Стандартна практика ASTM E2584 за топлопроводимост на материали, използваща калориметрия с термичен капацитет (Slug)

Стандартна практика ASTM E2584 за топлопроводимост на материали, използваща калориметрия с термичен капацитет (Slug)

Стандартната практика ASTM E2584 за топлопроводимост на материали чрез калориметър за термичен капацитет (Slug), разработена от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM) , описва метод за определяне на видимата топлопроводимост и топлопроводимост на материалите. Това се отнася за твърди материали с видима топлопроводимост в диапазона от приблизително 0,02 до 20 W/(m·K) в приблизителния температурен диапазон от 300 K до 1100 K, когато се използват калориметри за проби от неръждаема стомана 304 и термодвойки K, и до 1600 K, когато се използват калориметри за проби от алуминиев оксид и термодвойки PtRh.

Стандартна практика ASTM E2584 за топлопроводимост на материали, използваща калориметрия с термичен капацитет (Slug)

Въпреки че приложението би трябвало да е приложимо и за определяне на топлопроводимостта и топлопроводимостта на нереактивни материали, то се оказва особено полезно при тестване на огнеупорни материали, които са едновременно реактивни и претърпяват значителни промени в размерите си по време на излагане на висока температура.

Това приложение е полезно за тестване на материали като цяло, включително композитни и многослойни видове. То е особено полезно за материали, които претърпяват значителни реакции, локални промени в размерите или и двете по време на излагане на високи температури и следователно са трудни за оценка с помощта на съществуващи стандартни методи за изпитване, като например ASTM C1113.

Извършването на теста в рамките на множество цикли на нагряване/охлаждане позволява да се оцени влиянието на реакциите, фазовите промени и масопреноса на реакционните газове (напр. пара) върху топлинните характеристики. Установено е, че тази практика е особено приложима за изпитване на огнеупорни материали.

За целите на този стандарт се прилагат следните термини и определения:

  • Топлопроводимостта изразява скоростта на топлинния поток през единица площ спрямо единица температурен градиент в посока, перпендикулярна на площта, при стационарни условия.
  • Видима топлопроводимост: Когато освен топлопроводимостта през материала са налице и други начини за пренос на топлина (и масопренос), резултатите от измерванията, извършени съгласно тази практика, трябва да представляват видимата или ефективната топлопроводимост за тествания материал.

По принцип, слитък, изработен от топлопроводим метал, способен да издържа на високи температури, е обграден от друг материал (образец) с еднаква дебелина, чиято топлопроводимост е значително по-ниска от тази на слитъка. Когато външната повърхност на този възел е изложена на температура, по-висока от тази на слитъка, топлината преминава през външния слой, причинявайки повишаване на температурата в самия слитък. Повишаването на температурата на слитъка се контролира от количеството и скоростта на топлина, предавана на повърхността му (поток), неговата маса и специфичен топлинен капацитет. Познавайки тези свойства, скоростта на повишаване на температурата на слитъка е право пропорционална на топлинния поток, влизащ в него. Следователно, при тези условия слитъкът се превръща в устройство за измерване на потока.

От този измерен поток и топлинния градиент през външния (пробния) слой може да се изчисли видимата топлопроводимост на пробата. Когато източникът на топлина се отстрани, посоката на топлинния поток се обръща по време на естественото охлаждане. Отново, от измерения поток и топлинния градиент, може да се изчисли видимата топлопроводимост.

Идеалният модел, описан по-горе, се основава на топлинен поток, перпендикулярен на пробата и винаги преминаващ през нея. Отклонения от идеалния могат да възникнат поради:

  • Неравномерност на дебелината на външния слой
  • Нееднородност на външния слой (химическа или микроструктурна)
  • Пътища на интерференция през пукнатини, кухини или други механично създадени пътища
  • Паразитни пътища през проводници, обвивки (термодвойки), които са неизбежни части от практическото устройство.
  • Отделяне на пробата от повърхността на пробата (образуване на кухина).

Потребителят на този метод трябва да е наясно, че контактното съпротивление между пробите и слитъка не винаги може да бъде пренебрежимо малко и в някои случаи дори може да бъде значително, като евентуално се превърне в най-значимия източник на несигурност при измерването. Въпреки това, за порести материали с ниска плътност обикновено е установено, че контактното съпротивление между пробите и слитъка може да бъде пренебрегнато.

Този метод е подходящ за много възможни геометрични конфигурации:

  • За изолация на тръбата трябва да се използва цилиндричен слитък. Крайните повърхности трябва да бъдат блокирани с изолация.
  • За плоски листове (изолационни плоскости, насипни материали) най-практичен се счита правоъгълен блок, при който пробният материал покрива:
    • И двете основни страни на платката са със силно изолирани ръбове.
    • Една голяма страна на дъска, другата страна и ръбовете на която са силно изолирани.

Накратко, ASTM E2584 очертава най-добрите практики и методологии за намаляване на риска от пожар във фотоволтаични (PV) панели и свързани с тях системи. Този стандарт играе ключова роля за осигуряване на безопасното разполагане и експлоатация на слънчеви енергийни системи, особено в жилищни, търговски и промишлени среди. Основната цел на този стандарт е да предостави насоки за минимизиране на риска от пожар във фотоволтаични системи. Тъй като технологията за слънчева енергия продължава да се разраства в световен мащаб, гарантирането, че тези системи не представляват риск от пожар, се превърна в критичен проблем за безопасността. Този стандарт:

  • Идентифицира потенциални опасности от пожар, свързани с фотоволтаични системи
  • Препоръчва практики за проектиране, монтаж, инспекция и поддръжка
  • Насърчава стратегии за предотвратяване на пожари през целия жизнен цикъл на фотоволтаичните панели

ASTM E2584 е приложен стандарт, което означава, че предоставя ръководство, а не специфичен метод за изпитване. Този стандарт обхваща:

  • Идентифициране на компоненти и конфигурации, които могат да бъдат податливи на запалване
  • Вземане предвид на електрически повреди, термични прегряващи точки и влошаване на изолацията
  • Поведение на материалите, използвани във фотоволтаични модули и носещи конструкции, при пожар
  • Изисквания за инспекция и поддръжка за намаляване на риска

С нарастващото използване на слънчевата енергия, рискът от електрически пожари поради лоша инсталация, повреда на компоненти или фактори на околната среда става значителен. В тази връзка, ASTM E2584 поддържа:

  • Изисквания за застраховане и стратегии за управление на риска
  • Съответствие с местните строителни норми и противопожарни разпоредби
  • Повишена надеждност на системата и сигурност на потребителите

Ключовите елементи за този стандарт включват:

  • Избор на компоненти: Подчертава важността на избора на огнеупорни материали и сертифицирани компоненти (напр. модули, съвместими с UL 1703).
  • Проектиране и оформление на системата: Насърчава оформления, които ограничават разпространението на огъня, осигуряват лесен достъп за пожарникарите и изолират компонентите с високо напрежение.
  • Най-добри практики за монтаж: Препоръчва се правилно заземяване, безопасно окабеляване и ясна документация, за да се предотвратят електрически повреди.
  • Инспекция и поддръжка: Изисква редовни визуални проверки и термовизионно изследване за откриване на прегряващи точки или повреди в изолацията.
  • Интеграция на аварийното реагиране: Препоръчва ясно етикетиране, процедури за изключване и сътрудничество с местните служители по пожарна безопасност.

В крайна сметка, този стандарт помага да се гарантира, че слънчевите инсталации са не само енергийно ефективни, но и безопасни. Той значително намалява рисковете, свързани с пожари, като защитава имуществото, инфраструктурата и живота.

Нашата организация, която от години подкрепя бизнеса във всички сектори чрез широк спектър от дейности по тестване, измерване, анализ и оценка, разполага със силен екип от служители, които следят отблизо световните развития в науката и технологиите и непрекъснато се усъвършенстват. В този контекст, ние също така предоставяме услуги за тестване в съответствие със стандартната практика ASTM E2584 за топлопроводимост на материали с използване на калориметри за термичен капацитет (Slug).

WhatsApp