1、保温隔热材料导热系数检测方法保温隔热材料导热系数检测方法陈陈 文文 山东省建筑科学研究院山东省建筑科学研究院2019.042019.041.1.概概 述述 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、
2、施工水分等各方面的影响，都会导致材料的保温性能下降。1.1.概概 述述 所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。2.2.定定 义义 导热系数：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
3、，在1h内，通过 1m2面积传递的热量。 公公 式：式： ；单；单 位：位：W/(mK)。 表表 征：征：物质导热能力的大小（与材料的厚度、 温差无关） 注注 意：意：* * 稳态条件下；稳态条件下； * * 材料应为单一均质的干燥材料。材料应为单一均质的干燥材料。TAQd3.3.影响因素影响因素 导热系数因物质种类不同而异，还与其温度、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。湿度、压力等因素有关。 1 1）温度：）温度：大多数材料，在一定温度范围内，导热大多数材料，在一定温度范围内，导热 系数可认为是温度的线性函数系数可认为是温度的线性函数； ：参考温度时的导热系数参
4、考温度时的导热系数； ：实验室确定的常数实验室确定的常数； ：试件的平均温度试件的平均温度。 )1 (0bt0bt3.3.影响因素影响因素 金属材料，金属材料，b b0 0， 随随 升高而减小；升高而减小； 非金属材料，非金属材料，b b0 0， 随随 升高而增大。升高而增大。 2 2）湿度：）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/(mK)。 tt4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 EPS 、XPS、橡塑海绵、加气混凝土、EVA发泡塑料4.4.保
5、温材料及其特点保温材料及其特点 玻璃棉板岩棉管、玻璃棉管4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 聚氨酯板聚氨酯板、管4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 玻化微珠胶粉聚苯颗粒4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 1 1）定义）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保温材料。 2 2）结构特点）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4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点3 3）与均质材料的区别：）与均质材料的区
6、别：由于孔隙的存在，严格说保温材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。4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 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”。4.4.保温材料及其特
7、点保温材料及其特点4 4）导热系数影响因素）导热系数影响因素：材料密度和性质、平均温度、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。）4.4.保温材料及其特点保温材料及其特点 d 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
8、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状态调节。5.5.相关产品标准相关产品标准1 1）EPSEPS板：板：GB/T 10801.1-2019GB/T 10801.1-2019绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料分分 类类 导热系数导热系数W/(mK)0.0410.0410.0390.039 试样厚度试样厚度（mm）25251 (1 (mm) )平均温度平均温度（）25252 ()2 () 状态调节状态调节23/5023/50二级环境二级环境下调节下调节16h16h温温 差差（）15-20 ()15-20 (
9、) 依据标准依据标准GB/T 10294-2019(GB/T 10294-2019(仲裁仲裁) )GB/T 10295-2019GB/T 10295-20195.5.相关产品标准相关产品标准2) XPS2) XPS板：板：GB/T 10801.2-2019GB/T 10801.2-2019绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料分分 类类带表皮带表皮不带表皮不带表皮X150X300X400X500W200W300导热系数导热系数W/(mW/(mK)K)平均温度平均温度10100.028 0.028 0.0270.0270.0330.0330.0300.030平均温度平均温度2525
10、0.0300.0300.0290.0290.0350.0350.0320.03225mm热阻热阻(m(m2 2K)/WK)/W平均温度平均温度10100.890.890.930.930.760.760.830.83平均温度平均温度25250.830.830.860.860.710.710.780.78平均温度平均温度（）10102 2 25252 2 温温 差差（）15-25 15-25 依据标准依据标准GB/T 10294-2019(GB/T 10294-2019(仲裁仲裁) )GB/T 10295-2019GB/T 10295-2019状态调节状态调节23/5023/50二级环境二级环境5
11、.5.相关产品标准相关产品标准3) 3) 柔性泡沫橡塑绝热制品：柔性泡沫橡塑绝热制品：GB/T 17794-2019GB/T 17794-2019柔性泡沫橡塑绝热制品柔性泡沫橡塑绝热制品分分 类类类类 板（管）板（管）类类 板（管）板（管）导热系数导热系数W/(mW/(mK)K)平均温度平均温度-20-200.0340.034平均温度平均温度 000.0360.036平均温度平均温度 40400.0410.041依据标准依据标准GB/T 10294-2019(GB/T 10294-2019(仲裁仲裁) )GB/T 10295-2019GB/T 10295-2019GB/T 10296-2019
12、GB/T 10296-2019状态调节状态调节按按GB/T 2918GB/T 2918进行进行备注备注当管由于形状不适宜进行试验或制备时，应以同一配方、同当管由于形状不适宜进行试验或制备时，应以同一配方、同一工艺、同期生产的板代替；一工艺、同期生产的板代替；5.5.相关产品标准相关产品标准4)4)聚氨酯：聚氨酯：JC/998-2019JC/998-2019喷涂聚氨酯硬质泡体保温材料喷涂聚氨酯硬质泡体保温材料分分 类类类类 (墙面墙面)类类 (屋面屋面) 导热系数导热系数W/(mW/(mK)K)0.024平均温度平均温度 ()232 试样厚度试样厚度(mm)25依据标准依据标准GB/T 1029
13、4-2019状态调节状态调节23/50二级环境二级环境调节调节72h5.5.相关产品标准相关产品标准5)5)玻璃棉、岩棉和矿渣棉：玻璃棉、岩棉和矿渣棉： GB/T 13350-2019GB/T 13350-2019绝热用玻璃棉及其制品绝热用玻璃棉及其制品 GB/T 11835-2019 GB/T 11835-2019绝热用岩棉、矿渣及其制品绝热用岩棉、矿渣及其制品 a a）按其形状，均分类：棉、板、带、毯、毡、管壳；）按其形状，均分类：棉、板、带、毯、毡、管壳；b b）导热系数平均温度：）导热系数平均温度： 玻璃棉（玻璃棉（ ） 岩棉、矿渣棉（岩棉、矿渣棉（ ）c c）依据标准：）依据标准：
14、GB/T 10294-2019GB/T 10294-2019 （仲裁）（仲裁） GB/T 10295-2019GB/T 10295-2019 GB/T 10296-2019GB/T 10296-2019527050706.6.仪器设备仪器设备1 1）量具：）量具：应符合GB/T 6342-2019泡沫塑料和橡胶线 性尺寸的测量的规定：测试部位测试部位尺寸范围尺寸范围精度要求精度要求量量 具具 读数中值精确度读数中值精确度长、宽100 mm0.5 mm直尺、游标卡尺1 mm厚 度10100 mm0.1 mm游标卡尺0.2 mm6.6.仪器设备仪器设备2 2）导热系数仪：）导热系数仪： 检测检测方
15、法方法稳稳态态法法非非稳稳态态法法准稳态法热线法热带法常常功功率率热热源源法法防护热板法热流计圆管法护热平板法（一维稳态原理）（一维稳态原理）（不稳定态原理）（不稳定态原理）（GB/T 10294） （10295）（10296）（3399）6.6.仪器设备仪器设备1 1）防护热板法）防护热板法( (双试件式、单试件式双试件式、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
16、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；dA1T2TQK)(21TTAQdK原理公式： 控制界面控制界面试件自动夹紧试件自动夹紧 a a）双试件式）双试件式 防护热板式导热系数仪防护热板式导热系数仪 夹紧装置夹紧装置 a a）双试件式）双试件式 低温导热系数仪低温导热系数仪 a a）双试件式）双试件式 （低温导热系数仪）（低温导热系数仪） 低温恒温装置低温恒温装置测厚装置测厚装置 a a）双试件式）双试件式 （低温导热系数仪）（低温导热系数仪）低温导热系数仪的技术指标：低温导热系数仪的技术指标：1.1.导热系数测量：导热系数测量： 测量范围：测量范围：0.
17、0052.20 W/(m0.0052.20 W/(mK)K) 测量重复性：优于测量重复性：优于1.5%1.5%； 测量的精度：优于测量的精度：优于2.5% 2.5% 。2.2.仪器温度范围：仪器温度范围： 冷板温度：冷板温度：-30-30至至9090，热板温度：，热板温度：-20-20至至9090 平均温度范围：平均温度范围：-20-20至至8080。3.3.试件规格要求：试件规格要求： 尺寸：尺寸：300300300300（mmmm）；）； 厚度：最大可达厚度：最大可达45mm 45mm 。 7 7、仪器设备、仪器设备该仪器设备该仪器设备: :1.1.测试平均温度范围宽，对常用保温材料导热系
18、数测测试平均温度范围宽，对常用保温材料导热系数测试试 温度要求均可满足；温度要求均可满足；2.2.实现了在测试条件下，对试件厚度的直接测量；实现了在测试条件下，对试件厚度的直接测量；3.3.仪器配置了夹持力控制与显示模块，对其夹持力可仪器配置了夹持力控制与显示模块，对其夹持力可进进 行监控和调节行监控和调节；4.4.能实现对粉状样品导热系数的测试。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防护热板式导热系数仪 a a）双试件式）双试件式 a a）双试件式防护热板法：）双试件式防护热板法：加热单元加热单元 双试件式原理图双试件式原理图冷却单元冷却单元 被测试件被测试件 防护外套防护外
19、套 加热单元加热单元 双试件式原理图双试件式原理图冷却单元冷却单元 被测试件被测试件 防护外套防护外套 计量单元计量单元 防护单元防护单元 加热单元部分加热单元部分 隔缝隔缝 a a）双试件式防护热板法：）双试件式防护热板法：加热单元加热单元 双试件式原理图双试件式原理图冷却单元冷却单元 被测试件被测试件 防护外套防护外套 计量单元计量单元 防护单元防护单元 测温仪表测温仪表冷、热单元表面测温热电偶冷、热单元表面测温热电偶 平衡温差热电偶平衡温差热电偶隔缝隔缝 a a）双试件式防护热板法：）双试件式防护热板法： b b）单试件式防护热板法：）单试件式防护热板法：单试件式原理图单试件式原理图 b
20、 b）单试件式防护热板法：）单试件式防护热板法：较双试件式：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。 背防护背防护 单试件式原理图单试件式原理图 b b）单试件式防护热板法：）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：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
21、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 c）防护热板法仪器测量误差：）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 c）防护热板法仪器测量误差：）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。是否能保持一维热流的原理误差是否能保持一维热流的原理误差: : 当设备
22、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 c）防护热板法仪器测量误差：）防护热板法仪器测量误差：6.6.仪器设备仪器设备2 2）热流计式导热系数仪：）热流计式导热系数仪： 单试件双传感器式热流计式导热仪6.6.仪器设备仪器设备2 2）热流计式导热系数仪：）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： 6.6.仪器设备仪器设备2 2）热流计式导热系数仪：）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
23、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/(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； )(21TTfedfd1T2Te6.6.仪器设备仪器设备2 2）热流计式导热系数仪：）热流计式导热系数仪：注：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
24、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。 fe22211efef6.6.仪器设备仪器设备3)3) 其它设备：其它设备： * * 样品制备过程中的切割工具；样品制备过程中的切割工具； 热熔切割工作台热熔切割工作台6.6.仪器设备仪器设备3)3) 其它设备：其它设备： * * 对硬质材料试件表面平整度研磨的工具；对硬质材料试件表面平整度研磨的工具； 砂轮、砂纸砂轮、砂纸6.6.仪器设备仪器设备3)3) 其它设备：其它设备： * * 对样品进行状态调节的设备；对样品进行状态调节的设备； 恒温恒湿养护箱恒温恒湿养护箱6.6.仪器设备仪器设备3)3) 其它设备
25、：其它设备： 标准参比板标准参比板6.6.仪器设备仪器设备3)3) 其它设备：其它设备： 标准板使用应注意的事项：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。6.6.仪器设备仪器设备 标
26、准参比板标准参比板7.7.检测过程检测过程 检测操作流程图检测操作流程图 样品制备样品制备 样品状态调节样品状态调节 质量称量质量称量 设置仪器参数设置仪器参数 厚度测量厚度测量 试件安装试件安装 测试开始测试开始 达到平衡达到平衡 数据采集、计算结果数据采集、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0.5mm。 试件数量：由仪器形式确定。应注意：当采用双试件时，厚 度差别应小于2%； 其它应注意的问题： * 陈化时间要求； * 是否去除表皮； * 应在试样的中部切取样品； * 各向异性的材料的取样方向的选择； 7.7.检测过程检测过程
