1、国内外保温防火技术研究历程回顾
2003年以前，中国外保温防火问题没有引起足够的重视，外保温行业内关于防火问题的技术研究一片空白，出现大量现在看起来火灾隐患巨大的工程案例。
我国外保温防火技术研究始于2003年北京市科委课题《高耐火外墙外保温系统技术研究》，课题研究由北京六建集团和北京振利高新技术有限公司共同完成，主要科研成果为开发了多种高耐火外墙外保温系统，并初步对外保温系统防火性能进行小型和大型防火试验研究，尤其是第一次引入了国外大型外保温防火试验，为后期的建设部课题《外墙保温体系防火试验方法、防火等级评价标准及建筑应用范围的技术研究》（项目编号：06-k5-35）（下文简称防火分级课题）奠定了基础。
外保温防火分级课题是由北京振利公司、中国建筑科学研究院建筑防火研究所、建设部科技发展促进中心、北京市消防产品质量监督检测站、清华大学、中国建筑材料科学研究院等八家单位共同完成，06年2月开始至07年9月课题验收历时18个月，该课题完成了多组大中小型试验，共获得近十万个数据，初步拟定了外保温防火分级及适用建筑高度的技术成果，并出版了一本专著。参与验收会的领导和行业内专家对该课题的技术成果予以高度评价和肯定，并建议继续深化研究，尽快申报编制外墙外保温系统防火试验方法和防火安全性分级标准。
至此，上述两个课题的研究及同期频发的外保温火灾事故引起了行业内领导、专业人士的高度重视，并有行业内的企业跟进进行外保温防火隔离带或无机保温砂浆做保护层的大型防火试验研究，为该课题做了有益的补充。
由于在建设部课题中采用的外保温窗口火试验方法用于检验外保温防火的科学性和合理性，2008年建设部将大型窗口火试验纳入建设部行业标准草案并已经启动。
2、建设部外保温防火分级课题成果解读
2.1外保温火灾的三种传播途径及三种构造措施
火灾的发生、发展就是一个火灾发展蔓延、能量传播的过程。热传播是影响火灾发展的决定性因素。热量传播有以下三种途径：热传导、热对流和热辐射。而通过试验发现，外保温防火构造三要素：无空腔、防火保护面层、防火隔断。它们之间存在着一定的对应关系。
热的传播形式与火灾发生的某些阶段关系密切，可以说，热的传播形式是火灾发展到一定阶段的结果，而一定火灾发展阶段，又体现出某些热的传播形式。
火灾初起阶段，由于开始燃烧面积小，火焰强度弱，因而其热辐射的能力小。由于附近温度没有多大升高，此阶段，火灾蔓延的形式主要是热传导。影响热传导的主要因素是：温差、导热系数和导热物体的厚度和截面积。导热系数愈大、厚度愈小、传导的热量愈多。因此，在外保温系统构造中增加有机保温材料表面的防火保护层构造是一种有效抵抗或延缓火灾初期热传导的有效手段。
随着火势的逐渐增大，火焰的温度升高，此时火灾已处于发展阶段。此时，火灾的蔓延不仅靠热传导，而且加上了热辐射和热对流，在这三种基本传热形式的共同作用下，把火场燃烧的猛烈程度推上了顶点。火场中通风孔洞面积愈大，热对流的速度愈快；通风孔洞所处位置愈高，热对流速度愈快。热对流是热传播的重要方式，是影响初期火灾发展的最主要因素。在外保温系统中保温材料内外两侧的空腔构造为热对流提供了环境条件，因此，无空腔构造是可以大大减少热对流加速火灾蔓延速度的可能。热辐射是指以电磁波形式传递热量的现象。当火灾处于发展阶段时，热辐射成为热传播的主要形式。外保温系统中防火保护层和防火分仓在火灾发展阶段可以很好的解决热辐射对火灾蔓延的促进。
而到了火灾熄灭阶段，由于可燃物趋于耗尽，火势越来越小，最后熄灭，在此阶段，无论那种热的传播形式都不再起作用了。
2.2外保温防火分级内涵解读
外保温分级编制的基础来自建设部外保温防火分级课题的技术成果。该分级主要依据锥型量热计和大尺寸窗口火试验方法，将获得的热释放速率峰值和火焰传播性作为外保温系统防火分级的主要判据指标，并提出各指标对应的适用建筑高度，如表1。
表1 外保温系统防火等级实验性能要求及适用建筑高度
防火等级及适用建筑高度 保温材料燃烧性能 系统试验要求
热释放速率峰值（kW/m2） 火焰传播性（℃）
等级 适用建筑高度
Ⅰ 无限制 不燃类 ≤5 T2≤300
Ⅰ 无限制 难燃或可燃类 ≤5 T2≤200且T1≤300
Ⅱ 高层建筑 （34层以下或100m以下） ≤10 T2≤300且T1≤500
Ⅲ 中高层建筑（18层以下或54m以下） ≤25 T2≤300
Ⅳ 多层住宅（8层以下或24m以下） ≤100 ¬ T2≤500
2.2.1防火等级划分主要考虑的实验性能指标
总结国外的经验，对建筑外保温系统的防火性能要求应考虑两个方面的问题：一是点火性：在有火源或火种的条件下，系统是否能够被点燃以及热释放速率峰值的大小。同时考虑火灾情况下对逃生影响较大的烟雾和毒气释放问题。这些指标可用小试验取得，以方便检测。这些性能指标可利用锥型量热计试验来检测。二是传播性：当有燃烧或火灾时，系统是否具有阻隔火焰传播的能力，系统对外部火源攻击的抵抗能力或防火性能要求。该项目测试方法的选择原则是采用代表实际使用的外保温系统（包括构造防火部分）并应与真实火灾有较好的相关性。这样的试验必须使用大尺寸试验才能解决。外保温系统的窗口火试验，能够涵盖包括防火构造在内的外保温系统构造，可以观测试验火焰沿外保温系统的水平或垂直传播能力，试验状态能够充分反映外保温系统在实际火灾中的整体防火能力，能够对外保温系统工程的整体防火性能进行检验。从实际火灾对建筑物的攻击概率来看，大尺寸窗口火试验更具有普遍意义。
基于以上分析，该分级标准采用了两个最重要的指标对外保温系统进行分级，一是通过锥型量热计试验得出的热释放速率峰值，二是窗口火试验得出的火焰传播性。
（1）保温系统热释放速率峰值
保温系统不仅有保温材料，还包括抗裂防护层材料和饰面材料等，在实际使用过程中的最小单元是连续的制品单体。因此，它的燃烧性能比保温材料更接近于实际使用情况。所以要对其进行燃烧性能分级。目前已有相关国际和国内的制品燃烧性能分级标准（EN13501-1，GB 8624-2006）。 国际上首先是明确了外保温系统必须按照相关标准进行分级，对于有构造防火的系统，要进行大尺寸（包括防火构造）试件火焰传播性试验，然后由当地建筑指令确定不同防火级别的外保温系统所适用的建筑。但在我国现有标准规范中没有明确对外墙保温系统进行燃烧性能（或防火性能）分级，未规定针对外保温系统大尺寸火焰传播性试验方法和指标，更没有相关标准规范规定不同防火等级的外墙保温系统应该对应应用于哪个防火级别的建筑上。
从试验结果来看，热释放速率峰值和总放热量是评价外保温系统抗火能力的关键技术指标，与其火焰传播性具有一定的内在对应关系。从本质上讲，热释放速率的大小与保护层的厚度直接相关，而保护层厚度是影响外保温防火性能的关键要素之一，因此，热释放速率峰值是评价外保温系统整体防火安全性能的主要技术参数。
热释放速率的测定可以利用小比例的锥型量热计试验来完成。锥型量热计试验是根据量热学耗氧原理，模拟材料的实际火灾状态，同时测定材料的点火性能、热释放、烟及毒性气体等，整个试验是一个连续过程。试验过程中将材料燃烧的所有产物收集起来并经过一个排气管道，气体经过充分混合后，测出其质量流量和组分。测量时，至少要将O2的体积分数测出来，要得到更精确的结果则还要测出CO、CO2的体积分数。这样通过计算可得到燃烧过程中消耗的氧气质量，并运用耗氧量原理，就可以得到材料燃烧过程中的热释放速率。
热释放速率峰值反应了系统放热速度和及其峰值大小，能反应火灾情况下对火灾的贡献及对基层墙体燃烧极限的影响。
图1 锥型量热计试验原理模型和实物示意图
（2）保温系统火焰传播性
外保温系统的火灾危险性在于火焰传播，而EN13501–1(GB8624–2006)标准中采用的单体燃烧试验方法(EN13823：SBI试验)是在ISO 9705房间墙角火试验方法的基础上衍生的，针对的是建筑室内装修材料，分级依据是材料受火条件下的热释放，没有充分考虑可燃有机保温材料的火焰传播性，试验条件下外保温系统的受火状态与实际火灾情景不符。目前已有聚苯乙烯保温板的供应商拿到了C级甚至B级的检验报告，但C级的聚苯乙烯保温板本身也不能满足外保温的防火安全性能要求。由于聚苯乙烯保温板属热塑性材料，受火后融化，滴落燃烧物具有引燃性，不能阻止火焰的传播。因此，燃烧性能等级不宜作为外保温系统防火安全性能的评价依据。欧美国家基本上是根据保温材料和制品燃烧性能等级以及系统的火焰传播性对外保温系统防火性能进行综合评价，并依据当地法规要求确定其适用建筑范围。火焰传播性实验可以按BS8414－1:2002《外部包覆系统的防火性能－第1部分：建筑外部的非承载包覆系统试验方法》进行试验，水平线1距窗口顶部2.5m（L1），水平线2距窗口顶部5.0m（L2）。
窗口火试验描述了应用于建筑表面并在控制条件下暴露于外部火焰的非承载外部包覆系统、包覆系统之上的遮雨屏及外墙外保温系统的防火性能评价方法。火焰的暴露方式表征外部火源或室内完全扩展(轰燃后)火焰，从窗口处溢出对包覆体形成外部火焰的影响。
BS 8414-1窗口火试验，模拟内部火灾对建筑物的攻击，用于检验建筑外墙外保温系统的火焰传播性。从实际火灾对建筑物的攻击概率来看，更具有普遍意义。如图1所示，说明了室内火灾从建筑物的窗口沿外墙外保温系统向外扩散的原理。当外墙外保温系统具有阻止火焰传播的能力时，火灾不会扩散。图2为窗口火试验模型。
