高层建筑外墙外保温防火研究_图文

1、墙体保温与围护结构wall insulatio高层建筑外墙外保温防火研究 中国建筑科学研究院 朱春玲 陈景辉 吕振纲 季广其高层建筑灭火是目前世界消防界公认的难题,由于难以从外部实施火灾扑救,因此,外保温系统具有足够的防火安全性能,才是解决高层建筑外保温防火问题的关键因素。应正确对待有机保温材料的燃烧性能,区分不同类型建筑的火灾风险,合理兼顾建筑节能与防火安全的问题。开发低烟、低毒、高阻燃性能、价格合理的有机高效保温材料将是建筑外保温领域的一项重要课题,它是解决外保温防火安全性能的最终出路。随着我国建筑节能研究的不断深入,建筑外墙保温事业也迎来了前所未有的机遇,全国各地的建筑节能工作逐渐稳步发

2、展。然而,近期一些屡发火灾对我国建筑节能保温事业,特别是对高层建筑外墙保温产生了巨大影响,引起了社会各界对外保温行业的广泛关注。基于此,我们觉得应该澄清应用有机保温材料的外保温系统的火灾风险到底在哪里,真正的火灾风险又有多大等问题。保温材料应用的调研情况外墙外保温体系在欧洲已经成熟应用了几十年,现在对其防火安全性能方面的考量已相当充分。1947年德国开发了膨胀聚苯板(EPS,随后将其应用到外墙外保温系统中,并逐渐被欧美国家所接受,至今EPS薄抹灰外保温体系仍占据着主要的地位。图1给出了2006年德国市场各种外墙外保温系统所占的份额,其中EPS系统占87.4%、岩棉系统占11.6%。最近与德国外

3、保温协会交流的结果是EPS的市场份额仍占82%,岩棉系统占15%,其余系统占34%。可见,EPS系统在德国还是最重要的。图1 2006年德国市场外墙外保温系统的市场份额20082009年北京住总集团对北京市在施的43个工程(合计125.6万平方米建筑所作的调研表明:国内大量应用的也是有机 保温材料,图2给出了北京地区外墙外保温的材料份额。图2 北京地区外墙外保温材料份额由此可见,有机保温材料的应用并不是引发外保温火灾的必要因素,我们应探讨更深层次的原因。目前情况下,不能谈有机保温材料而色变,而应借鉴国外外保温系统安全应用的成功经验,以减少火灾发生的频率和损失。高层建筑外墙外保温系统的火灾风险从

4、建筑的整体结构来看,外墙外保温系统是依附于建筑外墙的非承重构造。在建筑设计规范中,已对建筑外墙的耐火性能提出了明确要求。按照我国目前的建筑节能标准,依附于建筑外墙的外保温系统中所采用的可燃有机保温材料的燃烧不足以对基层墙体产生危害,对建筑主体外墙结构的耐火性能影响不大;同时,对邻近建筑的外墙也不会造成危害,因为建筑设计时已考虑了防火间距。但由于外墙外保温系统包覆于建筑的整体外墙,跨越了建筑层与层之间的防火分区,当外保温系统不具有阻止火灾蔓延的能力时,火灾条件下,导致火灾蔓延的危险性较大。因此,对外墙外保温系统的防火要求是阻止火焰在建筑外墙上无限制的竖向蔓 延,特别是对于高层建筑来说更是如此。6

5、6wall insulatio纵观高层建筑外墙外保温的失火不外乎两种情况。一是建筑内部起火,二是建筑外部起火,最终发展成为火灾引发外保温系统的燃烧。这里考虑了以下两种可能发生的情况:第一种情况是当建筑室内出现火灾的条件下,门窗玻璃在火焰或高温作用下破碎脱落,火从建筑内部溢出,从而引起外保温系统的燃烧。第二种情况是建筑外部的火灾引发外保温系统的燃烧。外部火灾引发外保温系统的燃烧又可细分为两种情况。其一是与建筑物相邻堆放的物品起火从而引发外保温系统的燃烧。其二是与建筑物相邻的建筑物起火,所产生的热辐射加热外保温系统并进而引起建筑物外附着的外保温系统的燃烧。但无论是哪种情况下引发的火灾,都不应出现由

6、于外保温系统的燃烧将火焰传播到建筑的“着火楼层”和“牺牲层”以外的其它楼层,并通过其它楼层的窗口或洞口将火焰引入到建筑内部从而导致其它楼层失火的情况。这是目前在我国对外墙外保温防火安全性能的基本定位。基于这一要求,对外墙外保温系统的防火性能进行评价时应分别考虑系统的点火性和传播性等两个参数。点火性是评判在有火源或火种存在的条件下,系统能否被点燃或引起燃烧,即对系统自身的燃烧性能要求如何。传播性是考察当有燃烧或火灾发生时,系统是否具有传播火焰的能力,系统对外部火源攻击的抵抗能力或其整体的防火性能如何。对外保温材料和系统的防火性能要求保温材料的燃烧性能是影响外保温系统防火安全性能的基本条件。当外墙

7、外保温系统的保温材料采用不燃性材料或不具有火焰传播性的难燃性材料时,系统几乎不存在防火安全性问题。从理论上讲,选用不燃性保温材料可以最大限度地避免外保温系统发生火灾的风险,但目前在我国大面积地推广不燃材料保温系统,不仅材料本身产量有限不够使用、保温性能差强人意,而且对应的施工技术也都很不完备,系统的耐久性也值得商榷。在现有技术条件下,EPS、XPS和硬泡聚氨酯等可燃材料在我国建筑外墙外保温系统中的使用最为广泛,这是产生外保温系统防火安全性问题的起因。而随着节能标准的进一步提高,此类可燃有机保温材料的大面积应用和使用厚度的不断增加,将使这一问题更加突出出来,高层建筑外保温火灾或火灾的蔓延问题应引

8、起人们足够的重视。但需要指出的是,外保温系统最终在墙体上的应用是以“系统”的形式在应用,而不是裸露的保温材料。因此,应着重考虑系统整体的燃烧性能,而不是单从保温材料自身的燃烧性能来衡量建筑外墙外保温系统的防火安全性能。那样,无疑是不合理的,并且还带有一定的局限性。很显然,提高保温系统的整体抗火能力才是我们的最终目的。因此,对外保温系统的防火安全性能要求具体体现在对有机保温材料的燃烧性能要求和对系统构造的抗火能力要求两个方面。在材料性能方面,不能说,一个烟头、一个电焊火花就能将整墙的保温材料都点燃,现有的有机保温材料必须经过阻燃改性才能应用到外墙保温上。也不能过分要求有机保温材料的阻燃性能大幅度

9、提高,高阻燃性能可以通过提高阻燃剂的用量来达到,但却会带来烟雾大、毒性大的弊端,到那时可能真的吸入一口燃烧烟气就会产生致命的危害。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标,从技术角度讲还不具备充分的条件,对于工业化生产来说还有很多技术问题需要解决。因此,在今后一定时期内将有机保温材料的燃烧性能等级限定为“不得低于B2级”是符合我国国情的科学定位。摆在我们面前的重要工作是如何采取合理有效的防火构造措施来提高外保温体系的整体抗火能力。目前,可燃类保温材料的应用无疑是不容更改的现状,这就带来了外保温系统具有传播火焰的火灾风险。而火灾通常是以释放热量的方式来形成灾害。因此,要想解决高

10、层建筑外保温系统的火灾问题,归根结底还要从热的三种传播方式热传导、热对流和热辐射谈起。热作用于外保温系统,最终使其中的可燃物质产生燃烧并使火灾向其它部位蔓延,只要阻断热的这三种作用方式就能防止火灾的进一步蔓延。因此与之对应的产生了外保温系统的三种构造方式。防火构造措施的作用有两个,一是阻止或减缓火源对直接受火区域外保温系统的攻击,更主要的是阻止火焰通过外保温系统自身的传播。根据已有的研究成果,我们认为防火隔断构造、无空腔构造和增加防护层厚度可以有效阻止火在外保温系统内的传播,常被称为“构造防火三要素”。如果将它们结合起来使用防火效果会更加突出,例如采用无空腔构造与系统内部设置防火隔离带相结合的

11、防火措施,将使外保温系统的防火性能得到大大提高。这三种构造方式的作用原理如图3所示。就目前的技术水平而言,外保温系统构造型式是影响系统防火安全性能的关键因素,整体防火构造理论是解决我国建筑节能防火安全的一个创新思路。图3 三种构造措施对热的阻隔作用施工过程中火灾的预防从工程施工的角度来看,外墙保温系统工程火灾的发生分为 三个时段:6768墙体保温与围护结构wall insulatio图5 柏林街头某既有建筑改造项目中建筑垃圾的堆放与之相比,施工现场的安全管理是目前我国建筑行业普遍欠缺不足的,今后应加强相应的宣传教育,各级建设管理部门可开展广泛的培训,并加大检查监督力度,使它落到实处,以保证施工

12、过程的安全,减少人员伤亡和财产损失。结论与建议1、高层建筑灭火是目前世界上消防界公认的难题,由于难以从外部实施火灾扑救,因此,外保温系统具有足够的防火安全性能才是解决高层建筑外保温防火问题的关键因素。2、及时控制外墙外保温的火势蔓延尤其是竖向蔓延,是避免造成重大损失的关键所在,试验已证明,采取合理的构造措施能有效地阻止火焰的蔓延。3、根据国外的经验,在施工现场管理措施到位,火灾的发生是可以预防的。4、应正确对待有机保温材料的燃烧性能,区分不同类型建筑的火灾风险,合理兼顾建筑节能与防火安全的问题。5、开发低烟、低毒、高阻燃性能、价格合理的有机高效保温材料将是建筑外保温领域的一项重要课题,它是解决

13、外保温防火安全性能的最终出路。6、建议加快JGJ 144、JG 149和建筑外墙外保温系统防火试验方法(报批稿的编制实施进度,以满足我国目前建筑领 域应用的实际需要。第一,保温材料进入施工现场码放时段发生的火灾;第二,保温材料施工上墙时段发生的火灾;第三,施工竣工验收后,建筑物投入使用时段发生的外墙保温火灾。据调查,在国内现有住宅建筑外墙外保温系统工程火灾中,大部分发生在施工过程中。主要原因在于施工过程中有机保温板裸放,无任何防火保护措施,施工现场的防火安全管理措施不到位,动火作业违规操作等因素造成的。当然,某些保温材料的燃烧性能不符合相关产品标准的要求也是原因之一,这些都导致了施工现场火灾事

14、故多发的现状。因此,建议加强外保温工程施工现场的防火安全管理,并采取适当的具有可操作性的技术措施,以减少或避免施工过程中的火灾事故。目前,北京市已出台了地方性标准外墙外保温工程施工防火安全技术规程,用以规范外保温工程施工过程中现场的安全技术管理工作,值得在全国范围内推广应用。在施工现场应加强对材料现场码放的管理,材料应集中存放并进行防火覆盖,零星保温材料和碎屑等也应及时清除干净,并指定专人负责。此外,应加强建设工程施工现场的消防安全管理工作,尤其对动用明火必须实行严格的消防安全管理。需要进行明火作业的,动火部门和人员应当按照用火管理制度办理审批手续,落实现场监护人,在确认无火灾、爆炸危险后方可动火施工;动火施工人员应当遵守消防安全规定,