建筑材料或制品的單體燃燒試驗裝置LBT

1 建筑材料或制品的單體燃燒試驗裝置-GB862概述

GB8624《建筑材料燃燒性能分級方法》對燃燒性能等級為A，B，C和D的材料均要求用SBI方法評定。化管理委員會正式頒布并實施了SBI試驗方法的GB/T 20284-《建筑產品對火反應—不含鋪地材料的建筑產品單項燃燒試驗方法》，該標準等同采用歐盟標準EN13823，由公an部四川消防研究所負責制定和實施。

在歐洲，大部分建筑產品測試和分類都采用單體燃燒試驗(SBI) EN13823-2002。歐盟委員會的建筑產品指令，要求所有歐盟會員國的使用這一標準，來歸類大部分建筑產品，而不是原來在每一個歐洲國家使用的傳統的管理方法。雖然其他試驗方法由SBI的需要進行分類，但是大多數產品主要是不可燃的無機歸類，所有這些主要的居住類非地板產品分為A₂，B，C和D幾個等級。試樣對火的反應可以通過監測儀器和視覺觀察。熱量和煙霧釋放率是由儀器測量所得，物理特征則由肉眼觀察所得。

SBI對可燃制品的分級如表1-1。

表1-1 SBI對可燃制品的分級

FIGRA：  燃燒增長率指數[W/s]

LFS：     火焰在試樣長翼上的橫向傳播[m]

THR_600s： 試樣受火于主燃燒器zui初600s內的總熱釋放量[MJ]

EN ISO1182:1999     建筑制品對火反應試驗-不燃性

EN ISO 1716:1999    建筑制品對火反應試驗-熱值的測定

EN ISO 11925-2:1999  建筑制品對火反應試驗-引燃性

設備尺寸：占地：長寬高8000 X6000 X 4500（mm），房間高度高于4.8米

設備功率：交流380V 6KW

建筑材料或制品的單體燃燒試驗裝置-GB862主要特點：

1、含除塵系統；

2、標配不銹鋼箱體，不需用戶基建房屋；

2 試驗原理

一般說來, 一個火災危險性試驗方法就是一個可以用來估計材料或組件在火中暴露條件下所表現出性能的程序，不同的程序就導致了實驗中不同的物理觀察和測量結果。

根據EN13823，在進行SBI實驗時，將兩個樣品試樣按其在實際使用時的安裝方式，使其成直角垂直安裝于小推車上，將小推車推入固定框架中，啟動測量裝置。點燃安裝在與試樣夾角相對的框架柱上的輔燃燒器以測量燃燒器的熱輸出，燃燒器的熱輸出大約為(30.7±2.0)kW。試驗到300s時將供給輔燃燒器的丙烷氣體轉供給位于試樣底角下方的主燃燒器，試樣暴露于主燃燒器火焰的試驗時間為1260s，對試樣暴露于主燃燒器火焰1200s內的性能進行評估。    

排煙管道配用以測量溫度、光衰減、O₂ 和CO₂ 的摩爾分數以及管道中引起壓力差的氣流的傳感器，這些數值是自動記錄的并用以計算體積流速(V₂₉₈)、熱釋放速率(HRR)和產煙率(SPR)。通過由SBI試驗得出的參數FIGRA(燃燒增長率指數，W/s)，THR_600s(試樣在暴露于主燃燒器火焰后zui初600s內總的熱釋放量)、SMGORA(煙氣生成速率指數，W/s)，TSP_600s(試樣在暴露于主燃燒器火焰后zui初600s內總的煙氣生成量)以及通過肉眼觀察到的火焰是否橫向蔓延到樣品邊緣上(LFS)和有無煙氣產生、有無燃燒滴落物/顆粒物生成這些現象來對建筑產品進行分級。

3 試驗系統構成與設備

SBI試驗系統由燃燒室、試驗主體裝置、燃氣供應與控制系統和數據采集系統等部分組成。

3.1 燃燒室

燃燒室的尺寸為3.0m×3.0m×2.4m，墻體由鋼骨架、石膏板、硅酸鈣板或根據EN13501-1劃分為A₁或A₂級別的其他類板材建成。燃燒室的一面墻上開有一口，開口寬度為1470mm，高度為2450mm。同時在垂直試樣板的兩前表面正對的兩面墻上分別開設窗口，為便于在小推車就位后能調控好SBI裝置和試樣，還需要設一道門。小推車在燃燒室就位后，和U型卡槽接觸的長翼試樣表面與燃燒室墻面之間的距離為(2.1土0.l)m。該距離為長翼與所面對的墻面的垂直距離。燃燒室的開口面積(不含小推車底部的空氣人口及集氣罩里的排煙開口)不應過0.05m²。 如圖3-1所示，樣品采用左向或右向安裝均可(圖3-1中的小推車與垂直線成鏡面對稱即可)。

圖3-1 SBI燃燒室設計的俯視圖(示意圖)

3.2試驗主體裝置

試驗主體裝置主要包括固定框架、小推車、兩個三角形砂盒燃燒器(主燃燒器和輔燃燒器)、集氣罩、排煙系統等。試驗主體裝置結構簡圖如圖3-2所示。

圖3-2 試驗主體裝置結構圖

小推車上安裝兩個相互垂直的試樣，在垂直角角落底部有一砂盒燃燒器，稱為主燃燒器。同時小推車被置于固定框架中，并支撐集氣罩，同時框架上有一輔燃燒器。排煙系統的管道一端與集氣罩相連，集氣罩位于固定框架的頂部，用于收集燃燒產生的氣體。另一端與變頻風機相連，可以在實驗中模擬不同的通風狀況，本實驗中，管道體積流速控制在0.5m³/s—0.65m³/s之間。同時在排煙管道中設置一段長度為2155mm的管道，稱之為綜合測量區，配有雙向壓力探頭，K型絕緣鎧裝熱電偶，氣體取樣探頭和光系統等煙氣測量裝置，用于測量建材的熱釋放和產煙。

3.3 燃氣供應與控制系統

該系統主要由供氣轉換開關(電磁閥控制)、質量流量控制器和點火檢測系統組成，整個控制系統的操作在燃燒室外的控制面板上進行。燃氣供應與控制系統簡圖如圖3-3所示。

圖3-3 燃氣供應與控制系統圖

a)、供氣轉換開關由三組電磁閥組成，它能控制總供氣開關的通斷，同時能分時通斷主輔供氣開關，從而點燃主輔燃燒器，主輔燃燒器切換時間應在12s或15s之內。

b)、質量流量控制器用于設定并顯示實時丙烷氣體的流量，其量程要求至少為0g/s～2.3g/s，在0.6g/s～2.3g/s 內的讀數精度為1%，質量流量控制器通過高度PID控制技術驅動比例執行器，反應速度快，同時控制精度可達到±0.5%FS，能滿足控制系統的要求。我們選用北京七星D07-19E型質量流量控制器，通過電腦程序顯示以毫克/秒的質量流量讀數。

c)、點火檢測系統由高壓點火器和紫外線檢測器組成，高壓點火器能確保丙烷及時點燃，紫外線檢測器用于進一步確認點燃情況，通過及時在控制面板顯示警告指示，從而使性能大幅提高。3.4 數據采集系統

圖3-4為數據采集系統構成簡圖，分采集和處理兩大部分，采集的數據通過轉換模塊和RS485總線輸入到處理系統系統。

圖3-4數據采集系統構成圖

4 檢測設備與安裝

抽取的樣氣中不能含有塵埃，樣氣室里決不能有冷凝物，這需要做大量的氣體預處理工作。

氣體分析系統連接流程圖如圖4-1。

圖4-1 氣體分析系統連接流程圖

氣體取樣探頭安裝如圖4-2。

圖4-2 氣體取樣探頭

測量系統由以下儀器組成：

a)、氧氣分析儀應為順磁型且至少能測量出濃度為16%～21%(V_氧氣/V_空氣)的O₂ 。氧氣分析儀的響應時間應不過12s，分析儀的漂移和噪聲均不過100×10^-6。分析儀對數據采集系統的輸出應有100×10^-6 的zui大分辨率。

b)、二氧化碳分析儀應至少能測量出濃度為0%～10%的CO₂。分析儀的線性度至少應為滿量程的1%。分析儀的響應時間應不過12s。分析儀對數據采集系統的輸出應有100×10^-6的zui大分辨率。

c)、在內壁為315mm，外壁為400mm的管道上平均開3個口，直徑為8-12mm，其中熱電偶為符合GB/T 16839.1要求的直徑為0.5mm的K型熱電偶，其觸電均應位于軸線半徑為(875)mm的圓弧上，其夾角為120度。另外一只安裝在墻壁上，為符合GB/T 16839.1要求的直徑為2mm的K型熱電偶。

d)、煙密度儀為白熾光型，包括光源、透鏡系統和探測器，采用柔性接頭安裝在排煙管道的側管上，同時采用自吸式系統以保證光學器件潔凈度的要求。安裝如圖4-3。

圖4-3 煙密度儀安裝示意

這里的光源選白熾光型的燈，采用柔性接頭安裝于排煙管的側管上。透鏡系統用以將光聚成一直徑至少為20mm的平行光束，光電管的發光孔應位于其前面的透鏡的焦點上，且其直徑(d)應透視鏡的焦距(f)而定以使d/f小于0.04。探測器的光譜分布響應度與CIE(光照曲線)相吻合，色度標準函數V()能達到至少5%度。在至少兩位數以上的輸出范圍內，探測器輸出范圍內，探測器輸出的線性度應在所測量的透光率的3%以內或透光率的1%以內。

e)、管道的壓差很小，我們利用壓力變送器檢測差壓，并把這個壓差轉換為成比例的電輸出。壓力變送器具有0-5VDC,0 ～ 10VDC 或4 ～ 20MA 的高電平輸出。

雙向探頭示意如圖4-4a和4-4b。

圖4-4a 雙向探頭示意

圖4-4b 雙向探頭示意

上述所有檢測設備在測量管道中的安裝示意如圖4-5。

圖4-5 煙氣測量管道剖面

5 系統校準

試驗設備只有先經過系統校準后進行試驗得到的數據才是有效的。系統校準包括設備部件的校準和系統響應的校準。

設備部件的校準包括

▲ 氧氣分析儀的零點、跨度校準(每個實驗日)

▲ 二氧化碳分析儀的零點、跨度校準(每個實驗日)

▲ 質量流量器校準(至少每6個月一次)

▲ 氧氣分析儀的穩定性校準(至少每6個月一次)

▲ 光系統的穩定性校準(至少每6個月一次)

系統響應的校準用來確定管道流量系數Kt，包括

• 燃燒器階梯校準(至少每月一次或30次試驗后校準一次)
• 庚烷校準(至少每年校準一次)

系統校準的方法性原理參見    GB/T 20284-2006 附錄C。

系統校準的操作方法參見本手冊    “7 軟件操作指南”。

6 進行試驗

這里表述的是試驗的方法性原理，具體試驗操作參見   “7 軟件操作指南”。

6.1試驗操作     

(1) 將排煙管道的體積流速V₂₉₈(t)設為(0.60±0.05)m³/s。在整個試驗期間，該體積流速應控制在0.50m³/s至0.65m³/s的范圍內。

(2) 記錄排煙管道中熱電偶T₁、T₂和T₃的溫度以及環境溫度T₀且記錄時間至少應達300s。環境溫度應在(20±10)℃內，管道中的溫度與環境溫度相差不應過4℃。另外還有記錄環境大氣壓力(Pa)和環境相對濕度(%)。

(3) 點燃兩個燃燒器的引燃火焰(如使用了引燃火焰)。試驗過程中引燃火焰的燃氣供應速度變化不應過5mg/s。

(4) 采用計時器開始計時并自動記錄數據。開始的時間t為0s。

(5) t=(120±5)s時點燃輔助燃燒器，將丙烷氣體的質量流量m_氣(t)調至(647±10)mg/s，此調整應在t為150s前進行。整個試驗期間丙烷氣質量流量應在此范圍內 (此時，質量流量器面板的示數應調至19.2L/min)。

(6) t為(300±5)s時，丙烷氣體從輔助燃燒器切換到主燃燒器。觀察并記錄主燃燒器被引燃的時間。

(7) 觀察試樣的燃燒行為，時間為1260s并在記錄單上記錄數據。                   

(8) 在t ≥1560s時：停止燃燒器燃氣供應并停止數據的自動記錄(建議1620s停止)。

(9) 當試樣的殘余燃燒熄滅至少1min后，應在記錄單上記錄試驗結束時的情況。應記錄的數據見6.2(4)。

(注：此燃燒控制系統中，丙烷的燃燒時間是PLC程序自動控制的，用戶只需在120s時按下面板所示的“程控點火”按鈕，其它不需要用戶操作，系統會在300s時刻自動切換主輔燃氣閥，在1620s時刻自動停止丙烷氣的供應)。                                      

6.2 人工記錄

(1) 試驗前的情況：環境大氣壓力(Pa)以及環境相對濕度(%)。  

(2) 火焰在長翼上的橫向傳播(LFS)：在試驗開始后的1500s內，在500mm至1000mm之間的任何高度，持續火焰到達試樣長翼遠邊緣處時，火焰的橫向傳播應予以記錄。火焰在試樣表面邊緣處至少持續5s為該現象的判據。

(3) 燃燒顆粒物或滴落物：僅在開始受火后的600s內及僅當燃燒滴落物/顆粒物滴落到燃燒器區域外的小推車底板(試樣的低邊緣水平面內)上時，才記錄燃燒滴落物/顆粒物的滴落現象。燃燒器區域定義為試樣翼前側的小推車底板區，與試樣翼之間的交角線的距離小于0.3m(見圖6-1)。應記錄以下現象：在給定的時間間隔和區域里，滴落后仍在燃燒但燃燒時間不過10s的燃燒滴落物/顆粒物的滴落情況；在給定的時間間隔和區域里，滴落后仍在燃燒但燃燒時間過10s的燃燒滴落物/顆粒物的滴落情況。另外需在小推車的底上畫1/4圓，以標記燃燒器區域的邊界,畫線的寬度應小于3mm。如圖6-1。   

圖6-1 燃燒器區域示意圖

(4) 試驗結束時應記錄以下數值：排煙管道中“綜合測量區”的透光率(%)；排煙管道中“綜合測量區”的O₂摩爾分數；排煙管道中“綜合測量區”的CO₂摩爾分數。

(5) 應記錄以下現象：表面的燃燒現象；試驗過程中，試樣生成的煙氣沒被吸進集氣罩而從小推車溢出并流進旁邊的燃燒室；部分試樣發生脫落；夾角縫隙的擴展(背板間相互固定的失效)；根據6.3可用以判斷試驗提前結束的一種或多種情況；試樣的變形或垮塌；對正確解釋試驗結果或對制品應用領域具有重要性的所有其他情況。

6.3 試驗的提前結束

若發生以下任一種情況，則可在規定的受火時間結束前關閉主燃燒器：

(1) 一旦試樣的熱釋放速率過350kW，或30s期間的平均值過280kW；

(2) 一旦排煙管道溫度過400℃，或30s期間的平均值過300℃；

(3) 滴落在燃燒器砂床上的滴落物明顯干擾了燃燒器的火焰或火焰因燃燒器被堵塞而熄滅。若滴落物堵塞了一半的燃燒器，則可認為燃燒器受到實質性干擾。

記錄停止供氣的時間以及停止供氣原因。若試驗提前結束，則本試驗結果無效。

6.4 試驗結果的表述

a)、每次試驗，樣品的燃燒性能采用平均熱釋放速率HRR(t)、總熱釋放量THR(t)和1000×HRR(t)/(t-300)的曲線圖表示，試驗時間為0≤t≤1500s；還可以采用燃燒增長速率指數FIGRA_0.2MJ和FIGRA_0.4MJ以及600s內的總熱釋放量THR_600s的值以及根據6.2(2)判斷是否發生了火焰橫向傳播至試樣邊緣處(LFS)的這一現象來表示。

b)、每次試驗，樣品的產煙性能采用SPR(t)、總產煙量TSP(t)和1000×SPR(t)/(t-300)的曲線圖表示，試驗時間為0≤t≤1500s；還可以采用煙氣生成速率指數SMOGRA以及600s內的總熱釋放量TSP_600s的值來表示。

c)、每次試驗中關于制品的燃燒滴落物和顆粒物生成的燃燒行為，應根據6.2(3)進行判定。

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