AINULAADNE TEHNOLOOGIA SOOJUSTUSOMADUSED, JUHEND II
AINULAADNE TEHNOLOOGIA SOOJUSTUSOMADUSED, JUHEND II
AINULAADNE TEHNOLOOGIA
SOOJUSTUSOMADUSED, JUHEND II
Dünaamiline voomőőtur
(uus meetod őhukese peegeldava isolatsioonimaterjali (TRSI) hindamiseks)
ACTIS
The feel good insulation
JUHTKIRI
Iga tootearendusega tegelev ettevõte peab tagama oma tegevuse vastavuse õigusraamistikule.
Asjakohaste standardite puudumisel pidi ACTIS määrama oma isolatsioonimaterjalide efektiivsuse ettevõtte enda mõõtmisvahendeid kasutades (in situ).
2005. aastal tegi uurimis- ja arendusoskond sõltumatute laborite toetusel suure sammu edasi dünaamilise voomõõturi loomisega.
See laboriseade on lüli tavapäraste mõõtmiste ja in situ mõõtmiste vahel.
Need tegelikus kasutuskeskkonnas täpselt läbiviidud katsetused ja mõõtmised andsid uurimistöö tulemusena teaduslikult põhjendatud teadmised õhukese soojust peegeldava isolatsioonimaterjali kohta.
Laurent Thierry
Tegevdirektor
ACTIS S.A.
SISUKORD
1. LABORATOORNE MŐŐTMINE:
Vőrdlusstandardid . . . . . . . . . . . . . lk 3
2. IN SITU MŐŐTMINE:
Isolatsiooni vőrdlevad mőőtmised
tegelikes kasutustingimustes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lk 5
3. KATSEMEETODITE VŐRDLUS:
Laboratoorsed mőőtmised
ja in situ mőőtmised . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lk 7
4. DÜNAAMILINE VOOMŐŐTUR:
Uus meetod őhukese soojust peegeldava isolatsiooni
mőőtmiseks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lk 9
5. HINDAMINE
Dünaamilise voomőőturi mőőtmistulemused . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lk 11
Meenutuseks soojusülekande kohta:
• Soojusülekanne esineb ainult temperatuurierinevuse korral (ΔT°).
• Soojusvoog (φ) materialiseerib soojusülekande.
• Soojusvood muutuvad soojast külmaks.
• Isolatsioonimaterjali ülesanne on piirata soojusvoogu läbi seinte.
• Mida väiksemad on soojusvood, seda tõhusam on isolatsioonimaterjal.
Isolatsioonimaterjalide soojusefektiivsuse arvutamise meetod pőhineb pikaaegsel kogemusel.
1960ndatel töötasid teadlased välja hoonete soojuskadude arvutamise mudeli. Mudel loodi tiheda ühtlase isolatsiooni soojuskao arvutamiseks ja see pőhines tavapärasel soojusjuhtivuse mőőtmisel selliste laboriseadmetega nagu kaitstud kliimakamber ja voomőőtur.
1. LABORATOORNE MŐŐTMINE*: VŐRDLUSSTANDARDID
Hoolimata sellest, et 2002. aastal jőustusid uued soojusvaldkonda puudutavad őigusaktid, jäi tavapärase arvutusmudeli pőhimőte muutumatuks.
Gérard Fleury, endine CSTB* osakonnajuhataja ja soojusrakenduste spetsialist leiab, et tavapärased (labori) mõõtmisvahendid ei ole õhukese soojust peegeldava isolatsiooni (Thermo-Reflective SlimInsulation – TRSI) tegeliku soojusefektiivsuse ning eriti selle kiirgusmõju ja intensiivse kliimamuutustele regeerimise mõõtmiseks enam piisavad. Ta soovitab teaduslikku lähenemisviisi, mis põhineb katsetamisel tegelikus kasutuskeskkonnas koos tarbimise mõõtmisega.
Vőrdlusstandardid:
EN 12667: Soojustakistuse määramine kaitstud kuumplaadiga ja soojusvoomőőturiga.
EN 8990: Statsionaarse soojaülekande omaduste määramine. Kalibreeritud kliimakamber.
EN 12939: Soojustakistuse määramine kaitstud kuumplaadiga ja soojusvoomőőturiga.
* Vt sőnastik lk 14
Laboratoorne mőőtmine
Meetod seisneb isolatsioonimaterjali asetamisega kahe erineva temperatuuriga keskkonna vahele, et tekitada temperatuurierinevus (ΔT). Seejärel mõõdetakse energiahulka, mida vajatakse muutumatu temperatuuri säilitamiseks mõlemal pool isolatsioonimaterjali. Mõõta on võimalik seejärel, kui soojusvoog on stabiliseerunud. Energiahulk võrdub toodet läbiva soojusvooga.
Voomőőturi tööpőhimőte
Voo suund
Δfikseeritud = T° soe - T° külm
Keskkond temperatuuril 0°
Isolatsioonimaterjal
Mõõtmispiirkond
Keskkond temperatuuril 20°
Muutuv voog
Muutumatu voog
Aeg
Voo mõõtmine antud väärtusel ΔT tähistab mõõtmispunkti.
Isolatsioonimaterjali soojustusomaduste hindamiseks on võimalik teha mitu voo mõõtmist erinevatel väärtustel ΔT (ΔT = 5°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25°C jne).
Need punktid on võimalik panna graafikusse, mis näitab katsetatud materjali efektiivsust.
Laboratoordsed mőőtmised: erinevatel temperatuuridel ΔT mőődetud soojusvood
Mida suurem on temperatuurierinevus (ΔT), seda suurem on soojusvoog.
Soojusvoog (w/m2)
Temperatuurierinevus (°C)
Need vood vastavad spetsiaalsetele mõõtmisoludele, mille mõjupiirkonda materjal on jäetud:
• väikesed isolatsioonimaterjali näidised;
• eelnevalt ahjus töödeldud näidis (kuivana);
• ühendava ja kiirguslik soojusülekande piirang.
Soojusjuhtivuse mõõtmine ainult laboris ei ole õhukese soojust peegeldava isolatsioonimaterjali soojusomaduste iseloomustamiseks piisav.
ACTIS on välja töötanud uue in situ mőőtmise* meetodi, et hinnata isolatsioonimaterjali efektiivsust dünaamilises olekus (tegelikes ilmastikutingimustes*) .
Heliisolatsiooni ja tuleohutust kontrollitakse sarnaste meetoditega.
2. IN SITU MŐŐTMINE*: ISOLATSIOONIMATERJALI
VŐRDLEVAD MŐŐTMISED TEGELIKES KASUTUSTINGIMUSTES
In situ mőőtmised:
- suurem kui 10 000 m2 paigalduskoht
- 12 hooned (Ühendkuningriik ja Prantsusmaa)
- põrandapindala 25–200 m2
• 1–2 korrust
• 60–300 m2 soojustatavat ala
Registreeritavad andmed:
- tuule kiirus ja suund
- sise-/välistemperatuur
- õhuniiskus
- õhurõhk
- sademed
- soojusvoog
- energiatarve
• 1997: ACTIS andis volitused iseseisvale laborile BM TRADA oma mõõtmisprotokolli määratlemiseks.
• 2003: Gérard Fleury, CSTB endine osakonnajuhataja lõi uue katseehitiste põlvkonna ja optimeeris BM TRADA määratletud mõõtmisprotokolle.
• 2004: ACTIS pöördub suurte riiklike organisatsioonide akrediteeritud ekspertide poole, et saada valmis oma andmekogumise ja analüüsimise metoodika.
• 2005: BVQI poolt omistatud ISO 9001 sertifikaat.
* Vt sőnastik lk 14
In situ mőőtmisprotokoll:
Meetod hõlmab kahe täiesti identse hoone soojustamist, kusjuures kasutatakse kahte erinevat isolatsioonilahendust ja võrreldakse püsiva sisetemperatuuri säilitamiseks tarbitud energiahulka.
In situ mőőtmised:
Tarbimise muutus aja jooksul sőltuvalt ilmastikutingimuste ja päevastest muutustest.
Soojusvoog (w/m2)
Aeg
Üks katsekambritest soojustatakse standardse materjaliga, mille soojustusomadused on teada ja mis on sertifitseeritud tavapäraseid meetodeid kasutades. Teine kamber soojustatakse materjaliga, mille soojustusomadusi tuleb võrrelda. Katsetused hõlmavad kahte 6-kuulist perioodi: üks suvel, üks talvel. Katsearuannete projektid esitatakse igal nädalal. Üks katsetus kestab 8–10 nädalat.
Korrektsete tulemuste tagamiseks korraldab ACTIS need katsetused range protokolli kohaselt:
• Katsekambreid kontrollib atesteeritud ekspert, kes registreerib kõik mõõtmete ja mõjutuste kõrvalekalded, millest suurim ei tohi ületada 1%.
• Kambrid kalibreeritakse veendumaks, et neil on ühesugused soojustusomadused. Kvalifitseeritud paigaldaja paigaldab igasse kambrisse identse isolatsioonimaterjali; energiakulu erinevus ei tohi olla suurem kui 1%.
• Kvalifitseeritud paigaldaja paigaldab standardse isolatsioonimaterjali vastavalt õigusaktide nõuetele ja tootja juhistele.
• Standardse isolatsioonimaterjali paigaldust kontrollib seejärel sõltumatu kontrollorgan, kes infrapunakaamera abil kontrollib külmasildade puudumist.
• Andmemõõtmis- ja kalibreerimisseadmeid kontrollib COFRACi akrediteeritud organisatsioon (COFRAC: Comité Franēais d'Accréditation).
• Sertifitseerimisasutused (TRADA ja BVQI) viivad läbi regulaarsed auditid.
In situ mőőtmised:
Kahe erineva isolatsioonilahenduse korral erinevatel temperatuuridel (ΔT) mőődetud soojusvood.
Mida suurem on temperatuurierinevus (Δ), seda suurem on soojusvoog.
Andmed registreeritakse pidevalt. Iga päev kogutakse katseehitistest rohkem kui 50 000 andmeüksust, mis töödeldakse ja analüüsitakse.
Soojusvoog (w/m2)
Temperatuurierinevus (°C)
Laboris mőődetud soojusvoogude vőrdlemisel in situ mőődetud soojusvoogudega (sama materjal ja samad temperatuurierinevused) näeme tulemuste suurt erinevust.
3 . LABORATOORSETE MŐŐTMISTE JA
IN SITU MŐŐTMISTE VŐRDLUS
ACTISe őhukese isolatsioonimaterjali korral:
In situ energiakulu on väiksem kui laboris eeldatud energiakulu. In situ soojusvood on alati väiksemad kui laboris mõõdetud soojusvood. ACTISe õhukese isolatsioonimaterjali korral on laboris mõõdetud soojusvoog maksimaalne voog.
TRSI ACTIS laboratoorsed mőőtmised
Laboratoorne voog
Laboratoorsed mõõtmised võimaldavad saada erinevatel temperatuuridel ΔT erinevaid soojusvoogusid.
TRSI ACTIS in situ mőőtmised
In situ mőőtmised
In situ mõõtmised võimaldavad mõõta soojusvoogusid erinevate ilmastikutingimuste korral.
Traditsioonilise isolatsioonimaterjali korral:
In situ energiakulu on suurem kui laboris eeldatud energiakulu. In situ soojusvood on alati suuremad kui laboris mõõdetud soojusvood. Traditsioonilise isolatsioonimaterjali korral on laboris mõõdetud soojusvoog minimaalne voog.
Standardse isolatsioonimaterjali laboratoorsed mőőtmised
Laboratoorne voog
Laboratoorsed mõõtmised võimaldavad saada erinevatel temperatuuridel ΔT erinevaid soojusvoogusid.
Standardse isolatsioonimaterjali in situ mőőtmised
In situ mőőtmised
In situ mõõtmised võimaldavad mõõta soojusvoogusid erinevate ilmastikutingimuste korral.
Võtmata arvesse isolatsiooniliiki on erinevused laboris mõõdetud (statsionaarne) ja in situ mõõdetud (dünaamiline) soojusvoogude vahel väga suured, mõnikord kuni 300%. Sellised erinevused on ajendanud ACTISt välja töötama laboriseade soojust peegeldava õhukese isolatsiooni mõõtmiseks.
Laboratoorsed mõõtmised võimaldavad saada soojusvooge erinevatel temperatuuridel ΔT. In situ mõõtmised võimaldavad mõõta soojusvoogusid ka erinevate ilmastikutingimuste korral. Põhimõte on need kaks mõõtmisviisi ühendada, et neid võrrelda.
Laboratoorne voog
In situ mőőtmised
In situ mőőtmised
Laboratoorne voog
Laboratoorsete mőőtmiste ja in situ mőőtmiste vőrdlus
TRSI laborivoog
In situ TRSI ja standardne voog
Standardne isolatsioonimaterjal laborivoog
Dünaamilise konfiguratsiooniga saadud väärtus iseloomustab isolatsiooni üldist efektiivsust.
Statsionaarses olekus saadud väärtus iseloomustab isolatsiooni osalist efektiivsust.
ACTIS on loonud lüli statsionaarse ja dünaamilise oleku vahel ning töötanud välja mőőtmisvahendi, mis hőlmab isolatsioonimaterjalide käitumist dünaamilises olekus. ACTIS on välja töötamas arvustustarkvara, mis muudab traditsioonilise voomőőturi dünaamiliseks voomőőturiks. Seade on vőimeline laboris määrama őhukese soojust peegeldava isolatsioonimaterjali tegelikke soojustusomadusi.
4. ACTIS LOOB DÜNAAMILISE VOOMŐŐTURI: UUS MEETOD
TRSI MŐŐTMISEKS
Dünaamiline voomõõtur
Katsemeetod:
- kolm 60 cm x 60 cm õhukese isolatsioonimaterjali näidist valmistatakse ette;
- neid töödeldakse kliimakambris 24 tundi;
- need pannakse voomõõturisse (Fox 600), mõõtmisprotokoll käivitub ja erinevatel temperatuuridel ΔT tehakse rida mõõtmisi;
- erinevad vooväärtused saadakse teada 10 tunni pärast;
- tulemused töödeldakse arvutustarkvara abil;
- RT väärtus (dünaamilises olekus) saadakse teada 10 minutit pärast.
ACTISe välja töötatud tarkvara arvutuspőhimőte
Arvutusmeetod põhineb suurel hulgal andmetel, mis on registreeritud tegelikus kasutuskeskkonnas ja see võtab arvesse seinte dünaamilist funktsioneerimist, mis on tingitud mitmest parameetrist (ΔT, päike, tuul, vihm, õhuniiskus, õhurõhk). Nähtused ilmnevad samaaegselt ja neid jaotatakse juhuslikult. Kõiki funktsioneerimisaspekte sisaldav valem on osa laiaulatuslikust teaduslikust lähenemisviisist, mille ACTIS 2003. aastal kasutusele võttis.
Esialgsed tulemused andsid meile korrelatsioonifunktsiooni, mis loob seose stabiilses olekus mõõtmiste ja dünaamiliste mõõtmiste vahel.
Lähenemisviis hõlmab kahte telge:
1 – lineaarne lähenemine, mis võimaldab käsitleda ühemõõtmelisi mudeleid, mille sisendandmeteks on ΔT;
2 – võimsam mittelineaarne lähenemine, mis võimaldab töötada mitme mõõtmega ja hõlmab üldiste sisendandmetena ka ilmastikuparameetreid:
• temperatuurierinevus;
• tuule suund ja tugevus;
• isolatsioon;
• suhteline õhuniiskus;
• jne.
Dünaamilise voomőőturi mőőtmistulemuste kinnitamiseks on ACTIS enda peale vőtnud in situ katsetamise, mis hőlmab mitut őhukese soojust peegeldava isolatsiooni kategooriat.
In situ saadud tulemusi vőrreldi dünaamilise voomőőturiga määratud tulemustega.
5. DÜNAAMILISE VOOMŐŐTURI MŐŐTMISTULEMUSTE HINDAMINE
ACTISe isolatsioonimaterjali soojuskäitumise imitatsioon dünaamilist voomőőturit kasutades
Dünaaamilise voomőőturiga imiteeritud voog
Soojusvoog (w/m2)
Aeg
ACTISe isolatsioonimaterjali dünaamilise soojuskäitumise in situ mőőtmine
In situ mőődetud voog
Soojusvoog (w/m2)
Aeg
"Samamoodi, nagu ma tegin mitme innovatiivse tootega, kui töötasin CSTBs, on ACTISe uurimis- ja arendusosakonnas võetud ülesanne osa sellestsamast teaduslikust lähenemisviisist, mille tulemuseks peaks olema õhukesele soojust peegeldavale isolatsioonile kohandatava standardi väljatöötamine.”
Gérard Fleury
Meetod kujutab endast dünaamilise voomõõturiga imiteerimisel saadud soojusvoogude kõvera võrdlemisel mitme nädala jooksul läbiviidud in situ mõõtmistel saadud soojusvookõveraga.
Vőrdlus in situ mőőtmiste ja dünaamilise voomőőturi imitatsiooni vahel
In situ mőődetud voog
Dünaaamilise voomőőturiga imiteeritud voog
Soojusvoog (w/m2)
Aeg
- Dünaamiline soojusmõõtmine laboris kestis 12 tundi.
- Sama materjali in situ mõõtmised võtsid aega 8 nädalat.
- Selle näite korral saadud täpsus oli üle 95%.
Kahe meetodi vaheline erinevus on väiksem kui 5%, võimaldades meil hinnata dünaamilise voomõõturi töökindlust ja usaldusväärsust.
KOKKUVŐTE
ACTIS on loonud uue laboriseadme – dünaamilise voomőőturi, millel on lihtne ja kiire mőőtmisprotokoll, mis vőimaldab täpselt määrata őhukese soojust peegeldava isolatsioonimaterjali tegelikke soojustusomadusi.
ISIKLIKUD MÄRKUSED
Sőnastik
Tegelikud ilmastikutingimused
Päeva- ja ööperioodid muutuvate meteoroloogiliste tingimuste (temperatuur, suhteline õhuniiskus, tuule suund ja kiirus, päikesepaiste, pilvisus, sademed, õhurõhk, kondensatsioon, aurustumine, külmumine) korral.
Tegelikud kasutustingimused
Tegelik isolatsioonimatrjali rakendamine vastavalt tehnika taseme reeglitele ja tootja soovitustele nendes tingimustes, milles kasutamiseks toode on ette nähtud.
Soojusjuhtivus Δ(W/m2.k)
Soojuse hulk, mis läbib üle meetri paksuse ühtlase materjali m_ , kui kahe poole vaheline on temperatuurierinevus 1 °C.
CSTB
Centre Scientifique et Technique du Batiment – Prantsuse ehitusakrediteerimisasutus.
TRSI: őhukesed soojust peegeldavad isolatsioonimaterjalid
On olemas kahte liiki õhukest isolatsiooni: täiendav isolatsioon ja isolatsioonimaterjalid.
• Täiendav isolatsioon: peegeldav õhuke isolatsioon nagu näiteks "mullid", mis on tehtud lihtsalt kahest kilest peegeldusega välispinnal.
• Isolatsioon: mitmekihiline õhuke isolatsioon, mis on tehtud ühest või mitmest vahe- ja eraldavast vahukihist (vateeritud tüüpi) lisaks väliskihtidele.
Traditsioonilised isolatsioonimaterjalid
Õhukesed madala soojusjuhtivusega isolatsioonimaterjalid (nt mineraalvill (LDV, LDR), polüstüreen (PSE, XPS), polüuretaan (PU).
Standardne materjal
Klaasvill, paksus 200 mm, soojusjuhtivus (Δ) = 0,040 w/mk, soojustakistus (r) = 5.00 m2.k/w.
Laboratoorsed mőőtmised
Isolatsiooni soojustusomaduste määramine laboris kaitstud kliimakambris või voomõõturiga. Neid vastavalt standarditele tehtud mõõtmisi iseloomustab statsionaarne termokonfiguratsioon, millel lastakse näidismaterjalile mõõtmise ajal mõju avaldada.
In situ mőőtmised (mőőtmine kohapeal)
Isolatsiooni soojustusomaduste määramine kohapeal tegelikes kasutustingimustes ja tegelike ilmastikutingimuste mõjutusel. Neid vastavalt täpsele ja rangele mõõtmisprotokollile tehtud katsetusi iseloomustab dünaamiline termokonfiguratsioon, millel lastakse hoone eri seintele mõju avaldada.
Dünaamiline konfiguratsioon
Muutuv mittestatsionaarne ja pidevalt muutuv termokonfiguratsioon, mille jooksul energiaülekandeviisid ilmnevad vabalt ja spontaanselt ning vastavalt juhuslikule jaotusele. Ilmastikumuutustega seotud dünaamiline konfiguratsioon.
Statsionaarne konfiguratsioon (nimetatud ka stabiilseks olekuks).
Stabiilne ja muutumatu soojuslik olek, mis aja jooksul ei muutu.
