CC BY
22
Konrad Podawcaa)*, Marek Przywözkib)
a) Warsaw University of Life Sciences, Faculty of Civil and Environmental Engineering / Szkola Glowna Gospodarstwa Wiejskiego
w Warszawie, Wydzial Budownictwa i Inzynierii Srodowiska b> POLFLAM Sp. z. o.o
* Corresponding author / Autor korespondencyjny: konrad_podawca@sggw.pl
Analysis of Temperature Increase in Fire-Exposed Internal Vertical Partitions with Glazing
Analiza przyrostu temperatury przeszklonych przegrod pionowych wewn^trznych narazonych na dziatanie ognia
ABSTRACT
Aim: The aim of the test, performed in accordance with PN-EN 1364-1, was to measure the ability of the designed non-load-bearing glass wall element to stop the spread of fire. A comparative analysis was also conducted to show the differences between various glass partition wall solutions in terms of their fire insulation parameters which should be ensured during fire exposure.
Introduction: Glass has been increasingly used in the construction of buildings due to its transparency and aesthetic qualities. However, such glass constructions must comply with the most stringent requirements, including those concerning fire safety. By definition, the measure of fire insulation is the temperature increase on an unheated surface above a given level. For partition and curtain walls, the limit value of temperature increase at any point of a given partition is 180°C, while the average temperature increase on the glazing cannot exceed 140°C. A barrier is considered as not providing fire insulation when the non-load-bearing wall loses its separation function due to the temperature limit being exceeded on the unheated surface. Methodology: As a first step, we designed the original solution involving a glass-partition frameless construction. The partition was subjected to fire tests performed in accordance with PN-EN 1363-1 and 1364-1 standards. The parameters compared were temperature over 30 minutes of fire with a two-minute surge from three areas: glass surface, profiles located in the central part of the structure and the peripheral frame attached to the furnace structure. Conclusions: Each of the constructions showed different fire resistance characteristics. These differences allowed the assessment of their effectiveness as barriers during fire and made it possible to identify the advantages provided by the proposed frameless construction. The partition made of steel sections exhibited the highest heat increase, reaching a maximum average temperature of 120°C. The results for other partitions did not go beyond the 75°C threshold, which was approached the closest by the one made of aluminium profiles. Wooden and frameless constructions provided the most effective protection against temperature transfer. The first one reached a maximum average temperature of 21°C, while the second did not exceed 11°C. Keywords: fire, glass partition wall, fire protection glass, fire insulation Type of article: case study
Received: 09.12.2019; Reviewed: 21.02.2020; Accepted: 16.04.2020;
Authors" ORCID IDs: K. Podawca - 0000-0001-5261-6657; M. Przywozki - 0000-0003-0155-8930; Percentage contribution: K. Podawca - 45%; M. Przywozki - 55%;
Please cite as: SFT Vol. 55 Issue 1, 2020, pp. 16-30, https://doi.org/10.12845/sft.55.1.2020.2;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
ABSTRAKT
Cel: Celem badania, zgodnie z normq PN-EN 1364-1, by! pomiar zdolnosci zaprojektowanego elementu przeszklonej sciany nienosnej do powstrzyma-nia rozprzestrzeniania siç ognia. Natomiast celem analizy poröwnawczej bylo ukazanie röznic pomiçdzy röznymi rozwiqzaniami przeszklonych scian dzialowych pod kqtem izolacyjnosci ogniowej, ktöre powinny bye spelnione w trakcie oddzialywania pozaru.
Wprowadzenie: W budownictwie coraz czçsciej spotyka siç konstrukcje wykorzystujqce szklo z uwagi na jego transparentnose i estetykç. Jednocze-snie muszq one spelniae najwyzsze wymogi m.in. ogniowe. Zgodnie z definicjq miarq izolacyjnosci ogniowej jest przyrost temperatury na powierzchni nienagrzewanej powyzej danego poziomu. Dla scian dzialowych i oslonowych graniczna wartose przyrostu temperatury w dowolnym punkcie danej przegrody wynosi 180°C, przy czym przyrost sredniej temperatury na przeszkleniach nie moze przekroczye 140°C. Za przegrodç nie spelniajqcq cech izolacyjnosci ogniowej uznaje siç takq, w ktörej sciana nienosna przestaje spelniae funkcjç oddzielenia na skutek przekroczenia na powierzchni nienagrzewanej granicznej wartosci temperatury.
Metodología: WstQpnym etapem bylo zaprojektowanie autorskiego rozwiqzania bezramowej konstrukcji przegrody przeszklonej. PrzegrodQ t§ poddano badaniom ogniowym zgodnie z normami PN-EN 1363-1 i PN-EN 1364-1. Otrzymane rezultaty skonfrontowano z analogicznymi badaniami przeszklonych przegród wykonanych w konstrukcji ramowej z drewna, stali i aluminium. Porównywanymi parametrami byly temperatury w czasie 30 minut dzialania ognia ze skokiem dwuminutowym z trzech obszarów: powierzchni szkla, profili znajdujqcych si§ w centralnej cz^sci konstrukcji i z ramy obwodowej zamocowanej do konstrukcji pieca.
Wnioski: Kazda z konstrukcji wykazywala odmienne cechy odpornosci na dzialanie pozaru. WystQpujqce rozbieznosci pozwolily na ocen§ skuteczno-sci ich funkcjonowania jako bariery w czasie trwania pozaru oraz na okreslenie przewagi zaproponowanej konstrukcji bezramowej. Witryna wykonana z ksztaltowników stalowych odznaczala si§ najwyzszym przyrostem temperatury, osiqgajqc maksymalnq sredniq temperatura 120°C. Wyniki pozosta-lych przegród nie wykraczaly poza próg 75°C, do którego najbardziej zblizyla si§ ta, wykonana z profili aluminiowych. Najwi^kszq skutecznosc ochrony przed przenikaniem temperatury przejawiala konstrukcja drewniana oraz bezramowa. Pierwsza z nich osiqgn^la maksymalnq, sredniq temperatura 21 °C, natomiast druga nie przekroczyla 11 °C.
Stowa kluczowe: pozar, przeszklona sciana dzialowa, szklo ogniochronne, izolacyjnosc ogniowa Typ artykutu: studium przypadku
Przyjçty: 09.12.2019; Zrecenzowany: 21.02.2020; Zaakceptowany: 16.04.2020;
Identyfikatory ORCID autorow: K. Podawca - 0000-0001-5261-6657; M. Przywozki - 0000-0003-0155-8930;
Procentowy wklad merytoryczny: K. Podawca - 45%; M. Przywozki - 55%;
Proszç cytowac: SFT Vol. 55 Issue 1, 2020, pp. 16-30, https://doi.org/10.12845/sft.55.1.2020.2;
This is an open access article under the CC BY-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/).
Introduction
One of the requirements when designing a building is to provide an adequate level of fire safety to reduce fire- and smoke-related risks. Such safety can be provided to people inside the building under fire for a specific amount of time by, for instance, making it more difficult for fire to spread and keeping temperature increase on the other side of the internal partition as low as possible [1-2]. Hence, at the building design stages, one of the fire-safety aspects involves the principle of fire control, according to which the spread of fire should be restricted to the smallest area possible. This can be achieved by well-designed internal walls [3].
Research papers on the subject in question use a typical, methodology- and standard-based approach to describe the correctness of fire testing [4-6]. These studies demonstrate that there are multiple factors affecting the fire resistance of glazed elements, including the type and weight of glass used, the type of its fixing, the type of profile, or the insulation and sealing materials used. Connections between different materials are relevant during a fire. This applies, for instance, to steel-concrete adherence or joints between individual glass panels, a particularly important aspect in glass partitions [2], [7]. In the case of glass partition walls, researchers have focused on the behaviour of different glass-pane types during a fire [7]. However, the behaviour they describe usually reflects temperature increase on the surface of glass and profiles in which they are fixed, made of aluminium, steel and wood, among other materials [6-8]. Relevant factors noted also include profile construction and filling [6]. Based on the literature mentioned above and standard requirements, we defined the procedure and the result presentation method.
Wprowadzenie
Jednym z wymagan stawianym projektantom budynków jest zapewnienie wtasciwego poziomu bezpieczenstwa pozarowego, którego celem jest zredukowanie zagrozenia wynikajqcego z dzia-tania ognia oraz dymu. Zapewnienie takiego bezpieczenstwa przez okreslony czas osobom, znajdujqcym siç wewnqtrz budynku objç-tego pozarem, moze bye osiqgniçte m.in. przez utrudnienie rozprze-strzeniania siç ognia i wzrostu temperatury po drugiej stronie przegrody wewnçtrznej [1-2]. Dlatego podczas projektowania budynków jednym z elementów odnoszqcych siç do bezpieczenstwa pozarowego jest zasada powstrzymywania pozaru - ogien powinien bye ograniczony do mozliwie najmniejszej powierzchni, co mogq zapew-nie dobrze skonstruowane sciany wewnçtrzne [3].
W artykutach naukowych dotyczqcych analizowanej tematyki znajdujemy podejscie typowo metodyczno-normowe, opisujqce poprawnose wykonania badan ogniowych [4-6]. Badania te ukazujq, ze na odpornose ogniowq elementów zawierajqcych przeszklenia wptywa wiele czynników, m.in. typ i waga zastosowanego szkta, spo-sób jego mocowania, rodzaj profili nosnych lub uzytych materiatów izolacyjnych i uszczelniajqcych. Potqczenie ze sobq róznych materiatów ma znaczenie podczas pozaru. Dotyczy to np. przyczepno-sci stali do betonu, czy tak waznych w przegrodach przeszklonych, potqczen poszczególnych tafli szkta [2], [7]. W przypadku przeszklonych scian dziatowych badacze zwracajq uwagç na zachowanie podczas pozaru róznego rodzaju szyb [7]. Jednak najczçsciej cha-rakterystyka skupia siç na ukazywaniu przyrostu temperatury na powierzchni szkta oraz profili, w których sq mocowane, np. aluminiowych, stalowych czy drewnianych [6-8]. Czçsto zwraca siç uwagç na konstrukcjç i wypetnienie profili [6]. Na podstawie przytoczonej literatury oraz wymogów normowych okreslono tok postçpowania oraz sposób zaprezentowania otrzymanych wyników.
Aim and methods of study
The material presented here provides a further description of fire tests involving glass partitions [9]. The mentioned paper presents the detailed design of profiles and the issue of displacements in them due to fire.
Through our testing, performed in accordance with the PN-EN 1364-1 standard, we aimed to measure the ability of the designed non-load-bearing glass wall element to stop the spread of fire from one side of the wall to the other. By definition, the measure of fire insulation is the temperature increase on an unheated surface above a given level. For partition walls, the limit value of temperature increase at any point of a given partition is 180°C, while the average temperature increase on the glazing cannot exceed 140°C [10-11]. A barrier is considered as not providing fire insulation when the non-load-bearing wall loses its separating function due to the temperature limit or the average temperature being exceeded on the unheated surface [12].
We also conducted a comparative analysis to show the differences between various glass partition wall solutions in terms of their fire insulation parameters which should be ensured during a fire exposure simulation.
The starting point was to design an original solution involving a glass-partition frameless construction. This partition was subjected to fire tests performed at the CERTBUD Sp. z o.o. laboratory.
We compared the results of the designed partition with other similarly sized vertical glass frame-based elements. This included the results of temperature increases found in fire test reports for glass partitions with frame constructions made of wood, aluminium and steel.
Such praxeological basis for the presented material stems from the fact that it is impossible to determine the fire rating of a given glass partition using the element's design or other technical documentation. The only way to determine the actual fire rating is by performing tests in accordance with the relevant standard [12-14]. Using the test results for different solutions, it is possible to project the expected fire rating of glass partitions [15]. The results presented in the literature mentioned above relate to partitions featuring a frame construction. This study is specifically concerned with a frameless partition construction and its comparison with the more common material solutions.
Cel i metody analizy
Przedstawiony material jest kontynuacjq opisu badan ognio-wych nt. analizowanych przeszklonych przegröd [9]. W artykule zaprezentowano szczegötowq budowç profili oraz aspekt powsta-tych w nich przemieszczen bçdqcych wynikiem dziatania pozaru.
Celem samego badania, zgodnie z normq PN-EN 1364-1, byt pomiar zdolnosci zaprojektowanego elementu przeszklonej sciany nienosnej do powstrzymania rozprzestrzeniania siç pozaru z jednej strony sciany na drugq. Zgodnie z definicjq - miarq izolacyjnosci ogniowej jest przyrost temperatury na powierzchni nienagrzewanej powyzej danego poziomu. Dla scian dzialowych graniczna wartosc przyrostu temperatury w dowolnym punkcie danej przegrody wynosi 180°C, przy czym przyrost sredniej temperatury na przeszkleniach nie moze przekroczyc 140°C [10-11]. Za przegrodç nie spelniajqcq cech izolacyjnosci ogniowej uznaje siç takq, ktöra przestaje spetniac funkcjç oddzielenia na skutek przekroczenia na powierzchni nienagrzewanej, zaröwno sredniej, jak i granicznej wartosci temperatury [12].
Natomiast celem analizy poröwnawczej byto ukazanie röznic pomiçdzy röznymi rozwiqzaniami przeszklonych przegröd pod kqtem izolacyjnosci ogniowej, ktöre powinny byc spetnione w trakcie symulacji oddzialywania pozaru.
Punktem wyjscia byto zaprojektowanie autorskiego rozwiq-zania bezramowej konstrukcji przegrody przeszklonej. Przegrodç tç poddano badaniom ogniowym wykonanym w laboratorium badawczym CERTBUD Sp. z o.o.
Otrzymane rezultaty badan poddano analizie poröwnawczej z innymi pionowymi, ramowymi elementami przeszklonymi o zbli-zonych gabarytach. Do poröwnania przyjçto wyniki przyrostu temperatury zawarte w raportach badan ogniowych przeszklonych przegröd w konstrukcji ramowej wykonanej z drewna, aluminium i stali.
Podstawa prakseologiczna prezentowanego materiatu wynika z faktu, ze klasa odpornosci ogniowej danej przegrody przeszklonej nie jest mozliwa do okreslenia na podsta-wie projektu elementu czy tez innej dokumentacji technicznej. Jedynym sposobem na okreslenie rzeczywistej klasy odpornosci ogniowej jest przeprowadzenie badania zgodnie z odpowied-niq normq badawczq [12-14]. Wyniki badan röznych rozwiqzan majq umozliwic prognozowanie oczekiwanej odpornosci ogniowej przeszklonych przegröd [15]. W przytoczonej wczesniej lite-raturze prezentowane wyniki dotyczq przegröd wykonanych w konstrukcji ramowej. Specyfikq niniejszego opracowania jest uwzglçdnienie bezramowej konstrukcji przegrody i jej poröwnanie z czçsciej stosowanymi rozwiqzaniami materiatowymi.
Material and methods
The test object was the designed frameless glass partition (object 1). In order to keep the required stability of the partition without the presence of profiles which connect neighbouring glazing, we proposed to use two layers of tempered glass with a thickness of 10 mm each, separated by 10 mm layers of a fire-retardant gel. Glass panels were fixed using special clamps made of thin steel sheets. They were spot-placed along
Materiat i metody
Przedmiotem badan byta zaprojektowana bezramowa prze-groda przeszklona (obiekt 1). Ze wzglçdu na zachowanie wyma-ganej statecznosci przegrody, przy jednoczesnym braku profili tqczqcych sqsiednie przeszklenia, zaproponowano zastosowanie dwöch warstw szkta hartowanego, kazda o grubosci 10 mm oddzie-lonych 10-milimetrowq warstwq zelu ogniochronnego. Do mocowa-nia tafli szkta zastosowano specjalne zaciski wykonane z cienkiej
the perimeter at appropriate distances and fixed permanently to the ground. By gripping both sides of the glass, the separated parts of the clamps stabilise the glass. To ensure integrity along the perimeter of the glass system, we used intumescent seals with a cross-section of 2 x 20 mm. The gaps between the edge of the opening and glass were closed with a fire-retardant silicone sealant on both sides of the opening. To provide both sides of the glass fixing spot with additional cover, we used two strips of a fire-resistant gypsum board with a total thickness of 25 mm. This solution made it possible to attach the glass symmetrically to the fixing system. With no structural profiles in place, there were only vertical joints between neighbouring glass panels. As with the side fixing, their integrity was ensured through intumescent seals, with the resulting gap at the interface between glasses being closed with a fire-retardant silicone [16].
The objects compared were as follows:
- a glass partition with load-bearing elements made of glued-laminated timber (object 2) with a density of 550 kg/m3, pressure-treated with a salt-based water preparation; two fire-resistant glass panes made of tempered glass with a thickness of 5 mm, separated by a 10-mm layer of a fire-retardant gel, were supported in the construction through the appropriate milling of battens with a thickness of 68 mm and the use of a wooden profile, the so-called glazing clip, along the sides of each glazing, fixed to the main frame with screws to ensure permanent and stable glazing fixing; in each case the face of the glass pane was secured with an intumescent seal with a cross-section of 2 x 20 mm; the side edges of glass panes at the interface with the wooden frame were insulated using a strip of additional ceramic material secured by a layer of fire-retardant silicone; the glass panels were connected using two identical wooden profiles, and a gypsum board insert was applied at their interface [17];
- a glass partition made of aluminium profiles (object 3) re-cut and connected by fasteners or by crimping appropriate elements to form a frame; the glass partition featured several glazings (the largest one measuring 1,500 x 3,000 mm); the main profiles of the system comprised two the type of profiles connected via a spacer made of reinforced plastic; the 78-mm wide profile designed in this way exhibited a symmetrical construction and allowed the axial fixing of fire-resistant glass (two layers of tempered glass and fire-retardant gel, 5 mm and 10 mm each, respectively); the central profile enclosure was filled with gypsum board strips, which considerably limited temperature transfer to the unexposed side; the glazings were supported in frames with steel angle profiles spot-placed along the edge, and an active gasket with a cross-section of 2 x 20 mm, expanding when exposed to increased temperature was applied along the perimeter of the glass panes [18];
- a glass partition made of fire-resistant glass and steel profiles (object 4) with an appropriately bent steel sheet with a C-shaped cross-section; the connection between these types of parts was achieved through a spacer; the
stalowej blachy. Zostaty one umieszczone punktowo po obwodzie w odpowiednich odstçpach, a nastçpnie zamocowane do pod-toza w sposób trwaty. Zagiçcie wydzielonych czçsci zacisków na obie strony szyb pozwolito na ich ustabilizowanie. Szczelnosc na obwodzie uktadu szyb zapewniono poprzez uzycie uszczelki pçcz-niejqcej o przekroju 2 x 20 mm. Powstate szczeliny pomiçdzy kra-wçdziq otworu a szktem zamkniçto silikonem ogniochronnym po obu jego stronach. W celu zapewnienia dodatkowej ostony, w miej-scach mocowania szkta po obu jego stronach zastosowano po dwa paski ogniochronnej ptyty gipsowo-kartonowej o tqcznej grubosci 25 mm. Opisane rozwiqzanie pozwolito na symetryczne mocowanie szkta wzglçdem wykorzystanego systemu mocowania. Z uwagi na brak profili konstrukcyjnych wystçpowaty jedynie potqczenia pio-nowe miçdzy sqsiednimi taflami szkta. Ich szczelnosc, podobnie jak w przypadku mocowania bocznego, zapewniono dziçki umieszcze-niu tasmy pçczniejqcej, a zamkniçcie powstatej szczeliny na styku szyb wykonano przy uzyciu silikonu ogniochronnego [16].
Obiektami porównawczymi byty:
- przegroda przeszklona z elementami nosnymi wykonanymi z drewna klejonego (obiekt 2) o gçstosci 550 kg/m3 i zaim-pregnowanego cisnieniowo preparatem wodnym na bazie soli; szyby ogniochronne: dwie ze szkta hartowanego o grubosci 5 mm, oddzielonych 10-milimetrowq warstwq zelu ogniochronnego, utrzymywane byty w konstrukcji dziçki odpowiedniemu wyfrezowaniu kantówek o grubosci 68 mm i zastosowaniu drewnianego profilu tzw. klipsa szklqcego, który biegt wzdtuz boków kazdego przeszklenia i moco-wany byt do gtównej ramy przy pomocy wkrçtôw, zapew-niajqc trwate i stabilne mocowanie przeszklen; w kazdym przypadku czoto szyby zabezpieczone byto tasmq pçcz-niejqcq o wymiarze w przekroju 2 x 20 mm; krawçdzie boczne szyb, na styku z ramq drewnianq, wyizolowane byty przy pomocy paska dodatkowego materiatu ceramicz-nego, którego zabezpieczenie stanowita warstwa silikonu ogniochronnego; tqczenie sqsiednich tafli szkta wykonane byto przy zastosowaniu dwóch identycznych profili drew-nianych, a w miejscu ich styku zastosowano wktadkç wyko-nanq z ptyty gipsowej [17];
- przegroda przeszklona zbudowana z profili aluminiowych (obiekt 3) dociçtych i tqczonych za pomocq tqczników lub poprzez zagniatanie odpowiednich elementów two-rzqc ramç; witryna zawierata kilka przeszklen (najwiçksze
0 wymiarze 1500 x 3000 mm); gtówne profile wykorzystanego systemu sktadaty siç z dwóch ksztattowników potq-czonych za pomocq tzw. przektadki wykonanej ze zbrojo-nego tworzywa sztucznego; skonstruowany w taki sposób profil o szerokosci 78 mm charakteryzowat siç syme-trycznq budowq i pozwalat na osiowe zamocowanie szkta ogniochronnego (2 warstwy po 5 mm szkta hartowanego
1 10 mm zelu ogniochronnego); srodkowa komora profilu wypetniona byta paskami ptyty gipsowo-kartonowej, które w znacznym stopniu ograniczajq przenikanie temperatur na strong nienagrzewanq; przeszklenia utrzymywane byty w ramach za pomocq stalowych kqtowników umieszczo-nych punktowo wzdtuz krawçdzi, a na profilach biegnq-cych po obwodzie szyb zastosowano aktywnq uszczelkç
machine crimping of sheet edges binds the elements together to form a 60-mm thick runner; we placed inserts made of fire-resistant gypsum boards inside the two resulting enclosures to reduce temperature increase on the unexposed side; the 20-mm thick glass panes designed as in objects 2 and 3 were fixed in the frame (the largest one was sized 1,500 x 3,000 mm) through the single-side use of steel glazing beads along the perimeter of the openings; on the other side their edges were supported by a face made of an appropriately formed main profile; ceramic strips at the interface between steel elements and both glass surfaces; the integrity of joints between glass panes and the steel construction was conventionally achieved using an intumescent seal, with a cross-section of 2 x 15 mm, along the perimeter of each pane; joints between neighbouring glazings were achieved with the use of profiles with a design similar to the side profile [19].
When designing our tests, we relied on the PN-EN 1363-1 standard, which lays down the general requirements for each fire partition [20]. Detailed guidelines provided in the PN-EN 1364-1 standard on fire insulation tests involving non-load-bearing elements, such as the objects under analysis here, allowed us to produce similar reports based on fire tests. The results for glazed frame partitions with a wooden, aluminium and steel design were taken from POLFLAM's documents [17-19].
The testing conditions relating to pressure, temperature and temperature increase in the furnace, and for the fixing of the boundary test element were in line with Chapter 5 of the PN-EN-1363-1 standard. At the start of the test the ambient temperature was 18.5°C. Measurement locations are shown in Figure 1 and correspond to PN-EN-1363-1 recommendations. In the case of test elements of inhomogeneous non-load-bearing walls, i.e. ones comprising separated parts with an area of > 0.1 m2, and expected different fire-insulation levels, such as glazing, each separated part should be monitored individually for mean-temperature increase. Mean-temperature increase should be measured using thermocouples placed on each separated part. One thermocouple should be provided per each 1.5 m2 of area of the test element or its part.
The results of fire simulations were compared in terms of temperature increases, broken down into three groups of measurement element location: the glass surface, profiles in the central part of the construction and the peripheral frame fixed to the furnace structure.
0 przekroju 2 x 20 mm, która zwiçksza swoji objçtosc pod-czas dziatania temperatury [18];
- przegroda przeszklona wykonana ze szkta ogniochronnego
1 profili stalowych (obiekt 4) z odpowiednio wygiçtej stalo-wej blachy o przekroju w ksztatcie litery C. Dwie tego typu czçsci potqczono za pomocq przektadki termicznej; maszy-nowe zagniatanie krawçdzi blachy spaja elementy w catosc tworzqc ksztattownik o gr. 60 mm; w powstatych w ten sposób dwóch komorach umieszczono wktady wykonane z ogniochronnych ptyt gipsowo-kartonowych majqcych na celu zmniejszenie wzrostu temperatury na stronie nienagrzewanej; szyby o grubosci 20 mm i budowie jak w obiek-cie 2 i 3, mocowane byty w ramie (najwiçksza o wymiarze 1500 x 3000 mm) przez jednostronne zastosowanie stalowych listew szklqcych, które biegty po obwodzie otwo-rów; ich krawçdzie z drugiej strony opieraty siç na przyl-dze wytworzonej z odpowiednio uformowanego gtównego profilu; w miejscu styku stalowych elementów z obiema powierzchniami szkta zastosowano tasmy ceramiczne; klasycznie w celu zapewnienia szczelnosci potqczenia szyb z konstrukcji stalowq zastosowano uszczelkç pçcz-niejqcq o przekroju 2 x 15 mm po obwodzie kazdej z nich. Sisiednie przeszklenia potqczono przez zastosowanie profili o podobnej budowie do profilu bocznego [19].
Badania zostaty wykonane zgodnie z normi PN-EN 1363-1, która okresla wymagania ogólne stawiane wobec kazdej z przegröd stanowiicej barierç dla ognia [20]. Szczegötowe wytyczne zawarte w normie PN-EN 1364-1 dotyczicej badania izolacyj-nosci ogniowej elementów nienosnych, jakimi si analizowane obiekty, pozwolity na wykonanie analogicznych raportöw na bazie testöw ogniowych. Wyniki badan dla przeszklonych przegröd ramowych w konstrukcji drewnianej, aluminiowej i stalowej zostaty zaczerpniçte z dokumentöw POLFLAM-u [17-19].
Warunki wykonania badania dotyczice cisnienia, temperatury i jej przyrostu w piecu, jak i zamocowania brzegowego elementu pröbnego, byty zgodne z zapisami rozdziatu 5 normy PN-EN-1363-1. Temperatura otoczenia w momencie rozpoczçcia badania wynosita 18,5°C. Miejsca dokonania pomiaröw zostaty przedstawione na rycinie 1 i odpowiadaji one zaleceniom normy PN-EN-1363-1. W przypadku elementów próbnych niejednorod-nych scian nienosnych, tj. zawierajicych czçsci wydzielone o powierzchni г 0,1 m2 i spodziewanych róznych poziomach izolacyjnosci ogniowej, np. przeszklenie, kazdi czçsc wydzieloni nalezy monitorowac osobno pod wzglçdem przyrostu temperatury sredniej. Przyrost temperatury sredniej nalezy mierzyc za pomoci termoelementów rozmieszczonych na kazdej czçsci wydzielonej. Jeden termoelement powinien przypadac na kazde 1,5 m2 powierzchni elementu pröbnego lub jego czçsci.
Wyniki z przeprowadzonych symulacji pozaru zostaty porównane ze sobi pod wzglçdem wielkosci przyrostów temperatury w podziale na trzy grupy rozmieszczenia elementów pomiarowych: powierzchni szkta, profili znajdujicych siç w cen-tralnej czçsci konstrukcji i z ramy obwodowej zamocowanej do konstrukcji pieca.
a)
3050
b)
11
12
r
10
3000
10
1t
12
r
о n
r 2
r
Figure 1. A schematic of glazed partitions and the arrangement of measurement points as per Table 1 : a) object 1, b) object 2, c) object 3, d) object 4 Rycina 1. Schemat przeszklonych przegrod oraz rozmieszczenie punktow pomiarow zgodnie z tabelg 1: a) obiekt 1, b) obiekt 2, c) obiekt 3, d) obiekt 4 Source: Own elaboration based on the technical data. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie danych technicznych.
Results
Fire insulation, or more specifically, the effectiveness of restricting the flow of heat in the tested construction from the side exposed to fire to the unexposed side is tested using plate thermocouples. It is measured using plate thermometers, made from a nickel-alloy plate assembly, located on the surface of the tested object The measured quantity is temperature increase determined on the basis of temperature measured at a given time and at a given point of the tested object from which the initial temperature at second 0 is subtracted. At the start of the test temperature readings for each point are adjusted to zero regardless of their value, and from that point their increases are measured in line with the PN-EN-1363-1 standard. Figure 2 shows the appearance of the tested glazings after the test.
Wyniki
Izolacyjnosc ogniowq, a w zasadzie skutecznosc ograniczania przeptywu ciepta weryfikowanej konstrukcji ze strony poddawanej dziataniu ognia na strong nienagrzewanq, bada siç przy pomocy ter-moelementów ptytkowych. Mierzy siç jq przy pomocy termometrów ptytkowych, zbudowanych z zespotu ptytki ze stopu niklu, rozmiesz-czonych na powierzchni badanego obiektu. Miarq jest przyrost temperatury okreslany na podstawie temperatury mierzonej w danej chwili i w danym punkcie badanego obiektu, od której odejmowana jest temperatura poczqtkowa w sekundzie 0. W momencie uruchomie-nia badania temperatura odczytywana dla kazdego punktu jest zero-wana, niezaleznie od jej wartosci, i od tego momentu liczony jest jej przyrost zgodnie z normq PN-EN-1363-1. Zdjçcia analizowanych przeszklen, po zakonczeniu badania, zostaty przedstawione na rycinie 2.
Figure 2. Partition walls after the fire tests: a) object 1, b) object 2, c) object 3, d) object 4
Rycina 2. Widok przeszklonych scian dziatowych po badaniu ogniowym: a) obiekt 1, b) obiekt 2, c) obiekt 3, d) obiekt 4 Source: Reports [16-19]. Zrodto: Raporty [16-19].
Table 1. The results of measurements of temperature increase [OC] in the tested glass partitions Tabela 1. Wyniki pomiaröw przyrostu temperatur [OC] w badanych przegrodach przeszklonych
Measurement locations according to Figure 1 / Miejsca pomiaru zgodnie z rycinq 1
Time/Czas 1 I 2 I 3 I 4 I 5 6
Iminl _Number object / Numer obiektu_
_I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV
0_0000000000000000000 0 00 0 0
2_0000000000000000000 0 00 0 0
4_0 222 0 22 1 01 2 30343001 5 00 0 4
6_1 11 7 10 1 107 10 1 5107 2 11108 2 1 8 25 0 1 3 7
8_4 24 20 25 4 21 19 22 4 10 25 18 5 24 27 17 3 2 20 69 2 2 10 20
10_8 35 30 30 7 30 28 35 7 20 37 22 8 36 35 21 9 3 27 72 8 4 12 27
12_14 45 38 35 12 41 36 40 13 29 40 30 11 48 40 28 13 4 35 74 16 5 16 35
14_19 55 48 48 18 50 47 51 17 37 50 42 17 59 53 43 18 5 54 75 20 7 25 54
16 27 61 58 55 29 58 55 60 26 45 57 48 24 65 62 47 27 7 70 76 26 10 34 75
18_30 68 68 65 36 65 65 68 34 52 64 57 32 71 70 55 35 8 80 79 36 12 41 77
20_42 71 73 70 44 70 68 70 45 58 68 62 40 75 75 57 41 11 80 81 39 15 48 80
22_45 74 76 73 49 73 72 74 48 62 70 65 44 77 77 62 46 13 80 86 43 17 51 87
24 46 76 80 75 55 77 77 77 53 67 75 68 49 79 81 65 54 15 80 96 52 19 55 104
26_59 78 83 77 58 78 80 80 59 70 78 71 56 81 85 70 58 17 80 112 56 20 57 112
28_61 80 86 80 64 80 83 82 65 73 79 75 59 83 88 74 62 18 81 121 58 22 58 150
30_64 81 87 87 67 82 84 85 68 75 80 77 60 85 90 75 64 19 81 122 61 24 59 157
Measurement locations according to Figure 1 / Miejsca pomiaru zgodnie z rycinq 1
Time/Czas [min]
7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12
Number object / Numer obiektu
I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -
2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -
4 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 4 0 6 0 0 0 3 0 0 0 1 0 -
6 0 1 4 8 0 1 6 12 0 0 0 8 0 10 0 8 0 5 1 7 0 2 0 -
8 4 1 14 25 5 2 20 55 0 0 4 22 0 20 5 19 0 11 7 40 0 5 2 -
10 11 2 20 38 11 3 48 68 0 0 5 28 0 25 8 40 0 14 11 50 0 9 2 -
12 16 3 28 54 15 3 58 71 0 1 8 37 0 29 15 61 0 12 15 71 0 11 5 -
14 24 4 27 71 23 3 63 76 0 2 14 46 0 31 30 74 0 11 20 75 0 10 10 -
16 34 6 44 76 33 7 70 77 1 3 27 55 0 33 42 77 1 10 28 77 2 9 18 -
18 38 7 60 77 38 11 76 81 2 4 60 60 0 35 48 78 2 11 65 79 2 10 40 -
20 48 7 72 81 47 9 78 87 6 5 76 70 0 36 51 79 3 12 60 80 3 11 60 -
22 54 8 80 86 53 10 78 90 8 6 80 73 1 38 53 82 4 14 60 84 4 12 77 -
24 59 8 82 90 57 11 78 110 9 7 82 75 2 40 56 85 5 15 62 89 5 14 80 -
26 63 9 83 105 64 12 74 115 12 8 82 78 3 41 58 96 7 17 63 102 7 16 80 -
28 68 11 84 118 69 14 74 127 15 8 82 80 4 43 59 109 10 20 60 118 8 17 80 -
30 74 13 85 125 75 15 75 129 16 9 81 81 5 44 60 119 13 24 57 120 11 19 80 -
Source: Own elaboration based on the test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badan.
In the frameless partition joints between neighbouring glass panes were provided as narrow gaps secured with fire-retardant silicone. Due to the lack of a profile at the interface between glass panes, the thermocouples which were to measure temperature on profiles in the central section of the construction were placed close to the said joints. Made almost entirely of glass, the partition exhibited a uniform increase in value for measurement points 1 to 8, with a slow decrease over test time. Each of them was placed on the surface of glass panes, all of which had the same internal structure and provided a barrier for heat transfer to the unexposed side. The maximum value reached 75°C. Glazing fixings were secured with two gypsum board strips on both sides of the partition. We attached thermocouples numbered
9 to 12 to this casing. While no increase was recorded in the first half of the test, after about 15 minutes, and until the test ended, sensors registered a small temperature increase, reaching a maximum of 16°C. It should be added that internal glass pane cracking occurred between 180 and 360 s from the test start.
The partition made of wooden battens had good fire insulation against temperature transfer to the non-heated surface. Profiles located in the central section of the construction showed similar thermal conductivity to the peripheral frame, and temperature increase was linear for both. This was caused by the consistent burning of wood, reducing its thickness and protection effectiveness. Placed at the connection of profiles, measurement point
10 was an exception here. It involved an abrupt increase in temperature at the initial stage of the test, identifying a local weakening of the construction's fixing and integrity. Taken from glazing surfaces, the measurements exhibited a consistent increase in value in the first half of the test. In the second part of the test, the rate of temperature increase in points 1-4 decreased after reaching a maximum of 85°C. We noted that wood provided better thermal insulation than fire-resistant glass, with a difference of about 65 attributable to the different thickness and conductivity of °C these materials. Internal glass pane cracking occurred between seconds 150 and 360 of the test.
Made of aluminium profiles, the partition had a similar temperature increase over time on its entire surface. The profiles in the central part of the construction showed a higher temperature increase in the first half of the test compared to those located at the perimeter. Underlying this difference was the fact that their entire surface was exposed to fire from the heated surface, as opposed to the external frame. In this case, one of its surfaces came into contact with the furnace wall construction, which had a cooling effect, thus reducing the effects of the high temperature. An important factor affecting thermocouple readings on central profiles was also the bending of the construction to the interior of the test furnace. The deformation at the initial stage of the test caused the profiles to be closer to fire from the burners which heated the furnace chamber. Due to this proximity, it was easier for aluminium to absorb the high temperature and transfer it to the unexposed side. About 16-18 minutes into the test, we noticed that the temperature on metal elements had increased by as many as 33-37°C. This was related to the melting of aluminium and the deterioration of parts of the construction, causing heat to penetrate deeper into the profile. Ceramic
W przegrodzie bezramowej tqczenia miçdzy sqsiednimi szy-bami sprowadzaty siç do wqskiej szczeliny zabezpieczonej siliko-nem ogniochronnym. Z uwagi na nieobecnosc ksztattownika w miej-scu styku szyb, termopary wtasciwe do pomiaru temperatury na profilach w czçsci centralnej konstrukcji zlokalizowano w bliskiej odlegtosci wspomnianych potqczen. Przegroda, sktadajqca siç niemal w catosci ze szkta, odznaczata siç rownomiernym wzrostem wartosci dla punktow pomiarowych od 1 do 8 o niewielkim obnize-niu wraz z czasem trwania badania. Kazdy z nich umieszczono na powierzchni szyb, ktorych wewnçtrzna struktura byta jednakowa i w podobnym stopniu stanowita barierç dla przenikania ciepta na strong nienagrzewanq. Maksymalna wartosc siçgnçta 75°C. Mocowania przeszklen zabezpieczone byty dwoma paskami ptyty gip-sowo-kartonowej po obu stronach przegrody. Na tak przygotowa-nej obudowie przymocowano termopary o numerach od 9 do 12. W pierwszej potowie badania nie odnotowano zadnego wzrostu, jednak po uptywie ok.15 minut az do zakonczenia testu czujniki reje-strowaty niewielki wzrost temperatury, osiqgajqc najwyzszq wartosc 16°C. Nalezy dodac, ze pçkniçcia szyb wewnçtrznych nastqpity w czasie miçdzy 180 a 360 s od rozpoczçcia badania.
Przegroda wykonana z kantowek drewnianych odznaczata siç dobrq izolacyjnosciq przed przenikaniem temperatury na powierzch-niç nienagrzewanq. Profile znajdujqce siç w centralnej czçsci konstrukcji wykazywaty podobne przewodnictwo cieplne do ramy obwo-dowej, a przyrost wartosci dla obu z nich miat charakter liniowy. Zwiqzane byto to z systematycznym wypalaniem siç drewna prowa-dzqcym do zmniejszania jego grubosci i skutecznosci ochrony. Wyjq-tek stanowit punkt pomiarowy nr 10, ktory umieszczony byt w miejscu tqczenia profili. Wykazywat on nagty wzrost temperatury, w poczqt-kowej fazie badania identyfikujqc punktowe ostabienie mocowania i szczelnosci konstrukcji. Pomiary zbierane z powierzchni przeszklen charakteryzowaty siç systematycznym wzrostem wartosci w pierwszej potowie badania. W drugiej jego czçsci szybkosc przyrostu temperatury w punktach 1-4 ulegta zmniejszeniu, osiqgajqc najwyzszq wartosc 85°C. Zaobserwowano, ze drewno stanowito lepszy izolator termiczny niz zastosowane szkto ogniochronne z roznicq siçgajqcq ok. 65°C, co byto spowodowane roznicq w grubosci i przewodnictwie cieplnym obu materiatow. Pçkniçcia szyb wewnçtrznych nastqpity miçdzy 150 a 360 sekundq badania.
Przegroda wykonana z ksztattownikow aluminiowych cha-rakteryzowata siç zblizonym wzrostem temperatury w czasie na catej swojej powierzchni. Profile, umiejscowione w centralnej czç-sci konstrukcji, wykazywaty wiçkszy przyrost wartosci w pierwszej potowie badania w porownaniu do tych, znajdujqcych siç na obwodzie. Roznica wynikata z faktu, iz byty one wystawione na dziatanie ognia na catej swojej powierzchni od strony nagrzewanej w prze-ciwienstwie do ramy zewnçtrznej. W tym przypadku jedna z jej ptaszczyzn stykata siç z konstrukcjq sciany pieca, ktora dziatata wychtadzajqco, ograniczajqc w ten sposob oddziatywanie wysokiej temperatury. Istotny wptyw na wartosci odczytywane z termopar zlokalizowanych na profilach centralnych, miato rowniez ugiçcie konstrukcji do wnçtrza pieca badawczego. Wystçpujqca defor-macja w poczqtkowej fazie testu spowodowata zblizenie ksztat-townikow do strumieni ognia z palnikow, ktore ogrzewaty komorç pieca. Blizsza odlegtosc do ptomieni utatwita przejmowanie wysokiej temperatury przez aluminium i przekazywanie jej na stronç
fibre compound inserts in the internal enclosure of the profiles helped to slow down heat penetration and had a positive effect on the overall test result. As in the case of the wooden glass partition, the readings from glazing surfaces indicated lower temperature surges over test time. For points 1-4 the values were in the range of 1-5°C 18 minutes into the test. Towards the end of the testing process, the temperature for both aluminium profiles and glazings reached similar values, with the maximum being around 90°C. Internal glass cracking occurred between seconds 180 and 300 after the fire started.
The highest temperatures in most points was recorded for the construction made of steel profiles. In the first half of the test, the profiles located in the central section of the construction were found to involve a higher temperature increase than the peripheral frame. As in the previous case, this involved both a considerable bending of the partition towards the interior of the furnace and the function of the wall to which the end profiles, exhibiting poor thermal conductivity, were attached. The largest temperature increase was observed between minutes 6 and 8 of the test for the profiles located in the central section of the construction. This caused the deformation of joints. Halfway into the testing process, between minutes 14 and 22, the temperature surge was found to have decreased due to the cooling function of the applied inserts in internal profile enclosures. The ceramic fibre compound provided good thermal insulation, preventing much of the heat from penetrating into the unexposed side. After about 22 minutes the rising temperature inside the furnace exceeded the cooling capacity of gypsum inserts, causing a greater temperature increase to reach a maximum of 155°C at point 6 in the central section of the construction. This was caused by the endothermic effects which can be seen on the DTA curve of gypsum. The measurements taken on glazing surfaces showed a steady, proportional increase, with a minor drop over test time. Internal glass pane cracking occurred between seconds 120 and 300 of the test.
Regardless of the glass partition's design, the fire-retardant gel underwent superficial and progressive crystallisation immediately after the glass panes on the side of the test furnace had cracked and detached. The crystalline structure of the gel deteriorated slowly over time, losing its thickness and thereby its fire-re-tardant quality, and being increasingly exposed to the rising temperature inside the furnace.
Analysis of the results
The comparative analysis involved the presentation of temperature changes in a set of analogous points. The first set of results related to temperature increase readings on the glazing
nienagrzewanq. Po uptywie ok. 16-18 minut testu zauwazono zwiçkszenie przyrostu temperatury na elementach metalowych
0 nawet 33-37°C. Zwiqzane byto to z wytapianiem siç aluminium
1 degradacjq czçsci konstrukcji, czego efektem byto przenikanie cie-pta w gtqb profilu. Wktady z masy na bazie wtókna ceramicznego, znajdujqce siç w wewnçtrznej komorze profili, pozwolity na spo-wolnienie przenikania ciepta i pozytywnie wptynçty na wynik badania. Wartosci odczytywane z powierzchni przeszklen, podobnie jak w przypadku witryny drewnianej, charakteryzowaty siç zmniejsza-niem skoku temperatury wraz z czasem trwania testu. W odnie-sieniu do punktów 1-4 byty to wartosci w granicach 1-5°C po 18 minucie badania. Temperatura pod koniec procesu badawczego - zarówno dla profili aluminiowych, jak i przeszklen - osiqgnçta zblizone wartosci, a maksymalna z nich oscylowata ok. 90°C. Pçkniçcia szyb wewnçtrznych nastqpity w czasie miçdzy 180 a 300 sekundq od poczqtku dziatania pozaru.
Konstrukcja wykonana z ksztattowników stalowych cechowata siç w wiçkszosci punktów najwiçkszymi temperaturami. W pierwszej potowie czasu badania na profilach znajdujqcych siç w centralnej czç-sci konstrukcji odnotowano wiçkszy wzrost wartosci niz w przypadku ramy obwodowej. Wiqzato siç to, podobnie jak w poprzednim przypadku, zarówno ze znacznym ugiçciem przegrody w kierunku wnç-trza pieca, jak równiez z funkcjq sciany, do której zamocowano skrajne ksztattowniki, posiadajqcej niskie przewodnictwo cieplne. Najwiçkszy przyrost temperatury zaobserwowano miçdzy 6 a 8 minutq badania dla profili znajdujqcych siç w centralnej czçsci konstrukcji. Wiqzato siç to z deformacjq potqczen. W srodkowej czçsci procesu badawczego, miçdzy 14 a 22 minutq, zaobserwowano zmniejszenie skoku przyrostu temperatury, które spowodowane byto wychtadzajqcq funkcjq zastosowanych wktadów w zewnçtrznych komorach profili. Masa na bazie wtókna ceramicznego stanowita dobry izolator termiczny, który w znacznym stopniu ograniczat przenikanie ciepta na strong nienagrzewanq. Po uptywie ok. 22 minut rosnqca temperatura we wnç-trzu pieca przewyzszyta mozliwosci chtodzqce gipsowych wktadek i spowodowata zwiçkszenie przyrostu osiqgajqc maksymalnq wartosc 155°C w punkcie 6 znajdujqcym siç w centralnej czçsci konstrukcji. Byto to zwiqzane z efektami endotermicznymi, które mozna zaob-serwowac na krzywej DTA gipsu. Pomiar prowadzony na powierzchni przeszklen odznaczat siç statym, proporcjonalnym wzrostem o nie-wielkim obnizeniu wraz z czasem trwania procesu badawczego. Pçk-niçcia szyb wewnçtrznych nastqpity miçdzy 120 a 300 sekundq od rozpoczçcia badania.
Niezaleznie od budowy przegrody przeszklonej, zel ulegat powierzchniowej i stopniowo postçpujqcej krystalizacji od razu po pçkniçciu i odpadniçciu szyb od strony pieca badawczego. Struktura krystaliczna zelu ulegata powolnej degradacji wraz z uptywem czasu, redukujqc swojq grubosc, a tym samym zmniej-szajqc swojq ogniochronnosc, poddajqc siç powoli wzrastajqcej temperaturze wewnqtrz pieca.
Analiza wyników
Analiza porównawcza sprowadzata siç do przedstawienia zmian temperatury w zbiorze analogicznych punktów. Pierwszy zbiór wyników dotyczyt wskazan wzrostu temperatury na powierzchni
surfaces of all tested partitions (Figure 3). Constructions with wooden, aluminium and steel profiles exhibited similar temperature distributions over time, with tolerance in the range of ± 8°C. The discrepancies in readings could stem from many factors associated with conducting tests using furnaces with similar, although not identical, performance, available in various laboratories. The maximum temperature increase recorded did not exceed 85°C. The measurements taken from thermocouples on the partition surface in the frameless solution differed from other measurements. This discrepancy was due to the glass partition featuring glass with an increased thickness of 30 mm, which started to respond to rising temperature about 2 minutes later than the 20-mm thick glazings. At the initial stage of the testing process, this difference grew and reached a maximum of 30°C about 15 minutes into the test, decreasing by several degrees over test time. A comparative analysis can show the extent to which temperature increase on the non-heated surface can be reduced by applying glass with twice the thickness.
przeszklen wszystkich testowanych przegród (zob. ryc. 3). Konstrukcje o profilach drewnianych, aluminiowych oraz stalowych odznaczaty si? zblizonym rozktadem temperatury w czasie z tolerancjq miesz-czqcq si? w zakresie ± 8°C. Wyst?pujqce rozbieznosci w odczytach mogty wynikac z wielu czynników zwiqzanych z przeprowadzaniem testów przy uzyciu pieców o podobnej, lecz nie identycznej charak-terystyce, znajdujqcych si? w róznych laboratoriach badawczych. Maksymalna zaobserwowana wartosc przyrostu temperatury nie przekroczyta 85°C. Pomiary odczytywane z termoelementów na powierzchni przegrody w rozwiqzaniu bezramowym odrózniaty si? od pozostatych. Powodem wyst?pujqcej rozbieznosci byto zastoso-wanie w przegrodzie szkta o zwi?kszonej grubosci 30-milimetrów, które zacz?to reagowac na rosnqcq temperatur? o ok. 2 minuty póz-niej niz w przypadku przeszklen o grubosci 20 mm. W poczqtkowej fazie procesu badawczego róznica ta zwi?kszata si? i w okolicach 15 minuty osiqgn?ta maksimum wynoszqce 30°C, zmniejszajqc si? o kilka stopni wraz z uptywem czasu badania. Analiza porównaw-cza moze pokazac, w jakim stopniu dwukrotne zwi?kszenie grubosci szkta moze wptynqc na zmniejszenie przyrostu temperatury na powierzchni nienagrzewanej.
vo
30
g ro
3 ■
ro to
n
£ !
0 2 4 6 8 10 12 14 16 13 20 22 24 26 28 30 Type of glass partitions/Rodzaj przegrody przeszklonejTime/Czas [min]
—'.—Wood/Drewniana — — Aluminum/Aluminiowa —■— Stell/Stalowa Without profiles/Bezramowa
Figure 3. Average temperature increase on the glass surface of the analysed glass partitions Rycina 3. Sredni przyrost temperatury na powierzchni szkta analizowanych przegrod przeszklonych
Source: Own elaboration based on the test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badan.
The other set of data under analysis was collected from surfaces of the profiles in the central section of the partition, serving as joints between neighbouring glass panels (Figure 4). The results varied significantly, as each of the constructions was built from materials having different thermal insulation properties. The largest temperature increase was found on steel profiles. They exhibited higher values compared to other constructions due to the use of 60-mm thick profiles, i.e. the thinnest of all profiles used. With the heated surface of the partition being closer to flames from the test-chamber burners, the temperature of metal increased easier and faster in the first minutes of the test than in other constructions. The largest value recorded was 135°C. Temperature increases for the partition made of aluminium profiles were more moderate compared to the steel construction.
Kolejny analizowany zbiór danych zostat zebrany z powierzchni profili znajdujqcych si? w centralnej cz?sci przegrody i stanowiq-cych potqczenie sqsiednich tafli szkta (zob. ryc. 4). Zaprezento-wane wyniki w znacznym stopniu róznity si? od siebie, poniewaz kazda z konstrukcji zbudowana byta z materiatów o odmiennych wtasciwosciach izolacyjnosci termicznej. Najwi?kszy przyrost temperatury odnotowano na ksztattownikach wykonanych ze stali. Osiqganie wyzszych wartosci, niz w przypadku pozostatych konstrukcji, spowodowane byto zastosowaniem profili o grubosci 60 mm, b?dqcymi najcienszymi sposród wszystkich. Zblize-nie nagrzewanej powierzchni przegrody do strumienia ptomieni, wydostajqcych si? z palników w komorze badawczej, spowodo-wato tatwiejsze i szybsze rozgrzewania si? metalu w poczqtko-wych minutach testu niz w przypadku pozostatych konstrukcji.
The profiles exhibited a slower rate of heating and heat transfer to the unexposed side across the test. Temperature increases were on the decline over time, and from about minute 20 to the end of the process, the temperature ranged from 70 to 75°C. The triple-enclosure design of the profiles with cooling inserts put inside the central section provided the construction with good protection against heat transfer to the unexposed side. The external empty spaces of the profiles served as an additional buffer, substantially reducing heat transfer. We obtained satisfactory results for the frameless glass solution. In this case the thermocouples were located at a distance of about 20 mm from the gaps at the interface of neighbouring glass panels. The average temperature increase from minute 6 grew moderately and almost linearly until the end of the test. This was due to the uniform composition of glass on its entire surface and its effective thermal insulation. Maximum temperatures did not exceed 70°C. The lowest parameters were recorded for the construction made of wooden battens. Despite being only 68-mm thick, these elements had a very low thermal conductivity coefficient, considerably reducing heat transfer to the unexposed side. Temperature increase was recorded from about minute 6, growing slowly to reach a maximum of 19°C 30 minutes into the test at designated profile points without joints.
Najwyzsza odnotowana wartosc osiqgn?ta 135°C. Przegroda wyko-nana z ksztattowników aluminiowych odznaczata si? tagodniejszym wzrostem temperatury w porównaniu do konstrukcji stalowej. Profile charakteryzowaty si? wolniejszym nagrzewaniem i przekazy-waniem ciepta na stron? nienagrzewanq w ciqgu catego badania. Wraz z uptywem czasu kolejne przyrosty charakteryzowaty si? coraz mniejszq wartosciq i od ok. 20 minuty do konca procesu temperatura wahata si? mi?dzy 70 a 75°C. Trójkomorowa budowa profili z wktadami wychtadzajqcymi umieszczonymi w srodkowej cz?sci we wtasciwy sposób zabezpieczyta konstrukcj? przed przenikaniem ciepta na stron? nienagrzewanq. Zewn?trzne, puste przestrzenie ksztattowników funkcjonowaty jako dodatkowy bufor ogranicza-jqcy w znaczny sposób przekazywanie ciepta. Bezramowe rozwiq-zanie mocowania szkta równiez uzyskato zadowalajqce wyniki. W tym przypadku termoelementy umieszczone zostaty w odlegto-sci ok. 20 mm od szczelin w miejscu styku sqsiednich tafli szkta. Sredni przyrost temperatury w czasie od 6 minuty zwi?kszat swoje wartosci w tagodny sposób i utrzymywat niemal liniowy wzrost do konca trwania testu. Zwiqzane byto to z jednolitq budowq szkta na catej swojej powierzchni i jego efektywnq izolacyjnosciq ter-micznq. Maksymalne temperatury nie przekroczyty 70°C. Najniz-szymi parametrami charakteryzowata si? konstrukcja wykonana z kantówek drewnianych. Elementy te, pomimo swojej niewielkiej grubosci 68 mm, posiadaty bardzo niski wspótczynnik przenikania ciepta, który w znacznym stopniu ograniczyt przekazywanie ciepta na stron? nienagrzewanq. Przyrost temperatur odnotowano od ok. 6 minuty, który powoli zwi?kszat swoje wartosci, osiqgajqc mak-symalnq wartosc 19°C w 30 minucie badania w punktach wyznaczo-nych na profilach bez tqczen.
120
SO
zo
0 Í 4 6 8 10 Li 11 Type of glass partitions/Rodzaj przegrody przeszklonej
- Wood/Drewniana-
Aluminum/Aluminiowa -
Steel/Stalowa
26 i 8 30
Time/Czas [min]
Without profiles/Bezramowa
Figure 4. Average temperature increase on the internal profiles of the analysed glass partitions
Rycina 4. Sredni przyrost temperatury na profilach wewn^trznych analizowanych przegrod przeszklonych
Source: Own elaboration based on the test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badan.
The last comparison was related to temperature readings on surfaces of the profiles which constituted the external peripheral frame of the tested elements. The results are presented in the chart as mean values for each partition (Figure 5). As in the previous case, substantial differences were observed in temperature
Ostatnie porównanie dotyczyto temperatur odczytywanych na powierzchni profili tworzqcych zewn^trznq ram? obwodowq elementów badawczych. Otrzymane wyniki zaprezentowano na wykresie w formie srednich wartosci obliczonych dla kazdej z przegród (zob. ryc. 5). Podobnie jak w poprzednim przypadku,
increases between the tested elements. The largest increase was recorded on steel-profile surfaces, whose temperatures grew at the fastest rate. The maximum temperature for this type of glass partition was 107°C. We observed a difference relative to other partitions due to the use of 60-mm wide profiles, which were thinner compared to other elements subjected to testing. Internally, they comprised two enclosures partly filled with inserts, showing poorer effectiveness than other partitions. Much better results were obtained for aluminium-profile constructions. The triple-enclosure design of 78-mm wide profiles provided a more effective protection against heat transfer to the unexposed side. The spaces inside them acted as buffers, providing a good barrier against the rising temperature. At 72°C the highest temperature was recorded at minute 25, decreasing over time to 70°C at the end of the test. The construction made of wooden battens proved highly effective in providing thermal protection. As previously mentioned, this material affords superior thermal insulation. Temperature on the peripheral-frame surface increased much slower than in partitions made of steel and aluminium profiles. It did not exceed 22°C 30 minutes into the test. The most effective protection was provided by the frameless partition. The interface between glass panels with the edge of the tested frame was protected from both the exposed and unexposed side with two narrow strips of gypsum board. Due to its low thermal conductivity, this material provided excellent protection against heat transfer. The surface thermocouples were placed on the glass-fixing protection spot, as described. Given the behaviour of gypsum boards, the recorded temperature increase over time began at about minute 14, and the temperature reached its maximum of 16°C at minute 30 of the test.
zaobserwowano duze róznice w przyrostach temperatury pomi?-dzy testowanymi elementami. Najwi?kszy wzrost odnotowano na powierzchni profili stalowych, które rozgrzewaty si? równiez w najszybszym tempie. Maksymalna wartosc dla tego typu witryny osiqgn?ta poziom 107°C. Zaobserwowana róznica w stosunku do pozostatych przegród wynikata z zastosowania ksztattowników o szerokosci 60 mm, które byty najciensze w porównaniu z pozo-statymi elementami badawczymi. Ich wn?trze sktadato si? z dwóch komór cz?sciowo wypetnionych wktadami, których skutecznosc byta stabsza niz w przypadku innych przegród. Znacznie lepsze wyniki uzyskano dla konstrukcji sktadajqcych si? z profili alum-iniowych. Trójkomorowa budowa ksztattowników o szerokosci 78 mm charakteryzowata si? skuteczniejszq ochronq przed prze-nikaniem ciepta na stron? nienagrzewanq. Wyst?pujqce przestrze-nie w ich wn?trzu tworzyty zamkni?te bufory, które stanowity dobrq barier? dla rosnqcej temperatury. Najwyzszq wartosc 72°C odnotowano w 25 minucie, która wraz z uptywem czasu malata, osiqgajqc ok. 70°C na koniec badania. Konstrukcja wykonana z kantówek drewnianych odznaczata si? wysokq skutecznosciq ochrony ter-micznej. Jak wczesniej wspomniano, materiat ten charakteryzuje si? wysokq izolacyjnosciq przed przenikaniem ciepta. Temperatura na powierzchni ramy obwodowej wzrastata znacznie wolniej niz w przypadku przegród wykonanych z ksztattowników stalowych czy alu-miniowych. Po uptywie 30 minut badania wartosci nie przekroczyty 22°C. Najskuteczniejszq ochron? zapewnita przegroda wykonana w rozwiqzaniu bezramowym. Miejsce styku paneli szklanych z kra-w?dziq ramy badawczej zabezpieczone byto zarówno od strony nagrzewanej, jak i nienagrzewanej dwoma wqskimi paskami ptyty gipsowo-kartonowej. Materiat ten, z uwagi na niski wspótczynnik przewodzenia ciepta, stanowit bardzo dobre zabezpieczenie przed przenikaniem ciepta. Termoelementy powierzchniowe rozmiesz-czone byty na opisanym zabezpieczeniu miejsca mocowania szyb. Ze wzgl?du na charakterystyk? zastosowanych ptyt zarejestrowany przyrost wartosci w czasie rozpoczqt si? w ok. 14 minucie i osiq-gnqt maksymalnq wartosc nieprzekraczajqcq 16°C w 30 minucie badania.
0 2 4 6 8 10 12 11 16 18 20 22 24 26 28 30
Type of glass partitions/Rodzaj przegrody przeszklonejTime/Czas [min]
— Wood/Drewniana--Aluminum/Aluminiowa — — Steel/Stalowa Without profiles/Bezramowa
Figure 5. Average temperature increase on external profiles of the analysed glass partitions
Rycina 5. Sredni przyrost temperatury na profilach zewn^trznych analizowanych przegrod przeszklonych
Source: Own elaboration based on the test results.
Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badan.
Conclusions and summary
In no case were the guidelines on the boundary values of temperature increase exceeded, in terms of both a single point and the average increase.
The analysed partitions exhibited different temperature increases measured on the side opposite to the one exposed to fire. In the chart below we present consolidated values from all measurement points for each of the analysed constructions, excluding glass panels (Fig. 6). Measurements taken on glass panes were disregarded because of the differences in their thickness in the frameless solution compared to other test objects The partition made of steel profiles exhibited the highest temperature increase, reaching a maximum average temperature of 120°C. Other partitions were found not to exceed the 75°C threshold, and the one which came closest to it was made of aluminium profiles. The wooden and frameless constructions afforded the most effective protection against heat transfer. The former reached a maximum average temperature of 21°C, while the other did not exceed 11°C.
Wnioski i podsumowanie
Biorqc pod uwage wytyczne dotyczqce granicznych warto-sci przyrostu temperatury, w zadnym przypadku nie zostaty one przekroczone zarowno w odniesieniu do pojedynczego punktu, jak i sredniego przyrostu.
Analizowane przegrody odznaczaty sie odmiennymi przyro-stami temperatury mierzonymi po przeciwnej stronie wzgledem dziatania ognia. Na ponizszym wykresie zaprezentowano ujedno-licone wartosci ze wszystkich punktow pomiarowych dla kazdej z analizowanych konstrukcji z wykluczeniem paneli szklanych (zob. ryc. 6). Pomiary wykonane na szybach zostaty pominiete z uwagi na roznice w ich grubosci w rozwiqzaniu bezramowym wzgledem innych obiektow. Przegroda wykonana z ksztattownikow stalowych odznaczata sie najwyzszym przyrostem temperatury, osiqgajqc maksymalnq sredniq temperature 120°C. Wyniki pozostatych prze-grod nie wykraczaty poza prog 75°C, do ktorego najbardziej zblizyta sie ta wykonana z profili aluminiowych. Najwiçkszq skutecznosc ochrony przed przenikaniem ciepta przejawiata konstrukcja drew-niana oraz bezramowa. Pierwsza z nich osiqgneta maksymalnq, sredniq temperature 21°C, natomiast druga nie przekroczyta 11°C.
140
Wood/Drewniana — — Aluminum/Aluminiowa —':— Steel/Stalowa Without profiles/Bezramowa
Figure 6. Average temperature increase on the surface of glazing joints of the analysed glass partitions Rycina 6. Sredni przyrost temperatury na powierzchni tgczeri przeszkleri analizowanych przegrod przeszklonych
Source: Own elaboration based on the test results. Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie wynikow badari.
Each of the analysed partitions was made of materials with different behaviour. The profiles we used differed in terms of both their internal construction and thermal properties. Detailed analyses of the temperature increase distribution on unexposed surfaces allowed us to compare their effectiveness as fire partitions. The frameless solution provided the most effective protection against heat transfer. Peripheral profiles made of gypsum board strips proved to be effective barriers against fire. Similar thermal insulation properties were found for the partition
Kazda z analizowanych przegrod zbudowana byta z materia-tow o odmiennej charakterystyce. Wykorzystywane profile roz-nity sie zarowno budowq wewnçtrznq, jak i wtasciwosciami ter-micznymi. Szczegotowe analizy rozktadu przyrostu temperatury na powierzchniach nienagrzewanych pozwolity na porownanie efektywnosci ich funkcjonowania jako przegrod ogniochronnych. Najskuteczniejszq ochronq przed przenikaniem ciepta odzna-czato sie rozwiqzanie bezramowe. Obwodowe profile wykonane z paskow ptyt gipsowo-kartonowych stanowity skutecznq bariere
made of wooden battens. Despite the significant difference in temperature increases for other constructions made of steel and aluminium profiles, each of them met the fire-resistance requirements and maintained fire-insulation parameters for 30 minutes, reaching the rating of I 30.
Compared to other constructions, the frameless solution had no internal profiles, and based on the collected temperature increase data, these proved to be the weakest element of glazed constructions. Our analysis shows that the simplest way to increase fire safety is not only by increasing glass pane thickness, but also by reducing the number of internal profiles in the glass partition.
Glass partitions currently available on the market have different designs and thermal performance. The only criterion to assess the effectiveness of a construction as a barrier during a fire is to test its fire resistance. As long as an element meets the integrity and fire insulation requirements over test time, it serves as a partition which could be used in buildings to provide passive fire protection.
dla dziatania pozaru. Podobne wtasciwosci izolacyjnosci termicz-nej przejawiata przegroda zbudowana z kantowek drewnianych. Pomimo znacznej roznicy w przyroscie temperatury dla pozosta-tych konstrukcji sktadajqcych siç z ksztattownikow stalowych i aluminiowych, kazda z nich spetnita stawiane wymagania odpornosci ogniowej i utrzymata parametry izolacyjnosci ogniowej w czasie 30 minut, osiqgajqc klasç I 30.
Rozwiqzanie bezprofilowe w porownaniu do pozostatych cha-rakteryzowato siç brakiem wewnçtrznych profili, ktore to w opar-ciu o zebrane dane o wzroscie temperatur, potwierdzajq, ze sq najstabszym elementem konstrukcji przeszklonych. Zaprezen-towana analiza pokazuje, ze bezpieczenstwo pozarowe w naj-prostszy sposob mozna zwiçkszyc nie tylko grubosciq szyb, ale rowniez ograniczeniem liczby profili wewnçtrznych w przeszklo-nej przegrodzie.
Obecnie na rynku dostçpne sq przeszklone przegrody budow-lane o roznej budowie i odmiennej charakterystyce termicznej. Jedynym kryterium oceny skutecznosci funkcjonowania danej konstrukcji jako bariery podczas pozaru jest wykonanie bada-nia odpornosci ogniowej. Dopoki dany element spetnia okreslone wymagania szczelnosci i izolacyjnosci ogniowej w czasie testu, stanowi on przegrodç, ktora moze byc stosowania w budynkach w celu zapewnienia biernej ochrony przeciwpozarowej.
Literature/Literatura
[1] URL 1. Portal wiedzy budowlanej. Firesafety design. https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Fire_safety_ design [dostep: 20.10.2018].
[2] Bednarek Z., Ogrodnik P., Pieniak D., Laboratoryjna metoda oceny wpfywu wysokich temperatur na parametry eksploata-cyjne systemôw poiqczen zelbetowych, „Maintenance and Reliability" 2010, nr 3, 67-78.
[3] Stollard P., Fire from First Principles. A design guide to building fire safety, London 2003, 22-86, https://doi. org/10.4324/9780203478202.
[4] Sulik P., Sedtak B., Ochronaprzeciwpozarowa wprzegrodach wewnqtrznych, „Izolacje" 2015, nr 9, 30-34.
[5] Sedtak B., Sulik P., Odpornosc ogniowa pionowych elemen-tôw przeszklonych, „Szkto i Ceramika" 2015, nr V, 8-10, https://doi.org/10.15199/33.2015.07.06.
[6] Sulik P., Sedtak B., Wybrane aspekty oceny odpornosci ogniowej przeszklonych elementôw oddzielenia przeciw-pozarowego, „Journal Of Civil Engineering, Environment And Architecture" 2017, T. XXXIV, Z. 64 (3/I/17), 17-29, https://doi.org/10.7862/rb.2017.100.
[7] Laskowska Z., Kosiorek M., Bezpieczenstwo pozarowe scian dzialowych przeszklonych: badania i rozwiqzania, „Swiat Szkta" 2007, nr 5 (108), 46-54.
[8] Kinowski J., Sedtak B., Sulik P., Izolacyjnosc ogniowa alu-miniowo szklanych scian osionowych w zaleznosci od spo-sobu wypelnienia profili szkieletu konstrukcyjnego, „Izolacje" 2015, R.20 (nr 2), 48-53.
[9] Podawca K., Przywozki M., Wplyw rozwiqzah konstrukcyj-no-materialowych polqczeh przeszkleh na odksztalcenia podczas dzialania ognia. „Safety & Fire Technology" Vol. 53 Issue 1, 2019, 118-128, https://doi.org/10.12845/ sft.51.3.2019.7.
[10] Izydorczyk D., Sedtak B., Sulik P., Thermal insulation of single leaf fire doors, test results comparison in standard temperature-time fire scenario for different types of doorsets, „Proceedings of the International Conference in Dubrovnik. Applications of Structural Fire Engineering" 2015, Dubrovnik, Croatia, 484-489, https://doi.org/10.14311/asfe.2015.077.
[11 ] Kinowski J., Sulik P., Sedtak B., Badania iklasyfikacja syste-mowpionowych przegrodprzeszklonych o okreslonej klasie odpornosci ogniowej, „BiTP" Vol. 42, Issue 2, 2016, 135140, https://doi.org.10.12845/bitp.42.2.2016.14
[12] PN-EN 1364-1:2015 Badania odpornosci ogniowej elemen-tow nienosnych - Cz^sc 1: Sciany.
[13] Sulik P, Sedtak B., Odpornosc ogniowa pionowych przegrod przeszklonych. Czqsc 2., „Swiat Szkta" 2015, nr 9, 31-35.
[14] Sulik P., S?dtak B., Odpornosc ogniowapionowych przegród [17] Raporty z badan ogniowych witryny w konstrukcji drewnia-
przeszklonych. Czqsc 1., „Swiat Szkta" 2015, nr 7-8, 37-43. nej nr 01/BZ/09/2015, Efectis, Francja 2015.
[15] Laskowska Z., Borowy A., Rozszerzone zastosowanie wyni- [18] Raport z badan ogniowych witryny w konstrukcji aluminio-
ków badan odpornosci ogniowej scian dzialowych przeszklo- wej nr 02/BZ/12/2012, Gryfitlab, Polska 2012.
nych wg PN-EN 15254-4. „Materiaty Budowlane" 2012, 7 [19] Raporty z badan ogniowych witryny w konstrukcji stalowej
(479), 62-64. nr 02/BZ/08/2013, ITB, Polska 2013.
[16] Raport z badan ogniowych witryny bezramowej nr 01/ [20] PN-EN 1363-1:2012 Badania odpornosci ogniowej
BZ/10/2018, Certbud, Polska 2018. - Cz?sc 1: Wymagania ogólne.
KONRAD PODAWCA, PH.D. ENG. - lecturer at the Faculty of Civil and DR INZ. KONRAD PODAWCA - adiunkt w Instytucie Inzynierii Srodo-
Environmental Engineering at the Warsaw University of Life Sciences. wiska, Wydziatu Budownictwa i Inzynierii Srodowiska, Szkoty Gtównej
Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.
MAREK PRZYWÓZKI, M.SC. ENG. - civil engineer, an employee of MGR INZ. MAREK PRZYWÓZKI - inz. budownictwa, pracownik
POLFLAM Sp. z o.o. firmy POLFLAM Sp. z o.o.
