مقدمة
تلعب المواد العازلة دورًا رئيسيًا في تشييد الواجهات في صناعة البناء: فهي تقلل من انتقال الحرارة والبرودة والصوت وفي بعض الحالات الرطوبة بين المناطق الداخلية والخارجية. وهذا يقلل من استهلاك الطاقة في المبنى، ويحافظ على استقرار المناخ الداخلي، ويزيد من راحة المعيشة بشكل كبير.
ما هي المواد العازلة المستخدمة؟
- العزل الحراري: تقلل من فقدان الحرارة في الشتاء وتمنع ارتفاع درجة الحرارة في الصيف
- الحماية من الرطوبة: مواد معينة تنظم الرطوبة وتمنع التكثيف
- عزل الصوت: المواد العازلة تقلل من الصوت المحمول جواً والصوت الصادم
- الحماية من الحرائق: تعمل بعض المواد العازلة كحاجز ضد الحريق أو تؤخر انتشاره.
تساهم المواد العازلة بشكل كبير في كفاءة الطاقة والحماية من الصوت والرطوبة والسلامة من الحرائق في المباني. بالإضافة إلى الأداء الحراري، تتزايد أهمية سلوك الحريق، حيث أن له تأثيراً كبيراً على انتشار الحريق وتطور الدخان وسلامة الإخلاء.
يعد المسعر المخروطي TCC 918 (الشكل 1) وفقًا للمعيار ISO 5660-1 طريقة اختبار راسخة للتقييم الكمي لسلوك الحريق للمواد تحت تأثيرات حرارية محددة.
في هذه المذكرة التطبيقية، يتم اختبار ومقارنة متغيرات مواد العزل المختلفة باستخدام المسعر المخروطي NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter.
شروط القياس
تم اختبار خمسة أنواع مختلفة من المواد العازلة بتركيبات وألوان مختلفة (الأبيض والأحمر وثلاث درجات من الرمادي) في جهاز المسعر المخروطي TCC 918 للتحقق من سلوك الحريق.
يسجل هذا الجهاز العديد من البارامترات، بما في ذلك معدل إطلاق الحرارة (HRR)، والوقت اللازم للاشتعال (TOI) وإجمالي إنتاج الدخان (TSP). كما أنه يمكّن من إجراء تنبؤات حول تطور الحريق.
تم إجراء جميع الاختبارات في ظل ظروف متطابقة وفقًا للمعيار ISO 5660-1 لضمان إمكانية المقارنة المباشرة والهادفة.
تم قياس كل مادة من المواد العازلة التي تم فحصها (الشكل 2) بشكل متكرر باستخدام عينات فردية.
يرد نطاق الاختبارات بالتفصيل في الجدول 1 وشروط القياس في الجدول 2. تم قياس كل عينة من المواد العازلة المختلفة بشكل مستقل وتحت ظروف متطابقة.
ظلت الظروف البيئية في المختبر مستقرة طوال سلسلة الاختبارات بأكملها مع درجة حرارة تقريبية تتراوح بين 24 و25 درجة مئوية ورطوبة نسبية تتراوح بين 22 و23%.
الجدول 1: نطاق عينات الاختبار
| معرّف الشركة المصنعة | اللون | عدد العينات المقاسة |
|---|---|---|
| العينة W | أبيض | 4 |
| العينة R | أحمر | 3 |
| العينة G4 | رمادي1 | 3 |
| العينة G5 | رمادي2 | 3 |
| العينة G6 | رمادي2 | 3 |
الجدول 2: شروط القياس
| حامل العينة | أفقي |
| التدفق الحراري | 25 كيلوواط/م2 |
| معدل التدفق الاسمي | 24.0 لتر/ثانية |
| المسافة إلى السخان المخروطي | 25 مم |
نتائج القياس والنظرة العامة المقارنة
تعتمد جميع الاستنتاجات المقدمة في هذا القسم حصريًا على نتائج العينات الفردية التي تم قياسها.
سلوك الاشتعال
يقيم زمن الاشتعال (TOI1) مدى سرعة اشتعال المادة عند تعرضها لمستوى محدد من الحرارة. تم تعريض العينة لإشعاع حراري ثابت قدره 25 كيلو وات/م². تُعرّف الفترة الزمنية من بداية الإشعاع إلى أول ظهور مرئي للهب على أنها زمن الاشتعال. يظهر هذا الطابع الزمني مباشرةً في تقييم برنامج المسعر المخروطي كقيمة TOI.
يشير وقت الاشتعال القصير إلى أن المادة شديدة الاشتعال وتمتص الطاقة وتسخن بسرعة، مما يؤدي إلى اشتعال مبكر لنواتج الانحلال الحراري الغازي. تتطلب المواد الأكثر مقاومة للاشتعال المزيد من الطاقة للتسخين والخضوع للانحلال الحراري، مما يؤدي إلى تأخر الاشتعال.
عبر جميع المواد التي تم اختبارها، هناك تمايز واضح ومتسق في سلوك الاشتعال. يمكن العثور على مقارنة في الشكل 3.
- يتميز المتغير الأبيض من العينات التي تم فحصها بأقصر أزمنة اشتعال وبالتالي أقل مقاومة للإشعاع الحراري. وينتج عن ذلك متوسط زمن اشتعال يبلغ 414 ثانية.
- ويتمتع المتغير الأحمر بمقاومة اشتعال متوسطة، حيث يشتعل متأخرًا عن المتغير الأبيض ولكن قبل المتغير الرمادي. يبلغ متوسط زمن الاشتعال هنا 599 ثانية.
- تُظهر المتغيرات الرمادية باستمرار أطول أزمنة الاشتعال. يبلغ متوسط زمن الاشتعال المحسوب 862 ثانية، مما يشير إلى زيادة المقاومة لتدفق الحرارة المطبقة.
وهذا يعني أن المواد الرمادية تُظهر أعلى مقاومة للإشعاع الحراري المطبق.
1يحددزمن الاشتعال (TOI) مدى سرعة حدوث الاحتراق المشتعل في المادة. (NTA_Cone_Con_Calorimeter_en_web.pdf، ص 7).
معدل إطلاق الحرارة وتطور الحريق
معدل إطلاق الحرارة (HRR2) هو أحد المعايير الرئيسية المستخدمة لتقييم شدة الحريق. فهو يعتبر القوة الدافعة وراء الحريق: كلما زاد معدل إطلاق الحرارة (HRR)، زادت قابلية الاشتعال وخطر الحريق المحتمل.
يشير معدل ذروة إطلاق الحرارة (ذروة HRR) إلى اللحظة التي تطلق فيها المادة أكبر قدر من الحرارة، وهو أمر خطير بشكل خاص في حالات الطوارئ لأنه يساهم في انتشار الحريق بسرعة وكثافة.
تتيح ذروة معدل إطلاق الحرارة القصوى إجراء مقارنات واضحة وبسيطة بين المواد والتركيبات المختلفة.
توضح الأشكال من 4 إلى 6 منحنيات قياس معدل إطلاق الحرارة لمواد العزل المختلفة.
2معدلإطلاق الحرارة (HRR) هو مقياس لكمية الحرارة المنطلقة لكل وحدة زمنية أثناء احتراق المادة. (NTA_Fire_Testing_Testing_Systems_en_web.pdf ص 6)
يوضح الجدول 3 المعدلات القصوى لإطلاق الحرارة (ذروة معدل انبعاث الحرارة3) لمواد العزل المختلفة.
ولتحسين قابلية المقارنة، تم حساب متوسط قيم ذروة معدل انبعاث الحرارة القصوى لكل مادة مختلفة.
يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية من النتائج:
- المتغير الأبيض: حوالي 572 كيلوواط/م² → شدة حريق عالية جدًا
- المتغير الأحمر: حوالي 306 كيلو واط/م² → كثافة حريق متوسطة إلى عالية جدًا
- المتغيرات الرمادية: حوالي 289 كيلوواط/م² → متوسط شدة الحريق
وبالتالي، تُظهر المواد البيضاء أكثر إطلاقاً للحرارة بعد الاشتعال، بينما تتميز المتغيرات الرمادية بقيم ذروة معدل شدة الحريق المنخفضة.
3Peak-HRR- الحد الأقصى لمعدل إطلاق الحرارة (NTA_Fire_Festing_Systems_de_web.pdf S.6)
الجدول 3: مقارنة بين ذروة معدل ضربات القلب والأوعية الدموية
| معرّف المجموعة | اللون | قيم الذروة-HRRR (كيلوواط/م²) | نطاق الذروة-HRR (كيلوواط/م²) | متوسط قيم ذروة معدل الاستجابة السريعة (كيلوواط/م²) | شدة الحريق المرصودة |
|---|---|---|---|---|---|
| العينة W | أبيض | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | عالية جداً |
| العينة R | أحمر | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | متوسط إلى مرتفع |
| العينة G4 | رمادي1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | متوسط |
| العينة G5 | رمادي2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | المتوسط |
| العينة G6 | رمادي2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | المتوسط |
شدة نمو الحريق
يوضح المتوسط الأقصى لمعدل انبعاث الحرارة القصوى (MARHE4) الاختلافات في كثافة نمو الحريق لأنه يمثل الحد الأقصى لانبعاث الحرارة القصوى المتدرج زمنيًا أثناء الاختبار، مما يجعل من الممكن مقارنة سلوك الحريق للمواد المختلفة.
يوضح الشكل 7 قيم معدل انبعاث الحرارة القصوى (المعدل الأقصى لانبعاث الحرارة) لعينات المواد المختلفة، متمايزة حسب اللون: الأبيض والأحمر والرمادي. تظهر القيم على شكل أشرطة عمودية، مع تسمية العينة المقابلة أسفل كل شريط. تشير قيم MARHE إلى الحد الأقصى لمتوسط انبعاث الحرارة خلال اختبار الحريق بأكمله.
4MARHE- القيمة (الحد الأقصى لمتوسط معدل انبعاث الحرارة) هي الحد الأقصى لمعدل إطلاق الحرارة المحدد أثناء الاختبار باستخدام المسعر المخروطي وفقًا للمواصفة ISO 5660-1.
التفسير
- تُظهر عينات من الفئة البيضاء في الغالب قيم MARHE، تتراوح من 76.7 كيلوواط/م² إلى 90 كيلوواط/م²
- تُظهر العديد من العينات قيمًا أعلى من 80 كيلوواط/م²، واثنتان منها تقتربان من 90 كيلوواط/م².
← تحتوي المواد البيضاء على أعلى قيم MARHE، والتي تمثل أعلى قيم لدرجات الحرارة القصوى للحريق، والتي تتوافق مع قيم الذروة العالية لمعدل سرعة الحريق وتشير إلى التطور السريع للحريق.
- تقع عينات الفئة الحمراء في النطاق المتوسط وتظهر اختلافات كبيرة: القيم 56.5 كيلوواط/م²، 37.7 كيلوواط/م²، 57.6 كيلوواط/م².
→ تُظهر العينات من الفئة الحمراء سلوكًا ناريًا مرتفعًا إلى حد ما، مع بعض التباين من عينة إلى أخرى.
- تحتوي العينات من الفئة الرمادية في الغالب على أدنى قيم MARHE، ولكن هناك أيضًا قيمتان متطرفتان.
- يتراوح النطاق الرئيسي بين 39 و60 كيلوواط/م².
→ تحتوي العينات الرمادية في الغالب على أدنى قيم لدرجات الحرارة القصوى في المتوسط، مما يشير إلى نمو أكثر تحكمًا في الحريق.
تطور الدخان
يصف التطور الكلي للدخان (TSP5) إجمالي كمية الدخان المنبعثة خلال اختبار المسعر المخروطي وفقًا للمعيار ISO 5660-1، وهو معلمة رئيسية لتقييم سلوك الدخان.
يختلف التطور الكلي للدخان بشكل كبير بين التركيبات (الأشكال من 8 إلى 10).
- تصل جميع المواد الرمادية إلى هضبة نهائية بعد 25 دقيقة تقريبًا، حيث تقدم قيمًا نموذجية تتراوح بين 1650 متر مربع و1950 متر مربع.
- تُظهر المواد البيضاء إنتاجًا إجماليًا معتدلًا للدخان، بقيم تتراوح بين 1450 متر مربع و1650 متر مربع. يتم الوصول إلى الهضبة النهائية بالفعل بعد 15 دقيقة.
- تظهر المتغيرات الحمراء أقل إنتاج إجمالي للدخان من بين جميع المواد التي تم اختبارها. تصل القيم إلى الهضبة بعد 18 دقيقة بين 1290 متر مربع و1350 متر مربع.
5إجماليإنتاج الدخان (TSP) يصف إجمالي كمية الدخان الناتجة طوال مدة الحريق (وفقًا للمواصفة ISO 5660-1)
الملخص
تُظهر القياسات التي أجريت باستخدام المسعر المخروطي TCC 918 Cone Calorimeter TCC 918 بوضوح اختلافات قابلة للتكرار في سلوك الحريق للمواد العازلة التي تم فحصها.
يمكن استخدام المعلمات الكمية مثل وقت الاشتعال ومعدل إطلاق الحرارة وكثافة نمو الحريق وتطور الدخان لتوصيف ومقارنة قابلية الاشتعال وديناميكيات الحريق وسلوك الدخان بشكل واضح ومباشر.
تُظهر النتائج بوضوح تأثير تركيبات المواد المختلفة وتوفر أساسًا قويًا لتطوير المواد وتحسين التركيبات وقياسها في بيئة معملية خاضعة للرقابة.