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防烟排烟系统管道耐火极限设计问题及分析

访问量:发布时间:2023-12-04

防烟排烟系统管道耐火极限

设计问题及分析


一、目前防烟、排烟管道的耐火极限设计存在如下问题

1 ?  绝大多数设计项目都会在设计说明中按《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017相关规定阐述防烟、排烟管道的设置和耐火极限要求,但是大部分项目都没有提供能满足防烟、排烟管道耐火极限的制作材料和具体做法,影响后续工程招投标工作的准确性,施工单位或是因设计图纸无交待、未理解具体工艺做法,未重视或是忽略,导致个别工程在消防验收阶段发现防烟排烟金属风管未采取防火保护措施,无法满足现行消防规范中规定的耐火极限要求,对工程造成难以弥补的经济损失。 

2 ?  竖向设置在独立管道井内的排烟管道要满足0.5h耐火极限,不仅竖井建筑面积要加大,在不规则土建竖井中安装排烟管道时会很困难,不少设计人员咨询:确有困难时,竖向设置在独立的管道井内的一个排烟管道是否可以对其耐火极限不作要求呢?

3 ?  部分设计项目的防烟、排烟管道采用夹芯彩钢板复合材料风管,风管内壁镀锌钢板板材厚度没有按《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2016第4.2.3条第1款规定设计,也与《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2016第4.2.6条第3款规定不一致,且目前市场上很少有这类壁厚的排烟复合风管。

     下面对上述设计问题进行分析、梳理,供工程建设相关人员参考。

二、相关规范条文

《建筑防烟排烟系统技术标准》GB 51251-2017

3.3.8 机械加压送风管道的设置和耐火极限应符合下列规定:

1. 竖向设置的送风管道应独立设置在管道井内,当确有困难时,未设置在管道井内或与其他管道合用管道井的送风管道,其耐火极限不应低于1.00h ;

2. 水平设置的送风管道,当设置在吊顶内时,其耐火极限不应低于0.50h;当未设置在吊顶内时,其耐火极限不应低于1.00h。

4.4.8 排烟管道的设置和耐火极限应符合下列规定:

1. 排烟管道及其连接部件应能在  280℃时连续30min保证其结构完整性。

2. 竖向设置的排烟管道应设置在独立的管道井内,排烟管道的耐火极限不应低于0.50h。

3. 水平设置的排烟管道应设置在吊顶内,其耐火极限不应低于0.50h;当确有困难时,可直接设置在室内,但管道的耐火极限不应小于1.00h。

4. 设置在走道部位吊顶内的排烟管道,以及穿越防火分区的排烟管道,其管道的耐火极限不应小于1.00h,但设备用房和汽车库的排烟管道耐火极限可不低于0.50h。

4.5.7补风管道耐火极限不应低于0.50h,当补风管道跨越防火分区时,管道的耐火极限不应小于1.50h。

《建筑设计防火规范》GB 50016-2014(2018年版)

6.3.5 防烟、排烟、供暖、通风和空气调节系统中的管道及建筑内的其他管道,在穿越防火隔墙、楼板和防火墙处的孔隙应采用防火封堵材料封堵。

风管穿过防火隔墙、楼板和防火墙时,穿越处风管上的防火阀、排烟防火阀两侧各2.0m范围内的风管应采用耐火风管或风管外壁应采取防火保护措施,且耐火极限不应低于该防火分隔体的耐火极限。 


《消防设施通用规范》GB 55036-2022

11.1.3 机械加压送风管道和机械排烟管道均应采用不燃性材料,且管道的内表面应光滑,管道的密闭性能应满足火灾时加压送风或排烟的要求。

《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2016

4.2.6 复合材料风管的制作应符合下列规定:

      3 夹芯彩钢板复合材料风管,应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定。当用于排烟系统时,内壁金属板的厚度应符合表4.2.3-1的规定。

三、问题解析

问题1:GB 51251-2017第3.3.8条、第4.4.8条、第4.5.7条作为防烟、排烟系统设计条文,在设计时应该提供具体做法及施工工艺,确保风管能同时满足耐火完整性及隔热性的要求,以满足《建筑工程设计文件编制深度规定(2016年版)》总则第1.0.5条第3款规定的“施工图设计文件,应满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要”。

钢板风管的防火保护方法很多,本文作者收集了三大类常用的有耐火极限风管的具体做法,供设计人员参考。

第一类  复合防火风管

      1. 国标图集《防排烟及暖通防火设计审查与安装》20K607在第127~131页中提供的工业一体化硅酸钙复合板防火包覆做法:这种复合板是以防火用无石棉纤维增强硅酸钙板和岩棉板为夹芯层,外表面采用彩钢板(厚度不小于0.35mm)做保护层,内表面为铝箔贴面,通过机械化自动复合流水线工艺制成的板材。工业一体化硅酸钙复合板技术参数见表1。

表1  工业一体化硅酸钙复合板技术参数

      注:表中带☆的导热系数的数值是在平均温度为1000℃时的;无☆的导热系数的数值是在平均温度为70℃时的。

      2. 山东省建设工程消防设计审查验收技术指南在附录C中提供的双面彩钢无机硅晶复合风管做法:内外层彩钢板厚度≥0.2mm,芯材层采用单层结构的无机硅晶板,风管板材整体燃烧性能达到不燃A1级,芯材密度≥320℃。在温度70℃下,芯材导热系数≤0.053W/(m.K);在温度900℃下,芯材导热系≤0.085W/(m.K)。并给出了某系列不同耐火极限防火复合风管厚度作为参考,见表2。

表2  某系列双面彩钢无机硅晶复合风管厚度

      3. 海南省三亚市住房和城乡建设局发布的《关于明确建设工程防排烟风管耐火极限要求的通知》在附件部分提供了一种复合风管做法:防排烟风管选用SWG防腐耐火型镁质高晶板装配式风管,风管板材厚度根据管径大小按规范配型,管径边长<1000mm用5mm,管径边长>1000mm用8mm,燃烧性能A1级,耐火极限2小时,游离氯离子含量低于0.5%,抗折荷载≥1500N,通风耐压≥2500pa,风管组装方式可以采用不燃A1级金属角条配件拼装,风管连接可采用不燃A1级金属法兰条配件连接,法兰密封材料宜采用阻燃柔性密封材料。

第二类  金属风管外包防火板

      1. 上海市地方标准《建筑防排烟系统设计标准》DG/TJ 08-88-2021 在第68页中提供的金属风管外包防火板做法,常用具有耐火极限的风管制作材料的厚度可按表3的规定确定。

表3  耐火极限风管主要材料厚度

第三类  金属风管外覆柔性毡状隔热材料

      1. 山东省建设工程消防设计审查验收技术指南在附录C中提供了如下2种这类风管做法。

      1)钢板风管外覆防火柔性包覆系统:钢板风管包覆材料采用夹筋铝箔封装式硅酸盐纤维防火柔性卷材,卷材密度为96kg/m3,最高耐温1200℃。在温度280℃下,导热系数≤0.054W/(m.K)。在温度800℃下,导热系数≤0.176W/(m.K)。材料燃烧性能应达到A1级,烟气毒性等级应达到ZA1级。表4 给出了某系列不同耐火极限防火包覆层厚度作为参考。

表4  某系列不同耐火极限硅酸盐纤维防火柔性卷材厚度


      2)包覆材料采用板状防火棉钢板风管包覆材料采用新型板状防火棉材质,最高使用温度不低于1050℃,密度为110 kg/m3,燃烧性能为不燃A1级,憎水率不低于98%,不含有石棉成分。外覆面采用阻燃加筋铝箔贴面。风管的整体燃烧性等级达到A2级,烟气毒气等级达到ZA1级。表5给出了某系列不同耐火极限防火包覆层厚度作为参考。

表5  某系列板状防火棉不同耐火极限厚度

      2. 海南省三亚市住房和城乡建设局发布的《关于明确建设工程防排烟风管耐火极限要求的通知》在附件中提供了这类风管的2种参考做法:

      1)镀锌风管+离心玻璃棉

      做法要求:0.5h耐火极限系统采用容重48kg/m3,厚度≥50mm的绝热玻璃棉;外侧符合进口长效耐水阻燃FFR贴面,贴面水洗前后氧指数均应≥28%,且变化<1%;1.0h耐火极限系统采用容重64kg/m3,厚度≥60mm的绝热玻璃棉;外侧符合进口长效耐水阻燃FFR贴面,贴面水洗前后氧指数均应≥28%,且变化<1%。

      2)镀锌风管+防火纤维棉卷材

      做法要求:0.5h、1.0h、1.5h耐火极限风管均采用防火轻质柔性卷材包裹系统,密度为96kg/m3,厚度50mm,最高耐温1200℃,在温度800℃下,导热系数≤0.27W/(m·K)。

      设计时可以参考以上文献资料,在设计说明写明防烟、排烟管道耐火极限的具体做法及施工工艺,并注明:应有国家防火建筑材料质量监督检测中心出具的耐火极限检测报告,且现场实际做法应与报告中描述的一致。


问题2:对排烟管道耐火极限作要求,主要是为避免火灾中火和烟气通过排烟管道蔓延,对于设置在独立管井中的排烟管道,为了防止其被火焰烧毁而垮塌,影响排烟效果,标准中要求其耐火极限不得低于0.5h。依据上海市地标编制过程中对钢板风管火烧实验结果,竖向设置在独立的管道井内的一个排烟管道即使不对其耐火极限作要求,在规定时间内也不会被火焰烧毁而垮塌。

上海市地标DG/TJ 08-88-2021在编制过程中,按以下情况(排烟管道按规范要求设置,每个防烟分区支管均已设置排烟防火阀)进行过钢板风管火烧试验,排烟管道在明火中燃烧了35分钟,风管法兰处持续达到280℃30min(期间最高达340℃)情况下,风管结构稳定(没有漏烟、垮塌和明显变形),目测无漏烟现象。

实验的结论是:一个排烟管道竖向设置在独立的管道井内时,对其耐火极限可不作要求。为保险起见,多个排烟管道共井时,这些排烟管道耐火极限不应低于0.5h。

《消防设施通用规范》GB 55036-2022将于2023年3月1日实施,在规范编制组编著的《消防设施通用规范》GB 55036-2022实施指南对第11.1.3条规定的条文说明中明确:机械加压送风管道和机械排烟管道不再限制使用土建管道和其他非金属管道,这点与GB 51251-2017第3.3.7条、第4.4.7条规定的“不应采用土建风道”明显不同。

土建管道井本身具有1h耐火极限的性能,其实可避免火灾时火和烟气通过排烟管道蔓延,只是由于金属管道表面光滑,管道及其连接的密闭处理方便、气密闭性能好,竖向排烟管道一般采用金属管道制作。当排烟管道独立设置在土建竖井中时,由于土建管道井本身具有1h耐火极限的性能,能避免井内风管受火灾影响而失去正常排烟功能;同时,GB 51251-2017中还规定水平排烟风管接入竖井管时都要安装排烟防火阀,这样进入竖直排烟管道的烟气温度被控制在280℃以下。


问题3:目前市场上很少有按《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2016第4.2.6条第3款规定的钢板厚度制作的夹芯彩钢板复合材料风管,作者咨询过不少行业内专家,大家基本认同:复合风管整体能满足管道耐火极限要求就可以。这种方式也能被相关消防验收部门认可,如在山东省建设工程消防设计审查验收技术指南附录C中提供的双面彩钢无机硅晶复合排烟风管做法中,写明这种一体化复合风管的内外层彩钢板厚度≥0.2mm即可,并未按《通风与空调工程施工质量验收规范》GB 50243-2016第4.2.6条第3款规定排烟管道内壁金属板的厚度应符合GB 50243-2016表4.2.3-1的规定。

作者简介

王小明:高级工程师,注册公用设备工程师。中设安泰(北京)工程咨询有限公司副总工程师、暖通审查咨询室主任。

来源:京审协公众号