Въведение
Топлинните характеристики на твърди и с по-висока топлопроводимост (по-ниско топлинно съпротивление) строителни материали, като дървен материал, гипсокартон, бетон, камък и други зидарски изделия, могат да се измерват с уредите HFM и GHP (фигура 1 и 2). Тези методи са стандартизирани техники за изпитване, а приложението им (изолационни и строителни материали) е тясно свързано например със следните стандарти:
- ISO 8301:1991: Топлоизолация - Определяне на устойчиво топлинно съпротивление и свързани с него свойства - Уред за измерване на топлинния поток.
- ISO 8302:1991: Топлоизолация - Определяне на устойчиво топлинно съпротивление и свързаните с него свойства - Апарат с гореща плоча с предпазител.
- ASTM C518: Стандартен метод за изпитване за измерване на топлинния поток в стационарно състояние и свойствата на топлопредаването с помощта на апарат за измерване на топлинния поток.
- ASTM C177: Стандартен метод за изпитване за измерване на топлинния поток в стационарно състояние и свойствата на топлопредаването с помощта на апарат с охраняема гореща плоча.
- DIN EN 12667/12939:2001: Топлинни характеристики на строителни материали и продукти - Определяне на топлинното съпротивление чрез методите на охраняваната гореща плоча и измервателя на топлинния поток - (дебели) продукти с високо и medium топлинно съпротивление.
- DIN EN 13163:2001: Топлоизолационни продукти за сгради - Фабрично произведени продукти от експандиран полистирен (EPS) - Спецификация.
С абсолютния метод на GHP може да се постигне точност от ±2%. Методът HFM изисква калибриране на инструмента. В зависимост от референтния материал може да се постигне точност от ±2 %.
Как да боравим с твърди проби с груби повърхности
И двата метода обаче могат да изискват внимателна подготовка на пробите и специални техники за точни измервания на температурата на повърхността. Гореспоменатите материали (напр. бетон) могат да имат грапави повърхности и подготовката на термоустойчиви и успоредни повърхности може да бъде трудна. В резултат на това във всички въздушни междини между пластините на инструмента и повърхностите на пробата може да има значително термично съпротивление на интерфейса (спад на температурата). Ако това топлинно съпротивление стане значително в сравнение с топлинното съпротивление на пробата, температурните сензори, монтирани в повърхността на плочите, вече не могат да се използват за измерване на температурната разлика в пробата. Една от техниките е да се монтират допълнителни термодвойки с диаметър small на повърхностите на пробите и да се постави съвместим интерфейсен лист, например силиконов каучук, между плочите и повърхностите на пробите, както е показано на фигура 3 по-долу.
Параметри на измерването
За целите на това проучване три двойки бетонни проби (с размери 305 mm на 305 mm и дебелина приблизително 50 mm) бяха изпитани по метода GHP (двустранно), а след това всяка от шестте проби беше изпитана по метода HFM. За всеки метод са използвани термодвойки, монтирани на повърхността на пробата, и интерфейсни листове от силиконов каучук с дебелина приблизително 2 mm. HFM 436 беше калибриран с помощта на NIST 1450b (Стандартен референтен материал®) плоскост от фибростъкло с дебелина 25 mm. Измерването на температурата се осъществява чрез включване на термодвойките на пробата към каналите за събиране на данни, използвани за термодвойките на плочата, след което автоматичната настройка на изключването в софтуера може да регулира температурите на плочата по време на изпитването, за да се получи определената температурна разлика на пробата. Параметрите на равновесие са определени на 1 % (грубо) и 0,1 % (фино). Изпитванията са проведени при стайна температура (средна температура на пробата, вж. таблица 1). Температурната разлика между двете плочи на GHP беше приблизително 26 K с температурна разлика от 12 K в целия образец. За HFM температурната разлика между плочите е приблизително 18 K с 8 K в целия образец.
Резултати от тестовете
Резултатите са представени в таблица 1. Коефициентът на топлопроводност от 1,8 W/(m.K) за бетонната проба с по-висока плътност C е значително по-висок в сравнение с 1,2 - 1,3 W/(m.K) за A и B, както се очакваше. Съгласието между методите е доста добро, особено като се има предвид ниското термично съпротивление на образците и несъвършените повърхности. Средната стойност на коефициента на топлопроводност, измерен с HFM за отделните образци, варира от 4,1 % по-нисък до 2,4 % по-висок в сравнение с измерването с GHP за двата образеца.
Таблица 1: Измерване на коефициента на топлопроводност на бетона чрез GHP и HFM
Проба | Дебелина (mm) | Плътност (Kg/m3) | Средна стойност температура (°C) | Термичен проводимост (W/(m.K)) | Термична съпротивление (m.K/W) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1, A2 (GHP) | 52.6 | 1896 | 24.1 | 1.36 | 0.0387 |
| A1 (HFM) | 53.6 | 1897 | 23.9 | 1.38 | 0.0387 |
| A2 (HFM) | 51.6 | 1895 | 23.9 | 1.23 | 0.0421 |
| A1, A2 (средно, HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Вариация | -4.0% | ||||
| B1, B2 (GHP) | 51.1 | 1909 | 25.0 | 1.27 | 0.0402 |
| B1 (HFM) | 51.1 | 1935 | 23.9 | 1.23 | 0.0416 |
| B2 (HFM) | 51.0 | 1882 | 24.1 | 1.21 | 0.0423 |
| B1, B2 (средно, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Вариация | -4.1% | ||||
| C1, C2 (GHP) | 51.4 | 2297 | 25.2 | 1.76 | 0.0292 |
| C1 (HFM) | 51.7 | 2298 | 23.4 | 1.92 | 0.0269 |
| C2 (HFM) | 51.1 | 2296 | 23.8 | 1.69 | 0.0303 |
| C1, C2 (средна стойност, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Вариация | 2.4% | ||||
Заключение
И двата метода, абсолютният GHP и относителният HFM, са подходящи за определяне на топлопроводимостта и топлинното съпротивление на твърди и с по-висока топлопроводимост (>1 W/(m.K)) строителни материали - дори с грапави повърхности. Показано е, че точни измервания на температурата на повърхността могат да бъдат постигнати чрез използване на допълнителни термодвойки и съвместими листове между пластините и образеца. Отклонението small между резултатите от изпитването на GHP и HFM вече показва високата ефективност на двата метода.