UKD 699.81:614.849

Zgłoszona przez Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa

Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji, Miar i Jakości dnia 30 czerwca 1989 r. jako norma
obowiązująca od dnia 1 stycznia 1990 r. (Dz. Norm. i Miar nr 7/1989, poz. 17)

1. WSTĘP

1.1. Przedmiot normy.

Przedmiotem normy jest metoda badania właściwości dymotwórczych materiałów budowlanych i materiałów
wyposażenia wnętrz, zwanych dalej materiałami.

1.2. Zakres stosowania przedmiotu normy.

Metodę stosuje się do badania właściwości dymotwórczych materiałów jedno- i wielowarstwowych o
grubości nie większej niż 30 mm oraz do klasyfikacji materiałów ze względu na pożarowe zagrożenie
dymem.

1.3. Określenia

1.3.1. dym

- wg PN-91/B-02840.

1.3.2. współczynnik osłabienia kontrastu Y, (m

2

/kg)

- wielkość określająca odwrotność zasięgu widzialności wzorca optometrycznego obserwowanego przez

warstwę dymu o grubości 1 m wytworzonego w objętości 1 m

3

w czasie rozkładu termicznego i spalania 1

kg masy materiału.

1.3.3. maksymalna wartość współczynnika osłabienia kontrastu Y

m

, (m

2

/kg)

- największa wartość współczynnika osłabienia kontrastu Y.

1.3.4. maksymalna szybkość zmian współczynnika osłabienia kontrastu Y

m

= (dY/dt) max, (m

2

/kg x s)

- maksymalny przyrost wartości współczynnika osłabienia kontrastu w jednostce czasu.

1.3.5. zasięg widzialności

- maksymalna odległość, z jakiej obserwowany w danym ośrodku rozpraszającym światło przedmiot jest
jeszcze widoczny, co oznacza, że kontrast luminancji obserwowanego w tym ośrodku przedmiotu jest równy
progowej czułości kontrastowej oka ludzkiego.

1.3.6. wzorzec optometryczny

- dwa czarne paski jednakowej szerokości zwane dalej przedmiotem, umieszczone na białym tle zwanym
dalej tłem, ustawione w odległości od siebie równej swojej szerokości.

2. METODA BADANIA

2.1. Zasada metody.

Metoda badania właściwości dymotwórczych materiałów polega na określeniu wartości współczynnika
osłabienia kontrastu Y

m

i wartości maksymalnej szybkości jego zmian Y

m

w różnych warunkach rozkładu

POLSKI KOMITET
NORMALIZACJI, MIAR I
JAKOŚCI

POLSKA NORMA

PN-89/B-02856

Ochrona przeciwpożarowa budynków

Grupa katalogowa

0729

Metoda badania właściwości dymotwórczych
materiałów

Fire protection of buildings

Testing method of smoke behaviour of materials

Protection des batiménts contre feu

Méthode d’essais de propriétés des matériaux produitsantes
la fumée

termicznego i spalania. Badanie dymotwórczości materiałów przeprowadza się w zamkniętej komorze.
Próbkę badanego materiału poddaje się działaniu strumienia cieplnego emitowanego przez płytkę grzewczą
elektrycznego promiennika podczerwieni. Badany materiał ulega rozkładowi termicznemu i spalaniu w
obecności płomienia pilotowego i bez płomienia pilotowego, przy różnych wartościach gęstości strumienia
cieplnego padającego na powierzchnię próbki.

Gromadzące się w komorze produkty rozkładu termicznego i spalania próbki badanego materiału powodują
osłabienie kontrastu wzorca optometrycznego. Za pomocą fotodiod fotometru różnicowego sygnały
luminancji przedmiotu i tła wzorca optometrycznego przetworzone zostają na proporcjonalne do ich
wartości sygnały napięciowe. Podczas pomiaru bada się sygnał napięciowy ∆U odpowiadający różnicy
luminancji tła i przedmiotu wzorca optometrycznego.

Zamknięta komora stanowi układ całkujący. Powoduje to zmiany ∆U, a tym samym współczynnika
osłabienia kontrastu w czasie. Po osiągnięciu wartości maksymalnej Y równej Y

m

(odpowiednio minimalnej

∆U} wartość tego współczynnika maleje.

Dla każdego z warunków rozkładu termicznego i spalania badanego materiału należy określić wartość
maksymalną Y

m

współczynnika osłabienia kontrastu oraz wartość maksymalną szybkości jego zmian Y

m

.

Największe z otrzymanych wartości Y

m

i Y

m

służą do sceny właściwości dymotwórczych materiałów.

2.2. Stanowisko badawcze i wyposażenie

2.2.1. Schemat stanowiska badawczego

- wg rys. 1.

Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego

1 - fotodiody, 2 - zestaw elementów optycznych, 3 - okno górne, 4 - okno dolne, 5 - wiązka
światła, 6 - próbka, 7 - promiennik podczerwieni, 8 - palnik pilotowy, 9 - wzorzec
optometryczny, 10 - oświetlacz, 11 - płuczka, 12 - rotometry, 13 - wentylatory, 14 - sygnały
napięciowe, Z

1

, Z

2

, Z

3

, Z

4

, Z

5

- zawory

2.2.2. Komora dymowa.

Podstawowym elementem zestawu pomiarowego jest komora dymowa w kształcie prostopadłościanu o
wymiarach wewnętrznych 914 x 610 x 914 ±2 mm, wyposażona w układ rozkładu termicznego i spalania
próbek, układ wentylacji, układ pomiaru współczynnika osłabienia kontrastu, układ przemywania okien
fotometru różnicowego. Ścianki komory dymowej powinny być wykonane z materiału termoizolacyjnego

(wełna mineralna o grubości 25 mm i gęstości 100 kg/m

3

lub przegroda o zbliżonej wartości współczynnika

przenikania ciepła k) pokrytego od wewnątrz blachą stalową zabezpieczoną przed działaniem agresywnych
substancji w podwyższonej temperaturze. Komora powinna mieć otwory umożliwiające przejście wiązki
światła oraz gazoszczelne otwory pozwalające na podłączenie układu wentylacji i układu rozkładu
termicznego i spalania próbek.

Zabezpieczenie na wypadek wybuchu mieszaniny gazów wytworzonych w czasie rozkładu termicznego i
spalania próbek badanego materiału stanowi otwór bezpieczeństwa o wymiarach 340 x 240 ±2 mm
znajdujący się w suficie komory dymowej, (rys. 2 i 3) zamknięty folią aluminiową o grubości 0,025 mm.

Rys. 2. Sufit i podłoga komory dymowej

1 - uchwyt do mocowania próbki, 2 - próbka, 3 - płyta grzejna, 4 - promiennik podczerwieni,
5 - otwór doprowadzający zasilanie promiennika, 6 - otwór wylotowy dymu (wywiew), 7 -
otwór wlotowy powietrza (nawiew), 8 - otwór okna górnego, 9 - otwór okna dolnego

Rys. 3. Ramka otworu bezpieczeństwa

W ścianie przedniej komory dymowej należy umieścić oszklone drzwi (rys. 4) umożliwiające wprowadzanie
próbek badanych materiałów do komory i obserwacje procesu ich rozkładu termicznego i spalania.

Rys. 4. Ściana przednia komory

1 - dodatkowy otwór umożliwiający odprowadzenie dymu z komory

2.2.3. Układ rozkładu termicznego i spalania próbek.

W skład układu wchodzą: elektryczny promiennik podczerwieni (rys. 5), palnik pilotowy (rys. 6) i uchwyt do
mocowania próbek (rys. 7).

Rys. 5. Schemat budowy elektrycznego promiennika podczerwieni

1 - płyta z marynitu, 2 - izolacja z wełny mineralnej, 3 - płyta z azbestu, 4 - płyta grzewcza, 5
- obudowa z blachy

Rys. 6. Statyw do mocowania próbek wyposażony w palnik pilotowy

1 - maskownica, 2 - próbka, 3 - zatyczka o wymiarach próbki z materiału niepalnego, 4 -
uchwyt próbki, 5 - obudowa promiennika podczerwieni, 6 - palniki rurowe, 7 - statyw, 8 -
palnik pilotowy, 9 - wlot mieszaniny powietrza z propanem-butanem, 10 - miejsce dla
próbki, 11 - elementy statywu

Rys. 7. Uchwyt do mocowania próbek

a) uchwyt z przodu, b) maskownica z przodu, c) uchwyt z boku, d) maskownica z boku, e)
maskownica z tyłu

Źródłem energii cieplnej powodującej rozkład termiczny próbki badanego materiału jest elektryczny
promiennik podczerwieni o średnicy 76 mm, którego płytę grzewczą o mocy 1 kW stanowi zwinięta spiralnie
i izolowana miką taśma kantalowa o szerokości 3 mm i grubości 0,2 mm.

Promiennik podczerwieni powinien być zamocowany na statywie (rys. 6) wyposażony w uchwyt próbki z
maskownicą (rys. 7). Powierzchnia płyty grzewczej promiennika podczerwieni powinna być równoległa do
pionowo ustawionej powierzchni próbki.

Usytuowanie promiennika podczerwieni oraz uchwytu do mocowania próbki pokazano na rys. 2.

Promiennik podczerwieni powinien być wyposażony w zasilacz (rys. 1) będący stabilizatorem mocy.
Stabilizacja mocy z dokładnością ±0,5% zapewnia stałość i powtarzalność warunków rozkładu termicznego i
spalania próbek badanych materiałów. Przez regulację mocy elektrycznej pobieranej przez promiennik
podczerwieni uzyskuje się żądaną wartość gęstości strumienia cieplnego padającego na powierzchnię próbki

w zakresie od 0 do 70 kW/m

2

. Do okresowego ustalania zależności gęstości strumienia cieplnego

padającego na powierzchnię próbki od mocy pobieranej przez promiennik stosować należy radiometr o

zakresie pomiarowym od 0 do 100 kW/m

2

i dokładności pomiaru ±5%. Czujnik radiometru powinien mieć

płaską i nieosłoniętą powierzchnię pomiarową.

Kontrolę wartości strumienia cieplnego padającego na powierzchnię próbki należy przeprowadzić po każdej
dłuższej przerwie pracy stanowiska oraz po każdej serii badań materiałów emitujących w czasie rozkładu
termicznego i spalania substancje wywołujące korozję.

Do podpalania próbki należy stosować palnik pilotowy (rys. 6) składający się z sześciu rurkowych palników
umożliwiających skierowanie płomieni na próbkę pod kątami 0°, 45° i 90°. Palnik pilotowy powinien być

zasilany mieszaniną gazu butan-propan z powietrzem. Natężenie przepływu gazu powinno wynosić 3 x 10

-3

m

3

/h, a powietrza 3 x 10

-2

m

2

/h. Do regulacji natężenia przepływu gazów należy stosować zawory Z

3

i Z

4

wg rys. 1. Wskaźnikami natężenia przepływu są rotametry umieszczone poza komorą dymową.

2.2.4. Układ wentylacji

komory dymowej służy do usuwania z komory produktów rozkładu termicznego i spalania próbki badanego
materiału po każdym pomiarze. W jego skład wchodzą dwa wentylatory (nawiew i wywiew) z zasilaczem
oraz dwa zawory odcinające Z

1

i Z

2

wg rys. 1.

2.2.5. Układ pomiaru współczynnika osłabienia kontrastu.

Do pomiaru współczynnika osłabienia kontrastu służy fotometr różnicowy (rys. 8) składający się z
oświetlacza wzorca optometrycznego z zasilaczem, zestawu elementów optycznych, fotodiod i miernika z
układem elektronicznym (rys. 8 i 9).

Rys. 8. Schemat układu pomiaru współczynnika osłabienia kontrastu (fotometr różnicowy)

1 - fotometr (miernik z układem elektronicznym pomiaru luminancji tła i przedmiotu), 2 -
fotodiody, 3 - zestaw elementów optycznych, 4 - nakrętka, 5 - okno, 6 - nawiew ochronny
okna, 7 - oświetlacz wzorca optymetrycznego, 8 - zasilacz oświetlacza

Rys. 9. Zestaw elementów optycznych fotometru różnicowego

1 - fotodiody BPW 21, 2 - podłączenie do miernika, 3 - kolektor, 4 - pryzmat, 5 - obiektyw, 6
- wiązka światła, 7 - okna komory, 8 - paski wzorca optometrycznego, 9 - tło wzorca, 10 -
wzorzec optometryczny, 11 - kondensor, 12 - żarówka halogenowa 70 W/24 V

Źródło światła powinna stanowić żarówka halogenowa 70 W/24 V zasilana ze stabilizowanego źródła energii
elektrycznej z płynną regulacją mocy doprowadzanej do jej włókna. Oświetlenie wzorca powinno wynosić
100 lx. Zasilacz oświetlacza powinien zapewniać stałość oświetlenia wzorca z dokładnością do ±1 lx.

Zestaw elementów optycznych fotometru różnicowego tworzy obraz jednego z wzorców optometrycznych na
powierzchni jego fotoprzetworników tak, że obraz paska czarnego pokrywa powierzchnię jednej fotodiody, a
obraz tła powierzchnię drugiej. Stosunek wielkości obrazu do przedmiotu wynosi 1:1. Za pomocą tych
fotodiod i odpowiedniego układu elektronicznego fotometru różnicowego sygnały luminancji przetwarza się
na proporcjonalne do ich wartości sygnały napięciowe. Na wyjściu fotometru otrzymuje się sygnał
napięciowy U

1

proporcjonalny do luminancji tła L

t

, sygnał napięciowy U proporcjonalny do luminancji

przedmiotu L oraz ich różnicę ∆U.

Wartości parametrów technicznych fotometru różnicowego należy dobrać tak, aby w chwili gdy oko ludzkie
przestaje widzieć przez warstwę dymu wzorzec optometryczny oświetlony 100 lx, również fotometr w tych
samych warunkach przestał rozróżniać elementy wzorca.

Czułość spektralna fotometru różnicowego powinna być zbliżona do czułości spektralnej oka ludzkiego,
dlatego też należy stosować fotodiody o charakterystyce takiej, jak fotodiody BPW 21 (rys. 10).

Rys. 10. Charakterystyka czułości widmowej fotodiody BPW 21

Dopuszcza się stosowanie fotodiody z filtrem korekcyjnym cieplnym stosowanym w rzutnikach typu DIAPOL,
o charakterystyce takiej, jak charakterystyka fotodiody BPW 34 (rys. 11).

Rys. 11. Charakterystyka widmowa fotometru różnicowego z fotodiodami BPW 34

W celu ustalenia warunków początkowych pracy fotometru różnicowego należy ustalić sygnał napięciowy U

t

= 10 V lub U

t

= 100 jednostek umownych na wyjściu fotodiody z obrazem tła, co odpowiada oświetleniu

wzorca optometrycznego równemu 100 lx. Współczynniki wzmocnienia układu elektronicznego pomiaru
luminancji tła i układu elektronicznego pomiaru luminancji przedmiotu fotometru różnicowego powinny być
jednakowe. Błąd pomiaru tej samej luminancji przez oba układy nie powinien przekroczyć 0,001%. Przed
każdym pomiarem należy przeprowadzać kontrolę warunków oświetlenia. Odchylenie od uprzednio ustalonej
wartości U

t

= 10 V lub U

t

= 100 jednostek umownych świadczy o zabrudzeniu okien fotometru różnicowego

i wymaga ich oczyszczenia.

2.2.6. Układ przemywania okien fotometru różnicowego

składa się z butli ze sprężonym powietrzem, zaworu Z

5

, płuczki, systemu rurek doprowadzających powietrze

do powierzchni okien (rys. 1). Układ ten służy do tworzenia w pobliżu powierzchni okien fotometru
różnicowego warstw ochronnych z czystego powietrza, które zapobiegają błędom pomiaru spowodowanym
koagulacją i sedymentacją aerozolu dymowego na powierzchniach tych okien. Natężenie przepływu

powietrza 0,001 m

3

/H należy ustalić za pomocą zaworu Z

5

(rys. 1). Nawiew czystego powietrza w kierunku

powierzchni okien fotometru różnicowego nie powinien wprowadzać zakłóceń w pomiarach współczynnika
osłabienia kontrastu.

2.3. Przygotowanie próbek do badań.

(część normy zalecana do dobrowolnego stosowania)

2.4. Wykonanie badania.

(część normy zalecana do dobrowolnego stosowania)

3. OBLICZANIE WYNIKÓW BADAŃ

3.1. Obliczanie współczynnika osłabienia kontrastu Y.

Współczynnik osłabienia kontrastu Y należy obliczać w m

2

/kg wg wzoru

w którym:

V

k

- objętość pomiarowej komory dymowej, 0,51 m

3

,

m

p

- masa początkowa próbki, kg,

d - grubość warstwy dymu, 0,91 m,

∆U

0

= U

t0

– U

0

, przy czym:

U

t0

- sygnał napięciowy proporcjonalny do luminancji początkowej tła, V,

U

0

- sygnał napięciowy proporcjonalny do luminancji początkowej przedmiotu, V,

∆U = U

t

- U przy czym:

U

t

- sygnał napięciowy proporcjonalny do luminancji tła, V,

U - sygnał napięciowy proporcjonalny do luminancji przedmiotu, V.

Błąd względny pomiaru współczynnika osłabienia kontrastu nie powinien przekraczać 15%.

3.2. Obliczanie maksymalnej szybkości zmian współczynnika osłabienia kontrastu Y

m

. Maksymalną szybkość

zmian współczynnika osłabienia kontrastu Y

m

należy obliczać w m

2

/kg x s korzystając z metod

numerycznych lub graficznych.

4. PROTOKÓŁ BADAŃ

Dla każdego przebadanego materiału należy sporządzić protokół zawierający następujące dane:

a) nazwę jednostki wykonującej badania,

b) charakterystykę materiału (nazwę, symbol i normę, według której materiał jest produkowany,
właściwości materiału: gęstość, grubość, itp., dla wielowarstwowych - charakterystykę materiałów
składowych),

c) wyniki badań,

d) opis zachowania się próbek materiału w czasie badań,

e) datę i miejsce wykonania badania,

f) klasyfikację materiału,

g) nazwisko i imię wykonującego badania.

KONIEC

INFORMACJE DODATKOWE

1. Instytucja opracowująca normę

- Instytut Techniki Budowlanej, Instytut Okrętowy Politechniki Szczecińskiej.

2. Normy związane

PN-91/B-02840 Ochrona przeciwpożarowa budynków. Nazwy i określenia

3. Normy zagraniczne

Francja NFX10-702/86 Methodes d’essai au feu. Emission de fumée. Essai de mesure de la densite optique
specifique de la fumée emise par la combustion ou la pyrolyse des materiaux solides

RFN DIN 53436 Erzeugung thermischer Zersetzungsprodukte von Werskstoffen unter Luftzufuhr und ihre
toxikologische Prüfung Teil 1: Zersetzungsgerät und Bestimmung der Versuchstemperatur Apr. 1981

USA ASTM D 2156-80 Test method for smoke density in flue gases from burning distiiiate fuels

ASTM D 2843-77 Test method for density of smoke from the burning or decomposition of plastics

ASTM E 662-83 Test method for specific optical density of smoke generated by solid materials

ASTM E 84-87 Test method for surface burning characteristics of building materials

Wielka Brytania BS 2811: 1969 (1986) Specification for smoke density indicators and recorders

ZSRR GOST 12.1.044-84

4. Autorzy projektu normy

dr Marek Konecki - Instytut Techniki Budowlanej, dr Zygmunt Sychta - Instytut Okrętowy Politechniki
Szczecińskiej.

5. Literatura

Sychta Z.: Badania nad dymotwórczością materiałów i zadymień pomieszczeń na statku morskim. Prace
naukowe Politechniki Szczecińskiej nr 299, Szczecin 1985.

Sychta Z.: Nowa metoda badań dymotwórczości okrętowych materiałów wyposażeniowych. Praca
doktorska. Politechnika Szczecińska. Szczecin 1979.

Konecki M., Kolbrecki A.: Badania systematyczne wybranych materiałów, klasyfikacja materiałów ze
względu na indeksy dymotwórczości i toksyczności. Praca naukowo-badawcza ITB. Warszawa 1986.

Konecki M., Kosiorek M.: Referat normalizacyjny pt. Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie. Metoda
badań i kryteria oceny materiałów ze względu na dymowe zagrożenie. ITB. Warszawa 1986.

Konecki M., Piechocki J.: Porównanie wyników badań właściwości dymotwórczych niektórych materiałów.
Nauka i Technika Pożarnicza nr 4, 1986.

6. Klasyfikacja materiałów

Podstawę klasyfikacji materiałów stanowią: wartość maksymalnej szybkości zmian współczynnika osłabienia
kontrastu Y

m

i maksymalna wartość współczynnika osłabienia kontrastu Y

m

wielkości wyznaczonych dla

warunków maksymalnego dymienia klasyfikowanego materiału. W zależności od tych wartości materiały
dzieli się na:

- materiały o małej intensywności dymienia

Y

m

<800 m

2

/kg

Y

m

< 7 m

2

/kg x s

- materiały o średniej intensywności dymienia

800 < Y

m

, < 1400 m

2

/kg

7 < Y

m

< 20 m

2

/kg x s

- materiały intensywnie dymiące

Y

m

> 1400 m

2

/kg

Y

m

> 20 m

2

/kg x s

- materiały łzawiące - materiały, których produkty rozkładu termicznego i spalania pozostałe w niewielkich
ilościach w przewentylowanej komorze (50 wymian powietrza), powodują podrażnienie oczu.

Za główny parametr klasyfikacji materiałów z punktu widzenia stwarzanego przez nie dymowego zagrożenia
pożarowego

przyjmuje

się

maksymalną

szybkość

zmian

współczynnika

osłabienia

kontrastu

charakteryzującą dynamikę emisji dymu. Niezależnie od wartości podstawowych parametrów określających
dymotwórczość materiałów nie dopuszcza się do stosowania wszystkich materiałów łzawiących.

7. Kompleksowa ocena pożarowego zagrożenia dymowego

Dla warunków maksymalnego dymienia, otrzymuje się następującą nierówność stanowiącą warunek
konieczny, aby pożarowe zagrożenie dymowe można było uznać za dopuszczalne z punktu widzenia
bezpieczeństwa ludzi:

- współczynnik dynamiki rozwoju pożaru,

- współczynnik proporcjonalności zależny od warunków oświetlenia produktów pożaru,

l

m

- charakterystyczny wymiar liniowy pomieszczenia, który określa maksymalną odległość, w jakiej - w

stosunku do wyjścia z niego - może znaleźć się człowiek, m,

t

kr

, - czas krytyczny, s,

- stosunek masy j-tego materiału do objętości rozpatrywanego pomieszczenia, kg/m

2

,

- wartość średnia szybkości zmian współczynnika osłabienia kontrastu dla warunków maksymalnego
dymienia j-tego materiału, t

mj

- czas w s, po upływie którego współczynnik osłabienia kontrastu osiąga

wartość maksymalną Y

mf

, m

2

/kg x s.

Podana nierówność pozwala na kompleksową ocenę pożarowego zagrożenia dymowego dowolnego
pomieszczenia w fazie jego projektowania w oparciu o wyniki badań dymotwórczości materiałów oraz
stopień nasycenia nimi jego objętości.

Nierówność uwzględnia dynamikę rozwoju pożaru, dynamikę zaniku kontrastu obserwowanej przez warstwę
dymu sceny oraz dynamikę zmian stężeń toksycznych składników w jego atmosferze w razie powstania w
nim pożaru.

Ponadto nierówność pozwala wyznaczyć czas krytyczny ze względu na zadymienie.

Szczegółowy opis oceny pożarowego zagrożenia dymowego wraz z programem komputerowym zawarty jest
w pracy Sychta Z.: Badania nad dymotwórczością materiałów i zadymień pomieszczeń na statku morskim.
Prace naukowe Politechniki Szczecińskiej nr 299, Szczecin 1985.

8. Inne wykorzystanie stanowiska do badań

Stanowisko badawcze może być wykorzystane do badań metodą ASTM-E 662-83 i metodą NFX-10-702/86
w celu porównania właściwości dymotwórczych materiałów.

9. Deskryptory

0708360 ochrona przeciwpożarowa; 0641689 budynki; 0035099 metoda badania; 0000000 właściwości
dymotwórcze; 0334632 materiały budowlane.

10. Wydanie 2

- stan aktualny: grudzień 1993. Wprowadzono zmianę 1 Biuletyn PKNMiJ nr 5/92 oraz w Informacjach
dodatkowych wprowadzono p. 2 - Normy związane.