建筑節能保溫的消防安全性分析

潘英姿 金善武 司建軍

江蘇省消防器材產品質量檢驗站 210042

建筑節能保溫的消防安全性分析

潘英姿 金善武 司建軍

江蘇省消防器材產品質量檢驗站 210042

外墻外保溫是我國建筑節能的主要方式，但是隨著國家節能目標的逐步提高和高效有機保溫材料的廣泛應用，外墻外保溫的防火安全性問題確越來越突出。本文分析了外墻保溫工程火災發生的三個階段和外墻外保溫防火現狀，并且通過對不同保溫材料的保溫性能、防火性能等優缺點的比較和幾種外墻外保溫工程，外保溫系統消防安全性能的分析，提出了外墻外保溫防火的途徑和未來外墻外保溫防火需要研究的工作和方向。

外墻外保溫；防火；難燃；不燃

引 言

我國的建筑節能工作始于1986年頒布的《北方地區居住建筑節能設計標準》，當時節能目標是30%；1996年將這一節能目標提高到50%；2005年開始逐步推行節能65%。北京市節能65%設計標準規定：節能指標提高完全由建筑物圍護結構承擔實現，以降低冬季采暖能耗為主，兼顧降低夏季降溫能耗。外墻傳熱系數的降低主要是靠墻體保溫技術來實現的。

我國的墻體保溫技術有外墻內保溫、夾心保溫和外墻外保溫三種形式，外墻外保溫技術以其熱工性能好、保溫效果高、保護主體結構、基本消除熱橋等諸多優點，已經成為目前市場的主流。隨著國家對建筑節能工作的重視，外墻外保溫技術獲得了長足發展，涌現出了聚苯板薄抹灰、膠粉聚苯顆粒、噴涂硬泡聚氨酯、現澆無網聚苯板、現澆有網聚苯板、保溫裝飾一體化和幕墻保溫等大量的外墻外保溫系統，EPS、XPS和PU等高效保溫材料獲得了廣泛的應用。

1 建筑外墻外保溫防火問題

隨著我國建筑節能標準的不斷提高，膠粉聚苯顆粒、膨脹珍珠巖等漿料保溫材料因為其導熱系數高，無法滿足較高的節能標準，逐漸被限制和禁止使用。目前保溫市場上普遍使用的是具有低導熱系數的EPS、XPS和PU等高效保溫材料，但是這些保溫材料都是可燃保溫材料，防火性能較差，并且燃燒時產生大量的有毒煙霧，即使加入大量阻燃劑可以提高其難燃等級，由于一般阻燃劑的沸點不足300℃，火災發生時，環境溫度可高達1000℃，在此條件下阻燃劑易揮發，所以防火性能很不理想。我國開始大力推廣建筑節能后，從2005年至今，因為有機保溫材料被引燃，發生的火災越來越多。2009年比較典型的火災有央視新址園區在建附屬文化中心大樓、中央美院彩鋼板宿舍樓、中國科技館新館、濟南全運會場館火災，2010年5月31日著火的南通新地標中海匯泉大廈，同年11月15日上海靜安區因外墻裝修材料著火引發的火災等。

外保溫工程火災主要是由以下幾個方面引起的：

第一、保溫材料進入施工現場碼放時段；現場存放過程中保溫板裸放，無任何防火保護措施，防火安全管理措施不到位，一旦遇到明火、煙頭、焊渣等極易引燃。

第二、保溫材料施工上墻時段；是發生火災最多的階段，在國內現有外保溫工程火災中，大部分發生在施工上墻過程中，主要原因在于保溫材料的阻燃性差，施工過程中保溫板裸放，無任何防火保護措施，施工現場的防火安全管理措施不到位，動火作業違規操作等因素造成?；鹫{統計顯示，施工過程中的高溫焊渣滴落，引燃裸放保溫材料的幾率最大。因此，改進保溫系統構造，堅決不允許保溫材料在系統完成前后裸露在空氣中，對幕墻系統的防火隔斷等也要加強；避免建筑物施工過程中火災的危害顯得尤為重要，提高保溫材料的可點燃性，即氧指數提高到32以上，使其不易被點燃，離火自熄；降低保溫板材的煙密度至15以下，達到A級；另外對保溫材料進場前進行表面防火處理等，都是可行的方案。

第三、外墻外保溫系統投入使用時段；鑒于外墻外保溫建筑投入使用的時間不長，在火災案例中所占的比例較小，但是也有案例發生。建筑物的使用壽命通常在50年以上，建筑物使用過程中一旦發生火災，人員、財產安全和消防的救援能力將面臨重大考驗。減少或避免建筑物使用過程中火災的危害也相當重要。

2 外墻外保溫防火技術現狀

我國建筑的火災，多為幕墻保溫和高層建筑火災，尤其是高層幕墻保溫建筑，具有多發性、火勢蔓延快、燃燒產生大量有毒煙塵、施救難度大等特點。

針對外墻外保溫工程日益頻發的火災，從2006年開始，國內相關領域的研究機構和行業領先的公司，相繼投入了大量的人力、物力，開展了外墻外保溫防火技術的研究。例如：北京住總集團、中國建科院防火所和北京萊恩斯公司等，共同承擔的北京市科研課題《高層建筑外墻外保溫防火安全及防火措施的研究》，對巖棉、OPF傲德防火酚醛保溫板、泡沫混凝土等作為防火隔離帶材料對提高聚苯板薄抹灰系統防火安全性的作用，進行了大型火災模擬實驗研究；中國建科院防火所、北京萊恩斯公司等共同編寫的行業標準《建筑外墻外保溫系統防火試驗方法》；北京萊恩斯公司研究開發的高效防火保溫系統《傲德改性酚醛保溫板外墻外保溫系統》于2008年通過建設部科技發展促進中心的評估。

目前，國內對外墻外保溫防火安全性問題形成共識，認為易燃保溫材料是外墻外保溫火災的罪魁禍首，提高外墻外保溫系統的防火安全性迫在眉睫，并形成了兩種技術路線。第一種認為，目前提高保溫材料的防火性能，技術上和經濟上不符合中國的國情，提倡采用防火隔離帶、防火分倉、防火面層等構造措施來提高外墻外保溫系統的防火安全性；第二種認為，外墻保溫火災的根源在于易燃保溫材料，提倡開發難燃或不燃的高效保溫材料來逐步替代易燃保溫材料，從根本上解決建筑的火災隱患。構造防火，能部分緩解外墻保溫的火災，可以作為一種提高建筑防火安全性的過渡措施，但由于仍舊采用易燃保溫材料，依然存在火災隱患。

為有效防止建筑外墻外保溫系統火災事故，公安部、住房和城鄉建設部聯合制定了《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》，并于2009年9月25日頒布執行，禁止使用B3級易燃保溫材料，限制使用B2級可燃保溫材料，鼓勵采用難燃B1級保溫材料和不燃A級保溫材料，對采用B2級可燃保溫材料的系統需要采取防火隔離帶措施。

2.1 難燃或不燃保溫材料

難燃材料是指按GB8624-1997《建筑材料燃燒性能分級方法》達到B1級的材料，不燃材料為A級。目前市場上能達到B1級或A級的保溫材料，主要有巖棉、玻璃棉等無機材料,PF、PU等有機保溫材料和膠粉聚苯顆粒等有機無機復合材料，分述如下：

2.2 無機保溫材料

無機保溫材料雖然能達到A級不燃；但基本達不到建筑節能標準規定的65%的保溫效果。多用于高溫或低溫的保溫工程，這里不做具體介紹。

2.3 有機保溫材料

2.3.1 EPS

EPS即模塑聚苯乙烯泡沫塑料，是由可發性聚苯乙烯顆粒經加熱預發泡后，在模具中加熱成型而制得的具有閉孔結構的使用溫度不超過75℃的泡沫塑料。用于外墻外保溫的EPS容重18～22kg/m3，導熱系數小于0.041W/(M·K)，一般為B2級，通過加阻燃劑也有廠家生產出B1級的EPS，但是一般認為屬于B2級或B3級。

2.3.2 XPS

XPS即擠塑聚苯乙烯泡沫塑料，是以聚苯乙烯樹脂或其共聚物為主要成分，添加少量添加劑，通過加熱擠塑成型而制得的具有閉孔結構的硬質泡沫塑料。導熱系數小于0.030W/(M·K)，一般為B2級，通過加阻燃劑也有廠家生產出B1級XPS，但是一般認為屬于B2級或B3級。

2.3.3 PU

PU即聚氨酯，是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴鏈劑或交聯劑等原料制成的聚合物泡沫塑料。建筑外墻外保溫應用的為硬質聚氨酯泡沫塑料，導熱系數小于0.024 W/(M·K)，燃燒性能一般為B2級，通過加阻燃劑也可達到B1級，但是一般認為屬于B2級。

2.3.4 PF及其改性產品

PF即酚醛泡沫，是新型不燃、防火、低煙保溫材料，以酚醛樹脂和阻燃劑、抑煙劑、固化劑、發泡劑、及其它助劑等多種物質，經科學配方制成的閉孔型硬質泡沫塑料。酚醛泡沫因其導熱系數低，保溫性能好，被譽為保溫之王。它適用于大型冷庫、貯罐、船舶及各種保溫管道和建筑業，不需要添加任何阻燃劑，屬于B1級難燃材料，經過改性處理后可以達到不燃A級，是最優良的高效難燃保溫材料。

有機保溫材料，其中尤以EPS應用最為廣泛，其成本低，技術成熟。XPS適合做屋面、地面保溫，最初推廣時就有不同的觀點，因為表面光滑比較難粘接。PU號稱是最高效的保溫材料，但是應用中問題一直比較多EPS、XPS、PU等，這些保溫材料，如果不做阻燃處理，被引燃后不會離火自熄，相反會迅速燃燒，燃燒速度很快，并且短時間內放出很多熱量及毒氣，形成轟燃，并繼續引燃其它可燃物質，形成火災?；馂牡奶攸c是來勢猛，沒有消防救援時間，一般發現火災后已經無法控制，破壞力度大，但是持續時間一般比較短，保溫材料燃盡后，火災即消失。但是如果引燃室內物體或其它可燃物質，破壞力將更大。

真正屬于難燃不燃保溫材料只有PF及其改性產品，并且導熱系數低，因此PF及其改性產品是最適合解決外墻外保溫系統防火安全性問題的難燃保溫材料。PF是最近才應用于外墻外保溫的保溫材料，防火性能好，但應用效果需要時間驗證。

3 幾種外墻外保溫工程外保溫系統消防安全性能分析

3.1 無機保溫砂漿外保溫系統

這類保溫系統近幾年有少量應用于工程，由于采用了全無機骨料作為保溫載體。系統消防性極好，不存在消防隱患，且粘接強度較高，這也是被相關業主選用的主要因素，但這類材料導熱系數較大、保溫厚度較厚、外墻承重量較重且吸水率大易產生滲水、開裂導致脫落等隱患，應慎重選用。

3.2 聚苯板薄抹灰外保溫系統

這是近幾年推廣最快的外保溫系統，由于其質量輕，絕熱效果好，成本適宜，被大量工程采用，但是這類系統的消防問題值得重視。如前面所說，這類材料屬于熱塑性材料，其燃燒機理（過程）是：遇火→收縮→熔化成液膠→燃燒→助燃→滴落→蔓延。所以這類板材即使是氧指數達到32，也僅僅解決了施工過程中的消防安全問題，而系統在遇火災時，由于火焰溫度高達1000℃，阻燃劑瞬間揮發，且由于遇火收縮液化，氧氣急劇吸入，使本該阻燃的材料變成了助燃材料，以致迅速蔓延產生轟燃。因此我認為高層建筑、大型建筑、群居建筑慎用該類系統，以確保人身、財產及建筑物安全。

3.3 現噴聚氨酯、模澆聚氨酯及板貼聚氨酯外保溫系統

這些類系統由于選用了硬泡聚氨酯保溫材料，在消防問題上比聚苯板系統更加安全了。由于其是熱固性材料，在遇火時不產生收縮，同時形成一層碳化層，隔絕了熱量的傳遞和氧分的滲透，從而阻止火焰繼續擴張，不產生蔓延燃燒現象的出現，而且這類系統導熱系數最低，保溫層厚度最小，耐高溫性能、系統穩定性最好，應該被節能建筑廣泛采用并值得推廣。

3.4 石質、金屬非透明幕墻復合苯板保溫系統

干掛石質、金屬非透明幕墻由于其裝飾豪華，品位較高，廣泛在高層建筑、高檔建筑、大型建筑中采用，其保溫、隔熱功能則要靠嵌貼式保溫板來補充?，F市場上習慣用EPS或XPS板解決，可采用填充式貼于墻體基面上，這類系統的消防安全問題更糟，比聚苯板薄抹灰系統更差，由于幕墻與保溫板間存在一定的空氣層，火災時還將產生隧道效果，會加速火災時轟燃現象的產生。按幕墻規范要求每隔三層設置一道巖棉防火隔離帶?；馂膩砼R時并不能真正達到隔離效果，所以在采用該系統時：⑴ 隔離帶的寬度一定要保證；⑵ 聚苯板的氧指數一定要符合要求，以盡量減少前期燃燒的可能；⑶ 保溫層表面必須增做一道抹面砂漿層，以避免電火花引起火災事故。

3.5 石質、金屬非透明幕墻復合聚氨酯硬泡系統

這類系統可選用兩種方法：⑴ 現噴硬泡聚氨酯；⑵ 嵌入硬泡聚氨酯板材。這類系統由于采用了硬泡聚氨酯，相對來說可以杜絕消防安全隱患，但是也必須做好兩方面工作：⑴ 必須均勻加入阻燃劑，以減少施工時發生火災的可能性；⑵ 不管是現噴還是板貼，最好在其表面覆蓋一道無機砂漿層（一般以2～3層為宜），一方面避免泡沫的熱氣老化，延長保溫層的時效性，另一方面更好地阻斷火苗表面垂直蔓延，減少損害面積。

3.6 防火隔離帶技術

對于在我國應用面最廣泛的聚苯板薄抹灰外保溫系統，其良好的性價比使其在防火性能要求不高的外墻外保溫工程，通過采用防火隔離帶的構造防火措施，可以繼續使用。在聚苯板薄抹灰外保溫系統，通常要考慮的兩個問題是：火災條件下維持系統穩定性的能力和系統阻止火焰傳播的能力。外保溫系統的防火構造措施可以是多種多樣的。以下是常見的措施：

防火隔離帶：水平設置在建筑的層與層之間的防火隔斷，一般采用不燃或難燃保溫材料，系統的任何材料之間都不留空隙，具有一定的寬度。

擋火梁：一種門窗洞口的隔火構造方式，與防火隔離帶類似，水平設置在門窗洞口的上邊緣，并伸出門窗洞口豎向邊緣一定的長度。

目前來看，巖棉和改性酚醛保溫板可作為聚苯板薄抹灰外保溫系統防火隔離帶的材料，尤其以改性酚醛保溫板導熱系數低、高溫條件下體積穩定、具有隔火隔熱性能，最適合作為防火隔離帶保溫材料；需要解決的是這兩種保溫材料的滲水、吸水問題，以防開裂導致脫落等隱患。

4 分析與展望

建筑外保溫的火災問題，是由于采用可燃的有機保溫材料，進一步說是建筑節能引發的問題。建筑節能的目的是降低建筑物的使用能耗，提高居住的舒適度。外墻外保溫是建筑節能的關鍵技術手段。外墻外保溫的核心技術是采用高效的保溫材料降低外墻的傳熱系數，從而降低冬季采暖和夏季制冷的能耗。因此，外墻外保溫要求保溫材料必須是低導熱系數的，導熱系數越低，達到節能效果的效果越好，使用的厚度越小。外墻外保溫系統重要的要求是有效性、安全性和耐久性。有效性是最重要性能，如果不能保溫隔熱，外墻外保溫系統就沒有存在的必要了；使用過程中的安全性，包括火災安全性和力學安全性，現在的主要問題是火災安全性問題，比較突出。如果不符合要求，系統將容易引發安全事故，如火災、系統脫落等，后果非常嚴重。應該說有效性和安全性同等重要，但是有效性是安全性的前提。耐久性是指要有長期的使用性能，即系統在使用過程中能長期保持其有效性和耐久性，通常指使用過程中不開裂、不滲水、不空鼓、不脫落等。由此可見，有效性的重要，耐久性只要在以上兩者存在的基礎上才有意義。

即便有諸多的問題，建筑節能外墻外保溫我們還得繼續做，保溫材料還得繼續用，關鍵是怎么用。外保溫火災的關鍵是保溫材料極易被引燃，和引燃后燃燒迅速，易造成轟燃。因此，我們控制火災應該從提高保溫材料的可燃性入手，而不是使保溫材料不燃，因為保溫材料作為有機材料很難做到不燃，而使用無機材料則達不到保溫節能的最高效率。降低保溫材料的可點燃性，即提高材料的氧指數，是降低火災的關鍵有效手段。如果材料的氧指數能做到32以上，效果會更好。在相同的氧指數下，EPS/XPS 作為熱塑性材料，受熱后熔融、滴落，其火災危險性和外墻脫落風險較PU、PF等熱固性保溫材料大很多。我們需要切合實際問題制定指導方案，隨著我國外墻保溫技術的不斷發展和完善，不久的將來我們的保溫技術將得到改善極盡完美。

[1]建筑材料燃燒性能分級方法（GB 8624-1997）.國家技術監督局，1997.10.1

[2]公安部、住房和城鄉建設部.民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定（公通字[2009]46號）

[3]北京住總集團、中國建科院防火所和北京萊恩斯公司等.高層建筑外墻外保溫防火安全及防火措施的研究

[4]中國建科院防火所,北京萊恩斯公司等.建筑外墻外保溫系統防火試驗方法

[5]郭延輝,趙霄龍主編.墻體保溫材料及應用技術.中國建筑學會建材分會墻體保溫材料及應用技術專業委員會

[6]國家質量監督檢驗檢疫總局.絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（GB-T10801.2-2002），2002.09.01

[7]國家質量監督檢驗檢疫總局.絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（GB-T10801.1-2002），2002.09.01

[8]國家發展和改革委員會.噴涂聚氨酯硬泡體保溫材料（JC/T998-2006），2006.08.06

[9]國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會.建筑保溫砂漿（GB/T 20473-2006），2007.02.01

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.044