Giriş
Mineral yün veya polimer köpükler gibi bilinen yalıtım malzemeleri, binaların ısı yalıtımı için gerekli U-değerini karşılamak üzere genellikle yüksek kalınlıkta (birkaç santimetre) üretilir. Isı iletkenliğinin (λ) belirlenmesi için uygun bir ölçüm cihazı HFM 446 Lambda Medium (Şekil 1). Bununla birlikte, yalıtım malzemeleri başka kalınlıklarda başka alanlarda da uygulanır, örneğin zeminlerin ısı ve ses yalıtımında. Bu tür yalıtım malzemelerinin kalınlığı genellikle sadece birkaç milimetredir. Aşağıdaki ölçümler, bu tür ince malzemelerin HFM 446 Lambda Medium ile nasıl başarılı bir şekilde incelenebileceğini göstermektedir.
U-Değeri
U-değeri, bir birimin sıcak ve soğuk tarafı arasındaki sıcaklık gradyanına bağlı olarak bir bileşenden geçen ısı akışını yansıtır [W/(m2-K)]. Birim, 1 K'lik bir sıcaklık farkı nedeniyle 1 metrekareden akan enerjiyi tanımlar. Bu değer, bir bileşenin yalıtım özelliklerini karakterize eder; bu, pratikte U değeri ne kadar düşükse, yalıtım etkisinin o kadar iyi olduğu anlamına gelir. U-değeri ne kadar yüksekse, yalıtım etkisi o kadar zayıftır. Bu durumda bina soğuk kış günlerinde daha fazla ısı kaybeder.
Ölçüm Yöntemi
Ölçülecek bir malzeme ile iki plaka arasında bir sıcaklık gradyanı tanımlanır. Plakalardaki iki yüksek hassasiyetli ısı akışı sensörü aracılığıyla, sırasıyla malzemenin içine ve dışına olan ısı akışı ölçülür. Sistem dengeye ulaştığında ve ısı akışı sabit olduğunda, Fourier denklemi ve ölçüm alanı ve numunenin kalınlığı bilgisi yardımıyla 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 hesaplanabilir (bkz. şematik şekil 2).
λ Termal iletkenlik [W/(m∙K)]
d Kalınlık [mm]
R = d/ λ Termal direnç [m2∙K/W]
U = 1/R Isı transfer katsayısı [W/(m2∙K)]
Ölçüm Koşulları
Kalınlığı 4 mm olan bir doğal elyaf yalıtım levhası incelenmiştir. Bu tür ince numunelerin ısıl direnci (R = d/λ) ölçüm için bir zorluk teşkil etmektedir. Isıl direnci yaklaşık 0,5 m²∙K/W'dan düşük olan numuneler standart ölçüm olarak HFM ile ölçülemez (DIN EN 12667). Plakalar ve numune arasındakiTemas DirenciTermodinamiğin ikinci yasasına göre, iki sistem arasındaki ısı transferi her zaman daha yüksek sıcaklıklardan daha düşük sıcaklıklara doğru hareket eder. Örneğin bir binanın duvarından ısı iletimi yoluyla aktarılan termal enerji miktarı, beton duvarın ve yalıtım katmanının termal dirençlerinden etkilenir. temas direnci artık ihmal edilebilir değildir ve sonucu etkileyecektir. Düşük termal direnç sorununun üstesinden gelmek için iki farklı yaklaşımla ölçümler gerçekleştirilmiştir:
- DIN EN 12667'de belirtilen numunelerin istiflenmesi
- Termal direnci <0,5m2∙K/Wolan numuneler için DIN EN 12664'te açıklanan ek harici termokupl ve arayüz katmanları (=enstrümantasyon kiti) ile bir numunenin ölçümü.
Ölçümler ortalama 25°C numune sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Plakalar arasındaki sıcaklık farkı 20 K idi. Numune üzerindeki basınç yaklaşık 2 kPa idi.
Örneklerin İstiflenmesi
Şekil 3, istiflenmiş numunelerin (1 ila 8 katman) toplam kalınlığına karşı termal iletkenliği göstermektedir. Ölçüm verileri tablo 1'de özetlenmiştir.
Düşük kalınlık aralığında, 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 kalınlığa bir bağımlılık gösterir. Numune ve HFM plakaları arasındakiTemas DirenciTermodinamiğin ikinci yasasına göre, iki sistem arasındaki ısı transferi her zaman daha yüksek sıcaklıklardan daha düşük sıcaklıklara doğru hareket eder. Örneğin bir binanın duvarından ısı iletimi yoluyla aktarılan termal enerji miktarı, beton duvarın ve yalıtım katmanının termal dirençlerinden etkilenir. temas direnci sonucu etkilemektedir (termal iletkenliğin azalması).
Kalınlık 20 ila 24 mm'den (5 ila 6 katman) daha yüksek olduğunda, 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 sabittir ve artık kalınlığa bağlı değildir. Bu, temas direncinin ihmal edilebilir olduğu ve ölçümlerin güvenilir kabul edilebileceği bölgedir. Numunenin termal direnci yaklaşık 0,5 (m²∙K)/W'den yüksektir.
Tablo 1: 4 mm kalınlığında naterual yalıtım elyaf levhasının istiflenmiş numunelerinin ölçüm sonuçları
Katman Sayısı | Kalınlık [mm] | [W/(m∙K)] | Termal Direnç [(m2∙K)/W] |
|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0.04214 | 0.0958 |
| 2 | 8 | 0.04447 | 0.1812 |
| 3 | 12 | 0.04565 | 0.2582 |
| 4 | 16 | 0.04697 | 0.3387 |
| 5 | 20 | 0.04745 | 0.4214 |
| 6 | 24 | 0.04779 | 0.5021 |
| 7 | 28 | 0.04749 | 0.5906 |
| 8 | 32 | 0.04734 | 0.6757 |
* tüm sonuçlar ± %3
Şekil 4 (kalınlığa göre termal direnç), istiflenmiş numunelerle yapılan ölçümlerin güvenilir olduğunu doğrulamaktadır. Termal direnç artan kalınlıkla birlikte doğrusal olarak artmaktadır. Doğrusal eğilim çizgisi 0,99972'lik bir R² uyumu verir ve eğim 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 için bir göstergedir (eğim m = R/d = 1/λ → λ = 0,04855 W/(m∙K)). Bu değer, ~20 mm'den daha yüksek kalınlığa sahip istiflenmiş numunenin ölçüm sonuçlarıyla iyi bir uyum içindedir; bkz. tablo 1.
Enstrümantasyon Kiti
Düşük termal dirençli numuneler için, enstrümantasyon kiti (= harici termokupllar ve arayüz katmanları) ile yapılan ölçümler de iyi bir çözüm olabilir. Temas direnci sorunu, yüzey sıcaklığının doğrudan ölçülmesiyle çözülür. Sert numuneler için enstrümantasyon kiti iyi bir seçimdir. 4 mm kalınlığındaki doğal elyaf yalıtım levhası tamamen sert olmayıp hala esnek olduğundan, başka bir belirsizlik kaynağı daha mevcuttur. Harici termokupllar numunenin yüzeyine nüfuz edebilir.
Bu nedenle, kalınlık (= harici termokupllar arasındaki mesafe) tam olarak bilinmemektedir. Sadece 4 mm'lik düşük kalınlık nedeniyle, düşük bir penetrasyon seviyesi bile sonuçta yüksek bir sapmaya neden olabilir (kalınlıktaki bağıl hata, termal iletkenlikte de aynı bağıl hataya neden olur).
Tablo 2, enstrümantasyon kiti ile yapılan bir ölçümün sonuçlarını göstermektedir. Enstrümantasyon kiti ile bir katmanın ölçümü, istiflenmiş numunelerden elde edilen sonuçlardan yaklaşık %10 daha yüksek bir değer üretmektedir. Termal iletkenlik değerindeki bu %10'luk artış büyük olasılıkla harici termokuplun (her bir tarafta 200 μm) nüfuz etmesi nedeniyle %10 oranında hatalı olan kalınlık değerinden kaynaklanmaktadır. Bu durum, enstrümantasyon kiti ile 1 ve 2 katmanların ölçülmesi ve ayarlanmış kalınlık ile termal iletkenliğin hesaplanmasıyla doğrulanmıştır (= kalınlık eksi 2 x 200 μm). Ayarlanmış kalınlık ile 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, istiflenmiş numunelerle yapılan ölçümlerden elde edilen değerlerle iyi bir uyum içindedir.
Tablo 2: 4 mm kalınlığındaki doğal elyaf yalıtım levhasının enstrümantasyon kiti ile ölçüm sonuçları
Katman Sayısı | Kalınlık [mm] | [W/(m-K)] | Düzeltilmiş Kalınlık [mm] | Düzeltilmiş Kalınlık [W/(m∙K)] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0.05281 | 3.6 | 0.04753 |
| 2 | 8 | 0.05071 | 7.6 | 0.04817 |
Özet
İnce ve esnek yalıtım malzemelerinin ısıl iletkenliği, malzemenin birkaç katmanı yeterli kalınlığa kadar istiflenerek HFM 446 Lambda Medium ile ölçülebilir. Esnek numunelerde harici termokupl enstrümantasyon kiti) ile ölçüm, termokuplların numune yüzeyine olası penetrasyonu nedeniyle yanlış şişirilmiş termal iletkenlik değerleriyle sonuçlanabilir.