Úvod
Izolační materiály hrají ve stavebnictví klíčovou roli při stavbě fasád: Snižují přenos tepla, chladu, zvuku a v některých případech i vlhkosti mezi vnitřními a venkovními prostory. Tím snižují spotřebu energie v budově, udržují stabilnější vnitřní klima a výrazně zvyšují komfort bydlení.
K čemu se izolační materiály používají?
- Tepelná izolace: Minimalizuje tepelné ztráty v zimě a zabraňuje přehřívání v létě.
- Ochrana proti vlhkosti: Některé materiály regulují vlhkost a zabraňují kondenzaci vlhkosti.
- Zvuková izolace: Izolační materiály snižují vzduchový a nárazový hluk.
- Protipožární ochrana: Některé izolační materiály působí jako bariéra proti požáru nebo zpomalují jeho šíření.
Izolační materiály významně přispívají k energetické účinnosti, ochraně proti hluku a vlhkosti a k požární bezpečnosti budov. Kromě tepelných vlastností je stále důležitější chování při požáru, které má významný vliv na šíření požáru, rozvoj kouře a bezpečnost evakuace.
Kuželový kalorimetr TCC 918 (obr. 1) podle normy ISO 5660-1 je zavedená zkušební metoda pro kvantitativní hodnocení chování materiálů při požáru za definovaných tepelných účinků.
V této aplikační poznámce jsou testovány a porovnávány různé varianty izolačních materiálů pomocí kuželového kalorimetru NETZSCH TCC 918 .
Podmínky měření
Pět variant izolace s různým složením a barvou (bílá, červená a tři odstíny šedé) bylo testováno v kuželovém kalorimetru TCC 918 za účelem zkoumání chování při požáru.
Toto zařízení zaznamenává různé parametry, včetně rychlosti uvolňování tepla (HRR), doby do vzplanutí (TOI) a celkové produkce kouře (TSP). Umožňuje také provádět předpovědi vývoje požáru.
Všechny testy byly provedeny za stejných podmínek v souladu s normou ISO 5660-1, aby byla zajištěna přímá a smysluplná srovnatelnost.
Každý ze zkoumaných izolačních materiálů (obr. 2) byl opakovaně měřen na jednotlivých vzorcích.
Rozsah zkoušek je podrobně popsán v tabulce 1 a podmínky měření jsou uvedeny v tabulce 2. Každý vzorek různých izolačních materiálů byl měřen nezávisle a za stejných podmínek.
Podmínky prostředí v laboratoři zůstávaly po celou dobu série zkoušek stabilní s přibližnou teplotou 24 až 25 °C a relativní vlhkostí 22 až 23 %.
Tabulka 1: Rozsah testovaných vzorků
| ID výrobce | Barva | Počet měřených vzorků |
|---|---|---|
| Vzorek W | bílá | 4 |
| Vzorek R | červená | 3 |
| Vzorek G4 | šedá1 | 3 |
| Vzorek G5 | šedá2 | 3 |
| Vzorek G6 | šedá2 | 3 |
Tabulka 2: Podmínky měření
| Držák vzorku | Horizontální |
| Tepelný tok | 25 kW/m2 |
| Jmenovitý průtok | 24.0 l/s |
| Vzdálenost ke kuželovému ohřívači | 25 mm |
Výsledky měření a srovnávací přehledy
Všechny závěry uvedené v této části jsou založeny výhradně na výsledcích jednotlivých měřených vzorků.
Chování při vznícení
Doba vznícení (TOI1) hodnotí, jak rychle se materiál vznítí při vystavení definované úrovni tepla. Vzorek byl vystaven konstantnímu tepelnému záření 25 kW/m². Časový úsek od začátku ozařování do prvního viditelného výskytu plamenů je definován jako doba vznícení. Tento časový údaj se přímo zobrazí ve vyhodnocení softwaru kuželového kalorimetru jako hodnota TOI.
Krátká doba vznícení naznačuje, že materiál je vysoce hořlavý a rychle absorbuje energii a zahřívá se, což vede k brzkému vznícení plynných produktů pyrolýzy. Hořlavější materiály potřebují k zahřátí a pyrolýze více energie, což vede k opožděnému vznícení.
U všech testovaných materiálů je zřejmá a konzistentní diferenciace v chování při vznícení. Srovnání naleznete na obrázku 3.
- Bílá varianta zkoumaných vzorků má nejkratší dobu vznícení, a tím i nejnižší odolnost vůči tepelnému záření. Výsledkem je průměrná doba vznícení 414 s.
- Červená varianta má průměrnou odolnost proti vznícení, vznítí se později než bílá varianta, ale dříve než šedé varianty. Průměrná doba zapálení zde činí 599 s.
- Šedé varianty trvale vykazují nejdelší doby vznícení. Vypočtená průměrná doba zapálení je 862 s, což ukazuje na zvýšenou odolnost vůči aplikovanému tepelnému toku.
To znamená, že šedé materiály vykazují nejvyšší odolnost vůči aplikovanému tepelnému záření.
1Časdo zapálení (TOI) definuje, jak rychle dochází k plamennému hoření v materiálu. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, str. 7).
Intenzita uvolňování tepla a rozvoj požáru
Rychlost uvolňování tepla (HRR2) je jedním z klíčových parametrů používaných k posouzení intenzity požáru. Je považována za hnací sílu požáru: čím vyšší je HRR, tím větší je hořlavost a potenciální nebezpečí požáru.
Špičková rychlost uvolňování tepla (peak HRR) udává okamžik, kdy materiál uvolňuje nejvíce tepla, což je v případě mimořádné události obzvláště nebezpečné, protože přispívá k rychlému a intenzivnímu šíření požáru.
Špičková HRR umožňuje jasné a jednoduché porovnání různých materiálů a složení.
Obrázky 4 až 6 ukazují křivky měření rychlosti uvolňování tepla pro různé izolační materiály.
2Rychlostuvolňování tepla (HRR) je mírou množství tepla uvolněného za jednotku času při hoření materiálu. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf str. 6)
V tabulce 3 jsou uvedeny maximální rychlosti uvolňování tepla (špičková hodnota HRR3) různých izolačních materiálů.
Pro lepší srovnatelnost byly vypočteny průměrné hodnoty špičkové HRR pro každou variantu materiálu.
Z výsledků lze vyvodit následující závěry:
- bílá varianta: přibližně 572 kW/m² → velmi vysoká intenzita požáru
- červená varianta: přibližně 306 kW/m² → střední až velmi vysoká intenzita požáru
- šedá varianta: přibližně 289 kW/m² → průměrná intenzita požáru
Bílé materiály tedy vykazují nejintenzivnější uvolňování tepla po zapálení, zatímco šedé varianty se vyznačují nižšími špičkovými hodnotami HRR.
3Peak-HRR- maximální rychlost uvolňování tepla (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabulka 3: Srovnání špičkového HRR
| iD skupiny | Barva | Špičkové hodnoty HRR (kW/m²) | Rozsah špičkové hodnoty HRR (kW/m²) | Průměrná špičková hodnota-HRR (kW/m²) | Pozorovaná intenzita požáru |
|---|---|---|---|---|---|
| Vzorek W | bílá | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Velmi vysoký |
| Vzorek R | červená | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Průměrná až vysoká |
| Vzorek G4 | šedá1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Průměr |
| Vzorek G5 | šedá2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Průměr |
| Vzorek G6 | šedá2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Průměr |
Intenzita růstu požáru
Maximální průměrná rychlost uvolňování tepla (MARHE4) ilustruje rozdíly v intenzitě růstu požáru, protože představuje časově zklidněné maximální uvolňování tepla během zkoušky, což umožňuje porovnat chování různých materiálů při požáru.
Na obrázku 7 jsou znázorněny hodnoty MARHE (maximální průměrná rychlost uvolňování tepla) různých vzorků materiálů rozlišené podle barev: bílá, červená a šedá. Hodnoty jsou zobrazeny jako svislé sloupce, pod každým sloupcem je uvedeno odpovídající označení vzorku. Hodnoty MARHE udávají maximální průměrnou rychlost uvolňování tepla během celé požární zkoušky.
4MARHE- hodnota, (Max. průměrná rychlost uvolňování tepla) je maximální rychlost uvolňování tepla stanovená během zkoušky kuželovým kalorimetrem podle normy ISO 5660-1.
Výklad
- Vzorky bílé kategorie vykazují převážně hodnoty MARHE v rozmezí od 76,7 kW/m² do 90 kW/m²
- Několik vzorků vykazuje hodnoty vyšší než 80 kW/m², dva z nich dokonce téměř 90 kW/m².
→ Bílé materiály mají nejvyšší hodnoty MARHE, což představuje nejkritičtější chování při požáru, které odpovídá vysokým špičkovým hodnotám HRR a naznačuje rychlý rozvoj požáru.
- Vzorky červené kategorie se pohybují ve středním pásmu a vykazují značné odchylky: Hodnoty: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Červené vzorky vykazují středně vysoké chování požáru s určitými rozdíly mezi jednotlivými vzorky.
- Vzorky šedé kategorie mají většinou nejnižší hodnoty MARHE, ale jsou zde i dvě odlehlé hodnoty.
- Hlavní rozmezí se pohybuje mezi 39 a 60 kW/m².
→ Šedé vzorky mají většinou nejnižší hodnoty MARHE, což svědčí o kontrolovanějším růstu požáru.
Vývoj kouře
Celkový vývoj kouře (TSP5) popisuje celkové množství kouře uvolněného během zkoušky kuželovým kalorimetrem podle normy ISO 5660-1 a je klíčovým parametrem pro posouzení chování kouře.
Celkový vývoj kouře se mezi jednotlivými přípravky výrazně liší (obrázky 8 až 10).
- Všechny šedé materiály dosahují konečného plató přibližně po 25 minutách a dosahují typických hodnot mezi 1650 m² a 1950 m².
- Bílé materiály vykazují mírný celkový vývin kouře s hodnotami mezi 1450 m² a 1650 m². Konečného plató je dosaženo již po 15 minutách.
- Červené varianty vykazují nejnižší celkovou produkci kouře ze všech testovaných materiálů. Hodnoty dosahují vrcholu po 18 minutách v rozmezí 1290 m² až 1350 m².
5Celkováprodukce kouře (TSP) popisuje celkové množství kouře, které vzniká po celou dobu trvání požáru (podle normy ISO 5660-1)
Souhrn
Měření provedená pomocí kuželového kalorimetru TCC 918 TCC 918 jasně ukazují reprodukovatelné rozdíly v chování zkoumaných izolačních materiálů při požáru.
Kvantitativní parametry, jako je doba vznícení, rychlost uvolňování tepla, intenzita růstu požáru a vývoj kouře, lze použít k jasné charakteristice a přímému porovnání hořlavosti, dynamiky požáru a chování kouře.
Výsledky jasně ukazují vliv různých složení materiálů a nabízejí spolehlivý základ pro vývoj materiálů, optimalizaci složení a srovnávání v kontrolovaném laboratorním prostředí.