共板法兰风管应用于消防排烟系统的探讨

在建筑暖通系统中，风管的共板法兰技术因其加工制作自动化程度高、成型效果好、安装质量优、生产成本低等优点，已经逐渐取代了传统的角钢法兰接口技术。但对于其能否应用于高温高热的消防防排烟系统中，业界一直存疑，赞成派和反对派各执一词，双方都还停留在理论探讨阶段，无法说服对方。国家暂无相应的标准规范，消防主管部门也无明确规定。

云南建投第三建设有限公司近年承接了大量的消防工程，如能把此项技术应用于防排烟系统中，将大大降低成本，创造可观的经济效益。因此，在取得建设方和消防主管部门支持的前提下，组织相关专家，模拟火灾条件，进行了现场实验，以此来探讨共板法兰风管应用于消防排烟系统中的可行性。

1 金属风管连接发展简史与防排烟系统简介

传统的金属风管管段之间的连接工艺是将角钢或扁钢法兰与管端采用翻边、钏接或焊接方法固定后，再用多个螺栓把管段连接。此方法大多采用手工敲打作业，功效慢、成形不规则、操作环境恶劣、劳动强度大，对操作者的劳动技能要求也较高。

共板法兰风管采用的是法兰卡与法兰夹取代了传统的角钢焊钏方法进行风管的连接。在使用于空调的新风系统时，因温度不高温差不大，是可行的；但用于排烟系统时能否达到消防排烟系统所需的耐火条件呢？

防排烟系统是消防系统的一个重要组成部分，其使用的材料必须达到遇火不燃、耐腐蚀、熔点高、韧性好、耐水性好又能耐高温的要求。角钢法兰连接的镀锌钢板风管各项性能指标均能满足这些要求，并且在消防防排烟系统中早已应用多年。所以，以角钢法兰应用于消防的防排烟系统中的同等条件作为共板法兰的耐火试验前提，观测通过共板法兰技术连接的风管在火灾中的高温条件下，是否产生变形、崩脱现象，能否保证正常运转，以此来判定其应用的可行性。

2 共板法兰风管耐火试验

2.1 共板法兰风管合格条件设定根据《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)，《建筑设计防火规范》(GB50016)、《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》(GB50275)，《建筑防排烟系统设计和设备附件选用与安装》K103，《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243)等规范要求，设定风管耐火试验合格条件：维持试件温度稳定在230~290℃之间，并保持60min，直至排烟防火阀温度≥280℃时，排烟防火阀易熔片熔断，阀门动作关闭，并联动风机停止，观察法兰与法兰接口之间、法兰与帆布软接头之间、法兰与排烟防火阀之间以及矩形风管本身无形变，法兰接缝处紧密无裂缝、无崩塌现象，法兰间密封垫片无软化变形，且试验前后风管漏量在规范许可值范围内即为合格。

2.2 试验方案

(1) 修砌一加热炉作为集中供热火源，方便、快捷、宜于实现；

(2) 将风管用支架进行安装，便于观察风管及配件、部件在高温条件下形变情况；

(3) 在加热炉端风管一侧增设一调节阀，对试验温度进行调节，使试验温度恒定在某一区间数值范围内；

(4) 选择合理部位设置温度采集点，缩短传输路程，减少温度数值、误差。

3 试验构件组成与要求

3.1 试件组成及形变观测点设置详见表1、图1。

3.2 试验装置与材料要求

3.2.1 排烟风机

在试验开始和整个试验过程中能使管道内保持(700±15)Pa的压差；风量 18,000m ³ /(h·m ² )；模拟火灾发生时的排烟效果，把热量从火源处带入风管最终排至空旷的区域。

3.2.2 排烟防火阀

280 ℃排烟防火阀安装在排烟风机与试件风管之间，靠近于风机前端，平时呈开启状态，火灾时当管道内温度达到280℃时关闭，在一定时间内能满足耐火稳定性和耐火完整性的要求，并起到隔烟阻火的作用，同时能将停机信号返回联动控制箱。

3.2.3 镀锌钢板

选用厚度≥1.Omm镀锌钢板作为风管制作板材，法兰翻边高度≥32mm，大于同规格、压力、型号金属法兰高度，工厂预制，现场组装。

3.2.4 硅钛合金橡胶板垫片

选用厚度≥3mm，工作温度满足280℃\0.5h的高温型硅钛合金橡胶板，制作成垫片衬垫于风管与风管之间，风管与阀门接缝之间，以确保排烟系统运行时风管的密封性。

3.2.5 联动控制箱

采用三相五线制进线，用于防火阀与排烟风机联动控制。火灾时排烟风机接收到消防联动信号并启动；当排烟风机前端防火阀受热关闭时，排烟风机获得停机信号并停止。其联动控制流程为：防火阀受热至280℃后关闭→联动控制箱二次控制回路断开→风机供电回路断路→风机停止。

3.2.6 砖砌试验炉

砖砌试验炉规格(内壁1200×800×1650)，普通砖砌筑240mm厚(见表2)。

表2普通砖墻试验参数表

3.2.7 调节阀

在靠近炉窑侧装设调节阀，规格为1000mm×250mm，用于调节风管内温度。

3.2.8 操作工具

螺丝刀、活动扳手、锤子、万用表、卷尺、胶布、秒表、手套、灭火器。

3.2.9 其他

蜂窝煤、木头、柴油、角钢支架(L40×4mm)、BV-2.5铜芯线若干米。

4 试件及试验装置的安装

根据预先拟定并报审通过的试验方案按模型图进行现场实物安装(见图2)。

图2试验构件安装完成现场实物照

4.1 试验炉的砌筑

采用240mm的砖砌墙砌筑一个内部规格为（1200×800×1650）mm（长×宽×高）不封顶的小空间。

4.2 风管及排烟系统相关构件的安装将预制好的1000mm×250mm矩形共板法兰风管6节（1160mm/节），进行现场拼装。风管间加硅钛合金橡胶衬垫，风管与风管连接固定勾夹与风管边长等长。采用40*4mm角钢支架间隔2m作为风管支撑，固定于地平面。

4.3 温度计选择与安装

选用压力式指示温度计：型号WTZ/Q-280型；测温范围0~400℃；精度等级：2.5级。在测试风管段分别设置3个测温点：测温点1#距试验炉外墙壁1.3m；测温点2#距试验炉外墙壁3.6m；测温点3#距试验炉外墙壁7.0m（排烟防火阀前端）（见图3）。

图3试验构件安装尺寸模拟布置图

5 试验

利用蜂窝煤、木头、柴油作为加热材料。风管靠近试验炉侧端增设调节阀对试验温度进行调节，风管前、中、后设置温度探测器，实时监测风管不同部位的温升情况。

5.1 验证试验流程

未点火前开启排烟风机→测试试验管段漏风量→关闭排烟风机→试验炉点火→测温点1#达到90℃，启动排烟风机→控制调节阀开度使测温3#稳定在230~ 250℃之间过程中每隔5min观察风管三个温度测试部位的温升情况及各观测点的形变情况、漏风量并记录6Omin后控制调节阀开度使测温点3#稳定在280℃→复测试验管段漏风量→排烟防火阀关闭-排烟风机停机，调节阀关闭→最后观察1#、2#、3#测温点的温度变化情况，观察风管及相关构件形变情况→试验炉火熄灭→所有试件、装置冷却至常温→清理试验场地→试验结束。

5.2 试验前漏风量测试

为更进一步验证共板法兰风管用于排烟系统其接口部位的漏风情况，在进行耐火试验的前、后分别对试验管段进行漏风量检测。

试验用具：风管漏风量测试仪型号：Q89测试压力范围：0~2000Pa，漏风仪电机转速：0~10000r/min。

经测试：试验炉未点火前，开启风机达到1000Pa时使之稳定，试验管段风管

实测漏风量为0.4m ³ /（h · m ² ）。

5.3 试验测试

试验从点火开始计共用时80min。试验在0 ~30min，测试温度基本维持在230 ~ 290℃之间（靠近火源部位温度最高），观测风管及配件、部件形变情况；风管及配件、部件无变形（见图4）。实测漏风量为0.4m ³ /（h · m ² ）。

60min 后将3#测温点的温度提升至280℃，排烟防火阀动作，联动排烟风机停转，观测风管及配件、部件形变情况：风管及配件、部件无变形。

图4过程中测试

试验段风管漏风量0.5m ³ /（h·m ² ）。至此已达到共板法兰风管耐火试验合格条件设定的要求。

5.4 巩固验证结果

为了进一步验证共板法兰风管的耐高温程度，在排烟防火阀热敏元件熔断自动关闭，并联动排烟风机关闭后，采用手动方式重新开启阀门，手动启动风机，并维持风压在全压1000Pa状态下持续升温。

流程：手动开启防阀门→启动风机→稳定3#测温点在355℃→观察各观测点的形变情况、漏风量并记录→持续升温→3#测温点达到400℃→观察各观测点的形变情况、漏风量并记录→持续20min后→观察各观测点的形变情况并记录→试验炉火熄灭→所有试件、装置冷却至常温→清理试验场地→试验结束。

当1#测温点温度大于400℃时，3#测温点温度接近400℃（见图5）。

观测到1#矩形风管与调节阀连接段出现轻微形变，法兰接口无变形和崩脱现象。

图5 3#测温点温度值

当3#测温点温度达到400℃时，1#测温点温度表因超过最大量程损坏；过程中温度维持在350 ~400℃(靠近火源部位温度超过400℃)，持续20min；再次观测风管及配件、部件形变及漏风量情况。

此时，1#矩形风管与调节阀连接段出现轻微形变、2#矩形风管出现轻微形变、3#矩形风管无变形；各法兰接口无变形和崩脱现象；风管与配件、部件连接处无变形现象，实测漏风量为0.5m ³ /(h · m ² )( 见图6、7)。

图6 风管形变情况

图7 法兰接口瑠变情况

5.5 试验结果

在整个80min的试验过程中的结果：

(1) 所选取观测的3组共板法兰接口均无变形情况。

(2) 所选取观测的3个共板法兰矩形风管中，除靠近火源的1#风管从实验开始65min后有轻微变形外(风管上平面有轻微塌陷)，其余观测点风管均无明显变形或无变形情况。

(3) 所选取观测的矩形风管与防火阀连接部位无变形情况。

(4) 所选取观测的共板法兰变径风管与防火帆布软接头部位无变形情况。

(5) 试验管段在点火前、后漏风量从0.4m ³ /(h · m ² ) 升至0.5m ³ /(h·m ² )，在规范许可范围值内。

6 结语

本次实验的共板法兰矩形风管为应用于防排烟系统提供了实践依据，并得到以下结论：

(1) 试验中所选用共板法兰矩形风管长边尺寸为1000mm，经查，共板法兰风管用于排烟系统其长边最大尺寸可在1500mm及以下范围适用。

(2) 因共板法兰较之角钢法兰其刚性是有所欠缺的，故在本次试验中共板法兰接口采用与风管边长等长的勾夹进行通长加固，通过本次试验，法兰接口牢固，无变形现象。

(3) 风管间密封条选用厚度≥3mm，工作温度满足280℃\0.5h的高温型硅钛合金橡胶板。经过本次1.2h的试验实践，该类高温型胶板制作的密封垫片用于防排烟系统中是可行的。

(4) 本次试验因场地受限，风管长度有限，故所测试验管段在点火前后漏风量差距不大，以此也可反证其风管加固条与密封条的严密性。

本文实验过程中可能还会存在一些考虑不周的因素，但任何一项新工艺、新技术的实施都要以一定的工程实验和实践作为基础。新工艺、新技术的推广必将带动行业生产力的提高。

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