はじめに
断熱材は、建築業界におけるファサード建設において重要な役割を果たす：断熱材は、屋内と屋外の間の熱、寒さ、音、場合によっては湿気の伝達を低減します。これにより、建物のエネルギー消費量を削減し、室内気候をより安定させ、居住快適性を大幅に向上させることができます。
断熱材は何に使われるのか？
- 断熱：冬の熱損失を最小限に抑え、夏の過熱を防ぐ。
- 防湿：ある種の素材は湿気を調整し、結露を防ぐ。
- 遮音：断熱材が空気伝搬音や衝撃音を低減
- 防火：一部の断熱材は、火災に対するバリアとして機能したり、延焼を遅らせたりする。
断熱材は建物のエネルギー効率、防音、防湿、防火に大きく貢献している。熱性能に加え、火災時の挙動は延焼、煙の発生、避難の安全性に大きな影響を与えるため、ますます重要になってきている。
ISO 5660-1に準拠したTCC 918 コーン熱量計（図1）は、定義された熱影響下における材料の火災挙動を定量的に評価するための確立された試験方法である。
このアプリケーションノートでは、NETZSCH TCC 918 コーン熱量計を用いて、様々な断熱材の試験と比較を行います。
測定条件
配合と色の異なる5種類の断熱材（白、赤、グレーの3色）をTCC 918 コーン熱量計で試験し、火災の挙動を調べた。
この装置は、熱放出率（HRR）、着火までの時間（TOI）、総発煙量（TSP）など、さまざまなパラメーターを記録する。また、火災の進展を予測することもできる。
すべての試験は、直接的かつ有意義な比較可能性を確保するため、ISO 5660-1に従って同一の条件下で実施された。
調査した各断熱材（図2）は、個々の試料を用いて繰り返し測定された。
試験範囲の詳細を表1に、測定条件を表2に示す。各種絶縁材料の各試料は、同一条件下で独立に測定された。
試験室内の環境条件は、一連の試験全体を通して、おおよそ温度24～25℃、相対湿度22～23％と安定していた。
表1 試料の範囲
| メーカーID | 色 | 測定試料数 |
|---|---|---|
| 試料W | 白 | 4 |
| 試料R | 赤 | 3 |
| 試料G4 | 灰色1 | 3 |
| 試料G5 | 灰色2 | 3 |
| 試料G6 | 灰色2 | 3 |
表2：測定条件
| 試料ホルダー | 水平 |
| 熱流量 | 25kW/m2 |
| 公称流量 | 24.0 l/s |
| コーンヒーターまでの距離 | 25 mm |
測定結果と比較概要
このセクションで示されるすべての結論は、測定された個々の試料の結果のみに基づいている。
発火挙動
発火時間(TOI1)は、規定されたレベルの熱にさらされたときに、材料がどの程度早く発火するかを評価するものである。試料は25 kW/m²の一定熱放射にさらされた。照射開始から最初に目に見える炎が現れるまでの時間を着火時間と定義します。このタイムスタンプは、コーン熱量計ソフトウェアの評価でTOI値として直接表示されます。
着火時間が短いということは、その材料が非常に可燃性が高く、エネルギーを吸収して素早く発熱し、その結果、ガス状の熱分解生成物が早期に着火することを示しています。より難燃性の材料は、熱分解に より多くのエネルギーを必要とするため、着火が 遅くなる。
試験したすべての材料において、着火挙動には明確で一貫した違いがある。比較は図3にある。
- 調査した試料のうち、白色は着火時間が最も短く、熱放射に対する抵抗が最も低い。その結果、平均着火時間は414秒となった。
- 赤色変種は平均的な着火抵抗を持ち、白色変種より着火が遅いが、灰色変種より早く着火する。ここでの平均点火時間は599秒である。
- 灰色の変種は一貫して最も長い点火時間を示す。計算された平均着火時間は862秒で、適用された熱流に対する抵抗が増加したことを示している。
つまり、灰色の材料は、印加された熱放射に対して最も高い抵抗を示す。
1着火までの時間（TOI）とは、ある材料で火炎燃焼が起こるまでの時間を定義したもの。(NTA_Cone_Calorimeter_ja_web.pdf, p.7）。
熱放出率と火災の発生
熱放出率 (HRR2) は、火災の強度を評価するために使用される重要なパラメータの 1 つです。これは火災の原動力と見なされ、HRR が高いほど燃焼性が高く、潜在的な火災の危険性が高くなります。
ピーク熱放出率 (ピーク HRR) は、材料が最も多くの熱を放出する瞬間を示すもので、火災の急速かつ強烈な延焼につながるため、緊急時には特に危険です。
ピークHRRによって、異なる素材や配合間の比較を明確かつ簡単に行うことができます。
図4から図6に、さまざまな断熱材の熱放出率測定曲線を示します。
2熱放出率（HRR）とは、材料の燃焼中に単位時間当たりに放出される熱量の尺度である。(NTA_Fire_Testing_Systems_ja_web.pdf p. 6)
表3は、様々な断熱材の最大熱放出率（ピークHRR3）を示している。
比較可能性を高めるため、各材料のピークHRRの平均値を算出した。
この結果から以下の結論が導かれる：
- 白色系： 約 572 kW/m² → 非常に高い火災強度
- 赤色系：約306 kW/m² → 平均から非常に高い火災強度
- 灰色系： 約289 kW/m² → 平均的な火災強度
このように、白色材料は着火後に最も強い熱放出を示し、灰色材料はピークHRR値が低いという特徴があります。
3Peak-HRR- 最大熱放出率 (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
表3：ピークHRRの比較
| グループID | 色 | ピークHRR値 (kW/m²) | ピーク-HRR範囲 (kW/m²) | 平均ピークHRR (kW/m²) | 観測された火災強度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 試料W | ホワイト | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | 非常に高い |
| 試料R | 赤 | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | 平均～高 |
| 試料 G4 | 灰色1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | 平均 |
| 試料 G5 | 灰色2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | 平均 |
| 試料 G6 | 灰色2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | 平均 |
火災の成長強度
最大平均熱放出率（MARHE4）は、試験中の最大熱放出を時間的に平滑化したものであるため、火災の成長強度の違いを示しており、異なる材料の火災挙動を比較することが可能です。
図7は、異なる材料試料のMARHE値（最大平均熱放出率）を、白、赤、グレーの色で区別して示しています。値は縦棒で示され、各棒の下には対応する試料名が示されています。MARHE値は、火災試験全体における最大平均熱放出を示します。
4MARHE- 値（最大平均熱放出率）は、ISO 5660-1に従ったコーン熱量計による試験中に測定された最大熱放出率です。
解釈
- 白色カテゴリの試料は、主に76.7 kW/m²～90 kW/m²のMARHE値を示す。
- いくつかの試料は80 kW/m²以上の値を示し、そのうちの2つは90 kW/m²に近い。
→ 白色の材料はMARHE値が最も高く、最も危機的な火災挙動を示し、これは高いピークHRR値に対応し、急速な火災の発生を示す。
- 赤色カテゴリの試料は中間の範囲にあり、大きなばらつきを示す：値： 56.5 kW/m²、37.7 kW/m²、57.6 kW/m²。
→ 赤色の試料は中程度の火災挙動を示し、試料によって多少のばらつきがある。
- 灰色カテゴリの試料は、ほとんどがMARHE値が最も低いが、2つの異常値もある。
- 主な範囲は39～60kW/m²である。
→ 灰色の試料は、ほとんどがMARHE値が最も低く、火災の成長がより抑制されていることを示している。
煙の発達
全発煙量（TSP5）は、ISO 5660-1に従ったコーン熱量計試験中に放出される煙の総量を表し、煙の挙動を評価するための重要なパラメータです。
全発煙量は配合によって大きく異なる（図8～10）。
- すべての灰色材料は約25分後に最終的なプラトーに達し、一般的な値は1650 m²～1950 m²です。
- 白色材料は中程度の総発煙量を示し、その値は1450 m²～1650 m²です。最終的なプラトーは15分後に到達します。
- 赤色系は、試験した全素材の中で最も低い総発煙量を示します。その値は、1290 m²～1350 m²の間で18分後にプラトーに達する。
5総発煙量（TSP）は、火災の全時間にわたって発生した煙の総量を表します（ISO 5660-1による）。
概要
TCC 918 錐体熱量計TCC 918 を用いて実施した測定では、調査した断熱材料の火災挙動に再現性のある違いがはっきりと示されました。
着火時間、熱放出率、火災拡大の強さ、煙の発生などの定量的パラメータを使用することで、燃焼性、火災力学、煙の挙動を明確に特徴付け、直接比較することができます。
この結果は、様々な材料配合の影響を明確に示し、制御された実験室環境における材料開発、配合の最適化、およびベンチマーキングのための強固な基盤を提供します。