Introducere
Materialele izolante joacă un rol esențial în construcția fațadelor în industria construcțiilor: Acestea reduc transferul de căldură, frig, sunet și, în unele cazuri, umiditate între zonele interioare și exterioare. Acest lucru reduce consumul de energie al unei clădiri, menține climatul interior mai stabil și crește semnificativ confortul de locuit.
Pentru ce sunt utilizate materialele izolante?
- Izolare termică: Minimizează pierderea de căldură iarna și previne supraîncălzirea vara
- Protecția împotriva umezelii: Anumite materiale reglează umezeala și previn condensul
- Izolarea fonică: Materialele izolante reduc zgomotul aerian și de impact
- Protecția împotriva incendiilor: Unele materiale izolante acționează ca o barieră împotriva incendiilor sau întârzie propagarea acestora.
Materialele izolante contribuie în mod semnificativ la eficiența energetică, la protecția împotriva zgomotului și a umezelii, precum și la siguranța la incendiu a clădirilor. În plus față de performanța termică, comportamentul la foc devine din ce în ce mai important, deoarece are un impact semnificativ asupra răspândirii focului, a dezvoltării fumului și a siguranței evacuării.
Calorimetrul cu con TCC 918 (figura 1) în conformitate cu ISO 5660-1 este o metodă de testare stabilită pentru evaluarea cantitativă a comportamentului la foc al materialelor sub efecte termice definite.
În această notă de aplicare, sunt testate și comparate diferite variante de materiale izolante utilizând calorimetrul cu con NETZSCH TCC 918 .
Condiții de măsurare
Cinci variante de izolație cu formulări și culori diferite (alb, roșu și trei nuanțe de gri) au fost testate în calorimetrul cu con TCC 918 pentru a studia comportamentul la foc.
Acest dispozitiv înregistrează diverși parametri, inclusiv rata de eliberare a căldurii (HRR), timpul până la aprindere (TOI) și producția totală de fum (TSP). De asemenea, permite realizarea de previziuni cu privire la evoluția incendiului.
Toate testele au fost efectuate în condiții identice, în conformitate cu ISO 5660-1, pentru a asigura o comparabilitate directă și semnificativă.
Fiecare dintre materialele izolante studiate (figura 2) a fost măsurat în mod repetat folosind probe individuale.
Domeniul de aplicare al testelor este detaliat în tabelul 1, iar condițiile de măsurare sunt enumerate în tabelul 2. Fiecare eșantion din diferitele materiale izolante a fost măsurat independent și în condiții identice.
Condițiile de mediu din laborator au rămas stabile pe parcursul întregii serii de teste, cu o temperatură aproximativă de 24-25°C și o umiditate relativă de 22-23%.
Tabelul 1: Domeniul de aplicare al eșantioanelor de testare
| ID producător | Culoare | Numărul de eșantioane măsurate |
|---|---|---|
| Eșantion W | alb | 4 |
| Proba R | roșu | 3 |
| Mostră G4 | gri1 | 3 |
| Proba G5 | gri2 | 3 |
| Mostră G6 | gri2 | 3 |
Tabelul 2: Condiții de măsurare
| Suport de probă | Orizontal |
| Flux de căldură | 25 kW/m2 |
| Debit nominal | 24.0 l/s |
| Distanța până la încălzitorul conic | 25 mm |
Rezultate ale măsurătorilor și sinteze comparative
Toate concluziile prezentate în această secțiune se bazează exclusiv pe rezultatele probelor individuale măsurate.
Comportamentul la aprindere
Timpul de aprindere (TOI1) evaluează cât de repede se aprinde un material atunci când este expus la un nivel definit de căldură. Proba a fost expusă la o radiație termică constantă de 25 kW/m². Intervalul de timp de la începutul iradierii până la prima apariție vizibilă a flăcărilor este definit ca timp de aprindere. Acest interval de timp este indicat direct în evaluarea software-ului Calorimetrului cu Con ca valoare TOI.
Un timp de aprindere scurt indică faptul că materialul este foarte inflamabil, absoarbe energia și se încălzește rapid, ducând la aprinderea timpurie a produselor gazoase de piroliză. Materialele mai rezistente la flacără necesită mai multă energie pentru a se încălzi și a suferi PirolizaPiroliza este descompunerea termică a compușilor organici într-o atmosferă inertă.piroliza, ceea ce duce la o aprindere întârziată.
În toate materialele testate, există o diferențiere clară și consecventă a comportamentului de aprindere. O comparație poate fi găsită în figura 3.
- Varianta albă a probelor analizate are cel mai scurt timp de aprindere și, prin urmare, cea mai mică rezistență la radiația termică. Aceasta duce la un timp mediu de aprindere de 414 s.
- Varianta roșie are o rezistență medie la aprindere, aprinzându-se mai târziu decât varianta albă, dar mai devreme decât variantele gri. Timpul mediu de aprindere în acest caz este de 599 s.
- Variantele gri prezintă în mod constant cele mai lungi timpi de aprindere. Timpul mediu de aprindere calculat este de 862 s, indicând o rezistență sporită la fluxul de căldură aplicat.
Aceasta înseamnă că materialele gri prezintă cea mai mare rezistență la radiația termică aplicată.
1Timpulpână la aprindere (TOI) definește rapiditatea cu care are loc arderea într-un material. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, p. 7).
Intensitatea degajării de căldură și dezvoltarea incendiului
Rata de degajare a căldurii (HRR2) este unul dintre parametrii cheie utilizați pentru a evalua intensitatea incendiului. Aceasta este considerată forța motrice a unui incendiu: cu cât este mai mare HRR, cu atât este mai mare inflamabilitatea și pericolul potențial de incendiu.
Rata maximă de degajare a căldurii (HRR de vârf) indică momentul în care un material degajă cea mai multă căldură, ceea ce este deosebit de periculos în caz de urgență, deoarece contribuie la răspândirea rapidă și intensă a incendiului.
HRR de vârf permite realizarea unor comparații clare și simple între diferite materiale și formulări.
Figurile 4-6 prezintă curbele de măsurare a ratei de degajare a căldurii pentru diferite materiale izolante.
2Ratade eliberare a căldurii (HRR) este o măsură a cantității de căldură eliberată pe unitate de timp în timpul arderii unui material. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf p. 6)
Tabelul 3 prezintă ratele maxime de degajare a căldurii (HRR3 de vârf) ale diferitelor materiale izolante.
Pentru a îmbunătăți comparabilitatea, au fost calculate valorile medii ale HRR de vârf pentru fiecare variantă de material.
Următoarele concluzii pot fi trase din rezultate:
- varianta albă: aprox. 572 kW/m² → intensitate foarte mare a focului
- varianta roșie: aprox. 306 kW/m² → intensitate medie până la foarte mare a focului
- variante gri: aprox. 289 kW/m² → intensitate medie a focului
Astfel, materialele albe prezintă cea mai intensă degajare de căldură după aprindere, în timp ce variantele gri se caracterizează prin valori de vârf HRR mai mici.
3Peak-HRR- Rata maximă de degajare de căldură (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabelul 3: Compararea HRR de vârf
| iD grup | Culoare | Valori HRR de vârf (kW/m²) | Intervalul HRR de vârf (kW/m²) | Valoarea medie a HRR de vârf (kW/m²) | Intensitatea incendiului observată |
|---|---|---|---|---|---|
| Eșantion W | alb | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Foarte ridicat |
| Eșantion R | roșu | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | De la mediu la ridicat |
| Mostră G4 | gri1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Medie |
| Proba G5 | gri2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Medie |
| Proba G6 | gri2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Medie |
Intensitatea creșterii incendiului
Rata medie maximă de degajare a căldurii (MARHE4) ilustrează diferențele în intensitatea de creștere a incendiului, deoarece reprezintă degajarea maximă de căldură în timp în timpul testului, făcând posibilă compararea comportamentului la foc al diferitelor materiale.
Figura 7 prezintă valorile MARHE (rata medie maximă de degajare de căldură) ale diferitelor probe de material, diferențiate în funcție de culoare: alb, roșu și gri. Valorile sunt prezentate sub formă de bare verticale, cu denumirea probei corespunzătoare sub fiecare bară. Valorile MARHE indică media maximă a degajării de căldură în timpul întregului test la foc.
valoarea4MARHE(rata medie maximă de emisie de căldură) este rata maximă de degajare de căldură determinată în timpul unui test cu calorimetrul conic în conformitate cu ISO 5660-1.
Interpretare
- Eșantioanele din categoria alb prezintă predominant valori MARHE, cuprinse între 76,7 kW/m² și 90 kW/m²
- Mai multe probe prezintă valori de peste 80 kW/m², două dintre ele apropiindu-se chiar de 90 kW/m².
→ Materialele albe au cele mai mari valori MARHE, reprezentând cel mai critic comportament în caz de incendiu, care corespunde valorilor maxime ridicate ale HRR și indică o dezvoltare rapidă a incendiului.
- Eșantioanele din categoria roșie se află în intervalul mediu și prezintă variații semnificative: Valori: 5,5 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Eșantioanele din categoria roșie demonstrează o comportare la foc moderat ridicată, cu unele variații de la un eșantion la altul.
- Eșantioanele din categoria gri au în mare parte cele mai mici valori MARHE, dar există și două valori aberante.
- Intervalul principal este cuprins între 39 și 60 kW/m².
→ Eșantioanele gri au în principal cele mai mici valori MARHE, ceea ce indică o creștere mai controlată a incendiului.
Dezvoltarea fumului
Dezvoltarea totală a fumului (TSP5) descrie cantitatea totală de fum eliberat în timpul testului cu calorimetru conic în conformitate cu ISO 5660-1 și este un parametru cheie pentru evaluarea comportamentului fumului.
Dezvoltarea totală a fumului diferă semnificativ între formulări (figurile 8-10).
- Toate materialele gri ating platoul final după aproximativ 25 de minute, oferind valori tipice între 1650 m² și 1950 m².
- Materialele albe demonstrează o producție totală de fum moderată, cu valori cuprinse între 1450 m² și 1650 m². Platoul final este atins deja după 15 minute.
- Variantele roșii prezintă cea mai scăzută producție totală de fum dintre toate materialele testate. Valorile ating platoul după 18 minute între 1290 m² și 1350 m².
5Producția totalăde fum (TSP) descrie cantitatea totală de fum produsă pe întreaga durată a incendiului (în conformitate cu ISO 5660-1)
Rezumat
Măsurătorile efectuate cu calorimetrul conic TCC 918 TCC 918 arată în mod clar diferențe reproductibile în comportamentul la foc al materialelor izolante examinate.
Parametrii cantitativi precum timpul de aprindere, rata de degajare a căldurii, intensitatea creșterii focului și dezvoltarea fumului pot fi utilizați pentru a caracteriza clar și a compara direct inflamabilitatea, dinamica focului și comportamentul fumului.
Rezultatele demonstrează în mod clar impactul diferitelor formulări ale materialelor și oferă o bază solidă pentru dezvoltarea materialelor, optimizarea formulărilor și evaluarea comparativă într-un mediu de laborator controlat.