Centralny Ośrodek Chłodnictwa COCH w Krakowie Sp. z o.o. 30-133 Kraków ul. Juliusza Lea 116 Laboratorium Urządzeń Chłodniczych e-mail: laboratorium@coch.pl tel. 12 637 09 33 wew. 203, 161, 160 www.coch.pl 1
Stanowisko do badania oporu cieplnego próbek przegród budowlanych metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza Kraków, czerwiec 2012 Ośrodek Informacji Naukowo-Technicznej i Normalizacyjnej tel. (12) 637 09 33 e-mail: coch@coch.pl 1. Założenia Budowa dzielonej komory kalorymetrycznej stanowiącej podstawowy zespół stanowiska opiera się na następujących normach określających metody badań: PN-EN ISO 1934: 1999 Właściwości cieplne budynków. Określanie oporu cieplnego metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza. Mury W normie ustalono zasady i kryteria, które powinny być dotrzymane podczas określania laboratoryjnych właściwości przejmowania ciepła dla ścian murowanych przy użyciu skrzynki grzejnej i ciepłomierza. Opisano także aparaturę, technikę pomiarową i niezbędne dane. W założeniach uwzględniono również normy: PN-EN ISO 6946: 2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania PN-EN ISO 7345: 1998 Izolacja cieplna. Wielkości fizyczne i definicje PN-EN ISO 8990: 1998 Izolacja cieplna. Określanie właściwości związanych z przenikaniem ciepła w stanie ustalonym. Metoda osłoniętej i kalibrowanej skrzynki grzejnej PN-ISO 8301: 1998 Izolacja cieplna. Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim związanych w stanie ustalonym. Aparat płytowy z czujnikami gęstości strumienia cieplnego PN-ISO 8302: 1999 Izolacja cieplna. Określanie oporu cieplnego i właściwości z nim ISO 9869: 1994 związanych w stanie ustalonym. Aparat płytowy z osłoniętą płytą grzejną Thermal insulation. Building elements. In- situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance 2
2. Przedmiot badań Przedmiotem badań są próbki badawcze, maksymalnie średnio niejednorodne, ścian murowanych o grubościach od 200mm do 500mm. Średnio niejednorodna próbka: Próbka, która, gdy jest badana, spełnia ujednolicone kryteria temperatury zgodnie z PN-EN ISO 1934: 1999 p. 5.3.2. 3. Zasady badań i działania komory badawczej 3.1. Metoda badań Badania przeprowadza się metodą skrzynki grzejnej z użyciem ciepłomierza. Polega ona na umieszczeniu badanej próbki pomiędzy dwoma komorami, ciepłą i zimną, w których utrzymuje się określone temperatury powietrza, co wymusza przepływ ciepła przez próbkę pod działaniem różnicy temperatur. Równocześnie, przy użyciu ciepłomierza ułożonego na próbce, wyznacza się gęstość strumienia ciepła. Celem badań jest wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła i oporu cieplnego dla próbek budowlanych. 3.2. Ogólne zasady działania komory Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie sposób zamontowania próbki i ciepłomierza. Próbka zajmuje na tym rysunku całą wysokość. Pomiar strumienia ciepła (Ф 1 ) przenikającego przez próbkę z komory ciepłej do komory zimnej, jest przeprowadzany tylko w obrębie środkowego wycinka całkowitej powierzchni próbki, który stanowi obszar pomiarowy (tzw. sekcję pomiarową) o powierzchni A=(2l) 2. Pozostała powierzchnia próbki, o szerokości g, stanowi osłonę sekcji pomiarowej (tzw. sekcję osłonową). Zadaniem sekcji osłonowej jest maksymalne ograniczenie bocznego strumienia ciepła (Ф 2 ), z sekcji pomiarowej do sekcji osłonowej. Na zewnętrznej krawędzi próbki występuje poprzeczny strumień ciepła skierowany do otoczenia (Ф 5 ), który powoduje tzw. brzegowe straty ciepła. 3
Rys.1. Zasada budowy i działania skrzynki grzejnej z ciepłomierzem. Ciepłomierz jest montowany na powierzchni ciepłej strony próbki i najczęściej pokrywa ją w całości. W takim przypadku środkowa część ciepłomierza o powierzchni odpowiadającej obszarowi pomiarowemu próbki jest wyposażona w elementy czujnikowe i stanowi aktywną część ciepłomierza. Pozostała część powierzchni ciepłomierza pełni rolę płyty osłonowej, której zadaniem jest utrzymanie temperatury powierzchni sekcji osłonowej próbki w miarę możliwości na tym samym poziomie co w sekcji pomiarowej lub na najbardziej zbliżonym do niego, tak by boczny strumień ciepła płynący przez próbkę Ф 2 z sekcji pomiarowej do sekcji osłonowej był bliski zeru. 3.3. Budowa komory Ogólna budowa komory jest przedstawiona na jej przekroju (rys.2). Stanowi ona rodzaj dzielonej komory kalorymetrycznej, którą tworzą dwie części obudowy komory i oddzielająca je przegroda. Po złożeniu powstają dwie komory kalorymetryczne, ciepła i zimna. Badana próbka jest osadzana w przeznaczonej do tego celu maskownicy tj. ramie okna przygotowanego w centralnej części przegrody. Komory kalorymetryczne są przeznaczone do wytwarzania i utrzymywania na stałym poziomie, jednorodnych temperatur, charakterystycznych odpowiednio dla środowisk, które odtwarzają. Dla środowiska wewnętrznego odtwarzane są temperatury dodatnie (zwykle 20 do 40 o C ), w komorze ciepłej a dla środowiska zewnętrznego ujemne ( 0 do -10 o C ), w komorze zimnej. 4
Obudowa komory jest wykonana z materiałów izolacyjnych w celu ograniczenia strat cieplnych poszczególnych komór do otoczenia i zabezpieczenia ich powierzchni przed osiadaniem na nich wilgoci. Ściany komory od wewnątrz wykonane są z materiałów i połączeń paroszczelnych. Krawędzie czołowe komór na styku z płaszczyznami bocznymi przegrody są wyposażone w uszczelnienia, dociskane w celu zapobiegania przenikaniu powietrza i wilgoci do i z otoczenia. W każdej z komór kalorymetru zamontowany jest odpowiedni zespół odtwarzania parametrów (regeneracji: podgrzewania/oziębiania) strumienia powietrza wylotowego z przestrzeni przylegającej do badanego obiektu. Zadaniem każdego z tych zespołów jest doprowadzanie parametrów powietrza zasysanego do tej przestrzeni do wymaganych parametrów początkowych oraz wymuszanie cyrkulacji powietrza w całej komorze z odpowiednią prędkością. Gabaryty wewnętrzne obu komór są dostosowane do maksymalnych wymiarów próbki. Przy próbce o grubości 500 mm, sekcja pomiarowa ma wymiary 500x500 mm a wymagane wymiary wewnętrzne komory wynoszą ok.: szerokość 2,5 m wysokość 2,5 m głębokość 0,9 m Są one dobrane tak, by prędkość powietrza cyrkulującego przez wewnętrzny przekrój komór nie przekraczała 1,5 m/s. Wzdłuż obu stron próbki, ciepłej i zimnej, jest zapewniany wymuszony przepływ powietrza, regulowany za pomocą ekranów. Ekrany są ustawione równolegle do powierzchni próbki i przemieszczane prostopadle do ich powierzchni, tak aby uzyskać wymaganą prędkość powietrza. Regulacja ta jest wspomagana przez ciągłą regulację obrotów napędowych silników wentylatorów wymuszających przepływ powietrza wzdłuż pionowej powierzchni próbki. 5
Rys.2. Przekrój pionowy komory (schemat funkcjonalny) 4. Pozostałe wyposażenie komór Komory są wyposażone w : instalację elektryczną zasilania, sterowania i regulacji agregatów chłodniczych, nagrzewnic powietrza, wentylatorów instalację systemu rejestracji ciągłej wymaganych przez normę pomiarów parametrów 5. Zakres dostawy Zakres dostawy obejmuje : Kompletne wyposażenie stanowiska Montaż i rozruch urządzeń Próby odbiorowe stanowiska Przeszkolenie personelu obsługi Instrukcję eksploatacji stanowiska Gwarancję 6
6. Zestawienie i konfiguracja stanowiska Na rys. 3 (załącznik 2) przedstawiono przykładowe zestawienie i konfigurację dwustanowiskowego zestawu badawczego, przeznaczonego do badań próbek budowlanych o grubości 500 mm. Na każdym ze stanowisk składowych jest zamontowana na stałe jedna przegroda i połączona z nią platforma stała z odsuwaną komorą zimną. Komora ciepła, która jest dostawiana na przemian do każdego ze stanowisk stałych, jest umieszczona na przejezdnej platformie. Wzajemne usytuowanie stanowisk stałych można dostosować do dysponowanej powierzchni użytkowej. 7. Cena Aktualna cena dwustanowiskowego zestawu badawczego w wersji przedstawionej w p.6 wynosi 650 000 zł + VAT. 7