建筑材料或制品的单体燃烧试验装置LBT

1 建筑材料或制品的单体燃烧试验装置-GB862概述

GB8624《建筑材料燃烧性能分级方法》对燃烧性能等级为A，B，C和D的材料均要求用SBI方法评定。化管理委员会正式颁布并实施了SBI试验方法的GB/T 20284-《建筑产品对火反应—不含铺地材料的建筑产品单项燃烧试验方法》，该标准等同采用欧盟标准EN13823，由公an部四川消防研究所负责制定和实施。

在欧洲，大部分建筑产品测试和分类都采用单体燃烧试验(SBI) EN13823-2002。欧盟委员会的建筑产品指令，要求所有欧盟会员国的使用这一标准，来归类大部分建筑产品，而不是原来在每一个欧洲国家使用的传统的管理方法。虽然其他试验方法由SBI的需要进行分类，但是大多数产品主要是不可燃的无机归类，所有这些主要的居住类非地板产品分为A₂，B，C和D几个等级。试样对火的反应可以通过监测仪器和视觉观察。热量和烟雾释放率是由仪器测量所得，物理特征则由肉眼观察所得。

SBI对可燃制品的分级如表1-1。

表1-1 SBI对可燃制品的分级

FIGRA：  燃烧增长率指数[W/s]

LFS：     火焰在试样长翼上的横向传播[m]

THR_600s： 试样受火于主燃烧器zui初600s内的总热释放量[MJ]

EN ISO1182:1999     建筑制品对火反应试验-不燃性

EN ISO 1716:1999    建筑制品对火反应试验-热值的测定

EN ISO 11925-2:1999  建筑制品对火反应试验-引燃性

设备尺寸：占地：长宽高8000 X6000 X 4500（mm），房间高度高于4.8米

设备功率：交流380V 6KW

建筑材料或制品的单体燃烧试验装置-GB862主要特点：

1、含除尘系统；

2、标配不锈钢箱体，不需用户基建房屋；

2 试验原理

一般说来, 一个火灾危险性试验方法就是一个可以用来估计材料或组件在火中暴露条件下所表现出性能的程序，不同的程序就导致了实验中不同的物理观察和测量结果。

根据EN13823，在进行SBI实验时，将两个样品试样按其在实际使用时的安装方式，使其成直角垂直安装于小推车上，将小推车推入固定框架中，启动测量装置。点燃安装在与试样夹角相对的框架柱上的辅燃烧器以测量燃烧器的热输出，燃烧器的热输出大约为(30.7±2.0)kW。试验到300s时将供给辅燃烧器的丙烷气体转供给位于试样底角下方的主燃烧器，试样暴露于主燃烧器火焰的试验时间为1260s，对试样暴露于主燃烧器火焰1200s内的性能进行评估。    

排烟管道配用以测量温度、光衰减、O₂ 和CO₂ 的摩尔分数以及管道中引起压力差的气流的传感器，这些数值是自动记录的并用以计算体积流速(V₂₉₈)、热释放速率(HRR)和产烟率(SPR)。通过由SBI试验得出的参数FIGRA(燃烧增长率指数，W/s)，THR_600s(试样在暴露于主燃烧器火焰后zui初600s内总的热释放量)、SMGORA(烟气生成速率指数，W/s)，TSP_600s(试样在暴露于主燃烧器火焰后zui初600s内总的烟气生成量)以及通过肉眼观察到的火焰是否横向蔓延到样品边缘上(LFS)和有无烟气产生、有无燃烧滴落物/颗粒物生成这些现象来对建筑产品进行分级。

3 试验系统构成与设备

SBI试验系统由燃烧室、试验主体装置、燃气供应与控制系统和数据采集系统等部分组成。

3.1 燃烧室

燃烧室的尺寸为3.0m×3.0m×2.4m，墙体由钢骨架、石膏板、硅酸钙板或根据EN13501-1划分为A₁或A₂级别的其他类板材建成。燃烧室的一面墙上开有一口，开口宽度为1470mm，高度为2450mm。同时在垂直试样板的两前表面正对的两面墙上分别开设窗口，为便于在小推车就位后能调控好SBI装置和试样，还需要设一道门。小推车在燃烧室就位后，和U型卡槽接触的长翼试样表面与燃烧室墙面之间的距离为(2.1土0.l)m。该距离为长翼与所面对的墙面的垂直距离。燃烧室的开口面积(不含小推车底部的空气人口及集气罩里的排烟开口)不应过0.05m²。 如图3-1所示，样品采用左向或右向安装均可(图3-1中的小推车与垂直线成镜面对称即可)。

图3-1 SBI燃烧室设计的俯视图(示意图)

3.2试验主体装置

试验主体装置主要包括固定框架、小推车、两个三角形砂盒燃烧器(主燃烧器和辅燃烧器)、集气罩、排烟系统等。试验主体装置结构简图如图3-2所示。

图3-2 试验主体装置结构图

小推车上安装两个相互垂直的试样，在垂直角角落底部有一砂盒燃烧器，称为主燃烧器。同时小推车被置于固定框架中，并支撑集气罩，同时框架上有一辅燃烧器。排烟系统的管道一端与集气罩相连，集气罩位于固定框架的顶部，用于收集燃烧产生的气体。另一端与变频风机相连，可以在实验中模拟不同的通风状况，本实验中，管道体积流速控制在0.5m³/s—0.65m³/s之间。同时在排烟管道中设置一段长度为2155mm的管道，称之为综合测量区，配有双向压力探头，K型绝缘铠装热电偶，气体取样探头和光系统等烟气测量装置，用于测量建材的热释放和产烟。

3.3 燃气供应与控制系统

该系统主要由供气转换开关(电磁阀控制)、质量流量控制器和点火检测系统组成，整个控制系统的操作在燃烧室外的控制面板上进行。燃气供应与控制系统简图如图3-3所示。

图3-3 燃气供应与控制系统图

a)、供气转换开关由三组电磁阀组成，它能控制总供气开关的通断，同时能分时通断主辅供气开关，从而点燃主辅燃烧器，主辅燃烧器切换时间应在12s或15s之内。

b)、质量流量控制器用于设定并显示实时丙烷气体的流量，其量程要求至少为0g/s～2.3g/s，在0.6g/s～2.3g/s 内的读数精度为1%，质量流量控制器通过高度PID控制技术驱动比例执行器，反应速度快，同时控制精度可达到±0.5%FS，能满足控制系统的要求。我们选用北京七星D07-19E型质量流量控制器，通过电脑程序显示以毫克/秒的质量流量读数。

c)、点火检测系统由高压点火器和紫外线检测器组成，高压点火器能确保丙烷及时点燃，紫外线检测器用于进一步确认点燃情况，通过及时在控制面板显示警告指示，从而使性能大幅提高。3.4 数据采集系统

图3-4为数据采集系统构成简图，分采集和处理两大部分，采集的数据通过转换模块和RS485总线输入到处理系统系统。

图3-4数据采集系统构成图

4 检测设备与安装

抽取的样气中不能含有尘埃，样气室里决不能有冷凝物，这需要做大量的气体预处理工作。

气体分析系统连接流程图如图4-1。

图4-1 气体分析系统连接流程图

气体取样探头安装如图4-2。

图4-2 气体取样探头

测量系统由以下仪器组成：

a)、氧气分析仪应为顺磁型且至少能测量出浓度为16%～21%(V_氧气/V_空气)的O₂ 。氧气分析仪的响应时间应不过12s，分析仪的漂移和噪声均不过100×10^-6。分析仪对数据采集系统的输出应有100×10^-6 的zui大分辨率。

b)、二氧化碳分析仪应至少能测量出浓度为0%～10%的CO₂。分析仪的线性度至少应为满量程的1%。分析仪的响应时间应不过12s。分析仪对数据采集系统的输出应有100×10^-6的zui大分辨率。

c)、在内壁为315mm，外壁为400mm的管道上平均开3个口，直径为8-12mm，其中热电偶为符合GB/T 16839.1要求的直径为0.5mm的K型热电偶，其触电均应位于轴线半径为(875)mm的圆弧上，其夹角为120度。另外一只安装在墙壁上，为符合GB/T 16839.1要求的直径为2mm的K型热电偶。

d)、烟密度仪为白炽光型，包括光源、透镜系统和探测器，采用柔性接头安装在排烟管道的侧管上，同时采用自吸式系统以保证光学器件洁净度的要求。安装如图4-3。

图4-3 烟密度仪安装示意

这里的光源选白炽光型的灯，采用柔性接头安装于排烟管的侧管上。透镜系统用以将光聚成一直径至少为20mm的平行光束，光电管的发光孔应位于其前面的透镜的焦点上，且其直径(d)应透视镜的焦距(f)而定以使d/f小于0.04。探测器的光谱分布响应度与CIE(光照曲线)相吻合，色度标准函数V()能达到至少5%度。在至少两位数以上的输出范围内，探测器输出范围内，探测器输出的线性度应在所测量的透光率的3%以内或透光率的1%以内。

e)、管道的压差很小，我们利用压力变送器检测差压，并把这个压差转换为成比例的电输出。压力变送器具有0-5VDC,0 ～ 10VDC 或4 ～ 20MA 的高电平输出。

双向探头示意如图4-4a和4-4b。

图4-4a 双向探头示意

图4-4b 双向探头示意

上述所有检测设备在测量管道中的安装示意如图4-5。

图4-5 烟气测量管道剖面

5 系统校准

试验设备只有先经过系统校准后进行试验得到的数据才是有效的。系统校准包括设备部件的校准和系统响应的校准。

设备部件的校准包括

▲ 氧气分析仪的零点、跨度校准(每个实验日)

▲ 二氧化碳分析仪的零点、跨度校准(每个实验日)

▲ 质量流量器校准(至少每6个月一次)

▲ 氧气分析仪的稳定性校准(至少每6个月一次)

▲ 光系统的稳定性校准(至少每6个月一次)

系统响应的校准用来确定管道流量系数Kt，包括

• 燃烧器阶梯校准(至少每月一次或30次试验后校准一次)
• 庚烷校准(至少每年校准一次)

系统校准的方法性原理参见    GB/T 20284-2006 附录C。

系统校准的操作方法参见本手册    “7 软件操作指南”。

6 进行试验

这里表述的是试验的方法性原理，具体试验操作参见   “7 软件操作指南”。

6.1试验操作     

(1) 将排烟管道的体积流速V₂₉₈(t)设为(0.60±0.05)m³/s。在整个试验期间，该体积流速应控制在0.50m³/s至0.65m³/s的范围内。

(2) 记录排烟管道中热电偶T₁、T₂和T₃的温度以及环境温度T₀且记录时间至少应达300s。环境温度应在(20±10)℃内，管道中的温度与环境温度相差不应过4℃。另外还有记录环境大气压力(Pa)和环境相对湿度(%)。

(3) 点燃两个燃烧器的引燃火焰(如使用了引燃火焰)。试验过程中引燃火焰的燃气供应速度变化不应过5mg/s。

(4) 采用计时器开始计时并自动记录数据。开始的时间t为0s。

(5) t=(120±5)s时点燃辅助燃烧器，将丙烷气体的质量流量m_气(t)调至(647±10)mg/s，此调整应在t为150s前进行。整个试验期间丙烷气质量流量应在此范围内 (此时，质量流量器面板的示数应调至19.2L/min)。

(6) t为(300±5)s时，丙烷气体从辅助燃烧器切换到主燃烧器。观察并记录主燃烧器被引燃的时间。

(7) 观察试样的燃烧行为，时间为1260s并在记录单上记录数据。                   

(8) 在t ≥1560s时：停止燃烧器燃气供应并停止数据的自动记录(建议1620s停止)。

(9) 当试样的残余燃烧熄灭至少1min后，应在记录单上记录试验结束时的情况。应记录的数据见6.2(4)。

(注：此燃烧控制系统中，丙烷的燃烧时间是PLC程序自动控制的，用户只需在120s时按下面板所示的“程控点火”按钮，其它不需要用户操作，系统会在300s时刻自动切换主辅燃气阀，在1620s时刻自动停止丙烷气的供应)。                                      

6.2 人工记录

(1) 试验前的情况：环境大气压力(Pa)以及环境相对湿度(%)。  

(2) 火焰在长翼上的横向传播(LFS)：在试验开始后的1500s内，在500mm至1000mm之间的任何高度，持续火焰到达试样长翼远边缘处时，火焰的横向传播应予以记录。火焰在试样表面边缘处至少持续5s为该现象的判据。

(3) 燃烧颗粒物或滴落物：仅在开始受火后的600s内及仅当燃烧滴落物/颗粒物滴落到燃烧器区域外的小推车底板(试样的低边缘水平面内)上时，才记录燃烧滴落物/颗粒物的滴落现象。燃烧器区域定义为试样翼前侧的小推车底板区，与试样翼之间的交角线的距离小于0.3m(见图6-1)。应记录以下现象：在给定的时间间隔和区域里，滴落后仍在燃烧但燃烧时间不过10s的燃烧滴落物/颗粒物的滴落情况；在给定的时间间隔和区域里，滴落后仍在燃烧但燃烧时间过10s的燃烧滴落物/颗粒物的滴落情况。另外需在小推车的底上画1/4圆，以标记燃烧器区域的边界,画线的宽度应小于3mm。如图6-1。   

图6-1 燃烧器区域示意图

(4) 试验结束时应记录以下数值：排烟管道中“综合测量区”的透光率(%)；排烟管道中“综合测量区”的O₂摩尔分数；排烟管道中“综合测量区”的CO₂摩尔分数。

(5) 应记录以下现象：表面的燃烧现象；试验过程中，试样生成的烟气没被吸进集气罩而从小推车溢出并流进旁边的燃烧室；部分试样发生脱落；夹角缝隙的扩展(背板间相互固定的失效)；根据6.3可用以判断试验提前结束的一种或多种情况；试样的变形或垮塌；对正确解释试验结果或对制品应用领域具有重要性的所有其他情况。

6.3 试验的提前结束

若发生以下任一种情况，则可在规定的受火时间结束前关闭主燃烧器：

(1) 一旦试样的热释放速率过350kW，或30s期间的平均值过280kW；

(2) 一旦排烟管道温度过400℃，或30s期间的平均值过300℃；

(3) 滴落在燃烧器砂床上的滴落物明显干扰了燃烧器的火焰或火焰因燃烧器被堵塞而熄灭。若滴落物堵塞了一半的燃烧器，则可认为燃烧器受到实质性干扰。

记录停止供气的时间以及停止供气原因。若试验提前结束，则本试验结果无效。

6.4 试验结果的表述

a)、每次试验，样品的燃烧性能采用平均热释放速率HRR(t)、总热释放量THR(t)和1000×HRR(t)/(t-300)的曲线图表示，试验时间为0≤t≤1500s；还可以采用燃烧增长速率指数FIGRA_0.2MJ和FIGRA_0.4MJ以及600s内的总热释放量THR_600s的值以及根据6.2(2)判断是否发生了火焰横向传播至试样边缘处(LFS)的这一现象来表示。

b)、每次试验，样品的产烟性能采用SPR(t)、总产烟量TSP(t)和1000×SPR(t)/(t-300)的曲线图表示，试验时间为0≤t≤1500s；还可以采用烟气生成速率指数SMOGRA以及600s内的总热释放量TSP_600s的值来表示。

c)、每次试验中关于制品的燃烧滴落物和颗粒物生成的燃烧行为，应根据6.2(3)进行判定。

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