جدول المحتويات
مبدأ وملاءمة طريقة مقياس التدفق الحراري
طريقة طريقة مقياس التدفق الحراري (HFM) تعتمد على المبدأ الأساسي لانتقال الحرارة عبر مادة ما. توضع عينة بين لوحين بدرجات حرارة محددة – أحدهما بسطح دافئ والآخر بسطح بارد (1). يؤدي الفرق في درجة الحرارة الناتج إلى تدفق الحرارة عبر العينة، والتي يتم قياسها بدقة باستخدام مستشعرات التدفق الحراري. يتم القياس الفعلي في ظروف ثابتة، حيث يتم الكشف عن تدفق حراري ثابت.
تضمن هذه الطريقة دقة قياس عالية مع انحرافات نموذجية أقل من 2% وهي مناسبة لمراقبة الجودة في عملية إنتاج ألواح العزل. يتم حساب الموصلية الحرارية النوعية (λ، تقاس بوحدة W/(m-K)) باستخدام معادلة فورييه:
\(
\lambda = \frac{Q \cdot d}{A \cdot \Delta T}
\)
حيث Q هو التدفق الحراري، وd هو سُمك العينة، وA هو مساحة العينة، وΔT هو فرق درجة الحرارة.
إجراء القياس بالتفصيل:
- يتم وضع العينة في جهاز القياس وملامستها من كلا الجانبين بواسطة اللوحين الساخن والبارد
- تقوم الألواح بتوليد ملف تعريف درجة حرارة محدد
- يتم تسجيل فرق درجة الحرارة والتدفق الحراري الناتج عن ذلك بواسطة مستشعرات التدفق الحراري
- تُحسب الموصلية الحرارية النوعية
- يتم اكتشاف سُمك العينة تلقائيًا بواسطة مستشعرات عالية الدقة
التطبيق في عملية إنتاج مواد العزل المختلفة
الصوف المعدني
يتميز الصوف المعدني بموصلية حرارية منخفضة وتباين واضح في الخواص. ويؤثر اتجاه الألياف تأثيرًا كبيرًا على التوصيل الحراري، ولهذا السبب يجب التحقق من صحة طريقة القياس لمواضع التركيب المختلفة (2). في مقياس التدفق الحراري، فإن
تحديات خاصة مع الصوف المعدني:
- يتطلب توجيه الألياف والمواد الرابطة معالجات مسبقة مثل المعالجة للحصول على قيم موثوقة
- يجب الالتزام بهندسة العينة وشروط الحدود بدقة
- يجب مراعاة تأثيرات تباين الخواص في اتجاه التدفق الحراري
رغوة البولي يوريثان
إن رغوة البولي يوريثان هي مادة عازلة عالية الأداء تتأثر الموصلية الحرارية فيها بشكل كبير بمعايير مختلفة مثل الكثافة وتكوين غاز الخلية والرطوبة والتقادم. تزداد الموصلية الحرارية قليلاً مع التقدم في العمر، حيث تنتشر الغازات داخل بنية الخلية (3).
العوامل الحرجة لرغوة البولي يوريثان البولي يوريثان:
- تأثيرات الشيخوخة بسبب تبادل الغازات في بنية الخلية
- الكثافة ومحتوى الرطوبة يؤثران بشكل كبير على نتائج القياس
- يضمن القياس في ظل ظروف قياسية (مثل متوسط درجة حرارة 10 درجات مئوية) إمكانية المقارنة
- يتم تسجيل السلوك على المدى الطويل باستخدام طرق موحدة وفقًا للمواصفة EN 13165
الأهمية بالنسبة لصناعة البناء والتشييد وكفاءة الطاقة
توفر طريقة مقياس التدفق الحراري مزايا حاسمة لصناعة البناء الحديثة في ضمان جودة مواد العزل. يتيح التطبيق أثناء العملية تحسين التحكم في الإنتاج. وهذا يساهم بشكل كبير في ضمان جودة المواد العازلة وتقليل خسائر الطاقة في المباني.
مزايا الصناعة:
طريقة طريقة HFM يعمل وفقًا للمعايير المعترف بها مثل EN 12667 وEN 13165 وASTM C518 وISO 8301. يمثل النظام بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لطرق القياس الأكثر تعقيدًا ويتميز بالدقة العالية مع انخفاض الصيانة وقصر فترات التوقف عن العمل. تدعم شهادة المطابقة الوصول إلى السوق وتعمل كدليل موثوق على الجودة.
التحديات الخاصة بالطريقة والسيطرة عليها
إن دقة طريقة مقياس التدفق الحراري هـ تعتمد إلى حد كبير على الإعداد الصحيح للعينة وتحقيقها. تعد أسطح العينة الموحدة والقياس الصحيح للسمك أمرًا بالغ الأهمية، حيث أن أخطاء القياس في سمك العينة لها تأثير مباشر على التوصيل الحراري المقاس (انظر أعلاه: معادلة فورييه)
نقاط التحكم الحرجة:
- تحضير العينة مع التوازي المستوي والكثافة المتجانسة
- تقليل تأثيرات الحواف إلى الحد الأدنى من خلال الالتزام الدقيق بحجم العينة
- يجب الوصول إلى توازن الحالة الثابتة قبل قراءة نتائج القياس
- تقليل مقاومة التلامس بين العينة ولوحات القياس
- ضمان تجانس مجال درجة الحرارة على منطقة العينة بأكملها
تستخدم أنظمة HFM الحديثة تقنية بلتيير للتسخين والتبريد، والتي تضمن انخفاض أوقات التعطل وتقلل من متطلبات الصيانة. وهذا يقلل من أوقات التعطل.
التحقق العلمي وقابلية المقارنة
تم إثبات موثوقية ودقة طريقة مقياس التدفق الحراري من خلال العديد من الدراسات العلمية. تُظهر القياسات المقارنة في شكل اختبارات روبن المستديرة انحرافات أقل من 2% بين المختبرات وأجهزة القياس المختلفة، مما يؤكد على قابلية الاستنساخ العالية وقابلية المقارنة للطريقة. تُظهر الاختبارات على العينات متباينة الخواص والرطبة مرونة الطريقة، كما أن الدراسات المقارنة مع طرق القياس الأخرى مثل اللوح الساخن المحمي تظهر ارتباطًا جيدًا. بالإضافة إلى ذلك، توثق الدراسات طويلة المدى ثبات النتائج وقابليتها للتكرار. ويجري باستمرار توسيع الأساس العلمي لطريقة HFM من خلال العمل البحثي الذي يتعامل مع تحديات مادية محددة وتحسين تقنية القياس. أثبتت هذه الطريقة أنها أداة موثوقة بشكل خاص لتحليل تأثيرات الرطوبة والتقادم.
الخاتمة
تعتبر عملية مقياس التدفق الحراري طريقة لا غنى عنها لمراقبة الجودة الحديثة للمواد العازلة. إن الجمع بين وقت القياس القصير الذي يستغرق عادةً 15 دقيقة، والدقة العالية مع انحراف أقل من 2٪ والاختبار غير المدمر يجعله الأداة المثالية لمراقبة إنتاج ألواح العزل المصنوعة من الصوف المعدني ورغوة البولي يوريثان PU، مما يتيح قياسات متوافقة مع المعايير لإصدار الشهادات وإثبات الجودة وتوفير نتائج موثقة علميًا وقابلة للتكرار. وفي الوقت نفسه، يوفر هذا الجهاز بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لطرق الاختبار الأكثر تعقيداً ويمكن استخدامه لمجموعة واسعة من أنواع العزل وسماكاته. في الوقت الذي تتسم فيه كفاءة الطاقة واستدامة
قائمة المصادر
(1) TEC-Science: طريقة مقياس التدفق الحراري لتحديد الموصلية الحرارية https://www.tec-science.com/de/thermodynamik-waermelehre/waerme/heat-flow-meter-verfahren-zur-bestimmung-der-warmeleitfahigkeit-hfm/
(2) PMC: تحديد الخواص الحرارية للصوف المعدني المطلوب لنمذجة سلوك الحريق والتطبيقات الإنشائية
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10488771/
(3) العزل عالي الأداء: مواد العزل الحراري المصنوعة من رغوة البولي يوريثان الصلبة https://highperformanceinsulation.eu/wp-content/uploads/2016/08/Thermal_insulation_materials_made_of_rigid_polyurethane_foam.pdf
