Bevezetés
A hagyományos szigetelőanyagok, mint például a habosított polipropilén és a kőzetgyapot, általában panel formájában kaphatók. Ugyanakkor a padlók és tetők befúvható és ömlesztett szigetelése is széles körben elterjedt.
Egy példa erre a bitumenizált kenderrostból készült szigetelő és kiegyenlítő töltőanyag. A mechanikai és feldolgozási előnyök mellett az anyag termofizikai tulajdonságai is döntő szerepet játszanak a teljesítményében. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség határozza meg, hogy a szigetelés milyen hatékonyan vezeti át vagy tartja vissza a hőt, ami fontos az energiahatékonyság és a lakókényelem szempontjából. Ezen felül a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás jelzi, hogy az anyag idővel mennyi hőt képes tárolni és leadni. Ezért e tulajdonságok pontos ismerete elengedhetetlen a padlószerkezet optimális tervezéséhez és az épületfizikai követelmények megbízható teljesítéséhez.
Módszer
Számos mérőrendszernek nehézséget jelent a tömeges anyagok termofizikai tulajdonságainak – például a hővezető képességnek és a fajlagos hőkapacitásnak – a jellemzése. Az egyik kihívást az anyag alakja jelenti, a másik pedig annak viszonylag magas fokú inhomogenitása.
A szigetelőanyagok hővezető képessége az HFM (hőáram-mérő) módszerrel gyorsan és pontosan meghatározható. Ennél a módszernél egy – általában szilárd – mintát helyeznek el egy meleg és egy hideg lemez közé, amelyek mindegyikét egy meghatározott hőmérsékleten tartanak. A keletkező hőáramot hőáram-érzékelőkkel mérik. A minta vastagsága és a korábban meghatározott kalibrációs tényezők alapján a minta Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét különböző hőmérsékleti pontokon határozzák meg. Az 1. ábra egy tipikus hőmérsékleti profilt mutat be, beleértve a hővezető képességet is.
A panel alakú hőszigetelő anyagokhoz hasonlóan a laza, ömlesztett hőszigetelő anyagokat is egy vékony alappal rendelkező keretben mérik. Az alap annyira vékony, hogy hőellenállása elhanyagolhatónak tekinthető. A keret a mérési területen kívül helyezkedik el, így nem befolyásolja a mérést.
A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás meghatározásához leggyakrabban a DSC (differenciális letapogató kalorimetria) módszert alkalmazzák. A mintaméret azonban viszonylag k small, a szigetelőanyagok esetében az átmérő körülbelül 4 mm, a vastagság pedig csupán 1 mm. Ezen felül a pontos mérésekhez nagy kiindulási tömegre és a minta és az olvasztótégely közötti jó érintkezésre van szükség. Ez a három tényező miatt a DSC-módszerrel a laza töltésű szigetelőanyagok Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitásának mérése kivitelezhetetlen és nehéz. Az HFM a megfelelő megoldást kínálja az ilyen típusú mintákhoz. Az HFM képes large térfogatú minták (pl. több liter) elemzésére. Ezáltal a mérés reprezentatívabbá válik. Ezen felül a HFM-módszer állandósult állapotú. A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás meghatározásakor a lemezek és a minta közötti érintkezés kevésbé kritikus, mint a DSC-mérés esetében. AFajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp meghatározásához mindkét lemezt azonos hőmérsékleten (nulla ΔT) tartják, amíg a hőáram nulla nem lesz. Ezután például 10 K-os hőmérséklet-ugrást indítanak el mindkét lemez esetében, és hagyják, hogy a rendszer elérje a végső hőmérsékletet, amíg a hőáram ismét nullára csökken. A hőmérsékletváltozáskor hozzáadott hőmennyiség felhasználható a minta Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitásának mérésére. A 2. ábra bemutatja a mérés hőmérsékleti profilját. Itta Qupper a felső lemezen lévő érzékelőn átáramló hőáramot,a Qlower az alsó lemezen lévő érzékelőn átáramló hőáramot,a Qtotal pedig a két érzékelő hőáramainak összegét jelenti. AQtotal alatt elhelyezkedő terület alapján számítják ki a fajlagos hőkapacitást.
Kísérleti
A HFM-mérésekhez használt szigetelőanyagokat általában panel formájában szállítják. Ugyanakkor ezek az anyagok gyakran ömlesztett formában is kaphatók, mint például a jelen tanulmányban vizsgált, bitumenizált kenderrost alapú szigetelőanyag (lásd a 3. ábrát).
Ezen anyagok hővezető képessége és fajlagos hőkapacitása szintén meghatározható. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség meghatározásához a tömeges anyagot egy keretbe helyezzük. Ez a keret a mérési területen kívül helyezkedik el, ezért a mérés során elhanyagolható.
Ezen felül a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség is meghatározható a megadott geometria alapján. Az anyag sűrűsége vagy tömörsége jelentősen befolyásolja a hővezető képességet, és a szigetelőanyagok esetében általában mindig fel kell jegyezni az eredmények mellett, hogy összehasonlításra legyen lehetőség. A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás esetében azonban a keret tömege miatt – amely a lépésenkénti mérés során szintén felmelegszik – a keret nem elhanyagolható hatással lehet a mérésre. Emiatt a laza anyagot egy nagyon vékony műanyag zacskóba helyezzük. A műanyag zacskó tömege többszörösen kisebb, mint a minta tömege, ezért elhanyagolható. A többi mérési feltételt az 1. táblázat foglalja össze.
1. táblázat: A bitumenizált kenderhamu szigetelő töltelék Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének és Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitásának mérési feltételei
| Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.Hővezető képesség | Fajlagos hőkapacitás | |
| Segédeszközök | Keret | Műanyag zsák |
| SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. Sűrűség a mérés során | ~ 178 kg/m³ | k.A. |
| Mintabevitel | ~ 693 g | ~ 693 g |
| Hőmérsékletprogram | 20 °C + 35 °C, ΔT = 20 K | 20 °C + 35 °C, ΔT = 15 K |
Eredmények
A 4. ábrán látható módon az eredmények bemutatják a bitumenizált kenderrost Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét és Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitását, amikor azt ömlesztett anyagként használják. A bitumenizált kenderrost szigetelő töltelék hővezető képessége a hőmérséklet emelkedésével enyhén növekszik, ami összhangban áll a szigetelőanyagokra jellemző hőmérsékleti viselkedéssel. A Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás mindkét ismételt mérés során (1. és 2. teszt) következetesen körülbelül 1 500–1 630 J/(g·K) tartományba esik, és a hőmérséklet emelkedésével enyhe növekedést mutat. Ezen anyagok esetében meghatározott értékek a bioalapú, bitumenizált ömlesztett szigetelőanyagokra jellemző és várható tartományba esnek. Összességében a mérések megerősítik a természetes szálakból készült ömlesztett szigetelőanyagokra jellemző mérsékelt hővezető képességet, amely jó hőtároló képességgel párosul.
Összefoglalás
A jelenlegi mérések azt mutatják, hogy a HFM 706 LambdaMedium lehetővé teszi a nehezen mérhető szigetelőanyagok, például a bitumenizált kenderrost termofizikai tulajdonságainak pontos és gyakorlati meghatározását. A DSC-módszerrel ellentétben – amelynek small mintamérete nem alkalmas inhomogén ömlesztett anyagok vizsgálatára – a HFM, large mintatérfogatával, a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás reprezentatív és reprodukálható mérését is lehetővé teszi. Ez a steady-state mérési módszer konzisztens eredményeket szolgáltat a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (0,0547–0,0584 W/(m·K)) és a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás (1 500–1 630 J/(g·K)) tekintetében a hőmérséklet függvényében konzisztens eredményeket szolgáltat, amelyek jól egyeznek a bioalapú szigetelőanyagok esetében várható értékekkel. Az HFM 706 így megbízható alternatívának bizonyul a hagyományos vizsgálati módszerekkel szemben – különösen ömlesztett anyagok esetében – az épületfizikailag releváns paraméterek megbízható meghatározása szempontjából.