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國內外外墻外保溫系統防火技術現狀研究

國內對外墻外保溫系統防火技術的研究和重視程度,已經由發展初期的缺失到目前全行業的普遍關注,但多數技術標準和產品的說明書中提及的內容都是關于保溫材料的燃燒性能指標要求,如氧指數和通過可燃性試驗確定B2級等,對保溫系統的防火性能都未作具體的要求。雖然正在修編的《高層民用建筑設計防火規范》和《建筑設計防火規范》中試圖加入外墻外保溫系統防火的原則性要求,但目前實施的標準中也沒有外墻外保溫系統的防火設計要求,缺少對不同外墻外保溫系統防火性能的等級劃分和適用建筑高度的規定。 

  縱觀市場上推廣應用的一些外墻外保溫系統,普遍存在如下火災隱患:一是有機保溫板薄抹灰系統在某些國家因防火性能要求對其使用范圍有嚴格的限制,但國內沒有標準對此作出規定。在一些高層甚至超過170米的超高層建筑物上依然采用這類無防火構造的系統,存在的火災風險應引起有關部門的高度重視。二是國內高層建筑應用有機保溫板薄抹灰網格布粘貼面磚的工程很多,這種工藝做法的危險性在于粘貼面磚后,保護層厚度增大,一旦火災發生,前期面磚系統的防火性能優于涂料飾面系統,如果火勢持續,不僅有機保溫板燃燒產生的有毒氣體和火焰給逃生者帶來巨大危險,同時有機保溫板受熱產生的熱熔縮變形以及網格布過熱熔斷將導致面磚墜落,為逃生人員和救助人員帶來潛在的危險。三是目前的公共建筑,粘貼或填塞有機保溫材料且沒有防火隔離措施的做法普遍存在。通常這類外墻外保溫做法中有機保溫材料在幕墻內側裸露,有機保溫板與幕墻之間存在的大空腔和保溫板與墻體之間存在的小空腔,都很容易形成煙囪效應加快火勢蔓延速度,使火災造成的后果更加嚴重。

  相比之下,歐美等外墻外保溫系統技術應用較早的國家,對于外墻外保溫系統防火安全性的要求一直是該技術應用的首選條件。外墻外保溫系統和保溫材料都有防火測試方法和分級評價標準,不同防火等級的外墻外保溫系統在建筑中的使用范圍都有限定。國外相關專家認為:外墻外保溫系統最重要的是系統的質量和安全,因此考慮建筑保溫的防火安全性很有必要,尤其是在大城市的高層建筑中。在世界范圍內,對不同防火等級保溫系統的建筑應用范圍進行規定,因各國政府的政策和法規差異有所不同。如德國將保溫防火問題分為三個層面:一是在法律法規中明確規定超過22米的建筑嚴禁使用可燃保溫材料,聚苯板外墻外保溫系統只能用于不超過22米的建筑上,高于22米的建筑大部分使用巖棉外墻外保溫系統。二是在歐洲標準ETAG004《有抹面層的外保溫復合系統歐洲技術標準認證》中規定,對外墻外保溫系統和保溫材料應按照EN13501-1《建筑產品或組件的燃燒性能分級》第1部分—使用火反應試驗數據分級進行燃燒性能等級A1-E的評定,并規定要標明火焰在保溫材料中傳播的可能性。為了阻止火焰的傳播,一些國家提出采用“防火屏障(防火隔斷)”的做法,對外墻外保溫系統的防火要求要依據法律、法規和適用于建筑物最終使用的管理條例而定。德國將防火等級分為A-B3級(GB8624-1997非等效采用),標準要求聚苯板材料和保溫系統的防火等級應達到B1級,按照EN13501-1標準,聚苯板材料和保溫系統要達到B/C級要求。三是聚苯板外墻外保溫系統中的聚苯板厚度大于10mm時,要在滿足第一個層面的條件下再進行防火構造,達到建筑防火安全規定。構造做法是在每一個窗楣和門楣上口加入不燃高強礦棉防火隔離帶,厚度同聚苯板一致,向上寬度≥200mm;長度方向應比窗口兩側延伸≥300mm,用滿粘的方式鋪帖,主要防止室內發生火災時火焰從窗口竄出導致外墻外保溫系統發生火災。

  在英國,規定18米以上的建筑物必須采用按英國標準0級或歐洲標準B級以上的材料,即必須采用不燃或難燃性材料;在美國紐約州的建筑指令(《BUILDINGCODEOFNEWYORK》)中明確規定,耐火極限低于2小時的聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統不允許用在高于75英尺(22.86米)的住宅建筑上。

  事實上,目前全球建筑墻體保溫市場,由巖棉等不燃材料組成的外墻外保溫系統,已廣泛應用于各種類型的建筑上,成為全球應用范圍最廣的外墻外墻保溫系統之一。

  應該說,解決建筑物的外墻外保溫系統防火問題迫在眉睫。我國在此方面還有很長的路要走。

  外墻外保溫系統的防火安全是事關民生安全的重要且緊急課題

  從國外對因保溫材料引起的火災或加劇火災蔓延的案例進行的研究和國內已經發生的火災事故可以看出,當前國內的外墻外保溫系統普遍存在防火安全隱患已是不爭的事實。在我國大力推廣建筑節能的大背景下,所有建筑都須達到相應的節能標準,但目前采用的保溫材料中,約有80%是有機的可燃材料,外墻外保溫系統是以防火性能較差的薄抹灰有機保溫系統材料為主。從現有的外墻外保溫系統防火技術現狀和發生的火災頻率來看,如何進行外墻外保溫系統的防火安全性試驗,提高各類建筑外墻外保溫系統的防火安全性,是目前的一個重大課題。

  實際國情決定外墻外保溫系統防火性能應高于國外

  我國城市住宅不同于以低層、多層建筑為主的歐美國家,中高層、高層甚至超高層建筑偏多,尤其是經濟比較發達的東部地區,城市人口和建筑群密集,樓間距小。 

  高層建筑發生火災具有如下特點:一是火勢蔓延快。高層建筑的樓梯間、電梯井、管道井、風道等豎向井道多,外飾面內空腔構造多,形成高聳的煙囪效應,一旦起火,燃燒猛烈,蔓延迅速。二是疏散困難。高層建筑容納的人數多,垂直距離大,加上火災環境下人們的恐慌心理和火災煙氣的毒害作用,安全疏散較難解決。層數越高,人員越多,逃生時間也越長。三是撲救難度大。高層建筑高達數十米甚至上百米,發生火災時從室外進行撲救相當困難。通常在18層以上發生的火災主要靠建筑內部的消防設施和自救。

  在這樣的國情下,如何保證建筑火災不因保溫材料引發,如何保證火災發生時保溫材料不助長火焰的蔓延和擴展,如何避免火災發生時的煙氣和熱釋放不會成為人們逃生的障礙,如何避免在火災發生時保溫材料燃燒時不對消防救援帶來危害,都值得重點研究。

  為解決上述問題,根據我國城市建筑的特點,理應對外墻外保溫系統的防火要求更加嚴格。無論是國內自主創新研發的系統產品,還是從國外引進的系統產品,都一定要適合我國建筑的特點和國情,滿足防火安全要求。

  外墻外保溫火災案例分析

  今年以來,國內因保溫材料發生的幾起火災事故,已讓人們清楚地意識到了推廣應用外墻外保溫系統材料必須重視系統材料的防火性能研究。這些火災的發生,大部分是在施工階段立體交叉作業,遇到明火或電焊渣引燃保溫材料引起的火災,少部分是建筑物投入使用后由外因引起。火焰通過相鄰建筑物火災造成的熱輻射或靠近外墻的易燃物燃燒或建筑物內部發生火災,火焰從窗口溢出并向上蔓延,都能使可燃保溫材料被引燃,進一步助長火勢的蔓延,增加火災造成的損失。另外煙氣散發到室外,對建筑物內人員逃生和消防人員施救工作也帶來很大的危害。無論起火原因如何,建筑保溫有機材料成了火勢蔓延的幫兇。

  從外墻外保溫系統中有機保溫材料發生火災或加速火勢蔓延的案例頻繁發生來看,火災的發生大體分為3個時段:保溫材料進入施工現場碼放時段;保溫材料施工上墻時段;外墻外保溫系統投入使用時段。仔細分析3個時段發生火災的特點,可以更好地指導外墻外保溫系統的防火工作,有利于政府、企業、用戶高度重視外墻外保溫系統的防火安全性問題。

  觸目驚心的火災案例給我們足夠的警示。因此,建筑尤其是高層建筑的外墻外保溫系統的防火安全性問題必須提上日程,通過有針對性提出預防或解決措施,來減少因外墻外保溫系統和材料引起的建筑火災和火勢蔓延,給人們的逃生和救援贏得寶貴時間。

  防火安全性問題的起因

  外墻外保溫系統是建筑外墻外側具有保溫隔熱功能并具有一定裝飾效果的系統。系統的核心功能材料是保溫材料,占系統體積的80%以上,配套材料是不燃材料如砂漿、瓷磚等。另外還包含有少量可燃成分的材料如涂塑玻璃纖維網格布、膩子和涂料等。

  用于建筑外墻的保溫材料主要有三類:第一類是以礦物棉和玻璃棉為主的無機保溫材料,通常認定為不燃性材料;第二類是以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主的有機無機復合保溫材料,通常認定為難燃性材料;第三類是以聚苯板(熱塑性)、聚氨酯(熱固性)和酚醛為主的有機保溫材料,通常認定為可燃性材料。

  當外墻外保溫系統的保溫材料采用不燃性材料或不傳播火焰的難燃性材料時,外墻外保溫系統幾乎不存在防火安全性問題。在我國目前的技術條件下,聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃性材料在建筑外墻外保溫系統中的使用最為廣泛,這是產生外墻外保溫系統防火安全性問題的起因。隨著節能標準的逐步提高,采用可燃性有機保溫材料的厚度不斷增加,建筑外墻火災和火災蔓延的問題更加突出。 

  火災的危害因素

  通過對有機保溫材料燃燒過程進行分析,有機保溫材料在空氣或有氧環境中都會燃燒,會直接造成人員傷亡和財產損失。易燃性正是有機保溫材料的主要缺陷,因此認識火災中有機保溫材料燃燒的危害因素對進行有效火災防護極為重要。有機保溫材料對人和物形成的直接危害可以歸結為以下幾個方面。

  1。燃燒火焰。直接接觸火焰導致人體皮膚燒傷是火災中常見的人員傷亡之一。試驗表明,聚苯乙烯燃燒火焰溫度可超過1000℃,當外墻外保溫系統發生火災并通過窗口攻擊室內時,高溫火焰及其熱輻射可在極短時間內置人死亡。此外,聚苯乙烯保溫材料燃燒時熔融滴落,與熔體的接觸也會造成燒傷,給消防救援帶來難度和危險。火焰是火災蔓延的直接原因,它使燃燒從一個物體擴散到另一個物體,從一個空間擴散到另一個空間,導致更大的火災,造成更大的傷亡和損失。




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