XLVIII KONFERENCJA NAUKOWA
KOMITETU INŻYNIERII L
DOWEJ I WODNEJ PAN
I KOMITETU NAUKI PZITB
Opole  Krynica 2002
Katarzyna FIRKOWICZ-POGORZELSKA1
Jerzy A. POGORZELSKI2
WYKORZYSTANIE BAZ DANYCH PRZY OKREÅšLANIU
CECH CIEPLNYCH MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH
1. Wprowadzenie
Spośród cech cieplnych materiałów budowlanych najważniejsza  tak ze względów technicz-
nych, jak i z uwagi na znaczenie marketingowe  jest przewodność cieplna. Badania prze-
wodności cieplnej materiałów budowlanych w laboratorium akredytowanym, np. w Labora-
torium Izolacji Termicznych ITB, mają swoją specyfikę. Do najważniejszych wyróżników
takich badań należy zaliczyć:
- wysokie wymagania dokładności (niepewność do 2 % w metodzie pierwotnej i do 3 %
w metodzie wtórnej),
- często przypadkowy dopływ próbek do badań,
- duże liczby badań.
Po zakończeniu rutynowych badań dla Klienta w Zakładzie Fizyki Cieplnej pozostają
wyniki badań i próbki (w liczbie kilkaset sztuk rocznie). Część próbek poddajemy (już w
ramach statutowej działalnosci badawczej) dodatkowym badaniom: np. w innym zakresie
temperatury i wilgotności, przy innej grubości próbek, po określonym czasie starzenia (to
ostatnie dotyczy niektórych pianek z tworzyw sztucznych). Badania te służą uogólnianiu
wyników, m. in. na potrzeby normalizacji.
Kontrola dokładności badań i uogólnianie wyników wymagają szybkiego dostępu do
wyników i tworzenia odpowiednich serii wyników dla jednego rodzaju wyrobow. Nieoce-
nioną usługę w tym względzie oddają komputerowe bazy danych.
2. Bazy danych wyników badań przewodności cieplnej
Pierwszą komputerową bazę danych - o nazwie BAZA 1 - utworzono w Zakładzie Fizyki
Cieplnej w latach 1987-88. Zawierała ona ponad 3500 wyników oznaczeń przewodności ciepl-
nej w aparacie Bocka, datujących się od końca lat 50 do 1988 r. [1]. W tym samym czasie
1
Mgr, Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
2
Prof., Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie
90
powstała również baza danych o nazwie KOMORA, zawierająca ponad 1000 wyników ozna-
czeń oporu cieplnego przegród budowlanych w komorze klimatycznej.
Od początku eksploatacji w Zakładzie Fizyki Cieplnej aparatu płytowego wg ISO 8302
wyniki oznaczeń współczynnika przewodzenia ciepła zapisywane są w nowej bazie danych.
Celem stworzenia tej bazy, poza jej najbardziej oczywistą funkcją rejestru, było ułatwienie
porównań nowych wyników z poprzednimi, uzyskiwanymi dla podobnych materiałów. Takie
porównania służą:
- kontroli prawidłowości działania aparatu i jego obsługi przez operatora,
- eliminacji błędów grubych.
Ponadto baza danych stwarza możliwości analizy uzyskiwanych wyników pod kątem:
- opracowania statystycznego,
- znajdowania prawidłowości i zależności przewodności cieplnej od właściwości materia-
łów oraz warunków badania.
Baza danych, o nazwie LAMBDANO, została utworzona w pakiecie dBASE IV. Opis i
wynik każdego oznaczenia stanowi jeden rekord w bazie. Każdy rekord składa się z 16 pól, w
których zapisano dane identyfikacyjne próbki (rodzaj materiału i ewentualnie nazwa, zlecenio-
dawca, numer laboratoryjny zlecenia), przewodność cieplną lub opór cieplny, gęstość i wilgot-
ność materiału podczas badania, dane o warunkach badania (temperatura średnia i różnica
temperatury na grubości próbki) itp.
W połowie 2001 roku baza danych zawierała ponad 2300 rekordów. Zasadniczą jej część
stanowiły wyniki oznaczeń przewodności cieplnej typowych materiałów termoizolacyjnych.
Baza danych aktualizowana jest na bieżąco.
StrukturÄ™ bazy danych LAMBDANO podano w tablicy 1.
Tablica 1. Struktura pliku LAMBDANO.DBF
Nr Nazwa Typ Szero- Przeznaczenie
po-la pola pola kość pola
1 MATERIAL Znakowy 30 Rodzaj materiału
2 NAZWA Znakowy 10 Nazwa materiału (jeśli jest)
3 POLOZENIE Znakowy 7 Położenie próbki podczas badań
4 KIERUNEK Znakowy 6 Kierunek przepływu ciepła
5 GRUBOSC Liczbowy 5 Grubość próbki
6 TEGRZE Liczbowy 5 Temperatura płyty grzejnej
7 TECHLO Liczbowy 5 Temperatura płyty chłodzącej
8 ROZTE Liczbowy 5 Różnica temperatury płyt
9 TESRE Liczbowy 5 Średnia temperatura próbki
10 LAMBDA Liczbowy 6 Współczynnik przewodzenia ciepła
11 OPOR Liczbowy 6 Opór cieplny
12 GESTOSC Liczbowy 6 Gęstość materiału
13 WILG Liczbowy 4 Wilgotność masowa próbki
14 NUMER Znakowy 9 Numer laboratoryjny zlecenia
15 DATA Data 8 Data badania
16 FIRMA Znakowy 25 Zleceniodawca
 91
W rekordzie zawarty jest komplet informacji o badanej próbce.
Program dBASE IV pozwala na wykonywanie szeregu operacji na zbiorze rekordów, np.:
- grupowanie ze względu na określoną cechę (lub kilka cech),
- wyszukiwanie określonych informacji,
- zmianę kolejności rekordów w bazie (sortowanie),
- wyznaczanie wartości średniej,
- przenoszenie fragmentów bazy do innych plików, np. w celu dalszego opracowania,
- drukowanie zawartości całych rekordów lub tylko niektórych pól itd.
Przykłady wykorzystania bazy LAMBDANO podano w nastepnym punkcie. Wszystkie
cytowane w referacie wyniki pochodzÄ… z [3].
3. Zależność przewodności cieplnej od właściwości materiału i warunków badania
Jak wiadomo z przesłanek teoretycznych i obszernej literatury, przewodność cieplna
zależy od rodzaju materiału i jego gęstości oraz od:
- temperatury, T,
- wilgotności, u,
- niekiedy  wieku, a (czasu, który upłynął od chwili wyprodukowania),
- grubości próbki, d, jeżeli jast ona mniejsza od pewnej granicznej dla danego materiału.
Zależność przewodności cieplnej od gęstości obserwuje się właś ciwie w odniesieniu do
wszystkich materiałów budowlanych, ale charakter tej zależności może być różny.
W przypadku betonów, zapraw murarskich, również betonów komórkowych, ich prze-
wodność cieplna rośnie ze wzrostem gęstości materiału, jak przykładowo na rys. 1.
Rys. 1. Przewodność cieplna autoklawizowanego betonu komórkowego na bazie piasku
w funkcji gęstości
92
Całkowicie odmienny przebieg zależności od gęstości obserwuje się w odniesieniu do

lekkich izolacji piankowych, których typowym przedstawicielem jest styropian. W tym
przypadku przewodność cieplna maleje przy wzroście gęstości, co pokazano na rysunku 2.
Wykres wykonano przy użyciu programu STATGRAPHICS [2], po wybraniu z bazy danych
dwóch pól:  lambda i  gęstość dla styropianu oraz utworzeniu z nich oddzielnych plików.
Wykres obejmuje wszystkie wyniki pomiarów przewodności cieplnej styropianu, tzn. 1382
punkty.
Rys. 2. Przewodność cieplna styropianu w funkcji gęstości
Podobny przebieg zależnoś ci przewodnoś ci ciepnej od gęstoś ci obserwuje się w
odniesieniu do innych izolacji piankowych  polistyrenu ekstrudowanego i pianki
poliure-tanowej. Ponieważ tworzywa te na ogół charakteryzują się większą gęstoś cią niż
styropian, można zauważyć , że począ wszy od pewnej gęstoś ci przewodność cieplna
zaczyna rosnąć.
Włókniste materiały izolacyjne charakteryzują się tym, że początkowo przewodność
cieplna maleje, a następnie rośnie wraz ze wzrostem gęstości.
W przypadku wełny skalnej najmniejsze wartości przypadają na przedział gęstości

około 60 120 kg/m3. Dotyczy to typowych płyt, w których włókna w większości ułożone są
÷
równolegle do powierzchni płyty. Tak zwane płyty lamelowe, w których włókna są prostopadłe
do powierzchni płyty, charakteryzują się większą przewodnością cieplną przy tych samych
średnich gęstościach.
W przypadku wełny szklanej  rysunek 3  uzyskane wyniki układają się wzdłuż
bardziej regularnej linii. Jest to funkcja szybko malejąca przy małych gęstościach, a powyżej
około 90 kg/m3  powoli rośnie. Zakres gęstości wełny szklanej jest mniejszy niż skalnej 
nie przekracza 150 kg/m3.
 93
Rys. 3. Przewodność cieplna wełny szklanej w funkcji gęstości
W 1999 r. przeprowadzono serię badań najczęściej stosowanych materiałów do izolacji
cieplnej w aspekcie zmian ich przewodności cieplnej przy zmianach temperatury.
Rys. 4. Zależność przewodności cieplnej wełny mineralnej od temperatury
94
Badania wpływu wilgotności na przewodność cieplną materiałów termoizolacyjnych i
betonu komórkowego prowadzi się wyłącznie w obszarze wilgotności sorpcyjnej. Zawil-
gocenie materiału w zakresie wilgotności sorpcyjnej nie ma istotnego wpływu na wartość
współczynnika przewodzenia ciepła włóknistych i piankowych materiałów termoizolacyj-
nych. Inna sytuacja jest w przypadku betonów komórkowych.
Na rysunku 5 podano przykładowe wyniki badań wpływu zawilgocenia sorpcyjnego
trzech odmian betonu komórkowego. Wilgotność masowa próbek wynosiła około 5 %, a prze-
wodność cieplna w stanie wilgotnym była średnio o około 7 % wyższa niż w stanie suchym, co
daje ok. 1,5 % wzrostu na 1 % wzrostu wilgotności.

Rys. 5. Zależność przewodności cieplnej betonu komórkowego
w dwóch stanach wilgotnościowych od gęstości
W przypadku ekstrudowanej pianki polistyrenowej i pianki poliuretanowej istnieje do-
datkowy czynnik  jest to zmiana przewodności cieplnej tych materiałów w miarę upływu
czasu.
Zmiana wartości współczynnika przewodzenia ciepła w miarę upływu czasu jest charak-
terystyczna dla tych izolacji piankowych, do spieniania których zastosowano gazy o mniejszej
ruchliwości niż ruchliwość powietrza. Dotyczy to przede wszystkim:
- polistyrenu ekstrudowanego,
- pianki poliuretanowej,
- pianki poliizocjanowej.
Jeżeli materiały te nie są szczelnie osłonięte, następuje wymiana, na skutek dyfuzji, gazów
użytych do spieniania na powietrze. Prowadzi to do wzrostu przewodności cieplnej tych mate-
 95
riałów. Wzrost wartości jest szybki w pierwszych tygodniach, potem jego tempo maleje, a

przewodność cieplna asymptotycznie dąży do wartości odpowiadającej całkowitemu zastąpieniu
gazów spieniających przez powietrze.
Szybkość zmian przewodności cieplnej w czasie zależy od grubości warstwy materiału
(im większa grubość tym wolniejsze zmiany) i od temperatury powietrza otaczającego (im
wyższa temperatura tym proces przebiega szybciej). Wpływ wilgotności powietrza otaczającego
jest pomijalnie mały.
W Zakładzie Fizyki Cieplnej prowadzi się okresowe badania próbek ekstrudowanej pianki
polistyrenowej i pianki poliuretanowej, przysłanych do Zakładu w ramach zleceń zewnętrznych.
Szczególnie cenne były pomiary dotyczące pianki poliuretanowej, której próbki dostarczono w
opakowaniu foliowym tuż po wytworzeniu, tak że w momencie pierwszego badania była to
 świeża pianka. Między badaniami próbki były przechowywane w komorze klimatycznej, o
temperaturze (23 2) C i wilgotności względnej powietrza (50 5)%.
Ä… ° Ä…
Na rysunku 6 pokazano wykres zależności od czasu współczynnika przewodzenia
ciepła pianki poliuretanowej, spienianej dwutlenkiem węgla. Charakterystyczny dla pianek
spienianych tym gazem jest gwałtowny wzrost wartości w pierwszych tygodniach i

stosunkowo szybkie jej ustalenie się. W przypadku zastosowania do spieniania cięższych
gazów, których molekuły mają większe rozmiary, proces wymiany gazów i wzrostu
przewodności cieplnej przebiega znacznie wolniej  może trwać nawet kilka lat.
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/(m.K)
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
Czas, tygodnie
Czas, tygodnie
Czas, tygodnie
Czas, tygodnie
Czas, tygodnie
Czas, tygodnie
0,01
8 16 24 32 40
Rys. 6. Zależność od czasu przewodności cieplnej pianki poliuretanowej, spienianej CO2
4. Podsumowanie
Jak wykazano wyżej, stosowanie odpowiednio dokładnego aparatu do badań przewod-ności
cieplnej materiałów budowlanych daje możliwość badania zależności przewodności cieplnej
materiałów od ich gęstości, temperatury średniej próbki, różnicy temperatury na grubości
próbki, wilgotności i wieku próbki, a przez to pogłębienie wiedzy o przewodności cieplnej
materiałów i udziale w niej różnych mechanizmów transportu ciepła.
Zależności te uzyskuje się nie na podstawie pojedynczego badania, ale na podstawie
wielu badań, przez co uzyskane modelowe zależności są miarodajne dla rodzaju materiału.
96
Przy opracowaniu wyników wykorzystać należy komputerowe bazy danych i programy
do analizy statystycznej.
Literatura
[1] POGORZELSKI J. A., STEMPNIAK B., Opracowanie wyników pomiarów przewodnoś-
ci cieplnej z badań ITB z lat 1956-88. ITB (maszynopis), 1989.
[2] STATGRAPHICS Version 5. USA, 1991.
[3] FIRKOWICZ-POGORZELSKA K., Metrologia pomiarów aparatem płytowym
przewod-ności cieplnej materiałów budowlanych (praca doktorska). Instytut Techniki
Budowlanej, 2002.
THE USE OF DATA BASES BY DETERMINATION
OF THERMAL CHARACTERISTICS OF BUILDING MATERIALS
Summary
Testing the thermal conductivity in testing laboratory we have usually situation, that samples are
delivered at random. Elaboration of results for long series of tests results needs the use of
computer data bases. The paper shows the examples of numerous applications of data bases and
statistics programs for determination the relationships between thermal conductivity and 
relatively:
- density of material,
- temperature,
- moisture content,
- time elapsing since production.