Bevezetés
Az ismert szigetelőanyagokat, mint például az ásványgyapot vagy a polimer habok, általában nagy vastagságban (több centiméter) gyártják, hogy megfeleljenek az épületek hőszigeteléséhez szükséges U-értéknek. 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 (λ) meghatározására alkalmas mérőeszköz a HFM 446 Lambda Medium (1. ábra). A szigetelőanyagokat azonban más területeken más vastagságban is alkalmazzák, például a padlók hő- és hangszigetelésében. Az ilyen szigetelőanyagok vastagsága gyakran csak néhány milliméter. A következő mérések azt mutatják, hogy az ilyen vékony anyagok hogyan vizsgálhatók sikeresen a HFM 446 Lambda Medium készülékkel .
U-érték
Az U-érték az egy elemen keresztül történő hőáramlást tükrözi, amely az egység meleg és hideg oldala közötti hőmérséklet-gradienstől függ [W/(m2-K)]. Az egység az 1 négyzetméteren átáramló energiát írja le 1 K hőmérsékletkülönbség hatására. Ez az érték egy alkatrész szigetelési tulajdonságait jellemzi; ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy minél alacsonyabb az U-érték, annál jobb a szigetelő hatás. Minél magasabb az U-érték, annál rosszabb a szigetelő hatás. Az épület ekkor a hideg téli napokon több hőt veszít.
Mérési módszer
A hőmérséklet-gradienst két lemez között a mérendő anyag határozza meg. A lemezekben elhelyezett két nagy pontosságú hőáramlás-érzékelő segítségével mérik az anyagba beáramló, illetve az anyagból kiáramló hőmennyiséget. Ha a rendszer egyensúlyi állapotát elértük, és a hőáramlás állandó, a Fourier-egyenlet segítségével, a mérési terület és a minta vastagságának ismeretében kiszámítható 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 (lásd a 2. ábra vázlatos ábrát).
Mérési feltételek
Egy 4 mm vastagságú természetes szálas szigetelőlemezt vizsgáltak. Az ilyen vékony minták hőellenállása (R = d/λ) kihívást jelent a mérés során. A kb. 0,5 m²∙K/W-nél kisebb hőellenállású minták nem mérhetők a HFM-mel, mint szabványos mérés (DIN EN 12667). A lemezek és a minta közötti érintkezési ellenállás már nem elhanyagolható, és befolyásolja az eredményt. Az alacsony hőellenállás problémájának megoldására két különböző megközelítéssel végeztek méréseket:
- A minták egymásra helyezése, amelyet a DIN EN 12667 szabvány említ
- Egy minta mérése kiegészítő külső termoelemmel és határfelületi rétegekkel (=műszercsomag), a DIN EN 12664 szabványban leírtak szerint < 0,5m2∙K/Whőellenállású minták esetében.
A méréseket 25 °C-os átlagos mintahőmérsékleten végeztük. A lemezek közötti hőmérsékletkülönbség 20 K volt. A mintára ható nyomás kb. 2 kPa volt.
A minták egymásra helyezése
A 3. ábra a hővezető képességet mutatja a rétegelt minták (1-8 réteg) teljes vastagságának függvényében. A mérési adatokat az 1. táblázat foglalja össze.
Az alacsony vastagsági tartományban 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 a vastagságtól való függést mutat. A minta és a HFM lemezek közötti érintkezési ellenállás befolyásolja az eredményt (csökkentett 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).
A 20-24 mm-nél nagyobb vastagságnál (5-6 réteg) 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 állandó, és már nem függ a vastagságtól. Ez az a terület, ahol az érintkezési ellenállás elhanyagolható, és a mérések megbízhatónak tekinthetők. A minta hőellenállása nagyobb, mint körülbelül 0,5 (m²∙K)/W.
1. táblázat: A 4 mm vastagságú, vízszigetelő szálas szigetelőlemez egymásra helyezett mintáinak mérési eredményei
Rétegek száma | Vastagság [mm] | [W/(m∙K)] | Hőellenállás [(m2∙K)/W] |
|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0.04214 | 0.0958 |
| 2 | 8 | 0.04447 | 0.1812 |
| 3 | 12 | 0.04565 | 0.2582 |
| 4 | 16 | 0.04697 | 0.3387 |
| 5 | 20 | 0.04745 | 0.4214 |
| 6 | 24 | 0.04779 | 0.5021 |
| 7 | 28 | 0.04749 | 0.5906 |
| 8 | 32 | 0.04734 | 0.6757 |
* minden eredmény ± 3%
A 4. ábra (hőellenállás a vastagság függvényében) megerősíti, hogy az egymásra helyezett mintákkal végzett mérések megbízhatóak. A hőellenállás lineárisan nő a vastagság növekedésével. A lineáris trendvonal R² illeszkedése 0,99972, és a meredekség 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 mutatója (m = R/d = 1/λ → λ = 0,04855 W/(m∙K)). Ez az érték jó összhangban van a ~20 mm-nél vastagabb rétegelt minta mérési eredményeivel; lásd az 1. táblázatot.
Műszer készlet
Alacsony hőellenállású minták esetén a műszercsomaggal (= külső hőelemek és határfelületi rétegek) végzett mérések is jó megoldást jelenthetnek. Az érintkezési ellenállás kérdése a felületi hőmérséklet közvetlen mérésével oldható meg. Merev minták esetén a műszer-készlet jó választás. Mivel a 4 mm vastag természetes szálas szigetelőlemez nem teljesen merev, hanem még mindig rugalmas, egy másik bizonytalansági forrás is létezik. A külső hőelemek behatolhatnak a minta felületébe.
Ezért a vastagság (= a külső hőelemek közötti távolság) nem pontosan ismert. Az alacsony, mindössze 4 mm-es vastagság miatt még egy kis mértékű behatolás is nagy eltérést okozhat az eredményben (a vastagság relatív hibája ugyanolyan relatív hibát okoz a hővezető képességben).
A 2. táblázat a műszercsomaggal végzett mérés eredményeit mutatja. Egy réteg mérése a műszer-készlettel körülbelül 10%-kal magasabb értéket ad, mint az egymásra helyezett minták eredményei. 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 értékének ez a 10%-os növekedése valószínűleg a külső termoelem behatolása miatt 10%-kal hibás vastagságértéknek tudható be (200 μm mindkét oldalon). Ezt megerősíti az 1 és 2 réteg mérése a műszercsomaggal és 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 kiszámítása korrigált vastagsággal (= vastagság mínusz 2 x 200 μm). A korrigált vastagsággal mért 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 jó összhangban van az egymásra helyezett mintákon végzett mérések értékeivel.
2. táblázat: A 4 mm vastag természetes szálas szigetelőlemez mérési eredményei műszercsomaggal
Rétegek száma | Vastagság [mm] | [W/(m-K)] | Beállított vastagság [mm] | Beállított vastagsággal [W/(m∙K)] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0.05281 | 3.6 | 0.04753 |
| 2 | 8 | 0.05071 | 7.6 | 0.04817 |
Összefoglaló
A vékony és rugalmas szigetelőanyagok hővezető képessége a HFM 446 Lambda Medium készülékkel mérhető, ha az anyagból több réteget megfelelő vastagságban egymásra helyezünk. A külső termoelemekkel végzett mérés (külső termoelemek műszercsomaggal) rugalmas mintákon tévesen megnövelt hővezetési értékeket eredményezhet a termoelemeknek a minta felületébe való esetleges behatolása miatt.