消防理论研究结构构件耐火隔热性计算模型王荣辉１，张靖岩２，史毅２，吕振纲２，仝玉２，王礼２，张泽江３（１．江西省消防总队，江西南昌３３０００９；２．住房和城乡建设部防灾研究中心，北京１０００１３；３．公安部四川消防研究所，四川都江堰６１１８３０）摘要：根据传热学理论，在标准温升曲线条件下，以蛭石防火门为例，建立了防火门背火面温升简化预测模型。将防火门分为门扇和门框两部分，分别确定各部分的导热系数、热阻，通过对防火门背火面建立热平衡公式，建立温升预测模型。与实际测试结果的对比分析表明，预测模型结果误差较小。关键词：结构构件；耐火性能；传热学中图分类号：Ｘ９１３．４，ＴＵ３５２．５文献标志码：Ａ文章编号：１００９－００２９（２０１２）０２－０１１５－０３结构构件的耐火性能评价方法，主要应参考各相关建筑设计防火规范中所给出的建筑构件燃烧性能和耐火极限表格中的数据，或根据构件实际情况设计并进行耐火性能试验。耐火性能试验是一种以标准升温方式确定构件耐火性能的方法，是目前最为可靠的方法。目前，国际也针对不同火灾场景采用了一些附加的测试方法，如缓慢升温方法、室外火灾升温方法以及火灾荷载较高的高碳火灾升温方式。这些方法可以结合性能化评估的结果，对不同火灾场景下的构件进行相应的升温条件下的耐火性能判断。但是，耐火性能试验一般规模较大，需要人力物力较多，如果在试验前对耐火性能有一个初步的评价结果，对于检测机构和送检单位来说，都会大大提高试验检测效率。笔者根据传热学理论，在标准温升曲线条件下，以某防火门为例，建立了一个防火门背火面温升简化预测模型，并与实际测试结果进行对比。１建立预测模型在模型建立过程中进行一定的假设，条件如下：（１）防火门为一维导热；（２）炉内对流和辐射传热系数ｈｒ和炉外对流传热系数ｈ０近似等于２５Ｗ／（ｍ２·Ｋ）；（３）无内热源；（４）防火门内相同材质是均质的；（５）防火门背火面与环境之间的辐射换热是小表面与无限大腔体之间的换热问题，可忽略；（６）较厚材料由于在升温过程中需要一定的导热过程，所以导热系数通过积分求平均获得；而较薄材料由于导热较快，导热系数采用瞬态值获得。１．１物理模型耐火炉中的防火门受火模型，见图１所示。１．１．１标准时间－温度曲线公式耐火炉中的标准温升曲线符合式（１）。Ｔｗ－Ｔ∞＝３４５ｌｇ（８ｔ＋１）（１）式中：Ｔｗ为试验炉内温度平均值，可近似看作防火门受火面温升，℃；Ｔ∞为环境温度，取２７℃；ｔ为试验从开始起进行的时间，ｍｉｎ。图１防火门受火情况１．１．２导热系数的确定由于升温过程为非稳态过程，导热系数ｋ随温度变化而变化，因此通过查找手册建立导热系数方程，其中碳－硅钢的导热系数见式（２）。ｋ（Ｔ）＝６２．４７５－０．０３２２５Ｔ（２）防火玻璃的导热系数见式（３）。ｋ（Ｔ）＝３．５４ｅｘｐ（－Ｔ／２８３．９３）＋２．８２（３）膨胀蛭石的导热系数见式（４）。ｋ（Ｔ）＝０．００１５９＋２．０７３３９×１０－４Ｔ（４）１．１．３热阻的确定从传热学角度讲，当热量在物体内部以热传导的方式传递时，遇到的热阻称为导热热阻。对于热流经过的截面积不变的平板，导热热阻为ｌ／（ｋ·Ａ）。其中：ｌ为平板的厚度；Ａ为平板垂直于热流方向的截面积；ｋ为平板材料的导热系数。能量从炉内经由下列途径传出到环境空气：（１）从炉内空气到防火门受火面的自然对流；（２）从炉壁到防火门受火面的热辐射；（３）从防火门受火面到背火面的热传导；（４）防火门背火面向环境空气的自然对流；（５）防火门背火面向环境空气的热辐射。由此得到热回路，各项热阻如图２所示。基金项目：中国建筑科学研究院自筹基金课题“城市工程建设综合防灾减灾技术体系研究”（２０１１０１０６３３０７３０００１）５１１消防科学与技术２０１２年２月第３１卷第２期在图２中，Ｔａ为炉内空气温度；ｈｉ为炉内对流传热系数；Ｔｓ为防火门背火面温度；ｑ为热传导及传热方向。防火门的热阻计算方法依据其实际构成确定，见式（５）。Ｒｄ＝∑ｍｎ＝１ＬｎｋｎＡ（５）式中...
