部分过程，其实验得到的相关数据及实验所收集到的相 关实验现象对火灾研究有很大的贡献。由此可见，实体火灾实验研究是非常重要的。 本文就是基于建立实尺寸模型进行研究高层实体通风风管的耐火性研究。 1 4 2 2 数值方法 实体火灾实验研究尽管非常重要，但是由于实体火灾研究投入的研究经费比较 大、实验进行的周期也比较长。有时候人们就通过数值方法来给火灾研究工作提供实 验数据和火灾发展过程。数值方法就是根据多次实验得到的经验公式和实际火灾过 程，通过计算机建立数据模型，模拟出各种层次、各种类型的火灾过程，然后通过计 算机计算出相关研究所需要的数据。数值方法的主要优点就是周期短，投入的研究经 费也少，而且能够模拟难以建立实体火灾实验的火灾实验，也能够为相关的火灾实验 研究提供有价值的参考数据。 1 4 3 复合保温风管高层建筑防火设计可行性研究国内外对比分析 通过查阅国内外相关资料，以及实地调研等工作，对复合保温风管高层建筑防火 设计可行性的研究领域有了较充分的了解。拟从国内外标准及规范要求和应用情况、 由于风管使用不当造成的火灾情况及相关课题研究进行对比分析。现简介如下： 一、标准及规范要求和应用情况对比分析。 1 、国内 高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) 2 0 0 5 年有下列规定：8 5 6 通风、 空气调节系统的管道等，应采用不燃烧材料制作，但接触腐蚀性介质的风管和柔性接 头，可采用难燃烧材料制作】。即按强制性防火设计规范的要求，风管的燃烧性能需 达到不燃性a 级。 2 、 国外 n f p l a l 0 15 2 3 9 2 有下列规定： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 安装加压设备与管道应位于 ( a ) 建筑物外部且直接通过用不燃结构进行封闭的管道与楼梯相连；或 ( b ) 封闭楼梯间内，送风或排烟直接排向户外或通过由耐火极限为2 h 的构件 进行封闭的管道排向户外；或 ( c ) 如果被耐火极限为2 h 的构件与建筑物其它部位( 包括其它机械设备) 隔 开，那么应位于建筑物内。 例外：在由经批准并被监控的自动水喷淋系统( 符合7 7 的要求) 实施全保护的建 筑物( 包括楼道封闭间) 中，耐火极限至少为l h 。 所有情况下，具有耐火等级的开口仅限于那些用作养护和操作的开口，且应按照 6 2 3 2 3 的要求用自动关闭式防火装置进行保护。 n a i i a( n o r t ha m e i u c a ni n s u l a t l o nn i a n u f a c t u r e r s a s s o c i a t l o n ) 北美绝热材料制造者协会： 限制： 玻璃纤维风管系统不能应用于下列情况 a 、厨房或者排烟风管，或者运输固体或腐蚀性气体 b 、安装在混凝土或埋在基准面以下 c 、室外 d 、作为预制设备的包装和( 或) 护盖 e 、紧挨着没有辐射保护的高温电热盘管。参考n f p a 9 0 a 和本标准的2 3 6 和2 3 7 来进 行合理设计。 f 、风管系统在垂直方向不能超过2 层 g 、没有自动控制最高温度的任何类型的设备 h 、以煤或木材为燃料的设备 i 、在变风量系统的高压一侧，除非加强承受全部风机压力 j 、除了在2 3 9 指出的在穿越墙的地方金属套管要采用防火阀外，当穿越结构时同样 需要使用防火阀。 配置附件 当配置附件时，风管系统要有足够的支撑力提供给这些材料和设备，使它 不会破坏风管材料。特别重要的是在同一套管或配置面板上同时设置阀门和动作 器。 湿气控制 在下列情况下应该注意避免风管板材在液态水中浸泡： 1 、当使用蒸发器或加湿器时，有水进入系统的装置周围的附近面积要采用 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 滴水盘和金属套管加以保护。 2 、在无调节空间和仅用于制冷的风管系统中的送、回风口，应该关紧以防 止在供热季节风管系统中冷凝水气的积聚。 3 、玻璃纤维风管材料如果在安装之前过安装过程中，在工作区域已经变湿， 则不应该在安装。在使用中的风管如果发现变湿则需要更换。参考产品手册获得 更多信息。 n f p a 9 0 a 空调和通风系统的安装标准： 2 3 1 风管 2 3 1 1 风管允许为刚性或柔性的，并且构造材料应该满足风管系统使用时的强度 和密封要求，如送风系统，回风或通风系统，和变风量压力空气系统。 2 3 1 2 风管应该由下面的材料构成： a )钢、铁、铝、铜、混凝土、砖石或者粘土砖。 b )按照u l1 8 l 风管安全生产和连接标准测试的刚性或者柔性风管，能够达到o 级或1 级的材料，并且安装时符合列出条件。 例外1 ：0 级或者l 级刚性或柔性风管在垂直方向安装时，不能超过两层楼。 例外2 ：0 级或者l 级刚性或柔性风管不能用于输送温度超过2 5 0 下( 1 2 1 ) 的空 气。 c ) 在正常使用时送风温度不超过1 2 5 下( 5 2 ) 的风管，负压通风或送风风管允许 由最大火焰传播指数为2 5 ，但没有明显持续燃烧现象，并且最大烟气增长指数为5 0 的石膏板构成。 例外：对于应急排烟风管，最大送风温度为1 2 5 下( 5 2 ) 的风管不能采用石膏板 材料。 d ) 在风管使用上，所有风管材料都应适合持续暴露于周围环境的温度和湿度条件 下。 2 3 1 3 风管的材料、厚度、结构和安装都应有满足实际使用时的结构强度和耐候性。 风管应该考虑满足下面这些结构和安装的要求： a )s m a c n a 玻璃纤维结构标准；s m a c n ah v a c 风管结构标准，刚性和柔性； s m a c n ah v a c 风管泄露测试手册，任何一个都可用，或者 b )1 9 9 2 a s h r a e 手册，h a v c 系统和设备， c )对于风管结构没有现行的标准，它们结构应该承受系统的正压和负压的要求。 i n t e m a t i o n a im e c h a n i c a lc o d e 国际机械规范 【b 】6 0 1 2 走廊安全出口不能设置通风空调系统。除了以下几种情况外： l 、作为以下区域走廊之上的开口且是排气系统。包括；洗手间、卫生间、浴室、 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 更衣间、吸烟室、有人看守储藏室。 2 、在单元住宅中，而且是自然通风走廊的设置将不受限制。 3 、小于9 3 平米的房间，而且是自然通风走廊的设置将不受限制。 【b 6 0 1 2 1 在满足下列一种或几种情况下，管道送风系统是可以安装在走廊天花 板上，或者是楼板，屋顶处： 1 、走廊不作为防火分隔使用。 2 、走廊不属于防火分区内使用。 3 、走廊设置的空调系统不影响感烟探测器的使用。 4 、走廊设置的空调系统不影响自动喷水系统的使用。 5 、走廊天花板上，或者是楼板，屋顶处设置了可允许使用的空调系统。 ： 【b 9 0 9 5 2 1 管道和空气转换洞口。管道和空气转换洞口必须遵循国际建筑规范与 最低的i i 类，2 5 0 0 f ( 1 2 1 0 c ) 的防烟阀保护 9 0 9 1 8 2 安装位置。经核准的排烟，排热口应被安装在建筑底层的项部或者在9 l o 2 1 到9 l o 2 4 中列出需要应用的相关部分 在独立的地区，有超过5 0 ，0 0 0 平方英尺( 4 “5m 2 ) 用做f 1o rs 1 类型的建筑和部分。 例外：q 0 u ps 1 航天器修理库 在单一的地面区域，在被分类为g i - o u ph 20 rh 3 它们当中任何一个超过1 5 ，o o o 平方 英尺( 1 3 9 4m 2 ) 的使用空间内。例外：包含唯一不燃材料的不燃建筑物 在建筑物内用于存储由高危险性用品分类所必需的2 ，3 和4 类液态或固态氧化剂，l 类和未分类的易爆的有机过氧化物，3 类和4 类不稳定的( 易反应的) 物质，或者2 类或 3 类遇水反应的物质的 h 组区域类。例外：包含唯一不燃材料的不燃建筑物 在任何占用组类内的包含高度可燃原料或酒类仓库的建筑物或部分要遵循4 1 3 部分 和国际火灾标准。 9 1 0 3 2 风口直径。有效得排风区域不应该少于1 6 平方英尺( 1 5m 2 ) ，直径不能少于4 英尺( 1 2 1 9m m ) 。 9 l o 3 3 风口位置。排烟和排热口应该位于靠近a d j a c 锄tl o tl i n e s 和防火墙2 0 英尺( 6 0 9 6 m m ) 位置或着更多，位于靠近防火隔板1 0 英尺( 3 0 4 8m m ) 位置或者更多。风口应该一律 位于存储量大的仓库上面得项部区域内，这是考虑到了特定的顶部斜度，设计的窗帘 位置，喷淋位置和建筑的成分 i n t e r n a 廿o n a ib u i l d i n gc o d e l 7 1 6 5 4 防火分区。防火分区内的风管穿越应当与被核准的防火阀根据他们的安装条 款受到保护。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 风管系统根据国际机械规范经核准的材料建造。并且风管穿越隔墙符合下面所有最 小值的要求： 2 1 风管面积应该不超过1 0 0 平方英寸( o 0 6m 2 ) 。 2 2 风管应当用的最小值为o 0 2 1 7 英寸( 0 5 5m m ) 厚度钢材质建造 2 3 风管不应当有沟通走廊与相邻区域的洞 2 4 风管应当被安装在天花板以上 2 5 风管不应当终止于在具有标注耐火等级的墙 2 6 在每个风管洞口的中心应当有一个最小值为1 2 英寸长( o 3 0m ) ，0 0 6 0 英尺厚( 1 5 2 m m ) 的铁片 7 1 6 7 柔性管道和空气连接器。柔性管道和空气连接器不能通过任何耐火等级的公共 建筑，柔性空气连接器不应通过任何墙面，地板或者天花板。 9 l o 3 3 风口位置。排烟和排热口应该位于靠近临近线和防火墙2 0 英尺( 6 0 9 6m m ) 位置或着更多，位于靠近防火隔板1 0 英尺( 3 0 4 8m m ) 位置或者更多。风口应该一律位 于存储量大的仓库上面得顶部区域内，这是考虑到了特定的项部斜度，窗帘设计的位 置，喷淋位置和建筑的成分。 应用情况方面，复合保温风管作为通风、空气调节系统的管道等在国外应用较 早，相关配套设施完善。在我国作为新兴产业，发展迅速，应用范围广泛，通过对生 产厂家及工程应用情况进行实地调研，我们掌握了复合保温风管在具有代表性建筑中 的使用情况： l 、在高层建筑中使用。我们调研的广州颐高电脑城属高层建筑，1 5 层裙房部 位，送风系统中采用了酚醛泡沫复合风管。是在同层区域穿越，未穿越上下层防火分 区，但其穿越了防火卷帘和墙体部分，在穿越的洞口部分未做填充材料堵实，两边未 设自动喷淋设备和防火阀，管道其转角或与支管连接处、与风机连接处均用耐火胶黏 结，某些连接部位处用耐火胶管包裹。 2 、在普通建筑中使用。深圳滨河中学的教学楼部分采用了由酚醛复合风管作为管 道的制冷系统，其制冷系统由风机、冷却片、复合保温风管、自来水水流组成，每一 层外均有一个风机和散热片，风流由复合保温风管进入室内，每一层的的风流只在此 层使用，复合保温风管穿越同层区域，没有穿越上下层部分，水流依次通过各层的金 属冷却片。 3 、在公共建筑，大空间建筑中使用。广州大学城生活动中心的礼堂内采用了复合 保温风管作为送风系统。风管与风机接触处用橡胶包裹，风管外层有层铝箔包裹，风 管穿过机房墙体到达走廊，其穿越处缝隙未做处理，风管穿过走廊，即而又穿过礼堂 的墙体到达礼堂，因此风管穿越了不同的使用功能区，个别部位安装了防火阀。 根据上述情况，不论是国内还是国外规范及标准，都对风管的使用以及安装方 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 式进行了一定的要求和限制，在建筑中，尤其当风管穿越防火分区、走廊、垂直方向 楼层等重要位置处的国外规范要求非常严格。同时，国外规范及标准，对风管在高层 建筑中使用没有单独要求，这说明不论是高层建筑还是普通建筑，都应当遵守以上条 例。我国的高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) 2 0 0 5 年版专门有针对提出 风管在高层建筑中的使用要求，联系到现在市场上复合保温风管的广泛使用，风管的 使用是否安全，立足于建筑消防安全和消防科学的研究，我们开展了本课题的研究。 二、由于风管使用不当造成的火灾情况 当高层建筑发生火灾时，由通风、空调系统的风管引起火灾迅速蔓延造成重大 损失的案例较多，如2 0 0 2 年1 2 月，重庆中天大酒店1 3 楼起火，火势顺着排烟道蔓 延到1 4 层，又引燃1 4 层通风管道周围的可燃物，火势继续通过排烟道向上蔓延至2 2 层；1 9 8 0 年1 1 月2 1 日发生在美国米高梅旅馆的火灾，火灾中燃烧产生的有毒气体通 过通风空调系统传送到各个房间，造成了大量人员伤亡；发生在美国佐治亚州亚特兰 大“文考夫”饭店的火灾，由于饭店里的通风空调系统的竖向管道助长了火势的蔓延， 造成了建筑物几近烧毁，死伤2 2 0 多人。 三、相关课题研究对比分析 根据我们了解的情况，不论是国内还是国外，针对复合保温风管在高层建筑中 的防火设计可行性研究属首次，本课题的研究填补了国内外在此研究领域方面的空 白，所得出的研究结论，具有科学性和创新性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第2 章复合保温风管实体火灾实验研究方案 2 1 复合保温风管实体火灾实验的必要性 随着我国经济发展，通风空调系统的使用功能也在逐步增加，通风空调系统在建 筑物中的应用改进了人们生活和工作的环境条件使得其在建筑物中的使用越来越广 泛，通风管道的使用量也随之增加。通风管道贯穿于建筑物各个防火分区，其火灾潜 在危险性也越来越大。所以对通风管道燃烧性能的研究非常重要。 对于现代建筑而言，设计师考虑到建筑的功能需要以及室内气流组织的平衡等因 素，将通风空调系统管网设计的错综复杂，对现场的安装维护以及火灾防护等却没有 得到应有的配套实施，施工及维护观念以及相应的技术水平甚至还停留在传统意义上 的“简单式加工，粗放式管理”层次上。从而，综合导致了通风空调系统的火灾危险性。 对复合保温风管的实际火灾危险性进行评估，单靠实验室方法和结果是不能反应 客观燃耗景象的，因此需要进行同实际使用相同的实体火灾实验。由于复合保温风管 不是不燃性材料，复合保温风管不宜作为贯穿建筑物的各个防火分区的管道使用。因 此本文中的实体火灾实验研究的出发点是考察风管在一个防火分区内的应用。本文中 的实体火灾实验的实验方案设计是为了着重考察在同一个防火分区内，贯穿不同房间