Úvod
Pomocí přístrojů HFM a GHP (obr. 1 a 2) lze měřit tepelné vlastnosti tuhých stavebních materiálů a stavebních materiálů s vyšší tepelnou vodivostí (nižším tepelným odporem), jako je řezivo, sádrokarton, beton, kámen a další zděné výrobky. Tyto metody jsou standardizované zkušební techniky a jejich použití (izolační a stavební materiály) je pevně spojeno např. s následujícími normami:
- ISO 8301:1991: Tepelná izolace - Stanovení tepelného odporu v ustáleném stavu a souvisejících vlastností - Přístroj pro měření tepelného toku.
- ISO 8302:1991: Tepelná izolace - Stanovení tepelného odporu v ustáleném stavu a souvisejících vlastností - Přístroj s horkou deskou.
- ASTM C518: Standardní zkušební metoda pro měření tepelného toku v ustáleném stavu a vlastností prostupu tepla pomocí přístroje s měřičem tepelného toku.
- ASTM C177: Standardní zkušební metoda pro měření tepelného toku v ustáleném stavu a vlastností tepelného prostupu pomocí přístroje s horkou deskou s ochranou.
- DIN EN 12667/12939:2001: Tepelné vlastnosti stavebních materiálů a výrobků - Stanovení tepelného odporu metodou hlídané horké desky a měřičem tepelného toku - (tlusté) výrobky s vysokým a medium tepelným odporem.
- DIN EN 13163:2001: Tepelněizolační výrobky pro budovy - Továrně vyráběné výrobky z pěnového polystyrenu (EPS) - Specifikace.
Absolutní metodou GHP lze dosáhnout přesnosti ±2 %. Metoda HFM vyžaduje kalibraci přístroje. V závislosti na referenčním materiálu lze rovněž dosáhnout přesnosti ±2 %.
Jak manipulovat s tuhými vzorky s drsným povrchem
Obě metody však mohou vyžadovat pečlivou přípravu vzorku a speciální techniky pro přesné měření povrchové teploty. Výše uvedené materiály (např. beton) mohou mít drsný povrch a příprava tepelně silně fl atních a rovnoběžných povrchů může být obtížná. V důsledku toho může být v případných vzduchových mezerách mezi deskami přístroje a povrchem vzorku přítomen významný tepelný odpor rozhraní (pokles teploty). Pokud se tento tepelný odpor stane významným ve srovnání s tepelným odporem vzorku, nelze již teplotní čidla namontovaná v povrchu desek použít k měření teplotního rozdílu napříč vzorkem. Jednou z technik je namontovat na povrch vzorku další termočlánky o průměru small a mezi desky a povrch vzorku umístit poddajnou styčnou fólii, například silikonovou pryž, jak je znázorněno na obrázku 3 níže.
Parametry měření
V rámci této studie byly tři páry betonových vzorků (305 × 305 mm a tloušťka přibližně 50 mm) testovány metodou GHP (oboustranně) a poté byl každý ze šesti vzorků testován metodou HFM. Pro každou metodu byly použity termočlánky namontované na povrchu vzorku a silikonové pryžové desky rozhraní o tloušťce přibližně 2 mm. Přístroj HFM 436 byl kalibrován pomocí desky ze skleněných vláken NIST 1450b (Standard Reference Material®) o tloušťce 25 mm. Měření teploty bylo dosaženo zapojením termočlánků vzorku do kanálů pro sběr dat používaných pro termočlánky desky a poté automatické nastavení off setu v softwaru mohlo během zkoušky upravit teploty desky tak, aby se dosáhlo specifikovaného rozdílu teplot vzorku. Parametry rovnováhy byly nastaveny na 1 % (hrubé) a 0,1 % (jemné). Zkoušky se prováděly při pokojové teplotě (střední teplota vzorku, viz tabulka 1). Teplotní rozdíl mezi oběma deskami GHP byl přibližně 26 K s teplotním rozdílem 12 K napříč vzorkem. U HFM byl teplotní rozdíl desek přibližně 18 K s 8 K napříč vzorkem.
Výsledky testů
Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost 1,8 W/(m.K) pro vzorek betonu C s vyšší hustotou je podle očekávání výrazně vyšší ve srovnání s 1,2 - 1,3 W/(m.K) pro vzorky A a B. Shoda mezi metodami je poměrně dobrá, zejména s ohledem na nízký tepelný odpor vzorků a nedokonalý povrch. Průměrná hodnota tepelné vodivosti naměřená metodou HFM se u jednotlivých vzorků pohybuje v rozmezí od 4,1 % nižší do 2,4 % vyšší ve srovnání s měřením GHP u obou vzorků.
Tabulka 1: Měření tepelné vodivosti betonu pomocí GHP a HFM
Vzorek | Tloušťka (mm) | HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. Hustota (Kg/m3) | Střední hodnota teplota (°C) | Tepelná vodivost (W/(m.K)) | Tepelná odpor (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 (prům., HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Varianta | -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 (prům., HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Varianta | -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 (prům., HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Varianta | 2.4% | ||||
Závěr
Obě metody, absolutní GHP i relativní HFM, jsou způsobilé pro stanovení tepelné vodivosti a tepelného odporu tuhých stavebních materiálů a stavebních materiálů s vyšší tepelnou vodivostí (>1 W/(m.K)), a to i s drsným povrchem. Bylo prokázáno, že přesného měření povrchové teploty lze dosáhnout použitím dalších termočlánků a poddajných desek mezi deskami a vzorkem. Již odchylka small mezi výsledky zkoušek GHP a HFM naznačuje vysokou výkonnostní schopnost obou metod.