Bevezetés
A szigetelőanyagok kulcsszerepet játszanak az építőiparban a homlokzatépítésben: Csökkentik a hő, a hideg, a hang és bizonyos esetekben a nedvesség átadását a belső és a külső tér között. Ezáltal csökken az épület energiafogyasztása, stabilabbá válik a beltéri klíma, és jelentősen nő a lakókomfort.
Mire használják a szigetelőanyagokat?
- Hőszigetelés: Télen minimalizálja a hőveszteséget, nyáron pedig megakadályozza a túlmelegedést.
- Nedvesség elleni védelem: Bizonyos anyagok szabályozzák a nedvességet és megakadályozzák a páralecsapódást.
- Hangszigetelés: A szigetelőanyagok csökkentik a levegő- és a hangszennyezést.
- Tűzvédelem: Egyes szigetelőanyagok gátat képeznek a tűz ellen, vagy késleltetik annak terjedését.
A szigetelőanyagok jelentősen hozzájárulnak az épületek energiahatékonyságához, hang- és nedvességvédelméhez, valamint tűzbiztonságához. A hőteljesítmény mellett a tűz viselkedése is egyre fontosabbá válik, mivel jelentős hatással van a tűz terjedésére, a füstfejlődésre és az evakuálás biztonságára.
Az ISO 5660-1 szabvány szerinti TCC 918 kúpkaloriméter (1. ábra) bevett vizsgálati módszer az anyagok tűzzel kapcsolatos viselkedésének mennyiségi értékelésére meghatározott hőhatások mellett.
Ebben az alkalmazási megjegyzésben különböző szigetelőanyag-változatokat tesztelnek és hasonlítanak össze a NETZSCH TCC 918 Cone-kaloriméter segítségével.
Mérési feltételek
Öt különböző összetételű és színű (fehér, piros és három szürke árnyalatú) szigetelési változatot vizsgáltak a TCC 918 kúpkaloriméterben a tűz viselkedésének vizsgálata céljából.
Ez a készülék különböző paramétereket rögzít, többek között a hőfelszabadulási sebességet (HRR), a gyulladásig eltelt időt (TOI) és a teljes füsttermelést (TSP). A készülék lehetővé teszi továbbá a tűzfejlődésre vonatkozó előrejelzések készítését.
Minden vizsgálatot azonos körülmények között végeztek az ISO 5660-1 szabványnak megfelelően, a közvetlen és értelmezhető összehasonlíthatóság érdekében.
A vizsgált szigetelőanyagok mindegyikét (2. ábra) ismételten megmérték egyedi mintákon.
A vizsgálatok körét az 1. táblázat, a mérési feltételeket pedig a 2. táblázat tartalmazza. A különböző szigetelőanyagok minden egyes mintáját egymástól függetlenül és azonos körülmények között mértük.
A laboratóriumban a környezeti feltételek a teljes tesztsorozat alatt stabilak maradtak, a hőmérséklet megközelítőleg 24-25 °C és a relatív páratartalom 22-23 % volt.
Táblázat: A vizsgálati minták köre
| Gyártó azonosítója | Szín | A mért minták száma |
|---|---|---|
| Minta W | fehér | 4 |
| R minta | piros | 3 |
| G4 minta | szürke1 | 3 |
| G5 minta | szürke2 | 3 |
| G6 minta | szürke2 | 3 |
Táblázat: Mérési feltételek
| Mintatartó | Vízszintes |
| Hőáramlás | 25 kW/m2 |
| Névleges áramlási sebesség | 24.0 l/s |
| Távolság a kúpos fűtőkészüléktől | 25 mm |
Mérési eredmények és összehasonlító áttekintések
Az ebben a szakaszban bemutatott valamennyi következtetés kizárólag az egyes mintákon mért eredményeken alapul.
Gyújtási viselkedés
A gyulladási idő (TOI1) azt értékeli, hogy egy anyag milyen gyorsan gyullad meg, amikor meghatározott hőhatásnak van kitéve. A mintát 25 kW/m² állandó hősugárzásnak tették ki. A besugárzás kezdetétől a lángok első látható megjelenéséig eltelt időt gyújtási időnek nevezzük. Ez az időbélyeg közvetlenül a Cone-kaloriméter szoftver kiértékelésében TOI-értékként jelenik meg.
A rövid gyulladási idő azt jelzi, hogy az anyag erősen gyúlékony, gyorsan elnyeli az energiát és gyorsan felmelegszik, ami a gáznemű pirolízistermékek korai gyulladásához vezet. A lángállóbb anyagoknak több energiára van szükségük a felmelegedéshez és a pirolízishez, ami késleltetett gyulladást eredményez.
Az összes vizsgált anyag esetében egyértelmű és következetes különbségek mutatkoznak a gyulladási viselkedésben. Az összehasonlítás a 3. ábrán látható.
- A vizsgált minták közül a fehér változatnak van a legrövidebb gyulladási ideje, és így a legalacsonyabb a hősugárzással szembeni ellenállása. Ez 414 s átlagos gyújtási időt eredményez.
- A piros változat átlagos gyújtási ellenállással rendelkezik, később gyullad, mint a fehér változat, de korábban, mint a szürke változatok. Az átlagos gyújtási idő itt 599 s.
- A szürke változatoknál következetesen a leghosszabb a gyújtási idő. A számított átlagos gyújtási idő 862 s, ami az alkalmazott hőáramlással szembeni nagyobb ellenállást jelzi.
Ez azt jelenti, hogy a szürke anyagok mutatják a legnagyobb ellenállást az alkalmazott hősugárzással szemben.
1Agyulladásig eltelt idő (TOI) azt határozza meg, hogy egy anyagban milyen gyorsan következik be a lángoló égés. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, 7. o.).
Hőkibocsátási intenzitás és tűzfejlődés
A hőfelszabadulási sebesség (HRR2) az egyik legfontosabb paraméter, amelyet a tűz intenzitásának értékelésére használnak. Ezt tekintik a tűz hajtóerejének: minél magasabb a HRR, annál nagyobb a gyúlékonyság és a potenciális tűzveszély.
A hőfelszabadulási csúcssebesség (peak HRR) azt a pillanatot jelzi, amikor egy anyag a legtöbb hőt szabadítja fel, ami vészhelyzetben különösen veszélyes, mivel hozzájárul a tűz gyors és intenzív terjedéséhez.
A csúcs HRR lehetővé teszi a különböző anyagok és készítmények egyértelmű és egyszerű összehasonlítását.
A 4-6. ábrák a különböző szigetelőanyagok hőfelszabadulási sebességének mérési görbéit mutatják.
2Ahőfelszabadulási sebesség (HRR) az anyag égése során egységnyi idő alatt felszabaduló hőmennyiséget méri. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf 6. o.)
A 3. táblázat a különböző szigetelőanyagok maximális hőfelszabadulási sebességét (csúcs HRR3) mutatja.
Az összehasonlíthatóság javítása érdekében az egyes anyagváltozatok átlagos csúcs-HRR-értékeit számoltuk ki.
Az eredményekből a következő következtetések vonhatók le:
- fehér változat: kb. 572 kW/m² → nagyon magas tűzintenzitás
- piros változat: kb. 306 kW/m² → átlagos és nagyon magas tűzintenzitás között
- szürke változat: kb. 289 kW/m² → átlagos tűzintenzitás
Tehát a fehér anyagok mutatják a legintenzívebb hőfelszabadulást a gyújtás után, míg a szürke változatokat alacsonyabb HRR csúcsértékek jellemzik.
3Peak-HRR- Maximális hőfelszabadulási sebesség (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
3. táblázat: A csúcs-HRR összehasonlítása
| csoport azonosító | Szín | Csúcs-HRR-értékek (kW/m²) | Csúcs-HRR-tartomány (kW/m²) | Átlagos csúcs-HRR (kW/m²) | Megfigyelt tűz intenzitása |
|---|---|---|---|---|---|
| Minta W | fehér | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Nagyon magas |
| Minta R | vörös | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Átlagostól a magasig |
| G4 minta | szürke1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Átlag |
| G5 minta | szürke2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Átlagos |
| G6 minta | szürke2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Átlag |
Tűz növekedési intenzitása
A maximális átlagos hőfelszabadulási sebesség (MARHE4) szemlélteti a tűz növekedési intenzitásában mutatkozó különbségeket, mivel a vizsgálat során az idővel simított maximális hőfelszabadulást mutatja, lehetővé téve a különböző anyagok tűzviselkedésének összehasonlítását.
A 7. ábra a különböző anyagminták MARHE-értékeit (maximális átlagos hőkibocsátási sebesség) mutatja, szín szerint megkülönböztetve: fehér, piros és szürke. Az értékek függőleges sávok formájában jelennek meg, a megfelelő minta megnevezésével minden sáv alatt. A MARHE-értékek a teljes tűzvizsgálat során a maximális átlagos hőkibocsátást jelzik.
4MARHE- érték, (Max. Average Rate of Heat Emission) az ISO 5660-1 szabvány szerinti, kúpkaloriméterrel végzett vizsgálat során meghatározott maximális hőfelszabadulási sebesség.
Tolmácsolás
- A fehér kategóriába tartozó minták túlnyomórészt 76,7 kW/m² és 90 kW/m² közötti MARHE értékeket mutatnak
- Több minta 80 kW/m² feletti értékeket mutat, kettő közülük még a 90 kW/m²-t is megközelíti.
→ A fehér anyagok rendelkeznek a legmagasabb MARHE értékekkel, ami a legkritikusabb tűzviselkedést jelzi, ami megfelel a magas HRR csúcsértékeknek, és gyors tűzfejlődésre utal.
- A piros kategóriába tartozó minták a középső tartományban helyezkednek el, és jelentős eltéréseket mutatnak: Értékek: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ A piros minták közepesen magas tűzfejlődést mutatnak, mintánként némi eltéréssel.
- A szürke kategóriába tartozó minták többnyire a legalacsonyabb MARHE-értékekkel rendelkeznek, de két kiugró érték is van.
- A fő tartomány 39 és 60 kW/m² között van.
→ A szürke mintáknak többnyire a legalacsonyabb MARHE-értékei vannak, ami ellenőrzöttebb tűznövekedésre utal.
Füstfejlődés
A teljes füstfejlődés (TSP5) az ISO 5660-1 szabvány szerinti kúpkaloriméteres vizsgálat során felszabaduló füst teljes mennyiségét írja le, és a füst viselkedésének értékeléséhez kulcsfontosságú paraméter.
A teljes füstfejlődés jelentősen különbözik a készítmények között (8-10. ábra).
- Minden szürke anyag kb. 25 perc után éri el a végső platót, és jellemzően 1650 m² és 1950 m² közötti értékeket ad.
- A fehér anyagok mérsékelt teljes füstfejlődést mutatnak, 1450 m² és 1650 m² közötti értékekkel. A végső platót már 15 perc után elérik.
- A piros változatok mutatják a legalacsonyabb teljes füsttermelést a vizsgált anyagok közül. Az értékek 18 perc után érik el a platót 1290 m² és 1350 m² között.
5A teljesfüsttermelés (TSP) a tűz teljes időtartama alatt keletkező füst teljes mennyiségét írja le (az ISO 5660-1 szabvány szerint)
Összefoglaló
A TCC 918 kúpkaloriméterrel ( TCC 918 ) végzett mérések egyértelműen reprodukálható különbségeket mutatnak a vizsgált szigetelőanyagok tűzzel szembeni viselkedésében.
Az olyan mennyiségi paraméterek, mint a gyulladási idő, a hőfelszabadulási sebesség, a tűznövekedés intenzitása és a füstfejlődés egyértelműen jellemezhető és közvetlenül összehasonlítható a gyúlékonyság, a tűzdinamika és a füst viselkedése.
Az eredmények egyértelműen bizonyítják a különböző anyagformulák hatását, és szilárd alapot nyújtanak az anyagfejlesztéshez, a formulák optimalizálásához és az ellenőrzött laboratóriumi környezetben végzett összehasonlító vizsgálatokhoz.