Building products heat of combustion evaluation using cone calorimeter

openaccess, Vol. 635 (7) 2025 / wtorek, 22 lipca, 2025

Ocena ciepła spalania wyrobów budowlanych za pomocą kalorymetru stożkowego

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.07.21

citation/cytuj: Fangrat J., Papis B. Building products heat of combustion evaluation using cone calorimeter. Materiały Budowlane. 2025. Volume 635. Issue 07. Pages 167-174. DOI: 10.15199/33.2025.07.21

The combustion process of building products was discussed based on experimental data in the context of building fire safety. Data were obtained using three standard methods: an ISO 5660 cone calorimeter, an EN ISO 1716 oxygen bomb calorimeter, and an EN ISO 1182 small cylindrical furnace. Various categories of building products were tested: cellulose-based products (particle boards and plywood), concrete, ceramics, insulation materials (thermal and/or acoustic), boards (wall/ceiling), mortars, adhesives, and thin coatings. The studied products exhibited very different fire properties, ranging from non-combustible to highly combustible. To differentiate non-combustible from combustible building products more effectively, a modified value of the heat of combustion was calculated using an extensive collection of test results according to the above-mentioned standard methods. A proposal is presented to modify the criteria for Euroclasses A1 and A2 to obtain a more realistic reaction-to- -fire evaluation. The proposed approach relies on the modified heat of combustion as a convenient tool for fast and cost-effective initial non-combustibility evaluation. This approach appears to be an improvement over the current methods for distinguishing between non-combustible and combustible building products because it is a better representation of the actual physical combustion process.

Omówiono proces spalania wyrobów budowlanych na podstawie danych doświadczalnych w odniesieniu do bezpieczeństwa pożarowego budynków. Dane uzyskuje się za pomocą trzech standardowych metod: kalorymetru stożkowego ISO 5660, kalorymetru z bombą tlenową EN ISO 1716 oraz małego pieca cylindrycznego EN ISO 1182. Badaniom poddano różne kategorie produktów budowlanych: produkty na bazie celulozy (płyty wiórowe, sklejka), beton, ceramikę, materiały izolacyjne (termiczne i/lub akustyczne), płyty (ścienne/sufitowe), zaprawy, kleje i cienkie powłoki. Badane produkty wykazywały bardzo różne właściwości palne, od niepalnych do łatwopalnych. W celu skuteczniejszego odróżnienia wyrobów budowlanych niepalnych od palnych, obliczono zmodyfikowaną wartość ciepła spalania dla obszernego zbioru wyników własnych badań zgodnie z wyżej wymienionymi standardowymi metodami. Przedstawiono propozycję modyfikacji kryteriów dla Euroklas A1 i A2 w celu uzyskania bardziej realistycznej oceny reakcji na ogień. Proponowane podejście opiera się na zmodyfikowanym cieple spalania jako wygodnym narzędziu do szybkiej i optymalnej kosztowo wstępnej oceny niepalności. Wydaje się, że podejście to stanowi postęp w stosunku do obecnych metod rozróżniania niepalnych i palnych produktów budowlanych, ponieważ lepiej odzwierciedla rzeczywisty proces spalania fizycznego.
building products; cone calorimeter; heat of combustion; fire safety; fire safety engineering.

wyroby budowlane; kalorymetr stożkowy; ciepło spalania; bezpieczeństwo pożarowe; inżynieria bezpieczeństwa pożarowego.
  1. www.kgsp.pl (dostęp 20.10. 2021) – in Polish.
  2. Mazur R. Statistic analysis of fires in Poland. In: Red book of fires. Part II. Fire statistic. 1st ed. Józefów: CNBOP – in Polish.
  3. Ohlemiller TJ. Smouldering combustion propagation through permeable horizontal fuel layer. Combustion and Flame. 1990; 81, pp. 341-354.
  4. Ohlemiller TJ. Smouldering combustion. In: DiNenno, P. J. ed. The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 4th ed., Quincy: NFPA, Publication No: HFPE08. 2008; pp. 2-229 – 2-259.
  5.  Fangrat J. On non-combustibility of commercial building materials. Fire and Materials. 2017. DOI: 10.1002/fam. 2369.
  6. Fangrat J, Janssens ML. Modified heat of combustion as a tool for evaluating of building products combustibility. 15th International Fire and Materials Conference, San Francisco, USA, 06-08 February 2017, London: Interscience Communications – CD-ROM, pp. 878-888, 2017.
  7. Fangrat J. Effect of increased organic content on fire properties of building product. Materiały Budowlane. 2012; 12, pp. 35-40 – in Polish.
  8.  Fangrat J.Aparadigm for building fire safety. Bull. Pol.Acad. Sci. Tech. Sci. 2025. DOI: 10.24425/bpasts. 2024.152606.
  9. EN13501-1 Fire classification of construction products and building elements – Part 1: Classificatin using test data from reaction to fire tests. CEN, Brussels.
  10. WaltonWD, Thomas PH. Estimating Temperatures in compartment fires. In: DiNenno, P. J. ed. The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 4th ed., Quincy: NFPA, Publication. 2008; No: HFPE08, pp. 3-204.
  11.  Thomas PH. Testing products and materials for their contribution to flashover in rooms. Fire and Materials. 1981; 5 (3), pp. 103-111.
  12. EN ISO 1182 Reaction to fire of building materials – Non combustibility test, CEN, Brussels.
  13. EN ISO 1716 Reaction to fire of building materials – Determination of gross calorific value, CEN, Brussels.
  14. ISO 5660-1: 2015 Reaction-to-fire tests – Heat release, smoke production and mass loss rate – Part 1: Heat release rate (cone calorimeter method) and smoke production rate (dynamic measurement). International Organisation for Standardization, Geneva, 2020.
  15.  Dietenberger M. Update for combustion properties of wood components. Fire and Materials. 2002; 26, pp. 255-260.
  16. Madrigal J, Guijarro M, Hernando C, Diez C, Marino E. Effective heat of combustion for flaming combustion of Mediterranean forest fuels. Fire Technology. 2011; 47, pp. 461–474.
  17.  Pawlak-Kruczek H. Co-firing of biomass with pulverised coal in oxygen enriched atmosphere. Chemical and Process Engineering. 2013; 34 (2), pp. 215-226.
  18.  Pawlak-KruczekH.Problems of the combustion of young low-metamorphism rank fossil fuels, 1st ed.,Wrocław:Wroc. Tech. Univ. 2003 – in Polish.
  19.  ISO/TS 5660-4: 2016 Reaction-to-fire tests – Heat release, smoke production and mass loss rate. Part 4: Measurement of low levels of heat release. International Organisation for Standardization, Geneva, 2020.
dr hab. inż. Jadwiga Fangrat, prof. ITB, Building Research Institute, Fire Research Department
ORCID: 0000-0002-7871-0032
dr inż. Bartłomiej Papis, Building Research Institute, Fire Research Department
ORCID: 0000-0002-8711-905X

dr hab. inż. Jadwiga Fangrat, prof. ITB, Building Research Institute, Fire Research Department ORCID: 0000-0002-7871-0032

Correspondence address: j.fangrat@itb.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.07.21

Article in PDF file

Received: 03.03.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 03.03.2025 r.
Revised: 05.05.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 05.05.2025 r.
Published: 23.07.2025 / Opublikowano: 23.07.2025 r.