TCC 918 Calorimetro a cono - Reazione del fuoco al legno

Introduzione

I moderni regolamenti edilizi e gli standard di sicurezza richiedono che i materiali da costruzione siano non solo strutturalmente sicuri, ma anche sicuri dal punto di vista del fuoco. Il legno, un materiale da costruzione collaudato, offre molti vantaggi, ma comporta anche dei rischi in quanto può essere incendiato da small fonti di calore come le scintille, rilasciando gas di fumo.

Poiché l'inalazione di fumo è la causa più comune di morte negli incendi e il fumo denso rende difficile l'orientamento e la fuga, è essenziale analizzare il comportamento al fuoco e l'emissione di fumo del legno.

Per confermare l'idoneità del legno come materiale da costruzione da questo punto di vista, sono necessari test antincendio approfonditi e certificazioni.

Condizioni di misura

Per studiare la reazione al fuoco, i campioni di legno di abete rosso (100 x 100 x 17 mm³) sono stati testati nel calorimetro a cono NETZSCH TCC 918 . Questo dispositivo registra il tasso di rilascio di calore (HRR), la perdita di massa e la composizione dei gas di scarico risultanti. Questo dispositivo registra il tasso di rilascio di calore (HRR), la perdita di massa, la densità e la composizione dei gas di scarico risultanti.

I campioni di legno sono stati posizionati su un portacampioni orizzontale montato su una cella di carico per registrare continuamente la perdita di massa durante la misurazione. Un cono di riscaldamento elettrico ha riscaldato i campioni dall'alto e ha avviato la PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi del legno. Una volta rilasciata una quantità sufficiente di gas di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi, l'accensione è stata fornita da un accenditore a scintilla. I gas di combustione risultanti attraversavano il cono di riscaldamento e venivano raccolti da un sistema di scarico.

La portata massica, la temperatura dei gas di scarico e le concentrazioni di O₂, CO₂ e CO sono state misurate continuamente nel sistema di scarico. Inoltre, la densità dei fumi è stata determinata mediante la trasmissione della luce laser. L'analizzatore di gas (Siemens Oxymat/Ultramat) è stato calibrato prima delle misurazioni e il fattore ^C1 è stato controllato utilizzando un bruciatore di metano. Le condizioni di misurazione sono riassunte nella Tabella 1.

Dopo aver riscaldato il cono di riscaldamento, l'otturatore è stato chiuso e il portacampioni preparato è stato posizionato sulla piastra di base. La misurazione è stata avviata con l'apertura automatica dell'otturatore e i gas rilasciati sono stati accesi dal sistema di accensione automatica. La Figura 2 mostra la preparazione del campione e l'impostazione della misura.

^1Ilfattore C è un parametro di calibrazione fondamentale nella calorimetria a cono, definito in conformità alla norma ISO 5660-1. Serve come costante per l'accuratezza della misurazione. Serve come costante per la determinazione accurata del tasso di rilascio di calore (HRR) stabilendo la relazione tra il segnale dell'analizzatore di ossigeno e l'effettiva energia termica rilasciata.

Tabella 1: Condizioni di misura

Risultati della misurazione

La Figura 3 mostra la perdita di massa dei tre campioni di legno nel tempo durante la combustione. Subito dopo l'accensione, si verifica una rapida perdita di massa dovuta alla combustione di componenti volatili come l'acqua e le sostanze organiche altamente combustibili. Dopo lo spegnimento della fiamma, inizia un lento processo di incandescenza, che porta a una perdita di massa minore e continua.

La Figura 4 mostra l'andamento del tasso di rilascio di calore (HRR⁾² dei campioni. Subito dopo l'accensione, l'HRR di tutti i campioni aumenta bruscamente e raggiunge un massimo a circa 170 ^kW/m2. Man mano che i componenti altamente infiammabili vengono consumati, l'HRR diminuisce significativamente, indicando una combustione meno intensa. Ciò indica anche che i volatili sono stati in gran parte consumati e che la combustione dei residui solidi (carbone) è dominante. Un ulteriore aumento dell'HRR poco prima dello spegnimento della fiamma è tipico del legno ed è causato dalla rottura dello strato di carbone, che rilascia altri componenti volatili che vengono poi bruciati. Dopo circa 20 minuti, i valori si stabilizzano a un livello inferiore. Ciò indica che la maggior parte del materiale combustibile è stato consumato, lasciando principalmente residui carbonizzati. Questi residui continuano a bruciare lentamente e in modo uniforme, dando luogo a un rilascio di calore sostenuto ma contenuto.

² Il tasso di rilascio di calore (HRR) è una misura della quantità di calore rilasciata per unità di tempo durante la combustione di un materiale(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)

Un altro aspetto fondamentale dell'analisi è la generazione di fumo, che viene determinata misurando la trasmissione. Una diminuzione della trasmissione indica un aumento della densità del fumo. La Figura 5 illustra le misurazioni del fumo dei campioni ed evidenzia la correlazione tra produzione di fumo e rilascio di calore. Inizialmente, il tasso di produzione di fumo (SPR) presenta un picco pronunciato, che indica una rapida accensione e il rilascio di large quantità di gas e particelle combustibili. Tuttavia, questo picco iniziale diminuisce rapidamente, il che è caratteristico della combustione di componenti volatili che portano rapidamente alla formazione di fumo.

I risultati forniscono preziose indicazioni sui complessi processi di combustione del legno, in particolare in termini di perdita di massa, rilascio di calore e formazione di fumo.

Le differenze tra i campioni sono minime e possono essere spiegate dalle variazioni naturali del legno, come le differenze di struttura, umidità o densità.

Sintesi

In sintesi, il legno è un materiale da costruzione prezioso e versatile, con un aspetto naturale, sostenibilità e resistenza meccanica. La resistenza al fuoco del legno è migliorata dalla formazione di uno strato di carbone che isola la struttura interna del legno e rallenta la combustione. Questo strato di carbone contribuisce alla stabilità dimensionale e alla resistenza dei componenti in legno, consentendo agli edifici in legno di rimanere strutturalmente stabili in caso di incendio più a lungo di molti altri materiali.

La bassa conducibilità termica del legno riduce la dissipazione del calore, favorendo la stabilità dimensionale e la resistenza dei componenti. Grazie a queste proprietà, la struttura degli edifici in legno rimane intatta più a lungo in caso di incendio, il che spiega il detto dei vigili del fuoco secondo cui "il legno brucia in modo sicuro". Tuttavia, è fondamentale che la resistenza al fuoco del legno venga ulteriormente studiata e ottimizzata per garantire la sicurezza e la longevità delle strutture in legno nell'edilizia moderna.