Úvod
Moderní stavební předpisy a bezpečnostní normy vyžadují, aby stavební materiály byly nejen konstrukčně, ale také požárně bezpečné. Dřevo, které je osvědčeným stavebním materiálem, nabízí mnoho výhod, ale nese s sebou i rizika, protože se může vznítit od small zdrojů tepla, jako jsou jiskry, a uvolňovat kouřové plyny.
Vzhledem k tomu, že vdechnutí kouře je nejčastější příčinou úmrtí při požárech a hustý kouř ztěžuje orientaci a únik, je nezbytné analyzovat chování dřeva při požáru a jeho kouřové emise.
K potvrzení vhodnosti dřeva jako stavebního materiálu z tohoto hlediska jsou nutné rozsáhlé požární zkoušky a certifikace.
Podmínky měření
Pro zkoumání reakce na oheň byly vzorky smrkového dřeva (100 x 100 x 17 mm³) testovány v kuželovém kalorimetru NETZSCH TCC 918 . Toto zařízení zaznamenává rychlost uvolňování tepla (HRR), hmotnostní ztráty a hustotu a složení vznikajících spalin.
Vzorky dřeva byly umístěny na vodorovném držáku vzorků upevněném na siloměru, který během měření průběžně zaznamenával hmotnostní ztráty. Elektrický topný kužel ohříval vzorky shora a inicioval pyrolýzu dřeva. Jakmile se uvolnilo dostatečné množství pyrolýzních plynů, bylo zajištěno zapálení jiskrovým zapalovačem. Vznikající spaliny proudily topným kuželem a byly zachycovány výfukovým systémem.
Ve výfukovém systému se kontinuálně měřil hmotnostní průtok, teplota spalin a koncentrace O₂, CO₂ a CO. Kromě toho byla zjišťována HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota kouře pomocí přenosu laserového světla. Analyzátor plynů (Siemens Oxymat/Ultramat) byl před měřením kalibrován a pomocí metanového hořáku byl kontrolován C-faktor1. Podmínky měření jsou shrnuty v tabulce 1.
Po zahřátí topného kužele se zavřela clona a připravený držák vzorku se umístil na základní desku. Měření bylo zahájeno automatickým otevřením clony a uvolněné plyny byly zapáleny automatickým zapalovacím systémem. Obrázek 2 ukazuje přípravu vzorku a nastavení měření.
1ČinitelC je klíčový kalibrační parametr kuželové kalorimetrie definovaný podle normy ISO 5660-1. Slouží jako konstanta pro přesné stanovení rychlosti uvolňování tepla (HRR) tím, že stanoví vztah mezi signálem z kyslíkového analyzátoru a skutečně uvolněnou tepelnou energií.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Držák vzorku | Horizontální |
| Tepelný tok | 50 kW/m2 |
| Jmenovitý průtok | 24.0 l/s |
| Vzdálenost ke kuželovému ohřívači | 25 mm |
2) Příprava vzorku a nastavení měření
Výsledky měření
Obrázek 3 ukazuje úbytek hmotnosti tří vzorků dřeva v průběhu času během hoření. Bezprostředně po zapálení dochází k rychlému úbytku hmotnosti v důsledku hoření těkavých složek, jako je voda a vysoce hořlavé organické látky. Po zhasnutí plamene začíná pomalý proces žhnutí, jehož výsledkem je menší, kontinuální úbytek hmotnosti.
Na obrázku 4 je zobrazen průběh rychlosti uvolňování tepla (HRR)2 vzorků. Bezprostředně po zapálení HRR všech vzorků prudce stoupá a dosahuje maxima při přibližně 170 kW/m2. Jak se spotřebovávají vysoce hořlavé složky, HRR výrazně klesá, což svědčí o méně intenzivním hoření. To také naznačuje, že těkavé látky byly z velké části spotřebovány a že převládá hoření pevných zbytků (dřevěného uhlí). Další nárůst HRR těsně před zhasnutím plamene je typický pro dřevo a je způsoben rozpadem vrstvy dřevěného uhlí, při kterém se uvolní více těkavých složek, které pak shoří. Po přibližně 20 minutách se hodnoty ustálí na nižší úrovni. To naznačuje, že většina hořlavého materiálu byla spotřebována a zůstaly hlavně zuhelnatělé zbytky. Tyto zbytky dále pomalu a rovnoměrně hoří, což vede k trvalému, ale nízkému uvolňování tepla.
2 Rychlost uvolňování tepla (HRR) je měřítkem množství tepla uvolněného za jednotku času během hoření materiálu(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)
Dalším klíčovým aspektem analýzy je vznik kouře, který se určuje měřením přenosu. Snížení přenosu znamená zvýšení hustoty kouře. Obrázek 5 znázorňuje měření kouřivosti vzorků a zdůrazňuje korelaci mezi produkcí kouře a uvolňováním tepla. Zpočátku je patrné výrazné maximum v míře produkce kouře (SPR), což ukazuje na rychlé vznícení a uvolnění large množství hořlavých plynů a částic. Toto počáteční maximum však rychle klesá, což je charakteristické pro spalování těkavých složek, které rychle vedou k tvorbě kouře.
Výsledky poskytují cenné poznatky o složitých procesech hoření dřeva, zejména pokud jde o hmotnostní ztráty, uvolňování tepla a tvorbu kouře.
Rozdíly mezi vzorky jsou malé a lze je vysvětlit přirozenými odchylkami dřeva, jako jsou rozdíly ve struktuře, vlhkosti nebo hustotě.
Souhrn
Dřevo je cenný a všestranný stavební materiál s přirozeným vzhledem, udržitelností a mechanickou pevností. Požární odolnost dřeva se zvyšuje tvorbou zuhelnatělé vrstvy, která izoluje vnitřní strukturu dřeva a zpomaluje hoření. Tato zuhelnatělá vrstva přispívá k rozměrové stabilitě a pevnosti dřevěných konstrukčních prvků, takže dřevěné stavby zůstávají při požáru konstrukčně stabilní déle než mnohé jiné materiály.
Nízká Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost dřeva snižuje rozptyl tepla, což podporuje rozměrovou stabilitu a pevnost konstrukčních prvků. Díky těmto vlastnostem zůstává konstrukce dřevostaveb v případě požáru déle neporušená, což vysvětluje rčení hasičů, že "dřevo bezpečně hoří". Je však nezbytné, aby byla požární odolnost dřeva dále zkoumána a optimalizována, aby byla zajištěna bezpečnost a dlouhá životnost dřevěných konstrukcí v moderním stavebnictví.