#1引言

現(xiàn)行《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）及不同建筑類型的建筑設(shè)計規(guī)范如《辦公建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《科研建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《飲食建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《商店建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《汽車庫修車庫停車場設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《電動汽車分散充電設(shè)施工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑高度大于250m民用建筑防火設(shè)計加強(qiáng)性技術(shù)要求》等共同組成對防排煙風(fēng)管的耐火極限規(guī)定的體系。

GB51251-2017著重于不同類型（排煙、送風(fēng)、補(bǔ)風(fēng)）、不同使用場合（地下、地上、吊頂、管井）風(fēng)管等的規(guī)定；GB50016-2014則偏重于對穿越防火墻、防火隔墻、防火分區(qū)等2m范圍內(nèi)風(fēng)管耐火極限的規(guī)定；不同建筑類型規(guī)范則偏重于穿越不同重要房間的風(fēng)管的耐火極限的規(guī)定。

傳統(tǒng)的鐵皮風(fēng)管或無機(jī)復(fù)合風(fēng)管不具備耐火隔熱性和耐火完整性，在排煙時風(fēng)管內(nèi)高溫?zé)煔獗旧懋a(chǎn)生高溫輻射，在自身防火分區(qū)或防煙分區(qū)內(nèi)就起到傳遞高溫?zé)崃磕酥烈几浇扇嘉锘虺惺芡獠炕鹱陨斫Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)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。

對防排煙風(fēng)管提出的耐火極限要求，無疑是標(biāo)志著將風(fēng)管與具有蓄煙功能的內(nèi)外墻、樓板、結(jié)構(gòu)梁、內(nèi)外玻璃、吊頂、擋煙垂壁及具有排煙功能的排煙風(fēng)機(jī)、排煙防火閥、排煙風(fēng)口、排煙窗、固定窗、可溶性采光帶地位等同，使其具備耐火極限的要求。

從以上分析來看，對防排煙風(fēng)管提出耐火極限要求應(yīng)該是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，風(fēng)管的耐火極限要求也為專業(yè)人士逐步接受，疑慮的焦點(diǎn)問題在于：

正如GB 51251-2017規(guī)定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續(xù)30min保持其完整性，排煙防火閥是280℃動作關(guān)閉，此時排煙系統(tǒng)不需要再工作，而風(fēng)管耐火極限的檢測規(guī)范GBT 17428-2009 現(xiàn)場測試中起始燃燒溫度就是450℃，850℃為完成溫度，似乎存在矛盾。

本文試圖對規(guī)范或國標(biāo)圖中產(chǎn)生疑慮的問題展開討論，并做出合理解釋。

#2防排煙風(fēng)管耐火極限的論述

在不受干預(yù)的情況下，室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展過程大致可分為初期增長階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。室內(nèi)平均溫度是表征火災(zāi)燃燒強(qiáng)度的重要指標(biāo)，常用溫度-時間曲線描述室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展過程，如圖一所示。

圖一反映的是火災(zāi)發(fā)生時，室內(nèi)平均溫度隨時間變化的曲線，并非著火點(diǎn)處的溫度曲線。由于本文探討的是火災(zāi)場所中防排煙系統(tǒng)各部位的耐火問題，與室內(nèi)平均溫度無關(guān)，而與著火點(diǎn)處的溫度有關(guān)。

圖一 室內(nèi)火災(zāi)平均溫度-時間曲線

另外，著火點(diǎn)的位置是不確定的，因此，室內(nèi)排煙系統(tǒng)的任一部位都有可能置于火中，本文以此為假定條件展開討論和分析。

火災(zāi)發(fā)生時，著火點(diǎn)的局部溫度近似參考耐火試驗的爐內(nèi)溫度，其溫度時間關(guān)系式為[1]：

（τ）[1]

公中T為著火點(diǎn)的局部溫度，℃；τ為時間， min。

T-τ曲線如圖二所示。

圖二 室內(nèi)火災(zāi)平均溫度-時間曲線

根據(jù)式（1）可以計算出不同時間下，著火點(diǎn)的局部溫度，見表一。

可見火災(zāi)30min內(nèi)局部溫度可達(dá)到842℃?；馂?zāi)場所短時間的高溫特點(diǎn)使得組成排煙系統(tǒng)的各部位不僅需具備一定的耐火能力，而且因為排煙系統(tǒng)是一個整體，任一部位在火災(zāi)時失去完整性后都會影響排煙效果，因此，組成防排煙系統(tǒng)的各部位應(yīng)形成相應(yīng)的耐火極限標(biāo)準(zhǔn)。

#3火災(zāi)時防排煙風(fēng)管運(yùn)行溫度的相關(guān)問題

火災(zāi)中，防排煙風(fēng)管的耐火極限首先應(yīng)該考慮如何應(yīng)對外部火的炙烤：

正壓送風(fēng)管和補(bǔ)風(fēng)管暴露在火災(zāi)情況下，因為具備了完整性和隔熱性，可以正常工作，不至于使得管內(nèi)的空氣溫度過高，對著疏散人群輸送空氣的溫度是人體可以承受的；

排煙風(fēng)管在火災(zāi)負(fù)壓抽吸的工作狀態(tài)中截面不至于變形，影響排煙的有效性。

基于此耐火極限的檢測規(guī)范GBT 17428-2009起始燃燒溫度就是450℃，完成溫度為850℃；

因此《上海市建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ08-88-2021才要求風(fēng)管的絕熱材料應(yīng)采用巖棉或其他能承受800℃以上的高溫的絕熱材料。

排煙風(fēng)管工作溫度與排煙防火閥動作溫度的關(guān)聯(lián)性思考

由此可見，對防排煙風(fēng)管的耐火極限的相關(guān)規(guī)定，首先是要求風(fēng)管能承受外部火的炙烤（遠(yuǎn)大于280℃），這與建筑構(gòu)件、吊頂或擋煙垂壁所要求的耐火極限要求一致（擋煙垂壁是30min承受620±20℃的耐火極限）。

這是基于風(fēng)管任一部位在火災(zāi)時承受外部火失去完整性后都會影響防排煙補(bǔ)風(fēng)效果而提出的。

而排煙防火閥在280℃情況下會關(guān)閉，排煙風(fēng)機(jī)關(guān)閉，排煙動作停止，這是基于抽吸入排煙風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度高于280℃發(fā)生的情況，這是風(fēng)管內(nèi)煙氣溫度過高引發(fā)的。

因此GB 51251-2017的4.4.8.1條文規(guī)定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續(xù)30min保持其完整性，可視為排煙風(fēng)管承受室內(nèi)煙氣溫度時，耐火極限溫度的規(guī)定。

兩種不同的溫度要求看似矛盾，實際上不矛盾。

原因有二：

1）著火點(diǎn)不一定在防煙分區(qū)和主風(fēng)機(jī)280℃防火閥附近，排煙風(fēng)管承受外部火時，1min內(nèi)外部溫度已經(jīng)達(dá)到了350℃，排煙風(fēng)管本身需要經(jīng)受外部火的考驗，保持其完整性；

2）火災(zāi)時是各種消防設(shè)施共同作用的結(jié)果，噴淋系統(tǒng)或消火栓可能先于排煙風(fēng)機(jī)動作或人為開啟，排煙系統(tǒng)抽吸的煙氣溫升有個過程，煙氣中還夾帶著大量水汽，溫度不會立即達(dá)到280℃，排煙系統(tǒng)在人員疏散期間有足夠的時間完成自身的排煙工作。

基于此，考慮排煙風(fēng)管在火災(zāi)中承受內(nèi)部煙溫和外部火的共同作用，不能簡單的以280℃作為評判風(fēng)管本身耐火極限的工作溫度。

防排煙風(fēng)管吊頂內(nèi)耐火極限的分析

從規(guī)范可以看出，凡是吊頂內(nèi)和管井內(nèi)的風(fēng)管的耐火極限要求有所降低，當(dāng)然這個吊頂是完全意義上的吊頂，而不是鏤空吊頂，鏤空吊頂無法阻擋火焰，起不到保護(hù)吊頂內(nèi)風(fēng)管的作用。

查看GB8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》吊頂?shù)哪突饦O限，常用的Ａ級吊頂材料應(yīng)能滿足：

試驗溫度為（750±5）℃，實驗時間為 30min?？梢姷蹴斈芷鸬搅吮Ｗo(hù)吊頂內(nèi)防排煙風(fēng)管的作用，吊頂內(nèi)的防排煙風(fēng)管不會受到吊頂下火焰的直接炙烤。

#4防排煙風(fēng)管隔熱性的傳熱分析

從分析表明承受外部火應(yīng)該才是風(fēng)管必須具有耐火極限的更重要的原因，但現(xiàn)行防排煙規(guī)范和相關(guān)圖集對外部火作用于防排煙風(fēng)管的隔熱性并沒有詳細(xì)的闡述或計算，都是通過送樣檢測來測試一定溫度下風(fēng)管本體的耐火極限。

防排煙規(guī)范體系中最重要的三本規(guī)范均提到了吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管的隔熱性問題。

如《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017中4.4.9規(guī)定[2]：當(dāng)?shù)蹴攦?nèi)有可燃物時，吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管應(yīng)采用不燃材料進(jìn)行隔熱，并應(yīng)與可燃物保持不小于150mm的距離。

又如《上海市建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ08-88-2021中4.3.10規(guī)定[3]，當(dāng)?shù)蹴攦?nèi)有可燃物時，吊頂內(nèi)的排煙管道的絕熱層厚度不應(yīng)小于35mm，并與可燃物保持不小于150mm的距離。

這兩個規(guī)定都源于母規(guī)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版）9.3.10的規(guī)定[4]。

可以理解為吊頂內(nèi)的排煙風(fēng)管受到了A級吊頂?shù)谋Ｗo(hù)，不考慮承受外部火的炙烤，只考慮排煙風(fēng)管內(nèi)部280℃高溫?zé)煔庀蝻L(fēng)管外傳熱不超過80℃[5][6].否則可能引燃吊頂內(nèi)的可燃物。

（這和風(fēng)管耐火極限的檢測規(guī)范GBT17428-2009中的測試外部溫度邊界條件不一樣，風(fēng)管達(dá)到耐火極限時風(fēng)管表面的規(guī)定溫度數(shù)值也不一樣）

問題歸結(jié)為吊頂內(nèi)采用了0.5h耐火極限風(fēng)管后（成品耐火極限風(fēng)管內(nèi)本身含有隔熱層），是否還需要再增設(shè)一定厚度的隔熱層的問題。

結(jié)論是：

吊頂內(nèi)如果沒有可燃物，則采用0.5h的耐火極限排煙風(fēng)管即可；

如果吊頂內(nèi)有可燃物，則需校核采用的耐火極限排煙風(fēng)管在280℃管內(nèi)煙氣流走條件下，采用相應(yīng)厚度和材質(zhì)能否保證表面溫度不高于80℃的問題了。

鐵皮加隔熱材料復(fù)合風(fēng)管和復(fù)合耐火極限風(fēng)管的傳熱分析

15K606《建筑防排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》圖示107頁中對吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管隔熱計算做了闡述。

環(huán)境溫度為35℃，管內(nèi)溫度為280℃，風(fēng)管外表面換熱系數(shù)αc為8.14W/（m2K)，風(fēng)管內(nèi)表面的對流換熱系數(shù)為αn為20W/（m2K)，鐵皮風(fēng)管的傳導(dǎo)忽略不計，隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為λ，單位為：W/（mK)；厚度為δ，單位為m，則聯(lián)立等式可得：

（）（α）（）（（δλ）α））[2]

得出：δ/λ=0.496

當(dāng)采用礦棉制品時，λ=0.033，則δ=16.4mm；當(dāng)采用離心玻璃棉時，λ=0.037，則δ=18.4mm；當(dāng)采用巖棉時，厚度和離心玻璃棉相當(dāng)。

只有導(dǎo)熱系數(shù)取λ=0.07時，答案為34.7mm才接近圖集中34.5mm的答案?？梢妼Ω魺岵牧系慕^熱性能要求不高，從另外一個方面也說明，隔熱材料也非必須為35mm或40mm以上，材料自身導(dǎo)熱系數(shù)小時，厚度更薄。

從當(dāng)前耐火極限風(fēng)管采用的材料和使用厚度來看，滿足0.5h耐火極限的風(fēng)管其自身具備的隔熱性均能滿足規(guī)范規(guī)定的吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管外表面不超過80℃的隔熱要求。

防排煙耐火極限風(fēng)管的應(yīng)用--＂三明治“的一體化板結(jié)構(gòu)

某產(chǎn)品為裝配式一體化成品復(fù)合耐火風(fēng)管，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖三所示。

圖三 某裝配式三明治結(jié)構(gòu)一體化耐火極限風(fēng)管

核心層為140kg/m3的巖棉上下復(fù)合特制防火板的三明治結(jié)構(gòu)，0.5h防火風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式為3mm+19mm+3mm，工廠壓制而成，最內(nèi)層防火板可內(nèi)襯鍍鋅鐵皮或復(fù)合金屬鋁的保護(hù)層，最外層防火板復(fù)合金屬鋁的保護(hù)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(fēng)管。

工廠化制作，成品風(fēng)管運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后進(jìn)行組裝，風(fēng)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(jī)防火層，防火層與隔熱層為一體化結(jié)構(gòu)，無化學(xué)有機(jī)膠連接。從0.5h的風(fēng)管形式看，即使不考兩側(cè)3mm慮防火板的熱阻，19mm的巖棉也是滿足吊頂內(nèi)排煙風(fēng)管隔熱性要求的。

該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是：

結(jié)構(gòu)形式合理，完全滿足耐火完整性和隔熱性要求；

0.5h和1h整體厚度為25mm，1.5h和2h的厚度為40mm，節(jié)省空間；

整體結(jié)構(gòu)，耐久性強(qiáng)，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(xiàn)場C型插條拼裝，節(jié)省人工費(fèi)用。

由此可見，該類型的裝配式成品復(fù)合耐火風(fēng)管，是符合當(dāng)今發(fā)展方向的耐火風(fēng)管[7]。

也可以采用40mm厚的一體化板外包在鐵皮風(fēng)管外部，形成外包裹型復(fù)合耐火極限風(fēng)管，工廠在一體化板上打好孔洞，現(xiàn)場采用碰焊釘?shù)姆绞竭B接在風(fēng)管本體上，不破壞風(fēng)管本體，其耐火極限可以達(dá)到1.5h。

其結(jié)構(gòu)形式如圖四所示。

圖四 鐵皮外包三明治結(jié)構(gòu)一體化板的耐火極限風(fēng)管

圖五該結(jié)構(gòu)裝配式一體化耐火極限風(fēng)管在無錫某潔凈室的應(yīng)用，其內(nèi)外表面均添加了金屬鋁的保護(hù)層，防塵且美觀。

圖五 裝配式及鐵皮外包裹式耐火極限風(fēng)管在潔凈廠房中的應(yīng)用

圖五右側(cè)為該結(jié)構(gòu)一體化板采用碰焊釘?shù)姆椒ㄍ獍阼F皮風(fēng)管上在無錫某潔凈室內(nèi)的應(yīng)用。

#5結(jié)語

本文對現(xiàn)行防排煙風(fēng)管的耐火極限相關(guān)問題進(jìn)行了探討，總結(jié)如下：

1）在火災(zāi)中防排煙風(fēng)管作為建筑構(gòu)件的一部分，均可能承受外部火的炙烤，必須達(dá)到相應(yīng)的耐火極限才能保證相應(yīng)的耐火極限要求，以保證防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)初期的有效工作；

2）分析表明，排煙系統(tǒng)內(nèi)280℃工作機(jī)制和排煙風(fēng)管本體要求具備更高溫度的耐火極限無必然關(guān)聯(lián)性；

3）吊頂內(nèi)滿足耐火極限要求的排煙風(fēng)管是否還需要增加隔熱措施一來取決于風(fēng)管內(nèi)是否具有可燃物，二來如果存在可燃物，取決于耐火極限風(fēng)管本身結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度能保證風(fēng)管外表面溫度不大于80℃的要求，從諸多形式的耐火極限風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式分析結(jié)果來看是都可以滿足的。