4. 실험
이 장은 샌드위치판넬 단열재의 열적 반응을 결정하기 위한 실험으로 시작합니다. Comsol Multiphysics 및 Voltra에서 실험한 후 연기층의 영향으로 인해 실제 건물 크기에 적용된 샌드위치판넬의 총 질량 손실에 대한 스프레드 시트 계산이 이어집니다. 샌드위치판넬이 소방관에게 잠재적인 위험을 초래하는지 여부를 확인합니다.
1) Comsol Multiphysics® 표시
Comsol 3.4 Multiphysics® 열전달(대류 및 전도)은 테스트할 샌드위치판넬에 대한 열 영향을 예측하기 위한 정적 모델로 사용되었습니다. 열 특성은 고온 및 주변 온도에서 열 특성이 유사하다고 가정합니다. 이는 이러한 상황이 열 의존 특성을 사용하지 않는다는 것을 의미합니다. 용융 및 열 분해(반응 및 분해)와 같은 결과는 실험되지 않습니다.
Comsol Multiphysics® 열전달 실험의 결과는 질량 손실 테스트의 결과와 비교됩니다. 이 측정된 온도를 동일한 높이에서 열전달 계산에서 계산된 온도와 비교하여 샌드위치판넬 노출 표면의 3cm 높이에 열전대를 배치하여 수행합니다. 열전달 실험은 온도(150, 250 및 350℃)에서 10분간 노출된 조인트가 없는 PIR 우레탄판넬, PUR 우레탄판넬 및 미네랄울판넬에 대해 수행되어 샌드위치판넬에서 예상되는 온도 상승에 대한 설명을 얻었습니다. 이 실험에서 샌드위치판넬은 실험 설정과 유사하게 한쪽에서만 고온에 노출됩니다.
4가지 샌드위치판넬 샘플 유형에 대한 공통적인 경계 조건은
① 주변 온도 샘플 ② 샘플 표면/상자에 열 부하 ③ 외부 주변 온도 ④ 측면 무한 절연
각 실험에 대한 재료별 특성은 다음의 재료 설명에 나와있습니다.
(1) Comsol Multiphysics® 결과
① 미네랄울판넬 벽판(SWW)
첫 번째 샌드위치판넬은 네덜란드에서 제작된 SWW(미네랄울판넬 벽판)로 Comsol(Steel AISI 4340, ρ=7850kg/m³, λ=44.5W/m·K, Cp=475J/kg*k) 및 100mm conrock Q3 단열재에 사용된 표준에 따라 실험된 0.4mm 강판 외장이 있습니다.
Comsol 3.4에서 모델링된 미네랄울판넬 벽판의 형상은 상기 그림에 나와있습니다. 실험 설정에 사용되는 금속 상자(R3, R5)의 가능한 영향을 포함합니다. 샌드위치판넬의 표면 노출은 400cm²이고 두께는 100mm입니다. PT1 아래 2cm는 미네랄울판넬의 온도가 측정되는 지점(0.125, 0.05)입니다. 실험 중 온도는 동일한 위치에 기록됩니다.
실험 600초 후 PT(0.125, 0.05)에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 39.9℃ – 열 하중 250℃ 54.5℃ – 열 하중 350℃ 68.8℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다.
② 미네랄울판넬 지붕판(SWR)
두 번째 샌드위치판넬 유형 SWR은 프랑스에서 생산되는 60mm 미네랄울판넬입니다. 이 샌드위치판넬의 내부 면은 0.5mm이고, 외부 면은 0.63mm(Steel AISI 4340)입니다. 60mm(ρ=98.85kg/m³, λ=0.042W/m·K, Cp=475J/kg*k) 미네랄울단열재로 적용됩니다.
미네랄울판넬 지붕판의 형상은 Comsol 3.4에서 모델링되었습니다. 실험 설정에 사용되는 금속 상자(R3, R5)의 가능한 영향을 포함합니다. 미네랄울판넬 자체의 두께는 60~100mm이고, 노출 표면은 400cm²입니다. PT1은 미네랄울판넬의 온도가 측정되는 내부 강판 위의 3cm 지점입니다. 실험 중 온도는 동일한 위치에 기록됩니다.
실험 600초 후 PT(0.125, 0.05)에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 42.5℃ – 열 하중 250℃ 57.5℃ – 열 하중 350℃ 72.5℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다.
③ PUR 우레탄판넬3
3번째 샌드위치판넬은 네덜란드에서 생산된 PUR 우레탄판넬100/135입니다. 이 우레탄판넬은 폴리에스테르 20㎛ 코팅으로 코팅된 강판의 내부 면과 HPS200 울트라 코팅된 0.5mm 강판의 외부 표면이 있습니다. 단열재는 다음과 특성을 가진 PUR 우레탄단열재(iso+)입니다. (ρ=30.12kg/m³, λ=0.023W/m·K, Cp=1560.5J/kg*k)
PUR 우레탄판넬의 형상은 62.5cm²의 노출된 표면으로 모델링되었으며, 우레탄판넬의 두께는 100~135mm입니다. PT1은 이 실험에서 온도가 측정되는 지점이며, 실험 설정에서 열전대의 위치에 해당합니다.
실험 600초 후 PT1에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 50.2℃ – 열 하중 250℃ 73.3℃ – 열 하중 350℃ 94.6℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도입니다. 그리고 열 분해와 같은 결과로 인해 현실과 다를 수 있습니다.
④ PIR 우레탄판넬4
4번째 샌드위치판넬은 PIR 우레탄판넬 80/115입니다. 이 우레탄판넬에는 폴리에스테르 20㎛ 코팅으로 코팅된 0.4mm 강판의 내부 표면과 HPS200 울트라 코팅된 0.5mm 강판의 외부 표면이 있습니다. 단열재는 다음과 같은 PIR입니다. (ρ=40.08kg/m³, λ=0.025W/m·K, Cp=1500J/kg*k)
PIR 우레탄판넬의 형상은 400cm²의 노출 면으로 모델링되었으며, 샌드위치판넬의 두께는 100~135mm입니다. PT1은 이 실험에서 온도가 측정되는 지점이며, 실험 설정에서 열전대의 위치에 해당합니다.
상기 그림은 350℃의 온도에서 600초 동안 노출된 후 샌드위치판넬을 통한 온도 분포를 보여줍니다.
실험 600초 후 PT1에 도달한 최대 온도는 다음과 같습니다.
– 열 하중 150℃ 63.6℃ – 열 하중 250℃ 65.9℃ – 열 하중 350℃ 126.9℃
이것은 재료의 온도 침투 깊이를 예측하는 데 사용될 예상 온도이며, 열 분해 및 탄화와 같은 결과로 인해 현실과 다를 수 있습니다.