Введение
Изоляционные материалы играют ключевую роль в строительстве фасадов: Они уменьшают передачу тепла, холода, звука и, в некоторых случаях, влаги между внутренними и внешними помещениями. Это снижает энергопотребление здания, поддерживает стабильный микроклимат в помещении и значительно повышает комфорт проживания.
Для чего используются изоляционные материалы?
- Теплоизоляция: Минимизирует потери тепла зимой и предотвращает перегрев летом
- Защита от влаги: Определенные материалы регулируют влажность и предотвращают образование конденсата
- Звукоизоляция: Изоляционные материалы снижают уровень воздушного и ударного шума
- Защита от огня: Некоторые изоляционные материалы служат барьером против огня или задерживают его распространение.
Изоляционные материалы вносят значительный вклад в энергоэффективность, защиту от шума и влаги, а также в пожарную безопасность зданий. Помимо тепловых характеристик, все большее значение приобретает поведение при пожаре, поскольку оно оказывает значительное влияние на распространение огня, образование дыма и безопасность эвакуации.
Конусный калориметр TCC 918 (рис. 1) в соответствии с ISO 5660-1 - это установленный метод испытания для количественной оценки поведения материалов при пожаре в условиях определенного теплового воздействия.
В этой инструкции по применению различные варианты изоляционных материалов тестируются и сравниваются с помощью конусного калориметра NETZSCH TCC 918 .
Условия измерения
Пять вариантов изоляции с различными составами и цветами (белый, красный и три оттенка серого) были испытаны в конусном калориметре TCC 918 для изучения поведения при пожаре.
Этот прибор регистрирует различные параметры, включая скорость тепловыделения (HRR), время до воспламенения (TOI) и общее образование дыма (TSP). Он также позволяет делать прогнозы относительно развития пожара.
Все испытания проводились в идентичных условиях в соответствии с ISO 5660-1 для обеспечения прямой и значимой сопоставимости.
Каждый из исследуемых изоляционных материалов (рисунок 2) был многократно измерен на отдельных образцах.
Объем испытаний приведен в таблице 1, а условия измерений - в таблице 2. Каждый образец различных изоляционных материалов измерялся независимо и в одинаковых условиях.
Условия окружающей среды в лаборатории оставались стабильными на протяжении всей серии испытаний при температуре от 24 до 25°C и относительной влажности от 22 до 23%.
Таблица 1: Область применения образцов для испытаний
| Идентификатор производителя | Цвет | Количество измеренных образцов |
|---|---|---|
| Образец W | белый | 4 |
| Образец R | красный | 3 |
| Образец G4 | серый1 | 3 |
| Образец G5 | серый2 | 3 |
| Образец G6 | серый2 | 3 |
Таблица 2: Условия измерения
| Держатель образца | Горизонтальный |
| Тепловой поток | 25 кВт/м2 |
| Номинальный расход | 24.0 л/с |
| Расстояние до конусного нагревателя | 25 мм |
Результаты измерений и сравнительные обзоры
Все выводы, представленные в данном разделе, основаны исключительно на результатах измерений отдельных образцов.
Поведение при воспламенении
Время воспламенения (TOI1) оценивает, насколько быстро воспламеняется материал при воздействии определенного уровня тепла. Образец подвергался постоянному тепловому излучению 25 кВт/м². Время от начала облучения до первого видимого появления пламени определяется как время воспламенения. Это время непосредственно отображается в оценке программного обеспечения конического калориметра как значение TOI.
Короткое время воспламенения указывает на то, что материал является легковоспламеняющимся, быстро поглощает энергию и нагревается, что приводит к раннему воспламенению газообразных продуктов пиролиза. Более огнестойким материалам требуется больше энергии для нагрева и пиролиза, что приводит к более позднему воспламенению.
Для всех испытанных материалов характерна четкая и последовательная дифференциация в поведении при воспламенении. Сравнение представлено на рисунке 3.
- Белый вариант исследуемых образцов имеет наименьшее время воспламенения и, соответственно, наименьшее сопротивление тепловому излучению. В результате среднее время воспламенения составляет 414 с.
- Красный вариант имеет среднее сопротивление воспламенению, воспламеняется позже белого варианта, но раньше серых вариантов. Среднее время зажигания здесь составляет 599 с.
- Серые варианты постоянно демонстрируют самое длительное время зажигания. Расчетное среднее время воспламенения составляет 862 с, что указывает на повышенную устойчивость к воздействию теплового потока.
Это означает, что серые материалы демонстрируют наибольшую устойчивость к воздействию теплового излучения.
1Времявоспламенения (TOI) определяет, насколько быстро происходит пламенное горение в материале. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, стр. 7).
Интенсивность тепловыделения и развитие пожара
Скорость тепловыделения (HRR2) - один из ключевых параметров, используемых для оценки интенсивности пожара. Она считается движущей силой пожара: чем выше HRR, тем выше горючесть и потенциальная опасность пожара.
Пиковая скорость тепловыделения (пиковая HRR) указывает на момент, когда материал выделяет наибольшее количество тепла, что особенно опасно в чрезвычайных ситуациях, поскольку способствует быстрому и интенсивному распространению огня.
Пиковая HRR позволяет проводить четкие и простые сравнения между различными материалами и составами.
На рисунках 4-6 показаны кривые измерения скорости тепловыделения для различных изоляционных материалов.
2Скоростьтепловыделения (HRR) - это показатель количества тепла, выделяемого в единицу времени при горении материала. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf стр. 6)
В таблице 3 приведены максимальные скорости тепловыделения (пиковая HRR3) различных изоляционных материалов.
Для улучшения сопоставимости были рассчитаны средние значения пиковой HRR для каждого варианта материала.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
- белый вариант: ок. 572 кВт/м² → очень высокая интенсивность пожара
- красный вариант: ок. 306 кВт/м² → от средней до очень высокой интенсивности пожара
- серый вариант: около 289 кВт/м² → средняя интенсивность огня
Таким образом, белые материалы демонстрируют наиболее интенсивное тепловыделение после воспламенения, в то время как серые варианты характеризуются более низкими пиковыми значениями HRR.
3Peak-HRR- максимальная скорость тепловыделения (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Таблица 3: Сравнение пиковой ЧСС
| идентификатор группы | Цвет | Значения пикового HRR (кВт/м²) | Диапазон пиковых значений HRR (кВт/м²) | Среднее значение пикового HRR (кВт/м²) | Наблюдаемая интенсивность пожара |
|---|---|---|---|---|---|
| Образец W | белый | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Очень высокий |
| Образец R | красный | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | От среднего до высокого |
| Образец G4 | серый1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Среднее |
| Образец G5 | серый2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Среднее |
| Образец G6 | серый2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Среднее |
Интенсивность роста пожара
Максимальная средняя скорость тепловыделения (MARHE4) иллюстрирует различия в интенсивности роста огня, поскольку представляет собой сглаженное по времени максимальное тепловыделение во время испытания, что позволяет сравнивать поведение различных материалов при пожаре.
На рисунке 7 показаны значения MARHE (максимальная средняя скорость тепловыделения) для различных образцов материалов, различающихся по цвету: белый, красный и серый. Значения показаны в виде вертикальных полос, под каждой полосой указано обозначение соответствующего образца. Значения MARHE указывают на максимальное среднее выделение тепла в течение всего огневого испытания.
4MARHE- значение (макс. средняя скорость тепловыделения) - это максимальная скорость тепловыделения, определенная в ходе испытания с помощью конусного калориметра в соответствии с ISO 5660-1.
Интерпретация
- Образцы белой категории преимущественно демонстрируют значения MARHE в диапазоне от 76,7 кВт/м² до 90 кВт/м²
- Несколько образцов показывают значения выше 80 кВт/м², а два из них даже близки к 90 кВт/м².
→ Белые материалы имеют самые высокие значения MARHE, представляющие наиболее критическое поведение огня, которое соответствует высоким пиковым значениям HRR и указывает на быстрое развитие огня.
- Образцы красной категории находятся в среднем диапазоне и демонстрируют значительные колебания: Значения: 56.5 кВт/м², 37,7 кВт/м², 57,6 кВт/м².
→ Образцы красного цвета демонстрируют умеренно сильное развитие пожара, с некоторыми различиями от образца к образцу.
- Образцы серой категории в основном имеют самые низкие значения MARHE, но есть и два отклонения.
- Основной диапазон составляет от 39 до 60 кВт/м².
→ Образцы серой категории в основном имеют самые низкие значения MARHE, что указывает на более контролируемый рост пожара.
Развитие дыма
Общее развитие дыма (TSP5) описывает общее количество дыма, выделяемого во время испытания на коническом калориметре в соответствии с ISO 5660-1, и является ключевым параметром для оценки поведения дыма.
Общее развитие дыма значительно отличается между составами (рис. 8-10).
- Все серые материалы достигают конечного плато примерно через 25 минут, обеспечивая типичные значения от 1650 до 1950 м².
- Белые материалы демонстрируют умеренное общее дымообразование со значениями от 1450 м² до 1650 м². Окончательное плато достигается уже через 15 минут.
- Красные варианты демонстрируют наименьшее общее дымообразование среди всех протестированных материалов. Значения достигают своего плато через 18 минут в диапазоне от 1290 м² до 1350 м².
5Общеепроизводство дыма (TSP) описывает общее количество дыма, образующегося в течение всего времени пожара (в соответствии с ISO 5660-1)
Резюме
Измерения, проведенные с помощью конусного калориметра TCC 918 TCC 918 , четко показывают воспроизводимые различия в поведении при пожаре исследуемых изоляционных материалов.
Количественные параметры, такие как время воспламенения, скорость выделения тепла, интенсивность роста огня и развитие дыма, могут быть использованы для четкой характеристики и прямого сравнения воспламеняемости, динамики огня и поведения дыма.
Полученные результаты наглядно демонстрируют влияние различных рецептур материалов и являются надежной основой для разработки материалов, оптимизации рецептур и сравнительного анализа в контролируемых лабораторных условиях.