建筑用絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試及其應(yīng)用

劉 瑞 瑞

(山西省建筑節(jié)能監(jiān)管中心，山西 太原　030013)

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建筑用絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試及其應(yīng)用

劉 瑞 瑞

(山西省建筑節(jié)能監(jiān)管中心，山西 太原030013)

介紹了建筑用絕熱材料的含義，從材料生產(chǎn)、節(jié)能設(shè)計、工程施工、試驗檢測、管理等階段，分析了建筑用絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)在測試與應(yīng)用中需改進的一些問題，以真正實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)，建筑節(jié)能，熱工性能

1　問題的提出

建設(shè)行業(yè)實施節(jié)能減排的重大舉措就是抓建筑節(jié)能。我國現(xiàn)行的民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)多為65%標(biāo)準(zhǔn)，北京、山東等地為75%標(biāo)準(zhǔn)。河北省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《被動式超低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》已于2015年5月1日實施，住建部在同年年底也發(fā)布了《被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則(試行)居住建筑》，與此對應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在起草過程中。可見，節(jié)能目標(biāo)已向更高發(fā)展，近零能耗、超低能耗的建筑已經(jīng)示范完成并取得了經(jīng)驗。分析發(fā)現(xiàn)，圍護結(jié)構(gòu)的熱工性能是達(dá)到上述節(jié)能目標(biāo)的主要技術(shù)保證措施，絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)則是貫穿建筑節(jié)能全過程的關(guān)鍵參數(shù)，非常重要。本文就建筑絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試及其在建筑節(jié)能工程各環(huán)節(jié)中的作用進行分析探討，提出一些建議，供參考。

2　絕熱材料及導(dǎo)熱系數(shù)

建筑用絕熱材料是指能阻滯熱流傳遞的材料，在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)主要用在圍護結(jié)構(gòu)保溫，習(xí)慣稱之為建筑保溫材料，根據(jù)其重要性，業(yè)內(nèi)給予重要關(guān)注的是墻體保溫材料，本文以下稱其為保溫材料。

導(dǎo)熱系數(shù)是指穩(wěn)定傳熱條件下，1 m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度(K，℃)，在1 s內(nèi)，通過1 m2面積傳遞的熱量，常用“λ”表示，單位是W/(m·K)。

現(xiàn)行的用于保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)測試的方法標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T 10294—2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法和GB/T 10295—2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定熱流計法，仲裁檢驗要求使用防護熱板法。

3　導(dǎo)熱系數(shù)的測試及應(yīng)用

3.1保溫材料生產(chǎn)階段

保溫材料的生產(chǎn)過程中，導(dǎo)熱系數(shù)是必須檢驗的控制參數(shù)，影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素較多，溫度、濕度、表觀密度(容重)、孔隙率、熱流方向、填充氣體、材料的結(jié)構(gòu)等。

生產(chǎn)時，對原材料選擇、生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化和產(chǎn)品定型鑒定等，導(dǎo)熱系數(shù)是主要的技術(shù)評價指標(biāo)。前些年，導(dǎo)熱系數(shù)測試儀器的生產(chǎn)廠家少、價格貴，企業(yè)沒有能力購買，常用表觀密度作為產(chǎn)品質(zhì)量控制的主要依據(jù)，現(xiàn)在按照傳統(tǒng)的表觀密度控制法已經(jīng)不能夠滿足新材料新產(chǎn)品的生產(chǎn)需要了。現(xiàn)行的保溫材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，基本上都將導(dǎo)熱系數(shù)列為了出廠檢驗項目，因此，企業(yè)應(yīng)購置導(dǎo)熱系數(shù)測定儀器，逐批地對產(chǎn)品進行測試，并提供完整有效的出廠檢驗報告。同時建立產(chǎn)品導(dǎo)熱系數(shù)長期檢測檔案，用數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計方法，分析產(chǎn)品的可靠性水平，向用戶科學(xué)地給出產(chǎn)品的標(biāo)稱導(dǎo)熱系數(shù)。然而現(xiàn)實情況是企業(yè)的技術(shù)能力不足以提出上述要求的客觀標(biāo)稱值，不僅如此，為與其他企業(yè)或新技術(shù)新產(chǎn)品在市場競爭中勝出，所提出的導(dǎo)熱系數(shù)則是數(shù)次檢測中的最小值，甚至是虛假值。

3.2建筑節(jié)能設(shè)計階段

建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計，控制的依據(jù)是各級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出的該地區(qū)的傳熱系數(shù)限值。通常采用的是指標(biāo)法和平衡計算法，不管選擇哪種方法，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和其修正系數(shù)是進行熱工計算的基本依據(jù)，由計算得出的所需絕熱材料的厚度，決定了節(jié)能建筑是否能夠達(dá)效。

設(shè)計階段出現(xiàn)的問題是，設(shè)計人員對材料不是很了解，一些設(shè)計單位對建筑節(jié)能材料的選擇不重視，市場的原因，經(jīng)常受建設(shè)單位制約，被迫選擇建設(shè)單位推薦的產(chǎn)品，即使選擇技術(shù)成熟的產(chǎn)品和做法，也存在國標(biāo)、行標(biāo)、地標(biāo)、協(xié)會標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計不一致的問題，據(jù)了解少數(shù)的甲級設(shè)計院關(guān)注到了上述問題，并在本院的技術(shù)文件和技術(shù)管理審定批準(zhǔn)流程上做了統(tǒng)一規(guī)定，但僅僅是小范圍的。此階段對結(jié)果影響大的問題最直接的表現(xiàn)就是保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)選擇和修正系數(shù)的選擇依據(jù)不一，選擇太過隨意，例如原設(shè)計是50 mm厚的擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫做法，因保溫層不是A級材料，燃燒等級達(dá)不到消防要求的不燃要求，所以在設(shè)計變更時，對選擇的所謂改性的聚苯板A級材料的技術(shù)評估就依據(jù)不足，導(dǎo)熱系數(shù)和其修正系數(shù)的選擇明顯偏小，按此變更所實施的做法，嚴(yán)重影響了建筑節(jié)能率。有些采用指標(biāo)法設(shè)計的，甚至讓保溫材料提供方提供設(shè)計變更方案和計算書，直接認(rèn)可完事。

3.3節(jié)能工程施工實施階段

施工時，保溫材料執(zhí)行見證取樣送檢制度，《建筑節(jié)能工程施工驗收規(guī)范》要求保溫材料的進場復(fù)試項目有導(dǎo)熱系數(shù)、密度和壓縮強度。導(dǎo)熱系數(shù)成為材料是否能夠用于工程的決定性條件，是驗收的主控項目。

在此階段，存在的問題主要有：取樣送檢的時機滯后，多數(shù)邊施工邊送檢，此種做法有隱患，特別是對于一些新材料、新產(chǎn)品和新技術(shù)。取樣不具代表性，送樣過程中不注意試件為原狀，影響測試的因素條件交代不清，判定的依據(jù)模糊混亂。

還有就是施工的做法上不能夠?qū)⒎浪㈠^固等細(xì)節(jié)做好，對保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的影響超出了導(dǎo)熱系數(shù)修正系數(shù)限定的條件，致使最終工程的熱工效率不達(dá)標(biāo)。

3.4試驗檢測階段

材料導(dǎo)熱系數(shù)的檢測結(jié)果不能客觀地反映材料的真值，造成偏離的原因如下：

首先，制樣過程存在有較大的偏離，導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用防護熱板法或熱流計法，此類儀器多數(shù)要求試樣尺寸為300 mm×300 mm×30 mm，而現(xiàn)在多數(shù)情況下，保溫材料的厚度均超過了這個厚度，所以對送達(dá)檢測實驗室的樣品需要切割加工，還有就是有的標(biāo)準(zhǔn)對試驗試件沒有強調(diào)進行干燥處理，有的檢驗人員試驗時，對試件不做干燥處理，或?qū)Ω稍锏倪^程不予控制，干燥時急速升溫，烘干的溫度不恰當(dāng)?shù)龋紩斐稍嚰谥苽浜铜h(huán)境調(diào)整處理階段就產(chǎn)生較大偏離，影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。

其次，試件的表面狀態(tài)如何保證。例如GB 10801.2—2002絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)對帶皮產(chǎn)品的要求不大于0.030 W/(m·K)，不帶皮產(chǎn)品不大于0.033 W/(m·K)，現(xiàn)在各生產(chǎn)企業(yè)為了改善擠塑聚苯板(XPS)的界面狀態(tài)，提升其與聚合物水泥砂漿的粘結(jié)效果，均采取了拉毛、壓花、開槽等機械措施，在制作導(dǎo)熱系數(shù)測試試件時，有的用電阻絲將表面全部切除，有的則保留一面，產(chǎn)品的厚度不大于30 mm時，則全部保留，多單位多批次的檢驗，導(dǎo)熱系數(shù)的實測值均有大于0.030 W/(m·K)，給各方實驗檢測帶來了很大困惑，甚至有市場上XPS保溫板大量不合格的說法。

其三，基于性別氣質(zhì)進行目的地營銷組合策略的高效制定和傳播。隨著女性出游群體規(guī)模的迅速擴大，如何調(diào)整和開發(fā)適用于女性的旅游產(chǎn)品和營銷模式成為目的地營銷面臨的迫切問題。未來研究可考慮結(jié)合男性和女性旅游者在信息搜索和處理方面的不同偏好，以及認(rèn)知心理學(xué)中的框架效應(yīng)等個體的非理性行為定律，針對男性和女性目標(biāo)市場，分別借助不同營銷媒介、傳播不同營銷信息組合，實現(xiàn)精準(zhǔn)營銷。

第三，對巖棉、礦棉、玻璃棉及其他一些軟質(zhì)、半硬質(zhì)和強度差的產(chǎn)品，測試時，不能精確控制夾緊力，致使試件變形，造成測試時輸入并參與計算的試件厚度與實際不符，影響測試結(jié)果。

第四，不同導(dǎo)熱系數(shù)的產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)試件的熱阻選擇恰當(dāng)?shù)脑嚰穸龋瑢?dǎo)熱系數(shù)小時，厚度可選20 mm，導(dǎo)熱系數(shù)大時，厚度可選30 mm，冷熱面的溫差應(yīng)選擇合理，一般在15 ℃～20 ℃范圍內(nèi)。

第五，儀器的校檢及導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)板的使用也存在問題，不能將儀器調(diào)校到最佳狀態(tài)。同樣的樣品經(jīng)多家檢測單位測試結(jié)果在0.018 W/(m·K)～0.028 W/(m·K)之間，離散性很大。

3.5管理階段

建筑節(jié)能保溫材料及產(chǎn)品出新太快，企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的備案及產(chǎn)品認(rèn)證備案管理均保留了，并在規(guī)范市場秩序和引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)進步方面起到了很大作用。保溫材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的審查和產(chǎn)品的認(rèn)定，當(dāng)然應(yīng)重點確認(rèn)其導(dǎo)熱系數(shù)，該階段存在認(rèn)可少數(shù)幾次產(chǎn)品檢測報告中的較小值的情況，沒有考核產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定可靠性，導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)也不是試驗給出的。任何一項產(chǎn)品和應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)都是嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的，急功近利的做法隱患較多。例如，一些外墻外保溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)的設(shè)置和采用的檢測評價方法機械地套用原模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的評價方法就存在不妥之處。空腔、無空腔粘板，飾面層的材質(zhì)及做法等，對導(dǎo)熱系數(shù)和其修正系數(shù)的影響都是非常大的。所以，不能將技術(shù)評估過程簡單化。

現(xiàn)在實行的示范工程項目驗收，能效測評，綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)等活動，均會涉及建筑節(jié)能工程的節(jié)能效率理論測評和實測，材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試和選用都會對結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，甚至?xí)贸鼋厝幌喾吹慕Y(jié)果。

同時，保溫工程的做法在全壽命周期內(nèi)其熱工性能的保持率的變化規(guī)律，人工模擬氣候環(huán)境試驗并沒有對其導(dǎo)熱系數(shù)或熱工性能做出評估。

4　結(jié)語

2)新產(chǎn)品新技術(shù)的應(yīng)用推廣存在的問題隱患較大，急功近利的行為會造成不可挽回的損失。導(dǎo)熱系數(shù)的給出存在不科學(xué)的做法，技術(shù)產(chǎn)品的認(rèn)定，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)備案均應(yīng)在大量實驗數(shù)據(jù)的支持下方可通過，否則應(yīng)對其的工程應(yīng)用加以限制。

3)提高對絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)及其影響因素的認(rèn)知水平，優(yōu)化絕熱材料使用的環(huán)境并保證其有合適的維護保障措施。

4)加強從事此行業(yè)相關(guān)人員的知識水平，正確設(shè)計、精心施工、嚴(yán)控質(zhì)量、科學(xué)管理。

The test and application of building thermal insulation materials thermal conductivity

Liu Ruirui

(Shanxi Building Energy Conservation Supervision Center, Taiyuan 030013, China)

This paper introduced the meaning of building insulation material, from the materials production, energy saving design, construction, testing, management and other stages, analyzed some improvement problems of building thermal insulation material thermal conductivity in testing and application, in order to realize the purpose of energy saving and emission reduction.

thermal insulation material, thermal conductivity, building energy saving, thermal performance

1009-6825(2016)25-0180-02

2016-07-08

劉瑞瑞(1982- )，女，工程師

TU551

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