Приложение А (обязательное). Методы вычислений

Приложение А
(обязательное)

Методы вычислений

А.1 Общие сведения

А.1.1 Общие замечания

А.1.1.1 Общие положения

Порядок проведения испытаний описан в разделе 8. Частично информация повторяется в настоящем приложении из практических соображений.

a) Важными этапами в их последовательности являются:

1) t = 0 с - начало сбора данных;

2) t = (120  5) с - розжиг вспомогательной горелки;

3) t = (300  5) с - переключение со вспомогательной горелки на основную;

4) t  1560 с - отключение основной горелки и завершение сбора данных.

b) Пожарную опасность образцов оценивают в течение первых 1200 с (300 с  t  1500 с) воздействия пламени основной горелки. Этот отрезок времени обозначают как длительность воздействия.

c) Учитывая применение усредненных во времени данных, допускаемые погрешности и время запаздывания, может возникнуть необходимость продолжить регистрацию данных при воздействии пламени еще в течение следующих, как максимум, 60 с (после t = 1500 с).

d) Интервал времени 210 с  t  270 с используют для измерения тепловыделения и дымообразования горелки. Этот интервал называют базовым временем. Для того, чтобы получить тепловыделение и дымообразование образца через t = 300 с, из суммарного тепловыделения и дымообразования горелки и образца вычитают среднее тепловыделение и дымообразование горелки в течение базового времени.

По требованию заказчика может быть применена альтернативная процедура в соответствии с примечанием к А.6.1.2 для определения вклада основной горелки в дымообразование.

e) В течение 1560 с каждые 3 с регистрируют следующие исходные данные: массовый расход газа, разницу давления, ослабление света, концентрации кислорода и диоксида углерода, температуру окружающей среды и температуру дымового газа в соответствии с 8.4.

А.1.1.2 Обозначения

В настоящем приложении для полученных в течение определенного промежутка времени средних значений применяют упрощенное обозначение:

- (t ₁ ... t ₂) - среднее значение f(t) за промежуток времени t ₁  t  t ₂.

А.1.2 Проведение расчетов с применением измеряемых значений

После испытаний, проведенных с целью оценки пожарной опасности строительного материала, рассчитывают ряд параметров. Все вычисления в настоящем приложении, за исключением расчетов по А.2, проводят с применением смещенных по времени измеряемых параметров в соответствии с А.2.

Проводят следующие вычисления:

- синхронизация измеряемых параметров;

- расчет времени запаздывания приборов;

- расчет продолжительности воздействия пламени;

- расчет HRR(t);

- расчет усредненного во времени значения HRR(t): HRR _{30 с};

- расчет THR(t) THR _{600 с};

- расчет FIGRA _{0,2 МДж} и FIGRA _{0,4 МДж};

- расчет SPR(t);

- расчет усредненного во времени значения SPR(t): SPR _{60 с};

- расчет TSP(t) и TSP _{600 с};

- расчет SMOGRA.

Результаты испытаний действительны только при выполнении требований А.2 и А.3. Расчеты приведены в А.2 - А.6.

А.1.3 Проведение расчетов при градуировке

Метод градуировки приведен в приложении С. Порядок расчета градуировочных параметров приведен в А.7, если они не являются составной частью стандартных данных, получаемых при испытании и вычисляемых согласно А.2 - А.6.

А.1.4 Стандартный набор измеряемых данных

Так как методы расчета достаточно сложны, то стандартный набор измеряемых данных может быть использован для проверки этапов расчета и определения эффективности программного обеспечения.

А.2 Приведение в соответствие измеряемых значений

А.2.1 Синхронизация O ₂ и СO ₂ с T _ms

При переключении со вспомогательной горелки на основную важные измеряемые параметры одновременно могут демонстрировать кратковременный подъем или падение. Эти изменения параметров используют для синхронизации результатов измерений. Считают, что этот автоматический процесс синхронизации и/или измеренное время задержки ошибочны, если временное смещение, рассчитанное в процессе автоматической синхронизации, отклоняется более чем на 6 с от времени запаздывания анализаторов, установленного при градуировке по С.2.1.

a) Измеренные значения содержаний O ₂ и СO ₂ смещают на время запаздывания анализаторов, определяемое при градуировке по С.2.1.

b) Время t _{0_T} определяют как время снятия последнего показания перед тем, как температура в общем измерительном участке T _ms(t) через t = 270 с упадет более чем на 2,5 K по сравнению со средним значением T _ms, наблюдаемым в течение базового времени (210 с  t  270 с):

,

(А.1)

где - температура в общем измерительном участке, рассчитанная согласно А.3.2.

c) Время определяют как время снятия последнего показания перед тем, как концентрация кислорода через t = 270 с повысится более чем на 0,05 % (500 ppm) по сравнению со средним значением, наблюдаемым в течение базового времени (210 с  t  270 с):

,

(А.2)

где - концентрация кислорода в мольных долях.

d) Время определяют как время снятия последнего показания через t = 270 с перед тем, как концентрация диоксида углерода хСO ₂ упадет более чем на 0,02 % (200 ppm) по сравнению со средним значением, наблюдаемым в течение базового времени (210 с  t  270 с):

,

(A.3)

где - концентрация диоксида углерода в мольных долях.

e) Измеряемые содержания кислорода и диоксида углерода смещают таким образом, чтобы повышение содержания O ₂ и понижение содержания СO ₂ совпали по времени с понижением T _ms (так, чтобы t _{0_T} =  = ). Интервалы, на которые проводят смещение, должны составлять не более 6 с.

,

(А.4)

где - концентрация кислорода в мольных долях;

- время, определяемое по с);

- время, определяемое по b).

Аналогичный вид имеет уравнение для СO ₂ после замены O ₂ на СO ₂.

Примечание - В некоторых случаях минимальные и пиковые значения из описанного выше метода синхронизации могут быть слишком малы. В таких случаях возможна визуальная оценка , и/или .

А.2.2 Время измерения всех показателей смещают через t = 300 с.

После согласования по времени измеряемых содержаний O ₂ и СO ₂ с T _ms данные смещают по времени таким образом, чтобы из практических соображений для всех измеряемых значений действовало t ₀ =  =  =  = 300 с. Интервал, на который проводят смещение, должен быть менее 15 с.

Примечание - Здесь все данные (m _газ, р, I, хO ₂, хСO ₂, T ₀, T ₁, T ₂, T ₃ и T _ms) в совокупности смещают по времени. В А.2.1, е) измеряемые содержания O ₂ и СO ₂ были смещены по времени относительно других данных.

А.2.3 Все расчеты по А.3 - А.6 проводят с применением смещенных по времени данных согласно этому разделу.

А.3 Проверка времени запаздывания приборов

А.3.1 Измерение температуры

Температура, измеряемая размещенными в общем измерительном участке термопарами 1, 2 и 3, не должна отклоняться более чем 10 раз в процессе измерений более чем на 1 % от среднего значения T _ms = (T ₁ + T ₂ + T ₃)/3. Допускается описанное ниже исключение.

При отклонении показаний одной термопары более чем на 1 % от T _ms более 10 раз, а показаний двух остальных термопар не более чем на 1 % от их средней температуры более 10 раз, первую термопару полностью исключают из расчета значения T _ms. В остальных случаях для расчета значения T _ms следует применять показания всех термопар. Применение только двух термопар должно быть указано в протоколе испытаний.

Примечания

1 Это требование служит для исключения из расчета неисправных термопар. Исходят из того, что отклонение более чем на 1 % малое число раз не означает неисправность термопары.

2 Перед началом испытаний или градуировок дополнительные критерии записывают.

А.3.2 Дрейф при измерении концентрации газа

Дрейф при измерении концентраций хO ₂ и хСO ₂ вычисляют как разницу между начальным значением хO ₂ (30 с ... 90 с) или хСO ₂ (30 с ... 90 с) и конечным значением, получаемым как минимум через 60 с после того, как оптическая система измерений зафиксирует отсутствие продуктов сгорания в вытяжной трубе.

Должно соблюдаться следующее требование:

,

(А.5)

,

(А.6)

где - концентрация кислорода, мольная доля;

- концентрация диоксида углерода, мольная доля.

А.3.3 Дрейф при измерении ослабления света

Отклонение в измерении ослабления света I вычисляют как разницу между начальным значением I (30 с ... 90 с) и конечным значением, получаемым не менее чем через 60 с после того, как оптическая система измерений зафиксирует отсутствие продуктов сгорания в вытяжной трубе.

Должно соблюдаться следующее требование

,

(А.7)

где I - сигнал от светоприемника, %.

Примечание - Существенная часть разницы между начальным и конечным значениями может быть вызвана отложением сажи на линзах измерительного прибора.

А.4 Продолжительность воздействия пламени

На образец воздействует пламя основной горелки от момента времени t = t ₀ = 300 с до прекращения подачи газа в момент времени . Продолжительность воздействия равна  - t ₀.

Прекращение работы горелки можно проверить, определив время , когда в первый раз после t ₀ и при последующем измерении в момент времени ( + 3 с) массовый расход пропана будет менее 300 мг/с:

,

(А.8)

где - массовый расход пропана, мг/с.

Должно соблюдаться следующее требование:  - t ₀  1245 с.

А.5 Тепловыделение

А.5.1 Расчет интенсивности тепловыделения HRR

А.5.1.1 Суммарная интенсивность тепловыделения образца и горелки (НRR _общ)

а) Объемный расход воздуха в вытяжной системе V ₂₉₈(t), м ³/с, в пересчете на 298 K вычисляют по формуле

,

(A.9)

где с - коэффициент, с = (2T ₀/) ^0,5 = 22,4, ;

А - площадь поперечного сечения общего измерительного участка вытяжной трубы, м ²;

- коэффициент профиля потока, определяемый согласно С.2.5;

- поправочный коэффициент к числу Рейнольдса для датчика измерения перепада давления, в данном случае принимают равным 1,08;

- перепад давления, Па;

- температура в общем измерительном участке, K.

b) Коэффициент потребления кислорода (t) вычисляют по формуле

,

(A.10)

где - концентрация кислорода, мольная доля;

- концентрация диоксида углерода, мольная доля;

- средняя концентрация кислорода, измеренная в промежутке от 30 с до 90 с после начала испытания, мольная доля;

- средняя концентрация диоксида углерода, измеренная в промежутке от 30 с до 90 с после начала испытания, мольная доля.

с) Концентрацию кислорода в окружающем воздухе, включая водяной пар, , мольная доля, вычисляют по формуле

,

(А.11)

где - средняя концентрация кислорода, измеренная в промежутке от 30 с до 90 с после начала испытания, мольная доля;

H - относительная влажность воздуха, %;

р - давление окружающего воздуха, Па;

- средняя температура в общем измерительном участке за промежуток от 30 с до 90 с после начала испытания, K.

d) Суммарную интенсивность тепловыделения горелки и образца HRR _общ(t), кВт, вычисляют по формуле

,

(А.12)

где E - тепловыделение на единицу объема потребляемого кислорода при 298 K, равное 17 200 кДж/м ³;

- объемный расход воздуха в вытяжной системе в пересчете на 298 K, м ³/с;

- концентрация кислорода в окружающем воздухе, включая водяной пар, мольная доля;

- коэффициент потребления кислорода.

А.5.1.2 Расчет HRR горелки

Интенсивность тепловыделения горелки HRR _{горелки}(t) равна общей интенсивности тепловыделения HRR _общ(t) в течение базового времени. За среднее значение интенсивности тепловыделения горелки HRR _{cp_горелки}, кВт, принимают среднее значение общей интенсивности тепловыделения в течение базового времени 210 с  t  270 с

,

(А.13)

где - суммарная интенсивность тепловыделения горелки и образца в течение базового времени от 210 с до 270 с после начала испытания, кВт.

Стандартное отклонение показателя HRR _{горелки}, , за период времени 210 с  t  270 с рассчитывают по формуле

,

(A.14)

где - средняя интенсивность тепловыделения горелки, кВт;

- интенсивность тепловыделения горелки в момент времени t, кВт;

n - число измерений (n = 21).

Уровень тепловыделения и стабильность работы горелки в течение базового времени должны соответствовать следующим требованиям:

(А.15)

и

,

(А.16)

где - средняя интенсивность тепловыделения горелки, кВт;

- стандартное отклонение параметра HRR _{горелки} в период 210 с  t  270 с.

Примечание - Соотношение выработки диоксида углерода и потребления кислорода в течение базового времени (210 с  t  270 с; сжигание только пропана) можно использовать для проверки анализа газа перед переключением горелок. Соотношение должно составлять (0,60  0,05).

А.5.1.3 Расчет HRR испытуемого образца

Как правило, интенсивность тепловыделения образца HRR(t), кВт, определяют, как разницу общей интенсивности тепловыделения и средней интенсивности тепловыделения горелки.

Для t > 312 с

,

(А.17)

где - суммарная интенсивность тепловыделения горелки и образца, кВт;

- средняя интенсивность тепловыделения горелки, кВт.

В момент переключения со вспомогательной горелки на основную в начале воздействия пламени на образцы общее тепловыделение обеих горелок составляет менее . В этом случае формула (А.17) дает отрицательные значения HRR(t) в течение не более 12 с (время срабатывания устройства для переключения горелок). Эти отрицательные значения и значение для t = 0 устанавливают на ноль следующим образом:

- для t = 300 с:

,

(А.18)

- для 300 с  t  312 с:

,

(А.19)

где - интенсивность тепловыделения образца, кВт;

- суммарная интенсивность тепловыделения горелки и образца, кВт;

- средняя интенсивность тепловыделения горелки, кВт;

- выбранное наибольшее из двух значений - а или b.

А.5.1.4 Расчет HRR _{30 с}

Вычисление средней интенсивности тепловыделения за 30 с HRR _{30 c}(t), кВт, проводят по формуле

,

(А.20)

где - интенсивность тепловыделения в момент времени t, кВт.

А.5.2 Расчет значений THR(t) и THR _{600 с}

Общее тепловыделение образца THR(t), МДж, и общее тепловыделение образца за первые 600 с воздействия (300 с  t  900 с) THR _{600 с}, МДж, рассчитывают по формулам:

,

(А.21)

,

(A.22)

где - общее количество тепла, выделенного образцом за 300 с  t  t _a, МДж;

- интенсивность тепловыделения образца в момент времени t, кВт;

- выбранное наибольшее из двух значений - а или b.

Примечание - Применяют коэффициент 3, так как каждые 3 с определяют только одно значение параметра.

А.5.3 Расчет FIGRA _{0,2 МДж} и FIGRA _{0,4 МДж}

Показатель FIGRA (firegrowth rate) определяют как максимальное значение отношения HRR _cp(t)/(t - 300 с), умноженное на коэффициент 1000. Показатель рассчитывают только для тех промежутков времени воздействия пламени, в течение которых были превышены предельные значения HRR _cp и THR. Если одно или оба предельных значения в течение воздействия пламени не достигаются, то значение FIGRA устанавливают равным нулю. Применяют два предельных значения THR, для которых рассматриваемые показатели обозначают FIGRA _{0,2 МДж} и FIGRA _{0,4 МДж}.

a) Среднее значение HRR _cp, применяемое для расчета FIGRA, соответствует HRR _{30 с} согласно А.5.1.4, за исключением первых 12 с воздействия пламени. Для первых 12 с воздействия пламени среднее значение интенсивности тепловыделения определяют для временных диапазонов, включающих максимальные симметричные к данной точке измерения промежутки времени:

1) для t = 300 с: HRR _ср (300 с) = 0;

2) для t = 303 с: HRR _ср (303 с) = ;

3) для t = 306 с: HRR _ср (306 с) = ;

4) для t = 309 с: HRR _ср (309 с) = ;

5) для t = 312 с: HRR _ср (312 с) = ;

6) для t  315 с: HRR _cp(t) = HRR _{30 c}(t).

(А.23)

b) Рассчитывают FIGRA _{0,2 МДж} для всех значений t при:

,

а также рассчитывают FIGRA _{0,4 МДж} для всех значений t при:

,

используя формулу

,

(А.24)

где FIGRA - индекс развития пламени, Вт/с;

- среднее значение HRR(t) в соответствии с а), кВт;

- максимальное значение параметра a(t) в течение установленного времени.

Примечание - Вследствие вышесказанного образцы со значениями HRR _cp не более 3 кВт в течение всего испытания или со значением THR не более 0,2 МДж в течение всего испытания имеют значение FIGRA _{0,2 МДж}, равное нулю. Образцы со значениями HRR _cp не более 3 кВт в течение всего времени испытания или со значением THR не более 0,4 МДж в течение всего времени испытания имеют значение FIGRA _{0,4 МДж}, равное нулю.

А.6 Дымообразование

А.6.1 Расчет интенсивности дымообразования SPR

А.6.1.1 Общая интенсивность дымообразования образцов и горелки: SPR _общ

a) Объемный расход газа в вытяжной системе V(t), м ³/с, вычисляют по формуле

,

(А.25)

где - объемный расход газа в вытяжной системе при 298 K;

- температура в общем измерительном участке, K.

b) Общую интенсивность дымообразования образцов и горелки SPR _общ(t), м ²/с, вычисляют по формуле

,

(А.26)

где - объемный поток вытяжной системы (при реальных параметрах окружающей среды), м ³/с;

L - длина оптического пути через вытяжную трубу, равная диаметру трубы, м;

- сигнал от светоприемника, %.

При проведении вычислений принимают I(t) = max[10e - 9, I(t)], чтобы избежать необходимости деления на ноль.

А.6.1.2 SPR горелки

Интенсивность дымообразования горелки SPR _{горелки}(t) равна SPR _общ(t) в течение базового времени. Среднюю интенсивность дымообразования горелки SPR _{cp_горелки}, м ²/с, рассчитывают, как среднее значение SPR _общ(t) в течение базового времени (210 с  t  270 с) по формуле

,

(А.27)

где - средняя интенсивность общего дымообразования образца и горелки в течение базового времени, м ²/с.

Стандартное отклонение показателя SPR _{горелки}(t) в промежутке времени 210 с  t  270 с рассчитывают по формуле

,

(A.28)

где - средняя интенсивность дымообразования горелки, м ²/с;

- интенсивность дымообразования горелки в момент времени t, м ²/с;

n - число измерений (n = 21).

Уровень дымообразования и стабильность работы горелки в течение базового времени должны соответствовать следующим требованиям:

,

(А.29)

,

(А.30)

где - средняя интенсивность дымообразования горелки, м ²/с;

- стандартное отклонение показателя SPR _{горелки}(t) в промежутке времени 210 с  t  270 с.

Примечание - Наблюдали, что вспомогательная горелка образует меньше дыма, чем основная горелка. Для того чтобы убедиться, что выделяемый единичной горелкой дым не влияет на классификацию строительного материала с точки зрения дымообразования, следует оценить вклад собственно горелки. Этот альтернативный метод расчета можно использовать в тех случаях, когда вероятно изменение классификации строительного материала. Процедура описана ниже, и она применима только в том случае, если проводится в тот же день, когда испытывают образцы, для которых используют данную процедуру.

a) Устанавливают чистые подложки из силиката кальция непосредственно на тележку таким образом, чтобы они образовали угол.

b) Помещают тележку в камеру для испытаний и проводят тестирование, при котором работа горелок и измерения показателей происходят в обычном рабочем режиме.

c) Через 600 с испытание можно завершить в любой момент.

d) Вместо показателя, вычисляемого по формуле (А.27), вычисляют SPR _{cp_горелки} = SPR _общ (390 с ... 450 с). Для этого применяют синхронизированные данные.

е) Вычисляют стандартное отклонение по формуле (А.28), используя интервал времени (390 с ... 450 с) вместо интервала (210 с ... 270 с), и проверяют соблюдение необходимых требований [в соответствии с формулами (А.29) и (А.30)]. При этом предельное значение для формулы (А.29) может быть установлено равным (0  0,2) м ²/с, так как основная горелка производит больше дыма, чем вспомогательная.

А.6.1.3 SPR образца

Как правило, интенсивность дымообразования образца SPR эквивалентна общей интенсивности дымообразования SPR _общ(t), уменьшенной на среднее значение интенсивности дымообразования горелки SPR _{cp_горелки}.

Для t > 312 с:

,

(А.31)

где - суммарная интенсивность дымообразования горелки и образца, м ²/с;

- средняя интенсивность дымообразования горелки, м ²/с;

- интенсивность дымообразования образца, м ²/с.

При переключении потока газа со вспомогательной горелки на основную в начале воздействия пламени общее дымовыделение от обеих горелок может быть меньше . В этом случае на несколько секунд значения SPR(t) в соответствии с формулой (А.31) становятся отрицательными. Такие отрицательные значения в расчетах принимают за ноль:

- для t = 300 с:

;

- для 300 с  t  312 с:

,

(A.32)

где - суммарная интенсивность дымообразования горелки и образца, м ²/с;

- средняя интенсивность дымообразования горелки, м ²/с;

- интенсивность дымообразования образца, м ²/с;

- выбранное наибольшее из двух значений - а или b.

Примечание - Образование дыма пламенем горелки с большой вероятностью изменится, когда образцы начнут выделять воспламеняющиеся летучие компоненты. Тем не менее базовые значения интенсивности дымообразования используют как первое приближение с приемлемой точностью, особенно в начале воздействия пламени, когда базовый уровень является важным для расчета SMOGRA.

А.6.1.4 Расчет SPR _{60 с}

Среднюю интенсивность дымообразования образца в течение 60 с SPR _{60 c}(t), м ²/с, вычисляют по формуле

,

(А.33)

где - интенсивность дымообразования образца в момент времени t, м ²/с.

А.6.2 Расчет TSP(t) и TSP _{600 с}

Общее дымообразование образца за определенный промежуток времени TSP(t) и общее дымообразование образца в течение первых 600 с воздействия пламени (300 с  t  900 с) TSP _{600 c} рассчитывают по формулам:

,

(A.34)

,

(A.35)

где - общее дымообразование образца в течение 300 с  t  t _a, м ²;

- интенсивность дымообразования образца, м ²/с;

- общее дымообразование образца в течение 300 с  t  900 с (равно TSP(900), м ²;

- выбранное наибольшее из двух значений - а или b.

Примечание - Применяют коэффициент 3, так как каждые 3 с имеют только один результат измерения.

А.6.3 Расчет SMOGRA

Показатель SMOGRA (smoke growth rate) определяют как максимум отношения SPR _cp(t)/(t - 300 с) умноженный на коэффициент 10 000. Отношение рассчитывают только для того периода воздействия пламени, для которого были превышены предельные значения SPR _cp и TSP. Если одно или оба предельных значения в течение воздействия пламени не превышены, то значение SMOGRA считают равным нулю.

a) Значение SPR _cp, применяемое для расчета SMOGRA, согласно А.6.1.4 равно SPR _{60 c}, за исключением первых 27 с воздействия пламени. Для первых 27 с периода воздействия пламени среднее значение интенсивности дымообразования определяют для временных диапазонов, включающих максимальные симметричные к данной точке измерения промежутки времени:

1) для t = 300 с: SPR _cp(300 с) = 0 м ²/с;

2) для t = 303 с: SPR _cp(303 с) = ;

3) для t = 306 с: SPR _cp(306 c) = ;

и т.д. до

4) для t = 327 с: SPR _cp(300 с) = ;

5) для t  330 с: SPR _cp(t) = SPR _{60 c}(t).

(А.36)

b) Рассчитывают индекс SMOGRA для всех значений t при

(SPR _cp(t) > 0,1 м ²/с), (TSP(t) > 6 м ²) и (300 с < t  1500 с)

,

(A.37)

где SMOGRA - индекс развития дымообразования, м ²/с ²;

- среднее значение интенсивности дымообразования образца SPR(t), как указано в а), м ²/с;

- максимальное значение а(t) в течение установленного времени.

Примечания

1 Вследствие вышеизложенного образцы со значениями SPR _cp не более 0,1 м ²/с в течение всего периода испытания или со значением TSP не более 6 м ² в течение всего периода испытания имеют значение индекса SMOGRA, равное нулю.

2 Индекс SMOGRA, м ²/с ², не имеет прямого физического смысла, так как содержит коэффициент 10000.

А.7 Расчет для градуировки. Интенсивность тепловыделения пропана

А.7.1 Теоретически интенсивность тепловыделения потока пропана рассчитывают по формуле

,

(А.38)

где - интенсивность тепловыделения потока пропана, кВт;

- низшая теплота сгорания пропана, равная 46360 кДж/кг;

- массовый расход пропана, кг/с.

А.7.2 Среднее значение за 30 с рассчитывают по формуле

,

(A.39)

где - среднее значение за 30 с, кВт;

- теоретическая интенсивность тепловыделения потока пропана, кВт.