建筑排烟系统各部位不同耐火标准的问题和建议

苏州九城都市建筑设计有限公司 李琦波

0 引言

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》[1](2018年版)(以下简称《建规》)规定了需要设置排烟的场所，GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[2](以下简称《标准》)规定了如何设置排烟系统。但针对排烟系统各组成部位(蓄烟设施和排烟设施)的耐火要求，以上标准规范均没有统一、完整的规定。本文就此问题进行探讨和分析，并给出意见和建议，供设计人员参考，供规范修订时参考。

1 排烟系统的组成

从控制烟气的角度看，排烟系统可分为两部分：蓄烟设施和排烟设施。

蓄烟设施控制烟气的扩散范围，火灾时将高温烟气控制在防烟分区内，也称储烟仓，是由挡烟垂壁、楼板、结构梁、内外墙、内外玻璃、吊顶等组成的封闭物理空间[2]，如图1所示。

排烟设施控制烟气的运动，火灾时将高温烟气有序地排出建筑物。用于排烟的设施有：排烟风机、排烟风管、排烟风口、排烟防火阀、排烟窗、固定窗及可熔性采光带(窗)，如图1所示。

在不受干预的情况下，室内火灾发展过程大致可分为初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。室内平均温度是表征火灾燃烧强度的重要指标，常用温度-时间曲线描述室内火灾的发展过程，如图2所示。

图2反映的是火灾发生时，室内平均温度随时间变化的曲线，并非着火点处的温度曲线。由于本文探讨的是火灾场所中排烟系统各部位的耐火问题，与室内平均温度无关，而与着火点处的温度有关。另外，着火点的位置是不确定的，因此，室内排烟系统的任一部位都有可能置于火中，本文以此为假定条件展开讨论和分析。

火灾发生时，着火点的局部温度近似参考耐火试验的炉内温度，其温度-时间关系式[3]为

t=345lg(8τ+1)+20

(1)

式中t为着火点的局部温度，℃；τ为时间，min。

t-τ曲线如图3所示。

根据式(1)可以计算出不同时间下着火点的局部温度，见表1。

表1 不同时间下着火点的局部温度

由表1可知：火灾持续1 min，局部温度可达349 ℃；火灾持续5 min，局部温度可达576 ℃；火灾持续30 min，局部温度可达842 ℃。

火灾场所短时间的高温特点使得组成排烟系统的各部位不仅需要具备一定的耐火能力，而且因为排烟系统是一个整体，任一部位在火灾时失去完整性后都会影响排烟效果，因此，组成排烟系统的各部位还应具备统一的耐火标准。

由于火灾场所内的排烟系统涉及的部位较多(蓄烟设施和排烟设施)，而且有些部位又执行相应的标准规范，如XF 533—2012《挡烟垂壁》[4]、GB 16809—2008《防火窗》[5]、GB 15763.1—2009《建筑用安全玻璃 第1部分：防火玻璃》[6](以下简称《防火玻璃》)、GB 15930—2007《建筑通风和排烟系统用防火阀门[7]》(以下简称《防火阀》)、XF 211—2009《消防排烟风机耐高温试验方法》[8](以下简称《风机耐高温试验》)、GB/T 17428—2009《通风管道耐火试验方法》[9](以下简称《风管耐火试验》)、GB 50222—2017《建筑内部装修设计防火规范》(以下简称《装修防火》)[10]。而常用的《建规》或《标准》并没有结合其他标准作出统一的规定，因此导致对排烟系统各部位的耐火标准不一致。

2 排烟系统各部位的耐火要求

2.1 蓄烟设施

2.1.1梁、楼板、隔墙、吊顶

《建规》第5.1.2条规定了建筑构件的燃烧性能和耐火极限，如表2所示。

表2 不同耐火等级建筑相应构件的燃烧性能和耐火极限

表2中耐火极限是依据GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法 第1部分：通用要求》(以下简称《构件耐火试验》)通过试验测试得出的，测试时的炉内温度和时间关系同式(1)，试验结果应同时满足构件的承载能力、完整性和隔热性要求[3]。

对于吊顶(蓄烟设施)，《建规》要求一、二级耐火等级建筑的吊顶耐火极限不小于0.25 h；《标准》要求吊顶应采用不燃材料；《装修防火》根据材料的燃烧性能等级划分为A(不燃)、B1(难燃)、B2(可燃)、B3(易燃)4个等级，每种等级依据GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》[11]通过试验测试得出。常用的A级吊顶材料应能满足：试验温度为(750±5)℃，试验时间为30 min[12]，炉内温升Δt≤30 ℃，质量损失Δm≤50%[11]。其试验温度相当于着火点持续15 min时的局部温度(见表1)。

2.1.2挡烟垂壁

《标准》对挡烟垂壁的要求仅为用不燃材料制作，而《挡烟垂壁》除了要求采用不燃材料制作外，还要求满足耐高温性能。《挡烟垂壁》第5.1.5条规定：挡烟垂壁在(620±20)℃的高温作用下，保持完整性的时间不应小于30 min，其试验温度值相当于着火点持续10 min时的局部温度。另外，《挡烟垂壁》第5.1.2条还对不同材质有要求，如表3所示。无论挡烟垂壁采用何种材质，都应满足《挡烟垂壁》第5.1.5条的规定。

表3 挡烟垂壁的材质要求

挡烟垂壁原先属于消防强制性认证产品，认证的依据是《挡烟垂壁》，但在厅字〔2019〕34号《关于深化消防执法改革的意见》的通知中，已改为自愿性认证，即无需强制性3C认证，但《挡烟垂壁》并未作废，仍在执行。

2.1.3内外墙玻璃

建筑和内装设计中经常会使用玻璃，如玻璃幕墙、采光天窗、房间的玻璃隔墙、走道两侧的玻璃隔墙、玻璃吊顶等。此时，玻璃不仅是建筑构件，也是蓄烟设施。

《建规》对外区玻璃如幕墙、天窗并没有耐火要求，而GB/T 31433—2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》[13]要求外门窗的耐火完整性不应低于30 min，即要采用防火玻璃。

《建规》对内区玻璃如疏散走道两侧的玻璃隔墙、房间的玻璃隔墙，未明确规定是否应采用与隔墙相同耐火极限的防火玻璃。

防火玻璃分为隔热型防火玻璃(A类)和非隔热型防火玻璃(C类)，其耐火极限有3.0、2.0、1.5、1.0、0.5 h 5个等级[6]，依据GB/T 12513—2006《镶玻璃构件耐火试验方法》进行测试[14]，试验温度与《构件耐火试验》规定相同。

2.1.4内外窗

根据开启形式，内外窗分为固定窗和活动窗；根据耐火要求，内外窗(内外窗均为平时使用，外窗不用于排烟)分为普通窗和防火窗。防火窗也分为A类和C类，耐火极限也有3.0、2.0、1.5、1.0、0.5 h 5个等级，其中A类防火窗又分为甲级(1.5 h)、乙级(1.0 h)、丙级(0.5 h)3个等级[5]。测试方法及试验温度同防火玻璃。

2.1.5内外门

根据耐火极限，防火门可分为甲级(1.5 h)、乙级(1.0 h)、丙级(0.5 h)3个等级，与防火窗对应。其中甲级防火门主要用于排烟机房、防火墙；乙级防火门常用于楼梯或前室的疏散门、防火隔墙；丙级防火门常用于管道井。《建规》第6.2.9-2条规定：管道井上检修门采用丙级防火门，而《标准》第4.4.11条规定：管道井上检修门采用乙级防火门，2个规范要求不统一。

2.2 排烟设施

2.2.1排烟风机

《标准》第4.4.6条规定：排烟风机应满足280 ℃时连续工作30 min的要求。

《风机耐高温试验》规定，试验温度不低于280 ℃，排烟风机连续工作30 min无异常现象。

2.2.2排烟风管

《标准》第4.4.8-1条规定：排烟管道及其连接部件应能在280 ℃时连续30 min保证其结构完整性。第4.4.5-3条规定：排烟风机与排烟管道的连接部件应能在280 ℃时连续30 min保证其结构完整性。第4.4.8-2～4条规定：管道井内的竖向排烟风管耐火极限不低于0.5 h；吊顶内的水平排烟风管耐火极限不低于0.5 h；直接设置在室内的排烟风管的耐火极限不低于1.0 h；走道吊顶内的排烟风管耐火极限不低于1.0 h；穿防火分区的排烟风管耐火极限不低于1.0 h；地车库和设备用房内的排烟风管耐火极限不低于0.5 h。第4.4.11条规定：排烟管道井耐火极限不低于1.0 h。

《建规》第6.2.9-2条规定：竖向排烟道耐火极限不低于1.0 h；第6.3.5条规定：排烟风管穿过防火隔墙、楼板和防火墙时，排烟防火阀两侧各2.0 m范围内的风管耐火极限不低于该防火分隔体的耐火极限。

《风管耐火试验》中的试验温度和判断方法同《构件耐火试验》，除此以外，风管的完整性还需在耐火时间内保持风管内(300±15) Pa的压差。

2.2.3阀门和风口

《标准》第6.2.2条规定：阀门和风口必须符合有关消防产品标准的规定，防排烟系统的柔性短管必须为不燃材料；第6.3.4-2条规定：法兰垫片应为不燃材料。

《防火阀》第6.12条规定：排烟防火阀的耐火时间不应小于1.5 h。其试验温度与《构件耐火试验》规定相同，判断依据为在耐火时间内，阀门两侧保持(300±15) Pa的气体静压差，单位面积漏烟量不大于700 m3/(m2·h)，且阀门满足耐火完整性，无耐火隔热性要求。

2.2.4排烟窗

《建规》和《标准》未提及排烟窗的耐火要求。排烟窗一定是外窗，自然排烟时，排烟窗应设置在储烟仓内；机械排烟时，关于外窗的位置目前有一定的争议，笔者设计的某项目，审图人员认为机械排烟时，储烟仓内不应设置外窗，否则违反《标准》第4.1.2条，即同一防烟分区存在2种排烟方式，会导致储烟仓内的烟气混乱，影响机械排烟效果。如果要设置外窗则应该设置在储烟仓以下，火灾时用于自然补风。

2.2.5固定窗

固定窗一定是外窗，用于机械排烟的无窗场所，平时不可开启，火灾时人工破拆，排出火灾场所的烟和热，弥补机械排烟的不足。《标准》规定了设置固定窗的建筑类型及位置、面积、间距等要求，但未提及固定窗的耐火要求。另外，根据《标准》第4.4.1条的条文说明，火灾初期不能将固定窗用于排烟窗，而应该在火灾规模较大时破拆，目的是为了保证火灾初期的机械排烟效果，这点跟2.2.4节中提到的机械排烟时，储烟仓内不应设置外窗的原因类似，但《标准》未明确何时为火灾规模较大的情况。

2.2.6可熔性采光带

可熔性采光带设置在屋顶，在120～150 ℃时自动熔化，用于排出火灾场所的烟和热。自然排烟时，作为增强排烟措施；机械排烟时，可代替固定窗。根据《标准》第2.1.18条的条文说明，设置可熔性采光带的目的是及早熔化、及时排出火灾场所的烟和热。

3 耐火标准不一致问题的探讨

综上所述，排烟场所各部位的耐火标准主要有以下3种：

1) 满足耐火极限；

2) 在某温度下保持若干时间结构完整性；

3) 采用不燃材质。

3.1 关于耐火极限的要求

3.1.1耐火等级与耐火极限

排烟系统中需要满足耐火极限要求的部位有：蓄烟设施中的建筑构件和排烟设施中的排烟风管。其中建筑构件的耐火极限与建筑的耐火等级有关，由表2可知：不同耐火等级的建筑，相同部位的耐火极限不同；同一耐火等级的建筑，不同部位的耐火极限也不相同。耐火等级较低的建筑允许使用难燃性甚至可燃性的材质。而排烟风管的耐火极限未与耐火等级对应，只与排烟风管的位置有关。

因此，在规定排烟系统某个部位耐火极限时，单纯给出一个数值并不严谨，应结合建筑的耐火等级和构件的耐火极限，使排烟系统的耐火极限与之对应。

对于耐火等级较低的建筑，如木结构，既然《建规》允许建筑构件使用难燃性或可燃性材质，那么排烟系统的材质是否也可降低标准，这点值得思考。

3.1.2不同部位的耐火极限

由于标准的不统一，导致防烟分区内各部位的耐火极限各不相同，如图4所示。

图4 排烟系统各部位的耐火要求

火灾发生时，排烟系统是一个整体，任何一个部位失去耐火完整性都会影响整个排烟系统的可靠性，所以排烟系统的耐火极限取决于系统中耐火极限最小的部位。

以图4为例，防烟分区1的蓄烟设施由挡烟垂壁、吊顶、隔墙组成，虽然隔墙的耐火极限为0.5 h(二级)，但吊顶的耐火极限只有0.25 h。吊顶将先于隔墙被烧穿，此时蓄烟设施失去完整性，一方面烟气会通过吊顶扩散到相邻防烟分区；另一方面火灾场所的净高发生变化，导致烟羽流质量流量发生变化。而防烟分区2中，由于外窗无耐火极限要求，机械排烟时，若外窗破裂，就会出现2.2.4节中的情况。

3.1.3同一部位的耐火极限

由表2可知，一级和二级耐火等级的建筑，疏散走道两侧的隔墙需要满足1.0 h的耐火极限，但对隔墙上的门窗并没有明确耐火极限要求，且各地要求也不一致。

有些地区可以使用普通门窗；有些地区要求普通窗设置在室内距地面1.5 m以上；有些地区要求采用普通门窗时，门窗的面积不大于隔墙面积的50%；有些地区要求采用乙级防火门和乙级防火窗，与隔墙的耐火极限一致。

如果采用普通门窗，火灾发生时，门窗处既满足不了防火要求(作为建筑构件)，又满足不了蓄烟要求(作为蓄烟设施)。

再以防火分区为例，防火分区隔墙的耐火极限为3.0 h，若在隔墙上开设门窗，则应采用甲级防火门和甲级防火窗，而甲级防火门窗的耐火极限是1.5 h，与防火分区隔墙的耐火极限相差甚远，火灾时也不能保证隔墙的完整性。

3.2 关于耐火温度的要求

耐火极限涉及的温度是随时间变化的，如式(1)和图3所示，在30 min时温度为842 ℃；“在某温度下保持若干min结构完整性”涉及的温度是定值，对于排烟风机、排烟风管及其连接部件的温度要求是280 ℃，而对于挡烟垂壁的温度要求却是(620±20) ℃；A级不燃材料的试验温度是(750±5) ℃。

挡烟垂壁要求在(620±20) ℃保持30 min耐火完整性，此温度相当于着火点持续10 min时的局部温度，而着火点持续30 min的温度为842 ℃，挡烟垂壁的耐火要求低于0.5 h耐火极限。同样以图4为例，挡烟垂壁如果提前失去完整性，将会导致蓄烟设施破坏，烟气扩散，影响排烟效果。

根据《标准》第4.4.8条，排烟风管不仅要在280 ℃时保证30 min结构完整性，而且还要满足耐火极限要求，这是因为280 ℃为烟气的温度，30 min为排烟风管在排烟时的耐烟要求，而耐火极限是指排烟风管置于火场中的耐火要求。

排烟风机要求设置在专用机房内，机房隔墙的耐火极限为2.0 h，火灾时排烟风机不会直接面对火焰，无耐火极限要求，因此只要求在280 ℃时连续工作30 min。当烟气温度达到280 ℃时，烟气中已带火，此时排烟风机入口处的排烟防火阀关闭，并连锁关闭排烟风机。

3.3 关于不燃材质的要求

《标准》要求挡烟垂壁、阀门、风口、柔性短管、法兰垫圈等采用不燃材质，而不燃材质的试验温度为(750±5) ℃，此温度低于耐火极限时的温度。以图4为例，如果这些部件在火灾中失去完整性，同样也会影响整个排烟系统。

根据耐火极限和不燃材质的定义及试验要求可知，满足耐火极限要求的一定为不燃材质，但不燃材质不一定满足耐火极限要求。

4 意见和建议

造成排烟系统各部位耐火标准不一致的原因主要有2个：

1) 部位种类多，涉及的规范多，且规范要求不统一；

2) 涉及建筑和暖通2个专业，每个专业针对火灾考虑的角度不同，建筑专业以“防火”为主，暖通专业以“控烟”为主，主要区别见表4。

表4 建筑和暖通专业防排烟火灾的区别

4.1 建筑专业

排烟系统中的蓄烟设施属于建筑范畴，设计时应主要依据《建规》。

1) 同一部位的耐火标准要一致。

对于建筑隔墙，包括疏散走道两侧的隔墙、房间的内外隔墙、防火隔墙、防火分区的隔墙，当隔墙上有其他构件时，如门、窗、玻璃等，这些构件的耐火极限应与隔墙的耐火极限一致，否则隔墙的耐火极限没有意义，也起不到防火和蓄烟的作用，建议《建规》修订时明确此问题。

对于吊顶，如2.1.1节中所述，《建规》要求满足耐火极限0.25 h，《装修防火》和《标准》要求采用不燃材料，由于耐火极限和不燃材料的试验依据不同(前者按照建筑构件进行，后者按照建筑材料进行)，导致吊顶的耐火试验标准不同。建议按照耐火极限的标准测试。

2) 不同部位的耐火标准要统一。

不同部位主要指隔墙、吊顶、挡烟垂壁。目前三者的耐火标准不一致，相比而言，吊顶与挡烟垂壁的耐火要求低于隔墙。火灾时，吊顶与挡烟垂壁先于隔墙失去完整性，导致烟气蔓延到其他区域，建议将挡烟垂壁划入建筑构件，挡烟垂壁和吊顶均按照建筑构件进行试验和要求，并与隔墙的耐火极限保持一致。

3) 防烟要求。

建筑专业在进行防火设计时，还应考虑防烟的问题。防火门、防火窗、防火玻璃、防火卷帘、吊顶、挡烟垂壁等构件不仅要满足耐火极限要求，而且在火灾时要确保不漏烟或漏烟量在规范允许的范围内。

4.2 暖通专业

排烟系统中的排烟设施属于暖通范畴，设计时应主要依据《标准》。与建筑专业不同的是，排烟设施在排出高温烟气的同时，其自身也有可能置于火场中。因此，排烟设施不仅要满足耐烟要求，也要满足耐火要求，且要求均应保持一致。

1) 耐烟要求一致性。

建议所有排烟设施，包括排烟风机、排烟风管、排烟风口、排烟阀门、相关连接件及固定窗，均需保证在280 ℃时保持30 min结构完整性。

排烟风管除了自身满足耐烟要求外，还要防止排烟风管本身高温而引燃吊顶中的可燃物，需要采取隔热措施，并与可燃物保持不小于150 mm的距离。

2) 耐火要求一致性。

除了设置在专用机房内的排烟风机外，排烟风管、排烟风口、排烟阀门及相关连接件不但要采用不燃材质，还应满足相同的耐火极限要求。排烟风管的最小耐火极限是0.5 h，建议统一规定排烟系统的最小耐火极限为0.5 h，其他场所排烟系统的耐火极限可根据规范选取。

排烟风管常用镀锌铁皮制作，但市场上无镀锌铁皮风管的耐火极限检验报告。因此，按照《标准》的要求，所有镀锌铁皮风管均应进行防火包覆或采用防火板材，包括地下汽车库、设备用房、风井内的风管。目前各地执行标准不统一，有些地区对风井内的风管无耐火极限要求，建议《标准》修订时明确此问题。

3) 储烟仓的完整性。

在实际项目中，审图人员经常提出关于储烟仓要保持完整性的问题，主要集中在3个方面：

① 汽车库采用坡道自然补风时，在地下室坡道入口处应设置挡烟垂壁，一方面可以保证储烟仓的完整性，另一方面可使坡道补风口位于储烟仓以下，如图5所示。

图5 坡道入口设置挡烟垂壁

② 当储烟仓的内区有门、窗等洞口时，应设置挡烟垂壁，保证储烟仓的完整性，在门洞的上方设置电动挡烟垂壁，挡烟垂壁落下时不应影响疏散门的开启，且应安装在疏散指示标志的背面，如图6所示。

图6 门洞上方设置电动挡烟垂壁

③ 采用机械排烟时，储烟仓内不应有可开启的外窗或采用防火窗，防止火灾时外窗破裂，导致同一防烟分区存在2种排烟方式，影响机械排烟效果，如图7所示，在储烟仓范围内的外窗内侧设置固定挡烟垂壁，图中挡烟垂壁的材质为无机纤维防火布，建议采用防火玻璃，有利于采光。

图7 外窗内侧设置固定挡烟垂壁

4.3 建筑和暖通专业耐火标准应统一

以上分别从建筑和暖通专业的角度对排烟系统的耐火要求提出了意见和建议。由于排烟系统设置在建筑内部，属于建筑内的一部分，因此排烟系统的耐火要求也应结合建筑的耐火要求。

建筑构件的耐火极限与建筑的耐火等级对应，因此排烟系统的耐火极限也应与建筑的耐火等级对应。建议在建筑耐火要求的范围内对排烟系统进行统一耐火要求，类似在防火分区的范围内对防烟分区进行划分，防烟分区不能跨越防火分区，同样排烟系统的耐火要求也不应高于建筑构件的耐火要求。

5 结语

本文仅从规范层面上对设计中耐火标准不一致可能出现的问题进行探讨并给出意见和建议，希望《建规》和《标准》在修订时，能考虑耐火标准统一性的问题，具体统一的要求还需通过火灾模拟实验进行论证分析。