Johdanto
HFM 446 Lambda on arvokas väline eristysmateriaalien lämmönjohtavuuden tutkimiseen, joita käytetään esimerkiksi rakennusten lämmöneristykseen. Rakennusten parempi lämpöeristys johtaa pienempään energiankulutukseen lämmityksessä talvella ja jäähdytyksessä kesällä ja siten viime kädessä pienempäänhiilidioksidipäästöjalanjälkeen.
Lämpöanalytiikkalaitteiden kehittäjänä ja valmistajana NETZSCH ottaa huomioon myös mittalaitteidensaCO2-jalanjäljen. Yksi näkökohta on HFM 446 Lambda -mittalaitteen käyttämiseen asiakkaan tiloissa tarvittava energia. HFM 446 Lambda Eco-Line -laitteen energiankulutus on pienentynyt merkittävästi vanhempiin malleihin verrattuna, mikä johtuu yhtäältä lyhyemmistä mittausajoista ja toisaalta niin sanotussa Eco Mode -tilassa käytön aikana säästyvästä energiasta. Vanhemmat mallit voidaan luonnollisesti päivittää kokonaan Eco-linjaan.
Energiankulutus mittauksen aikana
Taulukossa 1 esitetään yhteenveto kolmen HFM 446 Lambda -laitteen (Small, Medium ja Large) virrankulutuksesta tyypillisen mittauksen aikana NIST SRM 1450d -kuitulevyllä koko HFM 446:n lämpötila-alueella. Tehonkulutus mitattiin ja kirjattiin wattimittarilla.
Taulukko 1: HFM 446 -laitteen (mittausyksikkö ja jäähdytin) keskimääräinen virrankulutus NIST SRM 1450d -laitteella suoritetun mittauksen aikana näytteen keskilämpötilan ollessa 80 °C ja -10 °C välillä (10 asetuspistettä, ΔT=20 K).
| Small | Medium | Large | |
|---|---|---|---|
| Mittayksikkö [kW] | 0.2 | 0.3 | 0.2 |
| Jäähdytin [kW] | 0.5 | 0.8 | 0.8 |
HFM 446 Small -laitteen kokonaistehonkulutus on noin 0,7 kW ja HFM 446 Medium ja Large -laitteiden tehonkulutus on kumpikin noin 1,0 kW. Vuotuinen kokonaisenergiankulutus voidaan laskea kertomalla tehonkulutus mittausajalla (ks. jäljempänä oleva kohta) ja mittausten lukumäärällä.
Lyhyemmät mittausajat
Yksi HFM 446 Lambda Eco-Line -mallin tärkeimmistä eduista on lyhyempi mittausaika kuin vanhemmissa HFM 446 -malleissa, mutta tulosten tarkkuus on sama. Mittausajan lyhentäminen saavutetaan parantamalla levyn lämpötilan säätöä, parantamalla lämpövirtasignaalien suodatusta ja kehittyneemmillä vakauskriteereillä. Lyhyempi mittausaika käy ilmi kuvasta 2, jossa verrataan HFM 446 Lambda Small Eco-Line -laitteen ja vanhempien mallien transienttisia keskilämpötilakäyriä NIST SRM 1450d -laitteen lämmönjohtavuusmittauksen aikana näytteen keskilämpötilojen 80 °C ja -10 °C välillä (10 asetuspistettä, ΔT=20 K). Eco-Line-versiolla koko mittaus kestää tässä tapauksessa noin 370 minuuttia, mikä on noin 200 minuuttia eli 35 % nopeampi kuin vanhemmilla malleilla.
Yleisesti ottaen mittausajat riippuvat tietenkin näytteen ominaisuuksista, mittausolosuhteista ja HFM-laitteen koosta (Small, Medium tai Large). Taulukossa 2 esitetään HFM 446 Eco-Line -laitteiston kunkin laitetyypin keskimääräinen suhteellinen mittausajan lyheneminen eräiden esimerkkinäytteiden osalta.
Taulukko 2: Mittausaikojen keskimääräinen suhteellinen lyheneminen uudella HFM 446 Lambda Eco-Line -laitteella
| Small | Medium | Large | |
|---|---|---|---|
| NIST SRM 1540d | -35% | -21% | -31% |
| IRMM440 | ei tiedossa. | -18% | -30% |
| Pyrex ja instrumenttisarja | -21% | -34% | n.a. |
| VIP | -26% | -36% | -5% |
| Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp: kiinteät polymeerit | -27% | -36% | ei sovelleta. |
Tavallisilla eristemateriaaleilla, kuten 1450d- ja IRMM440-lasikuitulevyillä, ajansäästö on 20-35 %. Mittaukset nopeutuvat jopa kolmanneksella näytteillä, joiden LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on suurempi, kuten Pyrex-borsilikaattilasilla, tai tuotteilla, joiden LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on hyvin alhainen, kuten tyhjiöeristyslevyillä (VIP). Mitattaessa ominaislämpökapasiteettia kiinteistä polymeereistä, kuten PE-HD:stä tai POM-C:stä, mittausajan lyheneminen voi olla jopa 30 %.
Taulukossa 2 esitetyt luvut kuvastavat suoraan energiaa ja kustannuksia, joita voidaan säästää kussakin HFM-mittauksessa.
Mittausaikojen suora vertailu ei kuitenkaan ole ainoa näkökohta, joka olisi otettava huomioon. Esimerkiksi HFM 446:n vanhemmilla malleilla oli mahdollista mitata yksi näyte työpäivää kohden, koska mittaus, jossa oli 10 asetuspistettä, kesti joissakin tapauksissa aamusta iltaan. Tällaisen mittauksen päätyttyä käyttäjä ei yleensä ole enää laboratoriossa eikä voi asettaa seuraavaa näytettä; näin ollen ei voida aloittaa uutta mittausta, jolla voitaisiin hyödyntää jäljellä olevat vuorokauden tunnit. Nopeammalla HFM 446 Eco-Line -laitteella sama mittaus saadaan todennäköisesti valmiiksi jo iltapäivällä, ja seuraava näyte voidaan mitata välittömästi. Tässä esimerkissä HFM 446 Eco-Line -laitteella voidaan tutkia yhden näytteen lisäksi kaksi näytettä päivässä, mikä johtaa 100 % korkeampaan tehokkuuteen tällaisissa kattavissa pitkän ajan mittauksissa.
Tyhjäkäynti- ja Eco-tila
Kun mitään mittausta ei suoriteta (valmiustila), HFM Eco-Line voi olla joko tyhjäkäynti- tai Eco-tilassa.
- Tyhjäkäyntitilassa HFM-levyjen lämpötilat pidetään ennalta määritellyissä arvoissa, jolloin uusi mittaus voidaan aloittaa nopeasti näillä levyjen lämpötiloilla. Jäähdytin on käynnissä myös tyhjäkäyntitilassa, ja sen tehonkulutus on 0,5-1,0 kW.
- Uudessa Eco Mode -tilassa HFM-levyjen lämpötilan säätö ja jäähdytin ovat pois päältä. Näin ollen koko järjestelmän energiankulutus Eco Mode -tilassa on lähes nolla.
SmartMode -ohjelmisto tarjoaa käyttäjän määrittelemän aikataulun, kuten kuvassa 3 on esitetty, joko tyhjäkäynti- tai Eco Mode -tilan aktivoimiseksi. Kun mittauksia ei suoriteta yöllä tai viikonloppuna, Eco Mode -tilassa saavutetaan merkittäviä energiansäästöjä. On huomattava, että jäähdyttimen kytkeminen pois päältä ohjelmiston kautta, kuten Eco-Line-laitteissa tehdään Eco Mode -tilassa, ei ollut mahdollista HFM 446 Lambda-laitteen vanhemmissa malleissa.
Yhteenveto
HFM 446 Lambda Eco-Line -laitteella tehtävät mittaukset voivat olla jopa 40 % nopeampia kuin HFM 446:n vanhemmilla malleilla. Lisäksi niin sanottu Eco Mode mahdollistaa jäähdyttimen sammuttamisen käyttäjän määrittämän aikataulun mukaisesti, kun mittauksia ei ole käynnissä. Mittausjaksoista riippuen nämä kaksi parannusta voivat johtaa 100 % korkeampaan hyötysuhteeseen sekä pienempään sähköenergian kulutukseen. Jälkimmäinen ei merkitse ainoastaan säästöjä käyttökustannuksissa, vaan myösCO2-päästöjen vähenemistä.
On huomattava, että vanhemmat mallit voidaan tietenkin päivittää kokonaan Eco-linjaan. Kysy paikalliselta myyntiedustajaltasi HFM:n päivitystä.