ZY6243A 10MW 熱釋放速率測試裝置（大型錐形量熱儀）
一、適用范圍
適用于建筑物和大型復合體（包括機車車輛，車輛，倉庫和構成方式）以及對原料、建筑物和實體模型進行廣泛的防火性能試驗驗證。
二、參考標準：
根據ISO 9705《Fire tests; full-scale room test for surface products》、ISO5660-1《Reaction to fire tests-Heat release, smoke production and mass loss rate-Part 1: Heat release rate （cone calorimeter method）》設計和制造。
三、性能參數：
大型熱量計測得的zui基本的物理量是熱釋放率。當發生火災時，要測量不知道化學成分的原料的熱量，其基本原理是基于這樣的事實，即燃燒熱量與所需的氧氣量成正比的，每消耗1kg氧氣生成熱量13.1兆焦耳。該熱量的計算方法是通過測量氧氣和排出氣體的流量來測量熱量。
zui基本的物理量是熱釋放率，產煙率，質量損失率和耗氧量，一氧化碳（CO）和二氧化碳（C02）。熱流或可選擇性采用的特定氣體的濃度。
技術參數：
一、大型熱量計的結構和功能
1）防護罩和管道系統
設計防護罩時，主要有兩個zui重點：防護罩的形式和大小。與正方形的防護罩相比，圓形的防護罩能將可能沿著防護罩邊緣產生的渦流效應zui小化。因此，采用圓形的防護罩，可調節的高度使試驗能夠根據測試對象燃燒的煙羽流的特性進行操作。此外，由于管道和設備的附件提供足夠的均勻流長，燃氣能*分散。集塵罩的外直徑為10cm，這樣可以用zui大量程為10兆瓦的熱量計測量實際尺寸的可燃物品和車輛的熱釋放速率，火災荷載，需氧量，產生的一氧化碳和二氧化碳的數量，濃度，溫度，流量和燃氣的成分。
2）測量因素的構成
要測量的因素大概可分為流量/溫度、氣體濃度和煙密度。測試儀包含了進程控制和數據測量的程序。壓差探頭，熱電偶，十字形的氣體收集裝置和煙濃度測試儀安裝在管道上來測量。
3）流量/溫度
當主要用一個皮托管測量通過管道的流量時，煙霧中的顆粒物可能會堵塞管道。因此，使用雙向速度探頭是合理的。這個探頭通過測量洞口兩個末端的壓力差別來估計流量，因為洞口的形式一般都是相同的。用對數—契比雪夫法（Log-Tehebycheff method）總共安裝6個雙向速度探頭。由于物質密度隨著探頭周圍的溫度變化而變化，因此插入雙向屏蔽熱電偶作為密度補償。
4）燃氣收集和分析
為了計算如上所述的熱釋放率，我們需要知道氧氣濃度。為確定可燃氣體的特性，需要分析二氧化碳和一氧化碳。氣體收集器制成十字形狀，不是一般的O型。在氣流的對面設置了一個孔，以防止煙灰阻塞管道。冷凝管是用來凝結氣體和消除因冷卻收集的燃氣至3攝氏度以下而產生的水分，通過冷卻凝聚燃氣可以在不改變氣體的情況下去除雜質，從而供應純凈的燃氣到燃氣分析儀。燃氣在供應到分析儀之前，被很好的再次去除了水分。此外，設置溫度控制線路，讓來自環境溫度的燃氣樣品從燃氣導管供應到預處理裝置過程中保持在150攝氏度。在每個燃氣分析儀和所有收集管道前部都設置了煙灰過濾器。
5）排煙密度
運用光電池和氦氖激光系統來測量煙霧密度。當用鹵素燈作為光源時，考慮到管道的直徑，采用激光，因為激光比鹵素燈有更好的方向性和更小的衰減率。用光束分離器將該激光光源分為兩個。一個作為參考價值，另一個作為輻射以測量煙密度。煙密度的測量采用激光散射法。
6）數據處理系統
為了計算和記錄從各種檢測儀上獲得的熱釋放率，煙密度和燃氣的濃度，用于運行數據處理系統和MFC或打開或關閉各種電磁螺線管閥的測量系統是根據控制程序獨立編制的。數據采集系統采用美國國家儀器（NI）的硬件和來自NI的Lab View的軟件。
二、大型熱量計要求的規格
對于測試下述的10 MW大型熱量計的實驗裝置的zui小安裝空間，單個的試驗建筑物安裝要求：
為了控制大型熱量計測試裝置，需要一個單獨的控制室。該控制室必須確保足夠的空間來控制煙氣質量和儀表。按如下所述安裝啟動10MW大型熱量計試驗的控制室。
對于10MW大型熱量計試驗的控制室的zui小空間，是從大型熱量計內部和外部觀察的控制室的空間。
應該為8100（W） x 7100（L） x 3000（H） mm。
在確定實際火災現象中，用易燃樣品或模型進行的小型火災試驗有限制性。然而，在完成建筑原料或家具原料和固定裝置的防火特性，以及評估用于建筑物防火災安全的許多燃燒因素（包括熱釋放率、燃燒負荷、氧氣量、溫度、流速、煙密度和燃氣成分），這些因素是大型復合材料導致的火災事件中直接測量的燃燒特性，大型熱量計可確保這些燃燒特性的可靠性。
主要特點：
A.分析和控制臺
A）19英寸儀表機架
選擇19"的機柜來安裝以下組件：
①其他分析儀（包括氧氣，CO2,CO）
②含溫度調節器的冷凝管
③煙灰過濾器
④氣體采樣雙頭泵Gas Sampling Dual Headed Pump
⑤氣體取樣管和畫圖設備Gas Sampling Pipe& Instrument Diagram
⑥溫度調節器Heated Line Temperature controller
⑦數據采集記錄器Data Acquisition Logger
19"機柜的規格：高度= 1800mm，寬度= 900mm，深度≥600mm。
B）氣體分析儀
同時分析氧氣消耗量和一氧化碳、二氧化碳產出率。
氣體分析儀的分辨率分別是：氧氣0~25%，一氧化碳0~1%，二氧化碳0~10%。
對于分析儀傳感器的類型，對于氧氣，安裝順磁性傳感器，對于CO/CO2，安裝NDIR傳感器。
為快速反應設置旁路By-Pass for quick response.
當在流量或壓力驅動控制下測量氧氣時，壓力補償和自動控制是激活的。
分析儀的基本結構描述如下：
| 測量的氣體 | O2 | CO/CO2 |
| 方法 | 順磁性法 | 紅外線法 |
| 精度 | ＜0.02% | 0.1ppm（V） |
| 線性度 | ＜0.05% | 0.1ppm（V） |
| 重復性 | ＜0.02% | 0.1ppm（V） |
| 反應時間 | ＜12秒 | ＜20秒 |
| 樣品流速率 | 200毫升/分 | 2000毫升/分 |
| 零點偏移/周 | ＜0.01% | 0.2ppm（V） |
| 跨度偏移/周 | ＜0.02% | 讀數的2% |
對于以下校準氣體，包含集齊筒（10L）和2個位相的調整器，該調整器可以校準氣體分析儀的零點和跨度。
氮氣:超過99.99%的高純度氮氣用于零點校準
CO/C02混合氣體：為跨度校準的試驗選擇包含CO（0.8%或更高）和C02（8%或更高）的高純度氣體
含有溫度控制器的冷阱
①在試驗的氣體提煉過程中，充分的將水分移到分析儀。
②5攝氏度冷阱的鼓狀物一直包含恒溫器和溫度顯示器。
③包含用德里拉特[干燥用無水硫酸,商品名]和帶有指示器的8孔網篩的除潮圓柱，在分析儀和次級除潮劑之間不發生化學中斷，使之能夠充分地去除收集來供應到分析儀的氣體的水分。
D） 除煤煙過濾器
安裝58N過濾器來保護氣體分析儀，防止其受到燃燒試驗期間產生的煤煙的影響。
該過濾器的篩孔為40微米，且外殼被列為能夠輕易更換的構造。
安裝1~5毫米的吸塵機通氣過濾器，用來去除次要的煤煙。
每個過濾器的基本數量為10個（1包）。
E） 氣體采樣雙頭泵Gas Sampling Dual Headed Pump
在至少40 PSIG的壓力下，氣體采樣泵可以傳送燃燒期間產生的氣體樣品至約30米遠的分析儀。
應用聚四氟乙烯涂層來防止燃燒氣體的腐蝕。
該泵采用隔膜法。選擇雙頭泵以確保zui低壓力。
F） 氣體采樣管與畫圖設備Gas Sampling Pipe & Instrument Diagram
安裝在19英寸機架上的氣體采樣管與畫圖設備采用具有強防腐蝕的聚四氟乙烯塑料管，使其因腐蝕和熱輸送而導致的氣體樣品的化學失真zui小化。
安裝可以以3~3.5升每分鐘的流速分別測量氧氣、一氧化碳、二氧化碳的流量計，目的是核查在導管內測量點的樣品氣體。
安裝過濾系統是為了去除燃燒期間產生的次要焦油。
當測量熱釋放率和洗滌塔去除燃燒氣體中的一氧化碳和二氧化碳時，3-通閥只可計算氧氣消耗量。
安裝可以設定氧氣跨度/零點值以及分析儀的一氧化碳/二氧化碳值的5-通閥。
B.氣體采樣加熱分析管線和每條管線加熱器溫度控制器（可選項）
加熱管線作為可選項可以安裝在測量站內，以使依次通過加熱過濾器和采樣管線的其他保持溫度來去除油煙，因為氣體樣品應保持一定的溫度來分析有毒氣體。
A） 氣體采樣加熱分析管線Gas sampling heated analytical Line
裝置將加熱到200攝氏度，來防止燃燒氣體通過水蒸氣凝結而粘附在氣體采樣管線中。
氣體采樣管線至少30米長，且能夠維持到主控制室和分析儀的溫度（室溫~200攝氏度）。
氣體采樣管線的扁平帶狀加熱器的規格如下：
①寬度:25mm, 長度:5000 mm
②功率:400 W
③電力密度:1.1 W/cm2
B） 氣體采樣管線加熱器溫度控制器Gas sampling heated analytical line heater temperature controller
應選擇以上提到的可以控制管線加熱器（扁平帶狀加熱器）溫度的溫度控制器。因為管線加熱器zui長為5米，在19英寸的機架上可以為30米或更長的氣體采樣管線安裝至少6個管線加熱器。
選擇具有2個顯示器的數字溫度控制器，能滿足K型熱電偶的安裝啟動和控制達到200攝氏度的要求。
C. 數據采集系統和操作程序Data acquisition system & operating program
A） 數據采集系統
數據采集系統必須制作成與LabView編程語言兼容。
數據采集的附件安裝在測量點上。該數據采集系統可以通過NI（美國國家儀器）的數據記錄器或現場指針的安裝啟動來收集數據。
數據采集系統由以下部分組成：
①16位熱電偶輸入模塊
②16位模擬輸入模塊
③數字輸入/輸出模塊
④12位模擬輸出模塊
⑤4和8槽底板
⑥連接座
⑦Lab VIEW實時模塊
⑧Lab view的Real-Time/Ethernet網絡模塊
⑨電源24伏5A直流通用電源輸入
B） 數據采集計算機
CPU: Pentium 4 630（3.0 GHz） 或更高
RAM:DDR2 1GB或更高
HDD:SATA 100 GB或更高
DVD Combo, CD士RW 52X或更高
監視器:19" LCD或更高
彩色噴墨打印機
運行軟件:WINDOWS XP 或更高
（3） 主要部件的尺寸
A） 測試室:3.6M（L） X2.4M（W） X2.4M（H）
B） 防護罩:3M（D） X3M（W） X 1.05M（H）
C） 導管:0.4 M（直徑），5M（長，包括導流板）
D） 取樣探頭:17孔2mm，16 孔3mm （設置在樣品流動的方向。）
大型熱量計的說明
根據熱量釋放速率，熱量計分為幾種類型。zui常見的熱量計包括測試10x10cm對象的錐形熱量計和評估燃燒的1~3兆瓦的家具熱量計（墻角火試驗）。然而，用錐形熱量計進行的關于小物體（10x10cm）的燃燒性能試驗方法雖然能達到測試結果的客觀性與公平性，且符合性標準測試方法的規定，但是不適用于評估大型物體的防火性能。因此，不建議作為防火性能的合理標準。為確保防火性能安全，取決于其目的以及建筑物和大型復合體（包括機車車輛，車輛，倉庫和構成方式）的規模和防火性能等級的不同，這些防火性能應已通過對原料、建筑物和實體模型進行廣泛的防火性能試驗驗證的。這種測試將減少火災的生命和財產損失。換句話說，建議采用雙錐形熱量計（原料）—房角檢測器/單一燃燒項目/ISO13784-1（微小模型）—大錐形熱量計（實體）的試驗來確定防火安全性能的分級標準，并根據燃燒風險、目的和建筑物內設備的規格，是控制廣泛的防火安全性能試驗。
大型熱量計測得的zui基本的物理量是熱釋放率。當發生火災時，要測量不知道化學成分的原料的熱量，其基本原理是基于這樣的事實，即燃燒熱量與所需的氧氣量成正比的，每消耗1kg氧氣生成熱量13.1兆焦耳。該熱量的計算方法是通過測量氧氣和排出氣體的流量來測量熱量。
zui基本的物理量是熱釋放率，產煙率，質量損失率和耗氧量，一氧化碳（CO）和二氧化碳（C02）。熱流或可選擇性采用的特定氣體的濃度。
技術參數：
一、大型熱量計的結構和功能
1）防護罩和管道系統
設計防護罩時，主要有兩個zui重點：防護罩的形式和大小。與正方形的防護罩相比，圓形的防護罩能將可能沿著防護罩邊緣產生的渦流效應zui小化。因此，采用圓形的防護罩，可調節的高度使試驗能夠根據測試對象燃燒的煙羽流的特性進行操作。此外，由于管道和設備的附件提供足夠的均勻流長，燃氣能*分散。集塵罩的外直徑為10cm，這樣可以用zui大量程為10兆瓦的熱量計測量實際尺寸的可燃物品和車輛的熱釋放速率，火災荷載，需氧量，產生的一氧化碳和二氧化碳的數量，濃度，溫度，流量和燃氣的成分。
2）測量因素的構成
要測量的因素大概可分為流量/溫度、氣體濃度和煙密度。測試儀包含了進程控制和數據測量的程序。壓差探頭，熱電偶，十字形的氣體收集裝置和煙濃度測試儀安裝在管道上來測量。
3）流量/溫度
當主要用一個皮托管測量通過管道的流量時，煙霧中的顆粒物可能會堵塞管道。因此，使用雙向速度探頭是合理的。這個探頭通過測量洞口兩個末端的壓力差別來估計流量，因為洞口的形式一般都是相同的。用對數—契比雪夫法（Log-Tehebycheff method）總共安裝6個雙向速度探頭。由于物質密度隨著探頭周圍的溫度變化而變化，因此插入雙向屏蔽熱電偶作為密度補償。
4）燃氣收集和分析
為了計算如上所述的熱釋放率，我們需要知道氧氣濃度。為確定可燃氣體的特性，需要分析二氧化碳和一氧化碳。氣體收集器制成十字形狀，不是一般的O型。在氣流的對面設置了一個孔，以防止煙灰阻塞管道。冷凝管是用來凝結氣體和消除因冷卻收集的燃氣至3攝氏度以下而產生的水分，通過冷卻凝聚燃氣可以在不改變氣體的情況下去除雜質，從而供應純凈的燃氣到燃氣分析儀。燃氣在供應到分析儀之前，被很好的再次去除了水分。此外，設置溫度控制線路，讓來自環境溫度的燃氣樣品從燃氣導管供應到預處理裝置過程中保持在150攝氏度。在每個燃氣分析儀和所有收集管道前部都設置了煙灰過濾器。
5）排煙密度
運用光電池和氦氖激光系統來測量煙霧密度。當用鹵素燈作為光源時，考慮到管道的直徑，采用激光，因為激光比鹵素燈有更好的方向性和更小的衰減率。用光束分離器將該激光光源分為兩個。一個作為參考價值，另一個作為輻射以測量煙密度。煙密度的測量采用激光散射法。
6）數據處理系統
為了計算和記錄從各種檢測儀上獲得的熱釋放率，煙密度和燃氣的濃度，用于運行數據處理系統和MFC或打開或關閉各種電磁螺線管閥的測量系統是根據控制程序獨立編制的。數據采集系統采用美國國家儀器（NI）的硬件和來自NI的Lab View的軟件。
二、大型熱量計要求的規格
對于測試下述的10 MW大型熱量計的實驗裝置的zui小安裝空間，單個的試驗建筑物安裝要求：
為了控制大型熱量計測試裝置，需要一個單獨的控制室。該控制室必須確保足夠的空間來控制煙氣質量和儀表。按如下所述安裝啟動10MW大型熱量計試驗的控制室。
對于10MW大型熱量計試驗的控制室的zui小空間，是從大型熱量計內部和外部觀察的控制室的空間。
應該為8100（W） x 7100（L） x 3000（H） mm。
在確定實際火災現象中，用易燃樣品或模型進行的小型火災試驗有限制性。然而，在完成建筑原料或家具原料和固定裝置的防火特性，以及評估用于建筑物防火災安全的許多燃燒因素（包括熱釋放率、燃燒負荷、氧氣量、溫度、流速、煙密度和燃氣成分），這些因素是大型復合材料導致的火災事件中直接測量的燃燒特性，大型熱量計可確保這些燃燒特性的可靠性。
主要特點：
A.分析和控制臺
A）19英寸儀表機架
選擇19"的機柜來安裝以下組件：
①其他分析儀（包括氧氣，CO2,CO）
②含溫度調節器的冷凝管
③煙灰過濾器
④氣體采樣雙頭泵Gas Sampling Dual Headed Pump
⑤氣體取樣管和畫圖設備Gas Sampling Pipe& Instrument Diagram
⑥溫度調節器Heated Line Temperature controller
⑦數據采集記錄器Data Acquisition Logger
19"機柜的規格：高度= 1800mm，寬度= 900mm，深度≥600mm。
B）氣體分析儀
同時分析氧氣消耗量和一氧化碳、二氧化碳產出率。
氣體分析儀的分辨率分別是：氧氣0~25%，一氧化碳0~1%，二氧化碳0~10%。
對于分析儀傳感器的類型，對于氧氣，安裝順磁性傳感器，對于CO/CO2，安裝NDIR傳感器。
為快速反應設置旁路By-Pass for quick response.
當在流量或壓力驅動控制下測量氧氣時，壓力補償和自動控制是激活的。
分析儀的基本結構描述如下：
| 測量的氣體 | O2 | CO/CO2 |
| 方法 | 順磁性法 | 紅外線法 |
| 精度 | ＜0.02% | 0.1ppm（V） |
| 線性度 | ＜0.05% | 0.1ppm（V） |
| 重復性 | ＜0.02% | 0.1ppm（V） |
| 反應時間 | ＜12秒 | ＜20秒 |
| 樣品流速率 | 200毫升/分 | 2000毫升/分 |
| 零點偏移/周 | ＜0.01% | 0.2ppm（V） |
| 跨度偏移/周 | ＜0.02% | 讀數的2% |
對于以下校準氣體，包含集齊筒（10L）和2個位相的調整器，該調整器可以校準氣體分析儀的零點和跨度。
氮氣:超過99.99%的高純度氮氣用于零點校準
CO/C02混合氣體：為跨度校準的試驗選擇包含CO（0.8%或更高）和C02（8%或更高）的高純度氣體
含有溫度控制器的冷阱
①在試驗的氣體提煉過程中，充分的將水分移到分析儀。
②5攝氏度冷阱的鼓狀物一直包含恒溫器和溫度顯示器。
③包含用德里拉特[干燥用無水硫酸,商品名]和帶有指示器的8孔網篩的除潮圓柱，在分析儀和次級除潮劑之間不發生化學中斷，使之能夠充分地去除收集來供應到分析儀的氣體的水分。
D） 除煤煙過濾器
安裝58N過濾器來保護氣體分析儀，防止其受到燃燒試驗期間產生的煤煙的影響。
該過濾器的篩孔為40微米，且外殼被列為能夠輕易更換的構造。
安裝1~5毫米的吸塵機通氣過濾器，用來去除次要的煤煙。
每個過濾器的基本數量為10個（1包）。
E） 氣體采樣雙頭泵Gas Sampling Dual Headed Pump
在至少40 PSIG的壓力下，氣體采樣泵可以傳送燃燒期間產生的氣體樣品至約30米遠的分析儀。
應用聚四氟乙烯涂層來防止燃燒氣體的腐蝕。
該泵采用隔膜法。選擇雙頭泵以確保zui低壓力。
F） 氣體采樣管與畫圖設備Gas Sampling Pipe & Instrument Diagram
安裝在19英寸機架上的氣體采樣管與畫圖設備采用具有強防腐蝕的聚四氟乙烯塑料管，使其因腐蝕和熱輸送而導致的氣體樣品的化學失真zui小化。
安裝可以以3~3.5升每分鐘的流速分別測量氧氣、一氧化碳、二氧化碳的流量計，目的是核查在導管內測量點的樣品氣體。
安裝過濾系統是為了去除燃燒期間產生的次要焦油。
當測量熱釋放率和洗滌塔去除燃燒氣體中的一氧化碳和二氧化碳時，3-通閥只可計算氧氣消耗量。
安裝可以設定氧氣跨度/零點值以及分析儀的一氧化碳/二氧化碳值的5-通閥。
B.氣體采樣加熱分析管線和每條管線加熱器溫度控制器（可選項）
加熱管線作為可選項可以安裝在測量站內，以使依次通過加熱過濾器和采樣管線的其他保持溫度來去除油煙，因為氣體樣品應保持一定的溫度來分析有毒氣體。
A） 氣體采樣加熱分析管線Gas sampling heated analytical Line
裝置將加熱到200攝氏度，來防止燃燒氣體通過水蒸氣凝結而粘附在氣體采樣管線中。
氣體采樣管線至少30米長，且能夠維持到主控制室和分析儀的溫度（室溫~200攝氏度）。
氣體采樣管線的扁平帶狀加熱器的規格如下：
①寬度:25mm, 長度:5000 mm
②功率:400 W
③電力密度:1.1 W/cm2
B） 氣體采樣管線加熱器溫度控制器Gas sampling heated analytical line heater temperature controller
應選擇以上提到的可以控制管線加熱器（扁平帶狀加熱器）溫度的溫度控制器。因為管線加熱器zui長為5米，在19英寸的機架上可以為30米或更長的氣體采樣管線安裝至少6個管線加熱器。
選擇具有2個顯示器的數字溫度控制器，能滿足K型熱電偶的安裝啟動和控制達到200攝氏度的要求。
C. 數據采集系統和操作程序Data acquisition system & operating program
A） 數據采集系統
數據采集系統必須制作成與LabView編程語言兼容。
數據采集的附件安裝在測量點上。該數據采集系統可以通過NI（美國國家儀器）的數據記錄器或現場指針的安裝啟動來收集數據。
數據采集系統由以下部分組成：
①16位熱電偶輸入模塊
②16位模擬輸入模塊
③數字輸入/輸出模塊
④12位模擬輸出模塊
⑤4和8槽底板
⑥連接座
⑦Lab VIEW實時模塊
⑧Lab view的Real-Time/Ethernet網絡模塊
⑨電源24伏5A直流通用電源輸入
B） 數據采集計算機
CPU: Pentium 4 630（3.0 GHz） 或更高
RAM:DDR2 1GB或更高
HDD:SATA 100 GB或更高
DVD Combo, CD士RW 52X或更高
監視器:19" LCD或更高
彩色噴墨打印機
運行軟件:WINDOWS XP 或更高
（3） 主要部件的尺寸
A） 測試室:3.6M（L） X2.4M（W） X2.4M（H）
B） 防護罩:3M（D） X3M（W） X 1.05M（H）
C） 導管:0.4 M（直徑），5M（長，包括導流板）
D） 取樣探頭:17孔2mm，16 孔3mm （設置在樣品流動的方向。）
