高层建筑外墙保温系统防火措施研究

2021-03-31史慧芳青岛黄海学院建筑工程学院讲师

中国建筑装饰装修 2021年10期

史慧芳青岛黄海学院建筑工程学院讲师

王璐青岛黄海学院建筑工程学院副教授

孔凡全山东中原建工实业有限公司工程师

高层建筑指的是高度在27 m 以上的住宅建筑以及高度在24 m以上的非单层厂房、仓库与其他民用建筑。高层建筑的产生与发展，为解决用地资源紧张与基建项目不断增多之间的矛盾做出了突出贡献。现代建筑行业中，外墙保温系统已经成为高层建筑中必不可少的重要组成部分。出于安全性的考虑，高层建筑外墙保温系统不仅要具备良好的保温隔热性能，还要具备一定的防火性能，以有效预防和控制火灾的危害，保障建筑及人员安全。

1 建筑外墙保温系统

目前来说，建筑外墙保温系统主要分为外墙内保温系统、外墙夹芯保温系统、外墙自保温系统以及外墙外保温系统4 种类型[1]。其中，外墙内保温系统是在建筑外墙的内部设置保温层，即在外墙墙体的内侧安装各种具有保温性能的材料。外墙夹芯保温系统是在外墙的内侧和外侧墙壁之间放置保温材料，内侧、外侧墙壁可采用砖和砌块等墙体材料。采用夹芯保温系统的时候，可以由两面墙组成墙体，并在两面墙中间的位置设置保温层，还可以采用空心混凝土砌块，并将保温材料填充在孔洞中。

外墙自保温系统指的是采用本身便具有保温性能的材料建造建筑外墙墙体。为保证安全性，这种材料除了具有保温隔热性能外，还有阻燃的功能，如加气混凝土砌块便是一种保温性能和阻燃性能兼具的材料。外墙外保温系统是最为常用的一种外墙保温系统，具有适用范围广、可基本消除热桥问题、可优化室内热环境质量、可保持室温的稳定性、可改善墙体潮湿情况、适用于旧建筑物的节能改造、可提高墙体的气密性与防水性、保温材料用量较少成本较低以及不占用房屋使用面积等优势。从防火性能考虑，外墙外保温系统包覆在建筑外墙上，跨越了层间防火分区，且形成了一个连通的区域，在发生火灾的情况下，极易发生蔓延。鉴于此，高层建筑对外墙外保温系统的防火性要求较高。

2 影响高层建筑外墙保温系统防火性能的因素

2.1 保温材料

外墙保温系统的防火性能直接受到保温材料性能的影响，若是保温材料具有可燃性，则会增加火灾风险，若是保温材料为不可燃性材料，则可有效预防火灾[2]。在我国，外墙外保温系统是高层建筑最为常见的一种外墙保温系统，而外墙外保温系统中，经常使用硬泡聚氨酯、XPS 以及EPS 等保温材料，这些材料均属于可燃材料，极易导致外墙保温系统发生火灾。随着高层建筑的发展，其相关规范标准也在不断完善，尤其是节能和环保方面的要求越来越严格，为降低暖通空调系统的能耗，外墙保温系统得到了越来越多的应用，这些可燃保温材料在未来也会得到更多的应用。鉴于此，必须进一步提高对外墙保温系统防火问题的重视。

2.2 防火措施

尽量避免火灾事故的发生、将火灾事故的危害控制在最小范围内以及将火灾蔓延区域控制在最小范围内是建筑防火设计的主要目标。针对外墙保温系统的防火，应借鉴建筑防火分区的方式，将整个外墙保温系统划分为若干个防火分区，有效控制火灾蔓延。以外墙外保温系统为例，目前我国外墙外保温系统包覆在外墙上，跨越了层与层之间的防火分区，且形成了连续的可燃性保温层，一旦遭遇火灾事故，便会迅速蔓延，且是左、右、上、下蔓延，甚至变成立体火灾。虽然我国《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》提出要设置防火隔离带，但是实践过程，这一规定的执行情况并不乐观，埋下诸多安全隐患。

2.3 施工风险

调查、分析高层建筑外墙保温系统的火灾事故发生情况发现，在施工过程中发生的火灾高达80%以上[3]。这些火灾事故的出现，主要原因在于现场施工过程中存在诸多风险，主要包括4 点：一是施工现场未开展有效的消防安全管理，未设置专门的保温材料堆放场地，材料露天堆放，或者直接码放在保温工程周围，未做防火保护措施、未设置消防安全标志；二是消防器材配置不全，未设置消防车道；三是由于外墙保温系统施工是一个复杂的作业，施工中经常会出现动火立体交叉作业，电焊渣溅落和明火等均会导致可燃性保温材料的燃烧，引发火灾；四是施工使用的保温材料质量不佳，阻燃性能不达标，也可能会发生火灾事故。

3 提高外墙保温系统防火性能的措施

3.1 合理选择保温材料

为提高外墙保温系统的防火性能，应使用具有良好防火性能的保温材料，可从以下几个方面入手。

首先，采用不燃保温材料是提升外墙保温系统防火性能的有效措施之一，但却不是唯一的措施。我国新阶段主要采用聚氨酯硬泡和聚苯乙烯泡沫塑料作为保温材料，其占比约为80%，但是这两种保温材料均具有可燃性，容易出现火灾，因此需采用具有防火性能的保温材料[4]。加气混凝土砌块是最常见也是技术比较成熟的一种保温材料，其主要由加气剂（铝粉）、粉煤灰、石灰以及水泥等原材料组成，各种原材料混合搅拌均匀后，再经过浇筑、切割以及蒸压养护等一系列工序生产而成。加气混凝土砌块具备良好的保温隔热性能，导热系数大约是普通粘土砖15%，还具备良好的防火性能，在600 ℃的高温环境下的力学性能依然可以保持稳定。

其次，借助阻燃改性技术提升有机保温材料的阻燃性能。有机保温材料具有诸多优势，如导热系数较低、保温隔热性能较好、成本降低以及节能环保等，但其具有可燃性。针对有机保温材料的这一缺点，可采用阻燃改性技术来提升其阻燃性能。目前，难燃性PIR 保温板和EPS 保温板已经在国外得到了应用，我国应借鉴国外先进理念与技术，加大对有机保温材料阻燃改性技术的研究，积极开发具有良好阻燃性能、价格合理、低烟且低毒的有机保温材料。

最后，开发无机保温材料。通常情况下，采用难燃型或不燃性保温材料的外墙保温系统，防火性能相对较好，不容易发生火灾。鉴于此，应积极加大对不燃性无机保温材料的开发，不仅要开发更多类型的无机保温材料，还要不断进行升级，以满足我国建筑外墙保温市场的需求。就现阶段来说，无机保温材料在我国的应用较少，主要原因包括两个方面：一方面，我国高质量的保温制品生产技术水平相对落后，且关于无机保温材料的外墙保温系统应用方面的研究与实践较少；另一方面，无机保温材料如岩棉类等，矿产资源相对缺乏，成本较高，难以满足巨大的市场需求。鉴于此，应加大对有机—无机复合型保温材料的研究，开发保温隔热性能与防火性能兼具、经济合理且可大量生产的外墙保温系统。

3.2 合理选择构造型式

我国国土面积辽阔，高层建筑所在地区不同，对外墙保温隔热性能的要求也有一定的差异[5]。针对外墙保温系统，应根据建筑实际情况进行合理选择。例如，可将外墙内保温系统或者是外墙外保温系统与外墙夹芯保温系统结合起来，以减少外墙内保温系统和外墙外保温系统中保温材料的厚度，减少火灾风险。

3.3 加强施工安全管理

建筑外墙保温系统施工中，应在施工现场切实做好安全管理。结合建筑外墙保温系统的特点及施工情况，开展安全培训，宣传消防知识，加大防火巡查力度和消防安全检查力度，减少施工现场发生的火灾，具体可从几个方面入手：一是检查保温材料，为提高外墙保温系统的防火性能，必须确保保温材料的质量达标，不合格材料严禁投入使用；二是外墙保温系统施工中，必须严格按照设计要求，分区段进行，严格控制各区段之间的防火间距；三是保温材料未涂抹防护层的情况下，裸露施工高度不可超过3 个楼层，且要及时覆盖，以控制保温材料的裸露时间和面积；四是特殊工种，如电工、气焊以及电焊等必须持证上岗；五是施工现场需配备充足的消防设备；六是动用明火必须严格遵循用火管理制度办理相应手续，动火前清理干净现场及周围的可燃物，并要安排专门人员进行监管，动火后检查现场，确保无火灾隐患遗留。