Inledning
Traditionella isoleringsmaterial, såsom expanderad polypropen och stenull, finns vanligtvis i panelform. Dock används även inblåsningsisolering och lösfyllnadsisolering för golv och tak i stor utsträckning.
Ett exempel är ett isolerings- och utjämningsmaterial tillverkat av bituminiserade hampstrån. Förutom mekaniska och bearbetningsmässiga fördelar spelar materialets termofysiska egenskaper också en avgörande roll för dess prestanda. Värmeledningsförmågan avgör hur effektivt värme transporteras genom eller hålls kvar i isoleringen, vilket är viktigt för energieffektivitet och boendekomfort. Dessutom anger den specifika värmekapaciteten hur mycket värme materialet kan lagra och avge över tid. Därför är en noggrann förståelse av dessa egenskaper avgörande för att kunna utforma golvkonstruktionen på ett optimalt sätt och på ett tillförlitligt sätt uppfylla byggfysiska krav.
Metod
Många mätsystem har svårt att bestämma de termofysiska egenskaperna hos bulkmaterial, såsom Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet. En utmaning är materialets form, och en annan är dess relativt höga grad av inhomogenitet.
Värmeledningsförmågan hos isoleringsmaterial kan bestämmas snabbt och precist med hjälp av HFM-metoden (heat flow meter). I denna metod placeras ett prov, vanligtvis fast, mellan heta och kalla plattor, som var och en hålls vid en specifik temperatur. Det resulterande värmeflödet mäts med hjälp av värmeflödessensorer. Utifrån provets tjocklek och tidigare fastställda kalibreringsfaktorer bestäms provets Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga vid olika temperaturpunkter. Figur 1 visar en typisk temperaturprofil, inklusive värmeledningsförmågan.
Precis som panelformade isoleringsmaterial mäts lösa, skütt isoleringsmaterial i en ram med en tunn botten. Botten är så tunn att dess värmemotstånd kan betraktas som försumbar. Ramen befinner sig utanför mätområdet så att den inte påverkar mätningen.
DSC-metoden (differential scanning calorimetry) används oftast för att bestämma den specifika värmekapaciteten. Provstorleken är dock relativt l small, med en diameter på cirka 4 mm och en tjocklek på endast 1 mm för isoleringsmaterial. Dessutom kräver exakta mätningar en hög utgångsvikt och god kontakt mellan provet och degeln. Dessa tre faktorer gör det opraktiskt och svårt att mäta den specifika värmekapaciteten hos lösfyllnadsisolering med DSC-metoden. HFM erbjuder den rätta lösningen för denna typ av prov. HFM kan analysera en large volym (t.ex. flera liter). Detta gör mätningen mer representativ. Dessutom är HFM-metoden en steady-state-metod. Vid bestämning av den specifika värmekapaciteten är kontakten mellan plattorna och provet mindre kritisk än vid en DSC-mätning. För bestämningenav Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp hålls båda plattorna vid samma temperatur (noll ΔT) tills värmeflödet är noll. Därefter initieras exempelvis ett temperaturhopp på 10 K för båda plattorna, och systemet får nå slutlig temperatur tills värmeflödet åter är noll. Den mängd värme som tillförs när temperaturen förändras kan användas för att mäta provets specifika värmekapacitet. Figur 2 visar temperaturprofilen för denna mätning. Här ärQupper värmeflödet genom sensorn på den övre plattan,Qlower är värmeflödet genom sensorn på den undre plattan ochQtotal är summan av värmeflödena från båda sensorerna. Arean underQtotal används för att beräkna den specifika värmekapaciteten.
Experimentell
Isoleringsmaterial som används för HFM-mätningar levereras vanligtvis i form av paneler. Dessa material finns dock ofta även som bulkmaterial, till exempel det här undersökta isoleringsmaterialet baserat på bituminiserade hampstrån (se figur 3).
Värmeledningsförmågan och den specifika värmekapaciteten hos dessa material kan också bestämmas. För att bestämma värmeledningsförmågan placeras materialet i en ram. Denna ram är placerad utanför mätområdet och kan därför försummas under mätningen.
Dessutom kan densiteten bestämmas utifrån den definierade geometrin. Materialets TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet eller kompaktering påverkar värmeledningsförmågan avsevärt och bör, när det gäller isoleringsmaterial i allmänhet, alltid registreras tillsammans med resultaten för att möjliggöra jämförelser. När det gäller den specifika värmekapaciteten kan dock ramen ha en icke-försumbar inverkan på mätningen på grund av sin massa, som också värms upp under den stegvisa mätningen. Av denna anledning placeras bulkmaterialet i en mycket tunn plastpåse. Plastpåsens massa är många gånger mindre än provets massa och kan därför försummas. De övriga mätförhållandena sammanfattas i tabell 1.
Tabell 1: Mätförhållanden för Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet hos isoleringsfyllningen av bitmuniserade hampaskivor
| Värmeledningsförmåga | Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.Specifik värmekapacitet | |
| Hjälpmedel | Ram | Plastpåse |
| Densitet under mätningen | ~ 178 kg/m³ | k.A. |
| Provmängd | ~ 693 g | ~ 693 g |
| Temperaturprogram | 20 °C + 35 °C, ΔT = 20 K | 20 °C + 35 °C, ΔT = 15 K |
Resultat
Som framgår av figur 4 visar resultaten värmeledningsförmågan och den specifika värmekapaciteten hos bituminiserade hampstrån när de används som fyllnadsmaterial. Värmeledningsförmågan hos isoleringsfyllningen av bituminiserade hampstrån ökar något med stigande temperatur, vilket stämmer överens med det typiska temperaturbeteendet hos isoleringsmaterial. Den specifika värmekapaciteten ligger genomgående inom intervallet cirka 1 500 till 1 630 J/(g·K) vid båda upprepade mätningarna (test 1 och test 2) och uppvisar en svag ökning med stigande temperatur. De värden som fastställts för dessa material ligger inom det typiska och förväntade intervallet för biobaserade, bituminiserade isoleringsmaterial för lösfyllning. Sammantaget bekräftar mätningarna den måttliga värmeledningsförmågan som är typisk för isolering av naturfibrer för lösfyllning, i kombination med god värmelagringsförmåga.
Sammanfattning
De aktuella mätningarna visar att HFM 706 Lambda Medium metoden möjliggör en exakt och praktisk bestämning av de termofysiska egenskaperna hos isoleringsmaterial som är svåra att mäta, såsom bituminiserade hampskivor. Till skillnad från DSC-metoden, small vars provstorlek är olämplig för inhomogena bulkmaterial, möjliggör HFM, med sin large provvolym, även en representativ och reproducerbar mätning av den specifika värmekapaciteten. Denna mätmetod i stationärt tillstånd ger konsistenta resultat för värmeledningsförmågan (0,0547 till 0,0584 W/(m·K)) och den specifika värmekapaciteten (1 500 till 1 630 J/(g·K)) som en funktion av temperaturen, vilka stämmer väl överens med de värden som förväntas för biobaserade isoleringsmaterial. HFM 706 visar sig därmed vara ett tillförlitligt alternativ till konventionella testmetoder – särskilt för bulkmaterial – för att på ett tillförlitligt sätt bestämma parametrar som är relevanta för byggnadsfysik.