Inleiding
De thermische prestaties van stijve en hoger warmtegeleidende (lagere warmteweerstand) bouwmaterialen zoals timmerhout, gipsplaat, beton, steen en andere metselwerkproducten kunnen worden gemeten met de HFM- en GHP-instrumenten (afbeelding 1 en 2). Deze methoden zijn gestandaardiseerde testtechnieken en de toepassing (isolatie- en bouwmaterialen) is sterk verbonden met bijvoorbeeld de volgende normen:
- ISO 8301:1991: Thermische isolatie - Bepaling van de thermische weerstand in stationaire toestand en verwante eigenschappen - Warmtestroommeters.
- ISO 8302:1991: Thermische isolatie - Bepaling van de thermische weerstand in stationaire toestand en verwante eigenschappen - Apparaat voor verwarmingsplaat met bewaking.
- ASTM C518: Standaardbeproevingsmethode voor metingen van de warmteflux in stationaire toestand en de thermische transmissie-eigenschappen door middel van het warmtestromingsmetermeetapparaat.
- ASTM C177: Standaard testmethode voor metingen van de warmteflux in stationaire toestand en de thermische transmissie-eigenschappen door middel van het bewaakte warmtestroommeetapparaat.
- DIN EN 12667/12939:2001: Thermische eigenschappen van bouwmaterialen en -producten - Bepaling van de warmteweerstand door middel van een verwarmingsplaat en een warmtestroommeter - (dikke) producten met een hoge en medium warmteweerstand.
- DIN EN 13163:2001: Warmte-isolatieproducten voor gebouwen - Fabrieksmatig vervaardigde producten van geëxpandeerd polystyreen (EPS) - Specificatie.
Met de absolute GHP-methode kan een nauwkeurigheid van ±2% worden bereikt. De HFM-methode vereist een kalibratie van het instrument. Afhankelijk van het referentiemateriaal kan ook een nauwkeurigheid van ±2% worden bereikt.
Hoe om te gaan met harde monsters met ruwe oppervlakken
Beide methoden kunnen echter een zorgvuldige monstervoorbereiding en speciale technieken vereisen voor nauwkeurige oppervlaktetemperatuurmetingen. Bovengenoemde materialen (bijv. beton) kunnen ruwe oppervlakken hebben en het prepareren van thermisch zeer vlakke en parallelle oppervlakken kan moeilijk zijn. Als gevolg hiervan kan er een aanzienlijke thermische interfaceweerstand (temperatuurdaling) aanwezig zijn in de luchtspleten tussen de instrumentplaten en de monsteroppervlakken. Als deze thermische weerstand significant wordt in vergelijking met de thermische weerstand van het monster, kunnen temperatuursensoren die in het plaatoppervlak gemonteerd zijn niet langer gebruikt worden om het temperatuurverschil over het monster te meten. Een techniek is om extra thermokoppels met een diameter van small op de monsteroppervlakken te monteren en een compatibele interfaceplaat zoals siliconenrubber tussen de platen en monsteroppervlakken te plaatsen, zoals in figuur 3 hieronder.
Meetparameters
Voor dit onderzoek werden drie paar betonmonsters (305 mm bij 305 mm en ongeveer 50 mm dik) getest met de GHP-methode (dubbelzijdig) en vervolgens werd elk van de zes monsters getest met de HFM-methode. Voor elke methode werden op het oppervlak van de monsters gemonteerde thermokoppels en siliconenrubberen interfacevellen van ongeveer 2 mm dikte gebruikt. De HFM 436 werd gekalibreerd met de NIST 1450b (Standard Reference Material®) glasvezelplaat met een dikte van 25 mm. De temperatuurmeting werd uitgevoerd door de monsterthermokoppels aan te sluiten op de data-acquisitiekanalen die gebruikt werden voor de plaatthermokoppels, waarna de automatische off-set aanpassing in de software de plaattemperaturen tijdens de test kon aanpassen om het gespecificeerde temperatuurverschil van het monster te verkrijgen. De evenwichtsparameters werden ingesteld op 1% (ruw) en 0,1% (fijn). De testen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur (gemiddelde monstertemperatuur, zie tabel 1). Het temperatuurverschil tussen de twee GHP platen was ongeveer 26 K met 12 K temperatuurverschil over het monster. Voor de HFM was het temperatuurverschil tussen de platen ongeveer 18 K met 8 K over het monster.
Testresultaten
De resultaten worden weergegeven in tabel 1. De warmtegeleidingscoëfficiënt van 1,8 W/(m.K) voor het betonnen monster C met hogere DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid is aanzienlijk hoger vergeleken met 1,2 - 1,3 W/(m.K) voor A en B, zoals verwacht. De overeenkomst tussen de methoden is vrij goed, vooral gezien de lage warmteweerstand van de monsters en de imperfecte oppervlakken. Het gemiddelde van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid gemeten door HFM voor de individuele monsters varieert van 4,1% lager tot 2,4% hoger vergeleken met de GHP meting van beide monsters.
Tabel 1: Warmtegeleidingsmetingen van beton door GHP en HFM
Monster | Dikte (mm) | DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. Dichtheid (Kg/m3) | Gemiddelde temperatuur (°C) | Thermisch geleidingsvermogen (W/(m.K)) | Thermisch weerstand (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 (gem., HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Variatie | -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 (gem., HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Variatie | -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 (gem., HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Variatie | 2.4% | ||||
Conclusie
Zowel de absolute GHP- als de relatieve HFM-methode zijn geschikt om de warmtegeleiding en warmteweerstand van stijve en hogere warmtegeleidende (>1 W/(m.K)) bouwmaterialen te bepalen, zelfs met ruwe oppervlakken. Er werd aangetoond dat nauwkeurige oppervlaktetemperatuurmetingen bereikt kunnen worden door extra thermokoppels en compatibele platen tussen de platen en het monster te gebruiken. De small afwijking tussen de GHP- en HFM-testresultaten geeft al aan dat beide methoden zeer goed presteren.