La norme « EN ISO 8990 Isolation thermique - Détermination des propriétés de conductivité thermique à l'état stationnaire - Boîte chaude calibrée et protégée », qui a pour base une norme européenne et a été publiée ultérieurement par l'Organisation internationale de normalisation (ISO), décrit les principes de conception des appareils et les exigences minimales qui doivent être respectées pour la détermination des propriétés de conductivité thermique à l'état stationnaire en laboratoire des composants de construction et des composants similaires destinés à un usage industriel. Toutefois, elle ne précise pas de conception spécifique, car les exigences varient, notamment en termes de taille et également, dans une moindre mesure, en termes de conditions de fonctionnement.
Cette norme décrit également le dispositif, la technique de mesure et le rapport de données requis. Les composants spéciaux, tels que les fenêtres, nécessitent des procédures supplémentaires non incluses dans cette norme. Sont également exclues les mesures de l’effet du transfert ou de la redistribution de l’humidité sur le flux de chaleur, mais l’effet possible du transfert de l’humidité sur la précision et la pertinence des résultats des tests doit être pris en compte dans la conception et le fonctionnement de l’équipement. Les propriétés qui peuvent être mesurées sont la conductivité thermique et la résistance thermique.
Cette norme comprend deux méthodes alternatives : la méthode de la boîte chaude calibrée et la méthode de la boîte chaude protégée. Les deux méthodes conviennent aux échantillons verticaux tels que les murs et aux échantillons horizontaux tels que les plafonds et les sols. L’appareil peut être suffisamment grand pour examiner des composants à grande échelle. Ces méthodes sont principalement conçues pour les mesures en laboratoire d'échantillons volumineux et non homogènes, mais des échantillons homogènes peuvent bien sûr également être testés et sont nécessaires à l'étalonnage et à la validation.
Lors des tests d'échantillons homogènes conformément à cette norme, l'expérience a montré qu'une précision de plus ou moins 5 pour cent peut généralement être obtenue. Cependant, la précision de chaque instrument est estimée en référençant des échantillons homogènes dont la conductivité thermique s'étend au-delà de la plage à mesurer à l'aide de l'instrument. L’estimation de la précision pour les échantillons inhomogènes est plus complexe et implique l’analyse du mécanisme de flux de chaleur dans le type particulier d’échantillon inhomogène testé. De telles analyses ne relèvent pas du champ d’application de la présente norme.
Cette norme ne fournit pas de lignes directrices pour les mesures impliquant un transfert de masse de l’échantillon pendant les essais.
Pour les besoins de cette norme, les définitions suivantes s'appliquent :
Les deux types de dispositifs, à savoir la boîte chaude blindée et la boîte chaude calibrée, sont généralement conçus pour reproduire les conditions limites conventionnelles d'un échantillon entre deux fluides atmosphériques, chacun de température uniforme. L'échantillon est placé entre une chambre chaude et une chambre froide à des températures ambiantes connues. Les mesures sont effectuées à des températures d'air et de surface stables et à une puissance délivrée à la chambre côté chaud. À partir de ces mesures, les propriétés de transfert thermique de l’échantillon sont calculées. L'échange de chaleur sur les surfaces des composants de l'échantillon d'essai est à la fois convectif et radiatif. Le premier dépend de la température et de la vitesse de l'air, et le second dépend des températures des surfaces de l'échantillon et des surfaces vues par la surface de l'échantillon d'essai et de l'émissivité hémisphérique totale. Les effets du transfert de chaleur par convection et par rayonnement sont combinés dans le concept de température ambiante et de coefficient de transfert de chaleur de surface.
La transmission thermique est définie entre deux températures ambiantes et des mesures de température appropriées sont donc nécessaires pour permettre leur détermination. Ceci est particulièrement important pour les échantillons d’essai à faible résistance thermique, où les coefficients de surface de transfert de chaleur représentent une part importante de la résistance totale. Dans le cas d'éprouvettes présentant une résistance thermique modérée à élevée, il peut être suffisant d'enregistrer uniquement les températures de l'air pendant l'essai s'il peut être démontré que la différence entre les températures de l'air et du rayonnement de chaque côté de l'éprouvette est suffisamment faible pour répondre aux exigences de précision.
Un cas particulier se produit lorsque la boîte chaude possède un panneau radiant près du côté chaud de l'échantillon comme source de chaleur. Dans ce cas, la composante radiante devient plus dominante dans le transfert de chaleur vers la surface de l’échantillon. Cette méthode avec un panneau radiant peut être utilisée pour mesurer la résistance thermique de l'échantillon, mais ne convient pas aux mesures directes de la transmission thermique aux coefficients de surface conventionnels.
Dans la boîte chaude blindée, la boîte de mesure est entourée d'une boîte de protection dans laquelle l'environnement est contrôlé pour minimiser le flux de chaleur latéral dans l'échantillon et le flux de chaleur à travers les parois de la boîte de mesure. Idéalement, lorsqu'un échantillon homogène est monté dans l'appareil et que les températures sont uniformes à l'intérieur et à l'extérieur de la boîte de mesure, et également lorsque les températures du côté froid et les coefficients de transfert de chaleur de surface sont uniformes, un équilibre de température pour l'air à l'intérieur et à l'extérieur de la boîte de mesure implique un équilibre à la surface de l'échantillon et vice versa. Le flux de chaleur total à travers l'échantillon est égal à l'apport de chaleur dans la boîte de mesure.
La boîte chaude calibrée est entourée d'une zone à température contrôlée qui n'est pas à la même température que la température de l'air à l'intérieur de la boîte de mesure. Les pertes de chaleur à travers les parois du caisson sont maintenues à un faible niveau grâce à l'utilisation d'une structure à haute résistance thermique. La puissance totale absorbée doit être corrigée en fonction des pertes murales et des pertes latérales. Le chemin de flux de chaleur latéral est illustré dans la figure montrant les détails de l'échantillon et du cadre d'échantillon avec les parois latérales chaudes et froides adjacentes de la boîte. La correction des pertes dans les parois de la boîte et des pertes latérales est déterminée par des tests sur des échantillons d'étalonnage de résistance thermique connue. Pour l'étalonnage des pertes latérales, les échantillons d'étalonnage doivent couvrir la même épaisseur et la même plage de résistance thermique que les échantillons à mesurer et la plage de température d'utilisation prévue.
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