浅谈消防防排烟耐火复合风管的集成制造与升级

浅谈消防防排烟耐火复合风管的集成制造与升级

周铁城

江苏誉朔新材料科技有限公司

【摘要】：消防防排烟耐火风管产生的背景：2017年和2018年颁布的《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB 51251-2017）、《地铁设计防火标准》（GB 51298-2018）和《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014，2018年版）对防、排烟风管管道、通风管道提出了耐火极限时间要求。根据《建筑防烟排烟系统技术标准》4.4.8条文解释，对于防排烟管道的耐火极限的判定必须按照《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，方能视为产品符合要求。

为满足上述规范要求，必须对防、排烟风管和特殊区域的通风管道进行专项设计或选用专业风管材料，从而产生了防排烟耐火风管产生的背景。

【关键词】：防排烟耐火复合风管、耐火极限、耐火隔热性和耐火完整性、成品风管耐火检测报告、集成制造与升级

一、新规下防排烟风管的新要求：

1、GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》 对风管耐火极限的要求：

3.3.8  机械加压送风管道的设置和耐火极限应符合下列要求：

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

井内或与其它管道合用管道井的送风管道，其耐火极限不应低于1.0h；

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0.5h；当未

设置在吊顶内时，其耐火极限不应低于1.0h。

4.4.8  排烟管道的设置和耐火极限应符合下列要求：

1  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0.5h；

2  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0.5h；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1.0h；

3  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1.0h，但设备用房和汽车库的排烟管道耐火极限可不低于0.5h。

4.5.7补风管道耐火极限不应低于0.5h,当补风管道跨越防火分区时,管道的耐火极限不应小于1.5h。

2、GB50016-2014（2018版本）《建筑设计防火规范》 对风管耐火极限的要求：

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；

通常情况，防火隔墙耐火极限2.0h；楼板耐火极限1.5h；防火墙耐火极限3.0h。

3、GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》对风管隔热的要求：

当吊顶内有可燃物时，吊顶内的排烟管道应采用不燃材料进行隔热，并应与可燃物保持不小于150mm的距离;

排烟风管的隔热层应采用厚度不小于40mm的不燃绝热材料，绝热材料的施工及风管加固、导流片的设置应按现行国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243的有关规定执行。

注：排烟风管设置隔热的目的是防止高温烟气引燃吊顶内的可燃物。车库无吊顶，且都是机电管线，无可燃物，从隔热要求来看，车库排烟风管无需设置隔热措施。当吊顶内无可燃物时，也无需设置隔热措施。隔热和耐火极限是两个不同的概念。

4、耐火极限定义

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的时间，用小时表示。

风管的耐火极限包括风管的耐火完整性和风管的耐火隔热性，两者需要同时满足。与结构梁、柱子、承重墙不同的是，风管无需满足耐火承载能力。

耐火完整性针对的是“火”，即风管在火灾中需保持结构完整性，不能被烧穿、烧烂、烧毁；耐火隔热性针对的是“烟”，即风管内的高温烟气不能引燃周围可燃物。

由此可见，风管耐火极限要求已经包含了风管的隔热要求，如房间吊顶内的排烟风管满足0.5h耐火极限时，无需再进行隔热处理。

二、新规下防排烟耐火复合风管应用形式开始多样化，以下是主流的几种类型。

1、双面彩钢复合材料风管

夹芯彩钢复合材料风管是由双面彩钢板或镀锌钢板，芯材采用玻璃棉或硅酸铝纤维棉或其他不燃材料以满足耐火隔热性和耐火完整性。钢板厚度按GB51251-2017表 6.2.1执行（同GB50243-2016《通风与空调工程施工质量验收规范》表 4.2.3-1 钢板风管板材厚度）。风管内外层采用彩钢板或镀锌钢板，采用镀锌钢板的镀锌层重量应不小于275g/㎡。燃烧性能为A 级不燃。耐火风管采用角钢法兰连接，一次成型，直接吊装。

图1双面彩钢复合材料风管结构图

2、装配式防排烟风管

装配式防排烟风管：由金属层、隔热层、耐火层等组合而成，通过自有工艺将材料集成为一体，形成的板材，异型件等尺寸根据图纸要求工厂量贩式定尺生产，运输到工地后，直接拼装成型后，吊装即可，产品完全可以满足使用场合，行业规范规定的耐压与耐火和隔热极限要求，无需再加耐火或者隔热层，直接组装成型风管即可。

装配式防火风管是由防火隔热一体化板与“斤”型金属卡槽件组成风管管段，管段外包0.3厚彩钢板，管段连接采用卡槽式金属法兰，法兰之间以金属c型插条固定。

图2 装配式防排烟风管结构图

3、钢面隔热防排烟复合风管

钢制隔热防排烟风管：由金属层、隔热层、耐火层等，通过特殊工艺将材料集成为一体，形成的板材，异型件等尺寸根据图纸要求工厂量贩式定尺生产，运输到工地后，直接拼装成型后，吊装即可，产品完全可以满足使用场合，行业规范规定的耐压与耐火和隔热极限要求。

钢制隔热防排烟风管其内外表面为压花或非压花彩钢板或其它金属材质，中间层为一层无机耐火层，一层防火隔热层，对比其它排烟风管其综合性能优良，美观，耐用，特别是在力学性能方面，如抗弯曲、抗压、脆性及加工性能等方面都有很大优势，能满足高级别，高要求的防排烟风管的使用要求；制作成排烟风管时，常用的：彩钢板面无机耐火层面置于管外侧，镀锌钢板面防火隔热层置于管内侧，按照需要的形状、规格、尺寸加工，根据使用场合或者连接工艺要求可选用积木式连接方式或根据项目需求配置专用外插式钢质金属法兰或角钢式金属法兰制作而成装配式防排烟风管，适用于在新标准GB 51251-2017中满足规范要求的《通风管道耐火试验方法》（GB 17428-2009）的要求，耐火极限满足防排烟风管的完整性和隔热性的系统安装工程。

连接方式建议采用独有的积木式连接工艺或角钢式法兰连接工艺等方式，方便灵活施工。

图3 钢面隔热防排烟复合风管图

4、钢面镁质防排烟复合风管（防腐金属板 + 镁质无机耐火隔热层）

钢面镁质防排烟风管外侧金属板单双面可根据需求定制，耐火隔热层采用的镁制耐火隔热板，满足《建筑设计防火规范》（GB-50016-2014）的防火要求，防火等级为A级不燃，遇火不燃，无烟无毒，镁制耐火隔热板耐高温1200℃。钢面镁质防排烟风管根据 GB/T17428-2009《通风管道耐火实验方法》实际检测，均满足 GB51251-2017《建筑防排烟系统标准》对于防排烟风管耐火极限的要求，其耐火极限可达 2 小时以上。抗压性强·3000Pa 钢面镁质防排烟风管结构牢固，抗压性好，抗风压可达 3000Pa 以上，远高于国标要求的≥1500Pa。连接方式：薄钢专用法兰或角钢法兰。

5、其他不燃无机复合材料耐火风管

复合型耐火风管类型多样化，重庆市建设标准《建筑防烟排烟系统复合型耐火风管设计图集 渝21J02》里提到的复合型耐火风管是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（钢板厚度不低于0.2mm）。

无论采取何种措施， 复合材料风管的覆面材料必须采用A级不燃材料 ,内层的绝热材料应采用不燃或难燃且对人体无害的材料。制作工艺复合相关国家标准和技术规范。另外，GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》要求防排烟风管宜或应采用镀锌钢板制作。

三、针对新规范和当地政策文件，对防排烟耐火复合风管监管要点：

1、风管耐火性能

根据GB50016-2014（2018版本）《建筑设计防火规范》 耐火极限的定义：

《建筑防烟排烟系统技术标准》在条文解释中提出，对于防排烟风管耐火极限的判定必须按照现行国家标准《通风管道耐火试验方法》GB/T17428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。

《通风管道耐火试验方法》规定，必须采用两种方式检测管道的耐火性能，一种为承受外部火（管道A），另一种为承受内部火（管道B），只有两种方式都通过耐火测试，方能视作符合要求。

《通风管道耐火试验方法》规定，检测管道外部耐火性能时，管道A试件的截面尺寸应为1000*500mm或者直径800mm，检测管道内部耐火性能时，管道B试件的截面尺寸应为1000*250mm或者直径630mm，试件的这些尺寸，是标准编制过程中通过大量验证性试验确立的最佳试验尺寸，能够反映管道防火防烟的真实性能。

 　　行业中有些企业利用标准信息不对称，有意识的误导设计师和用户。例如，有些企业只提供管道A的测试报告，并没有管道B的测试报告，而实际上只有管道A的测试报告是不足够证明产品是满足标准要求的；再如，有些试验中并不是按照《通风管道耐火试验方法》要求制作试验用试样，而是依据其它导则或指导意见等非标准文件中的规定制作试样，从而得出产品合格的结论，这也是不满足要求的；在符合标准要求的管道内部耐火性能检测中，管道内部耐火测试的高温可以达到700~900℃，但有些检测却用280℃作为检测条件之一，远不能达到国家标准相应实验条件。国家标准是底线标准，任何下级标准都不能低于国家标准的相关要求。不符合国家标准要求的产品一旦被使用，必将给业主带来巨大的安全隐患。

2、内壁金属板厚度

（1）GB 50243-2016 《通风与空调工程施工质量验收规范》中对夹芯彩钢复合风管厚度的要求

4.2.5 复合材料风管的覆面材料必须采用不燃材料，内层的绝热材料应采用不燃或难燃且对人体无害的材料。

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》GB50016的有关规定。

4.2.6 本条规定了复合材料风管制作的基本要求。

常用的夹芯彩钢板钢板厚度一般较薄，不适用于排烟系统风管的要求，故条文特做了规定，其内壁的厚度应符合排烟风管的要求。

由此可以判断，用于排烟系统的夹芯彩钢耐火风管金属壁厚达不到上图规定的为不合格产品！

（2）《建筑防烟排烟系统复合型耐火风管设计图集 渝21J02》对复合型耐火风管壁厚的规定：

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（钢板厚度不低于0.2mm）。

3、耐火隔热材料的选择

无论采取何种措施，都应满足A级不燃，具有国家防火建筑材料质量监督检验中心出具的耐火极限检验报告。而且GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》要求防排烟风管宜或应采用镀锌钢板制作。

夹芯彩钢复合风管耐火隔热主材选择要点：钢板作为耐火风管的组成材料，虽然自身强度高，是A级不燃材料，但遇火会软化且导热系数高，无法满足耐火极限要求。需在其外层复合或包裹耐火隔热材料，因此选择合适的耐火隔热材料显得尤为重要。

主材挑选的重点在选择耐火风管的主材前，我们先了解两个概念：耐火与隔热：耐火即熔点高，隔热即导热系数低。
    以炉火温度800-1200℃这个区间为例，耐火隔热材料熔点需在800-1200℃，才能保持稳定性，不被液化。若要风管耐火极限达到1小时以上，则应选择熔点高及导热系数低的材料。
   因此选择耐火隔热材料时，先考虑熔点，在熔点满足的情况下，再对其导热系数择优选择即可。
以下是市面上常见的耐火隔热材料的熔点及导热系数表：

表1耐火隔热材料的熔点及导热系数表

4、风管间密封垫片

除了前面说的熔点和导热系数，强度和气密性这两个指标也值得注意。在满足耐火极限的前提下，当管道处于在工作状态时，强度和气密性需满足以下要求：

由此可见，风管的强度与组成材料的抗弯强度密切相关，而风管的气密性主要是跟管道的连接方式有关，特别是在管道拼接和管道与管道之间的连接处，更需要确保其气密性。

目前防排烟耐火复合风管拼接常用方式：

一是镀锌铁皮折弯形成钢板风道

二是内外由金属卡条拼接的方式

三是V形槽，一片法、二片法、四片法的拼接方式

收口是关键，一旦收口破损就无法保证气密性。像市面上的一种复合彩钢风管，会采用一片法的方式拼接，采用该方案就需特别注意：在切割板材时，不能切破外层的包边彩钢，不然会很大程度上影响漏风量。

如何确保气密性？

管道与管道之间的连接，宜采用3-5mm的耐火密封垫片来保证气密性。目前规范上A级的有以下四种，防排烟系统应采用不燃、耐高温防火材料密封。以现在市面上常用的是9501型耐火密封胶条为例，该胶条在施工时，需确保胶贴满管道四周。

5、检测报告

防排烟风管的可靠性是消防验收的一个重要内容，在选择防排烟风管产品供应商时必须注意要有符合规定的检测报告。在识别和分析防排烟风管耐火极限的检测报告时，应该注意以下几点：

（1）无论采取何种做法，均需提供由国家防火建筑材料质量监督检验中心提供的型式检验检验报告且不可以是委托检验（四川都江堰）；

（2）检测依据必须严格执行现行国家标准GB/T17428-2009《通风管道耐火测试方法》；

（3）风管不同耐火极限的做法和用料一般不同；

（4）产品应用时，产品检测内容、工艺做法应与检测报告的内容描述一致；

（5）应同时满足耐火完整性和耐火隔热性要求，若报告中两者时间不一致，应取最小值作为风管的耐火极限。

四、消防防排烟耐火复合风管的集成制造与升级的重要意义

随着我国经济的发展，现代建筑功能不断完善，在极大的方便了人们的生产与生活的同时也对建筑安全提出了更高的要求。此类建筑一旦发生火灾，就会给人们的生产财产安全带来致命的影响，因此，建筑物防排烟风管的防火保护工作也受到了社会各界的广泛关注。建筑物防排烟风管的防火性能需要满足三个要求，就是绝热性、防止火势蔓延与达到预期工作时间，在具体的设计工作中，设计人员需要根据建筑物的具体情况进行分析，重点考虑人员疏散时间与防火分区的疏散路径，针对这几个问题提出量化的标准，根据这一标准来选择管道材料。在现阶段下，国内最为常用的耐火防排烟管道铁皮风管外包防火板与纤维硅酸钙耐火风管，铁皮外包防火卷材/毯，成品复合耐火风管等措施，每一种材料都有其优势与缺点，在选择的过程中需要根据建筑物的使用与设计要求进行选择，这样才能够从根本上提升防排烟风管的防火保护性能。

另外，随着建筑行业的发展，装配式建筑成为未来的重要发展趋势之一。装配式建筑不仅提升建筑设计的质量和品质、缩短工期、提高效率，而且易标准化、绿色节能，还能节省材料和人力成本等，建筑全寿命周期迎合了“碳达峰 碳中和”的国家政策，这些优势正与传统建筑业的弊端恰恰相反。此背景下，成品复合耐火风管也将面临较大的市场机遇，而优秀定型的产品如何标准化的生产，生产工艺、集成制造如何提档升级也正面临新的挑战。

【参考文献】：

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[4] 王海,钟书吉,郑云德. 超大规格风管的安装施工[J]. 机电工程技术. 2021(09)

[5]王海,钟书吉,郑云德. 一种超大规格风管的制作工艺[J].  建筑安全. 2021(10)

周铁城，1981年8月，浙江省松阳县人，大专学历，中级工程师国家一级注册建造师。研究方向：全寿命周期建筑机电管线及设备安全与低碳运行；地铁、高铁、民建/工业/公建机电新材料领域的应用专家。