建筑保溫隔熱材料導熱系數檢測中影響結果的若干問題

張丹

摘 要：根據國家建筑節能驗收規范要求，需要對墻體屋面等保溫隔熱材料的導熱系數進行復驗，文章介紹了保溫隔熱材料和檢測中需注意的若干問題。

關鍵詞：建筑保溫隔熱材料；導熱系數檢測；影響；結果；問題

中圖分類號：TKl24 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0177-02

建筑節能的意義是提高建筑熱工性能減少對能源的利用，主要包括了夏季隔熱、冬季保溫以及過度季節的除濕和自然通透等因素。表現為熱量通過外圍護結構向室內外傳遞的過程，圍護結構的保溫隔熱性能直接影響建筑節能的效果，墻體作為建筑與外界分隔的重要組成部分，其使用的節能材料導熱性能是節能驗收中嚴格控制的指標。

1 常用的建筑保溫隔熱材料

1.1 蒸壓加氣混凝土砌塊

蒸壓加氣混凝土砌塊應用于墻體自保溫系統中，墻體自保溫系統是指按照一定的建筑構造，采用節能型墻體材料及配套的專用砂漿使墻體熱工性能等物理性能指標符合標準的建筑墻體保溫隔熱系統。這種材料是應用最廣泛的建筑主體材料之一，根據節能驗收規范的強制性要求，其導熱系數必須符合節能設計要求。當前工程中使用的蒸壓加氣混凝土砌塊尺寸與我們進行導熱系數試驗的標準樣品通常相差較大，廠家需切割成標準試樣試驗。

1.2 保溫砂漿

保溫砂漿應用于外墻內保溫和外墻外保溫系統，也可用于隔墻和分戶墻的保溫隔熱。墻體的保溫層可以通過使用抹面或者砌筑保溫砂漿增加外圍護結構的熱阻值，改善墻體的熱工性能。按照主要成分，保溫砂漿主要分為硅酸鹽保溫砂漿，有機硅保溫砂漿和聚苯顆粒保溫砂漿。在進行導熱系數檢測時，需要按照其配比制作標準型試樣。在成型過程中，表面刮平后覆蓋聚乙烯膜后放入養護室養護28 d后進行試驗。

1.3 泡沫混凝土（保溫板）

泡沫混凝土用于屋面泡沫混凝土保溫層現澆、泡沫混凝土面塊、泡沫混凝土輕質墻板、泡沫混凝土補償地基等。泡沫混凝土保溫板有時可以替代苯板等有機材料在外墻外保溫系統中使用。

1.4 聚苯板

聚苯板又分為模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）和擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）兩種，應用于建筑中的外墻外保溫系統和屋面保溫系統。

1.5 巖 棉

巖棉板以玄武巖為材料，經過高溫融熔加工成的人工無機纖維，具有質量輕、導熱系數小、吸熱、不燃的特點。其主要應用于外墻外保溫系統和屋面保溫系統，巖棉制品以其優異的防火保溫特性是國際上公認的"第五常規能源"中的主要節能材料。

1.6 玻璃棉

玻璃棉保溫材料屬于玻璃纖維中的一個類別，是一種人造無機纖維，具有良好的絕熱吸聲功能。用玻璃棉保溫材料制成的玻璃棉板、玻璃棉氈、玻璃棉管已大量用于建筑各等領域的保溫隔熱、吸聲降噪，效果十分顯著。在建筑中其應用于外墻外保溫系統和屋面保溫系統。

2 導熱系數檢測中需要注意的若干問題

導熱系數λ是描述在穩定傳熱狀態下，1 m厚的材料兩表面溫差為1 ℃時，在1 h內通過1 m2的圍護結構表面的熱量，其單位為W/m·K，它反映了材料的導熱能力，導熱系數越小，導熱能力越好，保溫性能越好。

2.1 國家規定的標準檢測方法和適用范圍

GB/T10294-2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 防護熱板法》；GB/T10295-2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 熱流計法》；以上方法只適用于測定均質干燥試件，試件熱阻應大于0.1 m2k/W。

2.2 原理及裝置

2.2.1 原 理

在穩態條件下，在只有平行表面的均勻板狀試件內，建立類似于以兩個平行的溫度均勻的平面為界的無限大平板中的一維相對恒定熱流。通過測定穩定狀態下流過計量單元的一維恒定熱流Q、計量單元面積A及試件冷、熱表面的溫度差ΔT，可以計算出厚度為d的試件熱阻R或者導熱系數λ。

為保證中心計量單元建立一維熱流和準確測量熱流密度，加熱單元應分為在中心的計量單元和由隔縫分開的環繞計量單元的防護單元。需要有足夠的邊緣絕熱和（或）外防護套，特別是遠高于或低于室溫下運行的裝置，必須設置外防護套。

2.2.2 裝置（防護熱板法）

根據原理可建造兩種型式的防護熱板裝置，如圖1所示。

雙試件式（和一個中間加熱單元）：兩個幾乎相同的試件中夾一個加熱單元，試件外側各設一個冷卻單元。熱流由加熱單元分別經兩側試件傳給兩側的冷卻單元。

單試件式：該裝置加熱單元的一側用絕熱材料和背防護單元代替冷卻單元。絕熱材料的兩表面應控制溫差為零，即無熱流通過。

2.3 導熱系數影響因素

①檢測環境溫度與測試平均溫度。在導熱系數測定中測試平均溫度接近室溫時，測量傳熱性質的準確度較高。在給定的平均溫度下，以不同的溫差測量導熱系數其結果應與溫差無關。在實際測量中，由于熱阻或熱導率經常是試件兩側的函數，所有傳熱過程的程度與兩側的溫差有關，使用典型的溫度差在一定溫差范圍內測定是合理的。為使溫差的測量誤差最小，介意溫差最少為10 ～20 K。常用建筑節能保溫材料導熱系數的技術指標所給出的平均溫度為接近室溫的溫度。所以在確定導熱系數測定使用平均溫度后，需要對檢測的環境溫度進行控制，使得環境溫度與測試平均溫度相同，減少檢測過程中對邊緣熱傳遞對導熱系數測定的干擾。

②檢測環境濕度與試樣的狀態調節。試樣的狀態調節：測定試樣質量后，需把試件放在干燥器或通風的烘箱里，以對材料適宜的溫度將試件調節到恒定質量。當測量傳熱性質所需的時間比試件從實驗室空氣中吸收顯著的濕氣所需的時間短（如混凝土試件），建議在干燥結束時，很快將試件放入裝置中避免吸收濕氣。反之（例如測量低密度的纖維材料或泡沫塑料試件），建議把試件留在標準的實驗室空氣（296±1 K，50%±10% RH）持續調節到試樣質量衡定。

檢測環境濕度：根據標準使環境濕度達到50%±10% RH，減少因空氣濕度對檢測過程中保溫材料因濕氣導致的結果誤差，由于水的導熱系數遠遠大于靜態空氣的導熱系數，因此，當環境濕度過大導致某些試樣材料受潮，所測出的導熱系數將遠大于實際導熱系數，所以檢測環境濕度的調節也直接影響導熱系數的測定。

③試件制備和尺寸的選擇。在防護熱板法測量導熱系數時，選用的兩塊試件應盡可能一樣，厚度之差小于2%。試件表面應光滑平整，其尺寸應該完全覆蓋加熱單元表面。并且加熱單元工作面的平整度應優于0.025%。剛性試件的表面制備應與面板一樣平整，整個表面的不平行度應在試件厚度的±2%以內。試件的厚度應是實際使用厚度或大于能給出被測材料熱性質的最小厚度。試件的最小厚度受接觸熱阻的限制，厚度過小將導致試件與熱板、冷板的熱阻分布不均。試件的最大厚度受平板導熱儀的限制，經評估試件厚度合適的范圍為20～37.5 mm。試件的邊長標準尺寸為30 cm，邊長小于30 cm的試件無法代表整個材料的性質。

④試樣厚度測定和試樣裝卡。試樣厚度測定：由于熱膨脹或板的壓力，試件的厚度可能變化。建議盡可能在裝置里、在實際測定溫度和壓力下測量試件厚度。有效厚度由試件在裝置內和不在裝置內時（冷板用相同的力相對加緊）測定距離的差值的平均值確定。

試樣裝卡：在測試的冷熱板之間施加可重新恒定夾緊力的裝置，以改善試件與板的熱接觸或在裝置的板之間保持準確的間距。就大多數絕熱材料而言，施加的壓力一般不大于2.5 kPa。測定可伸縮試件時，冷板的角落與防護單元的角落之間需要墊入小截面的低導熱系數的支柱以限制試件的壓縮，所墊支柱厚度為所測材料正常狀態下厚度的95%，同時限制試樣的壓縮不超過正常使用狀態下的90%，亦可用其他控制冷板與熱板距離的方法。

⑤過渡時間和測量間隔。由于本方法建立在穩態狀態下，為了得到熱性質的準確值，讓裝置和試件有充分的熱平衡時間很重要。連續四組讀書給出的熱阻值差別不得超過±1%，并且不是單調的朝一個方向改變。在不可能較準確的估計過渡時間或者沒有在同一裝置里，在同一測定條件下測定類似試件的經驗時，按照穩定狀態開始的定義，讀取數據至少持續24 h。

⑥電功率的輸入。推薦自動穩壓的輸入功率。輸入功率的隨機波動、變化，引起熱板表面溫度波動或變化應小于熱板和冷板溫差的0.3%。調節并維護防護部分的輸入功率，以滿足熱性質溫差不大于±0.5%的計量單元和防護單元之間的溫度不平衡程度。調節并維持合適的輸入功率，才能保持測試系統的準確性。

⑦標準物質參比板對設備的標定。因為導熱系數儀的標定中，只能校準冷、熱板溫度和計量裝置，無法反應試驗設備整體系統的測試水平，存在一定的系統誤差，為了保證測試結構的準確性和重復性，應至少對國家認可的試驗室標定過熱性質穩定的材料進行測定。絕熱材料導熱系數參比板是國家發行的標準樣品，專門用于標定防護熱板裝置，該樣品材料為特種工藝中堿玻璃，導熱系數與溫度的方程式為：

λt=2.2184×10-3+1.1869×10-4×t

其中，t—試件平均溫度K；λt—導熱系數W/m·k。

通過多次試驗，實測參比板導熱系數的值與參比板導熱系數標準值的相對比，對導熱系數儀中設備修正系數進行修正。防護熱板裝置經過標準樣品各項校核、成功比對后，在測定導熱系數時，也能保證結果的準確性。

3 結 語

在建筑節能驗收規范中，導熱系數是控制節能材料質量的重要指標。導熱系數的準確與否有重要的意義。但在檢測過程中，我們還要結合材料的性能，掌握檢測方法的特點和適用范圍，在具體操作試驗中對各種產生誤差的過程加以控制，這樣才能保證檢測數據具有準確性和代表性。

參考文獻：

[1] GB/T10294-2008，絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法

[S].

[2] GSBQ30002-1997，絕熱材料導熱系數參比板[S].