Pengaruh Kepadatan pada Kinerja Termal Bahan Isolasi Serat Kaca

Pendahuluan

Sebuah opsi baru tersedia untuk jajaran instrumen NETZSCH HFM 436 (gambar 1) yang memungkinkan pengguna untuk melakukan pengujian pengukur aliran panas pada sampel yang mengalami beban kompresi tinggi; fitur ini memperluas berbagai kemungkinan untuk program R&D pada isolasi termal.

Dengan memvariasikan tekanan pelat pada sampel untuk mencapai tingkat kompresi yang berbeda, pengguna dapat menghasilkan kurva 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 sebagai fungsi KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan, yang mengungkapkan informasi tentang kekuatan relatif dari proses transportasi panas yang berbeda dalam produk insulasi termal.

Catatan Aplikasi ini memberikan analisis tentang tiga mekanisme transportasi panas yang dominan dalam bahan isolasi kaca berserat untuk memperoleh ekspresi analitis untuk ketergantungan fungsional 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 pada KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan; prediksi model analitis dibandingkan dengan data uji HFM aktual yang dihasilkan di bawah berbagai beban dalam HFM 436 yang diperbarui Lambda. Kesepakatan yang sangat baik diamati pada seluruh rentang KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan, yang mencakup rasio 19:1 dari yang tertinggi hingga terendah.

Perpindahan Panas Multi-Mode di dalam Bahan Isolasi

Di dunia yang sadar energi saat ini, selalu ada pengingat akan pentingnya tindakan konservasi energi - salah satu kuncinya adalah meningkatkan kinerja termal bangunan dengan insulasi berkualitas tinggi. Upaya R&D produsen yang bertujuan untuk mengembangkan insulasi termal berkinerja lebih tinggi telah mendapat banyak manfaat dari pengembangan paralel alat eksperimental dan analitik yang lebih kuat untuk menilai kemajuan mereka. Kemampuan pengujian baru yang dibahas dalam catatan aplikasi ini mewakili langkah lain ke arah itu.

Dalam studi saat ini, kami menganalisis perpindahan panas melalui selimut serat kaca, yang biasa digunakan sebagai insulasi bangunan. Selimut tersebut adalah jalinan serat kaca panjang yang membentuk matriks tempat udara terperangkap.

Konduksi melalui udara:

Pada suhu sedang, sebagian besar perpindahan panas melintasi insulasi terjadi melalui konduksi melalui udara, yang tidak bergantung pada kerapatan. Mode perpindahan panas ini diatur oleh persamaan Fourier dengan konduktivitas udara _λudara yang konstan.

Konduksi melalui serat kaca:

Perpindahan panas melalui serat kaca juga diatur oleh persamaan Fourier, tetapi dalam kasus ini, 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 yang sesuai glass adalah fungsi dari kerapatan ρ. Jalur konduktif meningkat secara kasar sebanding dengan kerapatan sebagai:

_λkaca = B∙ρ

dengan B adalah konstanta.

Radiasi:

Untuk mode perpindahan panas radiatif, selimut serat kaca sering dianggap sebagai media yang menyerap, memancarkan, berpartisipasi, dan tebal secara optik dengan sifat optik yang tidak bergantung pada panjang gelombang. Dengan asumsi ini, perpindahan panas radiatif diturunkan sebagai:

_qradiatif = _-λrad dT/dx

Persamaan ini mirip dengan hukum Fourier, yang merupakan alasan mengapa λrad sering disebut sebagai 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 radiatif. Semakin padat selimutnya, semakin besar jumlah serat kaca per satuan volume, sehingga menghasilkan lebih banyak hamburan dan menurunkan transfer radiatif.

Dengan demikian, fluks radiatif meluruh pada tingkat yang berbanding terbalik dengan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan:

_λrad = C/ρ

dengan C adalah konstanta.

Total panas yang ditransfer melalui selimut adalah jumlah dari ketiga mode yang berbeda ini. Konduktivitas termal yang efektif kemudian diturunkan sebagai:

_λtotal = _λair + B∙ρ + C/ρ

Persamaan terakhir ini mewakili hubungan antara konduktivitas total dan kerapatan selimut serat kaca dengan tiga parameter yang tidak diketahui: _λair, B dan C.

Pengukuran Selimut Fiberglass HFM 436 dengan Fitur Beban Variabel

Dimulai dengan selimut insulasi fiberglass dengan ketebalan 240 mm, satu set bagian persegi berukuran 300 mm kali 300 mm dipotong dan ditumpuk ke berbagai ketinggian. Pengukuran 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 dengan kerapatan yang berbeda dilakukan dengan memvariasikan ketebalan melalui tekanan pelat. Untuk tumpukan fiberglass yang melebihi bukaan maksimum 100 mm dari HFM 436/3, pra-kompresi dilakukan dengan pelat kaku sebelum pemasangan di HFM. Semua pengukuran dilakukan pada suhu kamar. Instrumen dikalibrasi dengan standar papan fiberglass NIST 1450d dengan ketebalan 25 mm dan perbedaan suhu pelat adalah 20 K.

Hasil dan Pembahasan

Hasil pengukuran disajikan dalam tabel 1 dan gambar 2.

Tabel 1: Konduktivitas termal versus densitas untuk sampel kaca serat yang mengalami berbagai pengaturan beban tekan dalam peralatan HFM pada suhu ruangan

Kurva biru diperoleh dengan mencocokkan titik-titik data dengan model konduktivitas total melalui metode kuadrat terkecil. Dapat disimpulkan bahwa model yang disajikan di atas adalah formulasi yang memadai dari proses aliran panas melalui selimut serat kaca. Kurva putus-putus mewakili setiap mode transfer yang diharapkan. Hasilnya menunjukkan nilai minimum yang luas dalam konduktivitas termal pada kisaran densitas sekitar 50-80 ^Kg/m3, dekat dengan densitas di mana konduktivitas akibat serat kaca sama dengan konduktivitas radiatif. Informasi ini dapat digunakan oleh produsen untuk mengoptimalkan kinerja produk mereka dengan meminimalkan kandungan serat kaca dan juga biaya. KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan optimum, misalnya, mungkin terletak pada sisi KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan rendah dari konduktivitas minimum.

Kesimpulan

Sangat mudah untuk melakukan studi semacam itu dengan fitur beban variabel. Analisis statistik yang ketat tentu akan membutuhkan lebih banyak titik data, yang dapat dicapai dengan mudah dengan HFM 436 Lambda. Satu pengujian lengkap dapat dengan mudah diprogram dengan berbagai beban dan suhu. Aplikasi ini juga dapat digunakan untuk bahan insulasi berpori lainnya seperti batuan (mineral) atau wol terak.