ASTM E2584 Стандартная практика для определения теплопроводности материалов с использованием теплоемкостной (слаговой) калориметрии

Стандарт ASTM E2584 «Определение теплопроводности материалов с помощью калориметра с термоемкостью (пробкового калориметра)», разработанный Американским обществом по испытанию материалов (ASTM) , описывает метод определения кажущейся теплопроводности и тепловой диффузии материалов. Он применим к твердым материалам с кажущейся теплопроводностью в диапазоне от приблизительно 0,02 до 20 Вт/(м·К) в приблизительном температурном диапазоне от 300 К до 1100 К при использовании пробковых калориметров из нержавеющей стали 304 и термопар K, и до 1600 К при использовании пробковых калориметров из оксида алюминия и термопар PtRh.

Хотя данное приложение также может применяться для определения теплопроводности и температуропроводности нереактивных материалов, было установлено, что оно особенно полезно при испытании огнестойких материалов, которые одновременно являются реакционноспособными и претерпевают значительные изменения размеров при воздействии высоких температур.

Это приложение полезно для испытаний материалов в целом, включая композиты и многослойные материалы. Оно особенно полезно для материалов, которые подвергаются значительным реакциям, локальным изменениям размеров или и тому, и другому при воздействии высоких температур и поэтому трудно поддаются оценке с помощью существующих стандартных методов испытаний, таких как ASTM C1113.

Проведение испытания в течение нескольких циклов нагрева/охлаждения позволяет оценить влияние реакций, фазовых переходов и массопереноса реагирующих газов (например, пара) на тепловые характеристики. Этот метод оказался особенно применимым для испытаний огнестойких материалов.

Для целей настоящего стандарта применяются следующие термины и определения:

• Теплопроводность выражает скорость потока тепла через единицу площади за единицу градиента температуры в направлении, перпендикулярном площади, в стационарных условиях.
• Кажущаяся теплопроводность: Если помимо теплопроводности через материал присутствуют и другие виды переноса тепла (и массы), результаты измерений, выполненных в соответствии с этой практикой, должны представлять собой кажущуюся или эффективную теплопроводность для испытуемого материала.

В принципе, слиток, изготовленный из теплопроводного металла, способного выдерживать высокие температуры, окружён другим материалом (образцом) однородной толщины, теплопроводность которого значительно ниже теплопроводности слитка. Когда внешняя поверхность этой сборки подвергается воздействию температуры, превышающей температуру слитка, тепло проходит через внешний слой, вызывая повышение температуры внутри самого слитка. Повышение температуры слитка определяется количеством и скоростью тепла, переданного его поверхности (потока), его массой и удельной теплоёмкостью. Зная эти свойства, можно определить, что скорость повышения температуры слитка прямо пропорциональна поступающему в него тепловому потоку. Таким образом, в этих условиях слиток становится устройством для измерения потока.

На основе измеренного потока и теплового градиента в наружном слое (образце) можно рассчитать кажущуюся теплопроводность образца. При удалении источника тепла направление теплового потока меняется на противоположное в процессе естественного охлаждения. Опять же, на основе измеренного потока и теплового градиента можно рассчитать кажущуюся теплопроводность.

Идеальная модель, описанная выше, основана на тепловом потоке, перпендикулярном образцу и всегда проходящем через него. Отклонения от идеала могут возникать из-за:

• Неравномерность толщины наружного слоя
• Неоднородность внешнего слоя (химическая или микроструктурная)
• Пути помех через трещины, пустоты или другие механически созданные пути
• Паразитные пути через провода, оболочки (термопары), которые являются неизбежными частями практического устройства.
• Отделение образца от поверхности шлака (образование пустоты).

Пользователю данного метода следует учитывать, что контактное сопротивление между образцами и слитком не всегда может быть пренебрежимо малым, а в некоторых случаях может быть даже значительным, что может стать наиболее существенным источником неопределенности измерения. Однако для пористых материалов низкой плотности, как правило, контактным сопротивлением между образцами и слитком можно пренебречь.

Этот метод подходит для многих возможных геометрических конфигураций:

• Для изоляции труб следует использовать цилиндрический слиток. Торцевые поверхности следует закрыть изоляцией.
• Для плоских листовых заготовок (изоляционные плиты, сыпучие материалы) наиболее практичным считается слиток прямоугольной формы, в котором материал образца охватывает:
  • Обе основные поверхности платы с тщательно изолированными краями.
  • Одна большая поверхность доски, другая поверхность и края которой имеют мощную изоляцию.

Вкратце, стандарт ASTM E2584 описывает передовые практики и методики снижения риска возгорания фотоэлектрических (PV) панелей и связанных с ними систем. Этот стандарт играет ключевую роль в обеспечении безопасного развертывания и эксплуатации солнечных энергетических систем, особенно в жилых, коммерческих и промышленных помещениях. Основная цель данного стандарта — предоставить рекомендации по минимизации риска возгорания в фотоэлектрических системах. В связи с продолжающимся глобальным развитием технологий солнечной энергетики обеспечение пожаробезопасности этих систем стало важнейшей задачей безопасности. Этот стандарт:

• Выявляет потенциальную опасность возгорания, связанную с фотоэлектрическими системами
• Рекомендует методы проектирования, установки, проверки и обслуживания
• Продвигает стратегии предотвращения пожаров на протяжении всего жизненного цикла фотоэлектрических панелей.

ASTM E2584 — это прикладной стандарт, то есть он представляет собой руководство, а не конкретный метод испытаний. Этот стандарт охватывает:

• Определение компонентов и конфигураций, которые могут быть подвержены возгоранию
• Учет электрических неисправностей, точек перегрева и ухудшения изоляции
• Пожароопасность материалов, используемых в фотоэлектрических модулях и опорных конструкциях
• Требования к осмотру и техническому обслуживанию для снижения риска

С ростом популярности солнечной энергетики риск возникновения пожаров из-за неправильного монтажа, выхода из строя компонентов или воздействия окружающей среды становится значительным. В связи с этим стандарт ASTM E2584 поддерживает:

• Требования к страхованию и стратегии управления рисками
• Соблюдение местных строительных норм и правил пожарной безопасности
• Повышенная надежность системы и безопасность пользователей

Ключевые элементы этого стандарта включают в себя:

• Выбор компонентов: подчеркивает важность выбора огнестойких материалов и сертифицированных компонентов (например, модулей, соответствующих стандарту UL 1703).
• Проектирование и компоновка системы: Поддерживает компоновку, которая ограничивает распространение огня, обеспечивает легкий доступ пожарным и изолирует высоковольтные компоненты.
• Рекомендации по установке: для предотвращения неисправностей электропроводки рекомендуется использовать надлежащее заземление, безопасную проводку и четкую документацию.
• Осмотр и техническое обслуживание: Требуются регулярные визуальные осмотры и тепловизионная съемка для обнаружения горячих точек или повреждений изоляции.
• Интеграция мер реагирования на чрезвычайные ситуации: рекомендует четкую маркировку, процедуры отключения и сотрудничество с местными службами пожарной безопасности.

В конечном счёте, этот стандарт помогает гарантировать не только энергоэффективность, но и безопасность солнечных установок. Он значительно снижает риски, связанные с пожарами, защищая имущество, инфраструктуру и жизни людей.

Наша организация, которая уже много лет оказывает поддержку предприятиям всех отраслей, предлагая широкий спектр услуг по испытаниям, измерениям, анализу и оценке, располагает сильной командой сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В связи с этим мы также предоставляем услуги по испытаниям в соответствии со стандартом ASTM E2584 «Стандартная практика для определения теплопроводности материалов с использованием термоемкостных (слаговых) калориметров».