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中国保温防水展

外墙外保温防火技术研究与探讨

2015-05-22

建筑能耗在人类的整个能源消耗中一般要占到30%—40%,因此建筑节能意义重大,是我国节能工作的重要组成部分。而做好屋顶和围护结构的保温与隔热,减少通过屋顶和围护结构造成的能源损失则是其中的关键环节。

        与其他墙体保温形式相比,外墙外保温系统具有诸多明显的节能优势。因此,在我国的建筑节能中必然要采用外墙外保温措施。然而,近年来国内接连发生了多起与建筑外墙保温材料有关的火灾事故,其中包括中央电视台新址北配楼火灾、上海胶州教师公寓火灾、沈阳皇朝万鑫酒店火灾等重特大火灾事故。事实表明,外墙外保温系统存在一定的引发建筑火灾的危险,必须给予充分的重视。

        对于建筑节能与防火安全,应统筹考虑、系统研究、合理兼顾,一定要确保建筑节能事业安全地发展下去。

        墙体外保温材料的技术现状

        我国实行建筑节能初期,主要采用无机保温浆料。随着节能标准的不断提高,出于保温隔热的功能性需要,外墙外保温系统的保温材料经历了从无机到有机的跨越。同时,外墙外保温形式也逐渐得到了广泛的社会应用。

        外墙外保温应用的保温材料包括以下三类:

        1. 无机类保温材料,如膨胀玻化微珠保温浆料、岩棉、玻璃棉等。

        2.有机—无机复合保温材料,如胶粉聚苯颗粒保温浆料等。

        3.有机高分子保温材料,如EPS(模塑聚苯板)、XPS(挤塑聚苯板)、硬泡聚氨酯、酚醛泡沫等。

        由于无机保温材料存在着板材强度低、吸水性强、面层容易开裂,尤其是吸水后导热系数增大等缺点,故其应用范围受到限制。目前,我国的保温材料仍以有机高分子保温材料为主,总体用量在80%以上。其中,聚苯板薄抹灰体系又占有较大的应用比例。

        有机保温材料本身具有一定的可燃性,因此采用了有机保温材料的外墙外保温系统客观上存在着一定的火灾风险。这种火灾风险具体表现在以下两个方面:

        1.点火性,即在有火源或火种的条件下,系统是否能够被点燃或引起燃烧的产生,这是对系统自身的燃烧性能要求。

        2.传播性,即当引起燃烧或发生火灾时,系统是否具有传播火焰的能力,这是对系统抵抗外部火源攻击的能力或抗火性能要求。

        对外墙外保温系统的防火安全性能要求,具体体现在对高分子发泡材料的燃烧性能要求和对系统构造的抗火能力要求两个方面。

        与其他的保温材料相比,有机泡沫塑料的导热系数明显要低得多,因而具有极好的保温隔热效果。虽然它们的燃烧性能不能令人满意,但目前如果大幅度地提高其阻燃性指标,从技术角度看尚不具备条件;从生产成本的角度看也不符合中国的国情。因此,就中国的节能需求和保温材料应用技术现状来看,聚苯乙烯和硬质聚氨酯泡沫塑料仍将是当前及今后一段时期内外墙外保温材料领域的主流产品,短时间内无法被取代。我们现在迫切要做的就是在外墙外保温材料现有燃烧性能的基础上,采取有效的措施减少建筑外墙外保温火灾的发生,使建筑节能与防火安全的问题得到完美的解决。

        与此同时,要抓紧进行新产品、新系统的开发,进一步提高外墙外保温系统的防火安全水平。目前,国内已进行了几种新型的改性有机外墙外保温材料的研究开发工作,取得了一些进展。如对EPS保温板进行改性,降低其受热后熔融、滴落的问题,现已开发出较为成熟的产品;又如采用无机膨胀颗粒保温材料对硬泡聚氨酯进行阻燃改性,以提高外墙外保温材料的燃烧性能。最近两年来,我国也进行了岩棉抹灰类外墙外保温系统的研究应用工作。这些新产品的工业化生产和应用将大大改善外墙外保温的防火问题,提高外墙外保温系统的防火安全性能。

        国外外墙外保温材料的应用及规范防火要求

        EPS薄抹灰外墙外保温系统在欧美已应用了几十年,技术上十分成熟,至今仍占据着主要的地位。2009年,德国市场EPS的份额占82%,岩棉系统占15%,其余系统占3%—4%;2009年,英国市场EPS系统占60%、岩棉系统占25%,其他系统占15%。美国的EPS市场份额目前没有确切的数据,但据介绍有42层高层建筑应用EPS系统做外墙外保温的工程实例。

        由此可见,我国外墙保温材料的应用趋势与国外大致相同,即高效有机保温材料都得到了广泛的使用,EPS薄抹灰外墙外保温系统拥有最广泛的应用基础。通过调研得知,国外安全应用外墙外保温的成功之处在于,针对外墙外保温材料和外墙外保温系统的防火性能提出了适当的技术指标和评价体系,并且针对不同的外墙外保温系统进行了相应的防火构造措施的应用研究工作。

        在欧美外墙外保温技术应用先进的国家,都要求对外墙外保温系统的保温材料和系统进行综合的防火性能评价;对包括构造措施在内的整个外墙外保温系统,采用大尺寸模型火试验评价其在实际使用状态下阻止火焰蔓延的能力,即验证系统整体构造的防火性能。例如,欧盟的认证标准要求外墙外保温系统的燃烧性能等级应为A1、A2、B或C级;对于由聚苯乙烯或聚氨酯制成的外墙外保温系统,应该单独证明其保温材料至少满足E级(B2级)的要求;由于防火构造在燃烧性能试验中不能被测试,应根据各个国家的规定确定是否需要进行大尺寸试验。英国根据建筑的高度、类别以及间距的不同,对外墙材料的燃烧性能分别提出了不同的要求,建筑外墙材料的燃烧性能等级应满足规范要求。此外,也可以选择进行BS 8414(防火阻燃测试)的大尺寸试验,按照BRE多层建筑外墙外保温防火性能报告(BR 135)进行性能判定,通过该项试验以后,系统在建筑上的使用没有高度限制。德国规定建筑材料至少是可燃性的,易燃材料不得使用;建筑组件通常情况下必须是不燃或难燃的;薄抹灰体系从整体上被视为一种建筑材料或者一种建筑类型;在系统认证中,对用于7—22米和22米以上建筑的保温系统需进行大尺寸试验,通过认证的系统才能在建筑中使用。美国同样对外墙外保温材料的燃烧性能和保温系统的防火性能进行综合评价,明确规定通过大尺寸试验后的系统可以应用于任何高度的建筑。

        正是因为有了这些严格、适用的规定,使外墙外保温的设计、开发、施工、使用者做到心中有数、有规可循,并且严格执行规范的要求,因此才大大降低了外墙外保温火灾发生的危险及其造成的损失。

        我国外墙外保温防火的技术研究和要求

        我国对外墙外保温防火的研究工作开展得较晚,目前建筑防火规范中尚无针对建筑节能保温的专项防火设计要求。在外墙外保温系统的产品或工程标准中,虽然对防火问题有所关注,但限于缺乏基础研究的支持,也仅能从保温材料的燃烧性能上进行了要求,或仅提出了很原则、笼统的要求,而没有详细、具体的说明。这些标准包括《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》(JG 149—2003)、《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统》(JG 158—2004)、《外墙外保温工程技术规程》(JGJ 144—2005)等。

         中国建筑科学研究院建筑防火研究所自2004年开始关注外墙外保温的防火问题,并着手进行外墙外保温的防火研究工作。特别是自2006年以来,与外墙外保温行业的科研、设计、施工、管理和系统生产企业一起,联手进行外墙外保温系统防火安全的研究工作。通过大尺寸模型火试验来研究和评价外墙外保温系统的防火性能,先后兴建了6个火灾模拟试验基地,累计进行了数十次大尺寸模型火试验和两次实体建筑火灾试验。针对外墙外保温系统存在的防火问题,从国内外外墙外保温应用技术基本情况的调研入手,在试验研究、调查分析、工程实践等方面进行了广泛、深入和持续的研究。

        经过近8年的研究,中国建筑科学研究院建筑防火研究所项目组从施工管理、标准规范、技术措施和工程应用等方面,提出了外墙外保温防火的系统解决方案,形成行业标准和地方标准、技术导则、研究报告、专利、文章等多样化的研究成果,其研究成果在多方面取得了突破和创新。

       通过研究国内外墙外保温火灾事故发生的原因及时段,参与编制完成了国内首部外墙外保温施工防火地方标准。通过对国外防火规范、防火试验方法标准及外墙外保温应用技术的调研,确立了采用英国BS 8414窗口火试验方法进行外墙外保温系统防火性能试验和评价方法的技术路线,并编制完成了国内首部外墙外保温系统窗口火试验及评价方法标准。同时,首次在国内进行了带防火构造的外墙外保温系统窗口火试验,首次在国内进行了外墙外保温系统(带隔离带)的实体建筑模拟火灾试验。在防火试验实践和对国外防火技术研究总结的基础上,该研究所提出了挡火梁、防火隔离带、保护面层、空腔隔离等构造措施的作用机理;提出了外墙外保温材料燃烧性能等级与外墙外保温系统防火构造相结合,以实现提高外墙外保温系统防火安全性能水平的外墙外保温系统整体防火的技术理念。该项研究引领了我国外墙外保温防火技术的发展,推动了我国外墙外保温防火技术的进步,为我国对于防火问题的决策和制定外墙外保温防火政策、标准提供了重要参考。

        此外,公安部四川消防研究所也利用该研究所现有的实体建筑,研究了外墙外保温系统的防火性能;公安部天津消防研究所自2009年也开始进行外墙外保温系统的大尺寸窗口火试验。经过多年的积极探索和对国外先进技术的借鉴,目前我国外墙外保温技术已取得了丰富的研究成果。

        2009年9月25日,公安部与住建部联合下发了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字〔2009〕46号),首次在我国提出了在外墙外保温系统中设置防火隔离带的要求。

        2011年12月30日,国务院发布《关于加强和改进消防工作的意见》(国发〔2011〕46号),提出“新建、改建、扩建工程的外墙外保温材料一律不得使用易燃材料,严格限制使用可燃材料等明确要求,并责成住建部会同有关部门抓紧修订相关标准规范,加快研发和推广具有良好防火性能的新型建筑保温材料,采取严格的管理措施和有效的技术措施,提高建筑外墙外保温材料系统的防火性能,减少火灾隐患”。

        2012年11月1日,住建部发布了第1517号公告,批准《建筑外墙外保温防火隔离带技术规程》为行业标准,编号为JGJ289—2012,自2013年3月1日起实施。

        2012年12月31日,国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准GB/T 29416—2012《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》为国家标准,于2013年10月1日起实行,为评价外墙外保温系统的防火性能提供了统一的试验方法。

        2015年即将执行的《建筑设计防火规范》中明确了建筑外墙外保温系统的防火要求,较全面地规定了外墙外保温防火的具体技术内容。

        外墙外保温系统的防火安全关系到人们的生命和财产安全,目前众多企事业单位、业内专家和政府消防部门积极参与、共同研讨,积累了丰富的试验数据,取得了一些阶段性的研究成果。以这些成果为基础,相关标准的发布实施和相关应用研究工作的开展,将对我国外墙外保温防火技术的发展产生重大的指导意义和推动作用,并将使我国外墙外保温系统的防火安全性能得到保证和提高,建筑节能与消防安全得到合理兼顾。

        墙体保温技术的发展与技术建议

        解决外墙外保温的防火问题,可以从提高保温材料的燃烧性能等级和增加外墙外保温系统的防火构造措施两方面入手。国际通行的做法是,如果外墙外保温材料的防火性能好的话,则对保护层和构造措施的要求可以相对低一些;如果外墙外保温材料的防火性能差的话,则要采用好的构造措施,对保护层的要求相对也高一些,总体上两者应该是平衡的。基于这一思想,目前解决我国外墙外保温防火安全的主要途径应是采取构造防火的形式,这是适应我国国情和外墙外保温应用现状的一种有效的技术手段。

        在国内现有外墙外保温工程火灾中,大部分发生在施工过程中。主要原因在于施工过程中有机保温板裸放,施工现场的防火安全管理措施不到位等因素。为此,要区分不同的情况,根据不同系统外墙外保温材料的情况和构造做法,相应采取科学、适度、有效的防火构造措施,整体提高外墙外保温系统的防火性能,这是目前解决外墙外保温系统防火问题的主要手段。对建筑外保温系统防火的具体建议如下:

        1.区分施工过程中的火灾与使用过程中的火灾。我国外墙外保温火灾的调查结果表明,大部分火灾是发生在施工阶段的,因此应加强施工现场的管理,而不是单一的要求提高有机保温材料的燃烧性能等级。

         2.幕墙保温体系的火灾与抹灰类保温体系的火灾风险不同。中央电视台新址北配楼火灾和沈阳皇朝万鑫酒店火灾都是幕墙结构火灾,与我们通常意义上的外墙外保温火灾不同。幕墙保温的防火应有更严格的规定,并且是今后研究的重点。采用不燃材料是一种解决措施,但还应结合空腔分隔措施,才能保证整体防火安全。

        3.解决我国外墙外保温系统的防火问题,从根本上讲要提高和改进保温材料的耐燃性能。在目前可燃类保温材料无法退出市场的情况下,必须保证材料的燃烧性能不低于B2级,这是外墙外保温系统防火的基础。

        4.增加防火构造可有效地提高外墙外保温系统的防火性能,这是目前解决外墙外保温系统防火问题的主要措施。材料防火与构造防火相结合,才能保证外墙保温在建筑节能与消防安全间寻得平衡,使两者协调发展,保证国家节能减排目标的顺利实现。

        5.对不同类型和高度的建筑所采用的外墙外保温材料和构造系统应有不同的要求。

        6.当采用的外墙外保温材料燃烧性能指标较低时,可通过强化构造防火的方式弥补。例如,加强隔离带、加设防火玻璃窗等,以实现系统整体安全的目标。

        7.如何区别对待不同防火等级的外墙外保温系统是我们面对的一个新问题。因此,必须尽快建立一套完整的外墙外保温构造及配套材料的防火性能测试方法与评价标准。

        外墙外保温技术发展的目标应是在满足节能减排要求的同时,集保温、防火、装饰等多功能于一体,并且与建筑同寿命,最大限度地实现“四节一环保”的新型建筑发展理念。来源:中华建筑报

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