建筑保温隔热材料导热系数检测中影响结果的若干问题

张丹

摘 要：根据国家建筑节能验收规范要求，需要对墙体屋面等保温隔热材料的导热系数进行复验，文章介绍了保温隔热材料和检测中需注意的若干问题。

关键词：建筑保温隔热材料；导热系数检测；影响；结果；问题

中图分类号：TKl24 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0177-02

建筑节能的意义是提高建筑热工性能减少对能源的利用，主要包括了夏季隔热、冬季保温以及过度季节的除湿和自然通透等因素。表现为热量通过外围护结构向室内外传递的过程，围护结构的保温隔热性能直接影响建筑节能的效果，墙体作为建筑与外界分隔的重要组成部分，其使用的节能材料导热性能是节能验收中严格控制的指标。

1 常用的建筑保温隔热材料

1.1 蒸压加气混凝土砌块

蒸压加气混凝土砌块应用于墙体自保温系统中，墙体自保温系统是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料及配套的专用砂浆使墙体热工性能等物理性能指标符合标准的建筑墙体保温隔热系统。这种材料是应用最广泛的建筑主体材料之一，根据节能验收规范的强制性要求，其导热系数必须符合节能设计要求。当前工程中使用的蒸压加气混凝土砌块尺寸与我们进行导热系数试验的标准样品通常相差较大，厂家需切割成标准试样试验。

1.2 保温砂浆

保温砂浆应用于外墙内保温和外墙外保温系统，也可用于隔墙和分户墙的保温隔热。墙体的保温层可以通过使用抹面或者砌筑保温砂浆增加外围护结构的热阻值，改善墙体的热工性能。按照主要成分，保温砂浆主要分为硅酸盐保温砂浆，有机硅保温砂浆和聚苯颗粒保温砂浆。在进行导热系数检测时，需要按照其配比制作标准型试样。在成型过程中，表面刮平后覆盖聚乙烯膜后放入养护室养护28 d后进行试验。

1.3 泡沫混凝土（保温板）

泡沫混凝土用于屋面泡沫混凝土保温层现浇、泡沫混凝土面块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基等。泡沫混凝土保温板有时可以替代苯板等有机材料在外墙外保温系统中使用。

1.4 聚苯板

聚苯板又分为模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）两种，应用于建筑中的外墙外保温系统和屋面保温系统。

1.5 岩 棉

岩棉板以玄武岩为材料，经过高温融熔加工成的人工无机纤维，具有质量轻、导热系数小、吸热、不燃的特点。其主要应用于外墙外保温系统和屋面保温系统，岩棉制品以其优异的防火保温特性是国际上公认的"第五常规能源"中的主要节能材料。

1.6 玻璃棉

玻璃棉保温材料属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维，具有良好的绝热吸声功能。用玻璃棉保温材料制成的玻璃棉板、玻璃棉毡、玻璃棉管已大量用于建筑各等领域的保温隔热、吸声降噪，效果十分显著。在建筑中其应用于外墙外保温系统和屋面保温系统。

2 导热系数检测中需要注意的若干问题

导热系数λ是描述在稳定传热状态下，1 m厚的材料两表面温差为1 ℃时，在1 h内通过1 m2的围护结构表面的热量，其单位为W/m·K，它反映了材料的导热能力，导热系数越小，导热能力越好，保温性能越好。

2.1 国家规定的标准检测方法和适用范围

GB/T10294-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》；GB/T10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》；以上方法只适用于测定均质干燥试件，试件热阻应大于0.1 m2k/W。

2.2 原理及装置

2.2.1 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相对恒定热流。通过测定稳定状态下流过计量单元的一维恒定热流Q、计量单元面积A及试件冷、热表面的温度差ΔT，可以计算出厚度为d的试件热阻R或者导热系数λ。

为保证中心计量单元建立一维热流和准确测量热流密度，加热单元应分为在中心的计量单元和由隔缝分开的环绕计量单元的防护单元。需要有足够的边缘绝热和（或）外防护套，特别是远高于或低于室温下运行的装置，必须设置外防护套。

2.2.2 装置（防护热板法）

根据原理可建造两种型式的防护热板装置，如图1所示。

双试件式（和一个中间加热单元）：两个几乎相同的试件中夹一个加热单元，试件外侧各设一个冷却单元。热流由加热单元分别经两侧试件传给两侧的冷却单元。

单试件式：该装置加热单元的一侧用绝热材料和背防护单元代替冷却单元。绝热材料的两表面应控制温差为零，即无热流通过。

2.3 导热系数影响因素

①检测环境温度与测试平均温度。在导热系数测定中测试平均温度接近室温时，测量传热性质的准确度较高。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，介意温差最少为10 ～20 K。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。所以在确定导热系数测定使用平均温度后，需要对检测的环境温度进行控制，使得环境温度与测试平均温度相同，减少检测过程中对边缘热传递对导热系数测定的干扰。

②检测环境湿度与试样的状态调节。试样的状态调节：测定试样质量后，需把试件放在干燥器或通风的烘箱里，以对材料适宜的温度将试件调节到恒定质量。当测量传热性质所需的时间比试件从实验室空气中吸收显著的湿气所需的时间短（如混凝土试件），建议在干燥结束时，很快将试件放入装置中避免吸收湿气。反之（例如测量低密度的纤维材料或泡沫塑料试件），建议把试件留在标准的实验室空气（296±1 K，50%±10% RH）持续调节到试样质量衡定。

检测环境湿度：根据标准使环境湿度达到50%±10% RH，减少因空气湿度对检测过程中保温材料因湿气导致的结果误差，由于水的导热系数远远大于静态空气的导热系数，因此，当环境湿度过大导致某些试样材料受潮，所测出的导热系数将远大于实际导热系数，所以检测环境湿度的调节也直接影响导热系数的测定。

③试件制备和尺寸的选择。在防护热板法测量导热系数时，选用的两块试件应尽可能一样，厚度之差小于2%。试件表面应光滑平整，其尺寸应该完全覆盖加热单元表面。并且加热单元工作面的平整度应优于0.025%。刚性试件的表面制备应与面板一样平整，整个表面的不平行度应在试件厚度的±2%以内。试件的厚度应是实际使用厚度或大于能给出被测材料热性质的最小厚度。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20～37.5 mm。试件的边长标准尺寸为30 cm，边长小于30 cm的试件无法代表整个材料的性质。

④试样厚度测定和试样装卡。试样厚度测定：由于热膨胀或板的压力，试件的厚度可能变化。建议尽可能在装置里、在实际测定温度和压力下测量试件厚度。有效厚度由试件在装置内和不在装置内时（冷板用相同的力相对加紧）测定距离的差值的平均值确定。

试样装卡：在测试的冷热板之间施加可重新恒定夹紧力的装置，以改善试件与板的热接触或在装置的板之间保持准确的间距。就大多数绝热材料而言，施加的压力一般不大于2.5 kPa。测定可伸缩试件时，冷板的角落与防护单元的角落之间需要垫入小截面的低导热系数的支柱以限制试件的压缩，所垫支柱厚度为所测材料正常状态下厚度的95%，同时限制试样的压缩不超过正常使用状态下的90%，亦可用其他控制冷板与热板距离的方法。

⑤过渡时间和测量间隔。由于本方法建立在稳态状态下，为了得到热性质的准确值，让装置和试件有充分的热平衡时间很重要。连续四组读书给出的热阻值差别不得超过±1%，并且不是单调的朝一个方向改变。在不可能较准确的估计过渡时间或者没有在同一装置里，在同一测定条件下测定类似试件的经验时，按照稳定状态开始的定义，读取数据至少持续24 h。

⑥电功率的输入。推荐自动稳压的输入功率。输入功率的随机波动、变化，引起热板表面温度波动或变化应小于热板和冷板温差的0.3%。调节并维护防护部分的输入功率，以满足热性质温差不大于±0.5%的计量单元和防护单元之间的温度不平衡程度。调节并维持合适的输入功率，才能保持测试系统的准确性。

⑦标准物质参比板对设备的标定。因为导热系数仪的标定中，只能校准冷、热板温度和计量装置，无法反应试验设备整体系统的测试水平，存在一定的系统误差，为了保证测试结构的准确性和重复性，应至少对国家认可的试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，专门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为：

λt=2.2184×10-3+1.1869×10-4×t

其中，t—试件平均温度K；λt—导热系数W/m·k。

通过多次试验，实测参比板导热系数的值与参比板导热系数标准值的相对比，对导热系数仪中设备修正系数进行修正。防护热板装置经过标准样品各项校核、成功比对后，在测定导热系数时，也能保证结果的准确性。

3 结 语

在建筑节能验收规范中，导热系数是控制节能材料质量的重要指标。导热系数的准确与否有重要的意义。但在检测过程中，我们还要结合材料的性能，掌握检测方法的特点和适用范围，在具体操作试验中对各种产生误差的过程加以控制，这样才能保证检测数据具有准确性和代表性。

参考文献：

[1] GB/T10294-2008，绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法

[S].

[2] GSBQ30002-1997，绝热材料导热系数参比板[S].