¿Cómo medir la conductividad térmica de los materiales de construcción?
1 Introducción
Con el continuo desarrollo de la conservación de energía en los edificios en mi país, se han utilizado ampliamente varios nuevos materiales de ahorro de energía en proyectos de construcción. El rendimiento de aislamiento térmico de los materiales de construcción es un índice de evaluación importante. De acuerdo con las regulaciones pertinentes, los principales indicadores técnicos, como la conductividad térmica de los materiales que ahorran energía utilizados en los proyectos de construcción, deben ser observados y muestreados antes de ingresar al sitio de construcción. Sin embargo, en proyectos de construcción reales, algunos inspectores no están familiarizados con los estándares y métodos de prueba para indicadores como la conductividad térmica de materiales que ahorran energía, lo que da como resultado resultados de pruebas que no pueden reflejar verdaderamente el desempeño de los materiales que ahorran energía. Este artículo analiza los factores que influyen en la conductividad térmica del material basándose en especificaciones y estándares relevantes. Los principales factores que influyen incluyen la densidad, la humedad, la estructura molecular y la composición química, la dirección del flujo de calor, la temperatura, etc. Se analizan varios métodos importantes de medición de la conductividad térmica, incluidos los métodos de estado estacionario y de estado no estacionario. Para garantizar que se mejore la precisión del método de medición y se reduzcan los errores.
2 Factores que Influyen en la Conductividad Térmica
La conductividad térmica λ se refiere al calor transferido a través de un área de 1m2 por unidad de tiempo cuando la temperatura en ambos lados del material es 1K o 1℃, la unidad es W/ (m.K). Según el concepto de conductividad térmica, se puede saber que cuanto mayor sea la conductividad térmica de un material, peor será su rendimiento de aislamiento térmico. Para diferentes materiales, la conductividad térmica puede ser muy diferente. Los factores que afectan la conductividad térmica de los materiales son grandes y generalmente incluyen densidad, humedad, estructura molecular y composición química, dirección del flujo de calor, temperatura, etc. Por lo tanto, para medir con precisión la conductividad térmica de los materiales, es necesario analizar y discutir los principales factores que afectan la conductividad térmica de los materiales.
2.1 Densidad
En general, cuanto mayor es la densidad del material, mayor es la conductividad térmica del material y, a la inversa, menor es la conductividad térmica del material. Para materiales porosos, los principales factores que afectan la conductividad térmica del material son la porosidad y las características de los poros del material. En términos generales, cuanto mayor es la porosidad del material, menor es la conductividad térmica del material. Con la misma porosidad, los materiales con poros conectados tendrán una conductividad térmica mayor que los materiales con poros cerrados porque los poros conectados tienen el efecto de convección del aire. Además, cuanto mayor sea el tamaño de los poros, mayor será la conductividad térmica del material.
2.2 Humedad
La conductividad térmica del agua es mucho mayor que la del material, por lo que después de mojar el material, habrá más vapor de agua y agua en los poros del material, mejorando así la conductividad térmica del material. En términos generales, cuanto mayor sea el contenido de humedad del material, mayor será la conductividad térmica. La conductividad térmica del hielo es cuatro veces mayor que la del agua. Si el agua del material se congela en hielo, la conductividad térmica del material aumentará considerablemente en comparación con los materiales que contienen agua. La Tabla 1 muestra la relación entre la conductividad térmica y el contenido de humedad del hormigón celular.
2.3 Estructura molecular y composición química
La estructura molecular y la composición química del material tienen una gran influencia en la conductividad térmica del material. Por ejemplo, la conductividad térmica de las sustancias vítreas es mucho menor que la de los cristales, porque las sustancias vítreas no pueden formar una red cristalina. Para materiales porosos, si la estructura de la parte sólida es cristal o vidrio no tendrá un gran impacto en la conductividad térmica del material. Esto se debe a que la conductividad térmica de los materiales porosos está determinada principalmente por el aire que contienen y la influencia de la parte sólida se debilita.
2.4 Dirección del flujo de calor
Para materiales anisotrópicos, la conductividad térmica de los materiales en diferentes direcciones será diferente, por lo que la dirección del flujo de calor también afectará la conductividad térmica del material. En términos generales, si el flujo de calor se produce a lo largo de la dirección de extensión de las fibras del material, la resistencia térmica es menor y la conductividad térmica es mayor. Por el contrario, si el flujo de calor se realiza en la dirección vertical de las fibras del material, la conducción de calor y la absorción de agua serán menores. 2.5 La temperatura tiene una gran influencia en la conductividad térmica de los materiales, porque cuanto mayor es la temperatura, más fuerte será el movimiento térmico de las moléculas sólidas del material, lo que aumentará la conductividad térmica del aire en los poros del material y el calor. Efecto de disipación de las paredes de los poros. Por tanto, se puede considerar que la conductividad térmica del material aumenta a medida que aumenta la temperatura.
3 Método de detección de conductividad térmica
En términos generales, los métodos que se pueden utilizar para medir la conductividad térmica de los materiales de construcción incluyen el método de estado estacionario y el método de estado estacionario. El método de estado incluye el método de protección térmica y el método de medidor de flujo de calor, el método de estado inestable incluye el método de pulso. Los métodos de detección de estos coeficientes de conductividad térmica se presentarán a continuación.
3.1 Método de estado estacionario
El método de estado estacionario tiene un principio simple, un cálculo conveniente y una alta precisión, pero su equipo de prueba es complejo y el tiempo de prueba es largo. Además, el método de estado estacionario tiene mayores requisitos para las muestras. Si el tamaño y la planitud de la muestra están en un estado estable, se producirá una resistencia térmica de contacto, lo que afectará la precisión de la prueba. 3.1.1 Método de placa caliente protegida (1) Principio El principio básico del método de placa caliente protegida es establecer un flujo de calor constante unidimensional en una muestra uniforme en forma de placa con superficies paralelas en condiciones de estado estacionario en el área de medición central. del dispositivo de placa caliente protegida, similar al flujo de calor que existe en una gran losa inalámbrica rodeada por dos cámaras de vapor paralelas. Entre ellos, q representa el flujo de calor constante unidimensional; a representa el área de la unidad de cálculo; δ t representa la diferencia de temperatura entre las superficies frías y calientes de la muestra; ⑵ Generalmente, los dispositivos de placa calefactora protectora que se pueden utilizar incluyen dispositivos de muestra doble y dispositivos de muestra única. En una configuración de muestra dual, la unidad de calentamiento está intercalada entre dos muestras casi idénticas y la unidad de enfriamiento está dispuesta fuera de cada muestra. Como se muestra en la Figura 1, es un dispositivo de placa caliente de protección de muestra doble. En un dispositivo de muestra única, un lado de la unidad de calentamiento reemplaza la unidad de enfriamiento de muestras con aislamiento y una unidad de protección trasera. ⑶Puntos de prueba ①Selección y tamaño de la muestra. Cuando se utiliza un dispositivo de placa caliente protegida con doble muestra para detectar la conductividad térmica de los materiales, las dimensiones de las dos muestras deben ser consistentes y el error de espesor de las dos muestras debe controlarse dentro de 2 según sea necesario. El tamaño de la muestra debe garantizar que cubra completamente la superficie de la unidad calefactora y su espesor no debe ser menor que el espesor real. ②Preparación de la muestra. La superficie de la muestra deberá tratarse para asegurar suavidad y estrecho contacto con el panel. El no paralelismo de la superficie de la muestra debe controlarse dentro de 2 veces el espesor. ③Ajuste de estado. Antes de probar la conductividad térmica de la muestra, la muestra tratada debe colocarse en un desecador para ajustar su condición. Si el tiempo de prueba está dentro del tiempo requerido para que la muestra absorba una gran cantidad de humedad del aire del laboratorio, la muestra debe colocarse en un desecador a tiempo antes de que se seque para garantizar que permanezca seca. Si el tiempo de prueba excede el tiempo requerido para que la muestra absorba cantidades significativas de humedad del aire del laboratorio, coloque la muestra en aire estándar de laboratorio para ajustar la condición de la muestra de modo que esté en equilibrio con el aire de la habitación. Según sea necesario, la condición de aire de laboratorio estándar es 293K 1K, 50 10 RH. ④ Tiempo de transición e intervalo de medición. Según sea necesario, el dispositivo de prueba y la muestra deben garantizar un tiempo de equilibrio térmico suficiente para medir con precisión las propiedades térmicas del material. Cuando hay un fenómeno de transferencia de masa en la muestra, el tiempo de medición de la muestra debe controlarse a más de 24 horas. 3.1.2 Método del medidor de flujo de calor (1) Principio El principio básico del método del medidor de flujo de calor es que cuando la placa caliente y la placa fría están en una temperatura constante y en un estado estable, el dispositivo medidor de flujo de calor establece una conexión unidireccional. entre la parte central de medición del sensor de flujo de calor y la parte central de la muestra. Un flujo constante de calor, similar al que existiría en una pared plana infinita. ⑵Dispositivo En el método del medidor de flujo de calor, el dispositivo utilizado se muestra en la Figura 2. Sus componentes principales incluyen una unidad de calentamiento, un sensor de flujo de calor, una muestra y una unidad de enfriamiento. ⑶Puntos de prueba ①Selección y tamaño de la muestra. Cuando se utiliza un dispositivo medidor de flujo de calor de doble muestra para detectar la conductividad térmica, la diferencia de espesor entre las dos muestras debe controlarse dentro de 2. El tamaño de la muestra debe garantizar que cubra completamente la superficie de la unidad calefactora y su espesor no debe ser menor que el espesor real. ②Preparación de la muestra. La superficie de la muestra deberá tratarse para asegurar suavidad y estrecho contacto con el panel. El no paralelismo de la superficie de la muestra debe controlarse dentro de 2 veces el espesor. ③Ajuste de estado. En el método del medidor de flujo de calor, las condiciones del estado de la muestra son las mismas que las descritas en el método de placa caliente protegida. ④Tiempo de transición. En ausencia de experiencia similar, el intervalo de tiempo de medición debe ser el producto de la densidad, el calor específico, el espesor y la resistencia térmica o 300 s. Generalmente, se deben tomar 5 lecturas de resistencia térmica y la diferencia entre cada lectura debe controlarse dentro de 65438. ±0.
3.2 Método de estado inestable
El método de estado inestable incluye principalmente el método de pulso. Este método tiene un equipo simple y una operación fácil, no requiere un dispositivo de refrigeración de temperatura del orificio y puede medir el coeficiente de masa térmica de materiales bajo diferentes niveles de humedad. Parámetros como la conductividad térmica, la conductividad térmica y el calor específico se pueden obtener mediante una única prueba del material. 3.2.1 Principio El principio básico del método de pulso es calentar la muestra durante un corto período de tiempo durante la prueba para cambiar su temperatura. La conductividad térmica del material se puede calcular en función de las características de cambio de temperatura del material. 3.2.2 Dispositivo En el método de pulso, los componentes principales del dispositivo incluyen un calentador, tres probetas, elementos de medición de temperatura y elementos termoeléctricos.
3.2.3 Puntos de prueba (1) La selección de muestras incluye tres muestras, incluidas una muestra delgada y dos muestras gruesas. El tamaño de la muestra delgada es 200 mm × 20 mm × (20 ~ 30) mm, y el tamaño de la muestra gruesa es 200 mm × 20 mm × (60 ~ 100) mm. Según los requisitos, la diferencia en Densidad aparente de la muestra. Debe controlarse dentro de 5. La superficie de la muestra debe ser lisa y el espesor uniforme. Las superficies de contacto entre las piezas de prueba deben estar cercanas. (2) Ajuste de estatus. El estado de la muestra debe ajustarse según las condiciones determinadas. Si es necesario medir la conductividad térmica de muestras con diferentes contenidos de humedad, las muestras deben colocarse en un ambiente de humedad específico. Si es necesario medir la conductividad térmica en estado seco, la muestra debe secarse hasta obtener un peso constante.
4 Conclusión
Para los materiales de construcción, la conductividad térmica es un indicador importante de su rendimiento de ahorro de energía. Hay muchos factores que afectan la conductividad térmica de los materiales y existen muchos métodos de prueba que se pueden utilizar. Por lo tanto, antes de medir la conductividad térmica de los materiales de construcción, se debe seleccionar un método de prueba apropiado en función de las características del material para mejorar la precisión de las pruebas y garantizar la exactitud de los datos.
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