Giriş
Kereste, alçıpan, beton, taş ve diğer duvar ürünleri gibi sert ve daha yüksek termal iletkenliğe sahip (daha düşük termal direnç) yapı malzemelerinin termal performansı HFM ve GHP cihazları kullanılarak ölçülebilir (Şekil 1 ve 2). Bu yöntemler standartlaştırılmış test teknikleridir ve uygulama (yalıtım ve yapı malzemeleri) örneğin aşağıdaki standartlarla güçlü bir şekilde bağlantılıdır:
- ISO 8301:1991: Isı yalıtımı - Kararlı durum ısıl direncinin ve ilgili özelliklerin belirlenmesi - Isı akış ölçer cihazı.
- ISO 8302:1991: Isı yalıtımı - Kararlı durum ısıl direncinin ve ilgili özelliklerin belirlenmesi - Korumalı sıcak plaka aparatı.
- ASTM C518: Isı akış ölçer aparatı ile kararlı durum ısı akısı ölçümleri ve termal iletim özellikleri için standart test yöntemi.
- ASTM C177: Korumalı sıcak plaka aparatı ile kararlı durum ısı akısı ölçümleri ve termal iletim özellikleri için standart test yöntemi.
- DIN EN 12667/12939:2001: Yapı malzemelerinin ve ürünlerinin ısıl performansı - Korumalı sıcak plaka ve ısı akış ölçer yöntemleri ile ısıl direncin belirlenmesi - (kalın) yüksek ve medium ısıl dirençli ürünler.
- DIN EN 13163:2001: Binalar için ısı yalıtım ürünleri - Fabrikada üretilen genleştirilmiş polistiren (EPS) ürünler - Özellikler.
Mutlak GHP yöntemi ile ±%2'lik bir doğruluk elde edilebilir. HFM yöntemi, cihazın bir calibration gerektirir. Referans malzemeye bağlı olarak ±%2'lik doğruluklar da elde edilebilir.
Pürüzlü Yüzeylere Sahip Sert Numuneler Nasıl İşlenir
Ancak her iki yöntem de doğru yüzey sıcaklığı ölçümleri için dikkatli numune hazırlama ve özel teknikler gerektirebilir. Yukarıda bahsedilen malzemeler (örneğin beton) pürüzlü yüzeylere sahip olabilir ve termik olarak yüksek sıcaklıkta ve paralel yüzeylerin hazırlanması zor olabilir. Sonuç olarak, cihaz plakaları ile numune yüzeyleri arasındaki hava boşluklarında önemli bir arayüz termal direnci (sıcaklık düşüşü) mevcut olabilir. Bu termal direnç numune termal direncine kıyasla önemli hale gelirse, plaka yüzeyine monte edilen sıcaklık sensörleri artık numune boyunca sıcaklık farkını ölçmek için kullanılamaz. Bir teknik, numune yüzeylerine ek small çaplı termokupllar monte etmek ve aşağıdaki şekil 3'te gösterildiği gibi plakalar ile numune yüzeyleri arasına silikon kauçuk gibi uyumlu bir arayüz tabakası yerleştirmektir.
Ölçüm Parametreleri
Bu çalışma için, üç çift beton numunesi (305 mm'ye 305 mm ve yaklaşık 50 mm kalınlığında) GHP yöntemi (çift taraflı) kullanılarak test edilmiş ve ardından altı numunenin her biri HFM yöntemi kullanılarak test edilmiştir. Her bir yöntem için numune yüzeyine monte edilmiş termokupllar ve yaklaşık 2 mm kalınlığında silikon kauçuk arayüz levhaları kullanılmıştır. HFM 436, 25 mm kalınlığında NIST 1450b (Standart Referans Malzemesi®) fiberglas levha kullanılarak calibrated edilmiştir. Sıcaklık ölçümü, numune termokupllarının plaka termokuplları için kullanılan veri toplama kanallarına takılmasıyla elde edildi ve ardından yazılımdaki otomatik off set ayarı, belirtilen numune sıcaklık farkını elde etmek için test sırasında plaka sıcaklıklarını ayarlayabildi. Denge parametreleri %1 (kaba) ve %0,1 (ince) olarak ayarlanmıştır. Testler oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir (ortalama numune sıcaklığı, bkz. Tablo 1). İki GHP plakası arasındaki sıcaklık farkı yaklaşık 26 K olup numune boyunca 12 K sıcaklık farkı vardı. HFM için, plaka sıcaklık farkı numune boyunca 8 K ile yaklaşık 18 K idi.
Test Sonuçları
Sonuçlar Tablo 1'de sunulmuştur. Daha yüksek yoğunluklu beton numunesi C için 1,8 W/(m.K) olan 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, beklendiği gibi A ve B için 1,2 - 1,3 W/(m.K) ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha yüksektir. Yöntemler arasındaki uyum, özellikle numunelerin düşük termal direnci ve kusurlu yüzeyler göz önüne alındığında oldukça iyidir. Her bir numune için HFM ile ölçülen termal iletkenliğin ortalaması, her iki numunenin GHP ölçümüne kıyasla %4,1 daha düşük ile %2,4 daha yüksek arasında değişmektedir.
Tablo 1: GHP ve HFM ile betonun ısıl iletkenlik ölçümleri
Örnek | Kalınlık (mm) | YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. Yoğunluk (Kg/m3) | Ortalama sıcaklık (°C) | Termal i̇LETKENLİK (W/(m.K)) | Termal dİRENÇ (m.K/W) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 (ort., HFM) | 52.6 | 1896 | 23.9 | 1.31 | 0.0404 |
| Varyasyon | -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 (ort., HFM) | 51.1 | 1909 | 24.0 | 1.22 | 0.0419 |
| Varyasyon | -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 (ort., HFM) | 51.4 | 2297 | 23.6 | 1.80 | 0.0286 |
| Varyasyon | 2.4% | ||||
Sonuç
Hem mutlak GHP hem de bağıl HFM yöntemi, sert ve daha yüksek termal iletkenliğe sahip (>1 W/(m.K)) yapı malzemelerinin termal iletkenliğini ve termal direncini - pürüzlü yüzeylerde bile - belirleyebilecek niteliktedir. Plakalar ve numune arasında ek termokupllar ve uyumlu levhalar kullanılarak doğru yüzey sıcaklığı ölçümlerinin elde edilebileceği gösterilmiştir. GHP ve HFM test sonuçları arasındaki small sapma, her iki yöntemin de yüksek performans kapasitesine işaret etmektedir.