1、保溫隔熱材料導熱系數檢測方法陳 文 山東省建筑科學研究院2010.041.概 述 保溫材料的導熱系數是反映其導熱性能的物理量，它不僅是評價材料熱力學性能的指標，并且是材料在節能工程應用時的一個重要設計依據。 在工程開工前的圖紙設計，以及竣工后建筑節能的評定，都必須進行熱工計算，其中導熱系數是保溫材料最重要的熱物性指標。為了使熱工計算結果準確，使其與材料的實際使用情況相符，我們就必須正確的選擇材料的導熱系數。 同時，材料的導熱系數受許多因素的影響，例如：材料的化學成分、密度、溫度、濕度等；在實際使用中，由于氣候、施工工藝、施工水分等各方面的影響，都會導致材料的保溫性能下降。1.概 述 所以不應將

2、實驗室的測定值不加修正地應用于所有的使用情況。在通常的熱工計算中，我們引入了導熱系數的修正因子，（例如：XPS板=1.10、EPS板=1.20），這就將各種不利影響因素考慮進去。從而使熱工計算結果更符合了實際，或是更保守了一些。 在熱工計算或保溫圖集中，材料的導熱系數一般是選取產品標準中的規定值。因此，我們只要嚴格按照標注要求，對保溫材料導熱系數進行檢測，把好產品使用前的質量關，就能確保材料在實際使用中滿足其設計要求。2.定 義 導熱系數：在穩定傳熱條件下，1m厚的材料，兩 側表面的溫差為1K時，在1h內，通過 1m2面積傳遞的熱量。 公 式： ；單 位：W/(mK)。 表 征：物質導熱能力的

3、大小（與材料的厚度、 溫差無關） 注 意：* 穩態條件下； * 材料應為單一均質的干燥材料。3.影響因素 金屬材料，b0， 隨 升高而減小； 非金屬材料，b0， 隨 升高而增大。 2）濕度：材料導熱系數一般隨著自身濕度的增大而 增大。對于濕材料的導熱系數，比干材料 和水都要大。 例如：干磚、水的導熱系數分別0.35、0.55W/(mK), 而濕磚可高達1.00W/(mK)。 4.保溫材料及其特點 EPS 、XPS、橡塑海綿、加氣混凝土、EVA發泡塑料4.保溫材料及其特點 聚氨酯板聚氨酯板、管4.保溫材料及其特點 玻化微珠膠粉聚苯顆粒4.保溫材料及其特點 1）定義：凡平均溫度不高于350，導熱系

4、數不大于0.12W/(mK)的材料統稱為保溫材料。 2）結構特點：多孔體或纖維性材料。這些材料由于存在孔隙，其中填充低導熱系數的氣體（如空氣：0.0243 W/(mK)），因此整體具有了良好保溫性能。 多孔材料電子顯微鏡照片4.保溫材料及其特點3）與均質材料的區別：由于孔隙的存在，嚴格說保溫材料不應視為均質介質，但如果孔隙的大小和物體的總幾何尺寸比起來很小的話，仍可以有條件地認為它們是均質介質，用“表觀導熱系數”來考慮。 這種情況下材料內部的實際傳熱包括以下不同方式的復雜組合： 輻射； 固相和氣相的傳導； 對流； 以及三者之間的相互作用和傳質。尤其是在含濕材料的情況下，傳熱過程更為復雜。4.保

5、溫材料及其特點 根據ISO9288,該性質應被稱作“傳遞系數”，因為它可能受測試條件的影響(在相同的測試平均溫度下，傳遞系數可能在很大程度上取決于試件的厚度或溫差)。這種性質也被稱為：“表觀導熱系數”或“有效導熱系數”。4.保溫材料及其特點4）導熱系數影響因素：材料密度和性質、平均溫度、閉孔中氣體組成、開閉孔率、含濕量等； a）導熱系數隨平均溫度的升高而增大； b）人為的增加材料的孔隙可以提高保溫性能； c）材料密度減小的一定程度后，密度的減下又會使導熱系數增大； （原因：人為的增加材料的孔隙可以提高保溫性能，但密度輕到一定程度后，小的孔隙變大或連成溝道時，引起孔隙內的空氣的對流作用及孔隙間的

6、輻射作用都有所加強，反而使材料的整體表觀導熱系數升高。）5.相關產品標準1）EPS板：GB/T 10801.1-2002絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料分 類 導熱系數W/(mK)0.0410.039 試樣厚度（mm）251 (mm)平均溫度（）252 () 狀態調節23/50二級環境下調節16h溫 差（）15-20 () 依據標準GB/T 10294-2008(仲裁)GB/T 10295-20085.相關產品標準2) XPS板：GB/T 10801.2-2002絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料分 類帶表皮不帶表皮X150X300X400X500W200W300導熱系數W/(mK)平均溫度100.028

7、0.0270.0330.030平均溫度250.0300.0290.0350.03225mm熱阻(m2K)/W平均溫度100.890.930.760.83平均溫度250.830.860.710.78平均溫度（）102 252 溫 差（）15-25 依據標準GB/T 10294-2008(仲裁)GB/T 10295-2008狀態調節23/50二級環境5.相關產品標準4)聚氨酯：JC/998-2006噴涂聚氨酯硬質泡體保溫材料分 類類 (墻面)類 (屋面) 導熱系數W/(mK)0.024平均溫度 ()232 試樣厚度(mm)25依據標準GB/T 10294-2008狀態調節23/50二級環境調節72

8、h5.相關產品標準5)玻璃棉、巖棉和礦渣棉： GB/T 13350-2008絕熱用玻璃棉及其制品 GB/T 11835-2007絕熱用巖棉、礦渣及其制品 a）按其形狀，均分類：棉、板、帶、毯、氈、管殼；b）導熱系數平均溫度： 玻璃棉（ ） 巖棉、礦渣棉（ ）c）依據標準： GB/T 10294-2008 （仲裁） GB/T 10295-2008 GB/T 10296-20086.儀器設備1）量具：應符合GB/T 6342-1996泡沫塑料和橡膠線 性尺寸的測量的規定：測試部位尺寸范圍精度要求量 具 讀數中值精確度長、寬100 mm0.5 mm直尺、游標卡尺1 mm厚 度10100 mm0.1

9、mm游標卡尺0.2 mm6.儀器設備2）導熱系數儀： 檢測方法穩態法非穩態法準穩態法熱線法熱帶法常功率熱源法防護熱板法熱流計圓管法護熱平板法（一維穩態原理）（不穩定態原理）（GB/T 10294）（10295）（10296）（3399）6.儀器設備1）防護熱板法(雙試件式、單試件式) 測試原理：根據一維穩態情況下，通過試件的導熱量Q和被測導熱系數 、平板兩面的溫差T成正比，和試件的厚度成反比的關系設計的。 加熱單元計量部分的平均熱流量，其值等于平 均發熱功率，單位為W； 試件平均厚度，單位為m； 試件熱面溫度平均值，單位為K； 試件冷面溫度平均值，單位為K； 計量面積(雙試件裝置需乘以2)，m

10、2。 設備校核系數；原理公式： 控制界面試件自動夾緊 a）雙試件式 低溫導熱系數儀 a）雙試件式 （低溫導熱系數儀） 低溫恒溫裝置測厚裝置 a）雙試件式 （低溫導熱系數儀）7、儀器設備該儀器設備:1.測試平均溫度范圍寬，對常用保溫材料導熱系數測試 溫度要求均可滿足；2.實現了在測試條件下，對試件厚度的直接測量；3.儀器配置了夾持力控制與顯示模塊，對其夾持力可進 行監控和調節；4.能實現對粉狀樣品導熱系數的測試。 防護熱板式導熱系數儀 a）雙試件式 a）雙試件式防護熱板法：加熱單元 雙試件式原理圖冷卻單元 被測試件 防護外套 加熱單元 雙試件式原理圖冷卻單元 被測試件 防護外套 計量單元 防護單

11、元 加熱單元部分 隔縫 a）雙試件式防護熱板法：加熱單元 雙試件式原理圖冷卻單元 被測試件 防護外套 計量單元 防護單元 測溫儀表冷、熱單元表面測溫熱電偶 平衡溫差熱電偶隔縫 a）雙試件式防護熱板法： b）單試件式防護熱板法：單試件式原理圖 b）單試件式防護熱板法：較雙試件式： 添加了 （背防護加熱器/背防護絕熱層/背防護溫差熱電偶)。為了提高測試精度，必須保證背防護盡可能減小熱量損失。這就對單試件式儀器提出更為嚴格的技術要求。 背防護 單試件式原理圖 b）單試件式防護熱板法： 防護熱板法測量導熱系數裝置是測量各基本物理參數(長度、溫度、電功率等)間接計算出試件的導熱系數。其測量誤差不僅僅是參

12、數測量誤差的綜合，更重要的是保持計量區域單向一維熱流的原理誤差。測量參數的誤差： 厚度的測量：標準中，建議試件的厚度盡可能在實際測定溫度和壓力下測量，同時提供了幾種方案：測量針、測微螺栓等。 功率的測量：儀器功率測量的精度及量程對測量結果的影響。 c）防護熱板法儀器測量誤差： 計量面積：常被誤認為計量單元面積，一般應為隔縫中心線包圍的面積；計量單元 防護單元 隔 縫 防護熱板 c）防護熱板法儀器測量誤差： 夾持力：設備配備恒定壓緊力裝置，是為了使試件和測試板面充分接觸，避免接觸熱阻的產生。但壓力過大也會引起試件嚴重變形。因此標準要求施加壓力一般不大于2.5KPa。所以加緊裝置施力應穩定可靠，并

13、應能顯示壓力。是否能保持一維熱流的原理誤差: 當設備不能提供穩定的溫度場，或者受外界環境的影響很大時，被測試件內部熱流就不再是一維穩態的，這時所測得計量面積的功率就不準確了，因此會對測試的結果帶來很大的影響。 c）防護熱板法儀器測量誤差：6.儀器設備2）熱流計式導熱系數儀： 單試件雙傳感器式熱流計式導熱儀6.儀器設備2）熱流計式導熱系數儀： a）分類：根據（熱流計的個數/布置方式/試件個數）分為以下5種形式： 6.儀器設備2）熱流計式導熱系數儀： b）測試原理：與防護熱板法不同的是，在冷熱板間垂直方向通入恒定的單向熱流，使用校正過熱流傳感器測量通過樣品的熱流。 計算公式： 熱流計的標定系數，單

14、位為W/(m2V)； 熱流計的輸出，單位為V； 試件平均厚度，單位為m； 試件熱面溫度平均值，單位為K； 試件冷面溫度平均值，單位為K； 6.儀器設備2）熱流計式導熱系數儀：注：1）當采用雙熱流計對稱布置時， 用 代 替； 2）當采用多試件裝置時，試件厚度應為各試件厚度 之和，計算的導熱系數為多試件的平均值； 3）熱流計裝置應該用邊緣絕熱材料、控制周圍空氣 溫度或者同時使用兩種方法來限制邊緣損失的熱 量。尤其在測定平均溫度與實驗室空氣溫度有顯 著差異時，應該用外殼包圍熱流計裝置，保持箱 內溫度等于試件的平均溫度。 6.儀器設備3) 其它設備： * 樣品制備過程中的切割工具； 熱熔切割工作臺6.

15、儀器設備3) 其它設備： * 對硬質材料試件表面平整度研磨的工具； 砂輪、砂紙6.儀器設備3) 其它設備： * 對樣品進行狀態調節的設備； 恒溫恒濕養護箱6.儀器設備3) 其它設備： 標準參比板6.儀器設備3) 其它設備： 標準板使用應注意的事項： 1）使用前應在1055干燥箱內干燥48小時以上，烘 至絕干后才能用于標定工作。 2）熱面使用溫度絕對不得超過150，否則將引起標 準值不可恢復的變化。 3）使用時標準參比板熱、冷面溫度差以2050為宜。 4）標準參比板為半硬性材料，受較大夾持力會壓縮變 形，在計算導熱系數時應采用測量時的實際厚度。 如果測試過程中實測厚度難以實現的話，可以應用 低導熱系數鋼性材料制作三個長度相等的短柱嵌入 板外周，以短柱高度作為標準參比板的厚度。6.儀器設備 標準參比板7.檢測過程 檢測操作流程圖 樣品制備 樣品狀態調節 質量稱量 設置儀器參數 厚度測量 試件安裝 測試開始 達到平衡