現行防排煙風管的耐火檢測與類型差異的解析

歐志剛 撒世忠 黃智華

1 無錫博森建筑設計有限公司

2 無錫市政設計研究院有限公司

3 江蘇潢華節能材料有限公司

建筑火災中產生煙氣造成的高溫熱量、遮光性、毒性是造成火災人員傷亡的重要因素。建筑防排煙系統的設計及相關設備和材料的選用不僅關系到萬一火災情況下的可靠性，也關系到長期設備材料運行維護的耐用性問題。為了全面規范建筑防、排煙系統的設計和工程應用，住房和城鄉建設部于2017 年11月頒布公告，批準由公安部四川消防研究所主編、上海消防總隊等單位參編的國家標準《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017 于2018 年8月 1 日正式實施，相關條款中對建筑防，排煙系統設備，管道和閥門部件的選型和選材作出了全面、詳細的規定。其中對建筑不同區域的排煙系統、防煙系統、補風系統的風管本體有詳細的耐火極限規定，同時結合現行《建筑設計防火規范》對穿越防火墻、防火隔墻、防火分區風管耐火極限的規定及現行《辦公建筑設計標準》、《科研建筑設計標準》、《飲食建筑設計標準》、《商店建筑設計標準》、《汽車庫修車庫停車場設計標準》、《綜合醫院建筑設計標準》、《電動汽車分散充電設施工程設計標準》、《建筑高度大于250 m 民用建筑防火設計加強性技術要求》等相關規范條文對穿越風管不同部位的耐火極限的進一步明確規定，共同組成對防排煙風管耐火極限在0.5-3 h 范圍內的全部規定。

1 防排煙風管耐火極限檢測遵從的要求

《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017 中提出的所有部位的防排煙風管的耐火極限要求，無疑是中國建筑防排煙行業的一個大事件，標志著工程界總結火災現場防排煙經驗教訓后逐步意識到，傳統的鐵皮風管或原始的無機復合風管因為不具備耐火隔熱性和耐火完整性，傳統風管在排煙時本身產生高溫輻射，在自身防火分區或防煙分區內就起到傳遞高溫熱量乃至引燃附近可燃物或自身結構出現塌陷造成截面積大大減少，存在無法有效將煙氣排除的缺陷。因此有必要采用滿足耐火極限的防排煙風管。目前中國對耐火風管的檢測規范有《GBT 17428-2009 通風管道耐火試驗方法》和剛剛出臺的《CECS 886-2021 建筑防煙排煙風管防火性能試驗方法標準》。GBT 17428-2009 充分參照了 ISO6944 的測試方法[1]，該規范適用范圍寫著：本標準不適用于排煙管道，但在防排煙風管要求有耐火極限后，均采用 GBT 17428-2009的測試設備和測試方法。而《CECS 886-2021 建筑防煙排煙風管防火性能試驗方法標準》是專門針對防排煙風管編制的測試規范，雖然是行業標準，卻是提供了更加規范和嚴謹的測試方法。

1.1 防排煙系統火災情況下防排煙及補風管的實際工作狀態分析

根據排煙風管，防煙風管和補風管在建筑中的應用部位和面臨的實際火災風險，將風管的受火方式分為高溫煙氣通過管道排煙口進入管道內和管道整體穿越起火部位兩種場景，對應出管道的兩種受火條件即排煙風管內部分別受火，防排煙風管和補風管外部受火條件。在消防排煙風機的作用下，高溫煙氣通過排煙口吸入到風管中并通過排煙防火閥輸送到末端排出建筑外，這屬于內部受火條件。防煙系統為加壓送風系統，高溫煙氣不會直接從送風口進入風管內，不需要進行內部受火條件試驗，補風系統也一樣。無論是防煙排煙風管還是補風管都可能穿越火場，管道內處于補風或排出煙氣狀態，管道外部受火作用下，需要維持補風和煙氣輸送功能，因此管道本身必須具備在外部受火條件下滿足耐火性能要求的能力。

以排煙風管為例，根據休格拉德判據，當建筑室內頂棚溫度達到600 ℃時，或室內頂部熱煙溫度達到600 ℃時，認為火災已發生轟然[2]。轟然階段是火災發展的重要階段，各種防火措施的實施都是為了阻止火勢發展到轟然階段，因此排煙系統的作用，就是將火災初期產生的熱煙及時排出，降低煙氣聚集帶來的溫度升高，延緩轟然發生。從火災排煙的原理看，以風管燃燒點為界限，燃燒點后端段（燃燒點至排煙風機段）穩定在280 ℃以內的條件下，燃燒點前段至燃燒點引入排煙管道的煙氣溫度應在450 ℃-600 ℃左右，因此這些前段部位的排煙段或輸運段的風管應承受遠高于280 ℃的防火完整性與隔熱性。

就正壓送風系統而言，風管內的氣流在樓梯間或前室等部位是對著疏散人群吹送的，風管的耐熱性即隔熱性就是要保證在一定時間內輸送空氣的溫度是人體可以承受的，這些都是保證疏散通道人員安全所必須的條件，補風管也要求有類似的耐火屬性。筆者認為，這也是為什么上海市地方規范 DG/TJ 08-88-2021《建筑防排煙系統設計標準》中對正壓送風和補風管提出更高耐火極限時間要求的根本原因。

1.2 現行檢測報告的亂象闡述

因此，檢測規范中測試風管的耐火極限即是模擬風管在火災情況下的真實受火情況[3]。測試標準中管道A（300 Pa 壓力）承受外部火，管道 B（3 m/s 風速）承受內部火，試件的長度為爐內3 m，爐外2.5 m，試件的截面一般為A 管為 1000 mm× 500 mm，為風機送風，B管為1000 mm× 250 mm，為風機排風。大家也看到行業中很多產品能提供測試報告，但行業中有些企業利用標準信息不對稱，有意識誤導用戶的測試報告主要體現在以下幾類：1）有些企業只提供管道 A 的測試報告，并沒有管道 B 的測試報告，而實際上只有管道 A的測試報告是不足夠證明產品是滿足標準要求的。2）符合標準要求的管道內部耐火性能檢測，但有些檢測卻用280 ℃作為檢測條件之一，遠不能達到國家標準相應實驗條件。3）測試報告中提供的測試樣品應該和出廠的產品完全一致，但可以從較多測試報告中看出，鍍鋅鐵皮外敷不燃或難燃外包裹型試件的重量遠遠超過了鐵皮+外敷材料重量的常識，應該是在鍍鋅鐵皮風管和外包裹材料之間采用了較多防火膠才可以檢測通過，很難想象現場施工的風管可以按照測試件的方式進行加工和制作，等等諸如此類的不符合標準的產品。檢測體現的國家標準是底線標準，任何產品標準都不能低于國家標準的相關要求，不符合國家標準要求的產品一旦被使用，必將給項目帶來巨大的安全隱患。

2 滿足耐火極限的防排煙風管用于工程實踐的相關問題思考

滿足耐火極限的耐火風管作為一個建筑構件，一是所具備的屬性應該是一種建筑物內部的風管：在建筑結構空間既要滿足舒適性又要滿足經濟性的當今社會，要求防火風管的凈尺寸不能太高，尤其是地下空間或商業空間顯得尤為突出，這就要求其風管其本身的結構形式更能節省空間。同時防排煙防火風管的實施也為設計，施工，業主等相關參建單位確定合理的層高凈高，施工前進行更加精細化的選擇及管線綜合提出了新的挑戰。二是要求風管本身結構強度大，這是保持風管15-30 年耐用的基本要求。三是對于量大而面廣的地下空間排煙風管，環境潮濕，風管本體不變色，不生銹，也是一個基本要求。四是建筑工業化是實現建筑產品節能、環保、全壽命周期價值最大化的可持續發展的新型建筑生產方式，這其中的優秀產品之一裝配式防排煙風管進一步提升了裝配式建筑的裝配率，很好的詮釋了節能環保可持續發展的理念，起到了用風管來贊美建筑的功效。最后說到耐火風管的安全性能高，達到耐火極限要求，保證在現場任何部位下料時復檢可以通過，可以真正承諾驗收報告和檢測原件報告一致性。

3 不同防排煙風管類型的形式分析

隨著政府主管部門根據《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017 規范對防排煙耐火風管的耐火極限設計與實施要求進一步嚴格，當前防排煙耐火風管應用形式開始多樣化，市場產品良莠不齊，基于對防排煙風管工程實踐的相關思考，對目前市場使用的上量大而面廣的耐火極限為 0.5 h 的各種應用形式逐一做分析。

3.1 鍍鋅鐵皮+巖棉+防火板現場制作

鍍鋅鐵皮+巖棉 +防火板的方式屬于最原始最傳統的防火風管制作方式，如圖一所示。早期穿越防火墻或隔墻時就一直采用，鍍鋅鐵皮風管制作好后，鐵皮外粘貼巖棉，巖棉外表再敷設防火板，本體全部現場制作，現場工作量龐大，巖棉厚度為 50 mm，防火板為8-12 mm 不等，占用空間大，結構不牢固，由于現場制作，可能存在安全隱患防火板外露，不適應潮濕環境，由于全部現場制作，裝配率很低，人工費用高，造價較高。

圖1 鍍鋅鐵皮+巖棉+防火板現場制作

3.2 鍍鋅鐵皮+隔熱膠+柔性高溫離心棉

此種方式鍍鋅鐵皮現場制作好后，鐵皮外敷高溫離心棉，離心棉厚度為 50 mm，占用空間大，現場工作量大，離心玻璃棉外再包裹鋁箔貼面，制作方法類似于空調風管+離心玻璃棉 +鋁箔，如圖二所示。如設置在地下車庫等外露空間，鋁箔容易損壞，導致隔熱層外露，耐久性差，且影響觀感，制作過程中人工工作量大。采用的是玻璃棉，玻璃棉雖然是 A 級防火隔熱材料，但受火碳化的溫度只有300 ℃，不禁讓人質疑其在鐵皮高溫下傳熱給玻璃棉后其完整性的可靠程度，該產品檢測報告顯示，試件重量明顯過重的不合理，例如1.0 mm 厚的鋼板為 8 kg/m2，50mm 厚玻璃棉的重量2.5～4 kg/m2，為何試件在試驗報告上的重量高達30 kg/m2，也不禁讓人質疑現場制作時是否也會涂抹如此多的隔熱膠，能否通過復檢。以上所述，此產品被認為是規范從嚴實施時間不明晰，項目施工現場鍍鋅鐵皮已經制作吊裝完成，情理上無法拆除，為盡力迎合新規范驗收條件，采取補救措施，不得已而為之的過渡產品。

圖2 鍍鋅鐵皮+柔性高溫離心棉

3.3 內外彩鋼板或內外鐵皮+無石棉硅酸鈣耐火板(或者相似類型勻質材質)

此結構形式的風管貌似屬于裝配式復合風管的一種形式，厚度也很薄，耐火極限 0.5 h 的芯材才為12 mm，但12 mm 的無石棉硅酸鈣為勻質材料，無隔熱材料，雖然能防火，但不具備隔熱性能，明顯不滿足現行規范要求。

圖3 自結構內外彩鋼板(或鍍鋅鐵皮)+無石棉硅酸鈣耐火板

3.4 裝配式成品復合耐火風管

某產品為裝配式一體化成品復合耐火風管，產品結構如圖四所示。核心層為 130 kg/m3的巖棉上下復合特制防火板，0.5 h 防火風管的結構形式為 3 mm+19 mm+3 mm，工廠壓制而成，最內層防火板可內襯鍍鋅鐵皮或復合金屬鋁的保護層，最外層防火板復合金屬鋁的保護層，將“ 斤型金屬連接件與垂直防火一體化板組裝，形成牢固的成品風管，工廠化制作，成品風管運輸到現場后進行組裝，風管之間用 C 型插條金屬法蘭連接，隔熱層為巖棉板，兩面無機防火層，防火層與隔熱層為一體化結構，無化學有機膠連接。該產品的優點是：結構形式合理，完全滿足耐火完整性和隔熱性要求；0.5 h 和1 h 整體厚度為 25 mm，1.5 h 和2 h的厚度為 40 mm，節省空間；整體結構，耐久性強，不變色，防潮耐濕，且金屬鋁的顏色可以隨著裝修顏色而改變；為裝配式一體化材料，現場 C 型插條拼裝，節省人工費用。綜上所示，該裝配式成品復合耐火風管，是符合發展方向的耐火風管。

圖4 裝配式成品復合耐火風管

4 結語

本文對國家現行規范中規定的防排煙風管的耐火極限的條文進行全面梳理，解讀了耐火風管檢測客觀存在的問題，并務實地評價了當前四種耐火風管的組成形式和類別。可以得出結論，耐火極限風管作為一種建筑物內的風管構件，首先須更好地承擔建筑物內風管構建這一角色；其次應具備國家規范規定的耐火的完整性和隔熱性，兩者兼顧才能長久地發揮其在火災初期盡快排除火災產生的煙氣，更好的滿足人員在火災時快捷地疏散到安全地帶的技術要求。