Introduktion
Isoleringsmaterialer spiller en vigtig rolle i facadekonstruktioner i byggebranchen: De reducerer overførslen af varme, kulde, lyd og i nogle tilfælde fugt mellem indendørs og udendørs områder. Det reducerer en bygnings energiforbrug, holder indeklimaet mere stabilt og øger beboelseskomforten betydeligt.
Hvad bruges isoleringsmaterialer til?
- Termisk isolering: Minimerer varmetab om vinteren og forhindrer overophedning om sommeren
- Beskyttelse mod fugt: Visse materialer regulerer fugt og forhindrer kondens
- Lydisolering: Isolerende materialer reducerer luftbåren lyd og trinlyd
- Beskyttelse mod brand: Nogle isoleringsmaterialer fungerer som en barriere mod brand eller forsinker dens spredning.
Isoleringsmaterialer bidrager i høj grad til bygningers energieffektivitet, lyd- og fugtbeskyttelse og brandsikkerhed. Ud over den termiske ydeevne bliver brandadfærd stadig vigtigere, da den har en betydelig indvirkning på brandspredning, røgudvikling og evakueringssikkerhed.
TCC 918 Cone Calorimeter (figur 1) i henhold til ISO 5660-1 er en etableret testmetode til kvantitativ evaluering af materialers brandadfærd under definerede varmepåvirkninger.
I denne Application Note testes og sammenlignes forskellige isoleringsmaterialevarianter ved hjælp af NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter.
Målebetingelser
Fem isoleringsvarianter med forskellige formuleringer og farver (hvid, rød og tre gråtoner) blev testet i TCC 918 Cone Calorimeter for at undersøge brandadfærd.
Dette apparat registrerer forskellige parametre, herunder varmeafgivelseshastighed (HRR), tid til antændelse (TOI) og total røgproduktion (TSP). Det gør det også muligt at forudsige brandens udvikling.
Alle test blev udført under identiske forhold i overensstemmelse med ISO 5660-1 for at sikre direkte og meningsfuld sammenlignelighed.
Hvert af de undersøgte isoleringsmaterialer (figur 2) blev målt gentagne gange ved hjælp af individuelle prøver.
Omfanget af testene er beskrevet i tabel 1, og målebetingelserne er angivet i tabel 2. Hver prøve af de forskellige isoleringsmaterialer blev målt uafhængigt og under identiske forhold.
Miljøforholdene i laboratoriet forblev stabile gennem hele testserien med en omtrentlig temperatur på 24 til 25 °C og en relativ luftfugtighed på 22 til 23 %.
Tabel 1: Omfanget af testprøverne
| Producent ID | Farve | Antal målte prøver |
|---|---|---|
| Prøve W | hvid | 4 |
| Prøve R | rød | 3 |
| Prøve G4 | grå1 | 3 |
| Prøve G5 | grå2 | 3 |
| Prøve G6 | gray2 | 3 |
Tabel 2: Målebetingelser
| Prøveholder | Vandret |
| Varmestrøm | 25 kW/m2 |
| Nominel strømningshastighed | 24.0 l/s |
| Afstand til keglevarmeren | 25 mm |
Måleresultater og sammenlignende oversigter
Alle konklusioner i dette afsnit er udelukkende baseret på resultaterne af de individuelle prøver, der er målt.
Antændelsesadfærd
Antændelsestiden (TOI1) evaluerer, hvor hurtigt et materiale antændes, når det udsættes for et defineret varmeniveau. Prøven blev udsat for en konstant varmestråling på 25 kW/m². Tidsrummet fra starten af bestrålingen til den første synlige flamme defineres som antændelsestiden. Dette tidsstempel vises direkte i evalueringen af keglekalorimeter-softwaren som TOI-værdi.
En kort antændelsestid indikerer, at materialet er meget brandfarligt og absorberer energi og opvarmes hurtigt, hvilket resulterer i tidlig antændelse af de gasformige pyrolyseprodukter. Mere flammebestandige materialer kræver mere energi for at blive opvarmet og gennemgå PyrolysePyrolyse er den termiske nedbrydning af organiske forbindelser i en inert atmosfære.pyrolyse, hvilket resulterer i en forsinket antændelse.
På tværs af alle de testede materialer er der en klar og konsekvent differentiering i antændelsesadfærd. En sammenligning kan ses i figur 3.
- Den hvide variant af de undersøgte prøver har de korteste antændelsestider og dermed den laveste modstand mod varmestråling. Dette resulterer i en gennemsnitlig antændelsestid på 414 s.
- Den røde variant har en gennemsnitlig tændingsmodstand og antænder senere end den hvide variant, men tidligere end de grå varianter. Den gennemsnitlige antændelsestid er her 599 s.
- De grå varianter viser konsekvent de længste antændelsestider. Den beregnede gennemsnitlige antændelsestid er 862 s, hvilket indikerer øget modstand mod den påførte varmestrøm.
Det betyder, at de grå materialer har den højeste modstandsdygtighed over for den påførte varmestråling.
1Tidentil antændelse (TOI) definerer, hvor hurtigt der opstår flammende forbrænding i et materiale. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, s. 7).
Varmeafgivelsesintensitet og brandudvikling
Varmeafgivelseshastigheden (HRR2) er en af de vigtigste parametre, der bruges til at vurdere brandintensiteten. Den betragtes som drivkraften bag en brand: jo højere HRR, jo større er antændeligheden og den potentielle brandfare.
Den maksimale varmeafgivelseshastighed (peak HRR) angiver det øjeblik, hvor et materiale afgiver mest varme, hvilket er særligt farligt i en nødsituation, da det bidrager til at sprede ilden hurtigt og intensivt.
Peak HRR gør det muligt at foretage klare og enkle sammenligninger mellem forskellige materialer og formuleringer.
Figur 4 til 6 viser målekurver for varmeafgivelseshastighed for forskellige isoleringsmaterialer.
2Varmeafgivelseshastigheden (HRR) er et mål for den mængde varme, der frigives pr. tidsenhed under forbrændingen af et materiale. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf s. 6)
Tabel 3 viser de maksimale varmeafgivelseshastigheder (peak HRR3) for de forskellige isoleringsmaterialer.
For at forbedre sammenligneligheden blev de gennemsnitlige peak HRR-værdier for hver materialevariant beregnet.
Følgende konklusioner kan drages af resultaterne:
- hvid variant: ca. 572 kW/m² → meget høj brandintensitet
- rød variant: ca. 306 kW/m² → middel til meget høj brandintensitet
- grå variant: ca. 289 kW/m² → gennemsnitlig brandintensitet
De hvide materialer viser således den mest intense varmeafgivelse efter antændelse, mens de grå varianter er kendetegnet ved lavere maksimale HRR-værdier.
3Peak-HRR- Maksimal varmeafgivelseshastighed (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabel 3: Sammenligning af den maksimale HRR
| gruppe-ID | Farve | Peak-HRR-værdier (kW/m²) | Peak-HRR-interval (kW/m²) | Gennemsnitlig peak-HRR (kW/m²) | Observeret brandintensitet |
|---|---|---|---|---|---|
| Prøve W | hvid | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Meget høj |
| Prøve R | rød | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Gennemsnitlig til høj |
| Prøve G4 | grå1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Gennemsnit |
| Prøve G5 | grå2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Gennemsnit |
| Prøve G6 | grå2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Gennemsnit |
Intensitet af brandvækst
Den maksimale gennemsnitlige varmeafgivelseshastighed (MARHE4) illustrerer forskelle i brandens vækstintensitet, da den repræsenterer den tidsudjævnede maksimale varmeafgivelse under testen, hvilket gør det muligt at sammenligne forskellige materialers brandadfærd.
Figur 7 viser MARHE-værdierne (maksimal gennemsnitlig varmeafgivelseshastighed) for de forskellige materialeprøver, opdelt efter farve: hvid, rød og grå. Værdierne vises som lodrette bjælker med den tilsvarende prøvebetegnelse under hver bjælke. MARHE-værdierne angiver den maksimale gennemsnitlige varmeafgivelse under hele brandtesten.
4MARHE-værdien(Max. Average Rate of Heat Emission) er den maksimale varmeafgivelseshastighed, der er bestemt under en test med keglekalorimeteret i henhold til ISO 5660-1.
Fortolkning
- Prøver i den hvide kategori viser overvejende MARHE-værdier, der spænder fra 76,7 kW/m² til 90 kW/m²
- Flere prøver viser værdier over 80 kW/m², to af dem endda tæt på 90 kW/m².
→ De hvide materialer har de højeste MARHE-værdier, der repræsenterer den mest kritiske brandadfærd, som svarer til de høje spidsværdier for HRR og indikerer hurtig brandudvikling.
- Prøverne i den røde kategori ligger i mellemområdet og viser betydelige variationer: Værdier: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ De røde prøver viser moderat høj brandadfærd med en vis variation fra prøve til prøve.
- Prøverne i den grå kategori har for det meste de laveste MARHE-værdier, men der er også to outliers.
- Hovedintervallet ligger mellem 39 og 60 kW/m².
→ De grå prøver har for det meste de laveste MARHE-værdier, hvilket indikerer en mere kontrolleret brandvækst.
Røgudvikling
Den samlede røgudvikling (TSP5) beskriver den samlede mængde røg, der frigives under keglekalorimetertesten i henhold til ISO 5660-1, og er en nøgleparameter til vurdering af røgadfærd.
Den samlede røgudvikling varierer betydeligt mellem formuleringerne (figur 8 til 10).
- Alle grå materialer når deres endelige plateau efter ca. 25 minutter og leverer typiske værdier mellem 1650 m² og 1950 m².
- De hvide materialer viser en moderat total røgproduktion med værdier mellem 1450 m² og 1650 m². Det endelige plateau nås allerede efter 15 minutter.
- De røde varianter udviser den laveste samlede røgproduktion af alle testede materialer. Værdierne når deres plateau efter 18 minutter mellem 1290 m² og 1350 m².
5Totalrøgproduktion (TSP) beskriver den samlede mængde røg, der produceres under hele brandforløbet (i henhold til ISO 5660-1)
Sammenfatning
Målingerne udført med TCC 918 Cone Calorimeter TCC 918 viser tydeligt reproducerbare forskelle i brandadfærden for de undersøgte isoleringsmaterialer.
Kvantitative parametre som antændelsestid, varmeafgivelseshastighed, brandvækstintensitet og røgudvikling kan bruges til klart at karakterisere og direkte sammenligne brændbarhed, branddynamik og røgadfærd.
Resultaterne viser tydeligt virkningen af forskellige materialeformuleringer og giver et robust grundlag for materialeudvikling, formuleringsoptimering og benchmarking i et kontrolleret laboratoriemiljø.