背景
隨著人們物質(zhì)文化生活水平地不斷提高，科技地不斷發(fā)展，各個領(lǐng)域所使用的材料也逐漸豐富。然而，豐富的材料在方便人類生產(chǎn)生活的同時，也在一定程度上增加了火災(zāi)發(fā)生的危險，給防火安全埋下了火災(zāi)隱患。因此，對于社會生活中的火災(zāi)發(fā)生情況急需研究。傳統(tǒng)的小型量熱儀旨在模擬材料真實的燃燒環(huán)境，并不能確切地反映出真實大環(huán)境空間內(nèi)燃燒時的真實狀況，因此大尺寸火災(zāi)試驗儀器逐漸發(fā)展。
大型量熱儀可測試發(fā)生在真實環(huán)境中的火災(zāi)狀況 (例如房間、家具、電纜、汽車、儲能電池、鐵路車輛等)，用于測量燃燒過程中的引燃特性、熱釋放率、質(zhì)量損失率、有效發(fā)熱量、發(fā)煙特性及毒氣分析等。
隨著大型量熱儀的發(fā)展，國內(nèi)外出版了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在2008年發(fā)布了ISO 24473: 2008標(biāo)準(zhǔn) "Fire tests — Open calorimetry — Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW"。2022年，我國發(fā)布了GB/T 41382-2022：《火災(zāi)試驗開放式量熱計法40MW以下火災(zāi)熱釋放速率及燃燒產(chǎn)物的測定》的標(biāo)準(zhǔn)。
本文對ISO 24473: 2008的測量參數(shù)和試驗裝置進(jìn)行介紹，并指出ISO 24473: 2008和GB/T 41382-2022的區(qū)別。
標(biāo)準(zhǔn)介紹
ISO 24473: 2008 Fire tests — Open calorimetry — Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW
火災(zāi)中熱釋放速率是表征火災(zāi)劇烈程度的重要參數(shù)，通過對燃燒過程中熱釋放速率及燃燒產(chǎn)物的準(zhǔn)確測定，能夠定量表征熱釋放速率、熱釋放總量、產(chǎn)煙速率及產(chǎn)煙總量等相關(guān)燃燒性能參數(shù)。ISO 24473：2008提供了40MW以下火災(zāi)熱釋放率及燃燒產(chǎn)物測定的試驗方法。通過試驗可以獲得試樣在整個燃燒階段的燃燒特性數(shù)據(jù)，通過測試熱釋放速率反映試樣燃燒的危險性及對相鄰區(qū)域的潛在影響，通過測試煙密度反映試樣燃燒時對起火區(qū)域能見度的影響和煙氣對人身安全所帶來的危險。
10MW量熱儀集煙罩
測量參數(shù)
熱釋放速率HRR(t)
熱釋放總量THR(t)
產(chǎn)煙速率產(chǎn)煙速率SPR(t)
產(chǎn)煙總量TSP(t)
試驗原理
在不受任何周圍環(huán)境結(jié)構(gòu)的影響下，使用量熱儀可對單個物體或一組物體在燃燒期間對熱量釋放和火災(zāi)蔓延危險的潛在貢獻(xiàn)進(jìn)行評估。利用耗氧原理計算整個燃燒過程中的熱釋放速率。樣品氣體經(jīng)過取樣預(yù)處理系統(tǒng)被輸送至氣體分析儀，以測試氣體中氧氣、二氧化碳及一氧化碳的濃度，同時在管道測量段測得氣體的溫度、壓差、光密度等參數(shù)，通過耗氧原理分析計算得到試驗火源的熱釋放速率、熱釋放總量、產(chǎn)煙速率、產(chǎn)煙總量等燃燒特性參數(shù)。
測量試驗裝置
試險裝置由集煙罩及排煙管道、排煙管道中的測量儀器、氣體分析系統(tǒng)、煙密度測量系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)及輔助裝置等組成。
10MW量熱儀試驗圖
試驗設(shè)備放置要求
設(shè)備應(yīng)放置在實驗室內(nèi)，放置時應(yīng)避免墻壁反射熱輻射的影響，允許空氣能夠自由流通。對于1MW的火災(zāi)測試，量熱儀集煙罩應(yīng)距離墻壁至少2米。對于較大的火災(zāi)，則應(yīng)該增加相應(yīng)的距離。對于20MW的火災(zāi)，則距離最大達(dá)10米。
集煙罩和排氣管道
集煙罩的尺寸和系統(tǒng)的風(fēng)量上都要足夠大，以保證所有的燃燒產(chǎn)物都被收集起來。它的高度應(yīng)使火焰不會撞擊到集煙罩本身，且排煙系統(tǒng)不會影響燃燒產(chǎn)生的火羽流。
測量管段前面的排氣管道的直段長度應(yīng)至少為10倍管道直徑，以實現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的有效混合。在測量管段和排風(fēng)扇之間的排氣管道的長度至少為5倍管道直徑，以確保在風(fēng)管上有更均勻的流動剖面。
集煙罩排氣管道示意圖
測量管段
一般來說，同一套儀器可以用于任何級別的測量，但集煙罩和排氣管道尺寸要隨所測試樣品的量熱級別相應(yīng)變化，既保證能夠收集到所有的燃燒產(chǎn)物，同時也具有較好的靈敏度。
測量段包含：
-
雙向探頭(測量氣體流量)
-
熱電偶(測量探頭附近的氣體溫度，直徑為1.0-1.6mm。熱電偶放置在雙向探頭附近且不影響雙向測速探頭附近的煙氣流動)
-
氣體取樣探頭
-
煙氣測量系統(tǒng)
測量管段
氣體分析
-
取樣探頭(放置在管道中燃燒產(chǎn)物混合均勻的位置和雙向探頭和熱電偶的下游)
-
取樣管線(由不影響待測氣體種類的惰性材料制成)
-
取樣泵和過濾及干燥系統(tǒng)(樣氣應(yīng)通過顆粒過濾器和冷卻器，然后在無油隔膜泵的作用下通過含有無水硫酸鈣干燥劑的干燥柱，再傳輸?shù)綒怏w分析儀
-
氧氣分析(氧氣分析儀在30min周期內(nèi)噪聲和漂移小于100ppm，響應(yīng)時間＜12s)
-
一氧化碳和二氧化碳分析(響應(yīng)時間＜12s)
-
可用于可用于其它量熱儀(錐形量熱儀，成束電纜燃燒測試儀(EN 50399)，單體燃燒試驗裝置(SBI)，家具量熱儀，UL 9540A,ISO 9705以及其他大型耗氧量熱儀
-
可用于其它量熱儀(錐形量熱儀，成束電纜燃燒測試儀(EN 50399)，單體燃燒試驗裝置(SBI)，家具量熱儀，UL 9540A，以及其他大型耗氧量熱儀)
-
當(dāng)客戶或監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求時，應(yīng)使用ISO 19702/GB/T38309中描述的FTIR紅外光譜煙毒性分析儀對其他氣體進(jìn)行取樣和分析
FTT 氣體分析機(jī)柜
氣體分析儀取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
FTIR煙毒性測試系統(tǒng)
煙氣光度測量系統(tǒng)
-
光源(白光)
-
透鏡(將光聚成平行光束)
-
光圈
-
探測器
-
光束應(yīng)沿直徑方向橫穿排煙管道
白光煙氣系統(tǒng)
點火源
燃燒氣體控制單元
數(shù)據(jù)采集和分析軟件
測量軟件圖
其他設(shè)備裝置
稱重平臺
熱流計(測量火源附近或特定位置的熱通量)
計時裝置
標(biāo)準(zhǔn)對比
GB/T41382-2022是在ISO 24473: 2008基礎(chǔ)上進(jìn)行翻譯修改，在對測量設(shè)備要求的部分無明顯差別。ISO 24473: 2008中對于小型量熱儀和大型量熱儀所涉及的儀器性能參數(shù)均有所涉及，而GB/T41382-2022則主要針對于大型量熱儀儀器性能進(jìn)行規(guī)定。GB/T 41382-2022增加了術(shù)語熱釋放速率、熱釋放總量、產(chǎn)煙速率、產(chǎn)煙總量的名稱定義。此外 ISO 24473: 2008: 指出熱流計校準(zhǔn)和使用按照ISO/TS 14934-1、ISO 14934-2、ISO 14934-3和ISO/TS 14934-4進(jìn)行，GB/T 41382-2022則將這部分刪除。
由歐美大地獨家代理的FTT可提供各種尺度的量熱儀，從小型錐形量熱儀到大尺度耗氧量熱儀均可提供。作為阻燃測試設(shè)備領(lǐng)域的先行者，F(xiàn)TT量熱儀兼顧了全球范圍內(nèi)新老標(biāo)準(zhǔn)的需求，能同時滿足上述ISO標(biāo)準(zhǔn)和我國的國標(biāo)。
