Giriş
Yalıtım malzemeleri, inşaat sektöründe cephe yapımında önemli bir rol oynar: İç ve dış mekanlar arasında ısı, soğuk, ses ve bazı durumlarda nem transferini azaltırlar. Bu, bir binanın enerji tüketimini azaltır, iç mekan iklimini daha dengeli tutar ve yaşam konforunu önemli ölçüde artırır.
Yalıtım malzemeleri ne için kullanılır?
- Isı yalıtımı: Kışın ısı kaybını en aza indirir ve yazın aşırı ısınmayı önler
- Nem koruması: Bazı malzemeler nemi düzenler ve yoğuşmayı önler
- Ses yalıtımı: Yalıtım malzemeleri havadan gelen ve darbe sesini azaltır
- Yangından korunma: Bazı yalıtım malzemeleri yangına karşı bir bariyer görevi görür veya yayılmasını geciktirir.
Yalıtım malzemeleri enerji verimliliğine, ses ve nem korumasına ve binaların yangın güvenliğine önemli ölçüde katkıda bulunur. Termal performansa ek olarak, yangının yayılması, duman oluşumu ve tahliye güvenliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu için yangın davranışı giderek daha önemli hale gelmektedir.
ISO 5660-1'e göre TCC 918 Koni Kalorimetresi (Şekil 1), tanımlanmış ısı etkileri altında malzemelerin yangın davranışının nicel olarak değerlendirilmesi için oluşturulmuş bir test yöntemidir.
Bu Uygulama Notunda, çeşitli yalıtım malzemesi varyantları NETZSCH TCC 918 Koni Kalorimetresi kullanılarak test edilmiş ve karşılaştırılmıştır.
Ölçüm Koşulları
Farklı formülasyonlara ve renklere (beyaz, kırmızı ve grinin üç tonu) sahip beş yalıtım çeşidi, yangın davranışını araştırmak için TCC 918 Koni Kalorimetresinde test edilmiştir.
Bu cihaz ısı salınım hızı (HRR), tutuşma süresi (TOI) ve toplam duman üretimi (TSP) gibi çeşitli parametreleri kaydetmektedir. Ayrıca yangın gelişimi hakkında tahminlerde bulunulmasını sağlar.
Tüm testler, doğrudan ve anlamlı bir karşılaştırılabilirlik sağlamak için ISO 5660-1'e uygun olarak aynı koşullar altında gerçekleştirilmiştir.
İncelenen yalıtım malzemelerinin her biri (Şekil 2) ayrı numuneler kullanılarak tekrar tekrar ölçülmüştür.
Testlerin kapsamı tablo 1'de detaylandırılmış ve ölçüm koşulları tablo 2'de listelenmiştir. Çeşitli yalıtım malzemelerinin her bir numunesi bağımsız olarak ve aynı koşullar altında ölçülmüştür.
Laboratuvardaki çevresel koşullar, yaklaşık 24 ila 25°C sıcaklık ve %22 ila 23 bağıl nem ile tüm test serisi boyunca sabit kalmıştır.
Tablo 1: Test örneklerinin kapsamı
| Üretici Kimliği | Renk | Ölçülen örnek sayısı |
|---|---|---|
| Örnek W | beyaz | 4 |
| Örnek R | kırmızı | 3 |
| Örnek G4 | gri1 | 3 |
| Örnek G5 | gri2 | 3 |
| Örnek G6 | gri2 | 3 |
Tablo 2: Ölçüm koşulları
| Örnek tutucu | Yatay |
| Isı akışı | 25 kW/m2 |
| Nominal akış hızı | 24.0 l/s |
| Koni ısıtıcıya olan mesafe | 25 mm |
Ölçüm Sonuçları ve Karşılaştırmalı Genel Bakışlar
Bu bölümde sunulan tüm sonuçlar yalnızca ölçülen münferit numunelerin sonuçlarına dayanmaktadır.
Ateşleme Davranışı
Tutuşma Süresi (TOI1), bir malzemenin belirli bir ısı seviyesine maruz kaldığında ne kadar hızlı tutuştuğunu değerlendirir. Numune 25 kW/m²'lik sabit ısı radyasyonuna maruz bırakılmıştır. Işınlamanın başlamasından alevlerin ilk görünür hale gelmesine kadar geçen süre tutuşma süresi olarak tanımlanır. Bu zaman damgası doğrudan Koni Kalorimetre yazılımının değerlendirmesinde TOI değeri olarak gösterilir.
Kısa bir tutuşma süresi, malzemenin oldukça yanıcı olduğunu ve enerjiyi emdiğini ve hızlı bir şekilde ısındığını gösterir, bu da gaz halindeki PirolizPiroliz, organik bileşiklerin inert bir atmosferde termal olarak ayrışmasıdır.piroliz ürünlerinin erken tutuşmasına neden olur. Aleve daha dayanıklı malzemelerin ısınması ve pirolize uğraması için daha fazla enerji gerekir, bu da gecikmeli bir tutuşmaya neden olur.
Test edilen tüm malzemeler arasında tutuşma davranışında açık ve tutarlı bir farklılaşma vardır. Bir karşılaştırma şekil 3'te bulunabilir.
- İncelenen numunelerin beyaz çeşidi en kısa tutuşma sürelerine ve dolayısıyla ısı radyasyonuna karşı en düşük dirence sahiptir. Bu da ortalama 414 saniyelik bir tutuşma süresiyle sonuçlanmaktadır.
- Kırmızı varyant ortalama ateşleme direncine sahiptir ve beyaz varyanttan daha geç, gri varyantlardan daha erken ateşlenir. Buradaki ortalama ateşleme süresi 599 saniyedir.
- Gri varyantlar sürekli olarak en uzun ateşleme sürelerini göstermektedir. Hesaplanan ortalama ateşleme süresi 862 saniyedir ve bu da uygulanan ısı akışına karşı direncin arttığını gösterir.
Bu, gri malzemelerin uygulanan ısı radyasyonuna karşı en yüksek direnci gösterdiği anlamına gelir.
1Tutuşmasüresi (TOI), bir malzemede alevli yanmanın ne kadar hızlı gerçekleştiğini tanımlar. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, s. 7).
Isı Salınım Yoğunluğu ve Yangın Gelişimi
Isı yayma oranı (HRR2) yangın yoğunluğunu değerlendirmek için kullanılan temel parametrelerden biridir. Bir yangının arkasındaki itici güç olarak kabul edilir: HRR ne kadar yüksekse, yanıcılık ve potansiyel yangın tehlikesi o kadar büyüktür.
Pik ısı salınım oranı (pik HRR), bir malzemenin en fazla ısıyı saldığı anı gösterir; bu da yangının hızlı ve yoğun bir şekilde yayılmasına katkıda bulunduğu için acil durumlarda özellikle tehlikelidir.
Tepe HRR, farklı malzemeler ve formülasyonlar arasında net ve basit karşılaştırmalar yapılmasını sağlar.
Şekil 4 ila 6 farklı yalıtım malzemeleri için ısı salınım hızı ölçüm eğrilerini göstermektedir.
2Isısalım oranı (HRR), bir malzemenin yanması sırasında birim zamanda salınan ısı miktarının bir ölçüsüdür. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf s. 6)
Tablo 3, çeşitli yalıtım malzemelerinin maksimum ısı salınım oranlarını (tepe HRR3) göstermektedir.
Karşılaştırılabilirliği artırmak için, her malzeme çeşidi için ortalama tepe HRR değerleri hesaplanmıştır.
Sonuçlardan aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
- beyaz varyant: yaklaşık 572 kW/m² → çok yüksek yangın yoğunluğu
- kırmızı varyant: yaklaşık 306 kW/m² → orta ila çok yüksek yangın yoğunluğu
- gri varyantlar: yaklaşık 289 kW/m² → ortalama yangın yoğunluğu
Bu nedenle, beyaz malzemeler ateşlemeden sonra en yoğun ısı salınımını gösterirken, gri varyantlar daha düşük pik HRR değerleri ile karakterize edilir.
3Peak-HRR- Maksimum ısı salınım oranı (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tablo 3: Pik HRR'nin karşılaştırılması
| grup Kimliği | Renk | Tepe-HRR Değerleri (kW/m²) | Tepe-HRR Aralığı (kW/m²) | Ortalama Tepe-HRR (kW/m²) | Gözlenen Yangın Yoğunluğu |
|---|---|---|---|---|---|
| Örnek W | beyaz | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Çok yüksek |
| Örnek R | kırmızı | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Orta ila yüksek |
| Örnek G4 | gri1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Ortalama |
| Örnek G5 | gri2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Ortalama |
| Örnek G6 | gri2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Ortalama |
Yangın Büyüme Yoğunluğu
Maksimum ortalama ısı salınım oranı (MARHE4), test sırasında zamanla düzeltilmiş maksimum ısı salınımını temsil ettiği için yangın büyüme yoğunluğundaki farklılıkları göstermekte ve farklı malzemelerin yangın davranışını karşılaştırmayı mümkün kılmaktadır.
Şekil 7, farklı malzeme numunelerinin MARHE değerlerini (maksimum ortalama ısı emisyon oranı) beyaz, kırmızı ve gri renklerle göstermektedir. Değerler, her bir çubuğun altında ilgili numune tanımıyla birlikte dikey çubuklar olarak gösterilmektedir. MARHE değerleri, tüm yangın testi boyunca maksimum ortalama ısı salınımını gösterir.
4MARHE- Değer, (Maks. Ortalama Isı Yayımı Oranı) ISO 5660-1'e göre Koni Kalorimetresi ile yapılan bir test sırasında belirlenen maksimum ısı yayımı oranıdır.
Yorumlama
- Beyaz kategorideki numuneler ağırlıklı olarak 76,7 kW/m² ile 90 kW/m² arasında değişen MARHE değerleri göstermektedir
- Birkaç örnek 80 kW/m²'nin üzerinde, hatta ikisi 90 kW/m²'ye yakın değerler göstermektedir.
→ Beyaz malzemeler en yüksek MARHE değerlerine sahiptir ve en kritik yangın davranışını temsil eder, bu da yüksek tepe HRR değerlerine karşılık gelir ve hızlı yangın gelişimini gösterir.
- Kırmızı kategorideki numuneler orta aralıkta yer alır ve önemli farklılıklar gösterir: Değerler: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Kırmızı numuneler, numuneden numuneye bazı farklılıklar göstermekle birlikte orta derecede yüksek yangın davranışı gösterir.
- Gri kategorideki örnekler çoğunlukla en düşük MARHE değerlerine sahiptir, ancak iki aykırı değer de vardır.
- Ana aralık 39 ila 60 kW/m² arasındadır.
→ Gri örnekler çoğunlukla en düşük MARHE değerlerine sahiptir, bu da yangının daha kontrollü büyüdüğünü gösterir.
Duman Gelişimi
Toplam duman gelişimi (TSP5), ISO 5660-1'e göre koni kalorimetre testi sırasında açığa çıkan toplam duman miktarını tanımlar ve duman davranışını değerlendirmek için önemli bir parametredir.
Toplam duman gelişimi formülasyonlar arasında önemli ölçüde farklılık göstermektedir (Şekil 8 ila 10).
- Tüm gri malzemeler yaklaşık 25 dakika sonra nihai platolarına ulaşır ve 1650 m² ile 1950 m² arasında tipik değerler verir.
- Beyaz malzemeler 1450 m² ile 1650 m² arasında değişen değerlerle orta düzeyde toplam duman üretimi göstermektedir. Nihai platoya 15 dakika sonra ulaşılır.
- Kırmızı varyantlar, test edilen tüm malzemeler arasında en düşük toplam duman üretimini sergilemektedir. Değerler 18 dakika sonra 1290 m² ile 1350 m² arasında platoya ulaşır.
5ToplamDuman Üretimi (TSP) yangın süresi boyunca üretilen toplam duman miktarını tanımlar (ISO 5660-1'e göre)
Özet
TCC 918 Cone Calorimeter TCC 918 ile yapılan ölçümler, incelenen yalıtım malzemelerinin yangın davranışında tekrarlanabilir farklılıklar olduğunu açıkça göstermektedir.
Tutuşma süresi, ısı salınım hızı, yangın büyüme yoğunluğu ve duman gelişimi gibi kantitatif parametreler yanıcılığı, yangın dinamiklerini ve duman davranışını net bir şekilde karakterize etmek ve doğrudan karşılaştırmak için kullanılabilir.
Sonuçlar, çeşitli malzeme formülasyonlarının etkisini açıkça göstermekte ve kontrollü bir laboratuvar ortamında malzeme geliştirme, formülasyon optimizasyonu ve kıyaslama için sağlam bir temel sunmaktadır.