Giriş
NETZSCH HFM 436 serisi cihazlar (şekil 1) için kullanıcıların yüksek basınç yüklerine maruz kalan numuneler üzerinde ısı akış ölçer testleri yapmalarını sağlayan yeni bir seçenek mevcuttur; bu özellik, ısı yalıtımları ile ilgili Ar-Ge programlarının olanaklarını genişletmektedir.
Kullanıcılar, farklı sıkıştırma seviyeleri elde etmek için numune üzerindeki plaka basıncını değiştirerek, yoğunluğun bir fonksiyonu olarak Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik eğrileri oluşturabilir ve ısı yalıtım ürünlerindeki farklı ısı taşıma süreçlerinin göreceli gücü hakkında bilgi verebilir.
Bu Uygulama Notu, termal iletkenliğin yoğunluğa fonksiyonel bağımlılığı için analitik bir ifade türetmek amacıyla lifli bir cam yalıtım malzemesindeki üç baskın ısı taşıma mekanizmasının bir analizini sunmaktadır; analitik modelin tahminleri, güncellenmiş HFM 436 Lambda'da çeşitli yükler altında üretilen gerçek HFM test verileriyle karşılaştırılmıştır. En yüksekten en düşüğe 19:1'lik bir oranı kapsayan tüm YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk aralığında mükemmel bir uyum gözlemlenmiştir.
Yalıtım Malzemelerinde Çok Modlu Isı Transferi
Günümüzün enerji bilincine sahip dünyasında, enerji tasarrufu önlemlerinin önemi sürekli olarak hatırlatılmaktadır - bunlardan biri de yüksek kaliteli yalıtım ile binaların termal performansını artırmaktır. Üreticilerin daha yüksek performanslı ısı yalıtımları geliştirmeye yönelik Ar-Ge çabaları, ilerlemelerini değerlendirmek için daha güçlü deneysel ve analitik araçların paralel gelişiminden büyük ölçüde yararlanmıştır. Bu uygulama notunda tartışılan yeni test yetenekleri, bu yönde atılmış bir başka adımı temsil etmektedir.
Bu mevcut çalışmada, yaygın olarak bina yalıtımı olarak kullanılan bir cam elyaf battaniyeden geçen ısı transferini analiz ediyoruz. Bu battaniye, içinde havanın hapsedildiği matrisi oluşturan uzun cam elyaflardan oluşan bir yumaktır.
Hava yoluyla iletim:
Orta sıcaklıklarda, yalıtım boyunca ısı transferinin önemli bir kısmı, yoğunluktan bağımsız olan hava yoluyla iletim yoluyla gerçekleşir. Bu ısı transfer modu, sabit bir hava iletkenliği λhava ile Fourier denklemi tarafından yönetilir.
Cam elyaflar aracılığıyla iletim:
Cam elyaflar aracılığıyla ısı transferi de Fourier denklemi tarafından yönetilir, ancak bu durumda, karşılık gelen Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik glass yoğunluğun bir fonksiyonudur ρ. İletken yollar kabaca yoğunlukla orantılı olarak artar:
λglass = B∙ρ
b bir sabit olmak üzere.
Radyasyon:
Radyatif ısı transferi modu için, cam elyaf örtü genellikle dalga boyundan bağımsız optik özelliklere sahip emici, yayıcı, katılımcı ve optik olarak kalın bir ortam olarak kabul edilir. Bu varsayımlarla, ışınımsal ısı transferi şu şekilde türetilir:
qradiative = -λrad dT/dx
Bu denklem Fourier yasasına benzemektedir ve λrad'ın genellikle radyatif Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik olarak adlandırılmasının nedeni de budur. Battaniye ne kadar yoğun olursa, birim hacim başına düşen cam elyafı sayısı o kadar artar, bu da daha fazla saçılmaya ve ışınımsal transferin azalmasına neden olur.
Böylece radyatif akı, YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk ile ters orantılı bir oranda azalır:
λrad = C/ρ
c bir sabit olmak üzere.
Battaniye boyunca aktarılan toplam ısı, bu üç farklı modun toplamıdır. Etkin ısı iletkenliği daha sonra şu şekilde türetilir:
λtoplam = λhava + B∙ρ + C/ρ
Bu son denklem, toplam iletkenlik ile cam elyaf örtünün yoğunluğu arasındaki ilişkiyi üç bilinmeyen parametre ile temsil eder: λhava, B ve C.
Değişken Yük Özelliği ile HFM 436 Fiberglas Battaniye Ölçümleri
240 mm kalınlığında fiberglas yalıtım örtüsünden başlayarak, 300 mm'ye 300 mm'lik kare kesitler kesilmiş ve çeşitli yüksekliklerde istiflenmiştir. Farklı yoğunluktaki Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik ölçümleri, plaka basıncı yoluyla kalınlık değiştirilerek gerçekleştirilmiştir. HFM 436/3'ün 100 mm'lik maksimum açıklığını aşan fiberglas yığınları için, HFM'ye yerleştirilmeden önce sert plakalarla ön sıkıştırma yapılmıştır. Tüm ölçümler oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Cihaz, 25 mm kalınlığında bir NIST 1450d fiberglas levha standardı ile calibrated ve plaka sıcaklık farkı 20 K idi.
Sonuçlar ve Tartışmalar
Ölçümlerin sonuçları tablo 1 ve şekil 2'de sunulmuştur.
Tablo 1: Oda sıcaklığında bir HFM aparatında çeşitli basınç yükü ayarlarına tabi tutulan bir cam elyaf numunesi için yoğunluğa karşı Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik
Kalınlık (mm) | HFM Yığın Basıncı | YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. Yoğunluk (kg/m³) | İletkenlik (W/m*K) | |
|---|---|---|---|---|
(PSI) | (kPa) | |||
| 100.0 | 0.00 | 0.03 | 8.6 | 0.0472 |
| 75.3 | 0.00 | 0.03 | 11.4 | 0.0418 |
| 50.1 | 0.00 | 0.03 | 12.6 | 0.0394 |
| 50.3 | 0.03 | 0.19 | 17.1 | 0.0369 |
| 50.4 | 0.05 | 0.35 | 30.2 | 0.0333 |
| 24.7 | 0.10 | 0.68 | 34.8 | 0.0325 |
| 17.3 | 0.22 | 1.51 | 49.6 | 0.0318 |
| 49.1 | 0.12 | 0.85 | 52.6 | 0.0317 |
| 50.0 | 0.67 | 4.63 | 87.1 | 0.0317 |
| 50.1 | 1.58 | 10.9 | 125 | 0.0325 |
| 38.2 | 3.09 | 21.3 | 164 | 0.0330 |
Mavi eğri, veri noktalarının en küçük kareler yöntemiyle toplam iletkenlik modeline uydurulmasıyla elde edilmiştir. Yukarıda sunulan modelin cam elyaf battaniyeden geçen ısı akış sürecinin yeterli bir formülasyonu olduğu sonucuna varılabilir. Kesikli eğriler beklenen her bir transfer modunu temsil etmektedir. Sonuçlar, yaklaşık 50-80 Kg/m3 YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk aralığında, cam elyafından kaynaklanan iletkenliğin radyatif iletkenliğe eşit olduğu yoğunluğun yakınında, termal iletkenlikte geniş bir minimum olduğunu göstermektedir. Bu bilgi, üreticiler tarafından cam elyaf içeriğini ve dolayısıyla maliyeti en aza indirerek ürün performanslarını optimize etmek için kullanılabilir. Örneğin optimum YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk muhtemelen minimum iletkenliğin düşük YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk tarafında yer alacaktır.
Sonuç
Değişken yük özelliği ile böyle bir çalışma yapmak çok uygundur. Titiz bir istatistiksel analiz kesinlikle daha fazla veri noktası gerektirir, bu da HFM 436 Lambda ile kolayca elde edilebilir. Eksiksiz bir test, çeşitli yükler ve sıcaklıklarla kolayca programlanabilir. Bu uygulama, taş (mineral) veya cüruf yünü gibi diğer gözenekli yalıtım malzemelerini de kapsar.