通风式外立面的防火问题探讨

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1、通风式外立面的防火问题探讨2017 年 6 月 14 日，英国伦敦一高层公寓发生大火，造 成的损失和危害令人震惊，教训极为深刻。我国高层建筑现 状从数量、规模而言都远超英国，近十年全国共发生高层建 筑火灾 3.1 万起，亡 474 人，直接经济损失 15.6 亿元。其中 特别重大火灾 3 起，重大火灾 4 起，较大火灾 24 起，且多 起火灾事故起源于外墙保温材料。针对这一严峻局势，7 月21 日，公安部、中央综合治理办公室、民政部、住房和城乡 建设部、国家安全生产监督管理总局、国家能源局六部委联 合发布高层建筑消防安全综合治理工作方案 （公消 2017-218 号 ） 对老旧高层建筑实行整改

2、，其中治理的重点 就是建筑外墙保温材料。 可见，外墙保温材料是否同时具有优越的保温和防火性能对 于消防安全十分重要。 FOAMGLAS? 泡沫玻璃制造商匹兹堡 康宁公司在十几年前对通风式外立面（也叫通风幕墙）的保 温材料的防火性能做了实验性的研究。使用泡沫玻璃的通风 式外立面保温系统 为了使墙体和外立面同时具有高效的保 温、防潮和防火性能，使用泡沫玻璃保温材料是一个不错的 选择。泡沫玻璃保温材料能够广泛用于各种墙体和外立面， 无需额外的机械固定，刚性保温板可牢固地与结构墙粘接。泡沫玻璃板在任何环境下都可保持稳定,其安装方法是错缝铺设，使用粘接剂将保温板粘接在混凝土或砌筑墙体上，使 其紧密对接。

3、泡沫玻璃保温材料不会弯曲或下垂，能构成一 个连续的、密闭的建筑表面。泡沫玻璃不但提供了一种高效 的防火屏障，保护建筑物结构，同时也提供了一种高性能的 耐候屏障和恒定高效的保温性能。泡沫玻璃 一种真正的非 可燃材料 （欧洲 A1 等级） 符合严格的防火安全要求和规范。 根据 DIN 4102 ，第 17章节标准，位于德国北威州的 MPA NRW 消防测试实验室对泡沫玻璃进行了大规模火灾实体模 拟系统测试，通过了 MPA 布伦瑞克实验室的认证：判定泡 沫玻璃熔点为？iooo c以上。 熔点测试后：泡沫玻璃结构无任何明显破坏迹象！部分火灾 案例 :保温材料，无论是有机塑料泡沫板或无机矿物纤维板， 都

4、有其自身的火灾荷载。因此，需要区分真正的阻止燃烧材 料和非真正阻止燃烧材料，这可能是造成火灾损害的根本原 因，火焰沿着外墙立面蔓延，跨越几个楼层。 杜塞尔多夫国际机场隐蔽空间的火灾 1996 年，德国杜塞尔多夫国际机场的火灾仍让人们记忆犹 新，火灾造成不可挽回的严重后果。在火灾事故中，拱腹内 的 EPS 保温材料不但释放出有毒气体和浓烟， 而且还助长了 火势的蔓延，造成大量人员伤亡。火灾的根本原因膨胀 缝焊炬施工产生的火花这是无法预测的;但这种危害往 往具有滚雪球式的后果。 德国波恩剧院 -通风式外立面 德国波恩剧院的舞台塔。在进行屋面修复工作时，铺设防水 膜期间， 火花在铺设矿棉保温材料的通

5、风空间引发火灾 ,点燃 保温材料和铝制围护层的木结构 ,火焰在外立面的通风空间 蔓延。矿棉保温材料无法抵抗火灾及减缓火势的蔓延。江苏 大剧院火灾 江苏大剧院项目是江苏省文化重点项目、南京市社会事业工 程，总建筑面积 26 万平方米。其外围护结构采用银白色金 属幕墙，和国家大剧院一样，都是进口的钛金板。 9 月 1 日 中午，江苏大剧院突发大火，滚滚浓烟从钛金板中冒出来， 由于空腔构造的的烟囱效应，许多 4mm 厚的板块在高温下 直接扭曲变形，高压水枪根本不起作用，多辆消防救火车救 火并架设云梯灭火。某使用 EPS 抹灰外保温系统的重大火灾案例 德国柏林的一处公寓 7 楼曾发生重大火灾。大火蔓延

6、了几个 楼层，造成重大人员伤亡。火灾起源于公寓的一个房间，并 通过聚苯乙烯保温系统蔓延至多个楼层。与常识以及塑料泡 沫行业的声明相反，事实让人大跌眼镜，根源就是所使用的 EPS 保温材料。火焰从这间公寓穿过窗户蔓延至外墙，多个 楼层的外立面被点燃，几分钟之内，临近的公寓也被点燃。EPS保温材料的防火隔断由矿棉制成，这些材料虽然据说用 于立面保温可以提高防火性能，但是不能有效地阻止火势的快速蔓延。某轻型工业建筑 德国奥伯豪森的一家 DIY 超市： 在大火释放的高温中， 聚氨 酯保温钢板仅在几分钟内坍塌。 采用模块化结构的 DIY 超市 围护墙体采用聚氨酯保温彩钢板，其抵抗大火的时间约为 5 分钟

7、。建筑物内部起火，蔓延到聚氨酯保温墙体和屋面。聚 氨酯泡沫燃烧产生的强热量，破坏了结构的完整性。几分钟 之内，建筑倒塌，后果就是全部财产遭受损失。 某学校屋面整修项目演变成一场灾难 最终，屋面工程损耗约达 1000 万欧元。 300名消防人员参与 控制火势行动，他们使用高科技口罩，以保护自己免受威胁 生命的有毒气体和浓烟的侵害。消防队没有控制住大火的势 头，火势在屋面结构蔓延。在对先前的平屋面上支撑结构上 方的缓斜钢板层进行改造工作时，木质支撑材料开始起火， 火势沿着屋面新铺设的聚氨酯泡沫保温材料迅速蔓延。具有 讽刺意味的是，这起火灾发生在屋面翻新的最后阶段，使用 的保温材料是聚氨酯泡沫材料。

8、发生火灾时，消防水往往无 法到达屋面系统内正在发生的火源内部。 因此，进一步调查、 并更好地了解防水层下方聚氨酯 /聚异三聚氰酸酯材料以及 类似塑料泡沫保温材料的实际保温、防火性能至关重要。但 令人遗憾的是，在此项目进行翻修工程之前甚至未做初步的 风险评估，结果导致 1000 万欧元的财产损失，学校被迫疏散，并关闭了几个月之久。 Q1: 矿棉保温材料内的火势蔓延 并不只有明火才能造成火势蔓延。闷火更让人畏惧，因为它 可将燃烧物输送至难以到达的地方。高温分解产品，即材料 的燃烧产物，可以产生高温气体引起燃烧，并导致闪燃 闪燃有时会发生在离火源较远甚至意想不到的地方。闪燃， 即气体的突然燃烧，是消

9、防局和消防人员最担心的情况。 经过在矿棉工厂、建筑工地和实验室的观察，作者 Klingsch /Wittbecker 教授对建筑矿棉保温材料的闷火现象作出了评 论。他们解释了潜在风险，以及材料在一定的温度下如何被 消耗。根据作者的观点，在最高温度600-900 C的情况下，矿棉保温材料的闷火现象就可以观测得到。当暴露在表面温 度为300 - 400 C数小时的情况下， 就到达了危险水平， 可以 软化或引燃周围易燃物。该专家的观点是斯图加特 FMPA 机构一出版物的补充， 该出 版物由 VDI- 新闻报 （德国工程师协会的每日新闻） 出版。 在 防火安全问题上，作者补充道： “即使矿棉保温材料用

10、岩石 纤维制成，也抵抗不了火焰。 ”很难想象，一些不可燃屋面 保温板（ A1 等级）甚至不能抵抗闷火。因此，保险公司和 消防部门需要从监管的角度重新审视这些产品。“弗劳恩霍夫建筑物理研究所 ”最近的出版物也陈述了同 样的事实。在实验室测试中，使用丙烷喷火炬，对聚苯乙烯 发泡体（ B1 等级），以及矿棉（ A1 等级）施加一定的火灾荷 载。在聚苯乙烯燃烧 /融化和矿棉被闷火燃烧的情况下， 这两 种材料均被火烧毁，甚至矿棉也被燃烧。这是闷火造成火灾 触目惊心的事实！矿物棉产生的闷燃现象矿棉和聚苯乙烯材料均被烧毁 新的测试结果：泡沫玻璃熔点和热盾效应 泡沫玻璃绝不会产生内部闷燃现象。 根据德国标准

11、DIN 4102 第 17 章节， MPA 布伦瑞克实验室对泡沫玻璃进行了测试并 通过了认证：熔点为1000 c以上，超过半数的泡沫玻璃横截 面可抵抗热量袭击，测试样品暴露于约1000 c的热火焰下未 产生任何损坏，并且可保持 90 多分钟！而且他们发现，泡 沫玻璃板受火面在高温下，会产生一种特殊变化，即泡沫玻 璃表面会部分熔化，产生一种类似“上釉”的效果，从而阻 止了高温和泡孔破坏进一步向内传播。他们把这种现象称为 泡沫玻璃的热盾效应（熔化热盾效应） 。 泡沫玻璃高温下的热盾效应 Q2: 根据 DIN/EN4102 ，进行外 立面各种保温材料防火安全大型火灾载荷实体模拟测试 对外立面和围护系

12、统的全面系统测试是必要的，以探索不同 保温材料在发生实际火灾时的反应。这里根据 DIN/EN 标准 4102-20 对泡沫玻璃、玻璃棉、岩棉分别进行了测试。测试 台还原了通风式外立面和窗口的拐角，火焰由此处向外扩 散。全面的测试在 MPA NRW 消防测试实验室（德国北威州材料试验研究所）进行。通风式外立面的防火反应根据DIN/EN 标准 4102-20 进行评估；在该试验中，保温外立面 暴露在燃烧器的火焰中长达 21分钟，最高温度达到约800 C 所有关于热释放、烟雾的数据都被记录下来。 对粘接在外 立面结构的泡沫玻璃保温材料进行完整的样本载荷试验，样 本尺寸为4.00 X 3.00 X 5

13、.20m。结构构件遭受的热量袭击也在 同一时间得到测定。为了评估应用在通风幕墙系统中不同的 非易燃保温材料的防火性能，测试装置中的参数保持不变。 对于所有的测试，都在保温材料前设置标准通风空间，保温 材料表面覆盖有 12.5mm 厚的纤维水泥板。 次结构由建筑法规许可的铝合龙骨栏制成。所有类型的保温 层厚度均为80mm，泡沫玻璃保温板根据泡沫玻璃标准安装 方法粘接在结构墙上。根据厂家的安装说明书，使用垫圈紧 固件将含有无纺纤维的矿棉板（玻璃棉和岩棉）机械固定在 结构墙上。 - 泡沫玻璃保温材料测试结论： 泡沫玻璃结构既 不可燃 ,也不助燃。对于使用泡沫玻璃的围护结构，当火势在通风空间蔓延时，

14、保温板不会产生火灾荷载。扑灭燃烧器火焰后，泡沫玻璃材 料 2/3 的厚度都保持良好状况；因此可得出结论，保温材料 保护了结构墙，使其免受火焰热量的影响，这也是钢筋混凝 土结构的主要风险。泡沫玻璃表面被损坏厚度大约为 3cm， 并且主要在窗过梁区比较明显。火灾引起的热量袭击被限制 在一定范围内。调查得出结论是：泡沫玻璃保温材料可以抵 挡火焰，完全保护建筑物的结构。在火灾的整个持续阶段， 粘接板材与结构墙的粘合剂将泡沫玻璃板材稳稳地固定在 墙体上。测试显示：热量袭击被限制在表面，泡沫玻璃保护 了建筑物的结构， 泡沫玻璃熔化屏障效果明显。 耐火试验后， 泡沫玻璃仅在其表面约 1/3 厚处表现出局部受

15、热影响。泡沫 玻璃板不产生任何火灾荷载。与矿棉的测试结果相比，泡沫玻璃保温材料在发生火灾时的 性能存在显著优势。然后，根据 DIN-EN 4102 ，第20 章节对围护墙体测试台进行 了防火测试，一个显而易见的结论是对于其它建筑构件的防 火性能也需进行评估；适用于平屋面或工业轻型屋面的岩棉 保温材料尤其要结合市场中供应的且通常用于提高能 源效率和防火安全材料。- 玻璃棉板测试结论： 在火灾源窗口处， 玻璃棉保温材料在 火势袭击下完全熔化。 使用玻璃棉保温板为通风外立面保 温材料的结构墙最终完全暴露并受到热量袭击。靠近燃烧器 的塑料盘紧固件熔化。由于将玻璃棉板固定在墙体的紧固接 连件熔化，因此使

16、得火势窜到测试台结构墙上。在此次大型 火灾模拟试验中玻璃棉保温板完全熔化。此外还发现，玻璃 棉结构中火焰穿过拐角还发生了横向蔓延。放热反应解释了 玻璃棉中火势快速蔓延的原因火焰的袭击清晰可见玻璃棉产品被完全熔化，高达 2m 的混 凝土结构暴露无遗 最关键的是：在玻璃棉保温材料内，火势甚至蔓延穿过建筑 物拐角处- 岩棉板用于通风外立面的岩棉板， 并不像生产商宣传的那 样，其耐火性在标准试验条件下的表现让人颇感意外：测试 结论：尽管测试台温度远低于1,000 C,但是火焰散发的热量仍破坏了大部分区域内的保温材料。铺设了岩棉板的围护 墙并未阻止通风空间内的火势，结果导致火势在蔓延 10分 钟后，测试台裸露的混凝土结构墙完全暴露出来。由于未采 取进一步的保护措施，火势袭击结构墙，并直接破坏了建筑 物的结构构造。令人吃惊的是，其产生的热量足够促使火焰 沿着垂直方向蔓延长达数米，以致破坏了纤维材料。而制造 商宣称的熔点可达1,000 c的温度极限则有待商榷了。在所 设计的通