Introducere
Materialele tradiționale de izolare, precum polipropilena expandată și vata minerală, sunt disponibile de obicei sub formă de panouri. Cu toate acestea, izolațiile prin suflare și cele în vrac pentru pardoseli și acoperișuri sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă.
Un exemplu îl reprezintă un material de izolare și de nivelare realizat din așchii de cânepă bitumizate. Pe lângă avantajele mecanice și de prelucrare, proprietățile termofizice ale unui material joacă, de asemenea, un rol decisiv în performanța acestuia. Conductivitatea termică determină cât de eficient este transportată sau reținută căldura de către izolație, ceea ce este important pentru eficiența energetică și confortul locativ. În plus, capacitatea termică specifică indică cantitatea de căldură pe care materialul o poate stoca și elibera în timp. Prin urmare, înțelegerea precisă a acestor proprietăți este esențială pentru proiectarea optimă a structurii pardoselii și pentru îndeplinirea fiabilă a cerințelor de fizică a clădirilor.
Metodă
Multe sisteme de măsurare întâmpină dificultăți în caracterizarea proprietăților termofizice ale materialelor în vrac, precum conductivitatea termică și capacitatea termică specifică. Una dintre provocări o reprezintă forma materialului, iar alta – gradul său relativ ridicat de neomogenitate.
Conductivitatea termică a materialelor izolante poate fi determinată rapid și precis folosind metoda HFM (debitmetru termic). În această metodă, o probă, de obicei solidă, este plasată între plăci calde și reci, fiecare menținută la o temperatură specifică. Fluxul termic rezultat este măsurat cu ajutorul unor senzori de flux termic. Pe baza grosimii probei și a factorilor de calibrare stabiliți anterior, conductivitatea termică a probei este determinată la diferite puncte de temperatură. Figura 1 prezintă un profil tipic de temperatură, inclusiv conductivitatea termică.
La fel ca materialele izolante sub formă de panouri, materialele izolante vrac sunt măsurate într-un cadru cu o bază subțire. Baza este atât de subțire încât rezistența sa termică poate fi considerată neglijabilă. Cadrul se află în afara zonei de măsurare, astfel încât să nu influențeze măsurarea.
Metoda DSC (calorimetria diferențială de scanare) este cea mai frecvent utilizată pentru determinarea capacității termice specifice. Cu toate acestea, dimensiunea probei este relativ small ă, având un diametru de aproximativ 4 mm și o grosime de doar 1 mm pentru materialele izolante. În plus, măsurătorile precise necesită o greutate inițială mare și un contact bun între probă și creuzet. Acești trei factori fac ca măsurarea capacității termice specifice a izolației vrac folosind metoda DSC să fie impracticabilă și dificilă. Metoda HFM oferă soluția potrivită pentru acest tip de probă. Metoda HFM poate analiza un volum de large (de exemplu, câțiva litri). Acest lucru face ca măsurătoarea să fie mai reprezentativă. În plus, metoda HFM se desfășoară în regim staționar. La determinarea capacității termice specifice, contactul dintre plăci și probă este mai puțin critic decât în cazul unei măsurători DSC. Pentru determinareaCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp, ambele plăci sunt menținute la aceeași temperatură (ΔT zero) până când fluxul de căldură ajunge la zero. Apoi, se inițiază o creștere bruscă a temperaturii de 10 K, de exemplu, pentru ambele plăci, iar sistemului i se permite să atingă temperatura finală până când fluxul de căldură revine la zero. Cantitatea de căldură adăugată atunci când temperatura se modifică poate fi utilizată pentru a măsura capacitatea termică specifică a probei. Figura 2 prezintă profilul de temperatură al acestei măsurători. Aici,Qupper reprezintă fluxul termic prin senzorul de pe placa superioară,Qlower reprezintă fluxul termic prin senzorul de pe placa inferioară, iarQtotal reprezintă suma fluxurilor termice de la ambii senzori. Aria de subQtotal este utilizată pentru a calcula capacitatea termică specifică.
Experimental
Materialele izolante utilizate pentru măsurătorile HFM sunt furnizate, de obicei, sub formă de panouri. Cu toate acestea, aceste materiale sunt adesea disponibile și sub formă de materiale vrac, cum ar fi materialul izolant pe bază de așchii de cânepă bituminizate analizat în prezenta lucrare (a se vedea figura 3).
Se pot determina, de asemenea, conductivitatea termică și capacitatea termică specifică a acestor materiale. Pentru a determina conductivitatea termică, materialul în vrac este așezat într-un cadru. Acest cadru se află în afara zonei de măsurare și, prin urmare, influența sa asupra măsurătorii este neglijabilă.
În plus, densitatea poate fi determinată pe baza geometriei definite. Densitatea sau compactarea materialului influențează semnificativ conductivitatea termică și, în cazul materialelor izolante în general, ar trebui întotdeauna înregistrată împreună cu rezultatele pentru a permite compararea. În cazul capacității termice specifice, însă, un cadru poate avea o influență semnificativă asupra măsurătorii datorită masei sale, care este, de asemenea, încălzită în timpul măsurării etapizate. Din acest motiv, materialul în vrac este plasat într-o pungă de plastic foarte subțire. Masa pungii de plastic este de multe ori mai mică decât masa probei și, prin urmare, este neglijabilă. Celelalte condiții de măsurare sunt rezumate în Tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții de măsurare pentru conductivitatea termică și capacitatea termică specifică a materialului de umplere izolant din așchii de cânepă bituminizate
| Conductivitatea termică | Capacitatea termică specifică | |
| Mijloace auxiliare | Cadru | Pungă de plastic |
| Densitatea în timpul măsurării | ~ 178 kg/m³ | n.d. |
| Introducerea probei | ~ 693 g | ~ 693 g |
| Program de temperatură | 20 °C + 35 °C, ΔT = 20 K | 20 °C + 35 °C, ΔT = 15 K |
Rezultate
Așa cum se ilustrează în Figura 4, rezultatele demonstrează conductivitatea termică și capacitatea calorică specifică a resturilor de cânepă bituminizate atunci când sunt utilizate ca material vrac. Conductivitatea termică a umpluturii izolante din resturi de cânepă bituminizate crește ușor odată cu creșterea temperaturii, ceea ce este în concordanță cu comportamentul termic tipic al materialelor izolante. Capacitatea termică specifică se încadrează constant în intervalul de aproximativ 1.500 până la 1.630 J/(g·K) în ambele măsurători repetate (Testul 1 și Testul 2), prezentând o ușoară creștere odată cu creșterea temperaturii. Valorile determinate pentru aceste materiale se încadrează în intervalul tipic și preconizat pentru materialele izolante vrac pe bază biologică, bituminizate. În ansamblu, măsurătorile confirmă conductivitatea termică moderată, tipică pentru izolațiile vrac din fibre naturale, combinată cu o bună capacitate de stocare termică.
Rezumat
Măsurătorile de față demonstrează că HFM 706 Lambda Medium permite determinarea precisă și practică a proprietăților termofizice ale materialelor izolante dificil de măsurat, cum ar fi așchii de cânepă bituminizate. Spre deosebire de metoda DSC, small a cărei dimensiune a probei este nepotrivită pentru materiale vrac neomogene, metoda HFM, cu volumul său de probă large, permite, de asemenea, o măsurare reprezentativă și reproductibilă a capacității termice specifice. Această metodă de măsurare în regim staționar oferă rezultate consistente pentru conductivitatea termică (0,0547 până la 0,0584 W/(m·K)) și a capacității termice specifice (1.500 până la 1.630 J/(g·K)) în funcție de temperatură, care sunt în concordanță cu valorile așteptate pentru materialele izolante de origine biologică. Astfel, HFM 706 se dovedește a fi o alternativă fiabilă la metodele convenționale de testare – în special pentru materialele vrac – pentru determinarea cu precizie a parametrilor relevanți pentru fizica clădirilor.