Spis treści
Zasada i znaczenie metody przepływomierza ciepła
Metoda Metoda przepływomierza ciepła (HFM) opiera się na podstawowej zasadzie przenoszenia ciepła przez materiał. Próbka jest umieszczana pomiędzy dwiema płytkami o określonych temperaturach – jedną z ciepłą powierzchnią i jedną z zimną powierzchnią (1). Wynikająca z tego różnica temperatur powoduje przepływ ciepła przez próbkę, który jest precyzyjnie mierzony za pomocą czujników przepływu ciepła. Rzeczywisty pomiar odbywa się w warunkach stacjonarnych, dzięki czemu wykrywany jest stały przepływ ciepła.
Metoda ta gwarantuje wysoką dokładność pomiaru z typowymi odchyleniami poniżej 2% i jest odpowiednia do monitorowania jakości w procesie produkcji płyt izolacyjnych. Przewodność cieplna właściwa (λ, mierzona w W/(m-K)) jest obliczana za pomocą równania Fouriera:
\(
\lambda = \frac{Q \cdot d}{A \cdot \Delta T}
\)
Gdzie Q to przepływ ciepła, d to grubość próbki, A to powierzchnia próbki, a ΔT to różnica temperatur.
Szczegółowa procedura pomiaru:
- Próbka jest umieszczana w urządzeniu pomiarowym i styka się z obu stron z gorącą i zimną płytą
- Panele generują określony profil temperatury
- Różnica temperatur i wynikający z niej przepływ ciepła są rejestrowane przez czujniki przepływu ciepła
- Przewodność cieplna właściwa jest obliczana
- Grubość próbki jest wykrywana automatycznie przez precyzyjne czujniki
Zastosowanie w procesie produkcji różnych materiałów izolacyjnych
Wełna mineralna
Wełna mineralna charakteryzuje się niską przewodnością cieplną i wyraźną anizotropią. Orientacja włókien ma znaczący wpływ na przewodność cieplną, dlatego też metoda pomiaru musi zostać zweryfikowana dla różnych pozycji instalacji (2). W mierniku przepływu ciepła przewodność cieplna jest określana prostopadle do kierunku płyty. W kontroli produkcji metoda ta zapewnia szybki, nieniszczący i powtarzalny pomiar.
Specjalne wyzwania związane z wełną mineralną:
- Orientacja włókien i spoiwa wymagają obróbki wstępnej, takiej jak utwardzanie , aby uzyskać wiarygodne wartości.
- Geometria próbki i warunki brzegowe muszą być dokładnie przestrzegane.
- Efekty anizotropii muszą być brane pod uwagę w kierunku przepływu ciepła
Pianka PU
Pianka poliuretanowa jest wysokowydajnym materiałem izolacyjnym, na którego przewodność cieplną znaczący wpływ mają różne parametry, takie jak gęstość, skład gazu komórkowego, wilgoć i starzenie. Przewodność cieplna wzrasta nieznacznie wraz z wiekiem, ponieważ gazy dyfundują w strukturze komórkowej (3).
Czynniki krytyczne dla pianki poliuretanowej:
- Efekty starzenia spowodowane wymianą gazową w strukturze komórkowej
- Gęstość i zawartość wilgoci znacząco wpływają na wyniki pomiarów
- Pomiar w standardowych warunkach (np. średnia temperatura 10°C) gwarantuje porównywalność.
- Długoterminowe zachowanie jest rejestrowane przy użyciu standardowych metod zgodnie z normą EN 13165.
Znaczenie dla branży budowlanej i efektywności energetycznej
Metoda pomiaru przepływu ciepła oferuje decydujące korzyści dla nowoczesnego przemysłu budowlanego w zakresie zapewnienia jakości materiałów izolacyjnych. Zastosowanie w procesie umożliwia lepszą kontrolę produkcji. Przyczynia się to znacząco do zapewnienia jakości materiałów izolacyjnych i minimalizacji strat energii w budynkach.
Korzyści dla branży:
Metoda Metoda HFM działa zgodnie z uznanymi normami, takimi jak EN 12667, EN 13165, ASTM C518 i ISO 8301. System stanowi ekonomiczną alternatywę dla bardziej złożonych metod pomiarowych i charakteryzuje się wysoką precyzją przy niskich wymaganiach konserwacyjnych i krótkich przestojach. Zgodność z certyfikatem wspiera dostęp do rynku i służy jako wiarygodny dowód jakości.
Wyzwania specyficzne dla metody i ich kontrola
Dokładność Metoda przepływomierza ciepła zależy w dużej mierze od prawidłowego przygotowania i wykonania próbki. Jednolite powierzchnie próbek i prawidłowy pomiar grubości mają kluczowe znaczenie, ponieważ błędy pomiaru grubości próbki mają bezpośredni wpływ na zmierzoną przewodność cieplną (patrz wyżej: równanie Fouriera).
Krytyczne punkty kontroli:
- Przygotowanie próbki z równoległością płaszczyzn i jednorodną gęstością
- Zminimalizowanie efektów brzegowych poprzez staranne przestrzeganie wielkości próby.
- Równowaga w stanie ustalonym musi zostać osiągnięta przed odczytaniem wyników pomiaru
- Zmniejszenie rezystancji styku między próbką a płytkami pomiarowymi
- Zapewnienie jednorodności pola temperatury na całym obszarze próbki.
Nowoczesne systemy HFM wykorzystują technologię ogrzewania i chłodzenia Peltiera, która zapewnia niskie czasy przestojów i minimalizuje wymagania konserwacyjne. Skraca to czas przestojów.
Walidacja naukowa i porównywalność
Niezawodność i precyzja metody Heat Flow Meter została potwierdzona licznymi badaniami naukowymi. Pomiary porównawcze w formie testów round robin wykazują odchylenia poniżej 2% pomiędzy różnymi laboratoriami i urządzeniami pomiarowymi, co podkreśla wysoką powtarzalność i porównywalność metody. Testy na próbkach anizotropowych i wilgotnych wykazują elastyczność metody, a badania porównawcze z innymi metodami pomiarowymi, takimi jak strzeżona gorąca płyta wykazują dobrą korelację. Ponadto, długoterminowe badania dokumentują stabilność i powtarzalność wyników. Podstawy naukowe metody HFM są stale rozszerzane poprzez prace badawcze, które dotyczą konkretnych wyzwań materiałowych i optymalizacji technologii pomiarowej. Metoda ta okazała się szczególnie niezawodnym narzędziem do analizy wpływu wilgoci i starzenia.
Wnioski
Proces pomiaru przepływu ciepła jest niezbędną metodą nowoczesnej kontroli jakości materiałów izolacyjnych. Połączenie krótkiego czasu pomiaru wynoszącego zazwyczaj 15 minut, wysokiej dokładności z odchyleniem poniżej 2% i nieniszczących badań sprawia, że jest to idealne narzędzie do monitorowania produkcji płyt izolacyjnych z wełny mineralnej i pianki PU, umożliwiające pomiary zgodne ze standardami w celu certyfikacji i potwierdzenia jakości oraz zapewniające naukowo potwierdzone i powtarzalne wyniki. Jednocześnie stanowi opłacalną alternatywę dla bardziej złożonych metod testowania i może być stosowany do szerokiej gamy typów i grubości izolacji. W czasach, gdy efektywność energetyczna i zrównoważone
Lista źródeł
(1) TEC-Science: Metoda przepływomierza ciepła do określania przewodności cieplnej https://www.tec-science.com/de/thermodynamik-waermelehre/waerme/heat-flow-meter-verfahren-zur-bestimmung-der-warmeleitfahigkeit-hfm/
(2) PMC: Określenie właściwości termicznych wełny mineralnej wymaganych do modelowania zachowania podczas pożaru i zastosowań konstrukcyjnych
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10488771/
(3) Wysokowydajna izolacja: Materiały termoizolacyjne wykonane ze sztywnej pianki poliuretanowej https://highperformanceinsulation.eu/wp-content/uploads/2016/08/Thermal_insulation_materials_made_of_rigid_polyurethane_foam.pdf
