コーンカロリーメーター燃焼試験

■コーンカロリーメーター燃焼試験

概要

燃焼時に酸素消費量が、材料種によらず酸素1kgあたり13.1MJの発熱があるという酸素消費量測定法に基づいて発熱速度・発熱量などの分析を行います。
建築基準法では、建物の構造材、天井材、内装材等は、不燃材、準不燃材、難燃材などの材料を用いるように規制されています。

仕様

試験体をコーン型の電熱ヒーターにより加熱し、発生する可燃ガスに電気スパークを与えて燃焼させます。燃焼により減少した酸素濃度から、発熱量および発熱速度が計算され、材料の発熱性などを代表とする燃焼特性のデータが得られます。
DJKでは開始時と試験後の酸素ベースラインの安定性を確認して精度管理を行うため、1日に実施できる試験数に限りがあります。（高精度の測定管理上の必要作業となります）

表1　コーンカロリーメーター試験機について
使用機器	Fire Testing technology製　iCone mini
試験体寸法	99×99 mm　厚さ50mm以下
試験体フレーム開口部	94×94 mm
放射熱流速	0～100 kW/㎡
排気流量	通常24 l/s（最大36 l/s）
放射遮蔽板	セラミック材（水冷式でない）
試験方法	水平試験、垂直試験
試験距離	コーンヒーターの底面板と試験体上部で25mm （安定しないものは別途調整）
規格	ISO 5660-1、JIS A 1316、ASTM E1354、EN45545-2 新防火材料認定試験法（建築基準法）鉄道車両用材料の耐燃焼性評価
測定項目	MHRR：最大発熱速度　kW/㎡
	HRR：平均発熱速度　kW/㎡
	平均発熱速度 T60、T120、T180　kW/㎡
	THR：総発熱量　MJ/㎡
	HOC：平均燃焼有効発熱量　MJ/㎡
	SEA：平均比減光面積　㎡/kg
	MLR：平均質量減少率　g/㎡・s
	200k 超過継続時間　s
	着火時間　s
	燃焼時間　s
	試料の裏面に達する亀裂・貫通孔
	CO/CO2収率　kg/kg

Fire Testing Technology（FTT）製装置について

・国土交通省による大臣認定試験実施の認証機関が使用しているメーカーであり、規格上でもグローバルスタンダードな装置です。
・特に低発熱の材料を高い精度で測定します。（規格附属書GにあるO2、CO2、COを測定し算出します）
・通年のC-factorの安定性により試験機が管理されます。（装置エラーの早期発見）
・O2ベースラインの安定性を管理します。（標準大気中の酸素濃度20.95%を限りなく再現します）
※測定には酸素濃度を安定させるための吸排気環境を必要とし、試験室環境は(株)東京システムバックの特許技術が使用されます。

試験基準

表2　建築基準法（第108条の2）
種類	要求性能	加熱時間	発熱性試験
難燃材料	①燃焼しない ②防火上有害な変形、溶解、亀裂その他の損傷を生じない ③避難上有害な煙またはガスを生じない（マウス8匹の平均行動停止時間 – 標準偏差6.8分以上）	5分	①総発熱量8 MJ/㎡以下 ②最高発熱速度が10秒を超えて連続して200 kW/㎡を超えることがないこと ③防炎上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと
準不燃材料		10分
不燃材料		20分

※使用可能な部位：底面から高さ1.2m以上の壁、天井
※試験条件：輻射熱；50kW/㎡、排気ガス流量；0.024㎥/s
　　　　　（防耐火性能試験・評価業務方法書より）

表3　鉄道車両用材料の耐燃焼性評価基準
総発熱量（THR）	着火時間	加熱時間	最大平均熱放出速度（MARHE）
8 MJ/㎡以下	―	10分	300 kW/㎡以下
8を超え30 MJ/㎡以下	60秒以上	10分	300 kW/㎡以下

※試験条件：輻射熱；50 kW/㎡、排気ガス流量；0.024㎥/s

計算方法

酸素のみの式（一般）

ガス分析を追加した計算式（酸素、二酸化炭素、一酸化炭素を反映）

参考資料

測定項目（単位）	対応英語	用語	定義
HRR （kW/㎡）	Heat release rate	発熱速度	燃焼によって単位時間当たりに生成する熱エネルギー
MHRR （kW/㎡）	Maximum Heat release rate	最高発熱速度	火災試験中に観測される発熱速度の最高値難燃処理の有効性の比較確認が可能
EHC （MJ/kg）	Effective Heat of combustion	有効燃焼熱	燃焼する試験試料から既定の時間内に放出される発熱量を、同じ時間内にその試験試料の喪失質量で除した値
HOC （MJ/kg）	Heat of combustion	燃焼熱	ある物質の単位質量が燃焼することによって生じる熱量
SEA （㎡/kg）	Specific extinction area of smoke	比減光面積	規定の時間に試験試料から発生した煙の減光面積を、その時間の試験試料の質量減少量で除した値
MLR （g/s）	Mass loss rate	質量減少速度	規定の試験条件で、単位時間における試験試料の喪失質量
Specific MLR （g/s・㎡）	Specific mass loss rate	単位面積当たりの質量減少速度	単位面積当たりに換算した質量減少速度
COY （kg/kg）	Carbon monoxide yield	一酸化炭素収率	燃焼中に生成したCOの（気体）質量を、試験試料の喪失質量で除した値
CO2Y （kg/kg）	Carbon dioxide yield	二酸化炭素収率	燃焼中に生成したCO2の（気体）質量を、試験試料の喪失質量で除した値
THR （MJ/㎡）	Total heat release	総発熱量	燃焼によって生成する熱エネルギー、発熱速度の総積分
MFR （g/s）	Mass flow rate	ダクトの排気質量流量	排気ダクト内の毎秒のグラム単位での質量流量
k （1/m）	Extinction coefficient	減光係数	煙の不透過度の自然対数を、その測定に用いた光路長で除した値
V stack （l/s）	Volume flow rate at stack	煙突体積流量	煙突部のオリフィス式測定の差圧および熱電対の温度から求めている体積流量
V smoke （l/s）	Volume flow rate at smoke	煙濃度体積流量	煙突部のオリフィス式測定の差圧およびダクト（フード～ブロワ間の横方向管）部の熱電対の温度から求める体積流量
SPR （㎡/s）	Smoke production rate	発煙速度	単位時間に、火または火災試験において発生する煙の量
TSP （㎡）	Total smoke production	総発煙速量	発煙速度の総積分
RSR （(㎡/s)/㎡）	Rate of smoke release	比（単位面積当たりの）発煙速度	単位面積当たりに換算した発煙速度。分子「(㎡/s)」は発煙速度、分母「(㎡)」は試験体面積
TSR （㎡/㎡）	Total smoke release	総比発煙量	比発煙速度の総積分
COP （g/s）	Carbon monoxide production rate	一酸化炭素生成速度	単位時間に、火または火災試験において生成する一酸化炭素の量
CO2P （g/s）	Carbon dioxide production rate	二酸化炭素生成速度	単位時間に、火または火災試験において生成する二酸化炭素の量
O2C （g/s）	Oxygen consumed rate	消費酸素速度	単位時間に、火または火災試験において消費される酸素の量
TOC (g)	Total oxygen consumed rate	総消費酸素量	消費酸素速度の総積分
ARHE （kW/㎡）	Average rate of heat emission	平均熱放出速度	時間tにおける総発熱量（THR）を、指定する開始時間toからの経過時間 t-toで除することによって計算した値
MARHE （kW/㎡）	Maximum Average rate of heat emission	最大平均熱放出速度	指定する試験区間のARHEの最大値。火災の大きさと成長速度の両方に影響される。大きくて急速に成長する危険な火災は値が大きい
Specimen mass （g）	Spesimen mass	試験体質量	試験体質量

代表的な有機可燃物の燃焼性
可燃物名	可燃物1g当たりの燃焼熱（kJ/g）	単位酸素消費量当たりの燃焼熱（kJ/g O2）
メタン	50.01	12.54
エチレン	47.16	13.78
ベンゼン	40.14	13.06
PE	43.28	12.65
PP	43.31	12.66
PS	39.85	12.97
PVC	16.43	12.84
PMMA	24.89	12.98
PET	22.00	13.21
PC	29.72	13.12
PA	29.58	12.67
綿	15.55	13.61
木材（かえで）	17.76	12.51
新聞紙	18.40	13.40
石炭（れき青炭）	35.17	13.51

※W.J.Parker NBSIR 81-2427, February 1982
※消防研究所研究資料第37号コーンカロリーメーターによる防炎材料の燃焼性状に関する研究報告書平成9年3月

一酸化炭素濃度と中毒症状
CO濃度	吸入時間と中毒症状
0.02%（200ppm）	2～3時間で前頭部に軽度の頭痛
0.04%（400ppm）	1～2時間で前頭痛・吐き気、2.5～3.5時間で後頭痛
0.08%（800ppm）	45分間で頭痛・めまい・吐き気・けいれん、2時間で失神
0.16%（1600ppm）	20分間で頭痛・めまい・吐き気、2時間で死亡
0.32%（3200ppm）	5～10分間で頭痛・めまい、30分間で死亡
0.64%（6400ppm）	1～2分間で頭痛・めまい、15～30分間で死亡
1.28％（12800ppm）	1～3分間で死亡

不燃材料の具体例
不燃材料	コンクリート
	レンガ
	瓦
	陶磁器質タイル
	繊維強化セメント板
	厚さが3mm以上のガラス繊維混入セメント板
	厚さが5mm以上の繊維混入ケイ酸カルシウム板
	鉄鋼
	アルミニウム
	金属板
	ガラス
	モルタル
	しっくい
	石
	厚さが12mm以上のせっこうボード（ボード用紙原紙の厚さが0.6mm以下のものに限る）
	ロックウール板
	グラスウール板

※平成12年5月30日建設省告示第1400号「不燃材料を定める件」

準不燃材料の具体例
準不燃材料	第1	不燃材料のうち通常の火災による火熱が加えられた場合に、加熱開始後20分間建築基準法施行令第108条の2各号に掲げる要件を満たしているもの
		厚さが9mm以上のせっこうボード（ボード用紙原紙の厚さが0.6mm以下のものに限る）
		厚さが15mm以上の木毛セメント板
		厚さが9mm以上の硬質木片セメント板（かさ比重が0.9以上のものに限る）
		厚さが30mm以上の木片セメント板
		厚さが6mm以上のパルプセメント板
	第2	不燃材料
	第2	第1 第2号から第6号までに定めるもの

※平成12年5月30日建設省告示第1401号「準不燃材料を定める件」

難燃材料の具体例
難燃材料	第1	不燃材料のうち通常の火災による火熱が加えられた場合に、加熱開始後10分間建築基準法施行令第108条の2各号に掲げる要件を満たしているもの
		難燃合板で厚さが5.5mm以上のもの
		厚さが7mm以上のせっこうボード（ボード用紙原紙の厚さが0.5mm以下のものに限る）
	第2	準不燃材料
	第2	第1 第2号から第3号までに定めるもの

※平成12年5月30日建設省告示第1402号「難燃材料を定める件」

建築基準法による内装制限一覧
用途・規模		床面積の合計			内装制限
用途・規模		耐火建築物	準耐火建築物	その他の建築物	居室等	通路、階段等
1	劇場、映画館、演芸場、遊覧場、公会堂、集会場	（客席） 400㎥以上	（客席） 100㎥以上		3階以上に居室がある場合は天井は準不燃材以上
2	病院、ホテル、旅館、下宿、共同住宅、寄宿舎、養老院、児童福祉施設等	（3階以上） 300㎥以上	（2階以上） 300㎥以上	200㎥以上
3	百貨店、マーケット、展示場、キャバレー、カフェー、ナイトクラブ、バー、ダンスホール、遊戯場、公衆浴場、待合、料理店、飲食店又は物品販売業を営む店舗	（3階以上） 1000㎥以上	（2階以上） 500㎥以上	200㎥以上
4	自動車車庫、自動車修理工場、映画スタジオ又はテレビスタジオ	全部
5	地階又は地下工作物内に上記1,2,3の用途の居室を有するもの	全部
6	建築物の規模	階数が3以上で500㎥を超えるもの
		階数が2以上で1000㎥を超えるもの
		階数が1で3000㎥を超えるもの
7	その他の開口部を有しない居室	50㎥を超える居室で開放できる部分が床面積の1/50未満
8	火を使用する設備又は器具を設けたもの	主要構造物を耐火構造としたものを除く	階数2以上の住宅の最上階以外の階に火を使う施設を設けたもの			―
8	火を使用する設備又は器具を設けたもの	主要構造物を耐火構造としたものを除く	住宅以外の建築物に火を使う設備を設けたもの			―
9	建築物の11階以上の部分200㎥以内に防火区画された共同住宅住戸には適用しない	100㎥以内に防火区画			―
		200㎥以内に防火区画
		500㎥以内に防火区画
10	地下街	100㎥以内に防火区画			―
		200㎥以内に防火区画
		500㎥以内に防火区画

不燃

準不燃材

難燃材

※この一覧表は概要をまとめたものとなります。詳細は法令の本文を参照してください。
　出典：建築基準法施行令 128-3-2条～129条