ISO 23993:2008
(Main)Thermal insulation products for building equipment and industrial installations — Determination of design thermal conductivity
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 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.
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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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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
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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)
sq
Clause 6: Equations (1) and (2) have been re-inserted:
λ=+λλF∆ (1)
d
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
sq
2
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)
sq
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
sq
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
sq
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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
sq
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.
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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)
C
D internal diameter of the layer m
d layer thickness m
d system thickness including air gap m
g
F overall conversion factor for thermal conductivity —
F ageing conversion factor —
a
F compression conversion factor —
C
F convection conversion factor —
c
F thickness conversion factor —
d
f thickness conversion coefficient —
d
F joint factor —
j
F moisture conversion factor —
m
3 3
f moisture conversion coefficient volume by volume m /m
ψ
F temperature difference conversion factor —
∆θ
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)
d
.
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)
sq
3
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.
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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)
d
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).
∆θ
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.
∆θ
If the thermal conductivity measurement has been carried out with the full temperature difference, F = 1. If
∆θ
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):
θ
1
2
λ = λθ dθ (3)
()
∫
θ
θθ−
1
21
The temperature difference conversion factor is given by:
λ
F = (4)
∆θ
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:
m
f ψ −ψ
( )
ψ 21
F = e (5)
m
where
f is the moisture content conversion coefficient volume by volume;
ψ
ψ is the moisture content volume by volume for the determination of declared value of thermal
1
conductivity;
ψ is the moisture content volume by volume for the actual application.
2
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.
ψ
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
a
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 .
a
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
C
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 .
c
The factor F shall be calculated as given in A.4.
c
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.
d
7.8 Conversion factor for regular joints
The influence of joints on the design thermal conductivity shall be addressed by the conversion factor F ,
j
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
j
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
d
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)
sq
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
sq
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
sq
Additions ∆λ to thermal conductivity to account for spacers for sheet metal jackets for walls depend on the
2
number of spacers per square metre (m ). The total addition is calculated by:
∆=λ N∆ λ (6)
sq
where
2
N is the number of spacers per square metre (m );
∆λ is the thermal conductivity per spacer per square metre.
sq
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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
2
metre (m ) and on the geometry. The total addition is calculated by:
∆=λ n∆ λ (7)
i
where ∆λ is the additional conductivity due to fastener i (i = 1 … n).
i
2
For steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,006 W/(m⋅K).
2
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.
∆θ
Table A.1 — Temperature difference conversion factor F
∆θ
a
Product type Apparent density
Temperature difference
3
kg/m
K
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.
∆θ
In the case of a curve of thermal conductivity as a function of temperature presenting an inflexion point, the integrated
value shall be used.
a
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
f
ψ
ψ
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:
d
1
C = (A.1)
d
2
where
d is the nominal thickness;
1
d is the compressed thickness.
2
Figure A.1 — Compression of flat products
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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:
C
−6
⎡⎤
Fa=−110 θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
⎣⎦
where
a is given in Table A.3 as a function of density;
C
ρ is the apparent density of the insulation product;
θ is the mean temperature;
m
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
C
Apparent density Coefficient
ρ a
C
3
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
2
50 kPa⋅s/m , the influence of convec
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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)
C
D internal diameter of the layer m
d layer thickness m
d system thickness including air gap m
g
F overall conversion factor for thermal conductivity —
F ageing conversion factor —
a
F compression conversion factor —
C
F convection conversion factor —
c
F thickness conversion factor —
d
f thickness conversion coefficient —
d
F joint factor —
j
F moisture conversion factor —
m
3 3
f moisture conversion coefficient volume by volume m /m
ψ
F temperature difference conversion factor —
∆θ
u moisture content mass by mass kg/kg
θ Celsius temperature °C
.
λ declared thermal conductivity W/(m K)
d
.
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
3
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).
∆θ
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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.
∆θ
If the thermal conductivity measurement has been carried out with the full temperature difference, F = 1. If
∆θ
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):
θ
1
2
λ= λθ dθ (3)
()
∫
θ
θθ−
1
21
The temperature difference conversion factor is given by:
λ
F = (4)
∆θ
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:
m
f ψ −ψ
( )
ψ 21
F = e (5)
m
where
f is the moisture content conversion coefficient volume by volume;
ψ
ψ is the moisture content volume by volume for the determination of declared value of thermal
1
conductivity;
ψ is the moisture content volume by volume for the actual application.
2
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.
ψ
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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
a
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 .
a
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
C
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 .
c
The factor F shall be calculated according to A.4.
c
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.
d
7.8 Conversion factor for regular joints
The influence of joints on the design thermal conductivity shall be addressed by the conversion factor F ,
j
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
j
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
d
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
2
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)/(spacers/m )
2
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)/(spacers/m )
2
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
2
metre (m ) and on the geometry. The total addition is calculated by:
∆=λ n∆λ (6)
i
where ∆λ is the additional conductivity due to fastener i (i = 1 … n).
i
2
For steel fasteners, diameter 4 mm, 9 fasteners/m : ∆λ = 0,006 W(m⋅K).
2
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.
∆θ
Table A.1 — Temperature difference conversion factor F
∆θ
a
Product type Apparent density
Temperature difference
3
kg/m
K
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.
∆θ
In the case of a curve of thermal conductivity as a function of temperature presenting an inflexion point, the integrated
value shall be used.
a
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
f
ψ
ψ
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:
d
1
C= (A.1)
d
2
where
d is the nominal thickness;
1
d is the compressed thickness.
2
Figure A.1 — Compression of flat products
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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:
C
−6
⎡⎤
Fa=−110 θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
⎣⎦
where
a is given in Table A.3 as a function of density;
C
ρ is the apparent density of the insulation product;
θ is the mean temperature;
m
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
C
Apparent density Coefficient
ρ a
C
3
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
2
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 .
c
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 ,
g
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;
A
B parameter taking into account the possible addition of a foil used as convection barrier;
V
W airflow resistance of the thermal insulation layer, in Pa⋅s/m, measured according to ISO 9053;
2
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)
F
c
(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;
A
B is given by Table A.6.
V
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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
g
Calculation parameters:
H/d = 10
g
d = 0,20 m
g
d = 0,5 d
g
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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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
© 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.
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)
sq
7.9.2.2: Les calculs ont été modifiés comme suit (c'est-à-dire en substituant ∆λ , correspondant à la
sq
2
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)
sq
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
sq
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
sq
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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)
sq
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.
vi © ISO 2008 – Tous droits réservés
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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
© ISO 2008 – Tous droits réservés 1
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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)
C
D diamètre intérieur de la couche m
d épaisseur de la couche m
d épaisseur du système incluant la lame d'air m
g
F facteur de conversion global de la conductivité thermique —
F facteur de conversion du vieillissement —
a
F facteur de conversion de la compression —
C
F facteur de conversion de la convection —
c
F facteur de conversion de l'épaisseur —
d
f coefficient de conversion de l'épaisseur —
d
F facteur de joint —
j
F facteur de conversion de l'humidité —
m
3 3
f facteur de conversion de l'humidité volume par volume m /m
ψ
F facteur de conversion de l'écart de température —
∆θ
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)
d
.
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)
sq
3
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)
d
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.
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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).
∆θ
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
∆θ
l'Annexe A.
Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec le plein écart de température, F = 1. Si le
∆θ
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).
θ
1 2
λ = λθ dθ (3)
()
∫
θ
θθ−
1
21
Le facteur de conversion de l'écart de température s'obtient par:
λ
F = (4)
∆θ
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
m
suivante:
f()ψ −ψ
ψ 21
F = e (5)
m
où
f est le coefficient de conversion de la teneur en humidité volume par volume;
ψ
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour la détermination de la valeur de conductivité
1
thermique déclarée;
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour l'application réelle.
2
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.
ψ
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
a
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 .
a
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
C
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 .
c
Le facteur F doit être calculé comme indiqué en A.4.
c
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.
d
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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
j
être calculé comme indiqué en A.6.
Le facteur de conversion F doit être appliqué, si la conductivité thermique a été mesurée conformément à
j
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
d
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)
sq
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)
sq
50 mm × 5 mm ∆λ = 0,008 5 W/(m·K)
sq
Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les écarteurs pour enveloppes
2
métalliques sur parois planes dépendent du nombre d'écarteurs par mètre carré (m ). L'addition totale est
calculée par:
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∆=λ N∆ λ (6)
sq
où
2
N est le nombre d'écarteurs par mètre carré (m );
∆λ est la conductivité thermique par écarteur par mètre carré.
sq
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
2
fixations par m ainsi que de la géométrie. L'addition totale est calculée par:
∆∆λ = n λ (7)
i
où ∆λ est la conductivité supplémentaire issue des fixations i (i = 1 … n).
i
2
Pour les fixations en acier, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 006 W/(m⋅K)
2
Pour les fixations en acier austénitique, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 004 W/(m⋅K)
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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.
∆θ
Tableau A.1 — Facteur de conversion relatif à l'écart de température F
∆θ
a
Type de produit Masse volumique apparente Écart de température
3
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.
∆θ
Si la courbe conductivité thermique-température présente un point d'inflexion, la valeur intégrée doit être utilisée.
a
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.
...
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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Web www.iso.org
Version française parue en 2009
Publié en Suisse
ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
---------------------- 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.
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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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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)
C
D diamètre intérieur de la couche m
d épaisseur de la couche m
d épaisseur du système incluant la lame d'air m
g
F facteur de conversion global de la conductivité thermique —
F facteur de conversion du vieillissement —
a
F facteur de conversion de la compression —
C
F facteur de conversion de la convection —
c
F facteur de conversion de l'épaisseur —
d
f coefficient de conversion de l'épaisseur —
d
F facteur de joint —
j
F facteur de conversion de l'humidité —
m
3 3
f facteur de conversion de l'humidité volume par volume m /m
ψ
F facteur de conversion de l'écart de température —
∆θ
u teneur en humidité masse par masse kg/kg
θ température Celsius °C
.
λ conductivité thermique déclarée W/(m K)
d
.
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
3
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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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)
d
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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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).
∆θ
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
∆θ
l'Annexe A.
Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec le plein écart de température, F = 1. Si le
∆θ
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).
θ
1 2
λ= λθ dθ (3)
()
∫
θ
θθ−
1
21
Le facteur de conversion de l'écart de température s'obtient par:
λ
F = (4)
∆θ
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
m
suivante:
f()ψ −ψ
ψ 21
F = e (5)
m
où
f est le coefficient de conversion de la teneur en humidité volume par volume;
ψ
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour la détermination de la valeur de conductivité
1
thermique déclarée;
ψ est la teneur en humidité volume par volume pour l'application réelle.
2
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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.
ψ
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
a
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 .
a
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
C
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 .
c
Le facteur F doit être calculé selon A.4.
c
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.
d
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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
j
être calculé selon A.6.
Le facteur de conversion F doit être appliqué, si la conductivité thermique a été mesurée conformément à
j
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
d
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
2
30 mm × 3 mm ∆λ = 0,003 5 W/(m·K)/(écarteurs/m )
2
40 mm × 4 mm ∆λ = 0,006 0 W/(m·K)/(écarteurs/m )
2
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
2
fixations par m ainsi que de la géométrie. L'addition totale est calculée par:
∆∆λ= n λ (6)
i
où ∆λ est la conductivité supplémentaire issue des fixations i (i = 1 … n).
i
2
Pour les fixations en acier, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 006 W/(m⋅K)
2
Pour les fixations en acier austénitique, diamètre 4 mm, 9 fixations/m : ∆λ = 0, 004 W/(m⋅K)
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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.
∆θ
Tableau A.1 — Facteur de conversion relatif à l'écart de température F
∆θ
a
Type de produit Masse volumique apparente Écart de température
3
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.
∆θ
Si la courbe conductivité thermique-température présente un point d'inflexion, la valeur intégrée doit être utilisée.
a
Une interpolation linéaire peut être effectuée.
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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
ψ
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:
d
1
C= (A.1)
d
2
où
d est l'épaisseur nominale;
1
d est l'épaisseur en compression.
2
Figure A.1 — Compression des produits plats
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Pour les produits plats compressibles utilisés comme isolants pour tuyauteries, le rapport de compression
s'obtient par:
D+ 2d
C= (A.2)
D+ d
où
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:
C
−6
Fa=−110⎡⎤θρ−5 −50ρC−1 (A.3)
()( )
CCm
⎣⎦
où
a est fourni dans le Tableau A.3 comme fonction de la masse volumique;
C
ρ est la masse volumique apparente du produit isolant;
θ est la température moyenne;
m
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
C
Masse volumique apparente Coefficient
ρ a
C
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
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.