Thermal insulation -- Determination of steady-state thermal transmission properties -- Calibrated and guarded hot box

Lays down the principles for the design of the apparatus and minimum requirement that shall be met for determination of the laboratory steady-state thermal transmission properties of building components and similar components for industrial use. Does not specify a particular design. Describes also the apparatus, measurement technique and necessary data reporting. Primarily intended for laboratory measurements of large, inhomogeneous specimens. Does not provide for measurements where there is mass transfer through the specimen during the test.

Isolation thermique -- Détermination des propriétés de transmission thermique en régime stationnaire -- Méthodes à la boîte chaude gardée et calibrée

La présente Norme internationale établit les principes de conception de l'appareillage et donne les critères minimaux à suivre pour déterminer en laboratoire les propriétés de transmission thermique en régime stationnaire, les composants de bâtiment et les composants similaires à usage industriel. Elle ne spécifie cependant pas de conception particulière, étant donné que les exigences varient, particulièrement les dimensions, et, dans une moindre mesure, les conditions de fonctionnement. La présente Norme internationale décrit également l'appareillage, la technique de mesurage et la consignation des données nécessaires. Les composants spéciaux, par exemple les fenêtres, nécessitent des procédures supplémentaires qui ne sont pas incluses dans la présente Norme internationale. Sont également exclus les mesurages de l'effet du transfert ou de la redistribution de l'humidité sur le flux thermique, mais il faut tenir compte dans la conception et le fonctionnement de l'équipement, de l'effet possible du transfert d'humidité sur l'exactitude et la pertinence des résultats d'essai. Les propriétés que l'on peut mesurer sont le coefficient de transmission thermique et la résistance thermique. Deux méthodes possibles sont spécifiées, à savoir la méthode de la boîte chaude gardée et la méthode de la boîte chaude calibrée. Ces deux méthodes conviennent à des éprouvettes horizontales telles que des plafonds et planchers. L'appareillage peut être suffisamment grand pour étudier de 1159s composants à l'échelle réelle. Les méthodes sont initialement prévues pour des mesurages en laboratoire de grandes éprouvettes non homogènes; des éprouvettes homogènes peuvent bien entendu aussi être essayées, et sont nécessaires pour l'étalonnage et la validation. L'expérience montre que pour des essais effectués sur des éprouvettes homogènes conformément à la présente Norme internationale, l'exactitude se situe dans la fourchette de + 5 %. Toutefois, l'exactitude d'un appareillage par

General Information

Status
Published
Publication Date
31-Aug-1994
Current Stage
6060 - International Standard published
Completion Date
01-Sep-1994
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ISO 8990:1994 - Thermal insulation -- Determination of steady-state thermal transmission properties -- Calibrated and guarded hot box
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ISO 8990:1994 - Isolation thermique -- Détermination des propriétés de transmission thermique en régime stationnaire -- Méthodes a la boîte chaude gardée et calibrée
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL
IS0
STANDARD
8990
First edition
1994-09-01
Thermal insulation - Determination of
steady-state thermal transmission
properties - Calibrated and guarded hot
box
lsola tion thermique - 06 termination des proprig tt% de transmission
thermique en r6gime s ta tionnaire - M&hodes ;i la boife chaude gardge
et calibr6e
Reference number
IS0 8990:1994(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 8990: 1994(E)
Contents
Page

General ............................................................................

Section 1

1.1 Scope ...........................................................................................

1.2 Normative reference ....................................................................

1.3 Definitions ....................................................................................

........................................... 2
1.4 Symbols, units and relationships

..................................................................................

1.5 Principle
..........................................
1.6 Limitations and sources of errors
.....................................................................
Section 2 Apparatus
............................................................................
2.1 Introduction
..............................................................
2.2 Design requirements
..........................................................................
2.3 Metering box
...............................................................................
2.4 Guard box
...................................................................
2.5 Specimen frame

2.6 Cold side chamber ...............................................................

................................................ 10
2.7 Temperature measurements
....................................................................
2.8 Instrumentation
...............................
2.9 Performance evaluation and calibration
...........................................................
Section 3 Test procedure
..........................................................................
3.1 Introduction
....................................................
3.2 Conditioning of specimen
....................................... 13
3.3 Specimen selection and mounting
.....................................................................
3.4 Test conditions
..........................................................
3.5 Measurement periods

3.6 Calculations ..........................................................................

............................................................................
3.7 Test report
0 IS0 1994

All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced

or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and

lisher.
microfilm, without permission in writing from the pub
International Organization for Standardization
and
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerl
Printed in Switzerland
---------------------- Page: 2 ----------------------
0 IS0
IS0 8990: 1994(E)
Annexes
A Heat transfer at surfaces and environmental temperatures
. 16
B Bibliography

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

---------------------- Page: 3 ----------------------
0 IS0
IS0 8990: 1994(E)
Foreword
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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard IS0 8990 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 163, Therma/ insulation, Subcommittee SC 1, Test and measure-
ment methods.
Annex A forms an integral part of this International Standard. Annex B is
for information only.
---------------------- Page: 4 ----------------------
0 IS0
IS0 8990: 1994(E)
Introduction
Data on the thermal transmission properties of insulants and insulated
structures are needed for various purposes including judging compliance
with regulations and specifications, for design guidance, for research into
the performance of materials and constructions and for verification of
simulation models.
Many thermal insulating materials and systems are such that the heat
transfer through them is a complex combination of conduction, convection
and radiation. The methods described in this International Standard
measure the total amount of heat transferred from one side of the speci-
men to the other for a given temperature difference, irrespective of the
individual modes of heat transfer, and the test results can therefore be
applied to situations when that is the property required. However, the
thermal transmission properties often depend on the specimen itself and
on the boundary conditions, specimen dimensions, direction of heat
transfer, temperatures, temperature differences, air velocities, and relative
humidity. In consequence, the test conditions must replicate those of the
intended application, or be evaluated if the result is to be meaningful.
It should also be borne in mind that a property can only be assessed as
useful to characterize a material, product or system if the measurement
of the steady-state thermal transmission properties of the specimen and
the calculation or interpretation of the thermal transmission characteristics
represent the actual performance of the product or system.
Further, a property can only be characteristic of a material, product or
system if the results of a series of measurements on a number of speci-
mens from several samples provide sufficient reproducibility.
The design and operation of the guarded or calibrated hot box is a complex
subject. It is essential that the designer and user of such apparatus has a
thorough background knowledge of heat transfer, and has experience of
precision measurement techniques.
Many different designs of the calibrated and the guarded hot box exist
worldwide conforming to national standards. Continuing research and de-
velopment is in progress to improve apparatus and measurement tech-
niques. Also the variation of structures to be tested may be so great, and
the requirements for test conditions so different, that it would be a mis-
take to restrict the test method unnecessarily and to confine all measure-
ments to a single arrangement. Thus it is not practical to mandate a
specific design or size of apparatus.
---------------------- Page: 5 ----------------------
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 6 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD 0 IS0 IS0 8990:1994(E)
Thermal insulation - Determination of steady-state
thermal transmission properties - Calibrated and
guarded hot box
Section 1: General
also be tested, and these are necessary for calibration
1.1 Scope
and validation.
When testing homogeneous specimens in accord-
This International Standard lays down the principles
ance with this International Standard, experience has
for the design of the apparatus and minimum re-
shown that an accuracy within + 5 % can generally
quirement that shall be met for determination of the
be achieved. However, the accuracy of each individual
laboratory steady-state thermal transmission proper-
apparatus shall be estimated with reference homo-
ties of building components and similar components
geneous specimens of thermal conductance extend-
for industrial use. It does not, however, specify a
ing over the range to be measured using the
particular design since requirements vary, particularly
apparatus.
in terms of size, and also to a lesser extent in terms
The estimation of accuracy for nonhomogeneous
of operating conditions.
specimens will be more complex and involve an
analysis of the heat flow mechanism in the particular
This International Standard describes also the appara-
types of inhomogeneous specimens being tested.
tus, measurement technique and necessary data re-
Such analyses are not covered by this International
porting. Special components, for example windows,
Standard.
need additional procedures which are not included in
this International Standard. Also excluded are meas-
The method does not provide for measurements
urements of the effect on heat flow of moisture
where there is mass transfer through the specimen
transfer or redistribution but consideration shall be
during the test.
given in the design and operation of the equipment
as to the possible effect of moisture transfer on the
accuracy and the relevance of test results. The
properties which can be measured are thermal
1.2 Normative reference
transmittance and thermal resistance. Two alternative
The following standard contains provisions which,
methods are included: the calibrated hot box method

and the guarded hot box method. Both are suitable for through reference in this text, constitute provisions

vertical specimens such as walls and for horizontal of this International Standard. At the time of publi-

specimens such as ceilings and floors. The apparatus cation, the edition indicated was valid. All standards

can be sufficiently large to study full-scale compo- are subject to revision, and parties to agreements

based on this International Standard are encouraged
nents.
to investigate the possibility of applying the most re-

The methods are primarily intended for laboratory cent edition of the standard indicated below. Mem-

measurements of large, inhomogeneous specimens, bers of IEC and IS0 maintain registers of currently

although homogeneous specimens can, of course, valid International Standards.
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IS0 8990: 1994(E)
IS0 7345:1987, Thermal insulation - Physical quan-
A Area perpendicular to heat
Cm21
tities and definitions.
tlow
Density of heat flow rate
[W/m*]
d Specimen thickness
c 1
1.3 Definitions
Air temperature
t-u
For the purposes of this International Standard, the Mean radiant temperature
t-u
following definitions apply.
Environmental temperature
t-u
Surface temperature
CKI
1.3.1 mean radiant temperature, T,: Appropriate
weighting of the temperatures of surfaces “seen” by R, = A(T,i - T,,)I@,
the specimen for the purpose of determining the ra-
R, = 1 /h
diant heat flow rate to the surface of the specimen
Rsi = A(Tni - Tsi)/@l
(see annex A).
se = ACT se - Tne) I@1
1.3.2 environmental temperature, 7’“: Appropriate
Ru = l/U
weighting of air and radiant temperatures, for the
u = al/A(Tni - Tne)
purpose of determining the heat flow rate to the sur-
= q) - t& - @, [for guarded hot box]
face of the specimen (see annex A).
= a$ - a3 - a4 [for calibrated hot box]
NOTE 1 This method does not directly measure the
thermal conductivity although it can be derived in case of
opaque, homogeneous, flat specimens using the relation-
ship ;1 = d/R,.
1.4 Symbols, units and relationships
The following recommended symbols are used:
i Interior, usually hot side
e Exterior, usually cold side
1.5 Principle
Surface
n Environmental
1.5.1 General
R Thermal conductivity
[W/h-K)]
Both types of apparatus, the guarded hot box (GHB)
R Thermal resistance
[h*-U/W]
and the calibrated hot box (CHB), are intended to re-
u Thermal transmittance
[W/h*- U]
produce conventional boundary conditions of a speci-
men between two fluids, usually atmospheric air,
h Surface coefficient of heat
[W/(m2-K)]
each at uniform temperature.
transfer
@ Heat flow rate
The specimen is placed between a hot and a cold
chamber in which environmental temperatures are
Total power input, heating or
iwl
known.
cooling
Heat flow rate through speci-
@I Iv1
Measurements are made at steady-state of air and
men
surface temperatures and of the power input to the
Imbalance, heat flow rate par-
hot side chamber. From these measurements the
@2 cw
allel to specimen
thermal transfer properties of the specimen are cal-
culated. Heat exchange at the surfaces of the test
Heat flow rate through meter-
@3 WI
specimen involves both convective and radiative
ing box walls
components. The former depends upon air tempera-
Flanking loss, heat flow rate
@4 WI
ture and air velocity, and the latter depends upon the
flanking specimen
temperatures and the total hemispherical emittances
Peripheral loss, heat flow rate,
of specimen surfaces and of surfaces “seen” by the
t-w
parallel to specimen surface at
test specimen surface. The effects of the heat trans-
the edges of the specimen
fer by convection and radiation are combined in the
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 IS0
IS0 8990: 1994(E)

concept of an “environmental temperature” and a of the thermal transmittance, at conventional surface

surface heat transfer coefficient.
coefficients.
Thermal transmittance is defined between two en-
vironmental temperatures, and therefore suitable 1.5.2 Guarded hot box
temperature measurements are required to enable

these to be determined. This is particularly important In the guarded hot box (see figure I), the metering

with test specimens of low thermal resistance for box is surrounded by a guard box in which the en-

which the surface coefficients of heat transfer form vironment is controlled to minimize lateral heat flow

in the specimen, @,, and heat flow through the me-
a significant fraction of the total resistance. In case
tering box walls, a3. Ideally, when a homogeneous
of test specimens with a moderate to high thermal
specimen is mounted in the apparatus and when both
resistance, it may be sufficient to record air tempera-
inside and outside the metering box the temperatures
tures only during a test, if it can be shown that the

difference in air and radiant temperatures on either are uniform and furthermore when cold side tem-

side of the test specimen is so small that the accuracy peratures and surface coefficients of heat transfer are

requirements are met. uniform, a temperature balance for air both inside and
outside the metering box would imply a balance on
A special situation arises when the hot box has a ra-
the specimen surface and vice versa, i.e. CD* = D3 =
diant panel, close to the warm side of the specimen,
0. The total heat flow through the specimen will then
as heat supply. In this case the radiant component
be equal to the heat input to the metering box.
will be more dominant in the heat transfer to the

specimen surface. This method with radiant panel can In practice, for each equipment and each specimen

be used to measure the thermal resistance of the under test, there will be a limit in detecting imbalance

specimen but is not suitable for direct measurements (imbalance resolution, see 1.6.1 .I 1.

Metering box
/ Cold box
fl Specimen
Guard box
Figure 1 - Guarded hot box
---------------------- Page: 9 ----------------------
IS0 8990: 1994(E) 0 IS0
ine the corres pond ing best
1.5.3 Calibrated hot box air, respectively, def
imbalance resolu
tion.
The calibrated hot box (see figure 2) is surrounded by
The apparatus shall be designed and operated in such
a temperature-controlled space not necessarily at the
a way as to obtain optimum heat flow balance as in-
same air temperature as that inside the metering box.
dicated in a) above, i.e. apparatus geometry and guard
The heat losses through the box walls, D3, are kept
air space and air flow speed so that o3 does not ex-
low by using a construction of high thermal resist-
ceed 10 % of c#+-,.
ance. The total power input, $, shall be corrected for
the wall losses, c&, and for the flanking losses, Q&.
Inhomogeneities in the specimen will enhance non-
The flanking heat flow path is illustrated in figure3,
uniformities in local surface coefficients and in speci-
which shows details of the specimen and specimen
men surface-temperatures. Heat flow imbalance
frame with the adjacent hot and cold side box walls.
through the metering box wall and in the specimen
The correction for box wall losses and flanking losses
shall be evaluated, and when necessary corrected for.
are determined by tests on calibration specimens of
For this purpose the metering box walls shall be
known thermal resistance. For flanking loss cali-
equipped to serve as a heat flowmeter. Additionally,
bration, the calibration specimens should cover the
a thermopile across the metering area periphery can
same thickness and thermal resistance range as the
be mounted on the specimen surfaces. In routine
specimens to be measured and the temperature
testing, imbalance detection can be simplified by cali-
range of intended use.
bration and calculation.
1.6.1.2 Size of metered area
The metering area is defined:
1.6 Limitations and sources of errors
a) for a guarded hot box, as the centre-nose to
The operation of the apparatus, to a certain desired
centre-nose when the specimen is thicker or
accuracy, is limited by a number of factors related to
equal to the nose width, or if the specimen is
equipment design, calibration and operation and
thinner than the nose width, as the inner periph-
specimen properties, e.g. thickness, thermal resist-
ery of the nose;
ance and homogeneity.
b) for a calibrated hot box, as the inner periphery of
1.6.1 Limitations and errors due to
the metering box.
apparatus
The size of the metered area determines the maxi-
1.6.1.1 ILimitations in imbalance resolution in a
mum thickness of the specimen. The ratios of the
guarded hot box
metering area side to the specimen thickness and of
the guard width to the specimen thickness are gov-
In practice, even with homogeneous specimens, local
erned by principles similar to those for the guarded
surface coefficients of heat transfer are not uniform,
hot box.
especially close to the borders of the metering box.

As a consequence, neither the specimen surface- The size of the specimen can also limit possibilities for

temperature nor the air temperature are uniform close a representative section of the construction to be

to the periphery of the metering box both inside and
tested and thus allow errors and difficulties in inter-
outside. This has two consequences:
pretation of the result.

a) It can be impossible to reduce to zero at the same Measurement errors in testing to the hot box meth-

time both the lateral heat flow, a2, through the ods are in part proportional to the length of the per-

specimen, and the heat flow, $, through the imeter of the metering area. The relative influence of

this diminishes as metering area is increased. In the
metering box walls;
guarded hot box, the minimum size of the metered

b) The temperature nonuniformity close to the me- area is 3 times specimen thickness or 1 m x 1 m,

tering box, on the specimen surface, and in the whichever is the greater.
---------------------- Page: 10 ----------------------
IS0 8990:1994(E)
Metering box A
/Cold box
T Specimen
Figure 2 - Calibrated hot box
,kq----------
1 Cold s ide
Hot side 1 1
Specimen
-------- Isothermal
Heat flow
Figure 3 - Heat flow path in specimen and frame
---------------------- Page: 11 ----------------------
IS0 8990: 1994(E)

For the calibrated hot box, minimum specimen size is 1.6.2.2 Specimen inhomogeneity

I,5 m x I,5 m.
The perimeter error in the guarded hot box is due to
Most test specimens representative of building and
the heat flow rate, a2, along the surface of the
industrial components will generally be inhomogene-
specimen, due to imbalance between metering and
ous. Inhomogeneities in the test specimen will affect
guarded area, or by inhomogeneities. The perimeter
the pattern of the density of heat flowrate in such a
errors in the calibrated hot box are due to the flanking
manner that it is neither one-dimensional nor uniform.
heat flow, a4, which includes the distortion of the
Also variations of the thickness throughout the speci-
heat flow rate at the edges of the specimen.
men can cause significant local modifications of the
pattern of the density of heat flowrate. The effects
of these are nonuniformities in temperatures and local
1.6.1.3 Minimum power input
transfer coefficients making the following more diffi-
cult or even impossible:
Total power input, OP, to the metering box is the sum
of the power supplied to heaters, fans, transducers,
a) the definition of a mean surface temperature;
actuators, etc. Some of these cannot be reduced to
zero thus defining a minimum heat flow which has to
b) the detection of imbalance in the guarded hot box
pass through the specimen.
apparatus;
This limit can be lowered by cooling the hot chamber,
c) the definition of the metering area;
but that will cause further uncertainty connected with
the measurement accuracy of the cooling rate.
d) the error analysis of test results for a given in-
homogeneous specimen.
The minimum power is also limited by the uncertainty
of total power input to the metering box including
Specific examples include:
@3*
facings having a high thermal conductivity. These
All the above factors set a lower limit for the ratio
form easy paths for imbalance heat flow rate, CD*,
(T,i - TsJ~Ru~
and flanking heat losses, D4. It can help to cut the
facing along the metering box periphery. When
1.6.1.4 Maximum power input
layers are homogeneous, an alternative solution is
to run independent tests on each layer with test
Maximum power input is limited by required tem-
methods using a guarded hot plate or a heat flow
perature uniformity and surface coefficients. Large
meter;
heat flowrates imply large air mass flow across the
specimen surface if a high degree of air temperature
horizontal and vertical structural members like
uniformity is to be maintained; this will affect the heat
studs. Their effect is in most cases symmetrical;
transfer mechanism of the surface. In the case of the
guarded hot box decreasing the specimen resistance,
sections of the specimen made of different ma-
this imposes stricter requirements on the equivalence
terials. The temperature differences through the
of convective and radiative heat transfer in the me-
materials are not the same. A heat flow exists
tering and guard box to obtain a given accuracy.
close to the interface of the different materials.
When this interface is not far from the metering
box periphery, this implies a temperature nonuni-
1.6.2 Limitations and errors due to specimen
formity that affects both imbalance detection and
the ambiguity in the definition of the metering

1.6.2.1 Specimen thickness and thermal area. Also, local heat transfer coefficients are af-

resistance
fected by these inhomogeneities;
For a given apparatus design, specimen thickness can
cavities within the specimen. Natural convection

be limited for reasons depending upon specimen can create an unknown imbalance heat flow rate,

properties and boundary conditions, an upper limit for D2. The effect of installing barriers shall be evalu-

the thickness is due to edge losses 05, or flanking ated.
losses CD,, which, although decreasing with increas-

ing specimen thickness can become significant in It is not possible to provide immediate solutions to all

comparison to @, and degrade measurement accu- types of problems. The operator is advised to be fully

racy. aware of te effects of anomalies.
---------------------- Page: 12 ----------------------
0 IS0 IS0 8990: 1994( E

Calculations of the importance and effects if inhomo- quirement, the method of conditioning shall be re-

geneities are of great help to predict the thermal per-
ported. For most specimens, it is normally impossible,

formance of the test specimen. If significant without derating measurement accuracy to an un-

differences exist between predicted and measured
acceptable level, to reduce temperature differences
specimen performance which cannot be explained, as
so much that moisture transfer is so slow that
a minimum requirement, where such divergences
steady-state mass transfer can be assumed during

exist, a careful inspection of the specimen should be measurement time. It should also be realized that not

performed to identify any difference between actual only moisture transfer through the specimen, but also

and specified sizes, dimensions, materials, etc. Any moisture redistribution in the specimen and phase

irregularities from the original specification shall be change, will affect the results.

reported.
1.6.2.4 Temperature correlation
1.6.2.3 Moisture content in specimen
Specimen thermal resistances or thermal transmit-

Moisture transfer during the test may have a signif- tances are often a function of temperature differences

icant effect on test results. It is not possible to specify across the specimen itself. Care shall then be taken

a standard pre-test conditioning. As a minimum re- in reporting and interpreting measurement results.

---------------------- Page: 13 ----------------------
IS0 8990: 1994(E)
Section 2: Apparatus
The metered area shall be big enough to provide a
2.1 Introduction
representative test area. For modular components the

As stated in 1 .I, it is impractical to impose specific metered area should preferably span exactly an inte-

design details for an apparatus. However, this section gral number of modules.
gives mandatory requirements and the aspects which
The ratio of metered area to perimeter of the metered
must be considered.
area influences accuracy in both types of boxes be-

Figures 1 and 2 show typical arrangements of the test cause one-dimensional heat flow cannot be main-

specimen and major elements of the apparatus. Fig-
tained at the perimeter of the metered area. These
ures 4 and 5 show alternative arrangements. Other
error heat flows at the perimeter of the metered area,
arrangements, accomplishing the same purpose, may
measured as a fraction of the metered heat flow, will
be used. The effect on the heat transfer through the
increase with decreasing metered area.
specimen of the box walls in figure 1 and of the frame
Imbalance heat flow, Q>,, in the guarded hot box is due
in figure2 depends upon the wall or frame shape and
to nonuniformities both in surface coefficients and air
material, upon the specimen thickness and resistance
temperatures close to the periphery of the metered
and such test conditions as temperature differences
area.
and air velocities. The apparatus design and con-
struction should be made compatible with the ex-
An amount of heat enters the specimen through the
pected types of specimen to be tested and expected
nose of the metering box in the guarded hot box.
testing conditions.
Deviation from one-dimensional heat flow is caused
by the finite thickness of the nose seal.
Both edge insulation and edge boundary conditions
2.2 Design requirements
affect peripheral losses, c&, for the guarded hot box
and flanking losses, Q4, for the calibrated hot box.
The size of the apparatus shall be commensurate with
the intended use, taking the following points into
All these problems are made more complex by non-
consideration.
homogeneities in the specimen close to the perimeter
of the metered area.
L--- Specimen
Figure 4 Figure 5
---------------------- Page: 14 ----------------------
0 IS0
IS0 8990: 1994(E)
In general, the size of the metering box determines
2.3.2 Heat supply and air circulation
the minimum size of other elements of the apparatus.
The depth of the metering box should not be greater
Heat supply and air circulation shall be such that vari-

than that strictly necessary to maintain desired ations in air temperature across the air flow parallel to

boundary conditions (desired boundary layer thick- the specimen surface shall not exceed 2 % of the

ness, etc.) and to accommodate its equipment. air-to-air temperature difference from hot to cold side.

Any air temperature gradients along the air flow shall
The emittance of surfaces which have radiative ex-
not exceed 2 K/m, measured outside the boundary
change with the specimen surfaces can be either high
layer on a homogeneous test specimen.
or low. High emissivity (0,8 or greater) will in most

cases be typical of actual use of building and industrial Electric resistance heaters are normally the most

components. suitable; they shall be shielded by insulated reflective
shields to minimize radiation to metering box walls
The low emissivity environment requires a greater
and the specimen.
convective component, such as higher velocities, to

achieve conventional surface coefficients. This pro- It is recommended that a baffle be positioned in the

metering box, parallel to the surface of the specimen
duces a substantial change in the distribution of the
when forced convection is used. The baffle should
surface coefficient which ca
...

NORME ISO
INTERNATIONALE
8990
Première édition
1994-09-01
Isolation thermique - Détermination des
propriétés de transmission thermique en
régime stationnaire - Méthodes à la boîte
chaude gardée et calibrée
Thermal insula tion - Determination of steady-state thermal transmission
properties - Calibrated and guarded hot box
---------------------- Page: 1 ----------------------
Sommaire
Page
. ..*................................................................. 1
Section 1 Généralités

1 .l Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Référence normative

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Définitions

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.4 Symboles, unités et relations

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5 Principe

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*..................... 4

1.6 Limites et sources d’erreur
. . . . . . . . . . . . ..*...................................................
Section 2 Appareillage

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1 Introduction
....................................................... 8
22 . Exigences de conception
................................................................ 9
Caisson de mesure
23 .
,,,.,,....,.......,.........,,......,,...,.........,.,..,,,,,.,,.. 10
24 . Anneau de garde

Porte-éprouvette ...................................................................

25 .
.....................................................
26 . Côté froid de la chambre
...............................................
27 . Mesurage de la température

28 . Appareillage ..........................................................................

...................... 12
Évaluation du fonctionnement et étalonnage
29 .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Section 3 Mode opératoire d’essai

3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2 Conditionnement de l’éprouvette
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Sélection et mise en place de l’éprouvette

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4 Conditions d’essai

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.5 Durées de mesurage

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*......................

3.6 Calculs
0 ISO 1994

Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-

cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-

cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord

écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genkve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8990: 1994(F)
0 ISO

3.7 Rapport d’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..“.........................

Annexes
A Transfert thermique au niveau des surfaces et températures

ambiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

B Bibliographie
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 8990: 1994(F) Q ISO
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéresse par une
Atude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 8990 a été élaborée par le comité technique
lSO/TC 163, Isolation thermique, sous-comité SC 1, Méthodes d’essais
et de mesurage.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale.
L’annexe B est donnée uniquement a titre d’information.
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Introduction
Les données concernant les propriétés de transmission thermique des
isolants et de structures isolées sont nécessaires à divers titres parmi
lesquels l’appréciation de la conformité aux réglementations, l’aide à la
conception, la recherche sur les performances des matériaux et
constructions et la verification des modeles de simulations.
De nombreux matériaux et systémes d’isolation thermique sont tels que
le transfert thermique s’effectuant à travers eux est une combinaison
complexe de conduction, de convection et de rayonnement. Les métho-
des decrites dans la présente Norme internationale mesurent la quantité
totale de chaleur transférée d’un côté de l’éprouvette à l’autre pour une
difference de température donnée, sans tenir compte des modes indivi-
duels de transfert. Les résultats d’essai peuvent donc être appliqués dans
les situations où ceci est la propriété demandee. Cependant, les propriétés
de transmission thermique dépendent souvent de l’eprouvette, du sens
du transfert thermique, des températures, des differences de tempéra-
tures, des vitesses de l’air et de I’humidite relative. Par conséquent, les
conditions d’essai doivent reproduire celles de l’application prévue, ou bien
elles doivent être évaluées pour que le resultat soit significatif.
II ne faut pas oublier qu’une propriété ne peut être jugée utile, pour dé-
terminer les caractéristiques d’un matériau, d’un produit ou d’un système,
que si le mesurage des propriétés de transmission thermique en régime
stationnaire de l’éprouvette et le calcul ou l’interprétation des caractéris-
tiques de transmission thermique représentent le fonctionnement réel du
produit ou du systéme.
Une propriété ne peut être caractéristique d’un matériau, d’un produit ou
d’un système que si les résultats d’une série de mesurages effectués sur
un certain nombre d’éprouvettes provenant de plusieurs échantillons as-
surent une reproductibilité suffisante.
La conception et le fonctionnement des boÎtes chaudes gardées ou cali-
brées sont un sujet très complexe. II est essentiel que le concepteur et
l’utilisateur d’un tel appareillage aient une connaissance de base compléte
. du transfert thermique et une expérience des techniques de mesurage de
précision.
II existe dans le monde de nombreuses conceptions différentes des boîtes
chaudes gardées et calibrées conformes aux normes nationales. La re-
cherche et le développement continuent pour améliorer l’appareillage et
les techniques de mesurage. De plus, la variété des structures a soumet-
tre aux essais peut être si large et les exigences relatives aux conditions
d’essai si différentes, que ce serait une erreur de restreindre la méthode
d’essai sans nécessité et de limiter tous les mesurages a une seule
configuration. II n’est donc pas possible d’exiger une conception ou une
taille d’appareillage spécifique.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
NORME INTERNATIONALE 0 ISO ISO 8990: 1994(F)
Isolation thermique - Détermination des propriétés
de transmission thermique en régime stationnaire -
Méthodes à la boîte chaude gardée et calibrée
Section 1:
homogènes; des éprouvettes homogènes peuvent
1.1 Domaine d’application
bien entendu aussi être essayées, et sont nécessaires
pour l’étalonnage et la validation.
La présente Norme internationale établit les principes
de conception de l’appareillage et donne les critères
L’expérience montre que pour des essais effectués
minimaux a suivre pour déterminer en laboratoire les
sur des éprouvettes homogènes conformément à la
propriétés de transmission thermique en régime sta-
présente Norme internationale, l’exactitude se situe
tionnaire, les composants de bâtiment et les compo-
dans la fourchette de + 5 %. Toutefois, l’exactitude
sants similaires a usage industriel. Elle ne spécifie
d’un appareillage particulier doit être évaluée en se
cependant pas de conception particulière, étant donné
à des éprouvettes homogènes de
référant
que les exigences varient, particulièrement les di-
conductance thermique portant sur l’intervalle a me-
mensions, et, dans une moindre mesure, les condi-
surer au moyen de l’appareillage.
tions de fonctionnement.
Pour les essais effectués sur des éprouvettes qui ne
La présente Norme internationale décrit également
sont pas homogènes, l’évaluation d’exactitude sera
l’appareillage, la technique de mesurage et la consi-
plus complexe et impliquera une analyse du méca-
gnation des données nécessaires. Les composants
nisme du flux thermique dans les types particuliers
spéciaux, par exemple les fenêtres, nécessitent des
d’éprouvettes non homogénes soumises à l’essai. De
procédures supplémentaires qui ne sont pas incluses
telles analyses n’entrent pas dans le cadre de la pré-
dans la présente Norme internationale. Sont
sente Norme internationale.
également exclus les mesurages de l’effet du trans-
fert ou de la redistribution de l’humidité sur le flux
La méthode ne fournit pas d’éléments de mesure
thermique, mais il faut tenir compte dans la concep-
lorsqu’il se produit un transfert de masse a travers
tion et le fonctionnement de l’équipement, de l’effet
l’éprouvette pendant l’essai.
possible du transfert d’humidite sur l’exactitude et la
pertinence des résultats d’essai. Les propriétés que
1.2 Référence normative
l’on peut mesurer sont le coefficient de transmission
thermique et la résistance thermique. Deux méthodes
La norme suivante contient des dispositions qui, par
possibles sont spécifiées, à savoir la méthode de la
suite de la référence qui en est faite, constituent des
boîte chaude gardée et la méthode de la boîte chaude
dispositions valables pour la présente Norme interna-
calibrée. Ces deux méthodes conviennent à des
tionale. Au moment de la publication, l’édition indi-
éprouvettes horizontales telles que des plafonds et
quée était en vigueur. Toute norme est sujette a
planchers. L’appareillage peut être suffisamment
révision et les parties prenantes des accords fondés
grand pour étudier des composants à l’échelle réelle.
sur la présente Norme internationale sont invitees à
Les méthodes sont initialement prévues pour des
rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus

mesurages en laboratoire de grandes éprouvettes non récente de la norme indiquée ci-après. Les membres

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 8990:1994(F)
de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Nor-
Pertes périphériques, flux
mes internationales en vigueur à un moment donné.
thermique parallèle à la surface
de l’éprouvette aux extrémités
ISO 7345: 1987, Isolation thermique - Grandeurs
de l’éprouvette
physiques et définitions.
Surface perpendiculaire au flux
L-m21
thermique
1.3 Définitions
Densit6 de flux thermique [WW]
Épaisseur de l’éprouvette m
c 1
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
Température de l’air
les définitions suivantes s’appliquent.
Température de rayonnement
1.3.1 température de rayonnement moyenne, TF:
moyenne
Pondération appropriée des températures de surface
Température ambiante
«vues) par l’éprouvette, permettant de déterminer le
Température de surface
L-u
debit du flux thermique arrivant sur la surface de
l’éprouvette (voir annexe A).
Rs = A (T,i - Tse) I#l
Rs = l/h
1.3.2 température ambiante, T,: Ponderation ap-
R,i = A(Tni - T,i)/a>l
propriée de l’air et du rayonnement, permettant de
déterminer le debit du flux thermique arrivant à la
se = ACT se - Tne) I@l
surface de l’éprouvette (voir annexe A).
Ru = 1lU
u = @l/A(T,i - T,e)
1.4 Symboles, unités et relations - Cp, [boîte chaude gardée]
= q) - 03
= cPp - @3 - (p4 [boîte chaude calibrée]
Les symboles suivants sont utilisks:
NOTE 1 Cette méthode ne mesure pas directement la
i intérieur, généralement côté
conductivité thermique, bien que celle-ci puisse être déduite
chaud
dans le cas d’éprouvettes plates, homogènes et opaques
au moyen de la relation A = d/R,.
e extérieur, généralement côté
froid
1.5 Principe
S surfacique
n ambiant
1.5.1 Généralités
Â. Conductivité thermique [Wm*K)1
R Résistance thermique [Ma KVVVJ
Les deux types d’appareillage, la boîte chaude gardée
et la boîte chaude calibrée, sont supposés reproduire
u Coefficient de transmission
[W/W K)1
les conditions limites conventionelles d’une éprou-
thermique
vette placée entre deux fluides, généralement de l’air
h Coefficient de transfert ther-
[Wm2- K)]
ambiant, chacun d’eux étant à une température uni-
mique surfacique
forme.
# Flux thermique
L’éprouvette est placée entre une chambre chaude
Puissance totale fournie pour
et une chambre froide dans lesquelles les tempéra-
le chauffage ou le refroidis-
tures ambiantes sont contrôlées.
sement
Flux thermique à travers
On effectue des mesurages des températures de l’air
l’éprouvette
et de la surface en régime stationnaire ainsi que de la
puissance fournie à la chambre chaude. À partir de
Flux thermique de déséquili-
ces mesurages, on calcule les propriétés de transfert
bre, parallèle à l’éprouvette
thermique de l’éprouvette. L’échange thermique au
Flux thermique à travers les
a53
niveau des surfaces de l’éprouvette met en jeu à la
parois du caisson de mesure
fois des échanges convectifs et de rayonnement. Les
Pertes latérales, flux thermi-
premiers dépendent de la température et de la vitesse
que par les extrkmit6s de
de l’air et les seconds des températures et des
l’éprouvette
émissivités hémisphériques totales des surfaces de
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0 ISO
ISO 8990: 1994(F)

l’éprouvette et des surfaces «vues) par la surface de avec panneau rayonnant peut être utilisée pour me-

l’éprouvette. Les effets du transfert thermique par surer la résistance thermique de l’éprouvette, mais

convection et rayonnement sont combinés conven- elle n’est pas appropriée pour les mesurages directs

tionnellement dans le concept de ((température am- du coefficient de transmission thermique.

biante» et de coefficient de transfert thermique
surfacique.
1.5.2 Boîte chaude gardée
Le coefficient de transmission thermique est défini

entre deux températures ambiantes et il est donc né- Dans la boîte chaude gardée (voir figure 1) le caisson

cessaire pour sa détermination d’effectuer des me- de mesure est entouré d’un anneau de garde dans

Ceci est particulièrement lequel l’environnement est contrôlé pour minimiser le
surages appropriés.
flux thermique latéral dans l’éprouvette, a2, et le flux
important pour des éprouvettes a faible résistance

thermique pour lesquelles les coefficients surfaciques thermique à travers les parois du caisson de mesure,

0,. Dans l’hypothèse idéale de températures unifor-
de transfert thermique constituent une partie impor-

tante de la résistance totale. Dans le cas d’éprou- mes, de coefficients surfaciques de transfert thermi-

vettes dont la résistance thermique est modérée ou ques uniformes et égaux a l’intérieur et à l’extérieur

élevée, on peut se contenter de relever les tempéra- du caisson de mesure, lorsqu’on monte une éprou-

tures de l’air uniquement pendant un essai, si l’on vette homogéne dans l’appareillage, l’identité des

températures de l’air de part et d’autre du caisson de
peut prouver que la différence entre la température
mesure impliquerait l’identité des températures de
de l’air et la température de rayonnement sur l’un ou
surface de l’éprouvette de part et d’autre du caisson
l’autre côté de l’éprouvette est si faible que les exi-

gences relatives à l’exactitude sont satisfaites. et vice versa, c’est-a-dire a2 = Q3 = 0. Le flux thermi-

que total à travers l’éprouvette sera alors égal à la
Une situation particulière se présente lorsque la boîte
chaleur fournie au caisson de mesure.
chaude possède un panneau rayonnant servant de

source de chaleur, proche de la face chaude de Dans la pratique, pour chaque équipement et chaque

l’éprouvette. Dans ce cas, la composante de rayon- éprouvette soumis aux essais, il y aura une limite de

nement sera davantage dominante dans le transfert détection du déséquilibre des températures (résolu-

thermique a la surface de l’éprouvette. La méthode tion du déséquilibre, voir 1.6.1 .l).

Caissondemesure
/BoTte froide
-Eprouvette
Anneaudegarde
Figure 1 - Boîte chaude gardée
---------------------- Page: 9 ----------------------
Q ISO
ISO 8990: 1994(F)
thermique latéral, ainsi que les détails de l’éprouvette
1.5.3 Boîte chaude calibrée
et de son cadre avec les parois adjacentes chaudes

La boîte chaude calibrée (voir figure 2) est entourée et froides de la boîte. La correction des pertes des

d’une zone à température contrôlée dont la tempéra- parois de la boîte et des pertes latérales est détermi-

ture ambiante n’est pas nécessairement celle du née par des essais sur les éprouvettes d’étalonnage

dont la résistance thermique est connue. Pour I’éta-
caisson de mesure. Les pertes thermiques par les

sont réduites au minimum par lonnage des pertes latérales, les éprouvettes d’éta-

parois du caisson, Cp,,
lonnage doivent couvrir la même plage d’épaisseurs
l’utilisation d’une construction à haute résistance
et de résistance thermique que les éprouvettes a
thermique. La puissance totale fournie, CI$,, doit être
mesurer et se trouver dans la même plage de tem-
corrigée des pertes par les parois, $, et des pertes
pérature que celle de l’utilisation prévue.
latérales, 04. La figure3 représente le trajet du flux
Caisson demesure-
/Bolte froide
-Eprouvette
Figure 2 - Boîte chaude calibrée
-------- Isotherme
Flux thermique
Figure 3 - Flux thermique dans l’éprouvette et armature
---------------------- Page: 10 ----------------------
0 ISO
ISO 8990: 1994(F)
1.6.1.2 Dimensions de la surface de mesure
1.6 Limites et sources d’erreur
La surface de mesure est définie
Le fonctionnement de l’appareillage, dans les limites
de l’exactitude désirée, est limité par plusieurs fac-
a) pour une boîte chaude gardée, lorsque I’éprou-
teurs relatifs à la conception, à l’étalonnage et au
vette est épaisse comparée à la largeur du nez:
fonctionnement de l’équipement, ainsi qu’aux pro-
plus l’épaisseur de l’éprouvette se rapproche de
priétés de l’éprouvette, par exemple l’épaisseur, la
zéro, plus la surface de mesure se rapproche de
résistance thermique et l’homogénéité.
la périphérie intérieure du nez.
r une boîte C haude calibrée, com me la péri-
b) pou
rie interne d U caisson de mes ure.
Phé
1.6.1 Limites et erreurs dues à l’appareillage
Les dimensions de la surface de mesure déterminent
l’épaisseur maximale de l’éprouvette. Le rapport
1.6.1.1 Limites dans la résolution du déséquilibre
taille/épaisseur et largeur gardée de l’éprouvette étant
dans une boîte chaude gardée
régi par les mêmes principes que pour la boîte chaude
gardée.
Dans la pratique, même avec des éprouvettes homo-
gènes, les coefficients surfaciques locaux de transfert
Les dimensions de l’éprouvette peuvent également
thermique ne sont pas uniformes, surtout près des
limiter les possibilités d’essayer une section repré-
bords du caisson de mesure. Par conséquent, ni la
sentative de la construction et, de ce fait, introduire
température de surface de l’éprouvette, ni la tempé-
des erreurs et des difficultés d’interprétation du ré-
rature de l’air ne sont uniformes a la périphérie du
sultat.
caisson de mesure, a l’intérieur comme à l’extérieur.
Ceci a deux conséquences:
Une partie des erreurs intervenant lors d’essais ef-
fectués selon les méthodes de la boîte chaude est
il peut être impossible d’annuler au même mo-
proportionnelle à la longueur du périmètre de la sur-
ment, a la fois le flux thermique latéral a travers
face de mesure. L’influence relative diminue tandis
l’éprouvette, @,, et le flux thermique à travers les
que la surface de mesure augmente. Dans la boîte
parois du caisson de mesure, 0,;
chaude gardée, les dimensions minimales de la sur-
face de mesure sont de trois fois l’épaisseur de
la non-uniformité de la température, a proximité
l’éprouvette ou de 1 m x 1 m, selon la valeur la plus
du caisson de mesure, respectivement à la sur-
grande.
face de l’éprouvette et dans l’air définit la
meilleure résolution correspondante possible du
Pour la boîte chaude calibrée, les dimensions mini-
déséquilibre.
males de l’éprouvette sont de 1,5 m x 1,5 m.
L’appareillage doit être conçu et doit fonctionner de
L’erreur de la périphérie pour la boîte chaude gardée
façon que l’équilibre optimal du flux thermique,
est due à la surface de l’éprouvette, a2, au déséquili-
comme indiqué en a) ci-dessus, soit atteint, c’est-à-
bre de température entre la surface de mesure et
dire que la géométrie de l’appareillage et l’espace à
l’anneau de garde, ou aux inhomogénéités. L’erreur
air de garde ainsi que la vitesse d’écoulement d’air
de périphérie pour la boîte chaude calibrée est due au
soient tels que @, ne dépasse pas 10 % de OP.
flux thermique latéral, a4, qui comprend la distorsion
du flux thermique sur les bords de l’éprouvette.
Les inhomogénéités de l’éprouvette accentuent la
non-uniformité des coefficients surfaciques locaux de
transfert thermique et des températures de surface
de l’éprouvette. Les déséquilibres du flux thermique
1.6.1.3 Puissance minimale fournie
a travers les parois du caisson de mesure et dans
l’éprouvette doivent être évalués et corrigés le cas
La puissance totale, OP’ fournie au caisson de mesure
échéant. Pour cela, les parois du caisson de mesure
est la somme des puissances consommées par les
peuvent être équipées pour servir de fluxmétre ther-
radiateurs, ventilateurs, transducteurs, servomoteurs,
mique. On peut, en outre, installer dans la périphérie
etc. Certaines de ces puissances ne peuvent pas être
du caisson de mesure ou de l’air une thermopile
annulées, ce qui définit un flux thermique minimal qui
contrôlant le déséquilibre de température
doit traverser l’éprouvette.
surface/surface ou air/air. Pour les essais de routine,

la détection du déséquilibre peut être simplifiée par Cette limite peut être abaissée par refroidissement

étalonnage et calcul. de la chambre chaude, mais cela introduit une incer-
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 8990: 1994(F) 0 ISO
titude supplémentaire liée a l’exactitude du mesurage
b) la détection de déséquilibre du dispositif de la
du taux de refroidissement.
boîte chaude gardée;
La puissance minimale est également limitée par I’in-
c) la définition de la zone de mesurage;
certitude de la détection du déséquilibre du flux ther-
mique $ à travers les parois du caisson de mesure.
d) l’erreur d’analyse des résultats d’essai pour une
éprouvette inhomogène donnée.
Tous les fa cteurs ci-dessus fixent une limite inférieure
pour le rapport (Tsi-Tse)/Rum
, Des exemples spécifiques comprennent
les revêtements ayant une conductivité thermique
1.6.1.4 Puissance maximale fournie
élevée, ceux-ci facilitent la propagation du flux
thermique de déséquilibre, $, et des pertes laté-
Des flux thermiques importants impliquent d’impor-
rales, 04. II peut être utile de couper le revê-
tants flux de masse d’air le long de la surface de
tement le long de la périphérie du caisson de
l’éprouvette si l’on veut maintenir un niveau élevé
mesure. Une autre solution pour les cas où les
d’uniformité de la température de l’air; cela affecte le
épaisseurs sont homogènes est d’effectuer un
mécanisme de transfert thermique de la surface.
test individuel par épaisseur, en utilisant la mé-
Dans le cas de la boîte chaude gardée, la diminution
thode de boîte chaude gardée ou de fluxmètre;
de la résistance de l’éprouvette impose des exi-
gences plus strictes sur l’identité du transfert thermi-
les éléments de structure tels que goujons orien-
que par convection et par rayonnement dans le
tés dans le sens horizontal ou vertical et dont
caisson de mesure et dans l’anneau de garde afin
l’effet dans la plupart des cas est symétrique;
d’obtenir une exactitude donnée.
les parties de l’éprouvette constituées de maté-
riaux différents (par exemple les caches). Les dif-
1.6.2 Limites et erreurs dues à l’éprouvette
férences de température à travers les différents
matériaux ne sont pas les mêmes. II existe un flux
1.6.2.1 Épaisseur de l’éprouvette et résistance
thermique aux abords de l’interface entre les dif-
thermique
férents matériaux. Si cet interface ne se trouve
pas éloigné de la périphérie du caisson de me-
Pour un appareillage donné, l’épaisseur de I’éprou-
sure, cela implique la non-uniformité de la tempé-
vette peut être un facteur de limitation en plus de ce
rature affectant à la fois la détection du
qui est mentionné plus haut en fonction de la puis-
déséquilibre et l’ambiguïté de la définition de zone
sance minimale/maximale. De plus, selon les proprié-
de mesure. Ces inhomogénéités affectent
tés de l’éprouvette et les conditions limites des bords,
également les coefficients de transfert thermique
une limite plus grande de l’épaisseur maximale ré-
locaux;
sulte des pertes au niveau des bords, $, ou des
pertes latérales, 04, bien que celles-ci diminuent lors-
cavités situées à l’intérieur de l’éprouvette. La
que l’épaisseur de l’éprouvette augmente, et ces
convection naturelle peut donner lieu à un flux
pertes peuvent devenir importantes comparées à @,.
thermique de déséquilibre inconnu, 02. II faut
évaluer l’effet provoqué par l’installation de bar-
1.6.2.2 Inhomogénéité de l’éprouvette
rières.

La plupart des éprouvettes représentatives des com- Il n’est pas possible de fournir des solutions immé-

posants du bâtiment ou des composants industriels
diates a tous les types de problèmes.
sont généralement non homogènes. La non-
L’opérateur sait qu’il doit connaître les effets des
homogénéité de l’éprouvette perturbe la densité du
anomalies et procéder par étapes suffisantes à la fois
flux thermique de telle façon que celui-ci n’est ni
au niveau expérimental pour obtenir des températures
unidimensionnel ni uniforme. Les variations de

l’épaisseur a travers l’éprouvette peuvent provoquer et des flux thermiques représentatifs, et au niveau de

des modifications locales importantes sur la densité l’analyse et du calcul. II doit aussi s’assurer que les

du flux thermique. II en résulte des irrégularités de différences importantes entre les performances pré-

température et des coefficients de transfert locaux qui vues et les performances mesurées sont explicables.

rendent plus difficile voire impossible Lorsqu’il existe des divergences, il faut au minimum

procéder a un examen soigneux de l’éprouvette et
a) la définition de la température de surface
relever toute différence ou irrégularité par rapport a la
moyenne; spécification d’origine.
---------------------- Page: 12 ----------------------
0 ISO
ISO 8990:1994(F)
1.6.2.3 Taux d’humidité de l’éprouvette
stationnaire pendant la durée du mesurage. II faut
également savoir que non seulement le transfert
d’humidité à travers l’éprouvette, mais aussi la redis-
Le transfert d’humidité pendant l’essai peut avoir un
tribution de l’humidité dans l’éprouvette et le chan-
effet significatif sur les résultats d’essai. II n’est pas
gement de phase affectent les résultats.
possible de spécifier un conditionnement standard,
préalable aux essais. Au minimum, la méthode de
1.6.2.4 Corrélation des températures
conditionnement doit être rapportée. Pour les éprou-

vettes humides, il est normalement impossible, sans La résistance ou transmission thermique des éprou-

vettes résulte souvent d’une différence de tempéra-
réduire l’exactitude du mesurage à un niveau inac-
ture exercée à travers l’éprouvette elle-même. Les
ceptable, de réduire les différences de température

de façon suffisante pour que le transfert d’humidité résultats du mesurage doivent do

...

NORME ISO
INTERNATIONALE
8990
Première édition
1994-09-01
Isolation thermique - Détermination des
propriétés de transmission thermique en
régime stationnaire - Méthodes à la boîte
chaude gardée et calibrée
Thermal insula tion - Determination of steady-state thermal transmission
properties - Calibrated and guarded hot box
---------------------- Page: 1 ----------------------
Sommaire
Page
. ..*................................................................. 1
Section 1 Généralités

1 .l Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Référence normative

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Définitions

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.4 Symboles, unités et relations

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5 Principe

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*..................... 4

1.6 Limites et sources d’erreur
. . . . . . . . . . . . ..*...................................................
Section 2 Appareillage

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1 Introduction
....................................................... 8
22 . Exigences de conception
................................................................ 9
Caisson de mesure
23 .
,,,.,,....,.......,.........,,......,,...,.........,.,..,,,,,.,,.. 10
24 . Anneau de garde

Porte-éprouvette ...................................................................

25 .
.....................................................
26 . Côté froid de la chambre
...............................................
27 . Mesurage de la température

28 . Appareillage ..........................................................................

...................... 12
Évaluation du fonctionnement et étalonnage
29 .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Section 3 Mode opératoire d’essai

3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2 Conditionnement de l’éprouvette
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Sélection et mise en place de l’éprouvette

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4 Conditions d’essai

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.5 Durées de mesurage

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..*......................

3.6 Calculs
0 ISO 1994

Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-

cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-

cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord

écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genkve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 8990: 1994(F)
0 ISO

3.7 Rapport d’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..“.........................

Annexes
A Transfert thermique au niveau des surfaces et températures

ambiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

B Bibliographie
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 8990: 1994(F) Q ISO
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’ISO. Chaque comité membre intéresse par une
Atude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 8990 a été élaborée par le comité technique
lSO/TC 163, Isolation thermique, sous-comité SC 1, Méthodes d’essais
et de mesurage.
L’annexe A fait partie intégrante de la présente Norme internationale.
L’annexe B est donnée uniquement a titre d’information.
---------------------- Page: 4 ----------------------
Introduction
Les données concernant les propriétés de transmission thermique des
isolants et de structures isolées sont nécessaires à divers titres parmi
lesquels l’appréciation de la conformité aux réglementations, l’aide à la
conception, la recherche sur les performances des matériaux et
constructions et la verification des modeles de simulations.
De nombreux matériaux et systémes d’isolation thermique sont tels que
le transfert thermique s’effectuant à travers eux est une combinaison
complexe de conduction, de convection et de rayonnement. Les métho-
des decrites dans la présente Norme internationale mesurent la quantité
totale de chaleur transférée d’un côté de l’éprouvette à l’autre pour une
difference de température donnée, sans tenir compte des modes indivi-
duels de transfert. Les résultats d’essai peuvent donc être appliqués dans
les situations où ceci est la propriété demandee. Cependant, les propriétés
de transmission thermique dépendent souvent de l’eprouvette, du sens
du transfert thermique, des températures, des differences de tempéra-
tures, des vitesses de l’air et de I’humidite relative. Par conséquent, les
conditions d’essai doivent reproduire celles de l’application prévue, ou bien
elles doivent être évaluées pour que le resultat soit significatif.
II ne faut pas oublier qu’une propriété ne peut être jugée utile, pour dé-
terminer les caractéristiques d’un matériau, d’un produit ou d’un système,
que si le mesurage des propriétés de transmission thermique en régime
stationnaire de l’éprouvette et le calcul ou l’interprétation des caractéris-
tiques de transmission thermique représentent le fonctionnement réel du
produit ou du systéme.
Une propriété ne peut être caractéristique d’un matériau, d’un produit ou
d’un système que si les résultats d’une série de mesurages effectués sur
un certain nombre d’éprouvettes provenant de plusieurs échantillons as-
surent une reproductibilité suffisante.
La conception et le fonctionnement des boÎtes chaudes gardées ou cali-
brées sont un sujet très complexe. II est essentiel que le concepteur et
l’utilisateur d’un tel appareillage aient une connaissance de base compléte
. du transfert thermique et une expérience des techniques de mesurage de
précision.
II existe dans le monde de nombreuses conceptions différentes des boîtes
chaudes gardées et calibrées conformes aux normes nationales. La re-
cherche et le développement continuent pour améliorer l’appareillage et
les techniques de mesurage. De plus, la variété des structures a soumet-
tre aux essais peut être si large et les exigences relatives aux conditions
d’essai si différentes, que ce serait une erreur de restreindre la méthode
d’essai sans nécessité et de limiter tous les mesurages a une seule
configuration. II n’est donc pas possible d’exiger une conception ou une
taille d’appareillage spécifique.
---------------------- Page: 5 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 6 ----------------------
NORME INTERNATIONALE 0 ISO ISO 8990: 1994(F)
Isolation thermique - Détermination des propriétés
de transmission thermique en régime stationnaire -
Méthodes à la boîte chaude gardée et calibrée
Section 1:
homogènes; des éprouvettes homogènes peuvent
1.1 Domaine d’application
bien entendu aussi être essayées, et sont nécessaires
pour l’étalonnage et la validation.
La présente Norme internationale établit les principes
de conception de l’appareillage et donne les critères
L’expérience montre que pour des essais effectués
minimaux a suivre pour déterminer en laboratoire les
sur des éprouvettes homogènes conformément à la
propriétés de transmission thermique en régime sta-
présente Norme internationale, l’exactitude se situe
tionnaire, les composants de bâtiment et les compo-
dans la fourchette de + 5 %. Toutefois, l’exactitude
sants similaires a usage industriel. Elle ne spécifie
d’un appareillage particulier doit être évaluée en se
cependant pas de conception particulière, étant donné
à des éprouvettes homogènes de
référant
que les exigences varient, particulièrement les di-
conductance thermique portant sur l’intervalle a me-
mensions, et, dans une moindre mesure, les condi-
surer au moyen de l’appareillage.
tions de fonctionnement.
Pour les essais effectués sur des éprouvettes qui ne
La présente Norme internationale décrit également
sont pas homogènes, l’évaluation d’exactitude sera
l’appareillage, la technique de mesurage et la consi-
plus complexe et impliquera une analyse du méca-
gnation des données nécessaires. Les composants
nisme du flux thermique dans les types particuliers
spéciaux, par exemple les fenêtres, nécessitent des
d’éprouvettes non homogénes soumises à l’essai. De
procédures supplémentaires qui ne sont pas incluses
telles analyses n’entrent pas dans le cadre de la pré-
dans la présente Norme internationale. Sont
sente Norme internationale.
également exclus les mesurages de l’effet du trans-
fert ou de la redistribution de l’humidité sur le flux
La méthode ne fournit pas d’éléments de mesure
thermique, mais il faut tenir compte dans la concep-
lorsqu’il se produit un transfert de masse a travers
tion et le fonctionnement de l’équipement, de l’effet
l’éprouvette pendant l’essai.
possible du transfert d’humidite sur l’exactitude et la
pertinence des résultats d’essai. Les propriétés que
1.2 Référence normative
l’on peut mesurer sont le coefficient de transmission
thermique et la résistance thermique. Deux méthodes
La norme suivante contient des dispositions qui, par
possibles sont spécifiées, à savoir la méthode de la
suite de la référence qui en est faite, constituent des
boîte chaude gardée et la méthode de la boîte chaude
dispositions valables pour la présente Norme interna-
calibrée. Ces deux méthodes conviennent à des
tionale. Au moment de la publication, l’édition indi-
éprouvettes horizontales telles que des plafonds et
quée était en vigueur. Toute norme est sujette a
planchers. L’appareillage peut être suffisamment
révision et les parties prenantes des accords fondés
grand pour étudier des composants à l’échelle réelle.
sur la présente Norme internationale sont invitees à
Les méthodes sont initialement prévues pour des
rechercher la possibilité d’appliquer l’édition la plus

mesurages en laboratoire de grandes éprouvettes non récente de la norme indiquée ci-après. Les membres

---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 8990:1994(F)
de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Nor-
Pertes périphériques, flux
mes internationales en vigueur à un moment donné.
thermique parallèle à la surface
de l’éprouvette aux extrémités
ISO 7345: 1987, Isolation thermique - Grandeurs
de l’éprouvette
physiques et définitions.
Surface perpendiculaire au flux
L-m21
thermique
1.3 Définitions
Densit6 de flux thermique [WW]
Épaisseur de l’éprouvette m
c 1
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
Température de l’air
les définitions suivantes s’appliquent.
Température de rayonnement
1.3.1 température de rayonnement moyenne, TF:
moyenne
Pondération appropriée des températures de surface
Température ambiante
«vues) par l’éprouvette, permettant de déterminer le
Température de surface
L-u
debit du flux thermique arrivant sur la surface de
l’éprouvette (voir annexe A).
Rs = A (T,i - Tse) I#l
Rs = l/h
1.3.2 température ambiante, T,: Ponderation ap-
R,i = A(Tni - T,i)/a>l
propriée de l’air et du rayonnement, permettant de
déterminer le debit du flux thermique arrivant à la
se = ACT se - Tne) I@l
surface de l’éprouvette (voir annexe A).
Ru = 1lU
u = @l/A(T,i - T,e)
1.4 Symboles, unités et relations - Cp, [boîte chaude gardée]
= q) - 03
= cPp - @3 - (p4 [boîte chaude calibrée]
Les symboles suivants sont utilisks:
NOTE 1 Cette méthode ne mesure pas directement la
i intérieur, généralement côté
conductivité thermique, bien que celle-ci puisse être déduite
chaud
dans le cas d’éprouvettes plates, homogènes et opaques
au moyen de la relation A = d/R,.
e extérieur, généralement côté
froid
1.5 Principe
S surfacique
n ambiant
1.5.1 Généralités
Â. Conductivité thermique [Wm*K)1
R Résistance thermique [Ma KVVVJ
Les deux types d’appareillage, la boîte chaude gardée
et la boîte chaude calibrée, sont supposés reproduire
u Coefficient de transmission
[W/W K)1
les conditions limites conventionelles d’une éprou-
thermique
vette placée entre deux fluides, généralement de l’air
h Coefficient de transfert ther-
[Wm2- K)]
ambiant, chacun d’eux étant à une température uni-
mique surfacique
forme.
# Flux thermique
L’éprouvette est placée entre une chambre chaude
Puissance totale fournie pour
et une chambre froide dans lesquelles les tempéra-
le chauffage ou le refroidis-
tures ambiantes sont contrôlées.
sement
Flux thermique à travers
On effectue des mesurages des températures de l’air
l’éprouvette
et de la surface en régime stationnaire ainsi que de la
puissance fournie à la chambre chaude. À partir de
Flux thermique de déséquili-
ces mesurages, on calcule les propriétés de transfert
bre, parallèle à l’éprouvette
thermique de l’éprouvette. L’échange thermique au
Flux thermique à travers les
a53
niveau des surfaces de l’éprouvette met en jeu à la
parois du caisson de mesure
fois des échanges convectifs et de rayonnement. Les
Pertes latérales, flux thermi-
premiers dépendent de la température et de la vitesse
que par les extrkmit6s de
de l’air et les seconds des températures et des
l’éprouvette
émissivités hémisphériques totales des surfaces de
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0 ISO
ISO 8990: 1994(F)

l’éprouvette et des surfaces «vues) par la surface de avec panneau rayonnant peut être utilisée pour me-

l’éprouvette. Les effets du transfert thermique par surer la résistance thermique de l’éprouvette, mais

convection et rayonnement sont combinés conven- elle n’est pas appropriée pour les mesurages directs

tionnellement dans le concept de ((température am- du coefficient de transmission thermique.

biante» et de coefficient de transfert thermique
surfacique.
1.5.2 Boîte chaude gardée
Le coefficient de transmission thermique est défini

entre deux températures ambiantes et il est donc né- Dans la boîte chaude gardée (voir figure 1) le caisson

cessaire pour sa détermination d’effectuer des me- de mesure est entouré d’un anneau de garde dans

Ceci est particulièrement lequel l’environnement est contrôlé pour minimiser le
surages appropriés.
flux thermique latéral dans l’éprouvette, a2, et le flux
important pour des éprouvettes a faible résistance

thermique pour lesquelles les coefficients surfaciques thermique à travers les parois du caisson de mesure,

0,. Dans l’hypothèse idéale de températures unifor-
de transfert thermique constituent une partie impor-

tante de la résistance totale. Dans le cas d’éprou- mes, de coefficients surfaciques de transfert thermi-

vettes dont la résistance thermique est modérée ou ques uniformes et égaux a l’intérieur et à l’extérieur

élevée, on peut se contenter de relever les tempéra- du caisson de mesure, lorsqu’on monte une éprou-

tures de l’air uniquement pendant un essai, si l’on vette homogéne dans l’appareillage, l’identité des

températures de l’air de part et d’autre du caisson de
peut prouver que la différence entre la température
mesure impliquerait l’identité des températures de
de l’air et la température de rayonnement sur l’un ou
surface de l’éprouvette de part et d’autre du caisson
l’autre côté de l’éprouvette est si faible que les exi-

gences relatives à l’exactitude sont satisfaites. et vice versa, c’est-a-dire a2 = Q3 = 0. Le flux thermi-

que total à travers l’éprouvette sera alors égal à la
Une situation particulière se présente lorsque la boîte
chaleur fournie au caisson de mesure.
chaude possède un panneau rayonnant servant de

source de chaleur, proche de la face chaude de Dans la pratique, pour chaque équipement et chaque

l’éprouvette. Dans ce cas, la composante de rayon- éprouvette soumis aux essais, il y aura une limite de

nement sera davantage dominante dans le transfert détection du déséquilibre des températures (résolu-

thermique a la surface de l’éprouvette. La méthode tion du déséquilibre, voir 1.6.1 .l).

Caissondemesure
/BoTte froide
-Eprouvette
Anneaudegarde
Figure 1 - Boîte chaude gardée
---------------------- Page: 9 ----------------------
Q ISO
ISO 8990: 1994(F)
thermique latéral, ainsi que les détails de l’éprouvette
1.5.3 Boîte chaude calibrée
et de son cadre avec les parois adjacentes chaudes

La boîte chaude calibrée (voir figure 2) est entourée et froides de la boîte. La correction des pertes des

d’une zone à température contrôlée dont la tempéra- parois de la boîte et des pertes latérales est détermi-

ture ambiante n’est pas nécessairement celle du née par des essais sur les éprouvettes d’étalonnage

dont la résistance thermique est connue. Pour I’éta-
caisson de mesure. Les pertes thermiques par les

sont réduites au minimum par lonnage des pertes latérales, les éprouvettes d’éta-

parois du caisson, Cp,,
lonnage doivent couvrir la même plage d’épaisseurs
l’utilisation d’une construction à haute résistance
et de résistance thermique que les éprouvettes a
thermique. La puissance totale fournie, CI$,, doit être
mesurer et se trouver dans la même plage de tem-
corrigée des pertes par les parois, $, et des pertes
pérature que celle de l’utilisation prévue.
latérales, 04. La figure3 représente le trajet du flux
Caisson demesure-
/Bolte froide
-Eprouvette
Figure 2 - Boîte chaude calibrée
-------- Isotherme
Flux thermique
Figure 3 - Flux thermique dans l’éprouvette et armature
---------------------- Page: 10 ----------------------
0 ISO
ISO 8990: 1994(F)
1.6.1.2 Dimensions de la surface de mesure
1.6 Limites et sources d’erreur
La surface de mesure est définie
Le fonctionnement de l’appareillage, dans les limites
de l’exactitude désirée, est limité par plusieurs fac-
a) pour une boîte chaude gardée, lorsque I’éprou-
teurs relatifs à la conception, à l’étalonnage et au
vette est épaisse comparée à la largeur du nez:
fonctionnement de l’équipement, ainsi qu’aux pro-
plus l’épaisseur de l’éprouvette se rapproche de
priétés de l’éprouvette, par exemple l’épaisseur, la
zéro, plus la surface de mesure se rapproche de
résistance thermique et l’homogénéité.
la périphérie intérieure du nez.
r une boîte C haude calibrée, com me la péri-
b) pou
rie interne d U caisson de mes ure.
Phé
1.6.1 Limites et erreurs dues à l’appareillage
Les dimensions de la surface de mesure déterminent
l’épaisseur maximale de l’éprouvette. Le rapport
1.6.1.1 Limites dans la résolution du déséquilibre
taille/épaisseur et largeur gardée de l’éprouvette étant
dans une boîte chaude gardée
régi par les mêmes principes que pour la boîte chaude
gardée.
Dans la pratique, même avec des éprouvettes homo-
gènes, les coefficients surfaciques locaux de transfert
Les dimensions de l’éprouvette peuvent également
thermique ne sont pas uniformes, surtout près des
limiter les possibilités d’essayer une section repré-
bords du caisson de mesure. Par conséquent, ni la
sentative de la construction et, de ce fait, introduire
température de surface de l’éprouvette, ni la tempé-
des erreurs et des difficultés d’interprétation du ré-
rature de l’air ne sont uniformes a la périphérie du
sultat.
caisson de mesure, a l’intérieur comme à l’extérieur.
Ceci a deux conséquences:
Une partie des erreurs intervenant lors d’essais ef-
fectués selon les méthodes de la boîte chaude est
il peut être impossible d’annuler au même mo-
proportionnelle à la longueur du périmètre de la sur-
ment, a la fois le flux thermique latéral a travers
face de mesure. L’influence relative diminue tandis
l’éprouvette, @,, et le flux thermique à travers les
que la surface de mesure augmente. Dans la boîte
parois du caisson de mesure, 0,;
chaude gardée, les dimensions minimales de la sur-
face de mesure sont de trois fois l’épaisseur de
la non-uniformité de la température, a proximité
l’éprouvette ou de 1 m x 1 m, selon la valeur la plus
du caisson de mesure, respectivement à la sur-
grande.
face de l’éprouvette et dans l’air définit la
meilleure résolution correspondante possible du
Pour la boîte chaude calibrée, les dimensions mini-
déséquilibre.
males de l’éprouvette sont de 1,5 m x 1,5 m.
L’appareillage doit être conçu et doit fonctionner de
L’erreur de la périphérie pour la boîte chaude gardée
façon que l’équilibre optimal du flux thermique,
est due à la surface de l’éprouvette, a2, au déséquili-
comme indiqué en a) ci-dessus, soit atteint, c’est-à-
bre de température entre la surface de mesure et
dire que la géométrie de l’appareillage et l’espace à
l’anneau de garde, ou aux inhomogénéités. L’erreur
air de garde ainsi que la vitesse d’écoulement d’air
de périphérie pour la boîte chaude calibrée est due au
soient tels que @, ne dépasse pas 10 % de OP.
flux thermique latéral, a4, qui comprend la distorsion
du flux thermique sur les bords de l’éprouvette.
Les inhomogénéités de l’éprouvette accentuent la
non-uniformité des coefficients surfaciques locaux de
transfert thermique et des températures de surface
de l’éprouvette. Les déséquilibres du flux thermique
1.6.1.3 Puissance minimale fournie
a travers les parois du caisson de mesure et dans
l’éprouvette doivent être évalués et corrigés le cas
La puissance totale, OP’ fournie au caisson de mesure
échéant. Pour cela, les parois du caisson de mesure
est la somme des puissances consommées par les
peuvent être équipées pour servir de fluxmétre ther-
radiateurs, ventilateurs, transducteurs, servomoteurs,
mique. On peut, en outre, installer dans la périphérie
etc. Certaines de ces puissances ne peuvent pas être
du caisson de mesure ou de l’air une thermopile
annulées, ce qui définit un flux thermique minimal qui
contrôlant le déséquilibre de température
doit traverser l’éprouvette.
surface/surface ou air/air. Pour les essais de routine,

la détection du déséquilibre peut être simplifiée par Cette limite peut être abaissée par refroidissement

étalonnage et calcul. de la chambre chaude, mais cela introduit une incer-
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 8990: 1994(F) 0 ISO
titude supplémentaire liée a l’exactitude du mesurage
b) la détection de déséquilibre du dispositif de la
du taux de refroidissement.
boîte chaude gardée;
La puissance minimale est également limitée par I’in-
c) la définition de la zone de mesurage;
certitude de la détection du déséquilibre du flux ther-
mique $ à travers les parois du caisson de mesure.
d) l’erreur d’analyse des résultats d’essai pour une
éprouvette inhomogène donnée.
Tous les fa cteurs ci-dessus fixent une limite inférieure
pour le rapport (Tsi-Tse)/Rum
, Des exemples spécifiques comprennent
les revêtements ayant une conductivité thermique
1.6.1.4 Puissance maximale fournie
élevée, ceux-ci facilitent la propagation du flux
thermique de déséquilibre, $, et des pertes laté-
Des flux thermiques importants impliquent d’impor-
rales, 04. II peut être utile de couper le revê-
tants flux de masse d’air le long de la surface de
tement le long de la périphérie du caisson de
l’éprouvette si l’on veut maintenir un niveau élevé
mesure. Une autre solution pour les cas où les
d’uniformité de la température de l’air; cela affecte le
épaisseurs sont homogènes est d’effectuer un
mécanisme de transfert thermique de la surface.
test individuel par épaisseur, en utilisant la mé-
Dans le cas de la boîte chaude gardée, la diminution
thode de boîte chaude gardée ou de fluxmètre;
de la résistance de l’éprouvette impose des exi-
gences plus strictes sur l’identité du transfert thermi-
les éléments de structure tels que goujons orien-
que par convection et par rayonnement dans le
tés dans le sens horizontal ou vertical et dont
caisson de mesure et dans l’anneau de garde afin
l’effet dans la plupart des cas est symétrique;
d’obtenir une exactitude donnée.
les parties de l’éprouvette constituées de maté-
riaux différents (par exemple les caches). Les dif-
1.6.2 Limites et erreurs dues à l’éprouvette
férences de température à travers les différents
matériaux ne sont pas les mêmes. II existe un flux
1.6.2.1 Épaisseur de l’éprouvette et résistance
thermique aux abords de l’interface entre les dif-
thermique
férents matériaux. Si cet interface ne se trouve
pas éloigné de la périphérie du caisson de me-
Pour un appareillage donné, l’épaisseur de I’éprou-
sure, cela implique la non-uniformité de la tempé-
vette peut être un facteur de limitation en plus de ce
rature affectant à la fois la détection du
qui est mentionné plus haut en fonction de la puis-
déséquilibre et l’ambiguïté de la définition de zone
sance minimale/maximale. De plus, selon les proprié-
de mesure. Ces inhomogénéités affectent
tés de l’éprouvette et les conditions limites des bords,
également les coefficients de transfert thermique
une limite plus grande de l’épaisseur maximale ré-
locaux;
sulte des pertes au niveau des bords, $, ou des
pertes latérales, 04, bien que celles-ci diminuent lors-
cavités situées à l’intérieur de l’éprouvette. La
que l’épaisseur de l’éprouvette augmente, et ces
convection naturelle peut donner lieu à un flux
pertes peuvent devenir importantes comparées à @,.
thermique de déséquilibre inconnu, 02. II faut
évaluer l’effet provoqué par l’installation de bar-
1.6.2.2 Inhomogénéité de l’éprouvette
rières.

La plupart des éprouvettes représentatives des com- Il n’est pas possible de fournir des solutions immé-

posants du bâtiment ou des composants industriels
diates a tous les types de problèmes.
sont généralement non homogènes. La non-
L’opérateur sait qu’il doit connaître les effets des
homogénéité de l’éprouvette perturbe la densité du
anomalies et procéder par étapes suffisantes à la fois
flux thermique de telle façon que celui-ci n’est ni
au niveau expérimental pour obtenir des températures
unidimensionnel ni uniforme. Les variations de

l’épaisseur a travers l’éprouvette peuvent provoquer et des flux thermiques représentatifs, et au niveau de

des modifications locales importantes sur la densité l’analyse et du calcul. II doit aussi s’assurer que les

du flux thermique. II en résulte des irrégularités de différences importantes entre les performances pré-

température et des coefficients de transfert locaux qui vues et les performances mesurées sont explicables.

rendent plus difficile voire impossible Lorsqu’il existe des divergences, il faut au minimum

procéder a un examen soigneux de l’éprouvette et
a) la définition de la température de surface
relever toute différence ou irrégularité par rapport a la
moyenne; spécification d’origine.
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0 ISO
ISO 8990:1994(F)
1.6.2.3 Taux d’humidité de l’éprouvette
stationnaire pendant la durée du mesurage. II faut
également savoir que non seulement le transfert
d’humidité à travers l’éprouvette, mais aussi la redis-
Le transfert d’humidité pendant l’essai peut avoir un
tribution de l’humidité dans l’éprouvette et le chan-
effet significatif sur les résultats d’essai. II n’est pas
gement de phase affectent les résultats.
possible de spécifier un conditionnement standard,
préalable aux essais. Au minimum, la méthode de
1.6.2.4 Corrélation des températures
conditionnement doit être rapportée. Pour les éprou-

vettes humides, il est normalement impossible, sans La résistance ou transmission thermique des éprou-

vettes résulte souvent d’une différence de tempéra-
réduire l’exactitude du mesurage à un niveau inac-
ture exercée à travers l’éprouvette elle-même. Les
ceptable, de réduire les différences de température

de façon suffisante pour que le transfert d’humidité résultats du mesurage doivent do

...

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