Indledning
Traditionelle isoleringsmaterialer, såsom ekspanderet polypropylen og stenuld, fås typisk i form af plader. Der er dog også udbredt brug af indblæsningsisolering og løsisolering til gulve og tage.
Et eksempel er et isolerings- og udjævningsmateriale fremstillet af bituminiserede hampeskiver. Ud over mekaniske og forarbejdningsmæssige fordele spiller materialets termofysiske egenskaber også en afgørende rolle for dets ydeevne. Varmeledningsevnen bestemmer, hvor effektivt varmen transporteres gennem eller tilbageholdes af isoleringen, hvilket er vigtigt for energieffektiviteten og boligkomforten. Desuden angiver den specifikke varmekapacitet, hvor meget varme materialet kan lagre og afgive over tid. Derfor er en præcis forståelse af disse egenskaber afgørende for at kunne udforme gulvkonstruktionen optimalt og pålideligt opfylde bygningsfysiske krav.
Metode
Mange målesystemer har svært ved at bestemme de termofysiske egenskaber ved bulkmaterialer, såsom Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.specifik varmekapacitet. En udfordring er materialets form, og en anden er dets relativt høje grad af inhomogenitet.
Varmeledningsevnen for isoleringsmaterialer kan bestemmes hurtigt og præcist ved hjælp af HFM-metoden (heat flow meter). Ved denne metode placeres en prøve, typisk i fast form, mellem varme og kolde plader, der hver især holdes på en bestemt temperatur. Den resulterende varmestrøm måles ved hjælp af varmestrømssensorer. Ud fra prøvens tykkelse og tidligere fastlagte kalibreringsfaktorer bestemmes prøvens Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ved forskellige temperaturpunkter. Figur 1 viser et typisk temperaturprofil, herunder varmeledningsevnen.
Ligesom isoleringsmaterialer i pladeform måles løse isoleringsmaterialer i løs vægt i en ramme med en tynd bund. Bunden er så tynd, at dens termiske modstand kan betragtes som ubetydelig. Rammen befinder sig uden for måleområdet, så den ikke påvirker målingen.
DSC-metoden (differential scanning calorimetry) anvendes oftest til bestemmelse af den specifikke varmekapacitet. Prøvestørrelsen er imidlertid forholds small, med en diameter på ca. 4 mm og en tykkelse på kun 1 mm for isoleringsmaterialer. Derudover kræver præcise målinger en høj startvægt og god kontakt mellem prøven og smeltediglen. Disse tre faktorer gør det upraktisk og vanskeligt at måle den specifikke varmekapacitet for løst fyldt isolering ved hjælp af DSC-metoden. HFM tilbyder den rette løsning til denne type prøve. HFM kan analysere et large t volumen (f.eks. flere liter). Dette gør målingen mere repræsentativ. Derudover er HFM-metoden en stationær proces. Ved bestemmelse af den specifikke varmekapacitet er kontakten mellem pladerne og prøven mindre kritisk end ved en DSC-måling. Til bestemmelseaf Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp holdes begge plader ved samme temperatur (Zero ΔT), indtil varmefluxen er nul. Derefter udløses der f.eks. et temperaturspring på 10 K for begge plader, og systemet får lov til at nå den endelige temperatur, indtil varmefluxen igen er nul. Den mængde varme, der tilføres, når temperaturen ændrer sig, kan bruges til at måle prøvens specifikke varmekapacitet. Figur 2 viser temperaturprofilen for denne måling. Her erQupper varmefluxen gennem sensoren på den øverste plade,Qlower er varmefluxen gennem sensoren på den nederste plade, ogQtotal er summen af varmefluxerne fra begge sensorer. Arealet underQtotal anvendes til at beregne den specifikke varmekapacitet.
Eksperimentel
Isoleringsmaterialer, der anvendes til HFM-målinger, leveres normalt i form af plader. Disse materialer findes dog også ofte som løsmateriale, såsom det her undersøgte isoleringsmateriale baseret på bituminiserede hampeskiver (se figur 3).
Disse materialers Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og specifikke varmekapacitet kan også bestemmes. For at bestemme varmeledningsevnen anbringes materialet i en ramme. Denne ramme er placeret uden for måleområdet og kan derfor ses bort fra under målingen.
Derudover kan densiteten også bestemmes ud fra den definerede geometri. Materialets densitet eller komprimering har en betydelig indflydelse på varmeledningsevnen, og i tilfælde af isoleringsmaterialer generelt bør den altid registreres sammen med resultaterne for at muliggøre sammenligning. Hvad angår den specifikke varmekapacitet, kan en ramme imidlertid have en ikke-ubetydelig indflydelse på målingen på grund af dens masse, som også opvarmes under den trinvise måling. Af denne grund anbringes bulkmaterialet i en meget tynd plastpose. Plastposens masse er mange gange mindre end prøvens masse og er derfor ubetydelig. De øvrige målebetingelser er opsummeret i tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser for varmeledningsevnen og den specifikke varmekapacitet for isoleringsfyldet af bituminiserede hampeskiver
| Varmeledningsevne | Specifik varmekapacitet | |
| Hjælpemidler | Ramme | Plastpose |
| TæthedMassefylden er defineret som forholdet mellem masse og volumen. Tæthed under målingen | ~ 178 kg/m³ | k.A. |
| Prøvemængde | ~ 693 g | ~ 693 g |
| Temperaturprogram | 20 °C + 35 °C, ΔT = 20 K | 20 °C + 35 °C, ΔT = 15 K |
Resultater
Som det fremgår af figur 4, viser resultaterne varmeledningsevnen og den specifikke varmekapacitet for bituminiserede hampestængler, når de anvendes som løsmateriale. Varmeledningsevnen for isoleringsfyldet af bituminiserede hampestængler stiger en smule med stigende temperatur, hvilket er i overensstemmelse med den typiske temperaturadfærd for isoleringsmaterialer. Den specifikke varmekapacitet ligger konsekvent inden for intervallet ca. 1.500 til 1.630 J/(g·K) ved begge gentagne målinger (test 1 og test 2) og viser en svag stigning med stigende temperatur. De værdier, der er bestemt for disse materialer, ligger inden for det typiske og forventede interval for biobaserede, bituminiserede løse isoleringsmaterialer. Samlet set bekræfter målingerne den moderate Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne, der er typisk for løse isoleringsmaterialer af naturfibre, kombineret med en god varmelagringskapacitet.
Resumé
De foreliggende målinger viser, at HFM 706 LambdaMedium muliggør en præcis og praktisk bestemmelse af de termofysiske egenskaber hos isoleringsmaterialer, der er vanskelige at måle, såsom bituminiserede hampeskiver. I modsætning til DSC-metoden, hvor prøvestørrelsen small er uegnet til inhomogene bulkmaterialer, muliggør HFM med sit prøvevolumen large også en repræsentativ og reproducerbar måling af den specifikke varmekapacitet. Denne målemetode i stationær tilstand leverer konsistente resultater for varmeledningsevnen (0,0547 til 0,0584 W/(m·K)) og den specifikke varmekapacitet (1.500 til 1.630 J/(g·K)) som en funktion af temperaturen, hvilket stemmer godt overens med de forventede værdier for biobaserede isoleringsmaterialer. HFM 706 viser sig således at være et pålideligt alternativ til konventionelle testmetoder – især for bulkmaterialer – til pålidelig bestemmelse af parametre, der er relevante for bygningsfysik.