Thermal insulation products for building equipment and industrial installations -- Determination of design thermal conductivity

ISO 23993:2008 gives methods to calculate design thermal conductivities from declared thermal conductivities for the calculation of the thermal performance of building equipment and industrial installations. These methods are valid for operating temperatures from -200 °C to +800 °C. The conversion factors, established for the different influences, are valid for the temperature ranges indicated in the relevant clauses or annexes.

Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles -- Détermination de la conductivité thermique utile

L'ISO 23993:2008 indique des méthodes de calcul de la conductivité thermique utile ŕ partir de la conductivité thermique déclarée pour le calcul de la performance énergétique des équipements de bâtiments et des installations industrielles. Ces méthodes s'appliquent pour des températures de service comprises entre -200 °C et +800 °C. Les facteurs de conversion, déterminés pour les différentes influences, sont valables pour les plages de température indiquées dans les articles ou les annexes correspondants.

General Information

Status
Published
Publication Date
23-Jan-2008
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
07-Jan-2008
Completion Date
24-Jan-2008
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ISO 23993:2008 - Thermal insulation products for building equipment and industrial installations -- Determination of design thermal conductivity
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23993
First edition
2008-02-01
Corrected version
2009-10-01
Thermal insulation products for building
equipment and industrial installations —
Determination of design thermal
conductivity
Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les
installations industrielles — Détermination de la conductivité thermique
utile
Reference number
ISO 23993:2008(E)
ISO 2008
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ISO 23993:2008(E)
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO 23993:2008(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................ iv

Introduction ....................................................................................................................................................... vi

1 Scope ..................................................................................................................................................... 1

2 Normative references ........................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions........................................................................................................................... 1

4 Symbols ................................................................................................................................................. 2

5 Determination of declared thermal conductivity ............................................................................... 2

6 Determination of the design value of thermal conductivity ............................................................. 3

7 Conversion of available data ............................................................................................................... 3

7.1 General................................................................................................................................................... 3

7.2 Conversion factor for temperature difference ................................................................................... 4

7.3 Conversion factor for moisture ........................................................................................................... 4

7.4 Conversion factor for ageing............................................................................................................... 5

7.5 Conversion factor for compression.................................................................................................... 5

7.6 Conversion factor for convection ....................................................................................................... 5

7.7 Conversion factor for thickness effect............................................................................................... 5

7.8 Conversion factor for regular joints ................................................................................................... 5

7.9 Additional thermal conductivity for regularly insulation-related thermal bridges,

e.g. spacers ........................................................................................................................................... 6

Annex A (normative) Conversion factors ........................................................................................................ 8

Annex B (informative) Examples of determination of the design thermal conductivity........................... 20

Annex C (informative) Approximate values of conversion factors ............................................................. 23

Bibliography ..................................................................................................................................................... 31

© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO 23993:2008(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

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. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 23993 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee

CEN/TC 89, Thermal performance of buildings and building components, in collaboration with ISO Technical

Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use in the built environment, Subcommittee SC 2,

Calculation methods, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN

(Vienna Agreement).

This International Standard is one of a series of standards on methods for the design and evaluation of the

thermal performance of building equipment and industrial installations.

This corrected version of ISO 23993:2008 incorporates the following corrections plus other minor editorial

modifications.
Clause 4: The following two rows have been added to the table:
N number of spacers per square metre —
∆λ thermal conductivity per spacer per square metre W/(m K)
Clause 6: Equations (1) and (2) have been re-inserted:
λ=+λλF∆ (1)
F =F F F F FFF (2)
ma c
∆θ C dj

7.9.2.2: The calculations have been modified as follows (i.e. with the substitution of ∆λ , the thermal

conductivity per spacer per square metre, for ∆λ i.e., with the deletion of “/spacers/m ” from the units):

Spacers of steel in the form of a flat bar
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
iv © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 23993:2008(E)

A new Equation (6) has been added to define the relationship between ∆λ and ∆λ and the original

Equation (6) renumbered to Equation (7).
7.9.3: The units “W(m·K)” have been corrected to “W/(m·K)”.

A.4.1 (twice) and A.4.2 (twice): The term “specific” has been added to the definition of W, “specific airflow

resistance.”

Annex B: The additional subtitles and introductory text, “B.1 Insulation materials” and “B.2 Conditions” have

been added. The line “Determination of the conversion factors and ∆λ” has been restyled as B.3 and

introductory text added.

Table C.1: The vertical line separating the subheadings “calcium-magnesium silicate fibre” and “calcium

silicate” and “microporous insulants” each from the subheading “Insulation” has been moved one column to

the left, i.e. from between the pictures for the two pipes to between the column “Application...” and the picture

of the horizontal pipe (consistent with other similar rows such as that for “mineral wool”).

Table C.1 (four times): The term “airflow resistance” has been replaced with the term “airflow resistivity”.

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ISO 23993:2008(E)
Introduction

The establishment of design values for thermal conductivity for the calculation of the thermal performance of

insulation systems for building equipment and industrial installations requires a consideration of various

possible influences affecting the thermal properties of the insulation products employed due to the operational

conditions of any individual insulation system.
Among these influences could be:

⎯ the non-linearity of the thermal conductivity curve over the temperature range in which the insulant may

be employed;
⎯ the thickness effect;
⎯ the effect of moisture in the insulant;
⎯ ageing effects, beyond those already incorporated in the declared value;
⎯ special installation effects such as single- or multi-layered installation.

In this International Standard, the conversion factors F, that need to be used in a variety of applications for a

variety of insulation products, are given and the principles and general equations as well as some guidance

for the establishment of design values for the calculation of the thermal performance of insulation systems are

described. The conversion factors valid for commonly employed insulation products are given in annexes.

They are well established in some cases and for some materials. Where experience is lacking and conversion

factors cannot be established accurately, they are given in the form of an “educated estimate” so that the

calculation result will be on the safe side, i.e. the calculated heat transfer will be greater than that actually

occurring when the calculation has obeyed the rules of this International Standard.

vi © ISO 2008 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23993:2008(E)
Thermal insulation products for building equipment and
industrial installations — Determination of design thermal
conductivity
1 Scope

This International Standard gives methods to calculate design thermal conductivities from declared thermal

conductivities for the calculation of the thermal performance of building equipment and industrial installations.

These methods are valid for operating temperatures from −200 °C to +800 °C.

The conversion factors, established for the different influences, are valid for the temperature ranges indicated

in the relevant clauses or annexes.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.
ISO 7345, Thermal insulation — Physical quantities and definitions

ISO 8497, Thermal insulation — Determination of steady-state thermal transmission properties of thermal

insulation for circular pipes

ISO 9053, Acoustics — Material for acoustical applications — Determination of airflow resistance

ISO 9229, Thermal insulation — Vocabulary

ISO 13787, Thermal insulation products for building equipment and industrial installations — Determination of

declared thermal conductivity
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7345, ISO 9229 and the following

apply.
3.1
declared thermal conductivity

value of the thermal conductivity of a material or product used for building equipment and industrial

installations:
⎯ based on measured data at reference conditions of temperature and humidity;

⎯ given as a limit value, in accordance with the determination method in ISO 13787;

⎯ corresponding to a reasonable expected service lifetime under normal conditions

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ISO 23993:2008(E)
3.2
design thermal conductivity

value of thermal conductivity of an insulation material or product under specific external and internal

conditions which can be considered as typical of the performance of that material or product when

incorporated in a building equipment or industrial installation
4 Symbols
Symbol Quantity Unit
3 .
a compressibility coefficient m /(kg K)
D internal diameter of the layer m
d layer thickness m
d system thickness including air gap m
F overall conversion factor for thermal conductivity —
F ageing conversion factor —
F compression conversion factor —
F convection conversion factor —
F thickness conversion factor —
f thickness conversion coefficient —
F joint factor —
F moisture conversion factor —
3 3
f moisture conversion coefficient volume by volume m /m
F temperature difference conversion factor —
N number of spacers per square metre —
u moisture content mass by mass kg/kg
θ Celsius temperature °C
λ declared thermal conductivity W/(m K)
λ design thermal conductivity W/(m K)
λ integrated thermal conductivity W/(m K)
∆λ additional thermal conductivity due to thermal bridges, such as W/(m K)
spacers, which are regular parts of the insulation
∆λ thermal conductivity per spacer per square metre W/(m K)
ρ apparent density kg/m
3 3
ψ moisture content volume by volume m /m
5 Determination of declared thermal conductivity
Declared thermal conductivities shall be determined as given in ISO 13787.
2 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 23993:2008(E)

The product shall be described by its characteristics including a clear identification of the materials, the type

of facing if any, the structure, the blowing agent, the thickness and any other parameters having a possible

influence on thermal conductivity.

The declared thermal conductivity shall be determined either at a thickness large enough to neglect the

thickness effect or, for smaller thicknesses, based on measurements at those thicknesses.

6 Determination of the design value of thermal conductivity

The design value of thermal conductivity shall be determined from the declared thermal conductivity for the set

of conditions corresponding to the conditions of the expected application. Possible influences include the

following:

a) the average operating temperature, together with the hot and cold surface temperatures;

b) the average moisture content expected when the material is in equilibrium with a defined atmosphere

(temperature and relative humidity);

c) the ageing effect according to the application, if not included in the declared value;

d) the compression applied in the application;
e) the convection effect in the material;
f) the thickness effect;
g) the open joint effect;

h) the insulation-related thermal bridges, (thermal bridges that are regular part of the insulation system, e.g.

spacers), which are taken into account via a term ∆λ.
The design value of thermal conductivity shall be obtained either

⎯ from a declared thermal conductivity converted to the conditions of the application using Equation (1):

λ=+λλF∆ (1)

where the additional term ∆λ is obtained as given in 7.9 and the overall conversion factor F is given by:

F =F F F F FFF (2)
∆θ ma C c dj
⎯ or from values measured under application conditions.
NOTE Approximate values for F can be found in the informative Annex C.
7 Conversion of available data
7.1 General

Values of the different conversion factors for some insulating materials and operating conditions are given in

Annex A. Conversion factors derived from measured values according to the appropriate test methods, e.g.

EN 12667 or ISO 8497, may be used instead of the values in Annex A. If the material does not correspond to

the conditions for which the factors are given in Annex A, then the conversion factors derived from measured

values shall be used.
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ISO 23993:2008(E)
7.2 Conversion factor for temperature difference

If the design thermal conductivity is requested at the same reference mean temperature and if the hot and

cold surface temperatures are the same as for the declared thermal conductivity, no conversion is needed

(F = 1).

In the case of thermal conductivity measurement made with the pipe tester (ISO 8497), no conversion is

needed when the measurement is carried out with the full temperature difference ∆θ.

If the design thermal conductivity is to be determined at another temperature from declared thermal

conductivities given in the form of a table of values at different temperatures, interpolation between values in

the table shall be based on the use of a best-fit equation such as a regression polynomial, of an order

sufficient to provide a correlation coefficient, r W 0,98.

If the design thermal conductivity is needed at the same reference mean temperature, but for another hot and

cold surface temperature difference, than that used for determining the declared thermal conductivity, the

conversion factor F shall be determined according to the procedure as given in A.1.

If the thermal conductivity measurement has been carried out with the full temperature difference, F = 1. If

the thermal conductivity measurement has been carried out with a ∆θ not exceeding 50 K, the procedure for

non-linearity applies.

If the design thermal conductivity is needed at another mean temperature than that of the declared thermal

conductivity and with another temperature difference, the procedures outlined above shall be followed

successively. As an alternative, the influence of the non-linearity of the thermal conductivity curve may be

taken into account by integrating the measured curve as given by Equation (3):
λ = λθ dθ (3)
θθ−
The temperature difference conversion factor is given by:
F = (4)
λ()θ
where (λ θ) is the value read on the curve at the reference temperature.
7.3 Conversion factor for moisture

The conversion factor F for volume-related moisture content shall be determined as follows:

f ψ −ψ
( )
ψ 21
F = e (5)
where
f is the moisture content conversion coefficient volume by volume;

ψ is the moisture content volume by volume for the determination of declared value of thermal

conductivity;
ψ is the moisture content volume by volume for the actual application.
The content of moisture in a given application shall be determined either
⎯ by measurements carried out in the conditions of the expected application, or
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ISO 23993:2008(E)

⎯ by theoretical calculations using proven methods such as those given in ISO 15758 based on measured

values as described in ISO 12572, provided the assumptions on which they are based are met.

NOTE A possible test method to determine moisture content is given in EN 12088. If needed for the application, the

time period indicated in EN 12088 can be extended.
Some values of the coefficient f are given in A.2.
7.4 Conversion factor for ageing

The ageing depends upon the material type, facings, structures, the blowing agent, the temperature and the

thickness of the material. For a given material, the ageing effect can be obtained from theoretical models

validated by experimental data (see procedure in the product standard, where applicable).

No conversion is needed when the declared thermal conductivity or resistance already takes account of

ageing or when the ageing effect has been determined in conditions which do not significantly differ from the

design set of conditions.

If the set of conditions for the design thermal conductivities significantly differs from that in which the ageing

effect of the declared thermal conductivity has been determined, an ageing test in the set of conditions of the

design thermal conductivities shall be carried out.

If a conversion factor F is used, it shall allow for the calculation of the aged value of the thermal property

corresponding to a time not less than half the working lifetime of the product in the application concerned.

NOTE 1 The working lifetime for building equipment is often taken as 50 years.

NOTE 2 No conversion coefficients are given in this International Standard to derive the ageing conversion factor F .

No ageing conversion factor shall be used for mineral wool, ceramic fibre, calcium-magnesium silicate fibre,

calcium silicate, flexible elastomeric foam and cellular glass.
7.5 Conversion factor for compression

For compressible insulation products, the apparent density may change when the product is subject to load.

The influence on the thermal conductivity shall be taken into account by the factor F , which shall be

calculated as given in A.3.
7.6 Conversion factor for convection

The effect of convection in the case of vertical insulation layers shall be taken into account by a convection

factor F .
The factor F shall be calculated as given in A.4.
7.7 Conversion factor for thickness effect

For insulation materials permeable to radiation, the thermal conductivity changes with increasing thickness. If

the design thermal conductivity is needed at other thicknesses than those of the declared thermal conductivity,

the factor F shall be determined as given in A.5.
7.8 Conversion factor for regular joints

The influence of joints on the design thermal conductivity shall be addressed by the conversion factor F ,

which shall be calculated as given in A.6.

The conversion factor F shall be applied if the thermal conductivity has been measured in accordance with

ISO 8497, with a pipe tester having fewer joints than the actual application.
© ISO 2008 – All rights reserved 5
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ISO 23993:2008(E)

7.9 Additional thermal conductivity for regularly insulation-related thermal bridges,

e.g. spacers
7.9.1 General

Components in the insulating layer which are regularly-spaced insulation-related thermal bridges like spacers

are taken into account by adding ∆λ to the corrected thermal conductivity λ of the installed insulation product

as given in Equation (1).

Plant-related and irregularly-spaced insulation-related thermal bridges, e.g. pipe mountings, supports,

armatures and frontal plates are thermal bridges which have to be considered as additional heat losses, e.g.

as described in ISO 12241.
7.9.2 Spacers
7.9.2.1 Spacers for sheet metal pipeline jackets

The additional thermal conductivity depends on a number of variables. The values indicated in the following

are approximate values and apply to common insulating layer thicknesses from 100 mm to 300 mm and

common insulation systems for heat protection.

NOTE 1 Reference [9] in the Bibliography provides possible procedures for special insulation systems.

Additions to thermal conductivity
for steel spacers ∆λ = 0,010 W/(m·K)
for austenitic steel spacers ∆λ = 0,004 W/(m·K)
for ceramic spacers ∆λ = 0,003 W/(m·K)

NOTE 2 These values can be used in the range of 50 mm to 200 mm, see Reference [10].

7.9.2.2 Spacers for sheet metal jackets for walls
Spacers of steel in the form of a flat bar
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)

Additions ∆λ to thermal conductivity to account for spacers for sheet metal jackets for walls depend on the

number of spacers per square metre (m ). The total addition is calculated by:
∆=λ N∆ λ (6)
where
N is the number of spacers per square metre (m );
∆λ is the thermal conductivity per spacer per square metre.
6 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 23993:2008(E)
7.9.3 Mechanical fasteners penetrating an insulation layer

Additions ∆λ to thermal conductivity to account for fasteners depend on the number of fasteners per square

metre (m ) and on the geometry. The total addition is calculated by:
∆=λ n∆ λ (7)
where ∆λ is the additional conductivity due to fastener i (i = 1 … n).
For steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,006 W/(m⋅K).

For austenitic steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,004 W/(m⋅K).

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ISO 23993:2008(E)
Annex A
(normative)
Conversion factors
A.1 Conversion factors for the influence of the non-linearity of the thermal
conductivity versus temperature curve

When not using directly integrated values for the thermal conductivity or calculation based on a polynomial

expression of the thermal conductivity, the influence of the non-linearity of the thermal conductivity versus

temperature curve for insulation materials shall be taken into account by using the temperature difference

conversion factor F given in Table A.1.
Table A.1 — Temperature difference conversion factor F
Product type Apparent density
Temperature difference
kg/m
100 250 450
Stone wool
mat 50 to 70 1,04 1,08 1,12
board 80 to 120 1,02 1,05 1,1
130 to 150 1,0 1,02 1,05
> 160 1,0 1,0 1,02
lamella mat 30 to 40 1,02 1,10 1,15
50 to 60 1,01 1,08 1,12
Glass wool
mat 30 to 45 1,03 1,06 1,10
board 50 to 75 1,01 1,04 1,07
lamella mat 30 1,0 1,08 —
Calcium-magnesium
silicate
mat 80 to 110 1,02 1,06 1,10
board
Cellular glass 120 to 200 1,02 1,04 1,06
Perlite 60 to 80 1,01 1,02 1,05
Calcium silicate 100 to 200 1,01 1,02 1,05
Microporous insulation 300 1,0 1,01 1,02
In the case of a linear curve, F = 1.

In the case of a curve of thermal conductivity as a function of temperature presenting an inflexion point, the integrated

value shall be used.
Linear interpolation may be used.
8 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 23993:2008(E)
A.2 Conversion factor for moisture

The conversion coefficient for moisture is given in Table A.2 for the range of moisture content in column 2. It

corresponds to the moisture which stays in the products.

The effect of mass transfer by liquid water and water vapour is not covered by these data.

Table A.2 — Conversion coefficients for moisture
Product type Moisture content Conversion coefficient
3 3
3 3
m /m
m /m
Mineral wool < 0,15 4
Expanded polystyrene < 0,10 4
Extruded polystyrene < 0,10 2,5
Flexible elastomeric foam < 0,15 3,5
Polyurethane foam < 0,15 6
Phenolic foam < 0,15 5
PVC foam < 0,1 8
Cork < 0,1 6,0
Cellular glass 0,0 0,00
Rigid boards of perlite, fibres and binders 0 to 0,04 0,8

Some of the conversion coefficients given in Table A.2 are taken from ISO 10456:2007. They are valid in the

temperature range 0 °C to 30 °C. They shall be rechecked when used for other temperatures, taking into

consideration that water turns to ice below 0 °C. No moisture conversion factor shall be used when the

insulation reference temperature exceeds 100 °C.
A.3 Conversion factor for compression
For flat products, the compression ratio is given for flat applications by:
C = (A.1)
where
d is the nominal thickness;
d is the compressed thickness.
Figure A.1 — Compression of flat products
© ISO 2008 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 23993:2008(E)

For compressible flat products used as pipe insulation, the compression ratio is given by:

D + 2d
C = (A.2)
D + d
where
d is the layer thickness;
D is the internal diameter of the layer.
Figure A.2 — Compression of pipe insulation
The factor F (e.g. mineral wool) shall be determined by:
Fa=−110 θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
where
a is given in Table A.3 as a function of density;
ρ is the apparent density of the insulation product;
θ is the mean temperature;
C is the compression ratio given by Equation (A.1) or (A.2).

Table A.3 — Coefficient a for mineral wool in the temperature range 50 °C to 600 °C

Apparent density Coefficient
ρ a
kg/m 3
m /(kg⋅K)
30 55
45 35
60 20
80 11
100 9
150 5
10 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 23993:2008(E)
A.4 Conversion factor for convection in the material
A.4.1 Introduction

For vertical layers made of air permeable materials, for instance mineral wool, the convection shall be

evaluated by the following method. If the airflow resistivity measured as given in ISO 9053 is greater than

50 kPa⋅s/m , the influence of convec
...

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Thermal insulation products for building
equipment and industrial installations —
Determination of design thermal
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ISO 23993:2008(E)
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ISO 23993:2008(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................ iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Scope ..................................................................................................................................................... 1

2 Normative references ........................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions........................................................................................................................... 1

4 Symbols ................................................................................................................................................. 2

5 Determination of declared thermal conductivity ............................................................................... 2

6 Determination of the design value of thermal conductivity ............................................................. 3

7 Conversion of available data ............................................................................................................... 3

7.1 General................................................................................................................................................... 3

7.2 Conversion factor for temperature difference ................................................................................... 3

7.3 Conversion factor for moisture ........................................................................................................... 4

7.4 Conversion factor for ageing............................................................................................................... 5

7.5 Conversion factor for compression.................................................................................................... 5

7.6 Conversion factor for convection ....................................................................................................... 5

7.7 Conversion factor for thickness effect............................................................................................... 5

7.8 Conversion factor for regular joints ................................................................................................... 5

7.9 Additional thermal conductivity for regularly insulation-related thermal bridges,

e.g. spacers ........................................................................................................................................... 6

Annex A (normative) Conversion factors ........................................................................................................ 7

Annex B (informative) Examples of determination of the design thermal conductivity........................... 19

Annex C (informative) Approximate values of conversion factors ............................................................. 22

Bibliography ..................................................................................................................................................... 30

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ISO 23993:2008(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

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. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. 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.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 23993 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee

CEN/TC 89, Thermal performance of buildings and building components, in collaboration with ISO Technical

Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use in the built environment, Subcommittee SC 2,

Calculation methods, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN

(Vienna Agreement).

This International Standard is one of a series of standards on methods for the design and evaluation of the

thermal performance of building equipment and industrial installations.
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ISO 23993:2008(E)
Introduction

The establishment of design values for thermal conductivity for the calculation of the thermal performance of

insulation systems for building equipment and industrial installations requires a consideration of various

possible influences affecting the thermal properties of the insulation products employed due to the operational

conditions of any individual insulation system.
Among these influences could be:

⎯ the non-linearity of the thermal conductivity curve over the temperature range in which the insulant may

be employed;
⎯ the thickness effect;
⎯ the effect of moisture in the insulant;
⎯ ageing effects, beyond those already incorporated in the declared value;
⎯ special installation effects such as single- or multi-layered installation.

In this International Standard, the conversion factors F, that need to be used in a variety of applications for a

variety of insulation products, are given and the principles and general equations as well as some guidance

for the establishment of design values for the calculation of the thermal performance of insulation systems are

described. The conversion factors valid for commonly employed insulation products are given in annexes.

They are well established in some cases and for some materials. Where experience is lacking and conversion

factors cannot be established accurately, they are given in the form of an “educated estimate” so that the

calculation result will be on the safe side, i.e. the calculated heat transfer will be greater than that actually

occurring when the calculation has obeyed the rules of this International Standard.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23993:2008(E)
Thermal insulation products for building equipment and
industrial installations — Determination of design thermal
conductivity
1 Scope

This International Standard gives methods to calculate design thermal conductivities from declared thermal

conductivities for the calculation of the thermal performance of building equipment and industrial installations.

These methods are valid for operating temperatures from −200 °C to +800 °C.

The conversion factors, established for the different influences, are valid for the temperature ranges indicated

in the relevant clauses or annexes.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.
ISO 7345, Thermal insulation — Physical quantities and definitions

ISO 8497, Thermal insulation — Determination of steady-state thermal transmission properties of thermal

insulation for circular pipes

ISO 9053, Acoustics — Material for acoustical applications — Determination of airflow resistance

ISO 9229, Thermal insulation — Vocabulary

ISO 13787, Thermal insulation products for building equipment and industrial installations — Determination of

declared thermal conductivity
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7345, ISO 9229 and the following

apply.
3.1
declared thermal conductivity

value of the thermal conductivity of a material or product used for building equipment and industrial

installations:
⎯ based on measured data at reference conditions of temperature and humidity;
⎯ given as a limit value, according to the determination method in ISO 13787;

⎯ corresponding to a reasonable expected service lifetime under normal conditions

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ISO 23993:2008(E)
3.2
design thermal conductivity

value of thermal conductivity of an insulation material or product under specific external and internal

conditions which can be considered as typical of the performance of that material or product when

incorporated in a building equipment or industrial installation
4 Symbols
Symbol Quantity Unit
3 .
a compressibility coefficient m /(kg K)
D internal diameter of the layer m
d layer thickness m
d system thickness including air gap m
F overall conversion factor for thermal conductivity —
F ageing conversion factor —
F compression conversion factor —
F convection conversion factor —
F thickness conversion factor —
f thickness conversion coefficient —
F joint factor —
F moisture conversion factor —
3 3
f moisture conversion coefficient volume by volume m /m
F temperature difference conversion factor —
u moisture content mass by mass kg/kg
θ Celsius temperature °C
λ declared thermal conductivity W/(m K)
λ design thermal conductivity W/(m K)
λ integrated thermal conductivity W/(m K)

∆λ additional thermal conductivity due to thermal bridges, such as spacers, which W/(m K)

are regular parts of the insulation
ρ apparent density kg/m
3 3
ψ moisture content volume by volume m /m
5 Determination of declared thermal conductivity
Declared thermal conductivities shall be determined according to ISO 13787.

The product shall be described by its characteristics including a clear identification of the materials, the type

of facing if any, the structure, the blowing agent, the thickness and any other parameters having a possible

influence on thermal conductivity.

The declared thermal conductivity shall be determined either at a thickness large enough to neglect the

thickness effect or, for smaller thicknesses, based on measurements at those thicknesses.

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ISO 23993:2008(E)
6 Determination of the design value of thermal conductivity

The design value of thermal conductivity shall be determined from the declared thermal conductivity for the set

of conditions corresponding to the conditions of the expected application. Possible influences include the

following:

a) the average operating temperature, together with the hot and cold surface temperatures;

b) the average moisture content expected when the material is in equilibrium with a defined atmosphere

(temperature and relative humidity);

c) the ageing effect according to the application, if not included in the declared value;

d) the compression applied in the application;
e) the convection effect in the material;
f) the thickness effect;
g) the open joint effect;

h) the insulation-related thermal bridges, (thermal bridges that are regular part of the insulation system, e.g.

spacers), which are taken into account via a term ∆λ.
The design value of thermal conductivity shall be obtained either

⎯ from a declared thermal conductivity converted to the conditions of the application using Equation (1):

Error! Objects cannot be created from editing field codes. (1)

where the additional term ∆λ is obtained according to 7.9 and the overall conversion factor F is given by:

Error! Objects cannot be created from editing field codes. (2)
⎯ or from values measured under application conditions.
NOTE Approximate values for F can be found in the informative Annex C.
7 Conversion of available data
7.1 General

Values of the different conversion factors for some insulating materials and operating conditions are given in

Annex A. Conversion factors derived from measured values according to the appropriate test methods, e.g.

EN 12667 or ISO 8497, may be used instead of the values in Annex A. If the material does not correspond to

the conditions for which the factors are given in Annex A, then the conversion factors derived from measured

values shall be used.
7.2 Conversion factor for temperature difference

If the design thermal conductivity is requested at the same reference mean temperature and if the hot and

cold surface temperatures are the same as for the declared thermal conductivity, no conversion is needed

(F = 1).
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ISO 23993:2008(E)

In the case of thermal conductivity measurement made with the pipe tester (ISO 8497), no conversion is

needed when the measurement is carried out with the full temperature difference ∆θ.

If the design thermal conductivity is to be determined at another temperature from declared thermal

conductivities given in the form of a table of values at different temperatures, interpolation between values in

the table shall be based on the use of a best-fit equation such as a regression polynomial, of an order

sufficient to provide a correlation coefficient, r W 0,98.

If the design thermal conductivity is needed at the same reference mean temperature, but for another hot and

cold surface temperature difference, than that used for determining the declared thermal conductivity, the

conversion factor F shall be determined according to the procedure given in A.1 of Annex A.

If the thermal conductivity measurement has been carried out with the full temperature difference, F = 1. If

the thermal conductivity measurement has been carried out with a ∆θ not exceeding 50 K, the procedure for

non-linearity applies.

If the design thermal conductivity is needed at another mean temperature than that of the declared thermal

conductivity and with another temperature difference, the procedures outlined above shall be followed

successively. As an alternative, the influence of the non-linearity of the thermal conductivity curve may be

taken into account by integrating the measured curve as given by Equation (3):
λ= λθ dθ (3)
θθ−
The temperature difference conversion factor is given by:
F = (4)
λ()θ
where (λθ) is the value read on the curve at the reference temperature.
7.3 Conversion factor for moisture

The conversion factor F for volume-related moisture content shall be determined as follows:

f ψ −ψ
( )
ψ 21
F = e (5)
where
f is the moisture content conversion coefficient volume by volume;

ψ is the moisture content volume by volume for the determination of declared value of thermal

conductivity;
ψ is the moisture content volume by volume for the actual application.
The content of moisture in a given application shall be determined either
⎯ by measurements carried out in the conditions of the expected application, or

⎯ by theoretical calculations using proven methods such as those given in ISO 15758 based on measured

values as described in ISO 12572, provided the assumptions on which they are based are met.

NOTE A possible test method to determine moisture content is given in EN 12088. If needed for the application, the

time period indicated in EN 12088 can be extended.
Some values of the coefficient f are given in A.2 of Annex A.
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ISO 23993:2008(E)
7.4 Conversion factor for ageing

The ageing depends upon the material type, facings, structures, the blowing agent, the temperature and the

thickness of the material. For a given material, the ageing effect can be obtained from theoretical models

validated by experimental data (see procedure in the product standard, where applicable).

No conversion is needed when the declared thermal conductivity or resistance already takes account of

ageing or when the ageing effect has been determined in conditions which do not significantly differ from the

design set of conditions.

If the set of conditions for the design thermal conductivities significantly differs from that in which the ageing

effect of the declared thermal conductivity has been determined, an ageing test in the set of conditions of the

design thermal conductivities shall be carried out.

If a conversion factor F is used, it shall allow for the calculation of the aged value of the thermal property

corresponding to a time not less than half the working lifetime of the product in the application concerned.

NOTE 1 The working lifetime for building equipment is often taken as 50 years.

NOTE 2 No conversion coefficients are given in this International Standard to derive the ageing conversion factor F .

No ageing conversion factor shall be used for mineral wool, ceramic fibre, calcium-magnesium silicate fibre,

calcium silicate, flexible elastomeric foam and cellular glass.
7.5 Conversion factor for compression

For compressible insulation products, the apparent density may change when the product is subject to load.

The influence on the thermal conductivity shall be taken into account by the factor F , which shall be

calculated according to A.3.
7.6 Conversion factor for convection

The effect of convection in the case of vertical insulation layers shall be taken into account by a convection

factor F .
The factor F shall be calculated according to A.4.
7.7 Conversion factor for thickness effect

For insulation materials permeable to radiation, the thermal conductivity changes with increasing thickness. If

the design thermal conductivity is needed at other thicknesses than those of the declared thermal conductivity,

the factor F shall be determined according to A.5.
7.8 Conversion factor for regular joints

The influence of joints on the design thermal conductivity shall be addressed by the conversion factor F ,

which shall be calculated according to A.6.

The conversion factor F shall be applied if the thermal conductivity has been measured in accordance with

ISO 8497, with a pipe tester having fewer joints than the actual application.
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ISO 23993:2008(E)

7.9 Additional thermal conductivity for regularly insulation-related thermal bridges,

e.g. spacers
7.9.1 General

Components in the insulating layer which are regularly-spaced insulation-related thermal bridges like spacers

are taken into account by adding ∆λ to the corrected thermal conductivity λ of the installed insulation product

according to Equation (1).

Plant-related and irregularly-spaced insulation-related thermal bridges, e.g. pipe mountings, supports,

armatures and frontal plates are thermal bridges which have to be considered as additional heat losses, e.g.

as described in ISO 12241.
7.9.2 Spacers
7.9.2.1 Spacers for sheet metal pipeline jackets

The additional thermal conductivity depends on a number of variables. The values indicated in the following

are approximate values and apply to common insulating layer thicknesses from 100 mm to 300 mm and

common insulation systems for heat protection.

NOTE 1 Reference [9] in the Bibliography provides possible procedures for special insulation systems.

Additions to thermal conductivity
for steel spacers ∆λ = 0,010 W/(m·K)
for austenitic steel spacers ∆λ = 0,004 W/(m·K)
for ceramic spacers ∆λ = 0,003 W/(m·K)

NOTE 2 These values can be used in the range of 50 mm to 200 mm, see Reference [10].

7.9.2.2 Spacers for sheet metal jackets for walls
Spacers of steel in the form of a flat bar
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)/(spacers/m )
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)/(spacers/m )
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)/(spacers/m )
7.9.3 Mechanical fasteners penetrating an insulation layer

Additions ∆λ to thermal conductivity to account for fasteners depend on the number of fasteners per square

metre (m ) and on the geometry. The total addition is calculated by:
∆=λ n∆λ (6)
where ∆λ is the additional conductivity due to fastener i (i = 1 … n).
For steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,006 W(m⋅K).

For austenitic steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,004 W(m⋅K).

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ISO 23993:2008(E)
Annex A
(normative)
Conversion factors
A.1 Conversion factors for the influence of the non-linearity of the thermal
conductivity versus temperature curve

When not using directly integrated values for the thermal conductivity or calculation based on a polynomial

expression of the thermal conductivity, the influence of the non-linearity of the thermal conductivity versus

temperature curve for insulation materials shall be taken into account by using the temperature difference

conversion factor F given in Table A.1.
Table A.1 — Temperature difference conversion factor F
Product type Apparent density
Temperature difference
kg/m
100 250 450
Stone wool
mat 50 to 70 1,04 1,08 1,12
board 80 to 120 1,02 1,05 1,1
130 to 150 1,0 1,02 1,05
> 160 1,0 1,0 1,02
lamella mat 30 to 40 1,02 1,10 1,15
50 to 60 1,01 1,08 1,12
Glass wool
mat 30 to 45 1,03 1,06 1,10
board 50 to 75 1,01 1,04 1,07
lamella mat 30 1,0 1,08 —
Calcium-magnesium
silicate
mat 80 to 110 1,02 1,06 1,10
board
Cellular glass 120 to 200 1,02 1,04 1,06
Perlite 60 to 80 1,01 1,02 1,05
Calcium silicate 100 to 200 1,01 1,02 1,05
Microporous insulation 300 1,0 1,01 1,02
In the case of a linear curve, F = 1.

In the case of a curve of thermal conductivity as a function of temperature presenting an inflexion point, the integrated

value shall be used.
Linear interpolation may be used.
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ISO 23993:2008(E)
A.2 Conversion factor for moisture

The conversion coefficient for moisture is given in Table A.2 for the range of moisture content in column 2. It

corresponds to the moisture which stays in the products.

The effect of mass transfer by liquid water and water vapour is not covered by these data.

Table A.2 — Conversion coefficients for moisture
Product type Moisture content Conversion coefficient
3 3
3 3
m /m
m /m
Mineral wool < 0,15 4
Expanded polystyrene < 0,10 4
Extruded polystyrene < 0,10 2,5
Flexible elastomeric foam < 0,15 3,5
Polyurethane foam < 0,15 6
Phenolic foam < 0,15 5
PVC foam < 0,1 8
Cork < 0,1 6,0
Cellular glass 0,0 0,00
Rigid boards of perlite, fibres and binders 0 to 0,04 0,8

Some of the conversion coefficients given in Table A.2 are taken from ISO 10456:2007. They are valid in the

temperature range 0 °C to 30 °C. They shall be rechecked when used for other temperatures, taking into

consideration that water turns to ice below 0 °C. No moisture conversion factor shall be used when the

insulation reference temperature exceeds 100 °C.
A.3 Conversion factor for compression
For flat products, the compression ratio is given for flat applications by:
C= (A.1)
where
d is the nominal thickness;
d is the compressed thickness.
Figure A.1 — Compression of flat products
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For compressible flat products used as pipe insulation, the compression ratio is given by:

D+ 2d
C= (A.2)
D+ d
where
d is the layer thickness;
D is the internal diameter of the layer.
Figure A.2 — Compression of pipe insulation
The factor F (e.g. mineral wool) shall be determined by:
Fa=−110 θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
where
a is given in Table A.3 as a function of density;
ρ is the apparent density of the insulation product;
θ is the mean temperature;
C is the compression ratio given by Equation (A.1) or (A.2).

Table A.3 — Coefficient a for mineral wool in the temperature range 50 °C to 600 °C

Apparent density Coefficient
ρ a
kg/m 3
m /(kg⋅K)
30 55
45 35
60 20
80 11
100 9
150 5
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ISO 23993:2008(E)
A.4 Conversion factor for convection in the material
A.4.1 Introduction

For vertical layers made of air permeable materials, for instance mineral wool, the convection shall be

evaluated by the following method. If the airflow resistivity measured according to ISO 9053 is greater than

50 kPa⋅s/m , the influence of convection is negligible in most applications.

Depending on the installation procedure, three different cases can be identified (see Figure A.3).

a) Insulation filling b) Air space on one side c) Air space on both sides
the whole space of the insulation of the insulation
Key
1 insulation
2 air gap
Figure A.3 — Different types of insulation systems (build-ups)

Based on computer calculations and experimental work, equations and charts have been developed to

calculate the value of F .
The inputs are:
⎯ the insulation thickness, d, in metres;

⎯ the total thickness, including the possible inside air gap, the insulation and the possible outside air gap, d ,

in metres;
⎯ the average temperature of the insulation, in °C;
⎯ the temperature difference between the limiting surfaces of the system, in K;

⎯ the thermal conductivity of the insulation at the average temperature (which is assumed to have the value

given in Table A.4);
⎯ the height of the insulation system, H, in metres.
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ISO 23993:2008(E)
The following parameters are defined:
B parameter taking into account the type of insulation system;

B parameter taking into account the possible addition of a foil used as convection barrier;

W airflow resistance of the thermal insulation layer, in Pa⋅s/m, measured according to ISO 9053;

r airflow resistivity of the thermal insulation material, in Pa⋅s/m .

Table A.4 — Parameters in the diagrams used to determine the influence of convection

as a function of the flow resistance of the insulation
Curve designation Warm-side Mean Thermal
in diagrams temperature temperature conductivity
°C °C W/(m⋅K)
1 180 100 0,050
2 440 230 0,075
3 580 300 0,100
The airflow resistance is given by Equation (A.4):
Wr= d (A.4)
and the conversion factor for convection is given by Equation (A.5):
(*Nu −1)2d
=+1 (A.5)
(1++B Bd)
AV g
where
Nu* is the modified Nusselt number given in Figures A.4 to A.6;
B is given by Table A.5;
B is given by Table A.6.
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ISO 23993:2008(E)

Figure A.4 — Modified Nusselt number for total thickness d = 0,20 m of the insulation system

Calculation parameters:
H/d = 10
d = 0,20 m
d = 0,5 d
x = W in Pa⋅s/m
y = Nu*
Use curve 1, 2 or 3 according to the te
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 23993
Première édition
2008-02-01
Version corrigée
2009-10-01
Produits isolants thermiques pour
l'équipement du bâtiment et les
installations industrielles —
Détermination de la conductivité
thermique utile
Thermal insulation products for building equipment and industrial
installations — Determination of design thermal conductivity
Numéro de référence
ISO 23993:2008(F)
ISO 2008
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ISO 23993:2008(F)
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Version française parue en 2009
Publié en Suisse
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ISO 23993:2008(F)
Sommaire Page

Avant-propos..................................................................................................................................................... iv

Introduction ....................................................................................................................................................... vi

1 Domaine d'application.......................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions............................................................................................................................ 1

4 Symboles ............................................................................................................................................... 2

5 Détermination de la conductivité thermique déclarée...................................................................... 2

6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique ........................................................ 3

7 Conversion des données disponibles................................................................................................ 3

7.1 Généralités ............................................................................................................................................ 3

7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température.......................................................................... 4

7.3 Facteur de conversion de l'humidité .................................................................................................. 4

7.4 Facteur de conversion du vieillissement ........................................................................................... 5

7.5 Facteur de conversion de la compression.........................................................................................5

7.6 Facteur de conversion de la convection ............................................................................................ 5

7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur..................................................................................... 5

7.8 Facteur de conversion des joints réguliers ....................................................................................... 6

7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à

l'isolation, par exemple les écarteurs................................................................................................. 6

Annexe A (normative) Facteurs de conversion .............................................................................................. 8

Annexe B (informative) Exemples de détermination de la conductivité thermique utile.......................... 20

Annexe C (informative) Valeurs approximatives des facteurs de conversion........................................... 23

Bibliographie .................................................................................................................................................... 31

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ISO 23993:2008(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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 comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 23993 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 89, Performance thermique des bâtiments et des

composants du bâtiment, du Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité

technique ISO/TC 163, Performance thermique et utilisation de l'énergie en environnement bâti, sous-comité

SC 2, Méthodes de calcul, conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord

de Vienne).

La présente Norme internationale fait partie d'une série de normes sur les méthodes de calcul relatives à la

conception et à l'évaluation des performances thermiques de l'équipement des bâtiments et des installations

industrielles.

La présente version corrigée de l'ISO 23993:2008 comprend les corrections suivantes, ainsi que quelques

modifications rédactionnelles mineures.
Article 4: Les deux lignes suivantes ont été ajoutées au tableau:
N nombre d'écarteurs par mètre carré —
∆λ conductivité thermique par écarteur et par mètre carré W/(m K)

7.9.2.2: Les calculs ont été modifiés comme suit (c'est-à-dire en substituant ∆λ , correspondant à la

conductivité thermique par écarteur et par mètre carré, à ∆λ , ce qui revient à supprimer «écarteurs/m » des

unités):
Écarteurs en acier en forme de barre plate
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
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ISO 23993:2008(F)

Une nouvelle Équation (6) a été insérée pour préciser la relation existant entre ∆λ et ∆λ , et l'Équation (6)

existante a été renumérotée en Équation (7).

A.4.1 (deux fois) et A.4.2 (deux fois): Le terme «spécifique» a été ajouté à la définition de W, pour donner

«résistance spécifique au flux d'air».

Annexe B: Les titres supplémentaires «B.1 Matériaux isolants» et «B.2 Conditions» et des phrases

d'introduction ont été ajoutés. La phrase «Détermination des facteurs de conversion et de ∆λ» a été convertie

en titre et une phrase d'introduction a été ajoutée.

Tableau C.1: La ligne verticale qui sépare les désignations «Fibre calcium-magnésium-silicate», «Silicate de

calcium» et «Isolants microporeux», dans la première colonne, du sous-titre «Isolation», à leur droite, a été

déplacée vers la gauche de sorte à s'aligner correctement avec le bord droit de la première colonne (comme

c'est le cas, par exemple, avec la désignation «Laine minérale» au début du tableau).

Tableau C.1 (quatre fois): «Résistance aux flux d'air» a été remplacé par «Résistivité au flux d'air».

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ISO 23993:2008(F)
Introduction

La détermination de valeurs utiles de conductivité thermique pour calculer la performance thermique des

systèmes d'isolation pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles nécessite la prise en

compte de plusieurs facteurs potentiels influant sur les propriétés thermiques des produits isolants utilisés, en

raison des conditions opératoires de tout système individuel d'isolation.
Ces facteurs influents peuvent être:

⎯ la non linéarité de la courbe de conductivité thermique dans la plage de températures à laquelle l'isolant

peut être utilisé;
⎯ l'effet de l'épaisseur;
⎯ l'effet de l'humidité à l'intérieur de l'isolant;

⎯ les effets du vieillissement, autres que ceux déjà pris en compte dans la valeur déclarée;

⎯ les effets relatifs à une installation particulière comme une installation à couche simple ou multiple.

Dans la présente Norme internationale, les facteurs de conversion, F, nécessaires dans différentes

applications pour différents types de produits isolant, sont indiqués, ainsi que les principes et les équations

générales et certaines informations permettant de déterminer les valeurs utiles pour le calcul de la

performance thermique des systèmes d'isolation. Les facteurs de conversion valables pour les produits

isolants généralement utilisés sont indiqués dans les annexes. Ils sont bien déterminés dans certains cas et

pour certains matériaux. Lorsque l'expérience fait défaut et que les facteurs de conversion ne peuvent pas

être déterminés précisément, ils sont fournis sous forme «d'estimation dirigée» pour que les résultats du

calcul soient prudents, c'est-à-dire que le transfert thermique calculé sera supérieur au transfert thermique

réel lorsque le calcul aura été effectué conformément à la présente Norme internationale.

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NORME INTERNATIONALE ISO 23993:2008(F)
Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment
et les installations industrielles — Détermination
de la conductivité thermique utile
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale indique des méthodes de calcul de la conductivité thermique utile à partir de

la conductivité thermique déclarée pour le calcul de la performance énergétique des équipements de

bâtiments et des installations industrielles.

Ces méthodes s'appliquent pour des températures de service comprises entre −200 °C et +800 °C.

Les facteurs de conversion, déterminés pour les différentes influences, sont valables pour les plages de

température indiquées dans les articles ou les annexes correspondants.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7345, Isolation thermique — Grandeurs physiques et définitions

ISO 8497, Isolation thermique — Détermination des propriétés relatives au transfert de chaleur en régime

stationnaire dans les isolants thermiques pour conduites

ISO 9053, Acoustique — Matériaux pour applications acoustiques — Détermination de la résistance à

l'écoulement de l'air
ISO 9229, Isolation thermique — Vocabulaire

ISO 13787, Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles —

Détermination de la conductivité thermique déclarée
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7345, l'ISO 9229 ainsi que

les suivants s'appliquent.
3.1
conductivité thermique déclarée

valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou d'un produit utilisé pour les équipements de bâtiment et

les installations industrielles:

⎯ fondée sur des données mesurées dans des conditions de référence de température et d'humidité;

⎯ fournie comme valeur limite, selon la méthode de détermination de l'ISO 13787;

⎯ correspondant à une durée de vie prévue raisonnable dans des conditions normales

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ISO 23993:2008(F)
3.2
conductivité thermique utile

valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou produit isolant, dans des conditions extérieures et

intérieures spécifiques, pouvant être considérée comme typique de la performance de ce matériau ou produit

lorsque celui-ci est incorporé à un équipement de bâtiment ou une installation industrielle

4 Symboles
Symbole Quantité Unité
3 .
a coefficient de compressibilité m /(kg K)
D diamètre intérieur de la couche m
d épaisseur de la couche m
d épaisseur du système incluant la lame d'air m
F facteur de conversion global de la conductivité thermique —
F facteur de conversion du vieillissement —
F facteur de conversion de la compression —
F facteur de conversion de la convection —
F facteur de conversion de l'épaisseur —
f coefficient de conversion de l'épaisseur —
F facteur de joint —
F facteur de conversion de l'humidité —
3 3
f facteur de conversion de l'humidité volume par volume m /m
F facteur de conversion de l'écart de température —
N nombre d'écarteurs par mètre carré —
u teneur en humidité masse par masse kg/kg
θ température Celsius °C
λ conductivité thermique déclarée W/(m K)
λ conductivité thermique utile W/(m K)
λ conductivité thermique intégrée W/(m K)
∆λ conductivité thermique supplémentaire issue des ponts thermiques, W/(m K)
comme les écarteurs, qui sont des parties intégrantes de l'isolation
∆λ conductivité thermique par écarteur et par mètre carré W/(m K)
ρ masse volumique apparente kg/m
3 3
ψ teneur en humidité volume par volume m /m
5 Détermination de la conductivité thermique déclarée

La conductivité thermique déclarée doit être déterminée conformément à l'ISO 13787.

Le produit doit être décrit par ses caractéristiques, avec une indication claire des matériaux, du type de

revêtement le cas échéant, de la structure, de l'agent d'expansion, de l'épaisseur et de tout autre paramètre

ayant une influence potentielle sur la conductivité thermique.
2 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 23993:2008(F)

La conductivité thermique déclarée doit être déterminée soit à une épaisseur assez importante pour négliger

l'effet d'épaisseur soit, pour les épaisseurs plus petites, en s'appuyant sur des mesurages effectués à ces

épaisseurs.
6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique

La valeur utile de conductivité thermique doit être déterminée à partir de la conductivité thermique déclarée

pour l'ensemble des conditions correspondant aux conditions de l'application envisagée. Les influences

possibles sont:

a) la température de service moyenne, avec les températures superficielles chaude et froide;

b) la teneur en humidité moyenne prévue lorsque le matériau est en équilibre avec une atmosphère définie

(température et humidité relative);

c) l'effet de vieillissement selon l'application, s'il n'est pas pris en compte dans la valeur déclarée;

d) la compression appliquée dans l'application;
e) l'effet de convection dans le matériau;
f) l'effet de l'épaisseur;
g) l'effet de joint ouvert;

h) les ponts thermiques liés à l'isolant (ponts thermiques faisant partie intégrante du système d'isolation, par

exemple les écarteurs) qui sont pris en compte par un terme ∆λ.
La valeur utile de conductivité thermique doit être obtenue

⎯ soit à partir d'une conductivité thermique convertie aux conditions de l'application avec l'Équation (1):

λ=+λλF ∆ (1)

où le terme supplémentaire ∆λ, s'obtient selon 7.9 et le facteur de conversion global, F, s'obtient par:

F =F F FF FF F (2)
∆θ ma C c d j
⎯ soit à partir des valeurs mesurées dans les conditions de l'application.

NOTE Des valeurs approximatives de F peuvent être trouvées dans l'Annexe informative C.

7 Conversion des données disponibles
7.1 Généralités

Les valeurs des différents facteurs de conversion pour certains matériaux isolants et certaines conditions de

service sont fournies dans l'Annexe A. Les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées selon les

méthodes d'essai appropriées, par exemple de l'EN 12667 ou l'ISO 8497, peuvent être utilisées à la place des

valeurs de l'Annexe A. Si le matériau ne correspond pas aux conditions pour lesquelles les facteurs sont

indiqués dans l'Annexe A, les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées doivent alors être utilisés.

© ISO 2008 – Tous droits réservés 3
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ISO 23993:2008(F)
7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température

Si la conductivité thermique utile est requise à la même température moyenne de référence, et avec les

mêmes les températures superficielles chaude et froide que pour la conductivité thermique déclarée, aucune

conversion n'est nécessaire (F = 1).

Dans le cas d'un mesurage de la conductivité thermique avec le testeur de conduits (ISO 8497), aucune

conversion n'est nécessaire lorsque le mesurage est effectué avec le plein écart de température ∆θ.

Si la conductivité thermique utile doit être déterminée à une autre température qu'une de celles données pour

les conductivités thermiques déclarées fournies sous forme de tableau de valeurs à diverses températures,

l'interpolation entre les valeurs du tableau doit être basée sur l'utilisation d'une équation optimale telle qu'une

régression polynomiale, d'un ordre suffisant pour fournir un coefficient de corrélation, r W 0,98.

Si la conductivité thermique utile est nécessaire à la même température moyenne de référence, mais pour un

écart de température superficielle chaude et froide différent de celui utilisé pour déterminer la conductivité

thermique déclarée, le facteur de conversion F doit être déterminé selon la procédure figurant en A.1 de

l'Annexe A.

Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec le plein écart de température, F = 1. Si le

mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec un ∆θ ne dépassant pas 50 K, la procédure de non

linéarité s'applique.

Si la conductivité thermique utile est nécessaire à une température moyenne différente de celle de la

conductivité thermique déclarée et avec un écart de température différent, les procédures indiquées

précédemment doivent être successivement appliquées. À titre d'alternative, l'influence de la non linéarité de

la courbe de conductivité thermique peut être prise en compte en intégrant la courbe mesurée telle que

fournie par l'Équation (3).
1 2
λ = λθ dθ (3)
θθ−
Le facteur de conversion de l'écart de température s'obtient par:
F = (4)
λ()θ
où λ()θ est la valeur lue sur la courbe à la température de référence.
7.3 Facteur de conversion de l'humidité

Le facteur de conversion F pour la teneur en humidité relative au volume doit être déterminé de la manière

suivante:
f()ψ −ψ
ψ 21
F = e (5)
f est le coefficient de conversion de la teneur en humidité volume par volume;

ψ est la teneur en humidité volume par volume pour la détermination de la valeur de conductivité

thermique déclarée;
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour l'application réelle.
4 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 23993:2008(F)
La teneur en humidité dans une application donnée doit être déterminée
⎯ soit par des mesurages effectués dans les conditions de l'application prévue,

⎯ soit par des calculs théoriques selon des méthodes éprouvées comme celles de l'ISO 15758, basées sur

les valeurs mesurées selon l'ISO 12572, à condition que les suppositions sur lesquelles elles se fondent

soient justes.

NOTE Une méthode d'essai possible pour déterminer la teneur en humidité figure dans l'EN 12088. Si cela est

nécessaire pour l'application, la période de temps indiquée dans l'EN 12088 peut être allongée.

Certaines valeurs du coefficient f sont fournies en A.2 de l'Annexe A.
7.4 Facteur de conversion du vieillissement

Le vieillissement dépend du type de matériau, des revêtements, des structures, de l'agent d'expansion, de la

température et de l'épaisseur du matériau. Pour un matériau donné, l'effet de vieillissement peut être obtenu à

partir de modèles théoriques validés par des données expérimentales (voir la procédure dans la norme

produit, le cas échéant).

Aucune conversion n'est nécessaire si la conductivité ou la résistance thermique déclarée tient déjà compte

du vieillissement ou si l'effet du vieillissement a été déterminé dans des conditions qui ne diffèrent pas

beaucoup de l'ensemble des conditions d'utilisation.

Si l'ensemble de conditions relatives aux conductivités thermiques utiles diffère de celui dans lequel l'effet de

vieillissement de la conductivité thermique déclarée a été déterminé, un essai de vieillissement doit être

effectué, avec l'ensemble des conditions des conductivités thermiques utiles.

Si un facteur de conversion F est utilisé, il doit permettre de calculer la valeur de la propriété thermique après

un vieillissement correspondant à une durée égale à au moins la moitié de la durée de vie du produit, pour

l'application concernée.

NOTE 1 La durée de vie pour l'équipement de bâtiments est souvent considérée comme égale à 50 ans.

NOTE 2 Aucun coefficient de conversion n'est indiqué dans la présente Norme internationale pour en déduire le

facteur de vieillissement F .

Aucun facteur de conversion de vieillissement ne doit être utilisé pour la laine minérale, la fibre céramique, la

fibre calcium-magnésium-silicate, le silicate de calcium, la mousse élastomérique souple et le verre cellulaire.

7.5 Facteur de conversion de la compression

Pour les produits isolants compressibles, la masse volumique apparente peut varier lorsque le produit est

soumis à une charge. L'effet sur la conductivité thermique doit être pris en compte par le facteur F , qui doit

être calculé comme indiqué en A.3.
7.6 Facteur de conversion de la convection

L'effet de la convection dans le cas de couches isolantes verticales doit être pris en compte par le facteur de

conversion F .
Le facteur F doit être calculé comme indiqué en A.4.
7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur

Pour les matériaux isolants perméables au rayonnement, la conductivité thermique varie lorsque l'on

augmente l'épaisseur. Si la conductivité thermique utile est nécessaire à d'autres épaisseurs que celles de la

conductivité thermique déclarée, le facteur F doit être déterminé comme indiqué en A.5.

© ISO 2008 – Tous droits réservés 5
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ISO 23993:2008(F)
7.8 Facteur de conversion des joints réguliers

L'effet des joints sur la conductivité thermique utile doit être traité avec le facteur de conversion F, qui doit

être calculé comme indiqué en A.6.

Le facteur de conversion F doit être appliqué, si la conductivité thermique a été mesurée conformément à

l'ISO 8497, avec un testeur de conduits ayant moins de joints que l'application réelle.

7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à

l'isolation, par exemple les écarteurs
7.9.1 Généralités

Les composants de la couche d'isolation qui sont des ponts thermiques régulièrement espacés et liés à

l'isolation, comme les écarteurs, sont pris en compte en ajoutant ∆λ à la conductivité thermique corrigée λ du

produit isolant installé, selon l'Équation (1).

Les ponts thermiques liés à l'isolation dépendant de l'installation et irrégulièrement espacés, par exemple les

montages des conduits, les supports, les armatures et les plaques frontales, sont des ponts thermiques à

considérer comme des pertes thermiques supplémentaires, par exemple tels que décrits dans l'ISO 12241.

7.9.2 Écarteurs
7.9.2.1 Écarteurs pour enveloppes métalliques de conduits

La conductivité thermique supplémentaire dépend de plusieurs variables. Les valeurs indiquées ci-après sont

approximatives et s'appliquent aux épaisseurs de couches isolantes habituellement comprises entre 100 mm

et 300 mm et aux systèmes d'isolation classiques de protection contre la chaleur.

NOTE 1 La Référence [9] dans la Bibliographie indique des procédures possibles pour les systèmes d'isolation

spécifiques.
Additions à la conductivité thermique
pour les écarteurs en acier ∆λ = 0,010 W/(m·K)
pour les écarteurs en acier austénitique ∆λ = 0,004 W/(m·K)
pour les écarteurs en céramique ∆λ = 0,003 W/(m·K)

NOTE 2 Ces valeurs peuvent être utilisées dans la plage de 50 mm à 200 mm, voir Référence [10].

7.9.2.2 Écarteurs pour enveloppes métalliques sur parois planes
Écarteurs en acier en forme de barre plate
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)

Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les écarteurs pour enveloppes

métalliques sur parois planes dépendent du nombre d'écarteurs par mètre carré (m ). L'addition totale est

calculée par:
6 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 23993:2008(F)
∆=λ N∆ λ (6)
N est le nombre d'écarteurs par mètre carré (m );
∆λ est la conductivité thermique par écarteur par mètre carré.
7.9.3 Fixations mécaniques pénétrant dans une couche isolante

Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les fixations dépendent du nombre de

fixations par m ainsi que de la géométrie. L'addition totale est calculée par:
∆∆λ = n λ (7)
où ∆λ est la conductivité supplémentaire issue des fixations i (i = 1 … n).
Pour les fixations en acier, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 006 W/(m⋅K)

Pour les fixations en acier austénitique, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 004 W/(m⋅K)

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ISO 23993:2008(F)
Annexe A
(normative)
Facteurs de conversion
A.1 Facteurs de conversions relatifs à l'effet de non linéarité de la courbe
conductivité thermique — température

Lorsque l'on n'utilise pas de valeurs directement intégrées de conductivité thermique ou de calcul basé sur

une expression polynomiale de la conductivité thermique, l'effet de non linéarité de la courbe conductivité

thermique — température pour les matériaux isolants doit être pris en compte en utilisant le facteur de

conversion de l'écart de température F fourni dans le Tableau A.1.
Tableau A.1 — Facteur de conversion relatif à l'écart de température F
Type de produit Masse volumique apparente Écart de température
kg/m K
100 250 450
Laine minérale
feutre 50 à 70 1,04 1,08 1,12
panneau 80 à 120 1,02 1,05 1,1
130 à 150 1,0 1,02 1,05
> 160 1,0 1,0 1,02
feutre lamellaire 30 à 40 1,02 1,10 1,15
50 à 60 1,01 1,08 1,12
Laine de verre
feutre 30 à 45 1,03 1,06 1,10
panneau 50 à 75 1,01 1,04 1,07
feutre lamellaire 30 1,0 1,08 —
Calcium-magnésium
silicate
feutre 80 à 110 1,02 1,06 1,10
panneau
Verre cellulaire 120 à 200 1,02 1,04 1,06
Perlite 60 à 80 1,01 1,02 1,05
Silicate de calcium 100 à 200 1,01 1,02 1,05
Isolant microporeux 300 1,0 1,01 1,02
En cas de courbe linéaire, F = 1.

Si la courbe conductivité thermique-température présente un point d'inflexion, la valeur intégrée doit être utilisée.

Une interpolation linéaire peut être effectuée.
8 © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 23993:2008(F)
A.2 Facteur de conversion relatif à l'humidité

Le coefficient de conversion pour l'humidité est fourni dans le Tableau A.2, pour la plage de teneurs en

humidité dans la colonne 2. Il correspond à l'humidité restant dans le produit.

L'effet du transfert de masse par l'eau à l'état liquide et par la vapeur d'eau n'est pas couvert par ces données.

Tableau A.
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 23993
Première édition
2008-02-01
Produits isolants thermiques pour
l'équipement du bâtiment et les
installations industrielles —
Détermination de la conductivité
thermique utile
Thermal insulation products for building equipment and industrial
installations — Determination of design thermal conductivity
Numéro de référence
ISO 23993:2008(F)
ISO 2008
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ISO 23993:2008(F)
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Publié en Suisse
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---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 23993:2008(F)
Sommaire Page

Avant-propos..................................................................................................................................................... iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Domaine d'application.......................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions............................................................................................................................ 1

4 Symboles ............................................................................................................................................... 2

5 Détermination de la conductivité thermique déclarée...................................................................... 2

6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique ........................................................ 3

7 Conversion des données disponibles................................................................................................ 3

7.1 Généralités ............................................................................................................................................ 3

7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température.......................................................................... 4

7.3 Facteur de conversion de l'humidité .................................................................................................. 4

7.4 Facteur de conversion du vieillissement ........................................................................................... 5

7.5 Facteur de conversion de la compression.........................................................................................5

7.6 Facteur de conversion de la convection ............................................................................................ 5

7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur..................................................................................... 5

7.8 Facteur de conversion des joints réguliers ....................................................................................... 6

7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à

l'isolation, par exemple les écarteurs................................................................................................. 6

Annexe A (normative) Facteurs de conversion .............................................................................................. 8

Annexe B (informative) Exemples de détermination de la conductivité thermique utile.......................... 20

Annexe C (informative) Valeurs approximatives des facteurs de conversion........................................... 23

Bibliographie .................................................................................................................................................... 31

© ISO 2008 – Tous droits réservés iii
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ISO 23993:2008(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. 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 comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 23993 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 89, Performance thermique des bâtiments et des

composants du bâtiment, du Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité

technique ISO/TC 163, Performance thermique et utilisation de l'énergie en environnement bâti, sous-comité

SC 2, Méthodes de calcul, conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord

de Vienne).

La présente Norme internationale fait partie d'une série de normes sur les méthodes de calcul relatives à la

conception et à l'évaluation des performances thermiques de l'équipement des bâtiments et des installations

industrielles.
iv © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO 23993:2008(F)
Introduction

La détermination de valeurs utiles de conductivité thermique pour calculer la performance thermique des

systèmes d'isolation pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles nécessite la prise en

compte de plusieurs facteurs potentiels influant sur les propriétés thermiques des produits isolants utilisés, en

raison des conditions opératoires de tout système individuel d'isolation.
Ces facteurs influents peuvent être:

⎯ la non linéarité de la courbe de conductivité thermique dans la plage de températures à laquelle l'isolant

peut être utilisé;
⎯ l'effet de l'épaisseur;
⎯ l'effet de l'humidité à l'intérieur de l'isolant;

⎯ les effets du vieillissement, autres que ceux déjà pris en compte dans la valeur déclarée;

⎯ les effets relatifs à une installation particulière comme une installation à couche simple ou multiple.

Dans la présente Norme internationale, les facteurs de conversion, F, nécessaires dans différentes

applications pour différents types de produits isolant, sont indiqués, ainsi que les principes et les équations

générales et certaines informations permettant de déterminer les valeurs utiles pour le calcul de la

performance thermique des systèmes d'isolation. Les facteurs de conversion valables pour les produits

isolants généralement utilisés sont indiqués dans les annexes. Ils sont bien déterminés dans certains cas et

pour certains matériaux. Lorsque l'expérience fait défaut et que les facteurs de conversion ne peuvent pas

être déterminés précisément, ils sont fournis sous forme «d'estimation dirigée» pour que les résultats du

calcul soient prudents, c'est-à-dire que le transfert thermique calculé sera supérieur au transfert thermique

réel lorsque le calcul aura été effectué conformément à la présente Norme internationale.

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NORME INTERNATIONALE ISO 23993:2008(F)
Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment
et les installations industrielles — Détermination
de la conductivité thermique utile
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale indique des méthodes de calcul de la conductivité thermique utile à partir de

la conductivité thermique déclarée pour le calcul de la performance énergétique des équipements de

bâtiments et des installations industrielles.

Ces méthodes s'appliquent pour des températures de service comprises entre −200 °C et +800 °C.

Les facteurs de conversion, déterminés pour les différentes influences, sont valables pour les plages de

température indiquées dans les articles ou les annexes correspondants.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7345, Isolation thermique — Grandeurs physiques et définitions

ISO 8497, Isolation thermique — Détermination des propriétés relatives au transfert de chaleur en régime

stationnaire dans les isolants thermiques pour conduites

ISO 9053, Acoustique — Matériaux pour applications acoustiques — Détermination de la résistance à

l'écoulement de l'air
ISO 9229, Isolation thermique — Vocabulaire

ISO 13787, Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles —

Détermination de la conductivité thermique déclarée
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7345, l'ISO 9229 ainsi que

les suivants s'appliquent.
3.1
conductivité thermique déclarée

valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou d'un produit utilisé pour les équipements de bâtiment et

les installations industrielles:

⎯ fondée sur des données mesurées dans des conditions de référence de température et d'humidité;

⎯ fournie comme valeur limite, selon la méthode de détermination de l'ISO 13787;

⎯ correspondant à une durée de vie prévue raisonnable dans des conditions normales

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ISO 23993:2008(F)
3.2
conductivité thermique utile

valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou produit isolant, dans des conditions extérieures et

intérieures spécifiques, pouvant être considérée comme typique de la performance de ce matériau ou produit

lorsque celui-ci est incorporé à un équipement de bâtiment ou une installation industrielle

4 Symboles
Symbole Quantité Unité
3 .
a coefficient de compressibilité m /(kg K)
D diamètre intérieur de la couche m
d épaisseur de la couche m
d épaisseur du système incluant la lame d'air m
F facteur de conversion global de la conductivité thermique —
F facteur de conversion du vieillissement —
F facteur de conversion de la compression —
F facteur de conversion de la convection —
F facteur de conversion de l'épaisseur —
f coefficient de conversion de l'épaisseur —
F facteur de joint —
F facteur de conversion de l'humidité —
3 3
f facteur de conversion de l'humidité volume par volume m /m
F facteur de conversion de l'écart de température —
u teneur en humidité masse par masse kg/kg
θ température Celsius °C
λ conductivité thermique déclarée W/(m K)
λ conductivité thermique utile W/(m K)
λ conductivité thermique intégrée W/(m K)
∆λ conductivité thermique supplémentaire issue des ponts thermiques, W/(m K)
comme les écarteurs, qui sont des parties intégrantes de l'isolation
ρ masse volumique apparente kg/m
3 3
ψ teneur en humidité volume par volume m /m
5 Détermination de la conductivité thermique déclarée

La conductivité thermique déclarée doit être déterminée conformément à l'ISO 13787.

Le produit doit être décrit par ses caractéristiques, avec une indication claire des matériaux, du type de

revêtement le cas échéant, de la structure, de l'agent d'expansion, de l'épaisseur et de tout autre paramètre

ayant une influence potentielle sur la conductivité thermique.

La conductivité thermique déclarée doit être déterminée soit à une épaisseur assez importante pour négliger

l'effet d'épaisseur soit, pour les épaisseurs plus petites, en s'appuyant sur des mesurages effectués à ces

épaisseurs.
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ISO 23993:2008(F)
6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique

La valeur utile de conductivité thermique doit être déterminée à partir de la conductivité thermique déclarée

pour l'ensemble des conditions correspondant aux conditions de l'application envisagée. Les influences

possibles sont:

a) la température de service moyenne, avec les températures superficielles chaude et froide;

b) la teneur en humidité moyenne prévue lorsque le matériau est en équilibre avec une atmosphère définie

(température et humidité relative);

c) l'effet de vieillissement selon l'application, s'il n'est pas pris en compte dans la valeur déclarée;

d) la compression appliquée dans l'application;
e) l'effet de convection dans le matériau;
f) l'effet de l'épaisseur;
g) l'effet de joint ouvert;

h) les ponts thermiques liés à l'isolant (ponts thermiques faisant partie intégrante du système d'isolation, par

exemple les écarteurs) qui sont pris en compte par un terme ∆λ.
La valeur utile de conductivité thermique doit être obtenue

⎯ soit à partir d'une conductivité thermique convertie aux conditions de l'application avec l'Équation (1):

λ=+λλF ∆ (1)

où le terme supplémentaire ∆λ, s'obtient selon 7.9 et le facteur de conversion global, F, s'obtient par:

F=F F FF FF F (2)
∆θ ma C c dj
⎯ soit à partir des valeurs mesurées dans les conditions de l'application.

NOTE Des valeurs approximatives de F peuvent être trouvées dans l'Annexe informative C.

7 Conversion des données disponibles
7.1 Généralités

Les valeurs des différents facteurs de conversion pour certains matériaux isolants et certaines conditions de

service sont fournies dans l'Annexe A. Les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées selon les

méthodes d'essai appropriées, par exemple de l'EN 12667 ou l'ISO 8497, peuvent être utilisées à la place des

valeurs de l'Annexe A. Si le matériau ne correspond pas aux conditions pour lesquelles les facteurs sont

indiqués dans l'Annexe A, les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées doivent alors être utilisés.

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ISO 23993:2008(F)
7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température

Si la conductivité thermique utile est requise à la même température moyenne de référence, et avec les

mêmes les températures superficielles chaude et froide que pour la conductivité thermique déclarée, aucune

conversion n'est nécessaire (F = 1).

Dans le cas d'un mesurage de la conductivité thermique avec le testeur de conduits (ISO 8497), aucune

conversion n'est nécessaire lorsque le mesurage est effectué avec le plein écart de température ∆θ.

Si la conductivité thermique utile doit être déterminée à une autre température qu'une de celles données pour

les conductivités thermiques déclarées fournies sous forme de tableau de valeurs à diverses températures,

l'interpolation entre les valeurs du tableau doit être basée sur l'utilisation d'une équation optimale telle qu'une

régression polynomiale, d'un ordre suffisant pour fournir un coefficient de corrélation, r W 0,98.

Si la conductivité thermique utile est nécessaire à la même température moyenne de référence, mais pour un

écart de température superficielle chaude et froide différent de celui utilisé pour déterminer la conductivité

thermique déclarée, le facteur de conversion F doit être déterminé selon la procédure figurant en A.1 de

l'Annexe A.

Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec le plein écart de température, F = 1. Si le

mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec un ∆θ ne dépassant pas 50 K, la procédure de non

linéarité s'applique.

Si la conductivité thermique utile est nécessaire à une température moyenne différente de celle de la

conductivité thermique déclarée et avec un écart de température différent, les procédures indiquées

précédemment doivent être successivement appliquées. À titre d'alternative, l'influence de la non linéarité de

la courbe de conductivité thermique peut être prise en compte en intégrant la courbe mesurée telle que

fournie par l'Équation (3).
1 2
λ= λθ dθ (3)
θθ−
Le facteur de conversion de l'écart de température s'obtient par:
F = (4)
λ()θ
où λ()θ est la valeur lue sur la courbe à la température de référence.
7.3 Facteur de conversion de l'humidité

Le facteur de conversion F pour la teneur en humidité relative au volume doit être déterminé de la manière

suivante:
f()ψ −ψ
ψ 21
F = e (5)
f est le coefficient de conversion de la teneur en humidité volume par volume;

ψ est la teneur en humidité volume par volume pour la détermination de la valeur de conductivité

thermique déclarée;
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour l'application réelle.
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ISO 23993:2008(F)
La teneur en humidité dans une application donnée doit être déterminée
⎯ soit par des mesurages effectués dans les conditions de l'application prévue,

⎯ soit par des calculs théoriques selon des méthodes éprouvées comme celles de l'ISO 15758, basées sur

les valeurs mesurées selon l'ISO 12572, à condition que les suppositions sur lesquelles elles se fondent

soient justes.

NOTE Une méthode d'essai possible pour déterminer la teneur en humidité figure dans l'EN 12088. Si cela est

nécessaire pour l'application, la période de temps indiquée dans l'EN 12088 peut être allongée.

Certaines valeurs du coefficient f sont fournies en A.2 de l'Annexe A.
7.4 Facteur de conversion du vieillissement

Le vieillissement dépend du type de matériau, des revêtements, des structures, de l'agent d'expansion, de la

température et de l'épaisseur du matériau. Pour un matériau donné, l'effet de vieillissement peut être obtenu à

partir de modèles théoriques validés par des données expérimentales (voir la procédure dans la norme

produit, le cas échéant).

Aucune conversion n'est nécessaire si la conductivité ou la résistance thermique déclarée tient déjà compte

du vieillissement ou si l'effet du vieillissement a été déterminé dans des conditions qui ne diffèrent pas

beaucoup de l'ensemble des conditions d'utilisation.

Si l'ensemble de conditions relatives aux conductivités thermiques utiles diffère de celui dans lequel l'effet de

vieillissement de la conductivité thermique déclarée a été déterminé, un essai de vieillissement doit être

effectué, avec l'ensemble des conditions des conductivités thermiques utiles.

Si un facteur de conversion F est utilisé, il doit permettre de calculer la valeur de la propriété thermique après

un vieillissement correspondant à une durée égale à au moins la moitié de la durée de vie du produit, pour

l'application concernée.

NOTE 1 La durée de vie pour l'équipement de bâtiments est souvent considérée comme égale à 50 ans.

NOTE 2 Aucun coefficient de conversion n'est indiqué dans la présente Norme internationale pour en déduire le

facteur de vieillissement F .

Aucun facteur de conversion de vieillissement ne doit être utilisé pour la laine minérale, la fibre céramique, la

fibre calcium-magnésium-silicate, le silicate de calcium, la mousse élastomérique souple et le verre cellulaire.

7.5 Facteur de conversion de la compression

Pour les produits isolants compressibles, la masse volumique apparente peut varier lorsque le produit est

soumis à une charge. L'effet sur la conductivité thermique doit être pris en compte par le facteur F , qui doit

être calculé selon A.3.
7.6 Facteur de conversion de la convection

L'effet de la convection dans le cas de couches isolantes verticales doit être pris en compte par le facteur de

conversion F .
Le facteur F doit être calculé selon A.4.
7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur

Pour les matériaux isolants perméables au rayonnement, la conductivité thermique varie lorsque l'on

augmente l'épaisseur. Si la conductivité thermique utile est nécessaire à d'autres épaisseurs que celles de la

conductivité thermique déclarée, le facteur F doit être déterminé selon A.5.
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ISO 23993:2008(F)
7.8 Facteur de conversion des joints réguliers

L'effet des joints sur la conductivité thermique utile doit être traité avec le facteur de conversion F, qui doit

être calculé selon A.6.

Le facteur de conversion F doit être appliqué, si la conductivité thermique a été mesurée conformément à

l'ISO 8497, avec un testeur de conduits ayant moins de joints que l'application réelle.

7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à

l'isolation, par exemple les écarteurs
7.9.1 Généralités

Les composants de la couche d'isolation qui sont des ponts thermiques régulièrement espacés et liés à

l'isolation, comme les écarteurs, sont pris en compte en ajoutant ∆λ à la conductivité thermique corrigée λ du

produit isolant installé, selon l'Équation (1).

Les ponts thermiques liés à l'isolation dépendant de l'installation et irrégulièrement espacés, par exemple les

montages des conduits, les supports, les armatures et les plaques frontales, sont des ponts thermiques à

considérer comme des pertes thermiques supplémentaires, par exemple tels que décrits dans l'ISO 12241.

7.9.2 Écarteurs
7.9.2.1 Écarteurs pour enveloppes métalliques de conduits

La conductivité thermique supplémentaire dépend de plusieurs variables. Les valeurs indiquées ci-après sont

approximatives et s'appliquent aux épaisseurs de couches isolantes habituellement comprises entre 100 mm

et 300 mm et aux systèmes d'isolation classiques de protection contre la chaleur.

NOTE 1 La Référence [9] dans la Bibliographie indique des procédures possibles pour les systèmes d'isolation

spécifiques.
Additions à la conductivité thermique
pour les écarteurs en acier ∆λ = 0,010 W/(m·K)
pour les écarteurs en acier austénitique ∆λ = 0,004 W/(m K)
pour les écarteurs en céramique ∆λ = 0,003 W/(m K)

NOTE 2 Ces valeurs peuvent être utilisées dans la plage de 50 mm à 200 mm, voir Référence [10].

7.9.2.2 Écarteurs pour enveloppes métalliques sur parois planes
Écarteurs en acier en forme de barre plate
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)/(écarteurs/m )
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)/(écarteurs/m )
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)/(écarteurs/m )
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ISO 23993:2008(F)
7.9.3 Fixations mécaniques pénétrant dans une couche isolante

Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les fixations dépendent du nombre de

fixations par m ainsi que de la géométrie. L'addition totale est calculée par:
∆∆λ= n λ (6)
où ∆λ est la conductivité supplémentaire issue des fixations i (i = 1 … n).
Pour les fixations en acier, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 006 W/(m⋅K)

Pour les fixations en acier austénitique, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 004 W/(m⋅K)

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ISO 23993:2008(F)
Annexe A
(normative)
Facteurs de conversion
A.1 Facteurs de conversions relatifs à l'effet de non linéarité de la courbe
conductivité thermique — température

Lorsque l'on n'utilise pas de valeurs directement intégrées de conductivité thermique ou de calcul basé sur

une expression polynomiale de la conductivité thermique, l'effet de non linéarité de la courbe conductivité

thermique — température pour les matériaux isolants doit être pris en compte en utilisant le facteur de

conversion de l'écart de température F fourni dans le Tableau A.1.
Tableau A.1 — Facteur de conversion relatif à l'écart de température F
Type de produit Masse volumique apparente Écart de température
kg/m K
100 250 450
Laine minérale
feutre 50 à 70 1,04 1,08 1,12
panneau 80 à 120 1,02 1,05 1,1
130 à 150 1,0 1,02 1,05
> 160 1,0 1,0 1,02
feutre lamellaire 30 à 40 1,02 1,10 1,15
50 à 60 1,01 1,08 1,12
Laine de verre
feutre 30 à 45 1,03 1,06 1,10
panneau 50 à 75 1,01 1,04 1,07
feutre lamellaire 30 1,0 1,08 —
Calcium-magnésium
silicate
feutre 80 à 110 1,02 1,06 1,10
panneau
Verre cellulaire 120 à 200 1,02 1,04 1,06
Perlite 60 à 80 1,01 1,02 1,05
Silicate de calcium 100 à 200 1,01 1,02 1,05
Isolant microporeux 300 1,0 1,01 1,02
En cas de courbe linéaire, F = 1.

Si la courbe conductivité thermique-température présente un point d'inflexion, la valeur intégrée doit être utilisée.

Une interpolation linéaire peut être effectuée.
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ISO 23993:2008(F)
A.2 Facteur de conversion relatif à l'humidité

Le coefficient de conversion pour l'humidité est fourni dans le Tableau A.2, pour la plage de teneurs en

humidité dans la colonne 2. Il correspond à l'humidité restant dans le produit.

L'effet du transfert de masse par l'eau à l'état liquide et par la vapeur d'eau n'est pas couvert par ces données.

Tableau A.2 — Coefficients de conversion relatifs à l'humidité
Type de produit Teneur en humidité Coefficient de conversion
ψ f
3 3 3 3
m /m m /m
Laine minérale < 0,15 4
Polystyrène expansé < 0,10 4
Polystyrène extrudé < 0,10 2,5
Mousse élastomérique souple < 0,15 3,5
Mousse en polyuréthanne < 0,15 6
Mousse phénolique < 0,15 5
Mousse PVC < 0,1 8
Liège < 0,1 6,0
Verre cellulaire 0,0 0,00
Panneaux de perlite rigides, fibres 0 à 0,04 0,8
et liants

Certains des coefficients de conversion figurant dans le Tableau A.2 proviennent de l'ISO 10456:2007. Ils

s'appliquent pour la plage de température de 0 °C à 30 °C. Ils doivent être revérifiés lorsqu'ils sont utilisés

pour d'autre températures, en tenant compte du fait que l'eau gèle en dessous de 0 °C. Aucun facteur de

conversion de l'humidité ne doit être utilisé lorsque la température de référence de l'isolant dépasse 100 °C.

A.3 Facteur de conversion relatif à la compression

Pour les produits plats, le rapport de compression pour les applications planes s'obtient par:

C= (A.1)
d est l'épaisseur nominale;
d est l'épaisseur en compression.
Figure A.1 — Compression des produits plats
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ISO 23993:2008(F)

Pour les produits plats compressibles utilisés comme isolants pour tuyauteries, le rapport de compression

s'obtient par:
D+ 2d
C= (A.2)
D+ d
d est l'épaisseur de la couche;
D est le diamètre intérieur de la couche.
Figure A.2 — Compression de l'isolant pour tuyauterie
Le facteur F (par exemple pour de la laine minérale) doit être déterminé par:
Fa=−110⎡⎤θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
a est fourni dans le Tableau A.3 comme fonction de la masse volumique;
ρ est la masse volumique apparente du produit isolant;
θ est la température moyenne;
C est le rapport de compression fourni par l'Équation (A.1) ou (A.2).

Tableau A.3 — Coefficient a pour la laine minérale dans la plage de température de 50 °C à 600 °C

Masse volumique apparente Coefficient
ρ a
3 3
kg/m m /(kg⋅K)
30 55
45 35
60 20
80 11
100 9
150 5
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ISO 23993:2008(F)
A.4 Facteur de conversion relatif à la convection à l'intérieur du matériau
A.4.1 Introduction
Pour les couches verticales en matériau perméable à l'air, par exe
...

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