ISO/TR 9165:1988
(Main)Practical thermal properties of building materials and products
Practical thermal properties of building materials and products
Deals only with thermal characteristics of building materials and products related to thermal conductivity or thermal resistance. Gives the procedures needed to correct laboratory test values to practical values for these products.
Caractéristiques thermiques utiles des matériaux et des produits de construction
Praktične toplotne lastnosti gradbenih materialov in izdelkov
General Information
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL REPORT 9165
Published 1986-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. MEXAYHAPOAHAR OPrAHM3AL@4R IlO CTAHAAPTM3A~Mbb ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Practical thermal properties of building materials
and products
Caract&istiques thermiques utiles des mattkiaux et des produits de construction
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (IS0 member bodies).
The work of preparing International Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member body
interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee.
International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0 collaborates
closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee
may propose the publication of a Technical Report of one of the following types :
-
type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International
Standard, despite repeated efforts;
-
type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an
International Standard (“state of the art”, for example).
Technical Reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical Reports types 1 and 2 are subject to review within
three years of publication, to decide whether they can be transformed into International Standards. Technical Reports type 3 do not
necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be no longer valid or useful.
ISO/TR 9165 was prepared by Technical Committee ISO/TC 163, Thermal insulation.
The reasons which led to the decision to publish this document in the form of a Technical Report type 2 are explained in the
Introduction.
UDC 691 : 536.2 Ref. No. ISO/TR 9165: 1988 (E)
Descriptors : buildings, construction materials, thermodynamic properties, thermal conductivity, thermal insulation, thermal resistance.
0 International Organization for Standardization, 1988 0
Printed in Switzerland Price based on 21 pages
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ISO/TR 9165 : 1988 EI
Contents
Page
1 Scope and field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2
2 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Definitionsandsymbols . 3
3.1 Symbols . 3
3.2 Basic thermal characteristics.
.............................................................................. 3
3.3 Practical thermal characteristics.
3
...........................................................................
4 General considerations and principles. 4
...........................................................................
5 Test methods and test conditions
5
...............................................................................
5.1 Testmethods .
5
.......................................................................................... 5
5.2 Testconditions
6 General principles for correcting measurements 6
...................................................................
6
6.1 Preliminarymeasurements .
6
6.2 Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
7 Statistical considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Corrections for materials. 7
......................................................................................
8.1 Mineralfibres . 7
8
8.2 Cellular plastics - polystyrene and polyurethane boards
.......................................................
............................................................................................ 10
8.3 Cellularglass
................................................................................. 11
8.4 Woodandwoodproducts
11
8.5 Concrete .
................................................................................................ 13
8.6 Masonn/
Annex
15
Heat transfer modes in insulating materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 Introduction
Whilst the technical committee accepts the need for an International Standard in this field, it recommends immediate publication in
the form of a Technical Report which is urgently needed as guidance for developing national standards in this field. The technical
committee will discuss this matter further to develop an International Standard.
1 Scope and field of application
This Technical Report deals only with the thermal characteristics of building materials and products related to thermal conductivity or
thermal resistance. It gives the procedures needed to correct laboratory test values to practical values for building materials or
products.
These practical thermal values are needed for use in calculations of thermal properties of building components, but the procedures
given here may not be applicable to composite structures.
The procedures are in general applicable in the temperature range - 30 to + 30 OC.
No specific procedures for allowing for the influence of workmanship are given.
2 References
IS0 2859, Sampling procedures and tables for inspection by attributes.
IS0 3951, Sampling procedures and charts for inspection by variables for percent defective.
- Physical quantities and definitions.
IS0 7345, Thermal insulation
2
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ISO/TR 9165 : 1988 (El
IS0 8301, Thermal insulation - Determination of steady-state specific thermal resistance and related properties - Heat flow meter
method. 1)
IS0 8302, Thermal insulation -
Determination of steady-state areal thermal resistance and related properties - Guarded hotplate
apparatus. 1)
I SO 0990, Thermal insulation - Determination of steady-state thermal transmission properties
- Calibrated and guarded hot box. 1)
3 Definitions and symbols
3.1 Symbols
A mean Mean value of thermal conductivity. W/( m K)
.................................................................. .
Basic thermal conductivity (based on laboratory tests and corrected for statistical variations)
.................. W/( mm K)
Ab
Practical thermal conductivity (design value)
W/(m . K)
...........................................................
h
R mean Mean value of thermal resistance.
m2 . K/W
....................................................................
Basic thermal resistance
rn2. K/W
Rb .
Practical thermal resistance (design value) rn2. K/W
.............................................................
RP
Estimated standard deviation of thermal conductivity W/(m
................................................... . K)
Estimated standard deviation of thermal resistance rn2. K/W
.....................................................
Correction coefficient for thermal conductivity
a;l
Correction coefficient for thermal resistance
aR
d Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
m
3.2 Basic thermal characteristics
The basic thermal characteristics (A,, Rb) are measured in accordance with International Standards, under reference conditions of
temperature and state.
3.2.1 Standard reference temperature
A temperature selected as the base at which these characteristics, that are dependent upon temperature, will be measured and
reported for comparison.
Currently, a mean temperature of 10, 20 or 24 OC is used as standard reference temperature.
3.2.2 Standard reference state
A state of equilibrium selected as the base at which these characteristics, that are dependent upon equilibrium conditions, will be
measured and reported for comparison.
3.3 Practical thermal characteristics
The practical thermal characteristics of a building material are the values of its thermal conductivity (A& and its thermal resistance (I?,)
in conditions that can be considered as typical of buildings.
These conditions take account of
- the moisture content of the material in normal use;
-
ageing (that is, the change in thermal properties with time due to gas diffusion when the pores contain a gas other than air,
and/or dimensional changes after application, including the effect of cracking, settlement, shrinkage, etc.);
1) To be published.
3
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ISO/TR 9165 : 1988 (El
-
the temperature of use, if it is different from the standard reference temperature;
-
the density, if it is different from the density at which the basic properties were determined;
-
workmanship (the practical thermal properties of buildings are influenced by the correctness of execution of the insulation
work, and the thermal properties of building components should therefore be corrected for average imperfections in workman-
ship).
It is difficult or even impossible to fix internationally agreed procedures to take workmanship into account because it depends not only
on the type of insulating material, but also on conditions such as the position of the insulation within the building, the average skill of
the installers in a particular geographical area, the average weather conditions during transportation, handling and installation and the
building technology.
final thermal pet-forma nce of a building can be negligible or can exceed when
The effect of workmanship on the 10 %, even good
installation practices are followed.
On a nation-wide basis, more homogeneous conditions can be expected , and the evaluation of the of workmanship
may
be attempted.
Depending on the case considered, one has the option of quoting the practical thermal conductivity or the practical thermal resistance
if a specific thickness is used, or both values. However, the practical thermal resistance as a function of thickness shall be quoted if
the concept of thermal conductivity does not apply (see the annex).
4 General considerations and principles
The thermal properties of a building material or product may be determined by various methods.
41 .
1) By testing the material as such using a hotplate apparatus, a heat flow meter apparatus or a hot box apparatus under
laboratory conditions and adding corrections to allow for the different conditions in practical use. The thermal property of a
construction may then be found by a standard calculation.
2) By testing a complete component, which includes the material concerned, in a hot box apparatus under laboratory conditions.
The thermal resistance (or conductivity) of each material layer may be found by internal temperature measurements or by calcu-
lation, and may need the same types of correction as above.
buildings under practical conditions. It is possible to calculate, by means of a standard
3) By measurements in existing calcu-
lation, from such measurements what the thermal resistance (or conductivity) of the material or product must be.
Testing of or measurements on complete constructions are expensive, and it is often difficult to cover all insulation combinations and
insulation thicknesses by method 2) or 3). However, such measurements are important in checking the validity of the procedures used
to calculate design values.
The thermal conductivity of a building material and the thermal resistance of a building product obtained by method 1) from
laboratory measurements correspond to well defined physical test conditions that in most cases are different from the conditions
encountered in practice.
Even though it is desirable to carry out tests in conditions as close as possible to end-use conditions, measured values may have to be
corrected to give an acceptable description of the expected performance under service conditions. Measured values corrected in this
way are called practical values.
Practical thermal properties of building materials may be needed for various purposes.
42 .
For use i In calculations to pr .ove tha t a cer ,tain construction meets the requirements of building codes. It is important here that
1)
the practical thermal properties ensure equal and fair treatment of each product.
design of heating and ventilation systems and for protection against
2) For calculating heating and cooling loads for the
heave. In this case, safety factors may be relevant.
For calculating the annual energy consumption, the optimization of thermal insulation costs and the evaluation of energy-
3)
average values may be the most releva nt.
savi ng measures. In this case,
In view of this variety of uses, it is not surprising that design values and practical values are not the same in all cases. Any attempt to
give specific figures for each particular application leads, however, to complicated tables. For this reason, it is better to stick to one
representative condition and try to allow for variations due to different conditions by introducing safety factors or reduction factors in
design guidelines.
4
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ISO/TR 9165 : 1988 E1
4.3 When quoting thermal properties, it is important to realize that there is a fundamental difference between the properties of
materials and those of products.
4.3.1 Material properties are independent of the size and shape of the product being considered. Material properties are related to
the nature of the material of which the product is made (structure, density, chemical composition, etc.). For practical purposes, the
thermal conductivity is often referred to as a material property, even though it is not a true material property for all materials. For the
applicability of the concept of thermal conductivity, see the annex of IS0 7345.
4.3.2 Product properties are related to the shape and dimensions of the product. A typical product property is thermal resistance
-
the ratio of the temperature difference to the density of heat flow rate (thermal flux density). Thermal resistance can be defined and
measured for a particular specimen, of known shape and size, of an unknown material.
Many combinations of materials of different thermal conductivities (A) and thicknesses can give the same thermal resistance.
The determination of thermal resistance from the material properties, the shape and the size (ratio between thickness and thermal
conductivity) should be considered a special case.
As a consequence, the analysis and correction of properties of materials and those of products may be different, and care shall be
taken to avoid confusion between the two.
5 Test methods and test conditions
5.1 Test methods
Laboratory testing should be carried out according to one of the following methods:
IS0 8302;
a) guarded hotplate
IS0 8301;
b) heat flow meter
IS0 8990.
c) guarded or calibrated hot box
However, for some measurements, for example those on moist materials, it may be necessary to use methods which are not covered
by International Standards. In such cases, the method used shall be described in the test report.
5.2 Test conditions
The conditions under which the tests are carried out shall be described in the test report and shall be consistent with the method
used.
The following information is important in the interpretation of the results, and shall be specified in the test report:
-
the test method used;
-
the mean test temperature;
-
the temperature difference between the faces of the test piece(s);
-
the sampling method used;
-
the conditioning procedure used;
- the thickness of the test piece(s);
-
the density, in the standard reference state, of the material(s) under test;
- the duration of the test (when meaningful);
-
the moisture content, by weight or by volume, of the test piece(s)
- as received (when meaningful);
-
after conditioning;
- before and at the end of the test;
- the time elapsed since production of the test piece(s);
-
any other useful information.
5
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ISO/TR 9165 : 1988 (E)
6 General principles for correcting measurements
The procedure for converting measured values to practical values can be logically split into two steps.
a) The first step consists of collecting the available measured values and making them consistent with each other. As an
example, the mean test temperature may have been 10, 20 and 24 OC in various tests. A standard reference temperature shall be
chosen and all values converted to that temperature so that they can subsequently be compared with each other.
b) The second step is correcting the data to the actual operating conditions. Using temperature as the example again, the
measured data may have been converted to a reference temperature in the first step but, in view of the different climatic conditions
which exist in different parts of the world, the mean working temperature for an insulating material or product in a building appli-
cation can be anywhere between - 40 and + 30 OC. This means that further correction is required to convert the measurements
from the standard reference temperature to the mean working temperature.
6.1 Preliminary measurements
For each family of materials, the thermal conductivity, or thermal resistance, data could first be processed to give the following :
-
A reference curve of thermal conductivity, or thermal resistance, plotted as a function of mean temperature, with the material
conditioned to the standard reference state.
-
A reference curve of thermal conductivity, plotted as a function of bulk density, with the material conditioned to the standard
reference state.
-
A reference curve of thermal conductivity plotted as a function of moisture content, provided suitable methods are available
(if not, the literature should be referenced). In calculating the moisture content, a conventional definition of the dry state should be
assumed.
-
A curve showing the variation in thermal conductivity, or thermal resistance, with the age of the specimen, when relevant.
-
A curve showing the variation in thermal conductivity with thickness, when relevant.
-
A curve showing the relationship with any other relevant parameter.
6.2 Corrections
The difference between the minimum and the nominal thickness shall be considered in the correction process in order to give the
appropriate design values.
All other corrections are given, for each family of materials, in clause 8.
7 Statistical considerations
The statistical interpretation of the test results assumes that the purpose of the calculation is known.
The thermal properties of the product or material should be given as mean values together with a standard deviation.
The basic thermal properties are thus defined as follows:
. . . (1)
Ab = &ne,, + %%
and
. . . (2)
Rb = &em - aR-R
where
& is the basic thermal conductivity;
A mean is the mean thermal conductivity;
&, is the basic thermal resistance;
R
mean is the mean thermal resistance;
6
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ISO/TR 9165 : 1988 E)
are the standard deviations for the thermal conductivity and the thermal resistance, respectively;
SA and SR
are correction coefficients specific to a particular group of materials and the purpose of the calculation.
aA and aR
NOTE - See IS0 2859 and IS0 3951 for guidelines to the statistical interpretation of results. National regulations may define the values of a~ and aR.
8 Corrections for materials
8.1 Mineral fibres
The comments in this sub-clause are limited to bonded mineral fibre mats and boards. Their thermal performance is given in this
clause in terms of thermal resistance or thermal conductivity. Thermal conductivity is a function of density and thickness. Corrections
for these parameters may be required (examples are given in the annex).
The standard reference state is a conventional state. In practice, this state is obtained by cond itioning in a standard laboratory
atmosphere.
The main correction factors for insulating materials used in building are dealt with in turn below.
For those correction factors which are relevant to mineral fibre insulating products, standardized procedures are given.
8.1 .l Variability
Fibrous insulating products shall comply with the particular specifications relative to each application for which they have been
adopted.
production pr
These specifications point out, among other things, that, due to differences in *ocesses materials of different density
can have the same thermal resistance. The t #herma resistance is therefore not related to the density lone.
For mineral fibre, the thermal conductivity/density curve has a minimum. At densities less than that corresponding to this minimum,
the thermal conductivity increases faster than at densities greater than that corresponding to the minimum (i.e. the slope of the curve
is numerically greater at lower densities than at higher densities - see figure 2 in the annex). Mineral fibres are usually produced with
a density between 10 and 200 kg/m?
8.1.2 Effect of temperature
Corrections for the effect of temperature could be made using the procedure described in the annex.
Temperature coefficients range from 0,25 % to 1 % per kelvin.
it
Depending on the expected operating temperature and the reference temperature, will be necessary to run experiments or to use the
expression given in the annex.
8.1.3 Effect of thickness
If the thermal performance is expressed in terms of thermal resistance, the effect of thickness need not be considered.
If the thermal performance is expressed in terms of thermal conductivity, the effect of thickness shall be considered. For low-density
materials and small thicknesses, see the annex.
8.1.4 Effect of moisture
Provided that the insulating products are protected from condensation, water leakage and ground water, and thus in equilibrium with
air, the moisture content of mineral fibres is usually less than 1,5 % (m/m).
In these conditions, the effect on the thermal resistance and the thermal conductivity can be neglected in the majority of applications.
7
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ISO/TR 9165 : 1988 (El
8.1.5 Effect of ageing
Mineral fibre products owe their thermal performance to the presence of air trapped in the fibre matrix. The dimensions of such
products are usually stable. Therefore it is not usually necessary to make any corrections for ageing. However, exposure to hot and
damp environments can damage the products.
8.1.6 Recovered thickness
insulation in a state of compression may, when the compressive fo irce is removed, result in the product having a
Storing thermal
thickness which is less than or more than the declared nominal thick ness when it IS received by the purchaser.
8.1.7 Effect of permeability to air
Mineral fibre products are generally permeable to air. This characteristic only effects the thermal resistance or therma cond uctivity
conditions and in particular applications. Examples are given below.
under certain temperature
- Internal convection may occur in constructions in which high-ai r-permeability insul ating products have been used when these
products are exposed to large temperature differences. In building applications, such extreme condi tions are u nlikely to occur.
- Mineral fibre insulating products facing ventilated air spaces may be affected by the air flow over the su rface, but in building
h enough to affect the thermal performance.
applications air speeds are normally not hig
- Provided that such situations are avoided by using appropriate constructional methods, no correction for permeability to air is
necessary.
Effect of workmanship
8.1.8
See 3.3.
8.2 Cellular plastics - polystyrene and polyurethane boards l)
divided into two categories - expanded products and extruded products.
Polystyrene products can be Expanded polystyrene is
usually produced as unfaced boards cut from blocks.
Extruded polystyrene is usually produced as unfaced boards with or without a skin. The blowing agent is frequently a mixture of gases
that of air.
which may have a thermal conductivity lower than
Polyurethane boards are cut from blocks or produced by a continuous process. They are frequently faced. The facing can vary from
paper sheet to metal foil. The blowing agent used for polyurethane has a thermal conductivity lower than that of air, and the facing
therefore plays a dominant role in the ageing process.
cellular plastics when the blowing agent has a conductivity lower than that of air. This ageing
Time affects the thermal properties of
effect depends on the blowing agent, the thickness and the facing.
The thermal performance of cellular plastics is expressed either in terms of the thermal resistance or in terms of the thermal conduc-
due to the effect of thickness (see 8.1.3).
tivity, although the applicability of the thermal condictivity may be limited
uilibriu atmosphere after drying at a
The standard reference state is usually the eq m with the standard laboratory specified temperature
for a specified length of time.
8.2.1 Variability
vary depends on the density, the cell structure and the chemical compo-
The way in which the thermal properties of these products
sition of the blowing agent (when its thermal conductivity is different from that of air).
the gas within the cells is the most important factor. Cell size has less influence on thermal performance.
The chemical composition of
Small cells give best results.
Soon after production, air tends to enter the cells of polyurethane, polyisocyanurate and extruded polystyrene products and to dilute
the blowing agent. The simultaneous diffusion outwards of the blowing agent is far slower. As a consequence, the thermal petform-
ante is influenced by time since production, the initial composition of the blowing agent and the surface coating.
1) Also applies to polyisocyanurate boards.
8
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ISO/TR 9165 : 1988 (El
When products come from a single production line subject to strict quality control, and are tested under the same reference con-
ditions and at the same age (excluding the first weeks of life), the standard deviation from the mean value of the thermal performance
of the product will usually be less than a few percent.
8.2.2 Effect of density
For cellular plastics, the thermal conductivity/density curve has a minimum.
Expanded polystyrene is usually produced at densities between 10 and 40 kg/ma, and the minimum thermal conductivity occurs at a
density within this range.
For a 10 kg/m3 product, a 1 % increase in density corresponds to a decrease in thermal conductivity of less than 05 % (examples are
given in the annex).
Extruded polystyrene and polyurethane are usually produced at densities not far from that corresponding to the minimum of the ther-
mal conductivity/density curve. For these materials, a change in density implies a change in cell structure, so care shall be taken in
applying a simple correlation.
8.2.3 Effect of temperature
The annex gives guidance in predicting the effect of temperature. The effect is larger when the density is low and when the thermal
conductivity of the blowing agent is low.
Typically, the correction ranges from 0,4 % to 0,6 % per kelvin, but it cannot be smaller than 0,3 % per kelvin or larger than 1 % per
kelvin. The relationship between thermal conductivity and temperature is a linear one at around room temperature, and usually no
correction is required to convert data from IO,20 or 24 OC to any other one of these temperatures. However, below 0 OC the thermal
conductivity of polyurethane increases in a fashion which is not easy to predict, and at about - 60 OC begins to decrease again. This
means that cold store data cannot be used for building applications, and vice versa.
8.2.4 Effect of thickness
The thickness of most boards made of expanded or extruded polystyrene or of polyurethane ranges from 20 to 100 mm. Within this
range, the effect of thickness on thermal conductivity can be detected, although it is not large in any given situation. This means that
these materials do not have a thermal property dimensionally equivalent to thermal conductivity, and that their thermal resistance is
not str
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO/TR 9165:1997
01-december-1997
3UDNWLþQHWRSORWQHODVWQRVWLJUDGEHQLKPDWHULDORYLQL]GHONRY
Practical thermal properties of building materials and products
Caractéristiques thermiques utiles des matériaux et des produits de construction
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO/TR 9165:1988
ICS:
91.100.01 Gradbeni materiali na Construction materials in
splošno general
91.120.10 Toplotna izolacija stavb Thermal insulation
SIST ISO/TR 9165:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO/TR 9165:1997
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SIST ISO/TR 9165:1997
TECHNICAL REPORT 9165
Published 1986-12-01
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and products
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IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (IS0 member bodies).
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interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee.
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closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of IS0 technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee
may propose the publication of a Technical Report of one of the following types :
-
type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International
Standard, despite repeated efforts;
-
type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an
International Standard (“state of the art”, for example).
Technical Reports are accepted for publication directly by IS0 Council. Technical Reports types 1 and 2 are subject to review within
three years of publication, to decide whether they can be transformed into International Standards. Technical Reports type 3 do not
necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be no longer valid or useful.
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The reasons which led to the decision to publish this document in the form of a Technical Report type 2 are explained in the
Introduction.
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Descriptors : buildings, construction materials, thermodynamic properties, thermal conductivity, thermal insulation, thermal resistance.
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Printed in Switzerland Price based on 21 pages
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1 Scope and field of application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
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2 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Definitionsandsymbols . 3
3.1 Symbols . 3
3.2 Basic thermal characteristics.
.............................................................................. 3
3.3 Practical thermal characteristics.
3
...........................................................................
4 General considerations and principles. 4
...........................................................................
5 Test methods and test conditions
5
...............................................................................
5.1 Testmethods .
5
.......................................................................................... 5
5.2 Testconditions
6 General principles for correcting measurements 6
...................................................................
6
6.1 Preliminarymeasurements .
6
6.2 Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
7 Statistical considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Corrections for materials. 7
......................................................................................
8.1 Mineralfibres . 7
8
8.2 Cellular plastics - polystyrene and polyurethane boards
.......................................................
............................................................................................ 10
8.3 Cellularglass
................................................................................. 11
8.4 Woodandwoodproducts
11
8.5 Concrete .
................................................................................................ 13
8.6 Masonn/
Annex
15
Heat transfer modes in insulating materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 Introduction
Whilst the technical committee accepts the need for an International Standard in this field, it recommends immediate publication in
the form of a Technical Report which is urgently needed as guidance for developing national standards in this field. The technical
committee will discuss this matter further to develop an International Standard.
1 Scope and field of application
This Technical Report deals only with the thermal characteristics of building materials and products related to thermal conductivity or
thermal resistance. It gives the procedures needed to correct laboratory test values to practical values for building materials or
products.
These practical thermal values are needed for use in calculations of thermal properties of building components, but the procedures
given here may not be applicable to composite structures.
The procedures are in general applicable in the temperature range - 30 to + 30 OC.
No specific procedures for allowing for the influence of workmanship are given.
2 References
IS0 2859, Sampling procedures and tables for inspection by attributes.
IS0 3951, Sampling procedures and charts for inspection by variables for percent defective.
- Physical quantities and definitions.
IS0 7345, Thermal insulation
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 (El
IS0 8301, Thermal insulation - Determination of steady-state specific thermal resistance and related properties - Heat flow meter
method. 1)
IS0 8302, Thermal insulation -
Determination of steady-state areal thermal resistance and related properties - Guarded hotplate
apparatus. 1)
I SO 0990, Thermal insulation - Determination of steady-state thermal transmission properties
- Calibrated and guarded hot box. 1)
3 Definitions and symbols
3.1 Symbols
A mean Mean value of thermal conductivity. W/( m K)
.................................................................. .
Basic thermal conductivity (based on laboratory tests and corrected for statistical variations)
.................. W/( mm K)
Ab
Practical thermal conductivity (design value)
W/(m . K)
...........................................................
h
R mean Mean value of thermal resistance.
m2 . K/W
....................................................................
Basic thermal resistance
rn2. K/W
Rb .
Practical thermal resistance (design value) rn2. K/W
.............................................................
RP
Estimated standard deviation of thermal conductivity W/(m
................................................... . K)
Estimated standard deviation of thermal resistance rn2. K/W
.....................................................
Correction coefficient for thermal conductivity
a;l
Correction coefficient for thermal resistance
aR
d Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
m
3.2 Basic thermal characteristics
The basic thermal characteristics (A,, Rb) are measured in accordance with International Standards, under reference conditions of
temperature and state.
3.2.1 Standard reference temperature
A temperature selected as the base at which these characteristics, that are dependent upon temperature, will be measured and
reported for comparison.
Currently, a mean temperature of 10, 20 or 24 OC is used as standard reference temperature.
3.2.2 Standard reference state
A state of equilibrium selected as the base at which these characteristics, that are dependent upon equilibrium conditions, will be
measured and reported for comparison.
3.3 Practical thermal characteristics
The practical thermal characteristics of a building material are the values of its thermal conductivity (A& and its thermal resistance (I?,)
in conditions that can be considered as typical of buildings.
These conditions take account of
- the moisture content of the material in normal use;
-
ageing (that is, the change in thermal properties with time due to gas diffusion when the pores contain a gas other than air,
and/or dimensional changes after application, including the effect of cracking, settlement, shrinkage, etc.);
1) To be published.
3
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 (El
-
the temperature of use, if it is different from the standard reference temperature;
-
the density, if it is different from the density at which the basic properties were determined;
-
workmanship (the practical thermal properties of buildings are influenced by the correctness of execution of the insulation
work, and the thermal properties of building components should therefore be corrected for average imperfections in workman-
ship).
It is difficult or even impossible to fix internationally agreed procedures to take workmanship into account because it depends not only
on the type of insulating material, but also on conditions such as the position of the insulation within the building, the average skill of
the installers in a particular geographical area, the average weather conditions during transportation, handling and installation and the
building technology.
final thermal pet-forma nce of a building can be negligible or can exceed when
The effect of workmanship on the 10 %, even good
installation practices are followed.
On a nation-wide basis, more homogeneous conditions can be expected , and the evaluation of the of workmanship
may
be attempted.
Depending on the case considered, one has the option of quoting the practical thermal conductivity or the practical thermal resistance
if a specific thickness is used, or both values. However, the practical thermal resistance as a function of thickness shall be quoted if
the concept of thermal conductivity does not apply (see the annex).
4 General considerations and principles
The thermal properties of a building material or product may be determined by various methods.
41 .
1) By testing the material as such using a hotplate apparatus, a heat flow meter apparatus or a hot box apparatus under
laboratory conditions and adding corrections to allow for the different conditions in practical use. The thermal property of a
construction may then be found by a standard calculation.
2) By testing a complete component, which includes the material concerned, in a hot box apparatus under laboratory conditions.
The thermal resistance (or conductivity) of each material layer may be found by internal temperature measurements or by calcu-
lation, and may need the same types of correction as above.
buildings under practical conditions. It is possible to calculate, by means of a standard
3) By measurements in existing calcu-
lation, from such measurements what the thermal resistance (or conductivity) of the material or product must be.
Testing of or measurements on complete constructions are expensive, and it is often difficult to cover all insulation combinations and
insulation thicknesses by method 2) or 3). However, such measurements are important in checking the validity of the procedures used
to calculate design values.
The thermal conductivity of a building material and the thermal resistance of a building product obtained by method 1) from
laboratory measurements correspond to well defined physical test conditions that in most cases are different from the conditions
encountered in practice.
Even though it is desirable to carry out tests in conditions as close as possible to end-use conditions, measured values may have to be
corrected to give an acceptable description of the expected performance under service conditions. Measured values corrected in this
way are called practical values.
Practical thermal properties of building materials may be needed for various purposes.
42 .
For use i In calculations to pr .ove tha t a cer ,tain construction meets the requirements of building codes. It is important here that
1)
the practical thermal properties ensure equal and fair treatment of each product.
design of heating and ventilation systems and for protection against
2) For calculating heating and cooling loads for the
heave. In this case, safety factors may be relevant.
For calculating the annual energy consumption, the optimization of thermal insulation costs and the evaluation of energy-
3)
average values may be the most releva nt.
savi ng measures. In this case,
In view of this variety of uses, it is not surprising that design values and practical values are not the same in all cases. Any attempt to
give specific figures for each particular application leads, however, to complicated tables. For this reason, it is better to stick to one
representative condition and try to allow for variations due to different conditions by introducing safety factors or reduction factors in
design guidelines.
4
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 E1
4.3 When quoting thermal properties, it is important to realize that there is a fundamental difference between the properties of
materials and those of products.
4.3.1 Material properties are independent of the size and shape of the product being considered. Material properties are related to
the nature of the material of which the product is made (structure, density, chemical composition, etc.). For practical purposes, the
thermal conductivity is often referred to as a material property, even though it is not a true material property for all materials. For the
applicability of the concept of thermal conductivity, see the annex of IS0 7345.
4.3.2 Product properties are related to the shape and dimensions of the product. A typical product property is thermal resistance
-
the ratio of the temperature difference to the density of heat flow rate (thermal flux density). Thermal resistance can be defined and
measured for a particular specimen, of known shape and size, of an unknown material.
Many combinations of materials of different thermal conductivities (A) and thicknesses can give the same thermal resistance.
The determination of thermal resistance from the material properties, the shape and the size (ratio between thickness and thermal
conductivity) should be considered a special case.
As a consequence, the analysis and correction of properties of materials and those of products may be different, and care shall be
taken to avoid confusion between the two.
5 Test methods and test conditions
5.1 Test methods
Laboratory testing should be carried out according to one of the following methods:
IS0 8302;
a) guarded hotplate
IS0 8301;
b) heat flow meter
IS0 8990.
c) guarded or calibrated hot box
However, for some measurements, for example those on moist materials, it may be necessary to use methods which are not covered
by International Standards. In such cases, the method used shall be described in the test report.
5.2 Test conditions
The conditions under which the tests are carried out shall be described in the test report and shall be consistent with the method
used.
The following information is important in the interpretation of the results, and shall be specified in the test report:
-
the test method used;
-
the mean test temperature;
-
the temperature difference between the faces of the test piece(s);
-
the sampling method used;
-
the conditioning procedure used;
- the thickness of the test piece(s);
-
the density, in the standard reference state, of the material(s) under test;
- the duration of the test (when meaningful);
-
the moisture content, by weight or by volume, of the test piece(s)
- as received (when meaningful);
-
after conditioning;
- before and at the end of the test;
- the time elapsed since production of the test piece(s);
-
any other useful information.
5
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 (E)
6 General principles for correcting measurements
The procedure for converting measured values to practical values can be logically split into two steps.
a) The first step consists of collecting the available measured values and making them consistent with each other. As an
example, the mean test temperature may have been 10, 20 and 24 OC in various tests. A standard reference temperature shall be
chosen and all values converted to that temperature so that they can subsequently be compared with each other.
b) The second step is correcting the data to the actual operating conditions. Using temperature as the example again, the
measured data may have been converted to a reference temperature in the first step but, in view of the different climatic conditions
which exist in different parts of the world, the mean working temperature for an insulating material or product in a building appli-
cation can be anywhere between - 40 and + 30 OC. This means that further correction is required to convert the measurements
from the standard reference temperature to the mean working temperature.
6.1 Preliminary measurements
For each family of materials, the thermal conductivity, or thermal resistance, data could first be processed to give the following :
-
A reference curve of thermal conductivity, or thermal resistance, plotted as a function of mean temperature, with the material
conditioned to the standard reference state.
-
A reference curve of thermal conductivity, plotted as a function of bulk density, with the material conditioned to the standard
reference state.
-
A reference curve of thermal conductivity plotted as a function of moisture content, provided suitable methods are available
(if not, the literature should be referenced). In calculating the moisture content, a conventional definition of the dry state should be
assumed.
-
A curve showing the variation in thermal conductivity, or thermal resistance, with the age of the specimen, when relevant.
-
A curve showing the variation in thermal conductivity with thickness, when relevant.
-
A curve showing the relationship with any other relevant parameter.
6.2 Corrections
The difference between the minimum and the nominal thickness shall be considered in the correction process in order to give the
appropriate design values.
All other corrections are given, for each family of materials, in clause 8.
7 Statistical considerations
The statistical interpretation of the test results assumes that the purpose of the calculation is known.
The thermal properties of the product or material should be given as mean values together with a standard deviation.
The basic thermal properties are thus defined as follows:
. . . (1)
Ab = &ne,, + %%
and
. . . (2)
Rb = &em - aR-R
where
& is the basic thermal conductivity;
A mean is the mean thermal conductivity;
&, is the basic thermal resistance;
R
mean is the mean thermal resistance;
6
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 E)
are the standard deviations for the thermal conductivity and the thermal resistance, respectively;
SA and SR
are correction coefficients specific to a particular group of materials and the purpose of the calculation.
aA and aR
NOTE - See IS0 2859 and IS0 3951 for guidelines to the statistical interpretation of results. National regulations may define the values of a~ and aR.
8 Corrections for materials
8.1 Mineral fibres
The comments in this sub-clause are limited to bonded mineral fibre mats and boards. Their thermal performance is given in this
clause in terms of thermal resistance or thermal conductivity. Thermal conductivity is a function of density and thickness. Corrections
for these parameters may be required (examples are given in the annex).
The standard reference state is a conventional state. In practice, this state is obtained by cond itioning in a standard laboratory
atmosphere.
The main correction factors for insulating materials used in building are dealt with in turn below.
For those correction factors which are relevant to mineral fibre insulating products, standardized procedures are given.
8.1 .l Variability
Fibrous insulating products shall comply with the particular specifications relative to each application for which they have been
adopted.
production pr
These specifications point out, among other things, that, due to differences in *ocesses materials of different density
can have the same thermal resistance. The t #herma resistance is therefore not related to the density lone.
For mineral fibre, the thermal conductivity/density curve has a minimum. At densities less than that corresponding to this minimum,
the thermal conductivity increases faster than at densities greater than that corresponding to the minimum (i.e. the slope of the curve
is numerically greater at lower densities than at higher densities - see figure 2 in the annex). Mineral fibres are usually produced with
a density between 10 and 200 kg/m?
8.1.2 Effect of temperature
Corrections for the effect of temperature could be made using the procedure described in the annex.
Temperature coefficients range from 0,25 % to 1 % per kelvin.
it
Depending on the expected operating temperature and the reference temperature, will be necessary to run experiments or to use the
expression given in the annex.
8.1.3 Effect of thickness
If the thermal performance is expressed in terms of thermal resistance, the effect of thickness need not be considered.
If the thermal performance is expressed in terms of thermal conductivity, the effect of thickness shall be considered. For low-density
materials and small thicknesses, see the annex.
8.1.4 Effect of moisture
Provided that the insulating products are protected from condensation, water leakage and ground water, and thus in equilibrium with
air, the moisture content of mineral fibres is usually less than 1,5 % (m/m).
In these conditions, the effect on the thermal resistance and the thermal conductivity can be neglected in the majority of applications.
7
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 (El
8.1.5 Effect of ageing
Mineral fibre products owe their thermal performance to the presence of air trapped in the fibre matrix. The dimensions of such
products are usually stable. Therefore it is not usually necessary to make any corrections for ageing. However, exposure to hot and
damp environments can damage the products.
8.1.6 Recovered thickness
insulation in a state of compression may, when the compressive fo irce is removed, result in the product having a
Storing thermal
thickness which is less than or more than the declared nominal thick ness when it IS received by the purchaser.
8.1.7 Effect of permeability to air
Mineral fibre products are generally permeable to air. This characteristic only effects the thermal resistance or therma cond uctivity
conditions and in particular applications. Examples are given below.
under certain temperature
- Internal convection may occur in constructions in which high-ai r-permeability insul ating products have been used when these
products are exposed to large temperature differences. In building applications, such extreme condi tions are u nlikely to occur.
- Mineral fibre insulating products facing ventilated air spaces may be affected by the air flow over the su rface, but in building
h enough to affect the thermal performance.
applications air speeds are normally not hig
- Provided that such situations are avoided by using appropriate constructional methods, no correction for permeability to air is
necessary.
Effect of workmanship
8.1.8
See 3.3.
8.2 Cellular plastics - polystyrene and polyurethane boards l)
divided into two categories - expanded products and extruded products.
Polystyrene products can be Expanded polystyrene is
usually produced as unfaced boards cut from blocks.
Extruded polystyrene is usually produced as unfaced boards with or without a skin. The blowing agent is frequently a mixture of gases
that of air.
which may have a thermal conductivity lower than
Polyurethane boards are cut from blocks or produced by a continuous process. They are frequently faced. The facing can vary from
paper sheet to metal foil. The blowing agent used for polyurethane has a thermal conductivity lower than that of air, and the facing
therefore plays a dominant role in the ageing process.
cellular plastics when the blowing agent has a conductivity lower than that of air. This ageing
Time affects the thermal properties of
effect depends on the blowing agent, the thickness and the facing.
The thermal performance of cellular plastics is expressed either in terms of the thermal resistance or in terms of the thermal conduc-
due to the effect of thickness (see 8.1.3).
tivity, although the applicability of the thermal condictivity may be limited
uilibriu atmosphere after drying at a
The standard reference state is usually the eq m with the standard laboratory specified temperature
for a specified length of time.
8.2.1 Variability
vary depends on the density, the cell structure and the chemical compo-
The way in which the thermal properties of these products
sition of the blowing agent (when its thermal conductivity is different from that of air).
the gas within the cells is the most important factor. Cell size has less influence on thermal performance.
The chemical composition of
Small cells give best results.
Soon after production, air tends to enter the cells of polyurethane, polyisocyanurate and extruded polystyrene products and to dilute
the blowing agent. The simultaneous diffusion outwards of the blowing agent is far slower. As a consequence, the thermal petform-
ante is influenced by time since production, the initial composition of the blowing agent and the surface coating.
1) Also applies to polyisocyanurate boards.
8
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SIST ISO/TR 9165:1997
ISO/TR 9165 : 1988 (El
When products come from a single production line subject to strict quality control, and are tested under the same reference con-
ditions and at the same age (excluding the first weeks of life), the standard deviation from the mean value of the thermal performance
of the product will usually be less than a few percent.
8.2.2 Effect of density
For cellular plastics, the thermal conductivity/density curve has a minimum.
Expanded polystyrene is usually produced at densities between 10 and 40 kg/ma, and the minimum thermal conductivity occurs at a
density within this range.
For a 10 kg/m3 product, a 1 % increase in density corresponds to a decrease in thermal conductivity of less than 05 % (examples are
given in the annex).
Extruded polystyrene and polyurethane are usually produced at densities not far from that corresponding to the minimum of the ther-
mal conductivity/density curve. For these materials, a change in density implies a change in cell structure, so care shall be taken in
applying a simple correlation.
8.2.3 Effect of temperature
The annex gives guidance in predicting the effect of temperature. The effect is larger when the density is low and when the thermal
conductivity of the blowing agent is low.
Typically, the correction ranges from 0,4 % to 0,6 % per kelvin, but it cannot be smaller than 0,3 % per kelvi
...
Publie 1988-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONa MEXflYHAPOAHAR OPl-AHM3AuMR IlO CTAH~APTM3A~lWl. ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Caractéristiques thermiques utiles des matériaux et des
produits de construction
Practical thermal properties of building materiais and products
LIS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’elaboration des Normes internationales est en général confiée aux comites techniques de I’ISO. Chaque comité
membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gou-
vernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la
Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comité
technique peut proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
-
type 1: lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale;
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées comme
Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’etat de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard aprés leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas necessairement être révises avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 9165 a été élaboré par le comite technique ISO/TC 163, Isolation thermique.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de Rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
Réf. no: ISO/TR 9165 : 1986 (F)
CDU 691 : 536.2
Descripteurs : bâtiment, matériau de construction, propriété thermodynamique, conductivité thermique, isolation thermique, résistance
thermique.
0 Organisation internationale de normalisation, 1988 l
Prix basé sur 21 pages
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
Sommaire
Page
.................................................................................
2
1 Objet et domaine d’application.
2
2 Références. .
3
3 Symbolesetdéfinitions .
3
3.1 Symboles .
................................................................. 3
3.2 Caractéristiques thermiques fondamentales.
.......................................................................... 3
3.3 Caractéristiques thermiques utiles
............................................................................ 4
4 Considérations générales et principes
........................................................................... 5
5 Méthodes d’essai et conditions d’essai
........................................................................................ 5
5.1 Méthodesd’essai
5.2 Conditionsd’essai . 5
................................................................
6 Principes généraux pour les corrections physiques. 6
6
6.1 Mesurespréliminaires .
6.2 Correctionsphysiques . 6
.................................................................................... 6
7 Considérations statistiques.
........................................................................ 7
8 Corrections physiques pour les matériaux
7
.........................................................................................
8.1 Fibresminerales
8
Plaques en polystyrène et en polyuréthanne .
8.2 Plastiques alvéolaires -
10
8.3 Verrecellulaire .
............................................................................ 11
8.4 Bois et produits dérivés du bois
12
8.5 Béton .
13
8.6 Maçonnerie .
.................................. 15
Annexe Information sur les modes de transfert thermique dans les matériaux isolants
0 Introduction
Tout en approuvant la necessite d’une Norme internationale dans ce domaine, le Comité technique préconise la publication immédiate
d’un document sous forme d’un Rapport technique, celui-ci étant demandé d’urgence à titre d’information en vue de développer des
normes nationales dans ce domaine. Le Comité technique discutera plus en détail de cette question, afin de mettre au point une
Norme internationale.
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique traite uniquement des caractéristiques thermiques des matériaux et des produits de construction expri-
mées en termes de conductivité thermique ou de résistance thermique. II donne le mode opératoire nécessaire pour ramener des
valeurs de tests de laboratoire à des valeurs utiles de matériaux ou de produits de construction.
Les valeurs thermiques utiles sont nécessaires pour le calcul des propriétés thermiques des composants de construction, mais il se
peut que les procédures citées dans ce rapport ne soient pas applicables à des structures en matériaux composites.
Les procédures sont en général applicables à l’intérieur d’une plage de température allant de - 30 à + 30 OC.
Aucune procédure spécifique n’est donnée pour la prise en considération de l’influence de la mise en œuvre.
2 Wférences
Vkification au moyen de symboles.
ISO 2059, P!o&dures d’échantillonnage et tableaux -
Wrification, au moyen de variables, de la proportion de ddfectueux.
ISO 3951, Proc&dures d’échantillonnage et tableaux -
ISO 7345, Isolation thermique - Quantités physiques et dhfinitions.
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
ISO 8301, Isolation thermique -
Détermination en regime stationnaire de la resistance thermique surfacique et des proprietés
connexes - Methode fluxmetrique. 1)
ISO 8302, Isolation thermique - Détermination de la resistance thermique spécifique et des proprietés connexes en regime station-
naire - Methode de la plaque chaude gardée. 1)
ISO 0990, Isolation thermique - Détermination des proprietés de transmission thermique en regime stationnaire - Methode à la
boîte chaude gardée et Calibr&e. 1)
3 Symboles et définitions
3.1 Symboles
 Valeur moyenne de la conductivité thermique W/(mg K)
.......................................................
moyenne
Conductivité thermique de base (basée sur des tests de laboratoire et corrigée des variations statistiques) .
W/(m 9 K)
Ab
Conductivité thermique utile (valeur de conception)
.................................................. W/(mm K)
&
R Valeur moyenne de la résistance thermique rn2. K/W
.........................................................
moyenne
Résistance thermique de base. rn2. K/W
....................................................................
Rb
Résistance thermique utile (valeur de conception) rn2. K/W
.....................................................
RP
Écart-type estimé de la conductivite thermique
...................................................... W/(m l K)
9
Écart-type estimé de la résistance thermique
........................................................ rn2. K/W
SR
Coefficient de correction pour la conductivité thermique
aA
Coefficient de correction pour la résistance thermique
aR
d Épaisseur. . m
3.2 CaracWistiques thermiques fondamentales
Les CaraCt6riStiqueS thermiques fondamentales (Âb, Rb) sont mesurées selon les Normes internationales, dans des conditions de réfé-
rence de température et d’état.
3.2.1 Temperature de réfbrence normalisbe
Une température choisie comme base à laquelle les caractéristiques qui dépendent de la température, seront relevées et consignées
pour comparaison.
Actuellement, on utilise des températures moyennes de 10, 20 ou 24 OC comme températures de référence normalisées.
3.2.2 État de rbfbrence normalisé
Un état d’équilibre choisi comme base à laquelle les caractéristiques qui dépendent de l’équilibre, seront relevées et consignées pour
comparaison.
3.3 Caractéristiques thermiques utiles
Les caractéristiques thermiques utiles d’un matériau de construction sont les valeurs de sa conductivité thermique (Â,) ou de sa résis-
tance thermique (RP) dans des conditions que l’on peut considérer comme typiques de bâtiments.
Les conditions d’emploi prennent en considération
- la teneur en humidité du materiau en utilisation normale;
- le vieillissement (c’est-à-dire la modification, avec le temps, des propriétés thermiques, due à la diffusion de gaz lorsque les
pores contiennent un gaz autre que l’air, et/ou à des modifications dimensionnelles, y compris l’effet de fendillement, de tasse-
ment, de retrait, etc., après l’installation);
1) A publier.
3
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988
(FI
-
la température de ! service, si elle différe de la température de référence normalisée;
-
la densité, si elle différe de la densité à laquelle ont été déterminées les propriétés de base;
- la mise en œuvre (les propriétés thermiques utiles des constructions immobilières sont influencées par l’exécution plus ou
moins correcte des travaux d’isolation. Les propriétés thermiques des composants de construction devraient alors être corrigées
des imperfections moyennes dans la mise en œuvre).
II est difficile, voire même impossible, d’établir des procédures, adoptées au plan international, pour prendre en considération la mise
en œuvre, parce qu’elle dépend non seulement du type de matériau isolant, mais également de conditions telles que l’emplacement de
l’isolation dans le bâtiment, la compétence technique moyenne des installateurs dans chaque zone géographique, les conditions
météorologiques moyennes pendant le transfert, la manipulation et l’installation et la technologie de construction.
construction peut être assez nég ligeable ou peut
L’incidence de la mise en œuvre sur les performances thermiques définitives d’une
dépasser les 10 %, même lorsque de bonnes pratiques d’installation sont utilisées
Sur un plan national, des conditions plus homogènes peuvent être rencontrées et, par conséq uent, on peut essayer d’évaluer I’inci-
dence de la mise en œuvre.
En fonction du cas considéré, on a le choix de citer la conductivité thermique utile ou la résistance thermique utile, si on utilise une
épaisseur spécifique, ou les deux valeurs. Cependant, il faut donner la résistance thermique utile en fonction de l’épaisseur, si le
concept de la conductivité thermique ne s’applique pas (voir l’annexe).
4 Considérations générales et principes
Les propriétés thermiques d’un matériau ou d’un produit de construction peuvent être déterminées par diverses méthodes.
4.1
1) En testant le matériel tel que l’appareil à plaque chaude ou le fluxmètre ou la boîte chaude dans des conditions de laboratoire,
et en ajoutant des corrections pour les conditions qui s’écartent des conditions de laboratoire dans la pratique. On peut ensuite
évaluer les propriétés thermiques par un calcul normalisé.
2) En testant un composant entier, y compris le matériau en question, dans une boîte chaude dans des conditions de laboratoire.
La résistance thermique (ou la conductivité) de chaque couche de matériau peut être évaluée en prenant des mesures de la tempé-
rature interne ou en faisant des calculs. Les mêmes types de corrections mentionnées ci-dessus peuvent s’avérer nécessaires.
3) En prenant des mesures dans des constructions existantes, dans des conditions pratiques. En partant de ce résultat, on peut
revenir en arrière au moyen d’un calcul normalisé et trouver la résistance thermique (ou la conductivité) réelle qu’a dû avoir le maté-
riau ou Ze produit.
Les tests et des mesures sur des constructions entières coûtent très cher, et il paraît difficile de couvrir toutes les combinaisons et les
épaisseurs d’isolation réelles par les méthodes 2) ou 3). Néanmoins, de telles mesures sont importantes afin de vérifier la validité des
procédures de calcul des valeurs de conception.
La conductivité thermique d’un matériau de construction et la résistance thermique d’un produit de construction, obtenues suivant la
méthode 1) à partir de mesures de laboratoire, se rapportent à des conditions d’essai physiques définies qui, dans la plupart des cas,
sont différentes des conditions dans la pratique.
Même s’il est souhaitable de tester dans des conditions aussi proches que possible des vraies conditions d’utilisation, il peut être
nécessaire de corriger les valeurs mesurées, afin de donner une description acceptable des peformances attendues dans des condi-
tions d’utilisation. Ces dernières sont appelées les valeurs utiles.
4.2 On peut avoir besoin des propriétés thermiques utiles des matériaux de construction pour différents usages.
bâtiment. II est ici important
1) Dans des calculs pour prouver qu’une certaine construction répond aux exigences des codes du
les propriétés thermiques utiles garan tissent un traitement égal et juste pour chaque produit.
que
2) Pour le calcul thermiques et frigorifiques pour la conception de systèmes de chauffage et de ventilation et pour la
des charges
protection contre le gel. Dans ce cas particulier, les facteurs de sécurité peuvent s’avérer utiles.
d’énergie annuelle, l’optimisation économique de 1’ isolation thermique et l’évaluation des
3) Pour calculer la consommation
mesures de conservation d’énergie. Dans ce cas, les valeurs moyennes peuvent s’avérer les plus utiles.
À cause des différentes applications, il n’est pas évident que les valeurs de conception ou les valeurs utiles soient similaires dans tous
les cas. Par contre, si l’on devait donner des chiffres différents pour chaque cas particulier, ceci nous conduirait à des tableaux compli-
qués. Pour cette raison, il est plus raisonnable de rester fidèle à une condition représentative et d’essayer de résoudre cette divergence
dans l’utilisation finale en ajoutant des facteurs de sécurité ou des facteurs réducteurs dans les directives de conception.
4
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
43 . Lorsqu’on cite des propriétés thermiques, il existe une différence fondamentale lorsque les propriétés se rapportent à des maté-
riaux ou à des produits.
4.3.1 Les propribtbs des matériaux sont indépendantes de la dimension et de la forme de la partie du matériau en question. Les
propriétés des matériaux se rapportent à la nature du matériau en question (structure, masse volumique, composition chimique, etc. 1.
Pour des raisons pratiques, la conductivite thermique est souvent considérée comme une propriété du matériau, même s’il ne s’agit
pas d’une vraie propriété de matériau pour tous les matériaux. Voir l’annexe de I’ISO 7345 pour I’applicabilité du concept de conducti-
vite thermique.
4.3.2 Les proprihb de produits se rapportent à la forme et aux dimensions du produit. Une propriété typique d’un produit est la
résistance thermique (rapport entre l’écart de température et la densité de flux thermique). La résistance thermique peut être détermi-
née et mesuree sur une portion particuliére d’un materiau inconnu, dont on connaît la forme et les dimensions.
Plusieurs combinaisons de matériaux de différentes conductivités thermiques d’épaisseurs peuvent conduire à la même résis-
(2) et
tance thermique.
La détermination de la résistance thermique à partir des propriétés des matériaux, de la forme et des dimensions (rapport entre I’épais-
seur et la conductivité themique) doit être considérée comme un cas I spécial lorsqu’une telle propriété de matériau existe.
différentes, veiller
Par conséquent, l’analyse et la correction des propriétés de materia ux ou de produits peuvent être et l’on doit à ce
que toute confusion entre les deux procédures soit évitée.
5 Méthodes d’essai et conditions d’essai
5.1 Méthodes d’essai
Les tests en laboratoire devraient être effectués selon l’une des méthodes suivantes:
a) Plaque chaude gardée ISO 8302;
b) Fluxmètre ISO 8301;
c) Boîte chaude gardée ou calibrée ISO 8990.
Cependant, r quelques mesures, par exemple celles sur les matériaux humides, il peut s’avérer nécessaire d’utiliser des méthodes
Pou
. Dans de
qui ne font l’objet de normes internationales tels cas, la méthode employée doit être décrite dans le compte rendu.
Pas
5.2 Conditions d’essai
devraient
Les conditions des materiaux devraient être le compte rendu et compatibles avec
méthode employée.
Les informations suivantes sont importantes pour l’interprétation des résultats et devraient être spécifiées dans le compte rendu d’essai;
-
la méthode d’essai employée;
-
la température d’essai moyenne;
-
l’écart de température entre les faces de l’éprouvette (des éprouvettes);
-
la méthode de l’échantillonnage utilisée;
-
la procédure de conditionnement utilisée;
-
l’épaisseur des éprouvettes;
-
la masse volumique, à l’état de référence normalisé, du matériau soumis à l’essai;
la durée de l’essai (quand elle est significative);
-
la teneur en humidité, en poids ou en volume, des éprouvettes:
-
à la réception (lorsqu’elle est significative),
aprés conditionnement,
-
avant et à la fin du test;
le temps ecoulé depuis la fabrication des éprouvettes;
tout autre renseignement utile.
---------------------- Page: 5 ----------------------
.
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
6 Principes généraux pour les corrections physiques
La procédure pour convertir des valeurs mesurées en valeurs utiles peut se scinder en deux étapes.
a) La Premiere étape consiste à recueillir des données mesurées disponibles et à les rendre comparables les unes avec les autres.
Par exemple, les températures moyennes d’essai peuvent être de 10, 20 ou 24 OC dans les différents essais. Une température de
référence normalisée doit être choisie et toutes les valeurs doivent être converties à cette température afin d’obtenir des données
comparables.
b) La seconde étape consiste à faire des corrections, de sorte que les données s’accordent avec les conditions réelles de service.
Comme autre exemple sur la température, les données mesurées auraient pu être ramenées à une température de référence lors de
la Premiere étape, mais les différentes conditions climatiques existant dans le monde peuvent conduire à une température de ser-
vice moyenne comprise entre - 40 et + 30 OC pour le matériau ou le produit isolant dans le contexte du bâtiment. Cela veut dire
qu’il faut à nouveau procéder à des corrections pour passer d’une température de référence normalisée à une température de ser-
vice moyenne.
6.1 Mesures préliminaires
Pour chaque famille de materiau on pourrait d’abord évaluer la conductivité thermique, ou la résistance thermique, afin de déterminer
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique ou la résistance thermique en fonction de la température moyenne,
le matériau etant conditionné à l’état de référence normalisé;
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique en fonction de la masse volumique en vrac, le matériau étant condi-
tionné à l’état de référence normalisé;
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique en fonction de la teneur en humidité, dans la mesure où des métho-
des applicables sont disponibles (dans le cas contraire, il faut se référer à la littérature). La teneur en humidité suppose une défini-
tion conventionnelle de l’état sec;
- la courbe donnant la variation de la conductivité thermique ou de la résistance thermique en fonction de l’âge du spécimen,
lorsqu’elle est significative;
- la courbe donnant la variation de la conductivité thermique en fonction de l’épaisseur, lorsqu’elle est significative;
- la relation avec d’autres paramètres significatifs.
62 . Corrections physiques
minimale et l’épaisseur nominale considération dans la procédure de correction, appliquée
L’écart entre l’épaisseur doit être pris en
pour ar river aux valeurs de conception.
Toutes les autres corrections sont données pour chaque famille de matériaux dans le chapitre 8.
7 Considérations statistiques
L’interprétation statistique des tests suppose que l’utilisation finale du calcul ait été décidée.
utiliser
Les propriétés thermiques du produit ou du matériau devraient être présentées en tant que valeur moyenne avec écart-type à
pour tout calcul dans les normes nationales.
Par conséquent, les propriétés thermiques fondamentales sont définies comme suit :
. . . (1)
Ab = Amoyenne + aÂ%
et
. . .
(2)
où
Lb est la conductivite thermique de base;
A est la conductivité thermique moyenne;
moyenne
6
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
est la résistance thermique de base;
Rb
R est la résistance thermique moyenne;
moyenne
sA et sR sont les écarts-types de la conductivité thermique et la résistance thermique respectivement;
aA et aR sont des coefficients établis par groupe de matériaux et sont l’objet de calculs.
NOTE - Voir I’ISO 2859 et I’ISO 3951 pour avoir des directives sur l’interprétation des statistiques. Les règlements nationaux peuvent définir les
valeurs deaAetdeaR.
8 Corrections physiques pour les matériaux
8.1 Fibres min6rales
Les commentaires de ce paragraphe se limitent aux feutres et panneaux en fibres minérales agglomérées. Leurs performances thermi-
ques sont indiquées dans ce chapitre par la résistance thermique ou la conductivité thermique. La conductivité thermique est fonction
de la masse volumique et de l’épaisseur. Des corrections pour ces paramètres peuvent s’avérer nécessaires (des exemples figurent
dans l’annexe).
L’état de référence normalisé est u n état sec conventionnel . D’un point de vue pra
tique, cet état est obtenu en effectuant le condition-
nement dans une atmosphère de laboratoire normalisée.
Les principaux facteurs de correction relatifs aux appl ications intervenant pour les matériaux isolants utilisés dans la construction sont
listés et commentés ci-dessous.
Pour ceux qui se rapportent à des produits isolants en fibres minérales, quelques procédures normalisées sont données.
8.1 .l Variabilité
Les produits isolants fibreux doivent répondre aux spécifications particu I ières concernant chaque ication pour laquelle ils ont été
aPPl
adoptés.
Ces spécifications montrent, entre autres, qu’en raison des différences dans les procédés de fabrication, des matériaux de masses
volumiques différentes peuvent avoir la même résistance thermique. Donc la résistance thermique, en elle-même, n’est pas reliée à la
masse volumique.
En ce qui concerne les fibres minérales, la courbe conductivité thermique/masse volumique présente un minimum. Pour des masses
volumiques inférieures à celles correspondant à ce minimum, la conductivité thermique augmente plus rapidement qu’à des masses
volumiques supérieures à celles correspondant audit minimum (c’est-à-dire que la pente de la courbe est numériquement plus grande
à des masses volumiques inférieures qu’à des masses volumiques supérieures - voir figure 2 dans l’annexe). Les fibres minérales sont
habituellement fabriquées à une masse volumique comprise entre 10 et 200 kg/mT
8.1.2 Effet de la température
Les corrections concernant l’effet de la température pourraient être faites selon la procédure décrite dans l’annexe.
Les coefficients de température varient entre 0,25 % et 1 % par kelvin.
Suivant la te lmpérature de service attendue et la température de référence, nécessaire d’effectuer des expériences
ou d’employer
l’expression donnée dans l’annexe.
8.1.3 Effet de l’épaisseur
Si les performances thermiques sont données en tant que résistance thermique, aucun effet de I’épaisseu r ne sera pris en considé-
ration.
Si les performances thermiques sont données en tant que conductivité thermique, l’effet de l’épaisseur sera pris en considération.
Pour les matériaux à faible masse volumique et à faible épaisseur, voir l’annexe.
7
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
8.1.4 Effet de l’humidité
Pour autant que les produits isolants soient protégés contre la condensation, les fuites d’eau et les eaux souterraines, et de ce fait en
en humidité des fibres minérales
équilibre avec l’air, la teneur est généralement inférieure à 1,5 % (mlm).
Dans ces tond itions, l’influence sur la résistance thermique et sur la conductivité thermique peut être négligée dans la plupart
applications.
8.1.5 Effet de vieillissement
Les produits en fibres minérales doivent leurs performances thermiques à l’air immobile dans la matrice fibreuse. Les dimensions de
ces produits sont en général stables. II n’est donc généralement pas nécessaire de faire des corrections pour le vieillissement. Cepen-
dant, une exposition à un environnement chaud et humide peut endommager les produits.
8.1.6 Épaisseur après stockage
Pour les matériaux d’isolation thermique stockés en état de compression, il peut arriver que, une fois la compression éliminée, par
exemple lors de la livraison, ceux-ci soient réception nés avec une épaisseu r supér ieure ou inférieure à l’épaisseur nominale déclarée.
8.1.7 Effet de la permbabilitb à l’air
Les produits en fibres minérales sont généralement perméables à l’air. Cette caractéristique n’affecte la résistance thermique ou la
conductivité thermique de ces produits que dans certaines conditions de variation de température ou dans des applications particu-
liéres. Des exemples sont donnés ci-dessous.
-
La convection interne peut se produire dans les constructions faites à partir de produits isolants à forte perméabilité à l’air
lorsqu’ils sont exposés à des écarts de température importants. Cependant, de telles conditions extrêmes sont peu probables dans
la construction immobilière.
- Les produits isolants en fibres minérales situés en face de lames d’air ventilées peuvent être influencés par le flux d’air en sur-
face mais, généralement dans la construction immobilière, les vitesses d’air ne sont pas assez hautes pour avoir un effet sur les per-
formances thermiques.
-
Aucune correction pour la perméabilité à l’air n’est nécessaire, pourvu que de telles situations soient évitées par des méthodes
de construction.
8.1.8 Effet de la mise en œuvre
Voir 3.3.
. Plaques en polystyrène et en polyuréthannel)
82 Plastiques alvéolaires -
Le polystyrène se subdivise en produits expansés et extrudés. Le polystyréne expansé est fabriqué habituellement sous forme de pla-
ques, non surfacées, découpées dans des blocs.
sans peau. Le gonflant est souvent
Le polystyréne extrude est fabriqué habituellement sous forme de plaques non surfacées, avec ou
il peut avoir une conductivité thermique inférieure à celle de l’air.
un mélange gazeux et
Les plaques en polyuréthanne sont découpées dans des blocs ou sont fabriquées selon un procédé en continu. Celles-ci sont souvent
surfacees. Le surfaçage varie suivant le support, par exemple, celui de la feuille de papier diffère de celui de la feuille métallique. Le
gonflant du polyuréthanne posséde une conductivité inférieure à celle de l’air; par conséquent, le surfaçage joue un rôle dominant
dans le processus de vieillissement.
a une con ductivité infé-
Le temps a une influence sur les propriétés thermiques des matiéres pl astiques alvéolaires lorsque le gonflant
rieure à celle de l’air. Cet effet de vieillissement dépend du gonflant, de l’épaisseur et du surfacage.
Les performances thermiques des matières plastiques alvéolaires sont données soit par la résistance thermique, soit par la conducti-
vité thermique, même si I’applicabilité de la conductivité thermique peut avoir quelques limitations dues à l’effet de l’épaisseur
(voir 8.1.3).
L’état de réference normali se est généralement l’équilibre avec l’atmosphère de laboratoire normalisée aprés séchage à une tempéra-
ture et pendant une durée définies.
S’applique également à des plaques en polyisocyanurate.
1)
8
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
8.2.1 Variabilit6
La dispersion des données sur les propriétés de ces produits se rapporte a la masse volumique, à la structure lulaire etala composi-
tion chimique du gonflant (lorsque sa conductivité diffère de
celle de l’air)
composition chimique du gaz
Le facteur le plus important est la à I’interieur des cellules. La dimension de la cellule a moins d’influente
sur les perfo Irmances thermiques . Les petites cellules donnent les meilleurs resultats.
Peu après la fabrication, l’air a tendance
...
Publie 1988-12-01
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONa MEXflYHAPOAHAR OPl-AHM3AuMR IlO CTAH~APTM3A~lWl. ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Caractéristiques thermiques utiles des matériaux et des
produits de construction
Practical thermal properties of building materiais and products
LIS0 (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’elaboration des Normes internationales est en général confiée aux comites techniques de I’ISO. Chaque comité
membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gou-
vernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec la
Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internationales. Exceptionnellement, un comité
technique peut proposer la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
-
type 1: lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale;
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
-
type 3: lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées comme
Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’etat de la technique, par exemple).
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard aprés leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas necessairement être révises avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 9165 a été élaboré par le comite technique ISO/TC 163, Isolation thermique.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de Rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
Réf. no: ISO/TR 9165 : 1986 (F)
CDU 691 : 536.2
Descripteurs : bâtiment, matériau de construction, propriété thermodynamique, conductivité thermique, isolation thermique, résistance
thermique.
0 Organisation internationale de normalisation, 1988 l
Prix basé sur 21 pages
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
Sommaire
Page
.................................................................................
2
1 Objet et domaine d’application.
2
2 Références. .
3
3 Symbolesetdéfinitions .
3
3.1 Symboles .
................................................................. 3
3.2 Caractéristiques thermiques fondamentales.
.......................................................................... 3
3.3 Caractéristiques thermiques utiles
............................................................................ 4
4 Considérations générales et principes
........................................................................... 5
5 Méthodes d’essai et conditions d’essai
........................................................................................ 5
5.1 Méthodesd’essai
5.2 Conditionsd’essai . 5
................................................................
6 Principes généraux pour les corrections physiques. 6
6
6.1 Mesurespréliminaires .
6.2 Correctionsphysiques . 6
.................................................................................... 6
7 Considérations statistiques.
........................................................................ 7
8 Corrections physiques pour les matériaux
7
.........................................................................................
8.1 Fibresminerales
8
Plaques en polystyrène et en polyuréthanne .
8.2 Plastiques alvéolaires -
10
8.3 Verrecellulaire .
............................................................................ 11
8.4 Bois et produits dérivés du bois
12
8.5 Béton .
13
8.6 Maçonnerie .
.................................. 15
Annexe Information sur les modes de transfert thermique dans les matériaux isolants
0 Introduction
Tout en approuvant la necessite d’une Norme internationale dans ce domaine, le Comité technique préconise la publication immédiate
d’un document sous forme d’un Rapport technique, celui-ci étant demandé d’urgence à titre d’information en vue de développer des
normes nationales dans ce domaine. Le Comité technique discutera plus en détail de cette question, afin de mettre au point une
Norme internationale.
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique traite uniquement des caractéristiques thermiques des matériaux et des produits de construction expri-
mées en termes de conductivité thermique ou de résistance thermique. II donne le mode opératoire nécessaire pour ramener des
valeurs de tests de laboratoire à des valeurs utiles de matériaux ou de produits de construction.
Les valeurs thermiques utiles sont nécessaires pour le calcul des propriétés thermiques des composants de construction, mais il se
peut que les procédures citées dans ce rapport ne soient pas applicables à des structures en matériaux composites.
Les procédures sont en général applicables à l’intérieur d’une plage de température allant de - 30 à + 30 OC.
Aucune procédure spécifique n’est donnée pour la prise en considération de l’influence de la mise en œuvre.
2 Wférences
Vkification au moyen de symboles.
ISO 2059, P!o&dures d’échantillonnage et tableaux -
Wrification, au moyen de variables, de la proportion de ddfectueux.
ISO 3951, Proc&dures d’échantillonnage et tableaux -
ISO 7345, Isolation thermique - Quantités physiques et dhfinitions.
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
ISO 8301, Isolation thermique -
Détermination en regime stationnaire de la resistance thermique surfacique et des proprietés
connexes - Methode fluxmetrique. 1)
ISO 8302, Isolation thermique - Détermination de la resistance thermique spécifique et des proprietés connexes en regime station-
naire - Methode de la plaque chaude gardée. 1)
ISO 0990, Isolation thermique - Détermination des proprietés de transmission thermique en regime stationnaire - Methode à la
boîte chaude gardée et Calibr&e. 1)
3 Symboles et définitions
3.1 Symboles
 Valeur moyenne de la conductivité thermique W/(mg K)
.......................................................
moyenne
Conductivité thermique de base (basée sur des tests de laboratoire et corrigée des variations statistiques) .
W/(m 9 K)
Ab
Conductivité thermique utile (valeur de conception)
.................................................. W/(mm K)
&
R Valeur moyenne de la résistance thermique rn2. K/W
.........................................................
moyenne
Résistance thermique de base. rn2. K/W
....................................................................
Rb
Résistance thermique utile (valeur de conception) rn2. K/W
.....................................................
RP
Écart-type estimé de la conductivite thermique
...................................................... W/(m l K)
9
Écart-type estimé de la résistance thermique
........................................................ rn2. K/W
SR
Coefficient de correction pour la conductivité thermique
aA
Coefficient de correction pour la résistance thermique
aR
d Épaisseur. . m
3.2 CaracWistiques thermiques fondamentales
Les CaraCt6riStiqueS thermiques fondamentales (Âb, Rb) sont mesurées selon les Normes internationales, dans des conditions de réfé-
rence de température et d’état.
3.2.1 Temperature de réfbrence normalisbe
Une température choisie comme base à laquelle les caractéristiques qui dépendent de la température, seront relevées et consignées
pour comparaison.
Actuellement, on utilise des températures moyennes de 10, 20 ou 24 OC comme températures de référence normalisées.
3.2.2 État de rbfbrence normalisé
Un état d’équilibre choisi comme base à laquelle les caractéristiques qui dépendent de l’équilibre, seront relevées et consignées pour
comparaison.
3.3 Caractéristiques thermiques utiles
Les caractéristiques thermiques utiles d’un matériau de construction sont les valeurs de sa conductivité thermique (Â,) ou de sa résis-
tance thermique (RP) dans des conditions que l’on peut considérer comme typiques de bâtiments.
Les conditions d’emploi prennent en considération
- la teneur en humidité du materiau en utilisation normale;
- le vieillissement (c’est-à-dire la modification, avec le temps, des propriétés thermiques, due à la diffusion de gaz lorsque les
pores contiennent un gaz autre que l’air, et/ou à des modifications dimensionnelles, y compris l’effet de fendillement, de tasse-
ment, de retrait, etc., après l’installation);
1) A publier.
3
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ISO/TR 9165 : 1988
(FI
-
la température de ! service, si elle différe de la température de référence normalisée;
-
la densité, si elle différe de la densité à laquelle ont été déterminées les propriétés de base;
- la mise en œuvre (les propriétés thermiques utiles des constructions immobilières sont influencées par l’exécution plus ou
moins correcte des travaux d’isolation. Les propriétés thermiques des composants de construction devraient alors être corrigées
des imperfections moyennes dans la mise en œuvre).
II est difficile, voire même impossible, d’établir des procédures, adoptées au plan international, pour prendre en considération la mise
en œuvre, parce qu’elle dépend non seulement du type de matériau isolant, mais également de conditions telles que l’emplacement de
l’isolation dans le bâtiment, la compétence technique moyenne des installateurs dans chaque zone géographique, les conditions
météorologiques moyennes pendant le transfert, la manipulation et l’installation et la technologie de construction.
construction peut être assez nég ligeable ou peut
L’incidence de la mise en œuvre sur les performances thermiques définitives d’une
dépasser les 10 %, même lorsque de bonnes pratiques d’installation sont utilisées
Sur un plan national, des conditions plus homogènes peuvent être rencontrées et, par conséq uent, on peut essayer d’évaluer I’inci-
dence de la mise en œuvre.
En fonction du cas considéré, on a le choix de citer la conductivité thermique utile ou la résistance thermique utile, si on utilise une
épaisseur spécifique, ou les deux valeurs. Cependant, il faut donner la résistance thermique utile en fonction de l’épaisseur, si le
concept de la conductivité thermique ne s’applique pas (voir l’annexe).
4 Considérations générales et principes
Les propriétés thermiques d’un matériau ou d’un produit de construction peuvent être déterminées par diverses méthodes.
4.1
1) En testant le matériel tel que l’appareil à plaque chaude ou le fluxmètre ou la boîte chaude dans des conditions de laboratoire,
et en ajoutant des corrections pour les conditions qui s’écartent des conditions de laboratoire dans la pratique. On peut ensuite
évaluer les propriétés thermiques par un calcul normalisé.
2) En testant un composant entier, y compris le matériau en question, dans une boîte chaude dans des conditions de laboratoire.
La résistance thermique (ou la conductivité) de chaque couche de matériau peut être évaluée en prenant des mesures de la tempé-
rature interne ou en faisant des calculs. Les mêmes types de corrections mentionnées ci-dessus peuvent s’avérer nécessaires.
3) En prenant des mesures dans des constructions existantes, dans des conditions pratiques. En partant de ce résultat, on peut
revenir en arrière au moyen d’un calcul normalisé et trouver la résistance thermique (ou la conductivité) réelle qu’a dû avoir le maté-
riau ou Ze produit.
Les tests et des mesures sur des constructions entières coûtent très cher, et il paraît difficile de couvrir toutes les combinaisons et les
épaisseurs d’isolation réelles par les méthodes 2) ou 3). Néanmoins, de telles mesures sont importantes afin de vérifier la validité des
procédures de calcul des valeurs de conception.
La conductivité thermique d’un matériau de construction et la résistance thermique d’un produit de construction, obtenues suivant la
méthode 1) à partir de mesures de laboratoire, se rapportent à des conditions d’essai physiques définies qui, dans la plupart des cas,
sont différentes des conditions dans la pratique.
Même s’il est souhaitable de tester dans des conditions aussi proches que possible des vraies conditions d’utilisation, il peut être
nécessaire de corriger les valeurs mesurées, afin de donner une description acceptable des peformances attendues dans des condi-
tions d’utilisation. Ces dernières sont appelées les valeurs utiles.
4.2 On peut avoir besoin des propriétés thermiques utiles des matériaux de construction pour différents usages.
bâtiment. II est ici important
1) Dans des calculs pour prouver qu’une certaine construction répond aux exigences des codes du
les propriétés thermiques utiles garan tissent un traitement égal et juste pour chaque produit.
que
2) Pour le calcul thermiques et frigorifiques pour la conception de systèmes de chauffage et de ventilation et pour la
des charges
protection contre le gel. Dans ce cas particulier, les facteurs de sécurité peuvent s’avérer utiles.
d’énergie annuelle, l’optimisation économique de 1’ isolation thermique et l’évaluation des
3) Pour calculer la consommation
mesures de conservation d’énergie. Dans ce cas, les valeurs moyennes peuvent s’avérer les plus utiles.
À cause des différentes applications, il n’est pas évident que les valeurs de conception ou les valeurs utiles soient similaires dans tous
les cas. Par contre, si l’on devait donner des chiffres différents pour chaque cas particulier, ceci nous conduirait à des tableaux compli-
qués. Pour cette raison, il est plus raisonnable de rester fidèle à une condition représentative et d’essayer de résoudre cette divergence
dans l’utilisation finale en ajoutant des facteurs de sécurité ou des facteurs réducteurs dans les directives de conception.
4
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ISO/TR 9165 : 1988 (FI
43 . Lorsqu’on cite des propriétés thermiques, il existe une différence fondamentale lorsque les propriétés se rapportent à des maté-
riaux ou à des produits.
4.3.1 Les propribtbs des matériaux sont indépendantes de la dimension et de la forme de la partie du matériau en question. Les
propriétés des matériaux se rapportent à la nature du matériau en question (structure, masse volumique, composition chimique, etc. 1.
Pour des raisons pratiques, la conductivite thermique est souvent considérée comme une propriété du matériau, même s’il ne s’agit
pas d’une vraie propriété de matériau pour tous les matériaux. Voir l’annexe de I’ISO 7345 pour I’applicabilité du concept de conducti-
vite thermique.
4.3.2 Les proprihb de produits se rapportent à la forme et aux dimensions du produit. Une propriété typique d’un produit est la
résistance thermique (rapport entre l’écart de température et la densité de flux thermique). La résistance thermique peut être détermi-
née et mesuree sur une portion particuliére d’un materiau inconnu, dont on connaît la forme et les dimensions.
Plusieurs combinaisons de matériaux de différentes conductivités thermiques d’épaisseurs peuvent conduire à la même résis-
(2) et
tance thermique.
La détermination de la résistance thermique à partir des propriétés des matériaux, de la forme et des dimensions (rapport entre I’épais-
seur et la conductivité themique) doit être considérée comme un cas I spécial lorsqu’une telle propriété de matériau existe.
différentes, veiller
Par conséquent, l’analyse et la correction des propriétés de materia ux ou de produits peuvent être et l’on doit à ce
que toute confusion entre les deux procédures soit évitée.
5 Méthodes d’essai et conditions d’essai
5.1 Méthodes d’essai
Les tests en laboratoire devraient être effectués selon l’une des méthodes suivantes:
a) Plaque chaude gardée ISO 8302;
b) Fluxmètre ISO 8301;
c) Boîte chaude gardée ou calibrée ISO 8990.
Cependant, r quelques mesures, par exemple celles sur les matériaux humides, il peut s’avérer nécessaire d’utiliser des méthodes
Pou
. Dans de
qui ne font l’objet de normes internationales tels cas, la méthode employée doit être décrite dans le compte rendu.
Pas
5.2 Conditions d’essai
devraient
Les conditions des materiaux devraient être le compte rendu et compatibles avec
méthode employée.
Les informations suivantes sont importantes pour l’interprétation des résultats et devraient être spécifiées dans le compte rendu d’essai;
-
la méthode d’essai employée;
-
la température d’essai moyenne;
-
l’écart de température entre les faces de l’éprouvette (des éprouvettes);
-
la méthode de l’échantillonnage utilisée;
-
la procédure de conditionnement utilisée;
-
l’épaisseur des éprouvettes;
-
la masse volumique, à l’état de référence normalisé, du matériau soumis à l’essai;
la durée de l’essai (quand elle est significative);
-
la teneur en humidité, en poids ou en volume, des éprouvettes:
-
à la réception (lorsqu’elle est significative),
aprés conditionnement,
-
avant et à la fin du test;
le temps ecoulé depuis la fabrication des éprouvettes;
tout autre renseignement utile.
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.
ISO/TR 9165 : 1988 (FI
6 Principes généraux pour les corrections physiques
La procédure pour convertir des valeurs mesurées en valeurs utiles peut se scinder en deux étapes.
a) La Premiere étape consiste à recueillir des données mesurées disponibles et à les rendre comparables les unes avec les autres.
Par exemple, les températures moyennes d’essai peuvent être de 10, 20 ou 24 OC dans les différents essais. Une température de
référence normalisée doit être choisie et toutes les valeurs doivent être converties à cette température afin d’obtenir des données
comparables.
b) La seconde étape consiste à faire des corrections, de sorte que les données s’accordent avec les conditions réelles de service.
Comme autre exemple sur la température, les données mesurées auraient pu être ramenées à une température de référence lors de
la Premiere étape, mais les différentes conditions climatiques existant dans le monde peuvent conduire à une température de ser-
vice moyenne comprise entre - 40 et + 30 OC pour le matériau ou le produit isolant dans le contexte du bâtiment. Cela veut dire
qu’il faut à nouveau procéder à des corrections pour passer d’une température de référence normalisée à une température de ser-
vice moyenne.
6.1 Mesures préliminaires
Pour chaque famille de materiau on pourrait d’abord évaluer la conductivité thermique, ou la résistance thermique, afin de déterminer
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique ou la résistance thermique en fonction de la température moyenne,
le matériau etant conditionné à l’état de référence normalisé;
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique en fonction de la masse volumique en vrac, le matériau étant condi-
tionné à l’état de référence normalisé;
- la courbe de référence donnant la conductivité thermique en fonction de la teneur en humidité, dans la mesure où des métho-
des applicables sont disponibles (dans le cas contraire, il faut se référer à la littérature). La teneur en humidité suppose une défini-
tion conventionnelle de l’état sec;
- la courbe donnant la variation de la conductivité thermique ou de la résistance thermique en fonction de l’âge du spécimen,
lorsqu’elle est significative;
- la courbe donnant la variation de la conductivité thermique en fonction de l’épaisseur, lorsqu’elle est significative;
- la relation avec d’autres paramètres significatifs.
62 . Corrections physiques
minimale et l’épaisseur nominale considération dans la procédure de correction, appliquée
L’écart entre l’épaisseur doit être pris en
pour ar river aux valeurs de conception.
Toutes les autres corrections sont données pour chaque famille de matériaux dans le chapitre 8.
7 Considérations statistiques
L’interprétation statistique des tests suppose que l’utilisation finale du calcul ait été décidée.
utiliser
Les propriétés thermiques du produit ou du matériau devraient être présentées en tant que valeur moyenne avec écart-type à
pour tout calcul dans les normes nationales.
Par conséquent, les propriétés thermiques fondamentales sont définies comme suit :
. . . (1)
Ab = Amoyenne + aÂ%
et
. . .
(2)
où
Lb est la conductivite thermique de base;
A est la conductivité thermique moyenne;
moyenne
6
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ISO/TR 9165 : 1988 (FI
est la résistance thermique de base;
Rb
R est la résistance thermique moyenne;
moyenne
sA et sR sont les écarts-types de la conductivité thermique et la résistance thermique respectivement;
aA et aR sont des coefficients établis par groupe de matériaux et sont l’objet de calculs.
NOTE - Voir I’ISO 2859 et I’ISO 3951 pour avoir des directives sur l’interprétation des statistiques. Les règlements nationaux peuvent définir les
valeurs deaAetdeaR.
8 Corrections physiques pour les matériaux
8.1 Fibres min6rales
Les commentaires de ce paragraphe se limitent aux feutres et panneaux en fibres minérales agglomérées. Leurs performances thermi-
ques sont indiquées dans ce chapitre par la résistance thermique ou la conductivité thermique. La conductivité thermique est fonction
de la masse volumique et de l’épaisseur. Des corrections pour ces paramètres peuvent s’avérer nécessaires (des exemples figurent
dans l’annexe).
L’état de référence normalisé est u n état sec conventionnel . D’un point de vue pra
tique, cet état est obtenu en effectuant le condition-
nement dans une atmosphère de laboratoire normalisée.
Les principaux facteurs de correction relatifs aux appl ications intervenant pour les matériaux isolants utilisés dans la construction sont
listés et commentés ci-dessous.
Pour ceux qui se rapportent à des produits isolants en fibres minérales, quelques procédures normalisées sont données.
8.1 .l Variabilité
Les produits isolants fibreux doivent répondre aux spécifications particu I ières concernant chaque ication pour laquelle ils ont été
aPPl
adoptés.
Ces spécifications montrent, entre autres, qu’en raison des différences dans les procédés de fabrication, des matériaux de masses
volumiques différentes peuvent avoir la même résistance thermique. Donc la résistance thermique, en elle-même, n’est pas reliée à la
masse volumique.
En ce qui concerne les fibres minérales, la courbe conductivité thermique/masse volumique présente un minimum. Pour des masses
volumiques inférieures à celles correspondant à ce minimum, la conductivité thermique augmente plus rapidement qu’à des masses
volumiques supérieures à celles correspondant audit minimum (c’est-à-dire que la pente de la courbe est numériquement plus grande
à des masses volumiques inférieures qu’à des masses volumiques supérieures - voir figure 2 dans l’annexe). Les fibres minérales sont
habituellement fabriquées à une masse volumique comprise entre 10 et 200 kg/mT
8.1.2 Effet de la température
Les corrections concernant l’effet de la température pourraient être faites selon la procédure décrite dans l’annexe.
Les coefficients de température varient entre 0,25 % et 1 % par kelvin.
Suivant la te lmpérature de service attendue et la température de référence, nécessaire d’effectuer des expériences
ou d’employer
l’expression donnée dans l’annexe.
8.1.3 Effet de l’épaisseur
Si les performances thermiques sont données en tant que résistance thermique, aucun effet de I’épaisseu r ne sera pris en considé-
ration.
Si les performances thermiques sont données en tant que conductivité thermique, l’effet de l’épaisseur sera pris en considération.
Pour les matériaux à faible masse volumique et à faible épaisseur, voir l’annexe.
7
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ISO/TR 9165 : 1988 (FI
8.1.4 Effet de l’humidité
Pour autant que les produits isolants soient protégés contre la condensation, les fuites d’eau et les eaux souterraines, et de ce fait en
en humidité des fibres minérales
équilibre avec l’air, la teneur est généralement inférieure à 1,5 % (mlm).
Dans ces tond itions, l’influence sur la résistance thermique et sur la conductivité thermique peut être négligée dans la plupart
applications.
8.1.5 Effet de vieillissement
Les produits en fibres minérales doivent leurs performances thermiques à l’air immobile dans la matrice fibreuse. Les dimensions de
ces produits sont en général stables. II n’est donc généralement pas nécessaire de faire des corrections pour le vieillissement. Cepen-
dant, une exposition à un environnement chaud et humide peut endommager les produits.
8.1.6 Épaisseur après stockage
Pour les matériaux d’isolation thermique stockés en état de compression, il peut arriver que, une fois la compression éliminée, par
exemple lors de la livraison, ceux-ci soient réception nés avec une épaisseu r supér ieure ou inférieure à l’épaisseur nominale déclarée.
8.1.7 Effet de la permbabilitb à l’air
Les produits en fibres minérales sont généralement perméables à l’air. Cette caractéristique n’affecte la résistance thermique ou la
conductivité thermique de ces produits que dans certaines conditions de variation de température ou dans des applications particu-
liéres. Des exemples sont donnés ci-dessous.
-
La convection interne peut se produire dans les constructions faites à partir de produits isolants à forte perméabilité à l’air
lorsqu’ils sont exposés à des écarts de température importants. Cependant, de telles conditions extrêmes sont peu probables dans
la construction immobilière.
- Les produits isolants en fibres minérales situés en face de lames d’air ventilées peuvent être influencés par le flux d’air en sur-
face mais, généralement dans la construction immobilière, les vitesses d’air ne sont pas assez hautes pour avoir un effet sur les per-
formances thermiques.
-
Aucune correction pour la perméabilité à l’air n’est nécessaire, pourvu que de telles situations soient évitées par des méthodes
de construction.
8.1.8 Effet de la mise en œuvre
Voir 3.3.
. Plaques en polystyrène et en polyuréthannel)
82 Plastiques alvéolaires -
Le polystyrène se subdivise en produits expansés et extrudés. Le polystyréne expansé est fabriqué habituellement sous forme de pla-
ques, non surfacées, découpées dans des blocs.
sans peau. Le gonflant est souvent
Le polystyréne extrude est fabriqué habituellement sous forme de plaques non surfacées, avec ou
il peut avoir une conductivité thermique inférieure à celle de l’air.
un mélange gazeux et
Les plaques en polyuréthanne sont découpées dans des blocs ou sont fabriquées selon un procédé en continu. Celles-ci sont souvent
surfacees. Le surfaçage varie suivant le support, par exemple, celui de la feuille de papier diffère de celui de la feuille métallique. Le
gonflant du polyuréthanne posséde une conductivité inférieure à celle de l’air; par conséquent, le surfaçage joue un rôle dominant
dans le processus de vieillissement.
a une con ductivité infé-
Le temps a une influence sur les propriétés thermiques des matiéres pl astiques alvéolaires lorsque le gonflant
rieure à celle de l’air. Cet effet de vieillissement dépend du gonflant, de l’épaisseur et du surfacage.
Les performances thermiques des matières plastiques alvéolaires sont données soit par la résistance thermique, soit par la conducti-
vité thermique, même si I’applicabilité de la conductivité thermique peut avoir quelques limitations dues à l’effet de l’épaisseur
(voir 8.1.3).
L’état de réference normali se est généralement l’équilibre avec l’atmosphère de laboratoire normalisée aprés séchage à une tempéra-
ture et pendant une durée définies.
S’applique également à des plaques en polyisocyanurate.
1)
8
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ISO/TR 9165 : 1988 (FI
8.2.1 Variabilit6
La dispersion des données sur les propriétés de ces produits se rapporte a la masse volumique, à la structure lulaire etala composi-
tion chimique du gonflant (lorsque sa conductivité diffère de
celle de l’air)
composition chimique du gaz
Le facteur le plus important est la à I’interieur des cellules. La dimension de la cellule a moins d’influente
sur les perfo Irmances thermiques . Les petites cellules donnent les meilleurs resultats.
Peu après la fabrication, l’air a tendance
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.