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日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2022 年 9 月

ISO 5659-2 スモークチャンバー試験とガス有害性試験の比較に関する研究-窒息性ガスの収率に着目して正会員
ガス毒性FTIR
Ⅰ

ガス有害性試験スモークチャンバー試験○趙 玄素*

福田 泰孝**

吉岡 英樹***

成瀬友宏*

ガス成分分析
収率
SDC試験とガス有害性試験の比較を行うために、ガス有はじめに

平成 12 年に建築基準法が改正され、防火材料を評価す

害性試験は2020年に実施した実験4)の結果を用いた。異なる国土交通大臣認定に関わる性能評価試験に、発熱性試る試験を比較するために、火災進展段階(fire stage)ごとに験等の他にガス有害性試験が定められた。ガス有害性試比較することが必要であるが、ガス有害性試験とSDC試験

験は、22cm 角の材料片を加熱して発生した燃焼ガスにマはともに安定した一定の燃焼状態における加熱試験ではウスを曝露し、その行動停止時間を基準値 6.8 分と比較すなく、燃焼状態を変化させながら加熱分解の経過を観測ることによってガスの有害性を評価している。

する試験であるため、火災進展段階の把握が難しい3)。

ガス有害性試験は動物試験であるため、生成ガスの定従って本研究では、ガス有害性試験とSDC試験を比較す量化ができないなど、様々な問題点が挙げられ、動物愛るため、収率(mass loss yield)について計算を行い、比較5)

護の観点からも好ましいのもではない。従って、動物試を行った。収率については、燃焼状態が近い場合におい験に代わる評価手法の提案が求められている。て、同じガス種の収率は似た値になるが、収率が著しく欧州諸国では、ガス有害性を評価する手法として、燃焼ガス成分の定量分析手法が使用されており(EN 17084、異なる場合は、燃焼状態が全く異なることが知られている6)。

ISO 19021 )、これは ISO 5659-2 スモークチャンバー試験
1)

2)（Smoke Density Chamber Test; 以下 SDC 試験）で発生した煙を採取し、フーリエ赤外分光光度計（FTIR）を用いて定量分析し、生成したガスの濃度から毒性指数 CIT 値を計算することにより、評価する手法となっている。
本研究では、SDC 試験を実施し、FTIR を用いて生成ガスの濃度測定を行った。過去の研究において実施したガス有害性試験の結果と比較し、それぞれの試験の特性について調べた。
Ⅱ

研究の概要

図１ SDC 試験装置 2)
図２ SDC 試験本体部分装置図 2)
表１ 試験体および加熱条件の詳細

SDC試験装置の写真および主な部分の装置図を図１、２に 示 す 。 図 １ 、 ２ に 示 す 試 験 装 置 を 用 い て 、 規 格 ISO
19021に従って加熱試験を行い、FTIRを用いて計測を行った。
SDC試験では、試験体をチャンバーの中に水平に保持し、その上側表面を一定のレベルの熱放射に曝露し、煙を発生させる。一般的に、壁や天井のように広範囲に使用さ2れる材料（0.25mもしくは100g以上）は口火なし50kW/m 、火炎からより少ない放射熱を受ける床材は口火あり
25kW/m2で加熱させることが多い3)。本研究では、バーナーで加熱を行うガス有害性試験と比較を行うため、加熱は25kW/m2、50kW/m2ともに共に口火ありとした。
試験体は75 mm角のものを用い、詳細を表1に示す。また、チャンバー天井中央部に固定されたプローブから生

アクリルクロス
イソシアヌレ ート
フォーム
ウレタンフォーム
塩化ビニル
杉材
赤ラワン

Ⅲ

寸法

質量密度

加熱条件

(mm)

g

(g/cm3)(kW/m2)75.3775.10

2.69

5.68

0.37

2575.00

75.65

23.95

5.61

0.04

2574.92

75.28

22.08

5.23

0.04

2575.68

76.18

24.04

5.67

0.04

5074.91

75.21

3.91

16.98

0.77

2575.67

73.95

17.51

42.04

0.43

2574.64

74.3817.8143.560.445075.04

74.91

9.96

30.350.542574.95

75.08

9.89

28.52

0.51

50

口火あり

実験結果

SDC 実験の測定結果から、生成ガスのうち、窒息性ガスである一酸化炭素 CO とシアン化水素 HCN の収率を計算した。収率とは「実際に生成されたガスの質量 」の「燃焼で消費された燃焼物の質量」に対する割合である 5)。
本研究ではガス有害性試験の結果と比較するために、チ成ガスをサンプリングし、FTIRを用いて測定を行った。
A study on Comparison of ISO 5659-2 Smoke Chamber Test andToxicity Test of Japan -Focusing on the yields of asphyxiate gases-― 295 ―

Xuansu ZHAO, Yasutaka FUKUDA, Hideki YOSHIOKA,
and Tomohiro NARUSEャンバー内の比光学密度(Ds)が最大になる瞬間の収率を用
7)

Ⅳ

考察・まとめいた。ガス有害性試験の収率は過去の研究 を参照し、加本研究ではSDC試験を行い、過去に実施したガス有害性熱開始から 6 分間の平均値を用いた。ガス有害性試験と試験の結果と比較を行った。それぞれの試験の比較を表2

SDC 試験の比較結果を図３、４に示す。SDC 試験の結果に示す。実験の結果から、口火ありの条件で加熱を行っよりガス有害性試験の結果が著しく大きい値を示したのた場合は、SDC試験の方がガス有害性試験よりも完全燃焼で、関係性を明瞭にするため、同種の試験体の収率におに近い燃焼状態となり、COおよびHCNの収率の値が小さいて、ガス有害性試験時の収率から SDC 試験時の収率をいことが明らかになった。
今後の課題として、今年度実施できなかった加熱条件

ガス有害性試験時の収率／SDC試験時の収率除した値を求め、図３、４に示した。
600

CO（25kW/m2、50kW/m2ともに口火なし）を使ってSDC試験

HCNを実施し、ガス有害性試験と比較することにより、引き500

続きガス有害性試験の代替手法の検討を行う予定である。

400

表２ ガス有害性試験と SDC 試験の比較

300

換気量200

スモークチャンバー試験

一次空気3l/min、なし

二次空気25l/min、排気量10l/mn

100

加熱方法

初めにLPガスバーナーで 3 分 一定間加熱し、さらに1.5kWを加0
アクリル
クロス

ウレタン
フォーム

イソシアン 塩化ビニル
ヌレート

杉

赤ラワン

試験体

図３ ガス有害性試験と SDC 試験(25kW/m2 口火あり加熱における収率の比較
ガス有害性試験時の収率／SDC試験時の収率

ガス有害性試験

600

CO

加熱時間

50kW/m2、 25kW/2、 口火有

えて 3 分間加熱。

り無しを組合せて選択。

6分

10分（光透過率が最小値に至らない場合、最大30分まで延長可能）

現在の使用 日本の性能評価試験。一度に8 発煙性試験として考案された

HCN状況500匹のマウスを曝露して、ガス が、FITRを用いて生成ガスを有害性を評価。

分析し、CIT値を計算することでガス有害性を評価。

400

収率

300(CO,HCN)
利点

200

高い値

低い値

高温および酸素欠乏した厳し ・生成ガスの濃度がそれほどい加熱条件により、安全側の 高い値にならないため、FTIR評価になる。

100で精度よく測定することが容易。
・試験者にとって快適な環境

0
ウレタンフォーム

杉

赤ラワン

下で作業することが可能であり、試験後の清掃が容易。

試験体

図４ ガス有害性試験と SDC 試験（50kW/m2 口火あり加熱）における収率の比較
図３から、ガス有害性試験の結果と比較して CO および欠点

め、試験後の清掃が大変であ 酸素が十分にある条件下でのり、試験者が望ましくない環 加熱となるため3)、ガス毒性境下で作業を行う場合があの評価として不十分な可能性

HCN の収率がともに大きく異なる値になったことから、る。

SDC 試験の 25kW/m2 加熱における燃焼条件は、ガス有害・FTIRで精度よく評価するこ（杉、赤ラワン）については、ガス有害性試験において謝辞

HCN の生成があったのに対し、SDC 試験において生成は参考文献

図 4 は、50kW/m2 加熱を行ったウレタンフォーム、杉、赤ラワンの結果が示されている。ウレタンフォームについては、25kW/m2 と比較してより近い収率の値であった一方、木材（杉、赤ラワン）については、より大きな差が見られた。
* 建築研究所** ベターリビング***東京大学がある。とが技術的に困難。

性試験と全く異なることは明らかである。また、木材見られなかった。

・煙やガスが多く生成するた ほとんどの試験体において、実験実施に際し、早川哲哉氏、早川雄二氏（TSV 社）より貴重な支援をいただいた。
1) ISO/TS 19021:2018, Test method for determination of gas concentrations in ISO 5659-2 using
Fourier transform infrared spectroscopy2) ISO 5659-2:2017, Plastics -- Smoke generation -- Part 2: Determination of optical density by asingle-chamber test3) Anna Stec and Richard Hull, Fire toxicity, Woodhead Publishing in Materials, 20104) 趙玄素ら：燃焼時生成ガスがマウスの行動停止時間に与える影響に関する研究, 2020 年度
日本火災学会研究発表会概要集, pp.127-128
5) ISO 29903, Guidance for comparison of toxic gas data between different physical fire models andscales6) Per Blomqvist and Anna Sandinge, Experimental evaluation of fire toxicity test methods, RISE
Report 2018:40
7)Xuansu Zhao, Hideki Yoshioka, Experimental study on relationship between behavioral
incapacitation time of mice and concentration of gases generated during toxicity test, AOSFST 2021

* Building Research Institute** Center for Better Living*** The University of Tokyo― 296 ―