CNS 15048-2007 Method of test for combustibility for building materials - Full scale room test《建筑材料耐燃性试验法－全尺度燃烧试验法》.pdf

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1、 1 印月 96 1 月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 13.220.50 A340615048經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 96 1 月 18 日 月日 (共 12 頁 )建築材料耐燃性試驗法 全尺度燃燒試驗法 Method of test for combustibility for building materials Full scale room test 1. 適用範圍：本標準規定建築材料曝露於單一燃燒火源時，其耐燃性能之試驗方法。 備考 1. 本標準以具單一開口且通風條件良好之測試房間，在其四周牆面、天花板安裝壁裝材料後並於房

2、間角落施以火源加熱，以模擬牆角發生火災之全尺度建築材料耐燃性試驗法，以評估建築材料火害程度。 2. 本標準採用國際單位制 (SI)， 內之單位及數值，僅供參考。 2. 試驗裝置 (如圖 1 所示 ) 2.1 測試房間 (如圖 2 所示 ) 2.1.1 房間內部尺度長 (3600 50)mm、寬 (2400 50)mm、高 (2400 50)mm，房間構成材質應以密度 500 800 kg/m3、厚度 20 mm 以上之不燃材料構成。 2.1.2 測試房間應於尺度 2400 mm2400 mm 牆面中心處，設置具一寬 (80010)m、高 (2000 10)mm 之開口，其餘牆面及天花板部分應不

3、具任何開口部。 2.1.3 測試房間應安置於空間足夠且通 風良好之處，並確保試驗過程中不受任何外界之影響。 2.2 燃燒器 2.2.1 燃燒器應為長 170 mm、寬 170 mm、高 145 mm 之丙烷氣體燃燒器 (如圖 3所示 )，內部應填滿粒徑 4 8 mm 礫石及 2 3 mm 砂石，使得丙烷氣能均勻覆蓋開口面，並於燃燒器內部中間及底部分別安置網孔 1.4 mm 及 2.8 mm銅製細網以穩固砂礫。 2.2.2 熱輸出功率於點燃後，前 10 分鐘為 100 kW，接下來 10 分鐘增加至 300 kW。 2.2.3 燃燒器應安置在房間內部非開口面牆之角落處並緊貼牆面試體。 2.2.4

4、 燃燒器應供應純度 95%以上之丙烷氣體，氣體流率準確度應為 3%，熱輸出功率誤差應在規定值 5%之內。 2.2.5 基於安全考量燃燒器應具遙控引 燃設計，並具丙烷氣體洩漏之警報系統及火焰熄滅時能自動切斷氣體供應之閥體。 2.3 排氣系統 (參照圖 4) 2.3.1 排氣系統主要包含集煙罩、排氣導管及可讓氣體均勻混合之檔板。 2.3.2 排氣系統應可將試驗產生之氣體全部抽出，抽氣能力在常 壓常溫 (2515) 下應達 3.5 m3/s 以上。 2.3.3 集煙罩底部尺度為長 3000 mm、寬 3000 mm、高 1000 mm，其三面另向下延伸長度 1000 mm之鋼板 (另一面與測試房間相

5、接 )，集煙罩有效高度為 2000 mm。 2 CNS 15048, A 3406 2.3.4 集煙罩上方連接一截面積為 900 mm900 mm 之導煙箱，高度為 900 mm 以上。箱中裝置兩片尺度約 500 mm900 mm 之檔板以增加燃燒氣體之混合。 2.3.5 排氣導管連接於導煙箱之後，導管內徑為 400 mm，長度為 4800 mm 以上。流率量測裝置應安置於導管底部 或可有效量測處，另排氣導管須連結排氣清淨系統。 2.4 量測裝置 2.4.1 熱電偶 熱電偶安置位置 (如圖 5、 6 所示 )，使用之熱電偶應符合 CNS 12514建築物構造部分耐火試驗法第 4.4 節之規定。

6、 2.4.2 熱通量計 熱通量計應安置於測試房間地板面中心處 (如圖 7 所示 )且須高於地板表面 5 30 mm，量測範圍應達 0 50 kW/m2，準確度達 3%，重覆性在 0.5%以內。 2.4.3 氧氣分析儀 氧氣分析儀應為順磁式 (paramagnetic type)(如圖 8 所示 )，量測範圍 0 21 %以上氧氣濃度，在每 30 分鐘之週期內，反應時間應小於 12 秒，氧氣分析儀雜訊及漂移應在 (100 0.05) ppm 以下，分析儀輸出至資料擷取系統之最大分辨率值應為 (100 0.05) ppm。 2.4.4 一氧化碳及二氧化碳分析儀 分析儀應為紅外線式 (IR type

7、)(如圖 8 所示 )，一氧化碳及二氧化碳量測範圍分別應為 0 1 %及 0 6 %以上。 2.4.5 光學系統 光學系統採用白光形式 (white light type)，規定如下： (1) 燈泡應為光亮白熱絲形式，可在溫度 (2900 100)K 條件下操作，供給燈泡之直流電穩定範圍應在 0.2%，例如 6 V， 10 W 之鹵素燈泡。 (2) 透鏡系統應排列在與光束平行處，直徑 20 mm 以上，光電管孔徑應置於透鏡之前方焦點上，直徑 d 與透鏡焦距 f 之 d/f 比應在 0.04 以下。 (3) 光束應由徑向穿過排氣導管內之煙氣混合均勻處。 3. 試體：試體應依材料最終使用之工法安置

8、於測試房間內部，不含開口部牆面以外之三面內牆及天花板處。 4. 燃燒器校正 (設備查驗 ) 4.1 確保燃燒器試驗時能達規定熱輸出功 率，燃燒器須於每次試驗前或連續試驗之間隔期間進行校正 。 4.2 校正時，燃燒器須直接置放於集煙罩下方 1000 mm 處，其時間熱輸出功率須符合表 1 之規定。記錄裝置須於燃燒器引燃前 1 分鐘進行記錄，至少每 6 秒量測 1 次。 3 CNS 15048, A 3406 表 1 燃燒器校正之時間熱輸出功率 時間 (分鐘 ) 熱輸出功率 (kW) 0 2 0 2 7 100 7 12 300 12 17 100 17 19 0 5. 試驗程序 5.1 初始條件

9、 5.1.1 直至試驗進行前，測試房間及四周溫度須維持在 (20 15) 。 5.1.2 距測試房間開口部中心水平 1000 mm 處，水平風速須在 0.5 m/s 以下 。 5.1.3 燃燒器須緊靠房間內部角落處，燃燒器表面應維持乾淨 。 5.1.4 試驗前，應以相機或攝影機記錄之。 5.2 設備校正 5.2.1 啓 動分析儀器電源及丙烷控制器電源。 5.2.2 氧氣分析儀校正 打開氮氣氣體鋼瓶維持壓力 10.5kPa1050 kgf/m2，之後開啟氮氣鋼瓶氣閥，使氮氣進入分析儀中， 5 分鐘後，進行氧氣零點校正，完畢後關閉氮氣鋼瓶閥；抽取大氣中之空氣，流通約 5 分鐘後，進行氧氣之全幅校正

10、 (full calibration)，測得濃度應為 20.95%(大氣中之氧含量 )。 5.2.3 CO/CO2分析儀之校正 注入氮氣約 5 分鐘後，進行 CO/CO2之零點校正，完畢後關閉氮氣鋼瓶閥；打開 CO/CO2標準氣體鋼瓶維持壓力 10.5kPa1050 kgf/m2 ，之後打開CO/CO2標準氣鋼瓶氣閥，使標準氣體進入分析儀流通約 5 分鐘後進行CO/CO2全幅校正，測得濃度應為氣體鋼瓶上 CO/CO2之含量。 5.2.4 煙濃度校正 未 啓 動光學系統 (光源種類為白光或雷射光 )電源前，煙濃度應為 0%，電源啓 動後煙濃度為 100%。 5.2.5 確認熱電偶誤差值為 4 以

11、下。 5.2.6 以上校正步驟完成後，即可進行試驗。 5.3 加熱試驗 5.3.1 試驗開始前 2 分鐘開啟量測儀器並開始記錄之。 5.3.2 燃燒器引燃後於 10 秒內調整熱輸出功率至 100 kW，於試驗時間前 10 分鐘提供 100 kW 熱輸出，後 10 分鐘提供 300 kW 熱輸出，並在試驗過程中調整集煙罩抽氣量至能將房間所有煙氣抽離為止。 5.3.3 利用攝影機或相機記錄試驗過程，過程中計時器須顯示於影片或相片中。 4 CNS 15048, A 3406 5.3.4 試驗期間，須記錄下列事件發生時間： (1) 天花板引燃； (2) 火焰延燒至牆面及天花板； (3) 燃燒器改變熱輸

12、出功率； (4) 火焰從開口部竄出； (5) 閃燃發生及試驗結束時間 (標準火源時間為 20 分鐘 )，之後持續觀察 2 小時或直至火焰燃燒停止為止。 5.3.5 記錄試驗後試體之損害範圍。 6. 試驗報告 6.1 試驗報告應包含下列事項。 (1) 實驗室名稱及地址 (2) 標示號碼及日期 (3) 試驗廠商名稱及地址 (4) 試驗目的 (5) 取樣方式 (6) 試體製造商或供應商名稱 (7) 試體名稱 (8) 試體單位質量及厚度 (9) 試體供應日期 (10) 描述試體組裝方式 (11) 試驗日期 (12) 試驗方法 6.2 試驗結果 (1) 熱通量時間歷程圖 (2) 排氣導管體積流率時間歷程

13、圖 (3) 測試房間熱釋放率時間歷程圖 (4)燃燒器熱釋放率時間歷程圖 (5) 一氧化碳濃度與溫度及壓力時間關係圖 (6) 二氧化碳濃度與溫度及壓力時間關係圖 (7) 煙濃度與導管內氣體溫度時間關係圖 (8) 火災成長示意圖 (9) 校正結果 5 CNS 15048, A 3406 圖 1 測試房間設備圖 單位： mm 圖 2 測試房間尺度 單位： mm 2000 正面圖 俯瞰圖 2400 800 3600 400 2000 排出氣體 導流扇葉 5000 排氣導管 400擋板集煙罩 30003000 開口部3600 800 2400 燃燒器 6 CNS 15048, A 3406 圖 3 氣體

14、燃燒器 單位： mm 圖 4 排氣系統設備示意圖 導扇50003500100100排氣清淨系統皮托管光學系統氣體分析器導扇開口 400 240 340鋼板 395400開口 30003000鋼製框架 501003.2鋼板 1000300鋼板 25009002mm厚鋼板單位 : mm3609003801050排氣管 400導扇排氣清淨系統皮托管光學系統氣體分析器導扇開口 鋼板開口鋼製框架鋼板厚鋼板單位3609003801050排氣管 砂(粒徑 2 3) 銅製細網(網孔 1.4) 礫石(粒徑 4 8) 銅製細網(網孔 2.8) 氣體入口處 870 +170145 100 單位： mm 導流扇葉 導

15、流扇葉開口 400 板托管 排氣導管 400集煙罩開口30003000鋼製框架 501003.2340 鋼板 (三面 )10003000 鋼製檔板 25009002 m 厚鋼板鋼板 395 400 240 光學系統 氣體分析儀 5000排氣清淨系統 3500 100 100 1050 900 380 360導煙箱 7 CNS 15048, A 3406 圖 5 天花板試體表面之熱電偶位置圖 注意： 熱電偶之熱接點利用大約 100 mm2之耐熱玻璃纖維貼帶固定於試體表面。貼帶與試體在 500 時仍須維持良好的密接性。 圖 6 量測房間內部氣體溫度之熱電偶位置圖 單位： mm 燃燒器上方天花板之試

16、體表面熱電偶 開口部 天花板 地板 300熱電偶位置300 670 970 142012701570 1720 2100 8 CNS 15048, A 3406 圖 7 地面熱通量計位置圖 單位： mm 圖 8 氣體分析設備示意圖 注意：若有足夠的 U 形管，冷卻系統可省略。 熱電偶玻璃過濾器 150 200 m 燈 排氣管 皮托管光電池不鏽鋼取樣管 10 mm 水冷卻器冷卻盒排水 吸水過濾器 過剩氣體 幫浦 過濾膜 3 m 順磁性分析儀 紅外線分光光度計CO,CO2O2HF1200 1200 1800 1800 9 CNS 15048, A 3406 附錄 A 排氣導管裝置 A.1 體積 A

17、.1.1 體積藉由安裝於導管中心處之雙向感測器 (probe)進測 (如圖 A.1 所示 )，感測器由長 32 mm、內徑 14 mm 之柱銹鋼管所組成，並分隔為相同之尺空間，空間之壓差用壓 轉換器進測，測結果與之關係如圖 A.2 所示。 A.1.2 壓轉換器測範圍為 0 2000 Pa0 200 kgf/m2，精確應優於 5 Pa0.5 kgf/m2。 A.1.3 熱電偶最大直徑為 0.25 mm，且應不可擾亂感測器附近之流體。 A.2 取樣管 A.2.1 取樣點應位於排氣導管內之氣體混合均勻處，感測器應為圓柱形以減少擾流產生。 A.2.2 取樣管 (sampling line)應由防腐蝕材

18、料製成 (如 PTFE)，燃燒氣體應由內部過濾器進行過濾及冷卻，最高容許溫度為 10 ，並經由氣體分析設備進行分析。 A.2.3 燃燒氣體經由幫浦進行輸送，幫浦本體應不可排放出油體、油脂或其他污染混合氣體之物質。 A.2.4 取樣管如圖 8 所示，幫浦應能提供 10 50 L/min 產生 10 kPa1000 kgf/m2以上壓力差以減少煙阻礙過濾器，為避免煙粒阻礙感測器，感測器應安裝於出風口須下游。 圖 A.1 雙向感測器 單位： mm 銲接處 支撐管 7.264.71.83320.91 D 14 10 CNS 15048, A 3406 圖 A.2 壓差量測結果與雷諾數之關係 符號 11

19、 CNS 15048, A 3406 附錄 B 計算 B.1 體積流率 排氣導管體積流率298v& ，以 m3/s 表示，如下所示： () ()2/1s00298pt298/TpT21/Av =& .B.1 =22.4( )pt/A ()1/2sp/T .B.2 式內，sT 排氣導管之氣體溫度 (K)。 0T 273.15 K。 p 雙向感測器量測之壓力差 (Pa) kgf/m2。 298 為一大氣壓， 25 條件下之空氣密度 (kg/m3)。 0 為 0.1 MPa1 kgf/cm2， 0 條件下之空氣密度 (kg/m3)。 A 排氣導管截面積 (m2)。 t 於排氣導管中心處單位面積平均質

20、量流率與單位面積質量流率之比率。 p 雷諾數。 假設燃燒氣體密度改變 (相較於空氣 )僅由溫度增加所導致，修正因於水分消失過程可能被忽略之化學混合物或濕度，校正常數t 由排氣導管內部橫截面直徑溫度及流率決定，當判定t 時其誤差應為 3%以下。 B.2 熱效應、校正及測試過程 B.2.1 校正過程中引燃源之熱釋放率bq& ，以 kW 表示，由下列公式計算丙烷消耗量。 eff c,bbhmq = & B.3 式內，bm& 丙烷質量流率 (g/s)。 effc,h 丙烷最低有效燃燒熱 (kJ/g)表示。 假設為 100%有效燃燒，effc,h 相等於 46.4 kJ/g。 B.2.2 試體之熱釋放率

21、 q& ，以 kW 表示，計算如下： ()bHC1aO2981qEE-11-VEq832&+= B.4 為氧氣消耗因子，如下： ( ) ( )()2222222OCO0O0COOCO0O-1-1-1 = B.5 aO2 為環境之部分氧氣濃度，如下所示： ( )aOH0OaO222-1 = .B.6 式內， E 每單位消耗氧氣體積之熱釋放，以 kJ/m3表示。 E1( 試體 )=17.2103kJ/m3；83HCE(丙烷 )=16.8103kJ/m3。 12 CNS 15048, A 3406 298V& 25 ，一大氣壓條件下排氣導管內之氣體體積流率 (m3/s)。 膨漲係數。 aO2 環境中

22、之部分氧氣濃度，包含水蒸氣。 0O2 分析儀最初讀取之氧氣濃度值。 2O 測試中分析儀讀取之氧氣濃度值。 0CO2 分析儀最初讀取之二氧化碳濃度值。 2CO 測試中分析儀讀取之二氧化碳濃度值。 aOH2 環境中之部分水蒸氣。 B.3 燃燒氣體 須計算瞬間氣體產生率gasv& ，以 m3/s 表示，總氣體產生率gasv 以 m3表示，如下所示： i298gasvv = & .B.7 dtvvgast0gas= & .B.8 式內，298v& 集煙罩之體積流率 (m3/s)。 i 分析儀之物種濃度。 t 引燃後時間 (s)。 B.4 煙濃度 光學密度以消散係數 表示 (m-1)，定義如下 =IIlnL10.B.9 式內， I0光強度。 I穿透煙層後之光強度。 L穿透煙層之光束長度 (m)。 瞬間遮蔽率instR ，以 m2/s 表示，總煙量totR ，以 m2表示，計算如下。 sinstvR &= .B.10 dtvRt0stot= & .B.11 式內，sv& 排氣導管體積流率 (m3/s)。 t 引燃後時間 (s)。 引用標準： CNS 12514 建築物構造部分耐火試驗法 相關標準： ISO 9705： 1993 Fire tests - Full-scale room test for surface products