Introduction
La performance thermique des matériaux de construction rigides et à Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique élevée (résistance thermique plus faible) tels que le bois de construction, les plaques de plâtre, le béton, la pierre et d'autres produits de maçonnerie peut être mesurée à l'aide des instruments HFM et GHP (figures 1 et 2). Ces méthodes sont des techniques d'essai normalisées et l'application (matériaux d'isolation et de construction) est étroitement liée aux normes suivantes :
- ISO 8301:1991 : Isolation thermique - Détermination de la résistance thermique en régime permanent et des propriétés connexes - Appareil de mesure du flux thermique.
- ISO 8302:1991 : Isolation thermique - Détermination de la résistance thermique en régime permanent et des propriétés connexes - Appareil à plaque chauffante protégée.
- ASTM C518 : Méthode d'essai standard pour les mesures de flux de chaleur en régime permanent et les propriétés de transmission thermique au moyen de l'appareil de mesure du flux de chaleur.
- ASTM C177 : Méthode d'essai standard pour les mesures de flux de chaleur en régime permanent et les propriétés de transmission thermique au moyen de l'appareil à plaque chauffante protégée.
- DIN EN 12667/12939:2001 : Performance thermique des matériaux et produits de construction - Détermination de la résistance thermique au moyen de la méthode de la plaque chauffante gardée et de la méthode du flux thermique - (épais) produits à résistance thermique élevée et medium.
- DIN EN 13163:2001 : Produits d'isolation thermique pour les bâtiments - Produits manufacturés en polystyrène expansé (EPS) - Spécification.
La méthode absolue GHP permet d'obtenir une précision de ±2%. La méthode HFM nécessite un étalonnage de l'instrument. En fonction du matériau de référence, des précisions de ±2% peuvent également être obtenues.
Comment manipuler des échantillons rigides avec des surfaces rugueuses ?
Toutefois, ces deux méthodes peuvent nécessiter une préparation minutieuse des échantillons et des techniques spéciales pour des mesures précises de la température de surface. Les matériaux mentionnés ci-dessus (par exemple, le béton) peuvent avoir des surfaces rugueuses et la préparation de surfaces thermiquement très fluides et parallèles peut être difficile. Par conséquent, une résistance thermique d'interface significative (chute de température) peut être présente dans les espaces d'air entre les plaques de l'instrument et les surfaces de l'échantillon. Si cette résistance thermique devient significative par rapport à la résistance thermique de l'échantillon, les capteurs de température montés à la surface de la plaque ne peuvent plus être utilisés pour mesurer la différence de température à travers l'échantillon. Une technique consiste à monter des thermocouples supplémentaires d'un diamètre de small sur les surfaces de l'échantillon et à placer une feuille d'interface conforme telle que du caoutchouc de silicone entre les plaques et les surfaces de l'échantillon, comme le montre la figure 3 ci-dessous.
Paramètres de mesure
Pour cette étude, trois paires d'échantillons de béton (305 mm par 305 mm par environ 50 mm d'épaisseur) ont été testées en utilisant la méthode GHP (double face), puis chacun des six échantillons a été testé en utilisant la méthode HFM. Pour chaque méthode, des thermocouples montés en surface des échantillons et des feuilles d'interface en caoutchouc de silicone d'une épaisseur d'environ 2 mm ont été utilisés. Le HFM 436 a été étalonné à l'aide du panneau de fibre de verre NIST 1450b (Standard Reference Material®) d'une épaisseur de 25 mm. La mesure de la température a été réalisée en branchant les thermocouples de l'échantillon dans les canaux d'acquisition de données utilisés pour les thermocouples de la plaque, puis le réglage automatique du décalage dans le logiciel a permis d'ajuster les températures de la plaque pendant le test pour obtenir la différence de température spécifiée de l'échantillon. Les paramètres d'équilibre ont été fixés à 1 % (grossier) et à 0,1 % (fin). Les essais ont été réalisés à température ambiante (température moyenne de l'échantillon, voir tableau 1). La différence de température entre les deux plaques de BPE était d'environ 26 K avec une différence de température de 12 K à travers l'échantillon. Pour le HFM, la différence de température entre les plaques était d'environ 18 K avec une différence de 8 K à travers l'échantillon.
Résultats des tests
Les résultats sont présentés dans le tableau 1. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de 1,8 W/(m.K) pour l'échantillon de béton de densité plus élevée C est significativement plus élevée que celle de 1,2 - 1,3 W/(m.K) pour A et B, comme prévu. La concordance entre les méthodes est assez bonne, surtout si l'on tient compte de la faible résistance thermique des échantillons et des surfaces imparfaites. La moyenne de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique mesurée par HFM pour les échantillons individuels varie de 4,1 % de moins à 2,4 % de plus par rapport à la mesure GHP des deux échantillons.
Tableau 1 : Mesures de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique du béton par BPE et HFM
Échantillon | Epaisseur (mm) | Densité (Kg/m3) | Température moyenne (°C) | Conductivité thermique (W/(m.K)) | résistance thermique (m.K/W) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1, A2 (BPE) | 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 (moyenne, HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Variation de l'offre | -4.0% | ||||
| B1, B2 (BPE) | 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 (moyenne, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Variation de l'offre | -4.1% | ||||
| C1, C2 (BPE) | 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 (moyenne, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Variation de l'offre | 2.4% | ||||
Conclusion
La méthode GHP absolue et la méthode HFM relative sont toutes deux qualifiées pour déterminer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique et la résistance thermique des matériaux de construction rigides et à Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique élevée (>1 W/(m.K)), même avec des surfaces rugueuses. Il a été démontré que des mesures précises de la température de surface peuvent être obtenues en utilisant des thermocouples supplémentaires et des feuilles conformes entre les plaques et l'échantillon. L'écart de small entre les résultats des tests GHP et HFM indique déjà la capacité de performance élevée des deux méthodes.