ISO 21901:2021

Thermal insulation — Test method for thermal diffusivity — Periodic heat method

This document specifies a periodic heat method for measurement of the thermal diffusivity of thermal insulation material in the shape of a flat plate.

Isolation thermique — Méthode d’essai pour la diffusivité thermique — Méthode de chauffage périodique

Le présent document spécifie une méthode de chauffage périodique pour mesurer la diffusivité thermique des matériaux isolants thermiques sous forme de plaque plane.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 24-Feb-2021
• ICS: 27.220 - Heat recovery. Thermal insulation
• Technical Committee: ISO/TC 163/SC 1 - Test and measurement methods
• Drafting Committee: ISO/TC 163/SC 1/WG 19 - Periodic heat method for thermal diffusivity of thermal insulation
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 25-Feb-2021
• Due Date: 02-Aug-2021
• Completion Date: 25-Feb-2021

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21901
First edition
2021-02
Thermal insulation — Test method
for thermal diffusivity — Periodic
heat method
Isolation thermique — Méthode d’essai pour la diffusivité thermique
— Méthode de chauffage périodique
Reference number
©
ISO 2021
© ISO 2021
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Email: [e-mail]
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Principle . 3
5.1 General . 3
5.2 Calculation of thermal diffusivity . 3
6 Test specimen . 6
6.1 Sample . 6
6.2 Details of test specimen . 6
6.3 Machining of test specimen . 6
6.3.1 When using two test specimens . 6
6.3.2 When using a single test specimen . 7
7 Apparatus . 8
7.1 General . 8
7.2 Temperature measurement instrument . 9
8 Procedure. 9
8.1 Rounding numbers . 9
8.2 Period of temperature change . 9
8.3 Amplitude of temperature change .10
8.4 Measurement method .10
8.5 Calculation of thermal diffusivity .11
8.6 Calculation of thermal conductivity .11
9 Test report .11
Annex A (normative) Size of test specimen and period of temperature change.12
Annex B (informative) Measurement considerations .15
Bibliography .16
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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use
in the built environment, Subcommittee SC 1, Test and measurement methods.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21901:2021(E)
Thermal insulation — Test method for thermal diffusivity
— Periodic heat method
1 Scope
This document specifies a periodic heat method for measurement of the thermal diffusivity of thermal
insulation material in the shape of a flat plate.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 8302:1991, Thermal insulation — Determination of steady-state thermal resistance and related
properties — Guarded hot plate apparatus
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
phase
quantity that shows the stage of progress in one period (3.5) of wave motion and other periodic
phenomenon
EXAMPLE ωϕt+ in yA= sin ωϕt+ is the phase.
()
1 1
3.2
phase lag
difference between two phases (3.1) provided by periodic temperature changes measured at two
different points on the surface and inside a test specimen
EXAMPLE When the periodic temperature changes 1 and 2 are given by yA= sin ωϕt+ and
()
11 1
yA= sin ωϕt+ , respectively, the phase lag between them is ϕϕ− .
()
22 2 21
3.3
amplitude
half of the difference between the maximum and minimum values of the amount of displacement in a
periodic temperature change
EXAMPLE A in a sine wave given by Atsin()ωϕ+ or Aiexp[]()ωϕt+ refers to the amplitude.
3.4
amplitude ratio
ratio of two amplitudes (3.3) provided by periodic temperature changes measured at any point on the
surface and inside a test specimen.
EXAMPLE When the periodic temperature changes y on the surface and y inside the test specimen are
1 2
given by yA= sin()ωϕt+ and yA= sin()ωϕt+ , respectively, the amplitude ratio between the two
11 1 22 2
amplitudes is AA .
3.5
period
reproduction interval of a periodic phenomenon (or a periodic function)
Note 1 to entry: When the time interval is constant, the period f is given by fv==12πω , where v is the
frequency (3.6) and ω is the angular frequency (3.7).
3.6
frequency
number of repetitions of the same state within a certain time interval of any temporal periodic
phenomena
Note 1 to entry: It is expressed as vf=1 , where f is the period (3.5).
3.7
angular frequency
rotation angle per second
Note 1 to entry: Angular frequency is obtained by multiplying the frequency (3.6) v by 2π ( 2πv ) or by multiplying
the reciprocal of the period (3.5) f by 2π ( 2π f ).
4 Symbols
The symbols used in this document are given in Table 1.
Table 1 — Symbols
Symbol Quantity Unit
a Thermal diffusivity m /s
c Specific heat capacity
J/(kg・K)
D Difference %
Thickness of test specimen (total thickness of the two pieces when using two
m
d
stacked test pieces in a measurement)
f Period s
i Imaginary unit -
k Damping coefficient 1/m
L Length of one side of test specimen m
l Distance from periodic heating surface (dx− ) m
m
m Mass prior to measuring thermal diffusivity (prior to grooving) kg
Absolute temperature K
T
V Volume prior to measuring thermal diffusivity (prior to grooving) m
x x coordinate m
x Location of temperature measurement point inside a test specimen m
m
ε Phase lag on x = 0 surface
rad
η
Arbitrary phase rad
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Table 1 (continued)
Symbol Quantity Unit
θ Temperature °C
λ Thermal conductivity W/(m·K)
v Frequency 1/s
π
Circular constant -
ρ
Density, bulk density kg/m
ϕ
Phase lag at x = x cross section rad
m
ω
Angular frequency 1/s
5 Principle
5.1 General
The periodic heat method is a method for obtaining thermal diffusivity by measuring the temperature
at two different points in a test specimen. Thermal diffusivity is evaluated by the phase lag between
two phases provided by periodically changing the temperature of one side surface of the test specimen.
Here, those temperatures are measured at any point on the heating surface and inside (the internal
plane perpendicular to the direction of thermal diffusion) the test specimen.
This measurement method uses a solution of the heat conduction equation that is obtained under the
condition that the temperature on one side of a test specimen changes as a trigonometric function of
time and the change propagates in a one-dimensional direction, and further, the temperature on the
opposite side is kept constant.
The periodical temperature change on the heated surface shall be expressed by a trigonometric
function of time.
It is contrary to the measurement principle to generate a distorted temperature change on the heated
surface. In addition, in reality, the waveform easily changes in a distorted temperature change during
propagation in a test specimen, and this becomes a cause of measurement errors.
5.2 Calculation of thermal diffusivity
As shown in Figure 1, the x-axis is taken upward along the thickness direction of a test specimen, and
the heat dissipation surface (the surface in contact with the low-temperature side heater) of the test
specimen with thickness d is set as the origin, while the heating surface is set at x = d. Accordingly, as
shown by the thick arrow, heat flows downward from the heating surface to the heat dissipation
surface. At the heat dissipation surface, the temperat
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21901
Première édition
2021-02
Isolation thermique — Méthode
d’essai pour la diffusivité thermique
— Méthode de chauffage périodique
Thermal insulation — Test method for thermal diffusivity — Periodic
heat method
Numéro de référence
©
ISO 2021
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2021
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 3
5 Principe . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Calcul de la diffusivité thermique . 4
6 Éprouvette . 6
6.1 Échantillon . 6
6.2 Caractéristiques détaillées de l’éprouvette . 7
6.3 Usinage de l’éprouvette . 7
6.3.1 En cas d’utilisation de deux éprouvettes. 7
6.3.2 En cas d’utilisation d’une seule éprouvette . 8
7 Appareillage . 9
7.1 Généralités . 9
7.2 Instrument de mesure de la température . 9
8 Mode opératoire.10
8.1 Arrondi des nombres .10
8.2 Période de variation de la température .10
8.3 Amplitude de variation de la température.10
8.4 Méthode de mesure .10
8.5 Calcul de la diffusivité thermique .11
8.6 Calcul de la conductivité thermique .11
9 Rapport d’essai .11
Annexe A (normative) Taille de l’éprouvette et période de variation de la température .12
Annexe B (informative) Considérations relatives au mesurage .15
Bibliographie .16
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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 163, Performance thermique et
utilisation de l’énergie en environnement bâti, sous-comité SC 1, Méthodes d’essais et de mesurage.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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NORME INTERNATIONALE ISO 21901:2021(F)
Isolation thermique — Méthode d’essai pour la diffusivité
thermique — Méthode de chauffage périodique
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode de chauffage périodique pour mesurer la diffusivité
thermique des matériaux isolants thermiques sous forme de plaque plane.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences 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 8302:1991, Isolation thermique — Détermination de la résistance thermique et des propriétés connexes
en régime stationnaire — Méthode de la plaque chaude gardée
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
phase
grandeur qui représente l’état d’avancement au cours d’une période (3.5) de mouvement ondulatoire et
autre phénomène périodique
EXEMPLE ωϕt+ correspond à la phase dans yA= sin()ωϕt+ .
1 1
3.2
déphasage
différence entre deux phases (3.1) résultant de variations périodiques de la température mesurées en
deux points différents sur la surface et à l’intérieur d’une éprouvette
EXEMPLE Lorsque les variations périodiques de la température 1 et 2 sont données par yA= sin ωϕt+
()
11 1
et yA= sin ωϕt+ , respectivement, le déphasage entre elles est ϕϕ− .
()
22 2 21
3.3
amplitude
moitié de la différence entre les valeurs maximale et minimale de la quantité de déplacement au cours
d’une variation périodique de la température
EXEMPLE Dans une onde sinusoïdale donnée par Atsin ωϕ+ ou Aiexp ωϕt+ , A fait référence à
() []()
l’amplitude.
3.4
rapport d’amplitude
rapport de deux amplitudes (3.3) résultant de variations périodiques de la température mesurées en un
point quelconque sur la surface et à l’intérieur d’une éprouvette
EXEMPLE Lorsque les variations périodiques de la température y sur la surface et y à l’intérieur de
1 2
l’éprouvette sont données par yA= sin()ωϕt+ et yA= sin()ωϕt+ , respectivement, le rapport d’amplitude
11 1 22 2
entre les deux amplitudes est AA .
3.5
période
intervalle de reproduction d’un phénomène périodique (ou d’une fonction périodique)
Note 1 à l'article: Lorsque l’intervalle de temps est constant, la période f est donnée par fv==12πω , où v est
la fréquence (3.6) et ω est la fréquence angulaire (3.7).
3.6
fréquence
nombre de répétitions du même état dans un intervalle de temps donné d’un phénomène périodique
temporel quelconque
Note 1 à l'article: Elle est exprimée par vf=1 , où f est la période (3.5).
3.7
fréquence angulaire
angle de rotation par seconde
Note 1 à l'article: La fréquence angulaire est obtenue en multipliant la fréquence (3.6) v par 2π ( 2πv ) ou en
multipliant l’inverse de la période (3.5) f par 2π ( 2π f ).
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4 Symboles
Les symboles utilisés dans le présent document sont indiqués dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Grandeur Unité
a Diffusivité thermique m /s
c Capacité thermique spécifique J/(kg・K)
D Différence %
Épaisseur de l’éprouvette (épaisseur totale des deux éprouvettes en cas d’utili-
d m
sation de deux éprouvettes empilées pour un mesurage)
f
Période s
i Unité imaginaire -
Coefficient d’amortissement 1/m
k
L Longueur d’un côté de l’éprouvette m
l Distance par rapport à la surface de chauffage périodique (dx− ) m
m
m Masse avant de mesurer la diffusivité thermique (avant rainurage) kg
T Température absolue K
V Volume avant de mesurer la diffusivité thermique (avant rainurage) m
x Coordonnée x m
Emplacement d’un point de mesure de la température à l’intérieur d’une
x m
m
éprouvette
ε Déphasage sur une surface x = 0
rad
η
Phase arbitraire rad
θ Température °C
λ Conductivité thermique W/(m·K)
v
Fréquence 1/s
π
Constante circulaire -
ρ
Masse volumique, masse volumique apparente kg/m
ϕ
rad
Déphasage sur une section x = x
m
ω
Fréquence angulaire 1/s
5 Principe
5.1 Généralités
La méthode de chauffage périodique est une méthode qui permet d’obtenir la diffusivité thermique
en mesurant la température en deux points différents d’une éprouvette. La diffusivité thermique
est évaluée au moyen du déphasage entre deux phases obtenues en faisant varier périodiquement la
température sur une surface latérale de l’éprouvette. Ici, ces températures sont mesurées en un point
quelconque sur la surface chauffante et à l’intérieur (plan interne perpendiculaire à la direction de
diffusion thermique) de l’éprouvette.
Cette méthode de mesure utilise une solution de l’équation de la conduction thermique qui est obtenue
à condition que la température sur un côté de l’éprouvette varie selon une fonction trigonométrique
du temps et que la variation se propage dans une direction unidimensionnelle et, qu’en outre, la
te
...