Межгосударственный стандарт ГОСТ 31924-2011 (ЕN 12939:2000) "Материалы и изделия строительные большой толщины с высоким и средним термическим сопротивлением. Методы определения термического сопротивления на приборах с горячей охранной зоной и оснащенных тепломером" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 июня 2013 г. N 162-ст)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 31924-2011 (ЕN 12939:2000)
"Материалы и изделия строительные большой толщины с высоким и средним термическим сопротивлением. Методы определения термического сопротивления на приборах с горячей охранной зоной и оснащенных тепломером"
(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 июня 2013 г. N 162-ст)

Thick building materials and products of high and medium thermal resistance. Methods of determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter

Дата введения - 1 ноября 2013 г.

Введен впервые

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Введение

В настоящем стандарте приведены методики определения термического сопротивления изделий большой толщины на приборах с горячей охранной зоной или оснащенных тепломером и правила оценки возникающего при испытании изделий эффекта толщины, учитывающие особенности и структуру различных материалов, схемы последовательности операций при оценке эффекта толщины, а также уравнения интерполяции, которые могут применяться при обработке результатов испытаний по определению теплофизических характеристик образцов большой толщины и позволяют на этапе подготовки к испытанию получить дополнительную информацию для прогнозирования эффекта толщины.

Учитывая, что толщина многих теплоизоляционных изделий превышает 100-150 мм, в настоящем стандарте предложены различные методики испытания. Методика, наиболее приемлемая для конкретного изделия, может быть изложена в стандарте на это изделие.

Если имеет место эффект толщины (термическое сопротивление изделия большой толщины нельзя вычислить как сумму термических сопротивлений отдельных слоев, на которые было разрезано изделие), то определяют параметры материала изделия, значения которых используют в уравнениях интерполяции.

Настоящий стандарт модифицирован по отношению к европейскому региональному стандарту путем:

- исключения из текста европейского регионального стандарта ссылок на международные и европейские стандарты, не принятые в качестве межгосударственных стандартов: ЕН 1946-2:1999, ЕН 1946-3:1999, ИСО 7345, ЕН ИСО 9288, ИСО 8301:1991;

- дополнения раздела "Нормативные ссылки" ссылкой на ГОСТ 31925-2011;

- дополнения настоящего стандарта справочным приложением ДА с описанием процесса теплопереноса через однородные теплоизоляционные материалы низкой плотности, объясняющего принцип получения уравнений интерполяции при оценке эффекта толщины. Указанное приложение выделено в тексте стандарта рамкой из тонких линий;

- исключения из приложения А следующих структурных элементов: разделов А.1, А.2, А.3, не содержащих дополнительных требований к применяемым приборам. Тексты аутентичных переводов структурных элементов, исключенных из европейского регионального стандарта, приведены в дополнительном приложении ДВ.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на строительные материалы и изделия с высоким и средним термическим сопротивлением (не менее 0,5 ) и устанавливает требования к методикам определения термического сопротивления изделий, толщина которых превышает максимальную толщину, допустимую при испытании на приборах с горячей охранной зоной и оснащенных тепломером.

В настоящем стандарте приведены правила оценки эффекта толщины, позволяющие прогнозировать значения теплофизических показателей изделий при их фактической толщине и устанавливать возможность вычисления термического сопротивления изделия как сумму термических сопротивлений отдельных слоев, на которые разрезано изделие.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте приведена ссылка на следующий межгосударственный стандарт:

ГОСТ 31925-2011 (EN 12667:2001) Материалы и изделия строительные с высоким и средним термическим сопротивлением. Методы определения термического сопротивления на приборах с горячей охранной зоной и оснащенных тепломером (ЕN 12667:2001 "Теплофизические показатели строительных материалов и изделий - Определение термического сопротивления методом горячей охранной зоны и методом тепломера - Изделия, обладающие высоким и средним термическим сопротивлением", MOD)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения и единицы измерения

3.1 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 31925.

3.2 Обозначения и единицы измерения

Обозначения характеристик и единицы измерения, использованные в настоящем стандарте, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики, обозначения и единицы измерения

Обозначение	Характеристика	Единица измерения
A	Параметр кондукционной составляющей теплопроводности газа в порах материала
В	Параметр кондукционной составляющей теплопроводности матрицы материала
С	Параметр радиационной составляющей теплопроводности материала
Е	Параметр ослабления при совместном кондукционном и радиационном теплопереносе
F	Дополнение до единицы при "двухпоточной модели" альбедо	-
L	Параметр эффекта толщины	-
R	Термическое сопротивление
, ,	Термическое сопротивление при толщине, равной нулю, полученное экстраполированием
Т	Термодинамическая температура	К
J	Коэффициент теплопередачи d/R (образца)
Z	Параметр излучательной способности	-
d	Толщина образца	м
	Средний диаметр гранул или зерен	м
	Толщина, начиная с которой термическое сопротивление линейно зависит от толщины	м
e	Соотношение температур у боковых граней образца	-
	Поверхностный коэффициент радиационного теплопереноса
q	Плотность теплового потока
	Плотность радиационного теплового потока
	Общая плотность теплового потока
t	Время	с
	Параметр ослабления
	Излучательная способность	-
	Теплопроводность
	Теплопроводность воздуха
	Теплопроводность газа
	Радиационная составляющая теплопроводности (материала)
	Кондукционная составляющая теплопроводности (материала), величина которой определяется кондукционным теплопереносом через газ в порах и матрицу материала
	Коэффициент теплопропускания (материала), равный
	Температура по шкале Цельсия	°С
	Плотность образца
	Плотность матрицы материала
	Постоянная Стефана-Больтцмана
	Альбедо при двухпоточной модели	-
	Термическое сопротивление, вычисленное методом линейной регрессии и экстраполирования результатов трех измерений

4 Средства испытаний

4.1 Для проведения испытаний применяют приборы с горячей охранной зоной или оснащенные тепломером. Требования к техническим характеристикам и рекомендуемые конструктивные решения приборов приведены в ГОСТ 31925.

Требования к приборам, которые определяют допустимые размеры и отклонения размеров испытуемых образцов, приведены в приложении А.

Если не указано иное, требования к прибору с горячей охранной зоной также применимы к прибору, оснащенному тепломером.

4.2 Максимальная допустимая толщина испытуемых образцов в зависимости от размеров рабочих поверхностей плит приборов должна соответствовать приведенной в таблице А.1 приложения А ГОСТ 31925.

4.3 При испытании образцов с минимальной допустимой толщиной, зависящей от характеристик используемого прибора (с горячей охранной зоной или оснащенного тепломером), должны учитываться следующие условия:

a) при испытании нежестких образцов с термическим сопротивлением, большим или равным 0,3 , плотно примыкающих к плитам прибора, например образцов минераловатных или эластичных ячеистых плит, погрешность измерения толщины образцов не должна превышать 0,5% (см. таблицу А.1 приложения А ГОСТ 31925).

Примечание - Подробная информация приведена в приложении А настоящего стандарта;

b) при испытании жестких образцов с термическим сопротивлением, большим или равным 0,3 , например образцов пенополистирольных или пенополиуретановых плит, возникающие контактные термические сопротивления не должны превышать 0,5% термического сопротивления образца (см. таблицу приложения А.2 ГОСТ 31925).

Если необходимо провести измерения теплофизических показателей образцов с минимальной допустимой толщиной и термическим сопротивлением менее 0,3 с использованием методик, изложенных в настоящем стандарте, должны быть выполнены требования А.2.5 приложения А ГОСТ 31925.

В настоящем стандарте не приведены специальные методы измерений (например, с использованием контактных пластин), которые должны применяться, если термическое сопротивление образца менее 0,3 .

5 Порядок проведения испытаний

5.1 Общие положения

5.1.1 Образцы, предназначенные для испытания, должны быть подготовлены в соответствии с ГОСТ 31925. Если необходима специальная подготовка образцов какого-либо изделия, об этом должно быть указано в стандарте на это изделие.

5.1.2 Проведение испытаний включает в себя следующие этапы:

1) предварительные испытания, проводимые в целях оценки эффекта толщины для данного изделия;

2) испытания, проводимые в случае:

a) если эффект толщины для данного изделия незначителен,

b) если эффект толщины для данного изделия значителен.

Приведенные этапы применяют для изделий, толщина которых больше (см. 3.2) и которые предположительно являются однородными, при этом ни одно измеренное значение термического сопротивления не отклоняется более чем на 0,7% от интерполяционной прямой. Если указанное условие не выполняется или необходимо сократить число измерений, испытания следует проводить в соответствии с приложением С.

Значения параметра эффекта толщины L для образцов, толщина которых менее , приведены в таблицах 4 и 5.

Схема последовательности операций с возможными вариантами проведения испытаний приведена на рисунке 1.

5.1.3 Термическое сопротивление R, , образца, изготовленного из теплоизоляционного материала с низкой плотностью (например, менее 20 ), определяют по формуле

, (1)

где - термическое сопротивление образца при толщине, равной нулю, полученное экстраполированием, ;

d - толщина образца, м;

- коэффициент теплопропускания материала изделия, .

Коэффициент теплопередачи J определяют по формуле

. (2)

Примечания

1 Описание процесса теплопереноса через однородные теплоизоляционные материалы малой плотности приведено в приложении ДА.

2 Методики испытания материалов, эффект толщины для которых значителен, могут быть применены для изделий, толщина которых находится в пределах возможностей имеющегося прибора, что позволяет определять термическое сопротивление изделий интерполяцией на основании результатов измерений, проведенных только при нескольких значениях толщины.

3 В настоящем стандарте приведены упрощенные методики испытания изделий, плотность которых изменяется по толщине (минераловатные изделия, см. С.3.2.1.2 приложения С), и изделий, плотность которых резко увеличивается в направлении обеих лицевых граней [изделия из пенопластов с уплотненным наружным слоем на обеих лицевых гранях, образованным в процессе изготовления (см. С.3.2.2.3 приложения С)]. Для указанных изделий могут быть применены методики предварительных испытаний, приведенные в 5.2.

5.1.4 Для образцов изделий, толщина которых превышает максимальную толщину, допустимую при испытании на имеющемся приборе, должна быть проведена предварительная оценка эффекта толщины L (отношение коэффициента теплопередачи к коэффициенту теплопропускания, ).

Примечание - Определение разности (1 - L) является более предпочтительным, чем параметра эффекта толщины L, т.к. разность (1 - L) равна нулю, если эффект толщины отсутствует.

5.2 Эффект толщины

5.2.1 Эффект толщины для изделия незначителен, если выполняется условие . Испытание следует проводить по методике, приведенной в 5.3. Если указанное условие не выполняется, то в зависимости от вида материала изделия текущие и контрольные испытания проводят по методикам, приведенным в 5.2.2 или 5.2.3.

Примечания

1 При проведении испытаний следует учитывать диапазон значений толщины изделий, изготовленных из одного материала: если наибольшая толщина изделия не превышает максимальную толщину, допустимую при проведении испытаний на имеющемся приборе, и необходимо провести предварительную оценку эффекта толщины, допускается применять методику, изложенную в [1].

2 При оценке эффекта толщины для изделий, поры которых заполнены воздухом, могут быть использованы таблицы или график (см. С.2.2.1 приложения С).

5.2.2 Методика испытания волокнистых изделий

Определяют коэффициент теплопередачи J изделия наименьшей толщины.

Эффект толщины считают незначительным, если согласно данным таблицы 2 для минераловатных изделий или таблицы 3 для древесноволокнистых изделий выполняется условие . Если для указанных изделий выполняется условие 1 - L > 0,01, то эффект толщины оценивают следующим образом:

1) проводят не менее трех измерений:

- при толщине, близкой к максимальной допустимой при проведении испытаний на имеющемся приборе,

- при толщине, являющейся наименьшей из следующих двух значений: минимальная толщина изделия и толщина, приблизительно равная одной трети максимальной допустимой при проведении испытаний на имеющемся приборе (образец изготовляют, разрезая изделие на слои),

- при толщине, приблизительно равной среднему значению двух указанных выше толщин.

Пример - Изделие изготовляют толщиной 80, 120 и 200 мм; максимальная допустимая толщина образца при проведении испытаний на имеющемся приборе - 120 мм. Измеряют термическое сопротивление образцов толщиной 120, 80 и 40 мм (образец толщиной 40 мм изготовляют, разрезая изделие большей толщины на слои);

2) методом линейной регрессии определяют значения и , вычисляют коэффициент теплопередачи J при минимальной толщине изделия по формуле (2) и параметр эффекта толщины по формуле . Проверяют выполнение условия .

Если минераловатное изделие имеет градиент плотности по толщине, то следует использовать данные таблицы 2, включающей в себя значения коэффициента теплопередачи, измеренные на слое изделия, обладающем наименьшей плотностью, установленной в этом изделии.

Если изделие имеет неоднородную плотность или существует градиент плотности по толщине, то могут быть применены методики, приведенные в приложении С.

5.2.3 Методика испытания изделий из других материалов

Определяют коэффициент теплопередачи изделия наименьшей толщины. Эффект толщины считают незначительным, если согласно данным таблицы 4 для изделий из пенополистирола или таблицы 5 для теплоизоляционных пробковых изделий выполняется условие .

Если согласно данным таблицы 4 для изделий из пенополистирола, изготовленных методом формования, или таблицы 5 для теплоизоляционных пробковых плит и изделий из любого другого материала выполняется условие 1 - L > 0,01, то эффект толщины оценивают следующим образом:

a) проводят три или (предпочтительно) более измерений термического сопротивления, начиная с измерения образца толщиной, близкой к максимальной допустимой при проведении испытаний на имеющемся приборе, затем образец разрезают на слои и проводят измерения при следующих толщинах:

- при толщине, близкой к максимальной допустимой, при проведении испытаний на имеющемся приборе;

- предпочтительно при толщине от 10 до 15 мм или при толщине, минимальной допустимой при проведении испытаний на имеющемся приборе;

- при одной или более толщинах, расположенных между двумя значениями толщин, указанных выше; значение одной из толщин, при котором проводят измерения, должно быть примерно в два раза больше значения, указанного выше;

b) если по результатам не менее трех измерений допускается методом линейной регрессии определять прямую, отклонение измеренных значений от которой не превышает 0,7%, то вычисляют значения и . По формуле (2) вычисляют коэффициент теплопередачи J при минимальной толщине изделия и эффект толщины (в противном случае проводят дополнительные измерения при других значениях толщины или руководствуются рекомендациями, приведенными в С.3.2.2 приложения С);

c) проверяют выполнение условия .

Если в процессе экструзии на лицевых гранях плит из пенопласта образуется уплотненный наружный слой, плотность материала под которым значительно выше плотности материала средней части плиты, то образцы следует вырезать из средней части плиты (предполагается, что материал средней части является однородным).

5.3 Методика испытания изделий, для которых эффект толщины незначителен

Если в соответствии с 5.2 эффект толщины незначителен, то по методике, изложенной в 5.2.3, определяют минимальную толщину образца, при которой выполняется условие .

Изделие разрезают на слои толщиной не менее минимальной.

Примечание - При принятии решения о пригодности прибора для проведения испытаний по данной методике указанное выше значение толщины также можно рассматривать как минимальное среди максимальных значений толщин образцов, допустимых при проведении испытаний на имеющемся приборе.

Если при разрезании изделия на слои, например с помощью ленточной пилы, часть материала превращается в опилки, то измеренное значение термического сопротивления вырезанного слоя должно быть скорректировано. Если в стандарте на изделие не указано иное, то термическое сопротивление каждого вырезанного слоя увеличивают на число процентов, равное проценту от толщины вырезанного слоя материала, превращенного в опилки.

Вычисляют общее термическое сопротивление образца как сумму термических сопротивлений вырезанных слоев. При этом должно учитываться, что часть материала при разрезании изделия на слои была превращена в опилки.

Примечание - В стандарте на изделие конкретного вида должен быть указан способ вычисления общего термического сопротивления как произведение термического сопротивления одного слоя на число равных слоев, составляющих образец, или следует провести испытание каждого слоя и вычислить общее термическое сопротивление образца как сумму термических сопротивлений всех слоев.

Если эффект толщины для неоднородного минераловатного изделия (например, изделия, имеющего градиент плотности по толщине) или изделия из пенопласта, на лицевых гранях которого в процессе экструзии образовалась пленка, плотность материала под которой значительно выше плотности материала в средней части плиты, незначителен, то:

- изделие разрезают на слои толщиной не менее толщины, для которой выполняется условие 1 - L = 0,01;

- измеряют термическое сопротивление каждого слоя;

- вычисляют термическое сопротивление изделия как сумму термических сопротивлений отдельных слоев с учетом того, что часть материала в процессе вырезания была превращена в опилки.

5.4 Методики испытания изделий, для которых эффект толщины значителен

5.4.1 Если эффект толщины для изделия значителен, то в стандарте на это изделие указывают параметр, который должен быть определен: коэффициент теплопропускания материала или термическое сопротивление изделия.

Коэффициент теплопропускания материала вычисляют на основе измеренного коэффициента теплопередачи одного слоя изделия или среднего значения коэффициента теплопередачи всех слоев, вырезанных из изделия, используя значения параметра эффекта толщины L, приведенные в таблицах 2-5, о чем должно быть указано в стандарте на изделие конкретного вида.

5.4.2 Определение коэффициента теплопропускания материала

Если для изделия выполняется условие , а его толщина не превышает максимальную толщину, допустимую при испытании на имеющемся приборе, то из изделия вырезают образец, испытывают его и принимают коэффициент теплопропускания материала равным измеренному значению коэффициента теплопередачи этого образца.

Если условие не выполняется, то в стандарте на изделие конкретного вида должно быть указано, следует ли коэффициент теплопропускания материала определять линейной интерполяцией результатов измерений, проведенных в соответствии с 5.2, или следует испытать все слои, вырезанные из изделия, и вычислить коэффициент теплопропускания на основании полученных результатов методом линейной регрессии.

Если значение коэффициента теплопропускания определяют методом линейной регрессии на основании результатов трех измерений, как указано в 5.2, то максимальная относительная погрешность вычисления коэффициента теплопропускания равна

, (3)

где - максимальная абсолютная погрешность измерения термического сопротивления;

и - наибольшее и наименьшее измеренные значения термического сопротивления соответственно (см. 5.4.3).

Если погрешность вычисления коэффициента теплопропускания , то число измерений следует увеличить и применить метод статистического анализа для оценки погрешности определения этого коэффициента.

Если все результаты измерений или их часть были получены на образцах толщиной менее (например, для некоторых изделий из пенополистирола низкой плотности, изготовленных методом формования), то метод линейной интерполяции не применяют и при вычислении по формулам, приведенным в приложении В, следует использовать метод линейной регрессии.

Примечание - Подробная информация приведена в приложении С.

5.4.3 Определение термического сопротивления изделий

Термическое сопротивление изделий, которые не могут быть испытаны на имеющемся приборе, вычисляют по формуле (1), коэффициент теплопередачи J - по формуле (2). В стандартах на изделия конкретных видов должно быть указано, следует ли значения термического сопротивления и коэффициента теплопропускания , необходимые для вычисления термического сопротивления R, определять методом линейной интерполяции по результатам измерений, выполненных в соответствии с 5.2, или следует испытать все слои, на которые было разрезано изделие, и на основании измеренных значений методом линейной регрессии определить значения и .

Если значение термического сопротивления изделия при толщине образца вычисляют методом линейной регрессии и экстраполирования результатов трех измерений в соответствии с 5.2, то относительная погрешность вычисления удовлетворяет условию

, (4)

где - абсолютная погрешность определения ;

- абсолютная погрешность измерения термического сопротивления по методу в соответствии с ГОСТ 31925;

и - наибольшее и наименьшее измеренные значения термического сопротивления соответственно.

Для относительной погрешности определения термического сопротивления должно выполняться условие . Нижний предел соответствует условию , верхний предел - условию . Если относительная погрешность , то число измерений следует увеличить и применить метод статистического анализа для оценки общей погрешности определения термического сопротивления , которая не превышает 5%.

Если все измерения или их часть были проведены на образцах толщиной менее (например для некоторых изделий из формованного пенополистирола с низкой плотностью), то метод линейной интерполяции не допускается применять; при вычислениях по формулам, приведенным в приложении В, следует использовать метод линейной регрессии.

Примечание - Подробная информация приведена в приложении С.

6 Обработка результатов измерений и отчет об испытаниях

Обработка результатов измерений теплофизических показателей и требования к отчету об испытаниях - по разделам 8, 9 ГОСТ 31925.

В отчете об испытаниях должна быть приведена информация о примененных методиках, изложенных в настоящем стандарте. Результаты измерений и вычислений должны соответствовать требованиям стандарта на конкретное изделие, в котором приведена ссылка на настоящий стандарт.

Значения параметра эффекта толщины для различных теплоизоляционных материалов и изделий приведены в таблицах 2-5.

Таблица 2 - Параметр эффекта толщины для минераловатных изделий

Коэффициент теплопередачи J,	Толщина образца d, мм	Параметр эффекта толщины L
50	40	0,952-0,957
	80	0,978-0,980
	200	0,991-0,993
45	40	0,970-0,973
	80	0,986-0,988
	200	0,993-0,996
40	40	0,983-0,987
	80	0,991-0,994
	200	0,996-0,998
35	20	0,986-0,993
	40	0,993-0,997
	80	0,996-0,999
	200	0,998-1,000

Таблица 3 - Параметр эффекта толщины для древесно-волокнистых изделий

Коэффициент теплопередачи J,	Толщина образца d, мм	Параметр эффекта толщины L
65	30	0,906-0,921
	50	0,945-0,955
	100	0,972-0,977
55	15	0,885-0,925
	30	0,953-0,969
	50	0,973-0,983
	100	0,986-0,992
50	15	0,935-0,965
	30	0,972-0,985
	50	0,983-0,992
	100	0,991-0,997
46	15	0,962-0,985
	30	0,980-0,992
	50	0,985-0,995
	100	0,991-0,997

Таблица 4 - Параметр эффекта толщины для изделий из пенополистирола, изготовленных методом формования

Коэффициент теплопередачи J,	Толщина образца d, мм	Параметр эффекта толщины L
43	20	0,805-0,815
	40	0,905-0,910
	100	0,965-0,970
40	20	0,855-0,870
	40	0,930-0,940
	100	0,970-0,980
35	20	0,935-0,945
	40	0,965-0,980
	100	0,985-0,990
32	20	0,970-0,985
	40	0,985-0,995
	100	0,995-0,999

Таблица 5 - Параметр эффекта толщины для теплоизоляционных пробковых плит

Коэффициент теплопередачи J,	Толщина образца d, мм	Параметр эффекта толщины L
47	40	0,890-0,909
	100	0,959-0,962
	200	0,977-0,981
40	20	0,896-0,921
	40	0,948-0,962
	100	0,981-0,984
	200	0,990-0,994
35	20	0,958-0,976
	40	0,977-0,988
	100	0,993-0,996
	200	0,996-0,998
33	20	0,979-0,992
	40	0,985-0,995
	100	0,995-0,997
	200	0,996-0,998

Библиография

[1]

ИСО 8302:1991

Теплоизоляция - Определение термического сопротивления и связанных с ним теплофизических показателей при стационарном тепловом режиме - Прибор с горячей охранной зоной