建筑外墙保温的消防安全性分析

慧聪消防网讯相约9月4日CFIC2017中国消防安全产业大会

我国的建筑节能工作始于1986年，2005年开始逐步推行节能65%。北京市节能65%设计标准规定：节能指标提高完全由建筑物围护结构承担实现，以降低冬季采暖能耗为主，兼顾降低夏季降温能耗。外墙传热系数的降低主要是靠墙体保温技术来实现的。

我国的墙体保温技术有外墙内保温、夹心保温和外墙外保温三种形式，外墙外保温技术以其热工性能好、保温效果高、保护主体结构、基本消除热桥等诸多优点，已经成为目前市场的主流。随着国家对建筑节能工作的重视，外墙外保温技术获得了长足发展，涌现出了聚苯板薄抹灰、胶粉聚苯颗粒、喷涂硬泡聚氨酯、现浇无网聚苯板、现浇有网聚苯板、保温装饰一体化和幕墙保温等大量的外墙外保温系统，EPS、XPS和PU等高效保温材料获得了广泛的应用。

1、建筑外墙外保温防火问题

随着我国建筑节能标准的不断提高，胶粉聚苯颗粒、膨胀珍珠岩等浆料保温材料因为其导热系数高，无法满足较高的节能标准，逐渐被限制和禁止使用。目前保温市场上普遍使用的是具有低导热系数的EPS、XPS和PU等高效保温材料，但是这些保温材料都是可燃保温材料，防火性能较差，并且燃烧时产生大量的有毒烟雾，即使加入大量阻燃剂可以提高其难燃等级，由于一般阻燃剂的沸点不足300C°，火灾发生时，环境温度可高达1000C°，在此条件下阻燃剂易挥发，所以防火性能很不理想。我国开始大力推广建筑节能后，从2005年至今，因为有机保温材料被引燃，发生的火灾越来越多。

2009年比较典型的火灾有央视新址园区在建附属文化中心大楼、中央美院彩钢板宿舍楼、中国科技馆新馆、济南全运会场馆火灾，2010年5月31日着火的南通新地标中海汇泉大厦，同年11月15日上海静安区因外墙装修材料着火引发的火灾等。

外保温工程火灾主要是由以下几个方面引起的：

第一，保温材料进入施工现场码放时段；现场存放过程中保温板裸放，无任何防火保护措施，防火安全管理措施不到位，旦遇到明火、烟头、焊渣等极易引燃。

第二，保温材料施工上墙时段是发生火灾最多的阶段，在国内现有外保温工程火灾中，大部分发生在施工上墙过程中，主要原因在于保温材料的阻燃性差，施工过程中保温板裸放，无任何防火保护措施，施工现场的防火安全管理措施不到位，动火作业违规操作等因素造成。火调统计显示，施工过程中的高温焊渣滴落，引燃裸放保温材料的几率最大。因此，改进保温系统构造，坚决不允许保温材料在系统完成前后裸露在空气中，对幕墙系统的防火隔断等也要加强；避免建筑物施工过程中火灾的危害显得尤为重要，提高保温材料的可点燃性，即指数提高到32以上，使其不易被点燃，离火自熄；降低保温板材的烟密度至15以下，达到A级；另外对保温材料进场前进行表面防火处理等，都是可行的方案。

第三，外墙外保温系统投入使用时段。鉴于外墙外保温建筑投入使用的时间不长，在火灾案例中所占的比例较小，但是也有案例发生。建筑物的使用寿命通常在50年以上，建筑物使用过程中一旦发生火灾，人员、财产安全和消防的救援能力将面临重大考验。减少或避免建筑物使用过程中火灾的危害也相当重要。

2、外墙外保温防火技术现状

我国建筑的火灾，多为幕墙保温和高层建筑火灾，尤其是高层幕墙保温建筑，具有多发性、火势蔓延快、燃烧产生大量有毒烟尘、施救难度大等特点。

针对外墙外保温工程日益频发的火灾，从2006年开始，国内相关领域的研究机构和行业领先的公司，相继投入了大量的人力、物力，开展了外墙外保温防火技术的研究。例如：北京住总集团、中国建科院防火所和北京莱恩斯公司等，共同承担的北京市科研课题高层建筑外墙外保温防火安全及防火措施的研究，对岩棉、OPF傲德防火酚醛保温板、泡沫混凝土等作为防火隔离带材料对提高聚苯板薄抹灰系统防火安全性的作用，进行了大型火灾模拟实验研究；中国建科院防火所、北京莱恩斯公司等共同编写的行业标准建筑外墙外保温系统防火试验方法；北京莱恩斯公司研究开发的高效防火保温系统傲德改性酚醛保温板外墙外保温系统于2008年通过建设部科技发展促进中心的评估。

目前，国内对外墙外保温防火安全性问题形成共识，认为易燃保温材料是外墙外保温火灾的罪魁祸首，提高外墙外保温系统的防火安全性迫在眉睫，并形成了两种技术路线。第一种认为，目前提高保温材料的防火性能，技术上和经济上不符合中国的国情，提倡采用防火隔离带、防火分仓、防火面层等构造措施来提高外墙外保温系统的防火安全性；第二种认为，外墙保温火灾的根源在于易燃保温材料，提倡开发难燃或不燃的高效保温材料来逐步替代易燃保温材料，从根本上解决建筑的火灾隐患。构造防火，能部分缓解外墙保温的火灾，可以作为一种提高建筑防火安全性的过渡措施，但由于仍旧采用易燃保温材料，依然存在火灾隐患。

为有效防止建筑外墙外保温系统火灾事故，公安部、住房和城乡建设部联合制定了最新的民用建筑外保温系统及外墙装饰防火规定，并于2011年7月27日颁布执行，规定指出，民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B1级。

2.1难燃或不燃保温材料

材料燃烧性能分级方法达到B1级的材料，不燃材料为A级。目前市场上能达到B1级或A级的保温材料，主要有岩棉、玻璃棉等无机材料，PF、PU等有机保温材料和胶粉聚苯颗粒等有机无机复合材料，分述如下：无机保温材料虽然能达到A级不燃，但基本达不到建筑节能标准规定的65%的保温效果。多用于高温或低温的保温工程，这里不做具体介绍。

EPS即模塑聚苯乙烯泡沫塑料，是由可发性聚苯乙烯颗粒经加热预发泡后，在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的使用温度不超过75C°的泡沫塑料。用于外墙外保温的EPS容重1822kg/m3，导热系数小于燃剂。也有厂家生产出B1级的EPS，但是一般认为属于B2级或B3级。

XPS即挤塑聚苯乙烯泡沫塑料，是以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分，添加少量添加剂，通过加热挤塑成型而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料。导热系数小于0.030W/（MK），一般为B2级，通过加阻燃剂也有厂家生产出B1级XPS，但是一般认为属于B2级或B3级。

PU即聚氨酯，是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物泡沫塑料。建筑外墙外保温应用的为硬质聚氨酯泡沫塑料，导热系数小于0.024W/（MK），燃烧性能一般为B2级，通过加阻燃剂也可达到B1级，但是一般认为属于B2级。

PF即酚醛泡沫，是新型不燃、防火、低烟保温材料，以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。酚醛泡沫因其导热系数低，保温性能好，被誉为保温之王。它适用于大型冷库、贮罐、船舶及各种保温管道和建筑业，不需要添加任何阻燃剂，属于B1级难燃材料，经过改性处理后可以达到不燃A级，是最优良的高效难燃保温材料。

有机保温材料，其中尤以EPS应用最为广泛，其成本低，技术成熟。XPS适合做屋面、地面保温，最初推广时就有不同的观点，因为表面光滑比较难粘接。PU号称是最高效的保温材料，但是应用中问题一直比较多。EPS、XPS、PU等这些保温材料，如果不做阻燃处理，被引燃后不会离火自熄，相反会迅速燃烧，燃烧速度很快，并且短时间内放出很多热量及毒气，形成轰燃，并继续引燃其它可燃物质，形成火灾。火灾的特点是来势猛，没有消防救援时间，一般发现火灾后已经无法控制，破坏力度大，但是持续时间一般比较短，保温材料燃尽后，火灾即消失。但是如果引燃室内物体或其它可燃物质，破坏力将更大。

真正属于难燃不燃保温材料只有PF及其改性产品，并且导热系数低，因此PF及其改性产品是最适合解决外墙外保温系统防火安全性问题的难燃保温材料。PF是最近才应用于外墙外保温的保温材料，防火性能好，但应用效果需要时间验证。

3、几种外墙外保温工程外保温系统消防安全性能分析

3.1无机保温砂浆外保温系统

这类保温系统近几年有少量应用于工程，由于采用了全无机骨料作为保温载体，系统消防性极好，不存在消防隐患，且粘接强度较高，这也是被相关业主选用的主要因素。但这类材料导热系数较大、保温厚度较厚、外墙承重量较重且吸水率大，易产生渗水、开裂导致脱落等隐患，应慎重选用。

3.2聚苯板薄抹灰外保温系统

这是近几年推广最快的外保温系统，由于其质量轻，绝热效果好，成本适宜，被大量工程采用，但是这类系统的消防问题值得重视。如前面所说，这类材料属于热塑性材料，其燃烧机理（过程）是：遇火收缩熔化成液胶燃烧助燃滴落蔓延。所以这类板材即使是指数达到32，也仅仅解决了施工过程中的消防安全问题，而系统在遇火灾时，由于火焰温度高达1000C°，阻燃剂瞬间挥发，且由于遇火收缩液化，气急剧吸入，使本该阻燃的材料变成了助燃材料，以致迅速蔓延产生轰燃。因此高层建筑、大型建筑、群居建筑应慎用该类系统，以确保人身、财产及建筑物安全。

现喷聚氨酯、模浇聚氨酯及板贴聚氨酯外保温系统。这些系统由于选用了硬泡聚氨酯保温材料，在消防问题上比聚苯板系统更加安全。由于其是热固性材料，在遇火时不产生收缩，同时形成层碳化层，隔绝了热量的传递和分的渗透，从而阻止火焰继续扩张，不产生蔓延燃烧现象的出现，而且这类系统导热系数最低，保温层厚度最小，耐高温性能、系统稳定性最好，应该被节能建筑广泛采用并值得推广。

石质、金属非透明幕墙复合苯板保温系统。干挂石质、金属非透明幕墙由于其装饰豪华，品位较高，广泛在高层建筑、高档建筑、大型建筑中采用，其保温、隔热功能则要靠嵌贴式保温板来补充。现市场上习惯用EPS或XPS板解决，可采用填充式贴于墙体基面上，这类系统的消防安全问题更糟，比聚苯板薄抹灰系统更差，由于幕墙与保温板间存在一定的空气层，火灾时还将产生隧道效果，会加速火灾时轰燃现象的产生。按幕墙规范要求每隔三层设置一道岩棉防火隔离带。火灾来临时并不能真正达到隔离效果，所以在采用该系统时：⑴隔离带的宽度一定要保证；⑵聚苯板的指数定要符合要求，以尽量减少前期燃烧的可能；⑶保温层表面必须增做一道抹面砂浆层，以避免电火花引起火灾事故。

石质、金属非透明幕墙复合聚氨酯硬泡系统。这类系统可选用两种方法：⑴现喷硬泡聚氨酯；⑵嵌入硬泡聚氨酯板材。这类系统由于采用了硬泡聚氨酯，相对来说可以杜绝消防安全隐患，但是也必须做好两方面工作：⑴必须均匀加入阻燃剂，以减少施工时发生火灾的可能性；⑵不管是现喷还是板贴，最好在其表面覆盖一道无机砂浆层（一般以23层为宜），一方面避免泡沫的热气老化，延长保温层的时效性，另一方面更好地阻断火苗表面垂直蔓延，减少损害面积。

对于在我国应用面最广泛的聚苯板薄抹灰外保温系统，其良好的性价比使其在防火性能要求不高的外墙外保温工程，通过采用防火隔离带的构造防火措施，可以继续使用。在聚苯板薄抹灰外保温系统，通常要考虑的两个问题是：火灾条件下维持系统稳定性的能力和系统阻止火焰传播的能力。外保温系统的防火构造措施可以是多种多样的。

以下是常见的措施：

防火隔离带：水平设置在建筑的层与层之间的防火隔断，一般采用不燃或难燃保温材料，系统的任何材料之间都不留空隙，具有一定的宽度。

挡火梁：一种门窗洞口的隔火构造方式，与防火隔离带类似，水平设置在门窗洞口的上边缘，并伸出门窗洞口竖向边缘一定的长度。

目前来看，岩棉和改性酚醛保温板可作为聚苯板薄抹灰外保温系统防火隔离带的材料，尤其以改性酚醛保温板导热系数低、高温条件下体积稳定、具有隔火隔热性能，最适合作为防火隔离带保温材料。需要解决的是这两种保温材料的渗水、吸水问题，以防开裂导致脱落等隐患。

4、分析与展望

建筑外保温的火灾问题，是由于采用可燃的有机保温材料，进一步说是建筑节能引发的问题。建筑节能的目的是降低建筑物的使用能耗，提高居住的舒适度。外墙外保温是建筑节能的关键技术手段。外墙外保温的核心技术是采用高效的保温材料降低外墙的传热系数，从而降低冬季采暖和夏季制冷的能耗。因此，外墙外保温要求保温材料必须是低导热系数的，导热系数越低，达到节能效果的效果越好，使用的厚度越小。外墙外保温系统重要的要求是有效性、安全性和耐久性。有效性是最重要性能，如果不能保温隔热，外墙外保温系统就没有存在的必要了；使用过程中的安全性，包括火灾安全性和力学安全性，现在的主要问题是火灾安全性问题，比较突出。如果不符合要求，系统将容易引发安全事故，如火灾、系统脱落等，后果非常严重。应该说有效性和安全性同等重要，但是有效性是安全性的前提。耐久性是指要有长期的使用性能，即系统在使用过程中能长期保持其有效性和耐久性，通常指使用过程中不开裂、不渗水、不空鼓、不脱落等。由此可见，有效性的重要，耐久性只要在以上两者存在的基础上才有意义。

即便有诸多的问题，建筑节能外墙外保温我们还得继续做，保温材料还得继续用，关键是怎么用。外保温火灾的关键是保温材料极易被引燃，和引燃后燃烧迅速，易造成轰燃。因此，我们控制火灾应该从提高保温材料的可燃性入手，而不是使保温材料不燃，因为保温材料作为有机材料很难做到不燃，而使用无机材料则达不到保温节能的最高效率。降低保温材料的可点燃性，即提高材料的指数，是降低火灾的关键有效手段。如果材料的指数能做到32以上，效果会更好。在相同的指数下，EPS/XPS作为热塑性材料，受热后熔融、滴落，其火灾危险性和外墙脱落风险较PU、PF等热固性保温材料大很多。我们需要切合实际问题制定指导方案，随着我国外墙保温技术的不断发展和完善，不久的将来我们的保温技术将得到改善、极尽完美。