摘要：本文阐述了防排烟耐火极限风管作为建筑构件本身应具备的管道属性。解读防排烟风管耐火极限的的本质是承受不同温度下外部火和内部火所具备的完整性与隔热性，并分析了吊顶内排烟风管外表面温度不高于80℃的隔热条文与耐火极限风管本身属性之间的关联与区别。介绍了一种满足耐火极限要求的新型耐火极限风管，并与诸多相关设计与施工规范相对照，此种类型风管是品质优秀的耐火极限风管类型之一。以期本文能为防排烟耐火极限风管的良性发展抛砖引玉。
摘要：本文阐述了防排烟耐火极限风管作为建筑构件本身应具备的管道属性。解读防排烟风管耐火极限的的本质是承受不同温度下外部火和内部火所具备的完整性与隔热性，并分析了吊顶内排烟风管外表面温度不高于80℃的隔热条文与耐火极限风管本身属性之间的关联与区别。介绍了一种满足耐火极限要求的新型耐火极限风管，并与诸多相关设计与施工规范相对照，此种类型风管是品质优秀的耐火极限风管类型之一。以期本文能为防排烟耐火极限风管的良性发展抛砖引玉。
关键词：1防排烟 2耐火极限风管 3传热机理 4装配式一体化 5复合耐火极限风管
0 引言
传统的铁皮风管或无机复合风管不具备耐火隔热性和耐火完整性，在排烟时风管内高温烟气本身产生高温辐射，在自身防火分区或防烟分区内就起到传递高温热量乃至引燃附近可燃物或承受外部火自身结构出现塌陷造成截面积大大减少，存在无法有效将烟气排除的缺陷。基于此考虑，防排烟风管应具有耐火极限，几种规范规定了防排烟风管的耐火极限要求：GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版）[1]偏重于对穿越防火墙、防火隔墙、防火分区等2m范围内风管耐火极限的规定；GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》[2]着重于不同类型（排烟、送风、补风）、不同使用场合（地下、地上、吊顶、管井）风管等的规定；不同建筑类型规范则偏重于穿越不同重要房间的风管的耐火极限的规定。
对防排烟风管提出的耐火极限要求，无疑是标志着将风管与具有蓄烟功能的内外墙、楼板、结构梁、内外玻璃、吊顶、挡烟垂壁（防烟风管、补风管、排烟风管承受800-1000℃的外部火）及具有排烟功能的排烟风机、排烟防火阀、排烟风口、排烟窗、固定窗、可溶性采光带（特指排烟风管280℃左右的内部火）地位等同，使其具备耐火极限的要求[3]。
1防排烟风管作为建筑内部构件的基本要求
满足耐火极限的耐火风管作为一个建筑构件，和防火门类似，应很好的满足门的基本功能，再去讨论门的防火问题。笔者认为防排烟耐火极限风管应满足如下功能[4]：首先所具备的属性应该是一种建筑物内部的风管：在建筑结构空间既要满足舒适性又要满足经济性的当今社会，要求防火风管的净尺寸不能太高，单位质量不能太重，尤其是地下空间或商业空间显得尤为突出，这就要求其风管其本身的结构形式能很好的节省空间。其次要求风管本身结构强度大，这是保持风管15-30年耐用的基本要求；第三对于量大而面广的地下空间排烟风管，环境潮湿，风管本体不变色，不生锈，也是一个基本要求；第四建筑工业化是实现建筑产品节能、环保、全寿命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式，其中优秀产品之一的装配式防排烟风进一步提升了装配式建筑的装配率，很好的诠释了节能环保可持续发展的理念，起到了用风管来赞美建筑的功效。很好的满足以上作为风管这一建筑构件的耐火极限风管。最后才是关注耐火风管的安全性能高，达到耐火极限要求，保证在现场任何部位下料时复检可以通过，可以真正承诺验收报告和检测原件报告一致性。
2现行防排烟风管耐火极限测试的解析
火灾中，防排烟风管的耐火极限首先应该考虑如何应对外部火的炙烤：正压送风管和补风管暴露在火灾情况下，因为具备了完整性和隔热性，可以正常工作，不至于使得管内的空气温度过高，对着疏散人群输送空气的温度是人体可以承受的；排烟风管在火灾负压抽吸的工作状态中截面不至于变形，影响排烟的有效性。基于此耐火极限的检测规范GBT 17428-2009 测规范中[5]测试风管的耐火极限即是模拟风管在火灾情况下的真实受火情况。测试标准中管道A（300Pa压力）承受外部火，试件的长度为炉内3m，炉外2.5m，试件的截面一般为A管为1000mm×500mm，为风机送风。以0.5h耐火极限风管检测为例，起始燃烧温度就是450℃，完成温度为850℃。因此《上海市建筑防排烟系统设计标准》DG/TJ08-88-2021条文解释中[6]要求风管的绝热材料应采用岩棉或其他能承受800℃以上的高温的绝热材料，是完全正确地说法。
排烟风管承受的而排烟防火阀在280℃情况下会关闭，排烟风机关闭，排烟动作停止，这是基于抽吸入排烟风管内烟气温度高于280℃发生的情况，这是风管内烟气温度过高引发的。因此GB 51251-2017的4.4.8.1条文规定，排烟管道及其连接部件需要在280℃的情况下连续30min保持其完整性，可视为排烟风管承受室内烟气温度时，耐火极限温度的规定。
耐火极限的检测规范GBT17428-2009 中测试排烟风管的内部火时，试件B管为1000mm×250mm，为风机排风，内部火的温度维持在400-450℃，高于280℃，视为此测试规范提高了测试温度的标准；CECS 886-2021建筑防烟排烟风管防火性能试验方法标准》中[7]规定模拟排烟风管内部烟气的温度为280-310℃，被认为更贴近模拟排烟风管内部烟气温度的测试温度标准。
根据文献[8]验算讨论，当吊顶内有可燃物时，排烟风管采用的耐火极限风管的隔热层应在35mm左右才能满足要求；如果吊顶内无可燃物，采用的排烟耐火极限风管的隔热层不一定需要35mm，也即吊顶内无可燃物时，排烟风管在排烟时耐火极限风管的外表面温度是可以高于80℃。
3一种防排烟耐火极限风管板材的介绍
某产品的耐火风管板材，产品结构如图一所示。核心层为110-140kg/m3的憎水岩棉上下复合特制防火板的三明治结构，防火风管板材的结构形式为3mm+19mm+3mm，或为4mm+32mm+4mm的板材结构形式，工厂压制而成，无化学有机胶连接，双面3-4mm的防火板，结构强度大。该防火一体化板的内外防火板起到抵御内外部火的作用，并保护夹心层岩棉，在火灾情况下，使得岩棉发挥更好的隔热作用。如图一所示。
图一 耐火极限风管的结构形式
3.1满足0.5-2h耐火极限成品一体化风管的介绍
将斤型金属连接件与垂直防火一体化板组装，形成牢固的成品风管，工厂化制作，成品风管运输到现场后进行组装，风管之间用C型插条金属法兰连接。如图二所示。
图二 装配式一体化风管的连接
3.2满足0.5-1.5h耐火极限成品一体化风管与相关规范的对照
GB51251-2017建筑防排烟系统技术标准3.3.7和4.4.7规定机械加压送风和排烟风管不应采用土建风道，送风和排烟管道应采用不燃材料制作且内壁光滑。当送风和排烟管道内壁为金属时，设计风速不应大于20m/s，当送风管道内壁为非金属时，设计风速不应大于15m/s。对照此种板材产品：1）当内壁采用覆铝层时，设计风速按照≤20m/s设计；2）当内壁不采用覆铝层时，设计风速按照≤15m/s设计。3）当采用图四耐火极限为1h内敷设0.5mm风管时，设计风速按照≤20m/s设计。显然，当采用图五铁皮风管加外包一体化板结构时，设计风速按照≤20m/s设计。
GB50738-2011通风与空调工程施工规范[9]中4.1.6和GB50243-2016通风与空调工程施工质量验收规范中4.2.3规定钢板矩形风管及其配件的最小厚度，防排烟风管的厚度遵从高压风管的厚度要求，为0.75-1.5mm厚不等或遵照设计要求：1）装配式一体化风管属于非金属风管，因此厚度满足非金属风管相应的结构强度，不适用此两条规范；2）图四所示的内置0.5mm钢板的耐火极限风管所增加的镀锌铁皮是为了满足抗震规范和增强耐火要求，总体上属于非金属风管，因此钢板厚度可以不按照两个规范要求设置。
GB50243-2016通风与空调工程施工质量验收规范[10]中4.2.3-2规定金属矩形风管需要采用法兰和螺栓连接，并对规格进行了规定，本规范4.2.4-4.2.6中对非金属风管的规定并无要求必须用法兰和螺栓连接，装配式一体化风管采用的C型插条连接件厚度为1.5mm，连接非常坚固，符合规范要求。
GB50243-2016通风与空调工程施工质量验收规范中4.2.6-2规定双面彩钢复合材料风管如果用于防排烟风管，内层彩钢需采用GB50738-2011中4.1.6和GB50243-2016中4.2.3规定钢板矩形风管及其配件的最小厚度，其规范的初衷是双层彩钢之间采用的是柔性材料隔热材料，如果内层钢板采用的厚度也和外层一样薄，整体结构强度将无法达到排烟风管的完整性要求。本产品的装配式一体化无机风管，属于非金属材质，内外双层防火板和岩棉复合，结构强度大，无需设置钢板来加强结构强度。图四1.0h耐火极限风管内置钢板外层无钢板，不属于内外彩钢板风管，内层钢板仅仅为了满足抗震规范要求，因此无需满足此厚度要求。
GB50981-2014建筑机电工程抗震设计规范5.1.1-3中[11]规定高层建筑和9度地区的建筑的防排烟和事故排风风管应采用热镀锌钢板或钢板制作。图四和图五中的风管均有金属风管在内，一般的共识，即使是高层建筑，地下室的风管可以非金属风管。以常见的叠墅+高层住宅的地库为例，同一个系统风管往往穿越多层和高层2个区域，不可能部分采用非金属风管，部分采用金属风管，或者高层区采用金属风管，叠墅区采用非金属风管，规范精神的初衷也是为了保证在地震情况下风管结构强度的完整性，非金属风管只要满足排烟的耐火性及抗震的结构强度。
图三 装配式一体化耐火极限风管0.5-1.5h举例图示
图四 内置钢板装配式一体化耐火极限风管1.0h举例图示
3.3满足0.5-1.5h铁皮风管+外包一体化板材的耐火极限风管的介绍
图五 铁皮风管+外包一体化板1.0-1.5h图示
3.4满足0.5-1.5h新型耐火极限风管的适用场合分析
将适用规范分析和基于一体化板衍生的耐火极限风管不同类型的风管材料形式，罗列了此种耐火极限风管对于不同使用场合采用不同类型的形式，如下表所示：
表一 不同结构形式使用范围和使用参数
风管构造/类型 从外到内（mm） |
可满足的耐火极限（h） |
吊顶内有可燃物时可否使用 |
管内设计风速要求（m/s） |
单位m2综合重量（Kg） |
是否适用与净化厂房 |
是否满足抗震要求 |
覆铝层+3+19+3 |
0.5h |
否 |
15 |
16 |
满足 |
地下室多层可 |
覆铝层+3+19+3+覆铝层 |
0.5h |
否 |
20 |
16 |
更好满足 |
地下室多层可 |
覆铝层+3+19+3+0.5钢板 |
1.0h |
否 |
20 |
20 |
满足 |
满足 |
覆铝层+4+32+4 |
1.0-1.5h |
可 |
15 |
20 |
满足 |
地下室多层可 |
覆铝层+4+32+4+覆铝层 |
1.0-1.5h |
可 |
20 |
20 |
更好满足 |
地下室多层可 |
铁皮+外包+碰焊钉 |
1.0h |
可 |
20 |
20 |
满足 |
满足 |
铁皮+外包+螺钉 |
1.5h |
可 |
20 |
20 |
满足 |
满足 |
4结语
通过本文对相关问题的解读和分析，可以得出如下结论：
1）防排烟耐火极限风管作为建筑构件本身应具备正常风管的属性，在此基础上再去讨论其必须具备的耐火极限；
2）防排烟风管耐火极限的本质是承受不同温度下的外部火和内部火所具备的完整性与隔热性，排烟风管需考虑外部和内部火，送风管和补风管仅需考虑外部火；
3）满足耐火极限的风管，不一定能满足排烟风管吊顶内外表面不高于80度的要求，当吊顶内有可燃物时，耐火极限风管的隔热层厚度应该在35mm左右；
4）耐火极限风管本体除了应满足自身耐火极限外，还需满足不同规范对防排烟风管自身属性的要求；
5）铁皮+外包满足规范要求的一体化板（具备耐火和隔热性），也是一种美观实用满足各种规范要求的耐火极限风管。
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知识点：一种新型防排烟耐火极限风管的应用
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