Introduzione
I materiali isolanti svolgono un ruolo fondamentale nella costruzione di facciate nell'industria edilizia: Riducono il trasferimento di calore, freddo, suono e, in alcuni casi, umidità tra ambienti interni ed esterni. Ciò riduce il consumo energetico dell'edificio, mantiene il clima interno più stabile e aumenta notevolmente il comfort abitativo.
A cosa servono i materiali isolanti?
- Isolamento termico: Riduce al minimo la perdita di calore in inverno e previene il surriscaldamento in estate.
- Protezione dall'umidità: Alcuni materiali regolano l'umidità e prevengono la condensa
- Isolamento acustico: I materiali isolanti riducono i rumori aerei e da impatto
- Protezione antincendio: Alcuni materiali isolanti fungono da barriera contro il fuoco o ne ritardano la propagazione.
I materiali isolanti contribuiscono in modo significativo all'efficienza energetica, alla protezione acustica e dall'umidità e alla sicurezza antincendio degli edifici. Oltre alle prestazioni termiche, il comportamento al fuoco sta diventando sempre più importante, in quanto ha un impatto significativo sulla diffusione dell'incendio, sullo sviluppo del fumo e sulla sicurezza dell'evacuazione.
Il calorimetro a cono TCC 918 (figura 1), conforme alla norma ISO 5660-1, è un metodo di prova consolidato per la valutazione quantitativa del comportamento al fuoco dei materiali in presenza di effetti termici definiti.
In questa nota applicativa vengono testate e confrontate diverse varianti di materiali isolanti utilizzando il calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 .
Condizioni di misura
Cinque varianti di isolamento con formulazioni e colori diversi (bianco, rosso e tre tonalità di grigio) sono state testate nel calorimetro a cono TCC 918 per studiare il comportamento al fuoco.
Questo dispositivo registra vari parametri, tra cui il tasso di rilascio di calore (HRR), il tempo di accensione (TOI) e la produzione totale di fumo (TSP). Consente inoltre di fare previsioni sullo sviluppo dell'incendio.
Tutti i test sono stati eseguiti in condizioni identiche, in conformità alla norma ISO 5660-1, per garantire una comparabilità diretta e significativa.
Ciascuno dei materiali isolanti analizzati (figura 2) è stato misurato ripetutamente utilizzando singoli campioni.
La tabella 1 illustra in dettaglio la portata dei test e la tabella 2 elenca le condizioni di misurazione. Ogni campione dei vari materiali isolanti è stato misurato in modo indipendente e in condizioni identiche.
Le condizioni ambientali del laboratorio sono rimaste stabili per tutta la serie di test, con una temperatura approssimativa di 24-25°C e un'umidità relativa del 22-23%.
Tabella 1: Ambito dei campioni di prova
| ID produttore | Colore | Numero di campioni misurati |
|---|---|---|
| Campione W | bianco | 4 |
| Campione R | rosso | 3 |
| Campione G4 | grigio1 | 3 |
| Campione G5 | grigio2 | 3 |
| Campione G6 | grigio2 | 3 |
Tabella 2: Condizioni di misura
| Supporto del campione | Orizzontale |
| Flusso di calore | 25 kW/m2 |
| Portata nominale | 24.0 l/s |
| Distanza dal riscaldatore a cono | 25 mm |
Risultati delle misurazioni e panoramiche comparative
Tutte le conclusioni presentate in questa sezione si basano esclusivamente sui risultati dei singoli campioni misurati.
Comportamento di accensione
Il tempo di accensione (TOI1) valuta la velocità con cui un materiale si incendia quando viene esposto a un determinato livello di calore. Il campione è stato esposto a una radiazione termica costante di 25 kW/m². L'intervallo di tempo che intercorre tra l'inizio dell'irraggiamento e la prima comparsa visibile di fiamme è definito come tempo di accensione. Questo tempo viene mostrato direttamente nella valutazione del software del calorimetro a cono come valore TOI.
Un tempo di accensione breve indica che il materiale è altamente infiammabile e assorbe energia e si riscalda rapidamente, con conseguente accensione precoce dei prodotti di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi gassosi. I materiali più resistenti alla fiamma richiedono più energia per riscaldarsi e subire la PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi, con conseguente accensione ritardata.
Tra tutti i materiali testati, si nota una chiara e coerente differenziazione nel comportamento di accensione. Un confronto è riportato nella figura 3.
- La variante bianca dei campioni analizzati presenta i tempi di accensione più brevi e quindi la minore resistenza alla radiazione termica. Il risultato è un tempo medio di accensione di 414 s.
- La variante rossa presenta una resistenza media all'accensione, accendendosi più tardi della variante bianca ma prima delle varianti grigie. Il tempo medio di accensione è di 599 s.
- Le varianti grigie mostrano costantemente i tempi di accensione più lunghi. Il tempo medio di accensione calcolato è di 862 s, il che indica una maggiore resistenza al flusso di calore applicato.
Ciò significa che i materiali grigi mostrano la maggiore resistenza alla radiazione termica applicata.
1Iltempo di accensione (TOI) definisce la rapidità con cui si verifica la combustione di un materiale. (NTA_Cone_Calorimetro_it_web.pdf, pag. 7).
Intensità del rilascio di calore e sviluppo dell'incendio
Il tasso di rilascio di calore (HRR2) è uno dei parametri chiave utilizzati per valutare l'intensità dell'incendio. È considerata la forza trainante di un incendio: maggiore è l'HRR, maggiore è l'infiammabilità e il potenziale pericolo di incendio.
Il tasso di rilascio di calore di picco (HRR di picco) indica il momento in cui un materiale rilascia la maggior quantità di calore, che è particolarmente pericoloso in caso di emergenza in quanto contribuisce alla diffusione dell'incendio in modo rapido e intenso.
L'HRR di picco consente di effettuare confronti chiari e semplici tra diversi materiali e formulazioni.
Le figure da 4 a 6 mostrano le curve di misurazione del tasso di rilascio di calore per diversi materiali isolanti.
2Iltasso di rilascio di calore (HRR) è una misura della quantità di calore rilasciata per unità di tempo durante la combustione di un materiale. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf p. 6)
La tabella 3 mostra i tassi massimi di rilascio di calore (HRR3 di picco) dei vari materiali isolanti.
Per migliorare la comparabilità, sono stati calcolati i valori medi di HRR di picco per ogni variante di materiale.
Dai risultati si possono trarre le seguenti conclusioni:
- variante bianca: circa 572 kW/m² → intensità di incendio molto elevata
- variante rossa: circa 306 kW/m² → intensità di fuoco da media a molto alta
- variante grigia: circa 289 kW/m² → intensità di fuoco media
Pertanto, i materiali bianchi mostrano il rilascio di calore più intenso dopo l'accensione, mentre le varianti grigie sono caratterizzate da valori di picco HRR inferiori.
3Peak-HRR- Massimo tasso di rilascio di calore (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabella 3: confronto del picco di HRR
| gruppo ID | Colore | Valori di picco HRR (kW/m²) | Intervallo picco-HRR (kW/m²) | Picco-HRR medio (kW/m²) | Intensità del fuoco osservata |
|---|---|---|---|---|---|
| Campione W | bianco | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Molto alto |
| Campione R | rosso | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Da media a alta |
| Campione G4 | grigio1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Media |
| Campione G5 | grigio2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Media |
| Campione G6 | grigio2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Media |
Intensità di crescita dell'incendio
Il tasso medio massimo di emissione di calore (MARHE4) illustra le differenze nell'intensità di crescita dell'incendio, poiché rappresenta il massimo rilascio di calore nel tempo durante la prova, consentendo di confrontare il comportamento al fuoco di diversi materiali.
La Figura 7 mostra i valori MARHE (tasso medio massimo di emissione di calore) dei diversi campioni di materiale, differenziati per colore: bianco, rosso e grigio. I valori sono riportati sotto forma di barre verticali, con la designazione del campione corrispondente sotto ogni barra. I valori MARHE indicano il massimo rilascio medio di calore durante l'intera prova di incendio.
4MARHE- Valore, (Max. Average Rate of Heat Emission) è il massimo tasso di rilascio di calore determinato durante un test con il calorimetro a cono secondo la norma ISO 5660-1.
Interpretazione
- I campioni della categoria bianca mostrano prevalentemente valori MARHE, compresi tra 76,7 kW/m² e 90 kW/m²
- Diversi campioni mostrano valori superiori a 80 kW/m², due di essi addirittura vicini a 90 kW/m².
→ I materiali bianchi presentano i valori MARHE più elevati, che rappresentano il comportamento più critico dell'incendio, che corrisponde ai valori HRR di picco elevati e indica un rapido sviluppo dell'incendio.
- I campioni della categoria rossa si collocano nella fascia media e mostrano variazioni significative: Valori: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ I campioni rossi mostrano un comportamento al fuoco moderatamente elevato, con alcune variazioni da un campione all'altro.
- I campioni della categoria grigia presentano per lo più i valori MARHE più bassi, ma ci sono anche due valori anomali.
- L'intervallo principale è compreso tra 39 e 60 kW/m².
→ I campioni grigi hanno per lo più i valori MARHE più bassi, il che indica una crescita più controllata dell'incendio.
Sviluppo del fumo
Lo sviluppo totale di fumo (TSP5) descrive la quantità totale di fumo rilasciata durante il test al calorimetro a cono secondo la norma ISO 5660-1 ed è un parametro fondamentale per valutare il comportamento del fumo.
Lo sviluppo totale di fumo differisce significativamente tra le formulazioni (Figure da 8 a 10).
- Tutti i materiali grigi raggiungono il loro plateau finale dopo circa 25 minuti, con valori tipici compresi tra 1650 e 1950 m².
- I materiali bianchi mostrano una moderata produzione di fumo totale, con valori compresi tra 1450 m² e 1650 m². Il plateau finale viene raggiunto già dopo 15 minuti.
- Le varianti rosse presentano la produzione totale di fumo più bassa di tutti i materiali testati. I valori raggiungono il loro plateau dopo 18 minuti tra 1290 m² e 1350 m².
5Laproduzionetotaledi fumo (TSP) descrive la quantità totale di fumo prodotta per l'intera durata dell'incendio (secondo la norma ISO 5660-1)
Sintesi
Le misure effettuate con il calorimetro a cono TCC 918 TCC 918 mostrano chiaramente differenze riproducibili nel comportamento al fuoco dei materiali isolanti esaminati.
Parametri quantitativi come il tempo di accensione, il tasso di rilascio del calore, l'intensità di crescita dell'incendio e lo sviluppo del fumo possono essere utilizzati per caratterizzare chiaramente e confrontare direttamente l'infiammabilità, la dinamica dell'incendio e il comportamento del fumo.
I risultati dimostrano chiaramente l'impatto delle varie formulazioni dei materiali e offrono una solida base per lo sviluppo dei materiali, l'ottimizzazione delle formulazioni e il benchmarking in un ambiente di laboratorio controllato.