ISO 5660 Brandverhaltensprüfungen – Wärmefreisetzung, Rauchentwicklung und Massenverlustrate

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) veröffentlichte Norm „ISO 5660 Brandverhaltensprüfungen – Wärmefreisetzung, Rauchentwicklung und Massenverlustrate“ besteht aus mehreren Unterabschnitten, die unter demselben Titel veröffentlicht wurden. Nämlich:

• Die Norm „ISO 5660-1 Teil 1: Wärmefreisetzungsrate (Kegelkalorimeter-Methode) und Rauchentwicklungsrate (dynamische Messung)“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Wärmefreisetzungsrate und der dynamischen Rauchentwicklungsrate von Proben, die in horizontaler Lage kontrollierter Bestrahlungsstärke mit einem externen Zünder ausgesetzt sind. Die Wärmefreisetzungsrate wird durch Messung des Sauerstoffverbrauchs bestimmt, der sich aus der Sauerstoffkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeit im Verbrennungsproduktstrom ergibt. Die Zündzeit (kontinuierliche Flamme) wird bei diesem Test ebenfalls gemessen. Die dynamische Rauchentwicklungsrate wird aus der Messung der Dämpfung eines Laserlichtstrahls durch den Verbrennungsproduktstrom berechnet. Die Rauchverdunkelung wird während des gesamten Tests aufgezeichnet, unabhängig davon, ob die Probe gezündet wird oder nicht.

Das Prüfverfahren basiert im Allgemeinen auf der Beobachtung, dass die Nettoverbrennungswärme proportional zur für die Verbrennung benötigten Sauerstoffmenge ist. Pro Kilogramm verbrauchtem Sauerstoff werden etwa 13,1 × 10³ ^kJ Wärme freigesetzt. Die Prüfkörper werden unter Umgebungsbedingungen verbrannt und dabei einer vordefinierten externen Bestrahlungsstärke von 0 kW/m² ^bis 75 kW ^/m² ausgesetzt . Sauerstoffkonzentration und Abgasvolumenstrom werden gemessen. Mit diesem Prüfverfahren wird der Beitrag des Prüflings zur Wärmefreisetzungsrate im Brandfall ermittelt. Diese Eigenschaften werden an kleinen, repräsentativen Proben bestimmt.

Das Prinzip der Rauchmessung beruht im Allgemeinen auf der Beobachtung, dass die durch das Volumen der Verbrennungsprodukte transmittierte Lichtintensität mit zunehmender Entfernung exponentiell abnimmt. Dies ist allgemein als Bouguersches Gesetz bekannt. Die Testproben werden unter Umgebungsbedingungen verbrannt und dabei einer vordefinierten externen Bestrahlungsstärke von 0 kW/m² ^bis 75 kW/m² ausgesetzt ^. Dabei werden die Rauchverdunkelung, der Abgasvolumenstrom und der Massenverlust der Probe gemessen. Die Rauchverdunkelung wird als Anteil der durch den Rauch im Abgaskanal transmittierten Laserlichtintensität bestimmt. Dieser Anteil dient zur Berechnung des Dämpfungskoeffizienten nach dem Bouguerschen Gesetz.

Die Testergebnisse werden in Form von Rauchentwicklung und Rauchentwicklungsrate angegeben, jeweils normiert auf die exponierte Probenoberfläche. Die Rauchentwicklungsrate errechnet sich aus dem Produkt des Extinktionskoeffizienten und dem Rauchvolumenstrom im Abluftkanal. Die Berechnung der Rauchentwicklung erfolgt durch numerische Integration der Rauchentwicklungsrate über den betrachteten Zeitraum. Die angegebenen Variablen sind flächennormiert, da die Rauchentwicklung proportional zur Fläche ist. Die Testmethode dient der Bewertung des Beitrags des getesteten Produkts zur Rauchausbreitungsrate und der Rauchmenge bei einem gut belüfteten Feuer. Diese Eigenschaften werden wiederum an kleinen, repräsentativen Proben ermittelt.

• Die Norm „ISO 5660-2 Teil 2: Rauchentwicklungsrate (dynamische Messung)“ legt ein Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Rauchentwicklungsrate von im Wesentlichen flachen Proben fest, die unter gut belüfteten Bedingungen einer kontrollierten Strahlungserwärmung mit oder ohne externe Zündvorrichtung ausgesetzt werden. Die Rauchentwicklungsrate wird durch Messung der Dämpfung eines Laserstrahls durch den Verbrennungsproduktstrom berechnet. Die Rauchverdunkelung wird während des gesamten Tests aufgezeichnet, unabhängig davon, ob die Probe brennt oder nicht. Das in dieser Norm beschriebene Messsystem ist eine Erweiterung des in ISO 5660-1 beschriebenen Instruments. Daher wird diese Norm in Verbindung mit ISO 5660-1 verwendet.

Dieses Prüfverfahren basiert auf der Beobachtung, dass die Lichtintensität, die ein Volumen von Verbrennungsprodukten durchdringt, exponentiell mit der Entfernung abnimmt. Dies wird oft als Bouguersches Gesetz bezeichnet. Die Prüfproben werden während der Verbrennung unter Umgebungsluftbedingungen einer vorgegebenen externen Bestrahlungsstärke ausgesetzt und Rauchtrübung, Abgasdurchflussrate und Massenverlustrate der Probe gemessen. Die Rauchtrübung wird als Anteil der Laserlichtintensität gemessen, der durch den Rauch im Abgaskanal dringt. Dieser Anteil wird zur Berechnung des Extinktionskoeffizienten gemäß dem Bouguerschen Gesetz verwendet.

Die Testergebnisse werden in Form von Rauchentwicklung und Rauchentwicklungsrate angegeben, jeweils normiert auf die exponierte Probenoberfläche. Die Rauchentwicklungsrate errechnet sich aus dem Produkt des Extinktionskoeffizienten und dem Rauchvolumenstrom im Abluftkanal. Die Rauchentwicklung wird durch numerische Integration der Rauchentwicklungsrate über den betrachteten Zeitraum berechnet. Die angegebenen Variablen sind flächennormiert, da die Rauchentwicklung proportional zur Fläche ist. Die Testmethode dient der Bewertung des Beitrags des getesteten Produkts zur Rauchausbreitungsrate und der Rauchmenge, die bei einem gut belüfteten Brand entsteht. Diese Eigenschaften werden an kleinen, repräsentativen Proben ermittelt.

• Die Norm „ISO 5660-3 Teil 3: Leitfaden zur Messung“ untersucht die Einschränkungen des derzeit für Bauprodukte verwendeten Kegelkalorimeters und schlägt Möglichkeiten vor, diese für andere Produkttypen und Anwendungsbereiche zu überwinden. Diese Norm fasst das Wissen aus umfangreicher Erfahrung mit dem Instrument in einem Leitfaden zusammen, der zur Standardisierung des Einsatzes des Kegelkalorimeters in diesem breiteren Kontext beiträgt.

Diese Norm bietet spezifische Hinweise zur Probenvorbereitung und zum Verhalten von Proben bei Strahlungswärmeeinwirkung, wie z. B. Schmelzen, Zerfall und Quellen. Sie erörtert die Bedeutung von Probendicke, Substratverwendung und Substratfixierungsmethoden. Sie gibt außerdem Hinweise zur Prüfung verschiedener nicht standardisierter Produkte. Sie enthält außerdem Empfehlungen zu Instrumentenkalibrierungstechniken, der Auswahl geeigneter Wärmestromstärken und Brennprotokollen. Neben Anleitungen für Bediener enthält diese Norm auch Empfehlungen zur Präsentation von Prüfergebnissen.

• ISO 5660-4 Teil 4: Messung geringer Wärmefreisetzungsgrade beschreibt ein Verfahren zur Bewertung von Materialien und Produkten, die bei Einwirkung hoher Bestrahlungsstärken, die für voll entwickelte Brände typisch sind, geringe Wärmefreisetzungsgrade erzeugen. Es unterscheidet sich von ISO 5660-1 durch die Festlegung von Elementen wie z. B. der spezifischen Probengröße, des Probenhalters, der Probenausrichtung, des Volumenstroms und der Bestrahlungsstärke, bei der der Test durchgeführt wird. Das in dieser Norm beschriebene Prüfverfahren ist für die Verwendung bei Produkten und Materialien vorgesehen, die nur geringe Mengen brennbarer Elemente enthalten, z. B. Prüfproben mit einer Gesamtwärmefreisetzung von 0,75 MJ/m2 bis 15 MJ/m2. Ein Prüfverfahren für Proben mit mittlerer bis hoher Gesamtwärmefreisetzung ist in ISO 5660-1 enthalten. Die aus diesem Prüfverfahren in dieser Norm gewonnenen Informationen können auch für technische Brandschutzzwecke verwendet werden. Wie in ISO 5660-1 werden Wärmefreisetzungsraten nicht direkt und absolut gemessen, sondern theoretisch mithilfe einer experimentell abgeleiteten Proportionalitätskonstante berechnet, die die freigesetzte Wärme in Beziehung zum gemessenen Sauerstoffverbrauch setzt.

Die Messung der Wärmefreisetzungsrate und der Gesamtwärmefreisetzung dient der Quantifizierung der Zündfähigkeit und der Wärmeabgabe der Testprobe. Sie basiert im Allgemeinen auf der Beobachtung, dass die Nettoverbrennungswärme eines Materials direkt mit der zur Verbrennung benötigten Sauerstoffmenge zusammenhängt. Diese Beziehung beträgt ungefähr 13,1 x 103 kJ freigesetzte Wärme pro 1,0 kg verbrauchtem Sauerstoff. Optional können zusätzliche Messungen von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid durchgeführt und zur Berechnung der Wärmefreisetzung herangezogen werden.

• Die Norm „ISO 5660-5 Teil 5: Wärmefreisetzungsrate (Cone-Kalorimeter-Methode) und Rauchentwicklungsrate (dynamische Messung) in sauerstoffreduzierten Atmosphären“ beschreibt die Vorrichtung und das Verfahren zur Messung des Brandverhaltens in sauerstoffreduzierten Atmosphären. Kontinuierliche Messungen werden durchgeführt, um die Wärmefreisetzungsrate, die Rauch- und spezifische Gasproduktionsrate sowie die Massenverlustrate zu berechnen. Zündzeitmessungen werden ebenfalls durchgeführt, um das Zündverhalten zu ermitteln. Pyrolyseparameter von Proben, die kontrollierten Bestrahlungsstärken und kontrollierten Sauerstoffzufuhrstufen ausgesetzt sind, können ebenfalls bestimmt werden.

Verschiedene sauerstoffreduzierte Atmosphären innerhalb der Prüfumgebung werden durch Regelung der Sauerstoffvolumenkonzentration des der Kammer zugeführten Gases (Belüftung) oder des gesamten der Kammer zugeführten atmosphärischen Volumens (Belüftung) erreicht. Sauerstoffvolumenkonzentrationen unter 20,95 Prozent Sauerstoff können untersucht werden. Das Gerät ist nicht für die Regelung von Sauerstoffanreicherungen über 20,95 Prozent atmosphärischer Sauerstoffkonzentration ausgelegt. Das in dieser Norm beschriebene Messsystem basiert auf dem in ISO 5660-1 beschriebenen Cone-Kalorimeter. Daher ist dieses Dokument zur Verwendung in Verbindung mit ISO 5660-1 vorgesehen.

Unser Unternehmen unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten. Es verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm ISO 5660 „Prüfungen zum Brandverhalten – Wärmefreisetzung, Rauchentwicklung und Massenverlustrate“ an.