TCC 918 Kegelcalorimeter - Reactie van vuur op hout

Inleiding

Moderne bouwvoorschriften en veiligheidsnormen vereisen dat bouwmaterialen niet alleen constructief veilig zijn, maar ook brandveilig. Hout, een beproefd bouwmateriaal, biedt veel voordelen, maar brengt ook risico's met zich mee omdat het kan ontbranden door small warmtebronnen zoals vonken, waarbij rookgassen vrijkomen.

Omdat rookinhalatie de meest voorkomende doodsoorzaak is bij brand en dichte rook de oriëntatie en ontsnapping bemoeilijkt, is het essentieel om het brandgedrag en de rookontwikkeling van hout te analyseren.

Uitgebreide brandtesten en certificering zijn nodig om de geschiktheid van hout als bouwmateriaal vanuit dit oogpunt te bevestigen.

Meetomstandigheden

Om de reactie op vuur te onderzoeken, werden specimens van sparrenhout (100 x 100 x 17 mm³) getest in de NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter. Dit apparaat registreert de warmteafgiftesnelheid (HRR), het massaverlies en de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid en samenstelling van de resulterende rookgassen.

De houtmonsters werden op een horizontale monsterhouder geplaatst die op een meetcel was gemonteerd om het massaverlies tijdens de meting continu te registreren. Een elektrische verwarmingskegel verwarmde de monsters van bovenaf en startte de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van het hout. Zodra er voldoende pyrolysegassen waren vrijgekomen, werden ze ontstoken door een vonkontsteker. De resulterende verbrandingsgassen stroomden door de verwarmingskegel en werden opgevangen door een uitlaatsysteem.

Het massadebiet, de temperatuur van het rookgas en de concentraties van O₂, CO₂ en CO werden continu gemeten in het uitlaatsysteem. Daarnaast werd de rookdichtheid bepaald door de transmissie van laserlicht. De gasanalysator (Siemens Oxymat/Ultramat) werd voor de metingen gekalibreerd en de ^C-factor1 werd gecontroleerd met een methaanbrander. De meetomstandigheden zijn samengevat in tabel 1.

Na het verwarmen van de verwarmingsconus werd de sluiter gesloten en werd de geprepareerde monsterhouder op de bodemplaat geplaatst. De meting werd gestart door het automatisch openen van de sluiter en de vrijgekomen gassen werden ontstoken door het automatische ontstekingssysteem. Figuur 2 toont de monstervoorbereiding en de meetopstelling.

^1DeC-factor is een belangrijke kalibratieparameter in de conuscalorimetrie, gedefinieerd in overeenstemming met ISO 5660-1. Hij dient als constante voor de nauwkeurige kalibratie. Hij dient als constante voor de nauwkeurige bepaling van de warmteafgiftesnelheid (HRR) door de relatie vast te stellen tussen het signaal van de zuurstofanalysator en de werkelijk afgegeven warmte-energie.

Tabel 1: Meetomstandigheden

Meetresultaten

Figuur 3 toont het massaverlies van de drie houtmonsters in de loop van de tijd tijdens de verbranding. Onmiddellijk na de ontsteking treedt een snel massaverlies op door de verbranding van vluchtige componenten zoals water en zeer brandbare organische stoffen. Nadat de vlam is gedoofd, begint een langzaam gloeiproces, wat resulteert in een kleiner, continu massaverlies.

Figuur 4 toont het verloop van de warmteafgiftesnelheid (HRR⁾² van de proefstukken. Onmiddellijk na ontsteking stijgt de HRR van alle monsters sterk en bereikt een maximum bij ongeveer 170 ^kW/m2. Naarmate de licht ontvlambare componenten worden verbruikt, daalt de HRR aanzienlijk, wat duidt op een minder intense verbranding. Dit geeft ook aan dat de vluchtige stoffen grotendeels zijn verbruikt en dat de verbranding van de vaste residuen (houtskool) dominant is. Een verdere stijging van de HRR vlak voordat de vlam wordt gedoofd, is typisch voor hout en wordt veroorzaakt door het uiteenvallen van de houtskoollaag, waarbij meer vluchtige componenten vrijkomen die vervolgens worden verbrand. Na ongeveer 20 minuten stabiliseren de waarden op een lager niveau. Dit geeft aan dat het meeste brandbare materiaal opgebruikt is, waardoor er voornamelijk verkoolde resten overblijven. Deze residuen blijven langzaam en gelijkmatig branden, wat resulteert in een aanhoudende maar lage warmteafgifte.

² De warmteafgiftesnelheid (HRR) is een maat voor de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid vrijkomt tijdens de verbranding van een materiaal(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/nl/products/fire-testing/tcc-918)

Een ander belangrijk aspect van de analyse is de rookontwikkeling, die wordt bepaald door de transmissie te meten. Een afname van de transmissie wijst op een toename van de rookdichtheid. Figuur 5 illustreert de rookmetingen van de monsters en benadrukt de correlatie tussen rookproductie en warmteafgifte. Aanvankelijk is er een uitgesproken maximum in de rookproductiesnelheid (SPR), wat wijst op een snelle ontsteking en het vrijkomen van large hoeveelheden brandbare gassen en deeltjes. Deze initiële piek neemt echter snel af, wat kenmerkend is voor de verbranding van vluchtige componenten die snel tot rookvorming leiden.

De resultaten bieden waardevolle inzichten in de complexe verbrandingsprocessen van hout, vooral wat betreft massaverlies, warmteafgifte en rookvorming.

De verschillen tussen de monsters zijn klein en kunnen worden verklaard door natuurlijke variaties in het hout, zoals verschillen in structuur, vocht of DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid.

Samenvatting

Samengevat is hout een waardevol en veelzijdig bouwmateriaal met een natuurlijk uiterlijk, duurzaamheid en mechanische sterkte. De brandwerendheid van hout wordt verbeterd door de vorming van een houtskoollaag die de interne structuur van het hout isoleert en de verbranding vertraagt. Deze houtskoollaag draagt bij aan de dimensiestabiliteit en sterkte van houten onderdelen, waardoor houten gebouwen bij brand langer structureel stabiel blijven dan veel andere materialen.

De lage Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van hout vermindert de warmteverspreiding, wat de dimensiestabiliteit en sterkte van de onderdelen ondersteunt. Als gevolg van deze eigenschappen blijft de structuur van houten gebouwen langer intact in geval van brand, wat het gezegde onder brandweerlieden verklaart dat 'hout veilig brandt'. Het is echter van vitaal belang dat de brandwerendheid van hout verder wordt onderzocht en geoptimaliseerd om de veiligheid en levensduur van houten constructies in de moderne bouw te garanderen.