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열유량계(HFM) 및 가드 핫 플레이트(GHP) 방법을 사용한 콘크리트 열전도도 측정

소개

목재, 석고 보드, 콘크리트, 석재 및 기타 석조 제품과 같은 단단하고 열전도율이 높은(열저항이 낮은) 건축 자재의 열 성능은 HFM 및 GHP 기기를 사용하여 측정할 수 있습니다(그림 1 및 2). 이러한 방법은 표준화된 테스트 기법이며 응용 분야(단열재 및 건축 자재)는 예를 들어 다음 표준과 밀접하게 연관되어 있습니다:

  • ISO 8301:1991: 단열 - 정상 상태 열 저항 및 관련 특성 결정 - 열 유량계 장치.
  • ISO 8302:1991: 단열 - 정상 상태 열 저항 및 관련 특성 결정 - 보호 핫 플레이트 장치.
  • ASTM C518: 열유량계 장치를 통한 정상 상태 열유속 측정 및 열전달 특성에 대한 표준 테스트 방법.
  • ASTM C177: 가드 핫 플레이트 장치를 통한 정상 상태 열유속 측정 및 열전달 특성에 대한 표준 테스트 방법.
  • DIN EN 12667/12939:2001: 건축 자재 및 제품의 열 성능 - 가드 핫 플레이트 및 열 유량계 방법을 통한 열 저항 측정 - (두꺼운) 고열 및 medium 열 저항 제품.
  • DIN EN 13163:2001: 건물용 단열 제품 - 발포 폴리스티렌(EPS) 공장에서 만든 제품 - 사양.
1) HFM 436/3 Lambda
2) GHP 456 Titan®

절대 GHP 방법을 사용하면 ±2%의 정확도를 얻을 수 있습니다. HFM 방법은 계측기를 보정해야 합니다. 기준 물질에 따라 ±2%의 정확도도 얻을 수 있습니다.

표면이 거친 단단한 샘플을 다루는 방법

그러나 두 방법 모두 정확한 표면 온도 측정을 위해 세심한 시료 준비와 특수 기술이 필요할 수 있습니다. 위에서 언급한 재료(예: 콘크리트)는 표면이 거칠 수 있으며, 열이 높은 표면과 평행한 표면의 준비가 어려울 수 있습니다. 그 결과, 계면 열 저항(온도 강하)이 계기판과 시료 표면 사이의 에어 갭에 존재할 수 있습니다. 이 열 저항이 시료 열 저항과 비교하여 유의미하게 커지면 플레이트 표면에 장착된 온도 센서를 더 이상 시료의 온도 차이를 측정하는 데 사용할 수 없습니다. 한 가지 방법은 아래 그림 3과 같이 시료 표면에 추가로 small 직경의 열전대를 장착하고 실리콘 고무와 같은 호환 인터페이스 시트를 플레이트와 시료 표면 사이에 배치하는 것입니다.

3) 시료 표면 열전대를 위한 HFM 및 GHP 배열

측정 매개변수

이 연구에서는 3쌍의 콘크리트 샘플(305mm×305mm×약 50mm 두께)을 GHP 방법(양면)으로 테스트한 다음, 6개의 샘플 각각을 HFM 방법으로 테스트했습니다. 각 방법에는 샘플 표면에 장착된 열전대와 약 2mm 두께의 실리콘 고무 인터페이스 시트가 사용되었습니다. HFM 436은 두께 25mm의 NIST 1450b(표준 참조 재료®) 유리섬유 보드를 사용하여 보정했습니다. 온도 측정은 플레이트 열전대에 사용된 데이터 수집 채널에 샘플 열전대를 연결한 다음 소프트웨어의 자동 오프셋 조정을 통해 테스트 중에 플레이트 온도를 조정하여 지정된 샘플 온도 차이를 얻을 수 있었습니다. 평형 파라미터는 1%(거친) 및 0.1%(미세)로 설정되었습니다. 테스트는 실온에서 수행되었습니다(평균 샘플 온도, 표 1 참조). 두 GHP 플레이트의 온도 차이는 약 26K였으며 샘플 전체에 걸쳐 12K의 온도 차이가 있었습니다. HFM의 경우, 플레이트 온도 차이는 약 18K, 샘플 전체에 걸쳐 8K였습니다.

테스트 결과

결과는 표 1에 나와 있습니다. 예상대로 고밀도 콘크리트 샘플 C의 열전도율은 1.8W/(m.K)로 A와 B의 1.2 - 1.3W/(m.K)에 비해 상당히 높습니다. 특히 시료의 낮은 열 저항과 불완전한 표면을 고려할 때 두 방법 간의 일치도는 상당히 우수합니다. 개별 샘플에 대해 HFM으로 측정한 열전도율의 평균은 두 샘플의 GHP 측정값에 비해 4.1%에서 2.4%까지 낮습니다.

표 1: GHP 및 HFM을 통한 콘크리트 열전도도 측정

샘플

두께(mm)

밀도

(Kg/m3)

평균

온도

(°C)

전도도

(W/(m.K))

저항

(m.K/W)

A1, A2 (GHP)52.6189624.11.360.0387
A1 (HFM)53.6189723.91.380.0387
A2 (HFM)51.6189523.91.230.0421
A1, A2(평균, HFM)52.6189623.91.310.0404
변형-4.0%
B1, B2(GHP)51.1190925.01.270.0402
B1 (HFM)51.1193523.91.230.0416
B2 (HFM)51.0188224.11.210.0423
B1, B2(평균, HFM)51.1190924.01.220.0419
변형-4.1%
C1, C2(GHP)51.4229725.21.760.0292
C1 (HFM)51.7229823.41.920.0269
C2 (HFM)51.1229623.81.690.0303
C1, C2(평균, HFM)51.4229723.61.800.0286
변형2.4%

결론

절대 GHP와 상대 HFM 방법 모두 표면이 거친 경우에도 단단한 고열 전도성(>1W/(m.K)) 건축 자재의 열전도율과 열 저항을 측정할 수 있는 자격을 갖췄습니다. 플레이트와 시료 사이에 열전대와 호환 시트를 추가로 사용하면 정확한 표면 온도 측정이 가능하다는 것이 입증되었습니다. GHP와 HFM 테스트 결과 사이의 편차( small )는 이미 두 방법의 고성능 성능을 보여줍니다.