保温隔热材料导热系数检测方法

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1、保温隔热材料导热系数检测方法 陈 文 山东省建筑科学研究院 2010.04,1.概 述,保温材料的导热系数是反映其导热性能的物理量，它不仅是评价材料热力学性能的指标，并且是材料在节能工程应用时的一个重要设计依据。 在工程开工前的图纸设计，以及竣工后建筑节能的评定，都必须进行热工计算，其中导热系数是保温材料最重要的热物性指标。为了使热工计算结果准确，使其与材料的实际使用情况相符，我们就必须正确的选择材料的导热系数。 同时，材料的导热系数受许多因素的影响，例如：材料的化学成分、密度、温度、湿度等；在实际使用中，由于气候、施工工艺、施工水分等各方面的影响，都会导致材料的保温性能下降。,1.概 述,所

2、以不应将实验室的测定值不加修正地应用于所有的使用情况。在通常的热工计算中，我们引入了导热系数的修正因子，（例如：XPS板=1.10、EPS板=1.20），这就将各种不利影响因素考虑进去。从而使热工计算结果更符合了实际，或是更保守了一些。 在热工计算或保温图集中，材料的导热系数一般是选取产品标准中的规定值。因此，我们只要严格按照标注要求，对保温材料导热系数进行检测，把好产品使用前的质量关，就能确保材料在实际使用中满足其设计要求。,2.定 义,导热系数：在稳定传热条件下，1m厚的材料，两 侧表面的温差为1K时，在1h内，通过 1m2面积传递的热量。 公 式： ；单 位：W/(mK)。 表 征：物质

3、导热能力的大小（与材料的厚度、 温差无关） 注 意：* 稳态条件下； * 材料应为单一均质的干燥材料。,3.影响因素,导热系数因物质种类不同而异，还与其温度、 湿度、压力等因素有关。 1）温度：大多数材料，在一定温度范围内，导热 系数可认为是温度的线性函数； ：参考温度时的导热系数； ：实验室确定的常数； ：试件的平均温度。,3.影响因素,金属材料，b0， 随 升高而减小； 非金属材料，b0， 随 升高而增大。 2）湿度：材料导热系数一般随着自身湿度的增大而 增大。对于湿材料的导热系数，比干材料 和水都要大。 例如：干砖、水的导热系数分别0.35、0.55W/(mK), 而湿砖可高达1.00W

4、/(mK)。,4.保温材料及其特点,EPS 、XPS、橡塑海绵、加气混凝土、EVA发泡塑料,4.保温材料及其特点,玻璃棉板,岩棉管、玻璃棉管,4.保温材料及其特点,聚氨酯板,聚氨酯板、管,4.保温材料及其特点,玻化微珠,胶粉聚苯颗粒,4.保温材料及其特点,1）定义：凡平均温度不高于350，导热系数不大 于0.12W/(mK)的材料统称为保温材料。 2）结构特点：多孔体或纤维性材料。这些材料由于 存在孔隙，其中填充低导热系数的气体（如空气： 0.0243 W/(mK)），因此整体具有了良好保温性能。,多孔材料电子显微镜照片,4.保温材料及其特点,3）与均质材料的区别：由于孔隙的存在，严格说保温材

5、料不应视为均质介质，但如果孔隙的大小和物体的总几何尺寸比起来很小的话，仍可以有条件地认为它们是均质介质，用“表观导热系数”来考虑。 这种情况下材料内部的实际传热包括以下不同方式的复杂组合： 辐射； 固相和气相的传导； 对流； 以及三者之间的相互作用和传质。尤其是在含湿材料的情况下，传热过程更为复杂。,4.保温材料及其特点,根据ISO9288,该性质应被称作“传递系数”，因为它可能受测试条件的影响(在相同的测试平均温度下，传递系数可能在很大程度上取决于试件的厚度或温差)。这种性质也被称为：“表观导热系数”或“有效导热系数”。,4.保温材料及其特点,4）导热系数影响因素：材料密度和性质、平均温度、

6、闭孔中气体组成、开闭孔率、含湿量等； a）导热系数随平均温度的升高而增大； b）人为的增加材料的孔隙可以提高保温性能； c）材料密度减小的一定程度后，密度的减下又会使导热系数增大； （原因：人为的增加材料的孔隙可以提高保温性能，但密度轻到一定程度后，小的孔隙变大或连成沟道时，引起孔隙内的空气的对流作用及孔隙间的辐射作用都有所加强，反而使材料的整体表观导热系数升高。）,4.保温材料及其特点,d）湿度的影响：保温材料多孔状的结构，当水分侵入时，不仅替代孔隙内的部份空气，更重要的是水分存在大大加快了热量的传递。因此保温材料的干湿状态对导热系数测试结果会有很大的影响。 样品测试前必须严格进行状态调节。

7、,5.相关产品标准,1）EPS板： GB/T 10801.1-2002绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料,5.相关产品标准,2) XPS板： GB/T 10801.2-2002绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料,5.相关产品标准,3) 柔性泡沫橡塑绝热制品： GB/T 17794-2008柔性泡沫橡塑绝热制品,5.相关产品标准,4)聚氨酯： JC/998-2006喷涂聚氨酯硬质泡体保温材料,5.相关产品标准,5)玻璃棉、岩棉和矿渣棉： GB/T 13350-2008绝热用玻璃棉及其制品 GB/T 11835-2007绝热用岩棉、矿渣及其制品 a）按其形状，均分类：棉、板、带、毯、毡、管壳； b）导热系数平均温

8、度： 玻璃棉（ ） 岩棉、矿渣棉（ ） c）依据标准： GB/T 10294-2008 （仲裁） GB/T 10295-2008 GB/T 10296-2008,6.仪器设备,1）量具：应符合GB/T 6342-1996泡沫塑料和橡胶线 性尺寸的测量的规定：,6.仪器设备,2）导热系数仪：,（一维稳态原理）,（不稳定态原理）,（GB/T 10294）,（10295）,（10296）,（3399）,6.仪器设备,1）防护热板法(双试件式、单试件式) 测试原理：根据一维稳态情况下，通过试件的导热量Q和被测导热系数 、平板两面的温差T成正比，和试件的厚度成反比的关系设计的。 加热单元计量部分的平均热

9、流量，其值等于平 均发热功率，单位为W； 试件平均厚度，单位为m； 试件热面温度平均值，单位为K； 试件冷面温度平均值，单位为K； 计量面积(双试件装置需乘以2)，m2。 设备校核系数；,原理公式：,控制界面,试件自动夹紧,a）双试件式,防护热板式导热系数仪,夹紧装置,a）双试件式,低温导热系数仪,a）双试件式 （低温导热系数仪）,低温恒温装置,测厚装置,a）双试件式 （低温导热系数仪）,低温导热系数仪的技术指标： 1.导热系数测量： 测量范围：0.0052.20 W/(mK) 测量重复性：优于1.5%； 测量的精度：优于2.5% 。 2.仪器温度范围： 冷板温度：-30至90，热板温度：-2

10、0至90 平均温度范围：-20至80。 3.试件规格要求： 尺寸：300300（mm）； 厚度：最大可达45mm 。,7、仪器设备 该仪器设备: 1.测试平均温度范围宽，对常用保温材料导热系数测试 温度要求均可满足； 2.实现了在测试条件下，对试件厚度的直接测量； 3.仪器配置了夹持力控制与显示模块，对其夹持力可进 行监控和调节； 4.能实现对粉状样品导热系数的测试。,防护热板式导热系数仪,a）双试件式,a）双试件式防护热板法：,加热单元,双试件式原理图,冷却单元,被测试件,防护外套,加热单元,双试件式原理图,冷却单元,被测试件,防护外套,计量单元,防护单元,加热单元部分,隔缝,a）双试件式防

11、护热板法：,加热单元,双试件式原理图,冷却单元,被测试件,防护外套,计量单元,防护单元,测温仪表,冷、热单元表面测温热电偶,平衡温差热电偶,隔缝,a）双试件式防护热板法：,b）单试件式防护热板法：,单试件式原理图,b）单试件式防护热板法：,较双试件式： 添加了 （背防护加热器/背防护绝热层/背防护温差热电偶)。为了提高测试精度，必须保证背防护尽可能减小热量损失。这就对单试件式仪器提出更为严格的技术要求。,背防护,单试件式原理图,b）单试件式防护热板法：,防护热板法测量导热系数装置是测量各基本物理参数(长度、温度、电功率等)间接计算出试件的导热系数。其测量误差不仅仅是参数测量误差的综合，更重要的

12、是保持计量区域单向一维热流的原理误差。 测量参数的误差： 厚度的测量：标准中，建议试件的厚度尽可能在实际测定温度和压力下测量，同时提供了几种方案：测量针、测微螺栓等。 功率的测量：仪器功率测量的精度及量程对测量结果的影响。,c）防护热板法仪器测量误差：,计量面积：常被误认为计量单元面积，一般应为隔缝中心线包围的面积；,计量单元,防护单元,隔 缝,防护热板,c）防护热板法仪器测量误差：,夹持力：设备配备恒定压紧力装置，是为了使试件和测试板面充分接触，避免接触热阻的产生。但压力过大也会引起试件严重变形。因此标准要求施加压力一般不大于2.5KPa。所以加紧装置施力应稳定可靠，并应能显示压力。 是否能

13、保持一维热流的原理误差: 当设备不能提供稳定的温度场，或者受外界环境的影响很大时，被测试件内部热流就不再是一维稳态的，这时所测得计量面积的功率就不准确了，因此会对测试的结果带来很大的影响。,c）防护热板法仪器测量误差：,6.仪器设备,2）热流计式导热系数仪：,单试件双传感器式热流计式导热仪,6.仪器设备,2）热流计式导热系数仪： a）分类：根据（热流计的个数/布置方式/试件个数）分为以下5种形式：,6.仪器设备,2）热流计式导热系数仪： b）测试原理：与防护热板法不同的是，在冷热板间垂直方向通入恒定的单向热流，使用校正过热流传感器测量通过样品的热流。 计算公式： 热流计的标定系数，单位为W/(

14、m2V)； 热流计的输出，单位为V； 试件平均厚度，单位为m； 试件热面温度平均值，单位为K； 试件冷面温度平均值，单位为K；,6.仪器设备,2）热流计式导热系数仪： 注：1）当采用双热流计对称布置时， 用 代 替； 2）当采用多试件装置时，试件厚度应为各试件厚度 之和，计算的导热系数为多试件的平均值； 3）热流计装置应该用边缘绝热材料、控制周围空气 温度或者同时使用两种方法来限制边缘损失的热 量。尤其在测定平均温度与实验室空气温度有显 著差异时，应该用外壳包围热流计装置，保持箱 内温度等于试件的平均温度。,6.仪器设备,3) 其它设备： * 样品制备过程中的切割工具；,热熔切割工作台,6.仪

15、器设备,3) 其它设备： * 对硬质材料试件表面平整度研磨的工具；,砂轮、砂纸,6.仪器设备,3) 其它设备： * 对样品进行状态调节的设备；,恒温恒湿养护箱,6.仪器设备,3) 其它设备：,标准参比板,6.仪器设备,3) 其它设备： 标准板使用应注意的事项： 1）使用前应在1055干燥箱内干燥48小时以上，烘 至绝干后才能用于标定工作。 2）热面使用温度绝对不得超过150，否则将引起标 准值不可恢复的变化。 3）使用时标准参比板热、冷面温度差以2050为宜。 4）标准参比板为半硬性材料，受较大夹持力会压缩变 形，在计算导热系数时应采用测量时的实际厚度。 如果测试过程中实测厚度难以实现的话，可以应用 低导热系数钢性材料制作三个长度相等的短柱嵌入 板外周，以短柱高度作为标准参比板的厚度。,6.仪器设备,标准参比板,7.检测过程,检测操作流程图 样品制备 样品状态调节 质量称量 设置仪器参数 厚度测量 试件安装 测试开始 达到平衡 数据采集、计算结果,样品制备：应按相应的产品标准要求进行； 一般要求： 尺寸：应该完全覆盖加热单元的表面(常用：300300 mm）； 厚度：应符合产品标准及仪器测试厚度范围； 平整度、平行度：如试件表面不平，应采取适当方法加工平 整，整个表面的不平行度应小于0.5m