Pendahuluan
Bahan insulasi yang dikenal seperti wol mineral atau busa polimer biasanya diproduksi dengan ketebalan tinggi (beberapa sentimeter) untuk memenuhi nilai U yang diperlukan untuk insulasi termal bangunan. Alat ukur yang cocok untuk menentukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (λ) adalah HFM 446 Lambda Medium (gambar 1). Namun, bahan insulasi juga diaplikasikan di area lain dengan ketebalan lain, misalnya, pada insulasi termal dan suara pada lantai. Ketebalan bahan insulasi tersebut seringkali hanya beberapa milimeter. Pengukuran berikut ini menunjukkan bagaimana bahan tipis seperti itu dapat berhasil diselidiki dengan HFM 446 Lambda Medium .
Nilai-U
Nilai U mencerminkan aliran panas melalui komponen yang bergantung pada gradien suhu antara sisi panas dan sisi dingin dari sebuah unit [W/(m2-K)]. Unit ini menggambarkan energi yang mengalir melalui 1 meter persegi karena perbedaan suhu sebesar 1 K. Nilai ini mencirikan sifat insulasi suatu komponen; ini berarti dalam praktiknya, semakin rendah nilai U, semakin baik efek insulasi. Semakin tinggi nilai U, semakin buruk efek insulasinya. Bangunan kemudian kehilangan lebih banyak panas pada hari-hari musim dingin.
Metode Pengukuran
Gradien suhu ditentukan di antara dua pelat oleh bahan yang akan diukur. Dengan menggunakan dua sensor aliran panas presisi tinggi pada pelat, aliran panas ke dalam material dan keluar dari material, masing-masing diukur. Setelah kesetimbangan sistem tercapai dan aliran panas konstan, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal dapat dihitung dengan bantuan persamaan Fourier dan pengetahuan tentang area pengukuran dan ketebalan sampel (lihat skema gambar 2).
λ Konduktivitas termal [W/(m∙K)]
d Ketebalan [mm]
R = d/ λ Hambatan termal [m2∙K/W]
U = 1/R Koefisien perpindahan panas [W/(m2∙K)]
Kondisi Pengukuran
Papan insulasi serat alami dengan ketebalan 4 mm telah diteliti. Resistansi termal (R = d/λ) dari sampel setipis itu menghadirkan tantangan untuk pengukuran. Sampel dengan resistansi termal yang lebih rendah dari sekitar 0,5 m²∙K/W tidak dapat diukur dengan HFM sebagai pengukuran standar (DIN EN 12667). Resistansi kontak antara pelat dan sampel tidak dapat diabaikan lagi dan akan memengaruhi hasil. Untuk mengatasi masalah resistansi termal yang rendah, pengukuran dengan dua pendekatan berbeda dilakukan:
- Penumpukan sampel, yang disebutkan dalam DIN EN 12667
- Pengukuran satu sampel dengan termokopel eksternal tambahan dan lapisan antarmuka (=kit instrumen), dijelaskan dalam DIN EN 12664 untuk sampel dengan resistansi termal <0,5m2∙K/W.
Pengukuran dilakukan pada suhu sampel rata-rata 25°C. Perbedaan suhu antara pelat adalah 20 K. Tekanan pada sampel sekitar 2 kPa.
Penumpukan Sampel
Gambar 3 menunjukkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal versus ketebalan keseluruhan sampel yang ditumpuk (1 hingga 8 lapisan). Data pengukuran dirangkum dalam tabel 1.
Pada kisaran ketebalan rendah, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal menunjukkan ketergantungan pada ketebalan. Resistansi kontak antara sampel dan pelat HFM mempengaruhi hasil (Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal berkurang).
Dengan ketebalan yang lebih tinggi dari 20 hingga 24 mm (5 hingga 6 lapisan), konduktivitas termal konstan dan tidak lagi bergantung pada ketebalan. Ini adalah wilayah di mana resistansi kontak dapat diabaikan dan pengukuran dapat dianggap dapat diandalkan. Resistansi termal sampel lebih tinggi dari kira-kira 0,5 (m²∙K)/W.
Tabel 1: Hasil pengukuran sampel yang ditumpuk dari papan serat insulasi nateral setebal 4 mm
Jumlah Lapisan | Ketebalan [mm] | [W/(m∙K)] | Resistensi Termal [(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 |
* semua hasil ± 3
Gambar 4 (resistansi termal terhadap ketebalan) menegaskan bahwa pengukuran dengan sampel bertumpuk dapat diandalkan. Resistansi termal meningkat secara linier dengan bertambahnya ketebalan. Garis tren linier memberikan kecocokan R² sebesar 0,99972 dan kemiringannya merupakan indikator untuk konduktivitas termal (kemiringan m = R/d = 1/λ → λ = 0,04855 W/(m∙K)). Nilai ini sangat sesuai dengan hasil pengukuran sampel yang ditumpuk dengan ketebalan lebih tinggi dari ~20 mm; lihat tabel 1.
Kit Instrumentasi
Untuk sampel yang memiliki resistansi termal rendah, pengukuran dengan kit instrumentasi (= termokopel eksternal dan lapisan antarmuka) juga bisa menjadi solusi yang baik. Masalah Resistensi KontakMenurut hukum termodinamika kedua, perpindahan panas antara dua sistem selalu bergerak ke arah yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Jumlah energi panas yang ditransfer melalui konduksi panas, misalnya, melalui dinding bangunan, dipengaruhi oleh resistensi termal dari dinding beton dan lapisan insulasi. resistensi kontak diselesaikan dengan pengukuran langsung suhu permukaan. Untuk sampel yang kaku, kit instrumentasi adalah pilihan yang baik. Karena papan insulasi serat alami setebal 4 mm tidak sepenuhnya kaku tetapi masih fleksibel, sumber ketidakpastian lain ada. Termokopel eksternal dapat menembus ke dalam permukaan sampel.
Oleh karena itu, ketebalan (= jarak antara termokopel eksternal) tidak diketahui secara pasti. Karena ketebalan yang rendah, hanya 4 mm, bahkan tingkat penetrasi yang rendah pun dapat menyebabkan deviasi yang tinggi pada hasil (kesalahan relatif dalam ketebalan menyebabkan kesalahan relatif yang sama dalam konduktivitas termal).
Tabel 2 menunjukkan hasil pengukuran dengan kit instrumentasi. Pengukuran satu lapisan dengan kit instrumentasi menghasilkan nilai sekitar 10% lebih tinggi daripada hasil dari sampel yang ditumpuk. Peningkatan 10% nilai konduktivitas termal ini kemungkinan besar disebabkan oleh nilai ketebalan yang tidak tepat sebesar 10% karena penetrasi oleh termokopel eksternal (200 μm di setiap sisi). Hal ini dikonfirmasi oleh pengukuran 1 dan 2 lapisan dengan kit instrumentasi dan perhitungan konduktivitas termal dengan ketebalan yang disesuaikan (= ketebalan dikurangi 2 x 200 μm). Konduktivitas termal dengan ketebalan yang disesuaikan sangat sesuai dengan nilai dari pengukuran dengan sampel yang ditumpuk.
Tabel 2: Hasil pengukuran papan insulasi serat alami setebal 4 mm dengan kit instrumentasi
Jumlah Lapisan | Ketebalan [mm] | [W / (m-K)] | Ketebalan yang Disesuaikan [mm] | Ketebalan yang Disesuaikan [W/(m∙K)] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0.05281 | 3.6 | 0.04753 |
| 2 | 8 | 0.05071 | 7.6 | 0.04817 |
Ringkasan
Konduktivitas termal dari bahan insulasi yang tipis dan fleksibel dapat diukur dengan HFM 446 Lambda Medium dengan cara menumpuk beberapa lapis bahan hingga ketebalan yang cukup. Pengukuran dengan kit instrumentasi termokopel eksternal) pada sampel fleksibel dapat menghasilkan nilai konduktivitas termal yang menggelembung secara keliru karena kemungkinan penetrasi termokopel ke dalam permukaan sampel.