防排烟风管耐火极限的研究

周 麟，吴蔚兰，张 柱，李 婷，张 程

（中机中联工程有限公司，重庆 400000）

0 引言

建筑防排烟的风管是建筑防排烟系统的重要组成部分，担负着火灾时烟气的控制与排出功能。防烟风管的作用是输送和补充加压空气，使逃生通道和空间不受烟气的侵入；排烟风管的作用是及时排出火灾产生的大量烟气，便于人员的转移和疏散。《建筑设计防火规范（2018 年版）》（GB 50016—2014）、《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251—2017）、《建筑高度大于250 米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》（公消〔2018〕57 号）等规范对设置在不同部位的防烟风管和排烟风管进行了相应的耐火极限的规定（表1）。

表1 建筑防烟排烟系统风管耐火极限对照

1 防排烟风管的耐火极限

《建筑设计防火规范（2018 年版）》（GB 50016—2014）2.1.10 条对耐火极限的定义：在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，至失去承载能力、完整性或隔热性时止所用时间，用小时表示。《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251—2017）第3.3.7 条的条文解释也明确：对于送风管道、排烟管道的耐火极限的判定应按照现行国家标准《通风管道耐火试验方法》（GB/T 17428—2009）的测试方法，当耐火完整性和隔热性同时达到时，方能视作符合要求[1]。耐火极限包含承载能力、完整性和隔热性。也就是说有耐火极限要求的管道都需要隔热性能，而常用的镀锌钢板风管满足不了隔热性的要求。在火灾情况下的承载能力是否满足也没有相关的检测报告，因此镀锌钢板风管被认为不具备耐火极限，即使0.5h 的耐火极限也不被认可。为了满足防排烟系统中风管的耐火极限要求，需要对镀锌钢板风管采取一定的措施。图1为风管耐火极限实验，图2 为风管耐火极限实验实景。

图1 风管耐火极限实验

图2 风管耐火极限实验实景

管道的整体耐火性能测试属于大型耐火构造实验，非单体材料性能测试。

实际工程应用时的构造应与测试的构造相符，才能确保耐火性能满足选用要求[2]。

（1）耐火完整性。风道系统的压力和流量保持无透火、蹿烟整体管道无变形和垮塌。

（2）耐火隔热性。管道表面平均温升小于140℃，最大温升小于180℃。

2 保证风管耐火极限符合要求的做法

根据规范的要求，为保证风管耐火极限符合要求，目前有以下做法：①喷涂（涂抹）防火涂料来保证耐火极限。②防火板+隔热棉+镀锌钢板。图集《防排烟及暖通防火设计审查与安装》（20K607）上对钢板风管防火保护例举了包覆工业一体化硅酸钙板（即防火板）的做法，这也是最常见和普遍的做法。③风管外包玻璃棉。采用专用的玻璃棉+风管可以达到耐火极限0.5～1.0h要求。④成品复合耐火风管。内外层为钢板，内衬无机耐火层及防火隔热层。

3 做法及优缺点分析

3.1 喷涂（涂抹）防火涂料

可用于钢结构仓库，但不宜用于民用建筑及厂房，原因主要包括：①防火涂料高温下挥发有毒有害气体。②防火涂料高温下膨胀变形，可能妨碍风阀等执行机构的正常动作。目前多个省市已明确规定，不得采用涂防火涂料作为满足送风排烟管道耐火极限的措施。

3.2 防火板+隔热棉+镀锌钢板

《防排烟及暖通防火设计审查与安装》图集上对钢板风管防火保护例举了包覆工业一体化硅酸钙板（即防火板）的做法，从市场的调研来看，采用防火板+隔热棉+镀锌铁皮是常规做法。但是这种做法工序比较复杂，用材多，造价也比较高，越来越多的工程中不愿意采用这种方式。

3.3 风管外包玻璃棉

根据厂家提供的耐火极限检测报告，送检的试件由两组通风管道组成。管道A、管道B 均由风管管壁由1.2mm 镀锌钢板、60m 绝热玻璃棉层、玻纤铝箔布等组成。绝热玻璃棉层由密度为64kg/m3玻璃棉板采用高温胶复合而成[3]。

在实际的项目中，风管外包玻璃棉的做法减少了防火板材料及其安装工序，降低了成本，故得到了广泛的应用。风管外包玻璃棉风管制作工序如图3 所示。

图3 风管外包玻璃棉风管制作工序

但有研究表明，建筑火灾初期温度上升极为迅速，0.5h 后温度即可达到842℃，1h 后温度高达到945℃。玻璃棉制品中含有不耐高温的黏结剂，玻璃棉制品本身也在温度上升至850℃后2min 就结构分解。故火灾中达到的温度很快会突破玻璃棉制品所能承受的极限温度。也就是说风管要达到0.5h 的耐火极限，外包覆材料必须耐受842℃以上的高温；如要达到1h 的耐火极限，这个温度应该更高。显然，玻璃棉制品无法满足排烟风管耐火极限的要求，在使用过程中有较大的风险。玻璃棉制品的性能不适用于防排烟风管（金属风管）的耐火和隔热，这是由于玻璃棉制品材料自身属性决定的。

目前，市场上出现了一些耐高温绝热玻璃棉、防排烟系统专用绝热玻璃棉等产品，用于防排烟风管的耐火外包覆，以此满足耐火极限要求[4]，同时还附有通过耐火试验的检验报告。绝热玻璃棉层由玻璃棉板采用高温胶复合而成，由于涂敷了高温胶，金属风管的完整性和隔热性得以提高，但玻璃棉板的耐温性和绝热性是无法得到验证和量化的。由于高温胶的用量较大，会增加风管荷重，且高温胶中含有醛、苯类有害物质，对人体是有害的，使用时，应慎重考虑。

3.4 成品复合耐火风管

成品复合耐火风管，内外层为钢板，其中内层采用0.75～1.5mm 厚度的镀锌钢板，镀锌钢板厚度满足现行规范的要求。内衬无机耐火层及防火隔热层。需要着重指出的是：风管法兰的尺寸和内层钢板厚度必须满足国标要求、钢板与内衬材料的复合应采用无机高温胶、法兰应与内外钢板焊接固定、复合一体化风管只有完全在工厂预制管段后完成现场吊装和拼接才能真正满足性能要求。

成品复合耐火风管：①具有整体检测报告。风管在工厂预制完成，一体成型，风管整体具有检测报告。②安装便捷，缩减工期。成品风管仅现场安装，减少保温钉、隔热棉、防火板等施工工序，缩短工期。③降低工程造价。施工工序少，安装人工成本低，大大降低工程造价。④成品效果美观。装配式节能复合风管外覆材料可根据装修风格定制，整体成型，表观质量好[5]。

重庆市于2021 年10 月1 日，出版了《建筑防烟排烟系统复合型耐火风管设计图集》（渝21J02），本图集主要对复合型耐火风管的标准、分类、设计选型进行介绍并提供相应的示意图。复合型耐火风管由不燃无机复合板及隔热材料复合而成的板材制作，可通过风管构配件快速安装，且具有相应耐火性能的风管。根据需要，可在复合风管内侧粘接镀锌薄钢板或涂层薄钢板。图4 为复合型耐火风管整体装配。

图4 复合型耐火风管整体装配

复合型耐火风管的制作工序如图5 所示。

图5 复合型耐火风管制作工序

复合型耐火风管的抗震性、耐压强度、严密性、漏风量等各项性能经检测符合《建筑机电工程抗震设计规范》（GB 50981—2014）表3.41 中消防系统类构件的类别系数和功能系数规定时，满足抗震要求可用于《建筑机电工程抗震设计规范》规定的高层建筑及抗震设防烈度Ⅸ度地区建筑的通风、空调及防排烟系统。

4 结语

为满足规范对防排烟管道的耐火性能做出的相关要求，可以有3 种保证措施：①采用防火板+隔热棉+镀锌钢板。②采用防排烟风管外包覆柔性耐火隔热材料。③成品复合耐火风管。实际工程选用时建议综合考虑承重性、施工便利性、经济性等，确定满足不同耐火极限要求的具体做法。

在这里重点提出，采用防排烟风管外包覆柔性耐火隔热材料时，必须要满足以下4 点要求：①应提供防排烟风管的整体耐火性能测试报告。②且产品的实际应用应与报告中的材质、结构、做法等完全一致。③产品必须具备至少850℃的耐高温性能，在高温下不出现软化和收缩，金属风管包覆结构整体不会出现破损，保证火灾温度下的完整性。④产品必须在高温下具备良好的绝热性能，即在高温下能保证风管结构隔热性。