高层建筑防火窗专利现状分析

高层建筑防火窗专利现状分析

周孟娟

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 广州 510100

【摘要】由于高层建筑火灾隐患多，扑救难度大，因此在建筑设计中应采取防火措施，以防发生和减少火灾对什么财产的危害。随着城市高层住宅建筑的急剧增加，高层建筑防火成为重要课题。由于消防救援设备的高度受到限制，往往很难展开施救作业面，以至影响及时开展灭火和人员救助作业。因此，预先提高建筑外窗的防火能力，有效阻止火势迅速蔓延，就成为降低火灾损失和人员伤亡的重要措施。而防火窗在高层建筑防火中至关重要，本文针对现有技术中高层建筑防火窗的设计做出详细分析。

【关键词】 高层建筑；防火；分隔；防火窗

一、高层建筑防火窗使用情况概述

防火窗是指在一定时间内，连同框架能满足耐火稳定性和耐火完整性要求的窗。在防火间距不足的两建筑物外墙上，或在被防火墙分隔的空间之间，需要采光和通风时，应当采用防火窗。

国内销售的防火窗有两个大类：

一种是不仅在规定的时间内保持完整性，并具有隔热功能的防火窗；另一种是在规定的时间内保持完整性，但不具有隔热功能的防火窗。从防火功能来说，这两类防火窗均可用于外墙窗户。通常，高层建筑外墙面的可燃物数量比较少，只要外墙窗户在火焰或高温的作用下能够保持完整性、不破裂，外部火焰引燃上部楼层内部物品的可能性极小，通常情况下，采用透光性不会因时间而变化的C类防火玻璃和防火窗框制作的防火窗就可以满足防止火焰从外部向室内蔓延的要求。但是，在以下的一些特殊情况下，仍建议采用具有隔热功能的防火窗。（1）下部楼层为商场、库房等火灾荷载很大的场所；（2）下部楼层的窗户为落地窗，或窗户尺寸很大时；（3）外墙为呼吸式幕墙结构（或大型广告牌）；（4）外墙保温系统的材料和构造不满足合编后的《建筑设计防火规范》的要求时。

二、高层建筑防火窗提高防火效果的要点分析

防火窗的性能取决于玻璃和窗框两个部分，任何一个部分失效均会导致防火窗失去作用，因此防火窗必须要经过可靠的试验验证。

（一）提高玻璃的防火性能

防火窗使用的防火玻璃主要有多层复合防火玻璃、灌浆型复合防火玻璃、C类防火玻璃（单片防火玻璃、不锈钢夹丝玻璃）等，其中多层复合防火玻璃、灌浆型复合防火玻璃具有良好的高温隔热性能，主要用于室内的防火分隔或防火门，缺点是透光性会随着时间慢慢衰减。C类防火玻璃具有良好的耐火完整性，且透光性不会随着时间衰减。其中，单片防火玻璃的透光性优于不锈钢夹丝玻璃，这两种玻璃的缺点是不具备隔热性能，因此，主要用于幕墙、外墙窗户及固定式挡烟垂壁等方面，与其他隔热措施配合时，也能作为室内的防火分隔。当外墙采用C类防火玻璃制作的防火窗时，建议窗帘采用耐洗涤永久性阻燃织物。

1、灌浆式防火玻璃

灌浆防火玻璃是在双层玻璃中间灌注高透明防火液的胶合工艺。它常用于商场隔断、木质防火门窗等，当火灾发生时，复合防火玻璃中间的防火液大量吸收烈焰中的热量而发泡膨胀且变成不透明的物质，有效地防止人们对火灾发生时出现的恐慌心理。它还能高效地阻止燃烧产生的热量从着火面向背火面传导并且能阻止热辐射的传递，让背火面区域内的逃生或救援人员免遭高温、有毒气体的侵害和热辐射的灼伤，防止背火面区域内的可燃材料在一定时间内被高温和热辐射所引燃，从而防止火灾进一步蔓延。它具有隔音、隔热的优点。

灌浆式防火玻璃改进的要点主要在于灌注液体的材质，现在较好的灌注液体是纳米硅防火液，现有技术例如一种防火玻璃ZL CN201920531856.X，其通过防火密封胶3外侧与内玻璃2、外玻璃6之间的空隙密封有耐候胶4，形成二次密封与加固。待其固化后，把事先配置好的防火填充液，按玻璃的大小，中间层的厚度计算需要的用量，填入空腔5进行灌浆，防火填充液可选用纳米硅防火液。将口密封好，放入固化炉固化，根绝不同厚度而设定相应的固化时间与固化温度，固化好后玻璃制成。该玻璃与单片玻璃相比在830℃时耐火时间达到120分钟以上，防火级别达到了A级。研究员通过将防火玻璃的厚度增加再次对比，灌注纳米硅防火液的玻璃在防火性能上的表现也更为优异。

2、多层复合防火玻璃

多层复合防火玻璃是由两层或多层玻璃原片附之一层或多层水溶性无机防火胶夹层复合二层。其防火原理是：在火灾发生时，向火面玻璃遇高温后很快炸裂，其防火胶夹层相继发泡膨胀十倍左右，形成坚硬的乳白色泡状防火胶板，有效地阻断火焰，隔绝高温及有害气体。

但是多层复合防火玻璃在发生火灾时，由于中间的防火胶层发生物理和化学变化，导致该层对于相邻玻璃层的粘接力逐渐变差；而受热碎裂的玻璃很容易脱落，将使防火胶层裸露在火灾一侧。这时防火胶层的隔火隔热效果，以及复合防火玻璃的整体隔火隔热效果都会大大降低。因此，当这一情况发生时，为了使防火玻璃仍然能满足设定的防火能力，就需要增加防火玻璃的厚度，最终导致本已比较厚重的复合防火玻璃更加笨重，不便于运输和安装，还会增加生产、运输和安装成本。为了克服这一缺陷，研究人员通过将多层复合玻璃的各层进行替换，得到了良好的改善。例如ZL201610849396.6复合防火玻璃，其通过将复合防火玻璃设置为包括玻璃层和复合层，玻璃层和复合层依次叠加，所述的玻璃层包括第一外层玻璃、第二外层玻璃以及第一内层玻璃、第二内层玻璃和第三内层玻璃，所述的复合层包括第一复合层、第二复合层、第三复合层和第四复合层，所述的第一外层玻璃的右侧设置第一复合层，第一复合层的右侧设置第一内层玻璃，第一内层玻璃的右侧设置第二复合层，第二复合层的右侧设置第二内层玻璃，第二内层玻璃的右侧设置第三复合层，第三复合层的右侧设置第三内层玻璃，第三内层玻璃的右侧设置第四复合层，第四复合层的右侧为第二外层玻璃，所述的第一外层玻璃为夹丝玻璃，所述的第二复合层为透明的防火胶层，第二复合层的四周设置有密封间隔条。使得在火灾发生时，可以起到减少热量传递，有利于隔绝火灾范围；在非火灾状态下，具有很好隔热和降噪的绿色节能作用，从而使得该复合玻璃具有更加实用的功能；而具有遮蔽紫外线功能的有机材料层可以提高防火玻璃室外的耐紫外线性能；最外层夹丝玻璃的存在，使发生火灾时，夹丝玻璃中的金属丝可以连接破碎的玻璃，避免破碎的玻璃片脱落；这样夹丝玻璃就会较好的保护防火层，使防火层的作用发挥到最大。

（二）提高防火窗框的防火性能。

防火窗框防火性能的改善主要是提高结构的稳定性、密封性。

1、提高窗框的密封性能可以在火灾时抑制烟雾进入。

防火窗密封性能的改善主要是通过通过窗框搭接处密封层的数量和搭接紧密性两个方便进行。例如ZLCN201020636366.5具有四道密封结构的窗用型材通过设置四到密封结构，使得密封效果得到了明显提升。

2、提高防火窗框结构的稳定性。

现有常用的断桥铝合金窗的耐火完整性差，在遇到火情时，断桥铝合金窗的结构完整性容易遭到破坏，研究人员多数通过将断桥两端使用刚性耐火材料连接，使得在火灾时窗框不会因为断桥被高温破坏而导致窗框结构不完整不稳定。例如ZL201820649429.7一种断桥铝合金防火窗，通过设置加固连接件使得窗框的结构更为稳定。

结束语

高层建筑防火窗设计并非简单的将玻璃替换为防火玻璃,也不是简单的将门窗所用的材料改为耐火材料,而是要将它作为一个完整科学的防火体系进行设计,需要将组成铝合金门窗的组件单元进行系统的整合,合理的组合在一起,从而形成一个在高温下规定时限内仍能具有完整的具有足够强度和密封性能的耐火系统,才能保证整窗耐火完整性,保证国家和人民的生命财产安全。

参考文献：

[1]王国建、王凤芳主编.建筑防火材料.北京:中国石化出版社2006.

[2]本刊.我国防火玻璃现状及市场预测.玻璃2011年第8期.

[3]王艳,张亚锋.高层建筑幕墙火灾特性与防治对策[J].