吊頂內滿足耐火極限要求的排煙風管是否還需要增加隔熱措施一來取決于風管內是否具有可燃物，二來如果存在可燃物，取決于耐火極限風管本身結構材料的導熱系數和厚度能保證風管外表面溫度不大于80℃的要求，從諸多形式的耐火極限風管的結構形式分析結果來看是都可以滿足的。
#1引言
現行《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017和《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018年版）及不同建筑類型的建筑設計規范如《辦公建筑設計標準》、《科研建筑設計標準》、《飲食建筑設計標準》、《商店建筑設計標準》、《汽車庫修車庫停車場設計標準》、《綜合醫院建筑設計標準》、《電動汽車分散充電設施工程設計標準》、《建筑高度大于250m民用建筑防火設計加強性技術要求》等共同組成對防排煙風管的耐火極限規定的體系。
GB51251-2017著重于不同類型（排煙、送風、補風）、不同使用場合（地下、地上、吊頂、管井）風管等的規定；GB50016-2014則偏重于對穿越防火墻、防火隔墻、防火分區等2m范圍內風管耐火極限的規定；不同建筑類型規范則偏重于穿越不同重要房間的風管的耐火極限的規定。
系統的鐵皮風管或無機復合風管不具備耐火隔熱性和耐火完整性，在排煙時風管內高溫煙氣本身產生高溫輻射，在自身防火分區或防煙分區內就起到傳遞高溫熱量乃至引燃附近可燃物或承受外部火自身結構出現塌陷造成截面積大大減少，存在無法有效將煙氣排除的缺陷。
對防排煙風管提出的耐火極限要求，無疑是標志著將風管與具有蓄煙功能的內外墻、樓板、結構梁、內外玻璃、吊頂、擋煙垂壁及具有排煙功能的排煙風機、排煙防火閥、排煙風口、排煙窗、固定窗、可溶性采光帶地位等同，使其具備耐火極限的要求。
從以上分析來看，對防排煙風管提出耐火極限要求應該是理所應當的，風管的耐火極限要求也為專業人士逐步接受，疑慮的焦點問題在于：
正如GB 51251-2017規定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續30min保持其完整性，排煙防火閥是280℃動作關閉，此時排煙系統不需要再工作，而風管耐火極限的檢測規范GBT 17428-2009 現場測試中起始燃燒溫度就是450℃，850℃為完成溫度，似乎存在矛盾。
本文試圖對規范或國標圖中產生疑慮的問題展開討論，并做出合理解釋。
#2防排煙風管耐火極限的論述
在不受干預的情況下，室內火災發展過程大致可分為初期增長階段、充分發展階段和衰減階段。室內平均溫度是表征火災燃燒強度的重要指標，常用溫度-時間曲線描述室內火災的發展過程，如圖一所示。
圖一反映的是火災發生時，室內平均溫度隨時間變化的曲線，并非著火點處的溫度曲線。由于本文探討的是火災場所中防排煙系統各部位的耐火問題，與室內平均溫度無關，而與著火點處的溫度有關。
圖一 室內火災平均溫度-時間曲線
另外，著火點的位置是不確定的，因此，室內排煙系統的任一部位都有可能置于火中，本文以此為假定條件展開討論和分析。
火災發生時，著火點的局部溫度近似參考耐火試驗的爐內溫度，其溫度時間關系式為[1]：（τ）[1]
公中T為著火點的局部溫度，℃；τ為時間， min。
T-τ曲線如圖二所示。
圖二 室內火災平均溫度-時間曲線
根據式（1）可以計算出不同時間下，著火點的局部溫度，見表一。
可見火災30min內局部溫度可達到842℃。火災場所短時間的高溫特點使得組成排煙系統的各部位不僅需具備一定的耐火能力，而且因為排煙系統是一個整體，任一部位在火災時失去完整性后都會影響排煙效果，因此，組成防排煙系統的各部位應形成相應的耐火極限標準。
#3火災時防排煙風管運行溫度的相關問題
火災中，防排煙風管的耐火極限首先應該考慮如何應對外部火的炙烤：
正壓送風管和補風管暴露在火災情況下，因為具備了完整性和隔熱性，可以正常工作，不至于使得管內的空氣溫度過高，對著疏散人群輸送空氣的溫度是人體可以承受的；
排煙風管在火災負壓抽吸的工作狀態中截面不至于變形，影響排煙的有效性。
基于此耐火極限的檢測規范GBT 17428-2009起始燃燒溫度就是450℃，完成溫度為850℃；
因此《上海市建筑防排煙系統設計標準》DG/TJ08-88-2021才要求風管的絕熱材料應采用巖棉或其他能承受800℃以上的高溫的絕熱材料。
排煙風管工作溫度與排煙防火閥動作溫度的關聯性思考
由此可見，對防排煙風管的耐火極限的相關規定，首先是要求風管能承受外部火的炙烤（遠大于280℃），這與建筑構件、吊頂或擋煙垂壁所要求的耐火極限要求一致（擋煙垂壁是30min承受620±20℃的耐火極限）。
這是基于風管任一部位在火災時承受外部火失去完整性后都會影響防排煙補風效果而提出的。
而排煙防火閥在280℃情況下會關閉，排煙風機關閉，排煙動作停止，這是基于抽吸入排煙風管內煙氣溫度高于280℃發生的情況，這是風管內煙氣溫度過高引發的。因此GB 51251-2017的4.4.8.1條文規定，排煙管道及其連接部件需要在280℃的情況下連續30min保持其完整性，可視為排煙風管承受室內煙氣溫度時，耐火極限溫度的規定。
兩種不同的溫度要求看似矛盾，實際上不矛盾。
原因有二：
1）著火點不一定在防煙分區和主風機280℃防火閥附近，排煙風管承受外部火時，1min內外部溫度已經達到了350℃，排煙風管本身需要經受外部火的考驗，保持其完整性；
2）火災時是各種消防設施共同作用的結果，噴淋系統或消火栓可能先于排煙風機動作或人為開啟，排煙系統抽吸的煙氣溫升有個過程，煙氣中還夾帶著大量水汽，溫度不會立即達到280℃，排煙系統在人員疏散期間有足夠的時間完成自身的排煙工作。
基于此，考慮排煙風管在火災中承受內部煙溫和外部火的共同作用，不能簡單的以280℃作為評判風管本身耐火極限的工作溫度。
防排煙風管吊頂內耐火極限的分析
從規范可以看出，凡是吊頂內和管井內的風管的耐火極限要求有所降低，當然這個吊頂是完全意義上的吊頂，而不是鏤空吊頂，鏤空吊頂無法阻擋火焰，起不到保護吊頂內風管的作用。
查看GB8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》吊頂的耐火極限，常用的Ａ級吊頂材料應能滿足：
試驗溫度為（750±5）℃，實驗時間為 30min。可見吊頂能起到了保護吊頂內防排煙風管的作用，吊頂內的防排煙風管不會受到吊頂下火焰的直接炙烤。
#4防排煙風管隔熱性的傳熱分析
從分析表明承受外部火應該才是風管必須具有耐火極限的更重要的原因，但現行防排煙規范和相關圖集對外部火作用于防排煙風管的隔熱性并沒有詳細的闡述或計算，都是通過送樣檢測來測試一定溫度下風管本體的耐火極限。
防排煙規范體系中最重要的三本規范均提到了吊頂內排煙風管的隔熱性問題。
如《建筑防煙排煙系統技術標準》GB 51251-2017中4.4.9規定[2]：當吊頂內有可燃物時，吊頂內排煙風管應采用不燃材料進行隔熱，并應與可燃物保持不小于150mm的距離。
又如《上海市建筑防排煙系統設計標準》DG/TJ08-88-2021中4.3.10規定[3]，當吊頂內有可燃物時，吊頂內的排煙管道的絕熱層厚度不應小于35mm，并與可燃物保持不小于150mm的距離。
這兩個規定都源于母規《建筑設計防火規范》GB50016-2014（2018年版）9.3.10的規定[4]。
可以理解為吊頂內的排煙風管受到了A級吊頂的保護，不考慮承受外部火的炙烤，只考慮排煙風管內部280℃高溫煙氣向風管外傳熱不超過80℃[5][6].否則可能引燃吊頂內的可燃物。
（這和風管耐火極限的檢測規范GBT17428-2009中的測試外部溫度邊界條件不一樣，風管達到耐火極限時風管表面的規定溫度數值也不一樣）
問題歸結為吊頂內采用了0.5h耐火極限風管后（成品耐火極限風管內本身含有隔熱層），是否還需要再增設一定厚度的隔熱層的問題。
結論是：
吊頂內如果沒有可燃物，則采用0.5h的耐火極限排煙風管即可；
如果吊頂內有可燃物，則需校核采用的耐火極限排煙風管在280℃管內煙氣流走條件下，采用相應厚度和材質能否保證表面溫度不高于80℃的問題了。
鐵皮加隔熱材料復合風管和復合耐火極限風管的傳熱分析
15K606《建筑防排煙系統技術標準》圖示107頁中對吊頂內排煙風管隔熱計算做了闡述。
環境溫度為35℃，管內溫度為280℃，風管外表面換熱系數αc為8.14W/（m2K)，風管內表面的對流換熱系數為αn為20W/（m2K)，鐵皮風管的傳導忽略不計，隔熱材料的導熱系數設為λ，單位為：W/（mK)；厚度為δ，單位為m，則聯立等式可得：
（）（α）（）（（δλ）α））[2]
得出：δ/λ=0.496
當采用礦棉制品時，λ=0.033，則δ=16.4mm；當采用離心玻璃棉時，λ=0.037，則δ=18.4mm；當采用巖棉時，厚度和離心玻璃棉相當。
只有導熱系數取λ=0.07時，答案為34.7mm才接近圖集中34.5mm的答案。可見對隔熱材料的絕熱性能要求不高，從另外一個方面也說明，隔熱材料也非必須為35mm或40mm以上，材料自身導熱系數小時，厚度更薄。
從當前耐火極限風管采用的材料和使用厚度來看，滿足0.5h耐火極限的風管其自身具備的隔熱性均能滿足規范規定的吊頂內排煙風管外表面不超過80℃的隔熱要求。
防排煙耐火極限風管的應用--＂三明治“的一體化板結構
某產品為裝配式一體化成品復合耐火風管，產品結構如圖三所示。
圖三 某裝配式三明治結構一體化耐火極限風管
核心層為140kg/m3的巖棉上下復合特制防火板的三明治結構，0.5h防火風管的結構形式為3mm+19mm+3mm，工廠壓制而成，最內層防火板可內襯鍍鋅鐵皮或復合金屬鋁的保護層，最外層防火板復合金屬鋁的保護層，將“斤"型金屬連接件與垂直防火一體化板組裝，形成牢固的成品風管。
工廠化制作，成品風管運輸到現場后進行組裝，風管之間用C型插條金屬法蘭連接，隔熱層為巖棉板，兩面無機防火層，防火層與隔熱層為一體化結構，無化學有機膠連接。從0.5h的風管形式看，即使不考兩側3mm慮防火板的熱阻，19mm的巖棉也是滿足吊頂內排煙風管隔熱性要求的。
該產品的優點是：
結構形式合理，完全滿足耐火完整性和隔熱性要求；
0.5h和1h整體厚度為25mm，1.5h和2h的厚度為40mm，節省空間；
整體結構，耐久性強，不變色，防潮耐濕，且金屬鋁的顏色可以隨著裝修顏色而改變；
為裝配式一體化材料，現場C型插條拼裝，節省人工費用。
由此可見，該類型的裝配式成品復合耐火風管，是符合當今發展方向的耐火風管[7]。
也可以采用40mm厚的一體化板外包在鐵皮風管外部，形成外包裹型復合耐火極限風管，工廠在一體化板上打好孔洞，現場采用碰焊釘的方式連接在風管本體上，不破壞風管本體，其耐火極限可以達到1.5h。
其結構形式如圖四所示。
圖四 鐵皮外包三明治結構一體化板的耐火極限風管
圖五該結構裝配式一體化耐火極限風管在無錫某潔凈室的應用，其內外表面均添加了金屬鋁的保護層，防塵且美觀。
圖五 裝配式及鐵皮外包裹式耐火極限風管在潔凈廠房中的應用
圖五右側為該結構一體化板采用碰焊釘的方法外包裹在鐵皮風管上在無錫某潔凈室內的應用。
#5結語
本文對現行防排煙風管的耐火極限相關問題進行了探討，總結如下：
1）在火災中防排煙風管作為建筑構件的一部分，均可能承受外部火的炙烤，必須達到相應的耐火極限才能保證相應的耐火極限要求，以保證防排煙系統在火災初期的有效工作；
2）分析表明，排煙系統內280℃工作機制和排煙風管本體要求具備更高溫度的耐火極限無必然關聯性；
3）吊頂內滿足耐火極限要求的排煙風管是否還需要增加隔熱措施一來取決于風管內是否具有可燃物，二來如果存在可燃物，取決于耐火極限風管本身結構材料的導熱系數和厚度能保證風管外表面溫度不大于80℃的要求，從諸多形式的耐火極限風管的結構形式分析結果來看是都可以滿足的。
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