Εισαγωγή
Η θερμική απόδοση άκαμπτων και οικοδομικών υλικών με υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα (χαμηλότερη θερμική αντίσταση), όπως ξυλεία, γυψοσανίδες, σκυρόδεμα, πέτρα και άλλα προϊόντα τοιχοποιίας, μπορεί να μετρηθεί με τα όργανα HFM και GHP (εικόνα 1 και 2). Οι μέθοδοι αυτές είναι τυποποιημένες τεχνικές δοκιμών και η εφαρμογή τους (μονωτικά και δομικά υλικά) συνδέεται στενά π.χ. με τα ακόλουθα πρότυπα:
- ISO 8301:1991: Θερμομόνωση - Προσδιορισμός της θερμικής αντίστασης σε μόνιμη κατάσταση και των σχετικών ιδιοτήτων - Συσκευή μέτρησης της ροής θερμότητας.
- ISO 8302:1991: Θερμομόνωση - Προσδιορισμός της θερμικής αντίστασης σταθερής κατάστασης και των σχετικών ιδιοτήτων - Συσκευή θερμής πλάκας με προστασία.
- ASTM C518: Πρότυπη μέθοδος δοκιμής για μετρήσεις της θερμικής ροής σταθερής κατάστασης και των ιδιοτήτων θερμικής μετάδοσης με τη βοήθεια της συσκευής μετρητή ροής θερμότητας.
- ASTM C177: Πρότυπη μέθοδος δοκιμής για μετρήσεις ροής θερμότητας σε σταθερή κατάσταση και ιδιότητες θερμικής μετάδοσης με τη βοήθεια της συσκευής θερμής πλάκας με προστασία.
- DIN EN 12667/12939:2001: Θερμικές επιδόσεις δομικών υλικών και προϊόντων - Προσδιορισμός της θερμικής αντίστασης με τη μέθοδο της προστατευόμενης θερμής πλάκας και του μετρητή ροής θερμότητας - (παχιά) προϊόντα υψηλής και medium θερμικής αντίστασης.
- DIN EN 13163:2001: Προϊόντα θερμομόνωσης για κτίρια - Εργοστασιακά προϊόντα από διογκωμένη πολυστερίνη (EPS) - Προδιαγραφές.
Με την απόλυτη μέθοδο GHP μπορεί να επιτευχθεί ακρίβεια ±2%. Η µέθοδος HFM απαιτεί µια calibraτου οργάνου. Ανάλογα με το υλικό αναφοράς, μπορούν επίσης να επιτευχθούν ακρίβειες ±2%.
Πώς να χειρίζεστε άκαμπτα δείγματα με τραχιές επιφάνειες
Ωστόσο, και οι δύο μέθοδοι μπορεί να απαιτούν προσεκτική προετοιμασία του δείγματος και ειδικές τεχνικές για ακριβείς μετρήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας. Τα προαναφερθέντα υλικά (π.χ. σκυρόδεμα) μπορεί να έχουν τραχιές επιφάνειες και η προετοιμασία των θερμικά υψηλών και παράλληλων επιφανειών μπορεί να είναι δύσκολη. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να υπάρχει σημαντική θερμική αντίσταση διεπιφάνειας (πτώση θερμοκρασίας) σε τυχόν διάκενα αέρα μεταξύ των πλακών του οργάνου και των επιφανειών του δείγματος. Εάν αυτή η θερμική αντίσταση γίνει σημαντική σε σύγκριση με τη θερμική αντίσταση του δείγματος, οι αισθητήρες θερμοκρασίας που είναι τοποθετημένοι στην επιφάνεια της πλάκας δεν μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της διαφοράς θερμοκρασίας στο δείγμα. Μια τεχνική είναι η τοποθέτηση πρόσθετων θερμοστοιχείων διαμέτρου small στις επιφάνειες του δείγματος και η τοποθέτηση ενός συμβατού φύλλου διεπαφής, όπως το καουτσούκ σιλικόνης, μεταξύ των πλακών και των επιφανειών του δείγματος, όπως φαίνεται στο σχήμα 3 παρακάτω.
Παράμετροι μέτρησης
Για την παρούσα μελέτη, τρία ζεύγη δοκιμίων σκυροδέματος (305 mm επί 305 mm και πάχος περίπου 50 mm) δοκιμάστηκαν με τη μέθοδο GHP (διπλής όψης) και, στη συνέχεια, κάθε ένα από τα έξι δείγματα δοκιμάστηκε με τη μέθοδο HFM. Για κάθε μέθοδο χρησιμοποιήθηκαν θερμοστοιχεία τοποθετημένα στην επιφάνεια του δείγματος και φύλλα διεπιφάνειας από καουτσούκ σιλικόνης πάχους περίπου 2 mm. Η HFM 436 χρησιμοποιήθηκε calibrated χρησιμοποιώντας την πλάκα υαλοβάμβακα NIST 1450b (Standard Reference Material®) με πάχος 25 mm. Η μέτρηση της θερμοκρασίας επιτεύχθηκε με τη σύνδεση των θερμοστοιχείων του δείγματος στα κανάλια συλλογής δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν για τα θερμοστοιχεία της πλάκας και στη συνέχεια η αυτόματη ρύθμιση off set στο λογισμικό μπορούσε να ρυθμίσει τις θερμοκρασίες της πλάκας κατά τη διάρκεια της δοκιμής για να επιτευχθεί η καθορισμένη διαφορά θερμοκρασίας του δείγματος. Οι παράμετροι ισορροπίας ρυθμίστηκαν σε 1% (χονδρική) και 0,1% (λεπτή). Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου (μέση θερμοκρασία δείγματος, βλέπε πίνακα 1). Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο πλακών GHP ήταν περίπου 26 K με διαφορά θερμοκρασίας 12 K σε όλο το δείγμα. Για το HFM, η διαφορά θερμοκρασίας των πλακών ήταν περίπου 18 Κ με 8 Κ σε όλο το δείγμα.
Αποτελέσματα δοκιμών
Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον πίνακα 1. Η θερμική αγωγιμότητα των 1,8 W/(m.K) για το δείγμα σκυροδέματος υψηλότερης πυκνότητας C είναι σημαντικά υψηλότερη σε σύγκριση με τα 1,2 - 1,3 W/(m.K) για τα Α και Β, όπως αναμενόταν. Η συμφωνία μεταξύ των μεθόδων είναι αρκετά καλή, ιδίως λαμβάνοντας υπόψη τη χαμηλή θερμική αντίσταση των δειγμάτων και τις ατελείς επιφάνειες. Ο μέσος όρος της θερμικής αγωγιμότητας που μετρήθηκε με HFM για τα επιμέρους δείγματα κυμαίνεται από 4,1% χαμηλότερα έως 2,4% υψηλότερα σε σύγκριση με τη μέτρηση GHP και για τα δύο δείγματα.
Πίνακας 1: Μετρήσεις της θερμικής αγωγιμότητας του σκυροδέματος με GHP και HFM
Δείγμα | Πάχος (mm) | Πυκνότητα (Kg/m3) | Μέση τιμή θερμοκρασία (°C) | Θερμική αγωγιμότητα (W/(m.K)) | Θερμική αντίσταση (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 (μέσος όρος, HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Παραλλαγή | -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 (μέσος όρος, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Παραλλαγή | -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 (μέσος όρος, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Παραλλαγή | 2.4% | ||||
Συμπέρασμα
Τόσο η απόλυτη μέθοδος GHP όσο και η σχετική μέθοδος HFM είναι κατάλληλες για τον προσδιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας και της θερμικής αντίστασης άκαμπτων και υψηλότερης θερμικής αγωγιμότητας (>1 W/(m.K)) δομικών υλικών - ακόμη και με τραχιές επιφάνειες. Αποδείχθηκε ότι ακριβείς μετρήσεις της επιφανειακής θερμοκρασίας μπορούν να επιτευχθούν με τη χρήση πρόσθετων θερμοστοιχείων και συμβατών φύλλων μεταξύ των πλακών και του δείγματος. Η απόκλιση small μεταξύ των αποτελεσμάτων των δοκιμών GHP και HFM υποδεικνύει ήδη την υψηλή ικανότητα απόδοσης και των δύο μεθόδων.