はじめに
木材、石膏ボード、コンクリート、石材、その他の石積み製品などの硬質で熱伝導率の高い（熱抵抗の低い）建築材料の熱性能は、HFMおよびGHP装置（図1および2）を用いて測定することができます。これらの方法は標準化された試験技術であり、その用途（断熱材や建築材料）は、例えば以下の規格に強く関連しています：
- ISO 8301:1991：断熱-定常熱抵抗および関連特性の測定-熱流量計器。
- ISO 8302：1991：熱絶縁-定常熱抵抗及び関連特性の測定-ガード付きホットプレート装置。
- ASTM C518：熱流計装置による定常熱流束測定及び熱伝導特性の標準試験方法。
- ASTM C177：ASTM C177：ガード付きホットプレート装置による定常熱流束測定及び熱伝導特性の標準試験方法
- DIN EN 12667/12939:2001: 建築材料および製品の熱性能 - ガード付きホットプレート法および熱流計法による熱抵抗の測定 - 高熱抵抗およびmedium 熱抵抗の（厚い）製品.
- DIN EN 13163:2001: 建築用断熱製品 - 発泡ポリスチレン（EPS）の工場生産製品 - 仕様。
アブソリュートGHP法では±2％の精度を達成できる。HFM法では装置の校正が必要です。標準物質にもよりますが、±2％の精度が得られます。
表面が粗い硬い試料の扱い方
しかし、どちらの方法も、正確な表面温度測定のためには、慎重な試料調製と特別な技術が必要になる場合がある。上述した材料（コンクリートなど）は表面が粗いことがあり、熱抵抗が高く平行な表面の作製が困難な場合がある。その結果、装置プレートと試料表面の間の空隙に大きな界面熱抵抗（温度降下）が存在する可能性があります。この熱抵抗が試料の熱抵抗と比較して顕著になると、プレート表面に取り付けた温度センサーでは試料全体の温度差を測定できなくなります。一つの手法として、small 径の熱電対を試料表面に追加で取り付け、下図 3 に示すように、プレートと試料表面の間にシリコーンゴムなどのコンプライアント・インターフェース・シートを配置する方法があります。
測定パラメータ
この研究では、3組のコンクリート試料（305mm×305mm×厚さ約50mm）をGHP法（両面）で試験し、次に6つの試料それぞれをHFM法で試験した。それぞれの方法で、試料表面に取り付けた熱電対と厚さ約2 mmのシリコーンゴム製界面シートを使用しました。HFM 436の校正には、厚さ25 mmのNIST 1450b（標準標準物質®）ガラス繊維板を用いました。温度測定は、プレート熱電対に使用するデータ収集チャンネルに試料熱電対を接続し、ソフトウェアの自動オフセット調整機能により、試験中にプレート温度を調整し、規定の試料温度差を得ることで実現した。平衡パラメーターは、1%（ラフ）と0.1%（ファイン）に設定した。試験は室温で行った（平均試料温度、表1参照）。2枚のGHPプレートの温度差は約26 Kで、試料全体の温度差は12 Kであった。HFMの場合、プレート温度差は約18Kで、試料全体では8Kであった。
テスト結果
結果を表1に示す。密度の高いコンクリート試料Cの熱伝導率は1.8 W/(m.K)で、AおよびBの1.2～1.3 W/(m.K)に比べて著しく高い。特に、試料の熱抵抗が低く、表面が不完全であることを考慮すると、方法間の一致は非常に良好です。個々の試料についてHFMで測定した熱伝導率の平均は、両試料のGHP測定と比較して、4.1%低い値から2.4%高い値の範囲にある。
表1：GHPおよびHFMによるコンクリートの熱伝導率測定結果
試料 | 厚さ (mm) | 密度 (Kg/m3) | 平均 温度 (°C) | 熱伝導率 熱伝導率 (W/(m.K)) | 熱抵抗 熱抵抗 (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（平均、HFM） | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| バリエーション | -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（平均、HFM） | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| バリエーション | -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（平均、HFM） | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| バリエーション | 2.4% | ||||
結論
絶対GHP法と相対HFM法の両方が、粗い表面であっても、硬質で熱伝導率の高い(>1 W/(m.K))建築材料の熱伝導率と熱抵抗を測定するのに適しています。熱電対を追加し、プレートと試料の間にコンプライアントシートを使用することで、正確な表面温度測定が可能であることが示されました。GHPとHFMの試験結果間のsmall の乖離は、すでに両手法の高い性能能力を示している。