Въведение
Изолационните материали играят ключова роля при изграждането на фасади в строителната индустрия: Те намаляват преноса на топлина, студ, звук, а в някои случаи и на влага между вътрешните и външните пространства. По този начин се намалява потреблението на енергия в сградата, поддържа се по-стабилен климат в помещенията и значително се повишава комфортът на живот.
За какво се използват изолационните материали?
- Топлоизолация: Свежда до минимум загубата на топлина през зимата и предотвратява прегряването през лятото
- Защита от влага: Определени материали регулират влагата и предотвратяват кондензацията
- Звукоизолация: Изолационните материали намаляват въздушния и ударния шум
- Противопожарна защита: Някои изолационни материали действат като бариера срещу пожар или забавят разпространението му.
Изолационните материали допринасят значително за енергийната ефективност, звукоизолацията, защитата от влага и пожарната безопасност на сградите. В допълнение към топлинните характеристики, поведението при пожар става все по-важно, тъй като оказва значително влияние върху разпространението на пожара, развитието на дима и безопасността при евакуация.
Конусният калориметър TCC 918 (фигура 1) съгласно ISO 5660-1 е утвърден метод за изпитване за количествена оценка на поведението на материалите при пожар при определени топлинни въздействия.
В тази приложна бележка са тествани и сравнени различни варианти на изолационни материали с помощта на NETZSCH TCC 918 конусен калориметър.
Условия за измерване
Пет варианта на изолация с различни състави и цветове (бяло, червено и три нюанса на сивото) бяха тествани в конусен калориметър на TCC 918, за да се изследва поведението при пожар.
Това устройство регистрира различни параметри, включително скоростта на отделяне на топлина (HRR), времето до запалване (TOI) и общото производство на дим (TSP). То позволява също така да се правят прогнози за развитието на пожара.
Всички изпитвания са проведени при идентични условия в съответствие с ISO 5660-1, за да се осигури пряка и съдържателна сравнимост.
Всеки от изследваните изолационни материали (фигура 2) беше многократно измерен с помощта на отделни проби.
Обхватът на изпитванията е описан подробно в таблица 1, а условията на измерване са изброени в таблица 2. Всеки образец от различните изолационни материали е измерен независимо и при идентични условия.
Условията на околната среда в лабораторията останаха стабилни по време на цялата серия от изпитвания с приблизителна температура от 24 до 25 °C и относителна влажност от 22 до 23 %.
Таблица 1: Обхват на изпитваните образци
| Идентификатор на производителя | Цвят | Брой на измерените образци |
|---|---|---|
| Образец W | бял | 4 |
| Образец R | червен | 3 |
| Образец G4 | сив1 | 3 |
| Образец G5 | сив2 | 3 |
| Образец G6 | сив2 | 3 |
Таблица 2: Условия за измерване
| Държач на пробата | Хоризонтално |
| Топлинен поток | 25 kW/m2 |
| Номинален дебит | 24.0 l/s |
| Разстояние до конусния нагревател | 25 mm |
Резултати от измерванията и сравнителни прегледи
Всички заключения, представени в този раздел, се основават изключително на резултатите от измерванията на отделните проби.
Поведение при запалване
Времето за запалване (TOI1) оценява колко бързо се запалва даден материал, когато е изложен на определено ниво на топлина. Пробата е изложена на постоянно топлинно излъчване от 25 kW/m². Времевият интервал от началото на облъчването до първата видима поява на пламъци се определя като време на запалване. Това време се показва директно в оценката на софтуера на конусния калориметър като стойност на TOI.
Краткото време на запалване показва, че материалът е силно запалим, абсорбира енергията и се нагрява бързо, което води до ранно запалване на газообразните пиролизни продукти. По-горимите материали се нуждаят от повече енергия, за да се нагреят и да претърпят пиролиза, което води до забавено запалване.
При всички тествани материали се наблюдава ясна и последователна диференциация в поведението при запалване. Сравнението може да се види на фигура 3.
- Белият вариант на изследваните проби има най-кратко време за запалване и по този начин най-ниска устойчивост на топлинно излъчване. В резултат на това средното време за запалване е 414 s.
- Червеният вариант има средно съпротивление на запалване, като се запалва по-късно от белия вариант, но по-рано от сивите варианти. Средното време за запалване тук е 599 s.
- Сивите варианти постоянно показват най-дълго време за запалване. Изчисленото средно време за запалване е 862 s, което показва повишена устойчивост на приложения топлинен поток.
Това означава, че сивите материали показват най-висока устойчивост на приложеното топлинно излъчване.
1Времетоза запалване (TOI) определя колко бързо се осъществява пламтящото горене в даден материал. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, стр. 7).
Интензивност на отделяне на топлина и развитие на пожар
Скоростта на отделяне на топлина (HRR2) е един от основните параметри, използвани за оценка на интензивността на пожара. Тя се счита за движещата сила на пожара: колкото по-висока е HRR, толкова по-голяма е запалимостта и потенциалната опасност от пожар.
Пиковата скорост на отделяне на топлина (peak HRR) показва момента, в който даден материал отделя най-много топлина, което е особено опасно при извънредна ситуация, тъй като допринася за бързото и интензивно разпространение на пожара.
Пиковата HRR позволява да се правят ясни и прости сравнения между различни материали и формули.
На фигури от 4 до 6 са показани кривите на измерване на скоростта на отделяне на топлина за различни изолационни материали.
2Скоросттана отделяне на топлина (HRR) е мярка за количеството топлина, което се отделя за единица време по време на горенето на даден материал. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf стр. 6)
В таблица 3 са показани максималните скорости на отделяне на топлина (пикова HRR3) на различните изолационни материали.
За да се подобри сравнимостта, са изчислени средните стойности на пиковата HRR за всеки вариант на материала.
От резултатите могат да се направят следните заключения:
- бял вариант: приблизително 572 kW/m² → много висока интензивност на пожара
- червен вариант: приблизително 306 kW/m² → средна до много висока интензивност на пожара
- сив вариант: приблизително 289 kW/m² → средна интензивност на пожара
По този начин белите материали показват най-интензивно отделяне на топлина след запалване, докато сивите варианти се характеризират с по-ниски пикови стойности на HRR.
3Peak-HRR- Максимална скорост на отделяне на топлина (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Таблица 3: Сравнение на пиковата стойност на HRR
| идентификатор на групата | Цвят | Стойности на пиковата стойност на HRR (kW/m²) | Диапазон на пиковите стойности на HRR (kW/m²) | Средна стойност на пиковата стойност на HRR (kW/m²) | Наблюдавана интензивност на пожара |
|---|---|---|---|---|---|
| Образец W | бял | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Много висока |
| Образец R | червен | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Среден до висок |
| Образец G4 | сив1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Средна стойност |
| Проба G5 | сив2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Средно |
| Образец G6 | сив2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Средна стойност |
Интензивност на растежа на пожара
Максималната средна скорост на отделяне на топлина (MARHE4) илюстрира разликите в интензивността на разрастване на пожара, тъй като представлява изгладената във времето максимална скорост на отделяне на топлина по време на изпитването, което дава възможност за сравняване на поведението при пожар на различни материали.
На фигура 7 са показани стойностите на MARHE (максимална средна скорост на отделяне на топлина) на различните проби от материали, разграничени по цвят: бял, червен и сив. Стойностите са показани като вертикални стълбове, като под всеки стълб е посочено съответното обозначение на образеца. Стойностите на MARHE показват максималната средна скорост на отделяне на топлина по време на цялото изпитване на огън.
4MARHE- стойност, (Макс. средна скорост на отделяне на топлина) е максималната скорост на отделяне на топлина, определена по време на изпитване с конусен калориметър съгласно ISO 5660-1.
Тълкуване
- Пробите от бялата категория показват предимно стойности на MARHE, вариращи от 76,7 kW/m² до 90 kW/m²
- Няколко образеца показват стойности над 80 kW/m², а два от тях дори близо до 90 kW/m².
→ Белите материали имат най-високи стойности на MARHE, което представлява най-критичното поведение при пожар, което съответства на високите пикови стойности на HRR и показва бързо развитие на пожара.
- Пробите от червената категория са в средния диапазон и показват значителни вариации: Стойности: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Пробите от червената категория демонстрират умерено високо поведение на огъня, с известни вариации между отделните проби.
- Пробите от сивата категория имат предимно най-ниските стойности на MARHE, но има и две отклонения.
- Основният диапазон е между 39 и 60 kW/m².
→ Пробите от сивата категория имат предимно най-ниски стойности на MARHE, което показва по-контролирано развитие на пожара.
Развитие на дима
Общото развитие на дима (TSP5) описва общото количество дим, отделено по време на изпитването с конусен калориметър съгласно ISO 5660-1, и е ключов параметър за оценка на поведението на дима.
Общото развитие на дима се различава значително между формулите (фигури 8-10).
- Всички сиви материали достигат крайното си плато след приблизително 25 минути, като дават типични стойности между 1650 m² и 1950 m².
- Белите материали демонстрират умерено общо димообразуване, като стойностите варират между 1450 m² и 1650 m². Крайното плато се достига след 15 минути.
- Червените варианти показват най-ниско общо производство на дим от всички тествани материали. Стойностите достигат платото си след 18 минути между 1290 m² и 1350 m².
5Общотопроизводство на дим (TSP) описва общото количество дим, произведено през цялата продължителност на пожара (съгласно ISO 5660-1)
Резюме
Измерванията, извършени с конусния калориметър TCC 918 TCC 918 , ясно показват възпроизводими разлики в поведението при пожар на изследваните изолационни материали.
Количествените параметри, като време на запалване, скорост на отделяне на топлина, интензивност на разрастване на пожара и развитие на дим, могат да се използват за ясно характеризиране и директно сравняване на запалимостта, динамиката на пожара и поведението на дима.
Резултатите ясно показват въздействието на различните формули на материалите и предлагат стабилна основа за разработване на материали, оптимизиране на формули и сравнителен анализ в контролирана лабораторна среда.