Введение
Тепловые характеристики жестких строительных материалов с высокой теплопроводностью (меньшим термическим сопротивлением), таких как пиломатериалы, гипсокартон, бетон, камень и другие кладочные изделия, могут быть измерены с помощью приборов HFM и GHP (рис. 1 и 2). Эти методы являются стандартизированными методами испытаний, и их применение (изоляция и строительные материалы) тесно связано, например, со следующими стандартами:
- ISO 8301:1991: Thermal insulation - Determination of steady-state thermal resistance and related properties - Heat flow meter appratus.
- ISO 8302:1991: Тепловая изоляция - Определение стационарного термического сопротивления и связанных с ним свойств - Аппарат с защитной горячей пластиной.
- ASTM C518: Стандартный метод испытания для измерения теплового потока в установившемся режиме и свойств теплопередачи с помощью прибора для измерения теплового потока.
- ASTM C177: Стандартный метод испытания для измерения теплового потока в установившемся режиме и свойств теплопередачи с помощью прибора с защитной горячей плитой.
- DIN EN 12667/12939:2001: Тепловые характеристики строительных материалов и изделий - Определение термического сопротивления методами защитной горячей пластины и измерителя теплового потока - (толстые) изделия с высоким и medium термическим сопротивлением.
- DIN EN 13163:2001: Теплоизоляционные изделия для зданий - Изделия заводского изготовления из пенополистирола (EPS) - Спецификация.
При использовании абсолютного метода GHP достигается точность ±2%.libraМетод HFM требует настройки прибора. В зависимости от эталонного материала может быть достигнута точность ±2%.
Как работать с жесткими образцами с шероховатой поверхностью
Однако оба метода могут потребовать тщательной подготовки образцов и специальных методик для точного измерения температуры поверхности. Вышеупомянутые материалы (например, бетон) могут иметь шероховатые поверхности, и подготовка термовысокоплотных и параллельных поверхностей может быть затруднена. В результате в воздушных зазорах между пластинами прибора и поверхностью образца может возникать значительное термическое сопротивление (падение температуры). Если это термическое сопротивление становится значительным по сравнению с термическим сопротивлением образца, температурные датчики, установленные на поверхности пластины, больше не могут использоваться для измерения разницы температур на образце. Один из методов заключается в установке дополнительных термопар диаметром small на поверхности образца и размещении между пластинами и поверхностью образца совместимого интерфейсного листа, например, из силиконовой резины, как показано на рисунке 3 ниже.
Параметры измерения
В рамках данного исследования три пары бетонных образцов (305 мм на 305 мм и толщиной около 50 мм) были испытаны методом GHP (двусторонний), а затем каждый из шести образцов был испытан методом HFM. Для каждого метода использовались термопары, установленные на поверхности образца, и силиконовые резиновые интерфейсные листы толщиной около 2 мм.libraДля HFM 436 использовалась стекловолоконная плита NIST 1450b (Standard Reference Material®) толщиной 25 мм. Измерение температуры осуществлялось путем подключения термопар образца к каналам сбора данных, используемым для термопар пластин, а затем автоматическая настройка смещения в программном обеспечении позволяла регулировать температуру пластин во время испытания для получения заданной разницы температур образцов. Параметры равновесия были установлены на 1% (грубое) и 0,1% (тонкое). Испытания проводились при комнатной температуре (средняя температура образца, см. таблицу 1). Разница температур между двумя пластинами GHP составляла примерно 26 К, а разница температур по образцу - 12 К. Для HFM разница температур пластин составляла примерно 18 К при 8 К по образцу.
Результаты испытаний
Результаты представлены в таблице 1. Теплопроводность 1,8 Вт/(м.К) для образца бетона C с более высокой плотностью значительно выше по сравнению с 1,2-1,3 Вт/(м.К) для A и B, как и ожидалось. Согласие между методами достаточно хорошее, особенно учитывая низкое тепловое сопротивление образцов и несовершенные поверхности. Среднее значение теплопроводности, измеренное методом HFM для отдельных образцов, варьируется от 4,1% ниже до 2,4% выше по сравнению с измерением GHP для обоих образцов.
Таблица 1: Измерения теплопроводности бетона с помощью GHP и HFM
Образец | Толщина (мм) | Плотность (кг/м3) | Средняя температура (°C) | Тепловая теплопроводность (Вт/(м.К)) | Тепловое сопротивление (м.К/Вт) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 (авг., HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Вариации | -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 (среднее значение, HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Вариация | -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 (среднее значение, HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Вариация | 2.4% | ||||
Заключение
Оба метода, абсолютный GHP и относительный HFM, пригодны для определения теплопроводности и термического сопротивления жестких и высокотеплопроводных (>1 Вт/(м.К)) строительных материалов - даже с шероховатой поверхностью. Было показано, что точные измерения температуры поверхности могут быть достигнуты при использовании дополнительных термопар и совместимых листов между пластинами и образцом. Отклонение small между результатами испытаний GHP и HFM уже свидетельствует о высокой эффективности обоих методов.