CFD典型高层住宅外保温材料火灾特性及防火策略研究(8)
4.1.2 案例模型
综合各方面因素，选择使用挤塑板（XPS）和可发性聚苯乙烯（EPS）作为保温层的建模材料。所建模型为一幢20层楼的高层建筑的物理模型，模型的尺寸为36.52m×17.75m×60m，模拟时间为600s。
图4.1 高层建筑3D模型图
4.1.3 外保温材料与外墙表面有无空腔的设计
由于XPS系统必须使用粘结材料使保温层与基层墙体连接起来，就形成了粘结层，而粘结层为了考虑经济等多方面因素，一般都没有对该层进行填实，因而使之成为了空腔，如图4.2所示。空腔仅对保温来说是有好处的，例如在满足粘结性能的前提下，降低了保温系统的重量，提高了安全性；空腔中空气的存在，提升了保温效果；渗水后还可以起到排水的作用。
然而，虽然有空腔的保温系统对于保温有着很好的效果，但是对于防火却极为不利，空腔的存在使火焰蔓延加速，这是由于保温层外有发生火灾时，火焰根部发生热解，使该处的保温层破裂，火焰卷吸大量空气，如果有空腔的话，卷吸的空气会进入空腔，在保温层背面形成空气对流，使热解速率变快，一方面造成保温材料熔融滴落，引起火灾的向下蔓延，一方面对流加速导致向上的蔓延速率也加快。从而导致火灾在竖向两个方向的加速蔓延。
图4.2 俯视图
4.1.4 防火隔离带的设计
防火隔离带是用来阻隔火焰保温层向上蔓延的重要途径。为了达到防火的要求，防火隔离带一般均采用无机材料制作而成，需要注意的是，施工时防火隔离带与保温层要同时施工，以避免在施工过程中可能发生的火灾。
防火隔离带的设置宽度对火灾是否蔓延存在很大的影响，如果设置宽度过窄，就会失去对火焰在隔离带两侧的阻隔作用，相反，如若隔离带设置过宽，就会导致保温层宽度减少，直接造成建筑保温效果下降。针对不同建筑类型以及不同的建筑高度，需要设置不同的隔离宽度。
为了研究防火隔离带对火灾的影响作用，按照FDS对空腔处理的模拟，对这种外保温房或方式进行模拟分析，本文通过设置30cm的隔离带宽度来进行研究。
考虑到时间成本及计算机性能的问题，本文共设计了四个实验方案，分别为高层建筑外墙保温材料使用XPS在有空腔及无空腔的情况下的火灾模拟状况，使用XPS在不设置防火隔离带的情况下火灾模拟状况以及使用EPS材料，在外部环境不变的情况下，火灾模拟的状况。
4.2 数值仿真模型的结果分析及比较
4.2.1 有无空腔对火灾蔓延的影响
（1） 有无空腔对热释放速率的影响
图4.3 有无空腔对热释放速率与时间关系图
从图中不难发现，有无空腔对火灾热释放速率的整体影响的差异十分明显，可以看到当时间到达30s左右时，热释放速率迅速猛增，从0到达了1500000KW，在不存在空腔的情况下，当t=90s左右时，热释放速率达到了巅峰，而在这时，有空腔的场景竟释放了4500000KW的热，并未达到最大值，直至150s。在150s之后两种场景的火灾的热释放速率趋势几乎形成了同步，在150s至375s左右时整体趋于平稳并无明显变化，然后热释放速率发生了急速下降，直至450s后几乎为零。
t=90s t=450s t=550s
图4.4 无空腔时各时间点火灾热释放速率3D效果图
t=90s t=450s t=550s
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