Introduzione
Le prestazioni termiche di materiali da costruzione rigidi e ad alta conducibilità termica (minore resistenza termica) come legname, cartongesso, calcestruzzo, pietra e altri prodotti in muratura possono essere misurate con gli strumenti HFM e GHP (figura 1 e 2). Questi metodi sono tecniche di prova standardizzate e l'applicazione (materiali isolanti e da costruzione) è fortemente legata, ad esempio, ai seguenti standard:
- ISO 8301:1991: Isolamento termico - Determinazione della resistenza termica allo stato stazionario e delle relative proprietà - Apparecchiatura per la misurazione del flusso di calore.
- ISO 8302:1991: Isolamento termico - Determinazione della resistenza termica allo stato stazionario e delle relative proprietà - Apparecchiatura a piastra calda protetta.
- ASTM C518: Metodo di prova standard per la misurazione del flusso di calore allo stato stazionario e delle proprietà di trasmissione termica mediante l'apparecchio per la misurazione del flusso di calore.
- ASTM C177: Metodo di prova standard per la misurazione del flusso di calore allo stato stazionario e delle proprietà di trasmissione termica mediante l'apparecchio a piastra calda sorvegliata.
- DIN EN 12667/12939:2001: Prestazioni termiche dei materiali e dei prodotti da costruzione - Determinazione della resistenza termica mediante piastra calda sorvegliata e metodi di misurazione del flusso di calore - Prodotti (spessi) di alta e medium resistenza termica.
- DIN EN 13163:2001: Isolanti termici per edilizia - Prodotti di polistirene espanso (EPS) realizzati in fabbrica - Specifiche.
Con il metodo assoluto GHP è possibile ottenere un'accuratezza di ±2%. Il metodo HFM richiede una calibratificazione dello strumento. A seconda del materiale di riferimento, si possono ottenere anche precisioni del ±2%.
Come manipolare campioni rigidi con superfici ruvide
Tuttavia, entrambi i metodi possono richiedere un'accurata preparazione del campione e tecniche speciali per misurare con precisione la temperatura superficiale. I materiali sopra menzionati (ad esempio, il calcestruzzo) possono avere superfici ruvide e la preparazione di superfici parallele e ad alta temperatura può essere difficile. Di conseguenza, nelle intercapedini tra le piastre dello strumento e le superfici del campione può essere presente una significativa resistenza termica di interfaccia (caduta di temperatura). Se questa resistenza termica diventa significativa rispetto alla resistenza termica del campione, i sensori di temperatura montati sulla superficie della piastra non possono più essere utilizzati per misurare la differenza di temperatura tra il campione. Una tecnica consiste nel montare termocoppie aggiuntive del diametro di small sulle superfici del campione e nel collocare un foglio di interfaccia conforme, come la gomma siliconica, tra le piastre e le superfici del campione, come mostrato nella figura 3 qui sotto.
Parametri di misura
Per questo studio, tre coppie di campioni di calcestruzzo (305 mm per 305 mm per circa 50 mm di spessore) sono state testate con il metodo GHP (su due lati) e poi ognuno dei sei campioni è stato testato con il metodo HFM. Per ciascun metodo sono state utilizzate termocoppie montate sulla superficie del campione e fogli di interfaccia in gomma siliconica dello spessore di circa 2 mm.libraPer il metodo HFM 436 è stato utilizzato il pannello in fibra di vetro NIST 1450b (Materiale di riferimento standard® ) con uno spessore di 25 mm. La misura della temperatura è stata ottenuta collegando le termocoppie del campione ai canali di acquisizione dati utilizzati per le termocoppie della piastra e la regolazione automatica del software ha potuto regolare le temperature della piastra durante il test per ottenere la differenza di temperatura del campione specificata. I parametri di equilibrio sono stati impostati all'1% (grossolano) e allo 0,1% (fine). I test sono stati eseguiti a temperatura ambiente (temperatura media del campione, vedi tabella 1). La differenza di temperatura tra le due piastre GHP era di circa 26 K, con una differenza di temperatura di 12 K su tutto il campione. Per l'HFM, la differenza di temperatura tra le piastre era di circa 18 K con una differenza di 8 K tra i campioni.
Risultati del test
I risultati sono presentati nella Tabella 1. La conducibilità termica di 1,8 W/(m.K) per il campione di calcestruzzo a più alta densità C è significativamente più alta rispetto a 1,2 - 1,3 W/(m.K) per A e B, come previsto. L'accordo tra i metodi è abbastanza buono, soprattutto considerando la bassa resistenza termica dei campioni e le superfici imperfette. La media della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica misurata dall'HFM per i singoli campioni varia dal 4,1% in meno al 2,4% in più rispetto alla misura GHP di entrambi i campioni.
Tabella 1: Misure di conducibilità termica del calcestruzzo mediante GHP e HFM
Campione | Spessore (mm) | Densità (Kg/m3) | Temperatura media temperatura (°C) | Conducibilità termica (W/(m.K)) | resistenza termica (m.K/W) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1, A2 (GHP) | 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 (media, HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Variazione | -4.0% | ||||
| B1, B2 (GHP) | 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 (media, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Variazione | -4.1% | ||||
| C1, C2 (GHP) | 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 (media, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Variazione | 2.4% | ||||
Conclusione
Entrambi i metodi, GHP assoluto e HFM relativo, sono idonei a determinare la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica e la resistenza termica di materiali da costruzione rigidi e ad alta Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica (>1 W/(m.K)), anche con superfici ruvide. È stato dimostrato che è possibile ottenere misurazioni accurate della temperatura superficiale utilizzando termocoppie aggiuntive e lastre conformi tra le piastre e il campione. La deviazione di small tra i risultati dei test GHP e HFM indica già l'elevata capacità di prestazione di entrambi i metodi.