【摘 要】
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随着我国城市现代化建设的高速发展,新增建筑总量逐年上升,其中大部分属于高能耗建筑。高分子聚合物材料因保温隔热效果好、价格低廉和质量较轻等特点而被应用于建筑外立面保温,以达到降低建筑能耗的目的。与此同时,大部分高层建筑为满足采光、美观和建筑空间等需求,通常采用建筑幕墙作为外围护结构。建筑外立面与幕墙之间会形成竖向夹层通道,稍有不慎可燃性外墙保温材料突遇明火或高温条件下被引燃发生火灾,燃烧产生的火羽流
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随着我国城市现代化建设的高速发展,新增建筑总量逐年上升,其中大部分属于高能耗建筑。高分子聚合物材料因保温隔热效果好、价格低廉和质量较轻等特点而被应用于建筑外立面保温,以达到降低建筑能耗的目的。与此同时,大部分高层建筑为满足采光、美观和建筑空间等需求,通常采用建筑幕墙作为外围护结构。建筑外立面与幕墙之间会形成竖向夹层通道,稍有不慎可燃性外墙保温材料突遇明火或高温条件下被引燃发生火灾,燃烧产生的火羽流和有毒烟气将沿着幕墙夹层蔓延至其他楼层,火势将在幕墙夹层内以极短时间从着火点蔓延至建筑顶层,若扑救不及时,将会造成大规模的立体式火灾,甚至燃烧产生热辐射会引燃相邻建筑物,造成更大的火灾安全事故。由于现代高层建筑内外构造复杂、人员相对集中等特点,一旦火灾发生,不仅火灾扑救工作困难而且人员逃生难度大,从而危及人民生命财产安全。因此针对幕墙夹层受限空间内建筑保温材料火蔓延的影响规律及机理展开分析研究是非常有必要的。本文选取聚氨酯泡沫材料（Polyurethane,简称PU）作为实验材料,针对建筑幕墙的结构特点以及外墙保温材料的火蔓延特性,研制符合实际情况的燃烧平台进行小尺寸实验模拟。本文分别针对不同幕墙间距和不同幕墙倾斜角度两种工况开展聚氨酯泡沫保温材料火蔓延实验探究,并结合燃烧学、流体力学和传热学讨论分析建筑幕墙对聚氨酯泡沫火蔓延特性的影响规律。实验研究表明:自然对流条件下,无论幕墙存在与否,聚氨酯泡沫垂直逆流火蔓延过程中火焰前锋呈典型倒“V”型。在改变幕墙间距条件下,聚氨酯泡沫在火蔓延过程中质量损失近似呈线性减少趋势,燃烧过程相对稳定,在幕墙夹层内热反馈、烟囱效应和约束效应耦合作用下,聚氨酯泡沫质量损失速率随着幕墙间距的增加而减小,并在D=4cm达到峰值;幕墙的存在改变了火焰对空气卷吸方式和卷吸强度,在火蔓延中后期由于熔融滴落和非持续恒定的火焰卷吸耦合作用下,火焰高度在一定范围内波动,在幕墙诱导的拉伸效应和烟囱效应耦合影响下,导致有幕墙条件下的平均火焰高度均大于无幕墙条件下的平均火焰高度,且平均火焰高度随着幕墙间距的增加先上升后下降,在D=8cm时,平均火焰高度达到峰值,增加了火灾蔓延到其他楼层的危险性。同时,幕墙的存在限制了热量的扩散,幕墙反射和幕墙自身热辐射加强了对燃烧区的热反馈,导致有幕墙构型情况下的辐射热通量大于无幕墙辐射热通量,且在同一幕墙间距下,聚氨酯保温材料上方的辐射热通量小于下方辐射热通量。在较小幕墙间距下,幕墙夹层内积聚的热量随着火蔓延的进行逐渐增加,幕墙本身辐射随着火焰的炙烤逐渐变大,随着火蔓延的进行板材中心温度从上到下逐渐增大,在较大幕墙间距下,幕墙对板材表面温度影响较小,板材中心线温度基本保持一致。不同幕墙倾斜角度构型下,火焰高度变化规律与幕墙变距离条件下的火焰高度变化相似,均是随着幕墙倾斜角度的增加,平均火焰高度呈先上升后下降,且当幕墙倾斜角度为?=5?时,平均火焰高度达到最大值;在火蔓延过程中,幕墙倾斜角度的增加削弱了幕墙的限制效应,加快了聚氨酯保温板材的熔融速率,熔融液在重力作用下而随机剥离燃烧区发生滴落现象,熔融率随着幕墙倾斜角度增加呈现增长趋势;熔融液的滴落直接减少了燃烧质量,加快了火蔓延速率,所以在火蔓延过程中,火蔓延速率随幕墙倾斜角度的增加整体呈增长趋势,与熔融率变化规律一致。熔滴液滴落到未燃区将形成新的点火源,从而形成多点火源同时蔓延情形,易形成上下立体式火蔓延,将对火灾扑救造成巨大的困难。对比发现同一种幕墙倾斜角度下,由于幕墙上端较下端与板材的距离较小,所以上端辐射热通量大于下端辐射热通量,不同幕墙角度下,同一位置的辐射热通量随幕墙倾斜角度的增大而减小;由于空气卷吸和燃烧充分程度的影响,板材上表面近域场温度规律为侧边温度高于中间温度。本文章研究结果为高层建筑幕墙受限构型下固体材料火蔓延行为的研究提供参考依据,并为建筑立面的防火设计和建筑幕墙的安装提供参考。图[32]表[5]参[74]
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