防護熱板法檢測建筑節(jié)能保溫材料導熱系數(shù)的應用研究

關鍵詞：建筑節(jié)能保溫材料；導熱系數(shù)；防護熱板法；參比板

建筑節(jié)能是我國節(jié)能工作中一個非常重要的方面。建筑新技術、新材料的推廣、應用對建筑節(jié)能的推動至關重要。為此，廣東省在2011年7月1號頒布《廣東省民用建筑節(jié)能條例》，以此推動建筑節(jié)能工作的進程。條例將建筑節(jié)能列為建設工程竣工驗收的一項重要內(nèi)容，表彰獎勵在建筑節(jié)能新技術、新材料和新產(chǎn)品的研發(fā)、推廣、應用。 

1、建筑節(jié)能保溫材料的應用

    在建筑工程中，用于控制室內(nèi)熱量外流的材料稱為保溫材料，防止室外熱量進入的材料稱為隔熱材料，兩種材料均利于節(jié)能，并廣泛用于墻體及屋面工程。常用的墻體及圍護結構節(jié)能保溫材料主要有蒸壓加氣混凝土砌塊、蒸壓泡沫混凝土砌塊、建筑保溫砂漿、膠粉聚苯顆粒外墻保溫系統(tǒng)等，絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps)及絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料主要用于屋面節(jié)能工程。導熱系數(shù)是節(jié)能保溫材料主要的技術指標，工程中使用的材料應符合設計要求和相關標準的規(guī)定。表1為常用建筑節(jié)能保溫材料導熱系數(shù)的技術指標。

材料

名稱 蒸壓加氣混

凝土砌塊 蒸壓泡沫混凝土砌塊 建筑保溫

砂漿 膠粉聚苯顆粒外墻保溫系統(tǒng) 絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps) 絕熱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(ⅰ類)

b07 b08 b11 b12 ⅰ ⅱ

導熱系數(shù)w/m.k ≤

0.18 ≤

0.20 ≤

0.48 ≤

0.65 ≤

0.085 ≤

0.070 ≤

0.060 ≤

0.030 ≤

0.026

平均溫度 ℃

25

25

25

25

25

25

25

25

23

2、防護熱板法裝置的原理及防護熱板法的應用

    為測定材料的導熱系數(shù)采用防護熱板法，采用的儀器設備為sk-dr300r型平板導熱儀，該設備為雙試件式，測試過程中只需測量尺寸、溫度和電功率。

1）設備原理

在穩(wěn)態(tài)條件下，在只有平行表面的均勻板狀試件內(nèi)，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均勻熱流密度。

2）測試對試件的要求

    試件厚度應是實際使用的厚度或大于能給出被測材料熱性質(zhì)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(jīng)評估試件厚度合適的范圍為20～45mm。試件的邊長標準尺寸為30cm，邊長小于30cm的試件可能不代表整個材料的性質(zhì)。由于該平板導熱儀為雙試件式，要求試件厚度和結構均勻一致、表面平整、平行度好。試件的含濕量也會影響其傳熱性質(zhì)，試件必需放置干燥器或通風的烘箱里并調(diào)節(jié)到恒定的質(zhì)量。

3）測試平均溫度及溫差對結果的影響

    采用防護熱板法，測試平均溫度接近室溫時，測量傳熱性質(zhì)的準確度較高，通常能達到±2％，根據(jù)此特性，常用建筑節(jié)能保溫材料導熱系數(shù)的技術指標所給出的平均溫度為接近室溫的溫度。在給定的平均溫度下，以不同的溫差測量導熱系數(shù)其結果應與溫差無關。在實際測量中，由于熱阻或熱導率經(jīng)常是試件兩側的函數(shù)，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(nèi)測定是合理的，為使溫差的測量誤差最小，溫差最小為10-20k。

4）電功率對測試結果的影響

    輸入功率的變化引起熱板表面溫度波動或變化，在相同的測試條件下，設備電功率越大，電流系數(shù)越大，試件所測得導熱系數(shù)越高，調(diào)節(jié)并維持合適的輸入功率，才能保持測試系統(tǒng)的準確度和重復性。

3、參比板標定及綜合性能檢查

    新的防護熱板裝置，必須進行各項校核后才能投入正常使用。由于計量部門在校準時僅局限于校準裝置冷板、熱板溫度，并不能完全反映整個系統(tǒng)測試水平，同時由于存在系統(tǒng)誤差，為了保證測試結果的準確度和重復性，至少應對曾在國家認可的實驗室標定過熱性質(zhì)穩(wěn)定的材料進行測定。絕熱材料導熱系數(shù)參比板是國家發(fā)行的標準樣品，專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(shù)與溫度的方程式：

λt＝－2.2184×10－3＋1.1869×10－4×t

 (t—試件平均溫度 k；λt—導熱系數(shù)w/m.k)

    根據(jù)防護熱板法對標準樣品進行測定，表2為參比板在兩個典型的平均溫度下導熱系數(shù)。

  平均溫度 ℃ 23 23 25 25

  測試溫差 ℃ 22 22 20 20

冷板溫度 ℃ 12 12 15 15

熱板溫度 ℃ 34 34 35 35

實測參比板導熱系數(shù)w/m.k 0.0324 0.0323 0.0335 0.0328

參比板導熱系數(shù)標準值w/m.k 0.03291 0.03291 0.03315 0.03315

與標準值相比的相對誤差％ 1.55 1.85 1.06 1.06

電流系數(shù) 6.474

表2中兩個典型的平均溫度是根據(jù)常用建筑節(jié)能保溫材料導熱系數(shù)技術指標所給出的平均溫度值，根據(jù)防護熱板裝置的特性確定冷板溫度、熱板溫度及測試溫差，通過多次對標準樣品測定，該防護熱板裝置電流系數(shù)設定為6.474時，其實測參比板導熱系數(shù)與標準值相比的相對誤差較小。防護熱板裝置經(jīng)過標準樣品各項校核、成功比對后，在測定其它保溫材料導熱系數(shù)時，也能保證測試結果的準確度。

4、結 語

    近年來，各級主管部門越來越重視建筑節(jié)能工作，建筑節(jié)能材料在建筑工程中的應用越來越廣泛，同時由于建筑節(jié)能材料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，監(jiān)督檢測部門也加大監(jiān)督檢測的力度，對節(jié)能材料產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的監(jiān)控。防護熱板法目前是測定絕熱材料導熱系數(shù)最主要的檢測方法，防護熱板裝置經(jīng)過綜合性能檢查及標定、校核后，其測試結果有效、準確。隨著建筑節(jié)能新技術、新材料和新產(chǎn)品的研發(fā)、推廣、應用，結合建筑節(jié)能檢測的實際情況，分析研究具有可操作性和普遍適用性的檢測方法，使該項檢測技術得到更好的應用和發(fā)展。

參考文獻

［1］絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定  防護熱板法  gb/t10294-2008.

［2］廣東省建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 dbj15-65-2009.

［3］絕熱材料導熱系數(shù)參比板   gsb q30002-1997.

作者簡介:王冀（1969-）男，湖南祁陽人，建材檢測工程師，現(xiàn)長期從事建筑材料的檢測及研究工作。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用pdf形式查看。