はじめに
発泡ポリプロピレンやロックウールなどの従来の断熱材は、一般的にはパネル状で提供されています。しかし、床や屋根用の吹き込み式やばら積み式の断熱材も広く使用されています。
その一例として、瀝青処理された麻の髄から作られた断熱・均し材が挙げられます。機械的特性や加工上の利点に加え、材料の熱物性もその性能において決定的な役割を果たします。熱伝導率は、断熱材を通って熱がどれだけ効率的に伝達されるか、あるいは断熱材にどれだけ熱が保持されるかを決定するものであり、エネルギー効率や居住快適性にとって重要です。 さらに、比熱容量は、材料が時間の経過とともにどれだけの熱を蓄え、放出できるかを示します。したがって、これらの特性を正確に理解することは、床構造を最適に設計し、建築物理学的要件を確実に満たすために不可欠です。
方法
多くの測定システムでは、熱伝導率や比熱容量といったバルク材料の熱物性を評価することが困難です。その課題の一つは材料の形状にあり、もう一つは材料の不均一性が比較的高いことにあります。
断熱材の熱伝導率は、HFM（熱流計）法を用いることで迅速かつ正確に測定できます。この方法では、一般的には固体の試料を、それぞれ特定の温度に保たれた加熱プレートと冷却プレートの間に配置します。 発生する熱流束は、熱流束センサーを用いて測定されます。試料の厚さと、あらかじめ決定された校正係数を用いて、さまざまな温度点における試料の熱伝導率が算出されます。図1は、熱伝導率を含む一般的な温度分布を示しています。
パネル状の断熱材と同様に、ばら状の断熱材も、薄い土台を備えたフレーム内で測定されます。この土台は非常に薄いため、その熱抵抗は無視できる程度とみなすことができます。フレームは測定領域の外側に配置されており、測定結果に影響を与えないようになっています。
比熱容量の測定には、DSC（示差走査熱量測定）法が最も一般的に用いられます。しかし、断熱材の場合、試料サイズは直径約4 mm、厚さわずか1 mmと、比較的small です。さらに、正確な測定を行うには、高い初期重量と、試料と容器との良好な接触が必要です。 これら3つの要因により、DSC法を用いた散粒状断熱材の比熱容量測定は現実的ではなく、困難である。HFMは、この種の試料に対して最適な解決策を提供する。HFMでは、large な体積（例：数リットル）を分析することができる。これにより、測定結果の代表性が高まる。 さらに、HFM法は定常状態法です。比熱容量を測定する際、プレートと試料の接触状態は、DSC測定の場合ほど重要ではありません。比熱容量（比熱容量（cp）熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp）の測定では、熱流束がゼロになるまで、両方のプレートを同じ温度（ΔT=0）に保ちます。 その後、例えば両プレートに対して10 Kの温度ジャンプを加え、熱流束が再びゼロになるまでシステムを最終温度に達させる。温度変化の際に加えられる熱量を用いて、試料の比熱容量を測定することができる。 図2は、この測定における温度プロファイルを示している。ここで、Qupperは上部プレートのセンサーを通る熱流束、Qlowerは下部プレートのセンサーを通る熱流束、Qtotalは両方のセンサーからの熱流束の合計である。Qtotalの下の面積を用いて、比熱容量が算出される。
実験的
HFM測定に使用される断熱材は、通常、パネル状で供給されます。しかし、これらの材料は、ここで検討しているアスファルト処理された麻くずをベースとした断熱材のように、バルク材として入手できることもよくあります（図3参照）。
これらの材料の熱伝導率や比熱容量も測定可能です。熱伝導率を測定するには、材料の塊をフレームにセットします。このフレームは測定領域の外側に配置されるため、測定時には無視できる程度です。
さらに、定義された形状に基づいて密度も測定可能です。材料の密度や締固め度は熱伝導率に大きな影響を与えるため、断熱材全般においては、比較が可能となるよう、常に測定結果と共に記録しておく必要があります。 一方、比熱容量の場合、フレームの質量が段階的な測定中に加熱されるため、測定に無視できない影響を与える可能性があります。 このため、試料は極めて薄いビニール袋に入れられます。ビニール袋の質量は試料の質量よりも何倍も小さいため、無視できる程度です。その他の測定条件を表1にまとめました。
表1：ビットマナイズド麻の藁の断熱充填材の熱伝導率および比熱容量の測定条件
| 熱伝導率 | 比熱容量 | |
| 補助手段 | 枠 | ビニール袋 |
| 測定時の密度 | 約 178 kg/m³ | k.A. |
| 試料投入量 | 約 693 g | 約 693 g |
| 温度プログラム | 20°C + 35°C、ΔT = 20 K | 20°C + 35°C、ΔT = 15 K |
結果
図4に示すように、この結果は、バルク材として使用されたアスファルト処理ヘンプシブの熱伝導率および比熱容量を示している。アスファルト処理ヘンプシブ断熱充填材の熱伝導率は、温度の上昇に伴いわずかに増加しており、これは断熱材に一般的である温度特性と一致している。 比熱容量は、2回の繰り返し測定（試験1および試験2）を通じて一貫して約1,500～1,630 J/(g・K)の範囲内に収まっており、温度の上昇に伴いわずかに増加する傾向を示している。 これらの材料について測定された値は、バイオ由来の瀝青処理されたばら詰め断熱材に一般的に見られる、予想される範囲内に収まっている。全体として、これらの測定結果は、天然繊維のばら詰め断熱材に一般的な適度な熱伝導率と、優れた蓄熱能力を併せ持っていることを裏付けている。
概要
今回の測定結果から、本手法が HFM 706 Lambda Medium この手法により、瀝青処理した麻の殻など、測定が困難な断熱材の熱物性を、正確かつ実用的に測定できることが示された。 DSC法（small ）では不均一なバルク材料には不適切な試料サイズであるのに対し、HFM法（large ）では、その試料体積により、比熱容量についても代表性が高く再現性のある測定が可能である。この定常状態測定法では、熱伝導率 （0.0547～0.0584 W/(m·K)）および比熱容量（1,500～1,630 J/(g·K)）について一貫した結果をもたらし、これらはバイオ由来の断熱材に予想される値と良好な一致を示しています。 したがって、HFM 706は、建築物理学に関連するパラメータを確実に測定するための、従来の試験方法に代わる信頼性の高い手段であることが実証された。特にバルク材料においては、その有用性が顕著である。