防护热板法检测建筑节能保温材料导热系数的应用研究

关键词：建筑节能保温材料；导热系数；防护热板法；参比板

建筑节能是我国节能工作中一个非常重要的方面。建筑新技术、新材料的推广、应用对建筑节能的推动至关重要。为此，广东省在2011年7月1号颁布《广东省民用建筑节能条例》，以此推动建筑节能工作的进程。条例将建筑节能列为建设工程竣工验收的一项重要内容，表彰奖励在建筑节能新技术、新材料和新产品的研发、推广、应用。 

1、建筑节能保温材料的应用

    在建筑工程中，用于控制室内热量外流的材料称为保温材料，防止室外热量进入的材料称为隔热材料，两种材料均利于节能，并广泛用于墙体及屋面工程。常用的墙体及围护结构节能保温材料主要有蒸压加气混凝土砌块、蒸压泡沫混凝土砌块、建筑保温砂浆、胶粉聚苯颗粒外墙保温系统等，绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps)及绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料主要用于屋面节能工程。导热系数是节能保温材料主要的技术指标，工程中使用的材料应符合设计要求和相关标准的规定。表1为常用建筑节能保温材料导热系数的技术指标。

材料

名称 蒸压加气混

凝土砌块 蒸压泡沫混凝土砌块 建筑保温

砂浆 胶粉聚苯颗粒外墙保温系统 绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps) 绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料(ⅰ类)

b07 b08 b11 b12 ⅰ ⅱ

导热系数w/m.k ≤

0.18 ≤

0.20 ≤

0.48 ≤

0.65 ≤

0.085 ≤

0.070 ≤

0.060 ≤

0.030 ≤

0.026

平均温度 ℃

25

25

25

25

25

25

25

25

23

2、防护热板法装置的原理及防护热板法的应用

    为测定材料的导热系数采用防护热板法，采用的仪器设备为sk-dr300r型平板导热仪，该设备为双试件式，测试过程中只需测量尺寸、温度和电功率。

1）设备原理

在稳态条件下，在只有平行表面的均匀板状试件内，建立类似于以两个平行的温度均匀的平面为界的无限大平板中的一维均匀热流密度。

2）测试对试件的要求

    试件厚度应是实际使用的厚度或大于能给出被测材料热性质最小厚度，试件的最小厚度受接触热阻的限制，厚度过小将导致试件与热板、冷板的热阻分布不均。试件的最大厚度受平板导热仪的限制。经评估试件厚度合适的范围为20～45mm。试件的边长标准尺寸为30cm，边长小于30cm的试件可能不代表整个材料的性质。由于该平板导热仪为双试件式，要求试件厚度和结构均匀一致、表面平整、平行度好。试件的含湿量也会影响其传热性质，试件必需放置干燥器或通风的烘箱里并调节到恒定的质量。

3）测试平均温度及温差对结果的影响

    采用防护热板法，测试平均温度接近室温时，测量传热性质的准确度较高，通常能达到±2％，根据此特性，常用建筑节能保温材料导热系数的技术指标所给出的平均温度为接近室温的温度。在给定的平均温度下，以不同的温差测量导热系数其结果应与温差无关。在实际测量中，由于热阻或热导率经常是试件两侧的函数，所有传热过程的程度与两侧的温差有关，使用典型的温度差在一定温差范围内测定是合理的，为使温差的测量误差最小，温差最小为10-20k。

4）电功率对测试结果的影响

    输入功率的变化引起热板表面温度波动或变化，在相同的测试条件下，设备电功率越大，电流系数越大，试件所测得导热系数越高，调节并维持合适的输入功率，才能保持测试系统的准确度和重复性。

3、参比板标定及综合性能检查

    新的防护热板装置，必须进行各项校核后才能投入正常使用。由于计量部门在校准时仅局限于校准装置冷板、热板温度，并不能完全反映整个系统测试水平，同时由于存在系统误差，为了保证测试结果的准确度和重复性，至少应对曾在国家认可的实验室标定过热性质稳定的材料进行测定。绝热材料导热系数参比板是国家发行的标准样品，专用于标定防护热板装置，该样品材料为特种工艺中碱玻璃，导热系数与温度的方程式：

λt＝－2.2184×10－3＋1.1869×10－4×t

 (t—试件平均温度 k；λt—导热系数w/m.k)

    根据防护热板法对标准样品进行测定，表2为参比板在两个典型的平均温度下导热系数。

  平均温度 ℃ 23 23 25 25

  测试温差 ℃ 22 22 20 20

冷板温度 ℃ 12 12 15 15

热板温度 ℃ 34 34 35 35

实测参比板导热系数w/m.k 0.0324 0.0323 0.0335 0.0328

参比板导热系数标准值w/m.k 0.03291 0.03291 0.03315 0.03315

与标准值相比的相对误差％ 1.55 1.85 1.06 1.06

电流系数 6.474

表2中两个典型的平均温度是根据常用建筑节能保温材料导热系数技术指标所给出的平均温度值，根据防护热板装置的特性确定冷板温度、热板温度及测试温差，通过多次对标准样品测定，该防护热板装置电流系数设定为6.474时，其实测参比板导热系数与标准值相比的相对误差较小。防护热板装置经过标准样品各项校核、成功比对后，在测定其它保温材料导热系数时，也能保证测试结果的准确度。

4、结 语

    近年来，各级主管部门越来越重视建筑节能工作，建筑节能材料在建筑工程中的应用越来越广泛，同时由于建筑节能材料产品质量参差不齐，监督检测部门也加大监督检测的力度，对节能材料产品质量进行有效的监控。防护热板法目前是测定绝热材料导热系数最主要的检测方法，防护热板装置经过综合性能检查及标定、校核后，其测试结果有效、准确。随着建筑节能新技术、新材料和新产品的研发、推广、应用，结合建筑节能检测的实际情况，分析研究具有可操作性和普遍适用性的检测方法，使该项检测技术得到更好的应用和发展。

参考文献

［1］绝热材料稳态热阻及有关特性的测定  防护热板法  gb/t10294-2008.

［2］广东省建筑节能工程施工质量验收规范 dbj15-65-2009.

［3］绝热材料导热系数参比板   gsb q30002-1997.

作者简介:王冀（1969-）男，湖南祁阳人，建材检测工程师，现长期从事建筑材料的检测及研究工作。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。