建筑保溫隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)中影響結(jié)果的若干問(wèn)題

張丹

摘 要：根據(jù)國(guó)家建筑節(jié)能驗(yàn)收規(guī)范要求，需要對(duì)墻體屋面等保溫隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，文章介紹了保溫隔熱材料和檢測(cè)中需注意的若干問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：建筑保溫隔熱材料；導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)；影響；結(jié)果；問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：TKl24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0177-02

建筑節(jié)能的意義是提高建筑熱工性能減少對(duì)能源的利用，主要包括了夏季隔熱、冬季保溫以及過(guò)度季節(jié)的除濕和自然通透等因素。表現(xiàn)為熱量通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)向室內(nèi)外傳遞的過(guò)程，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能直接影響建筑節(jié)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(jié)能材料導(dǎo)熱性能是節(jié)能驗(yàn)收中嚴(yán)格控制的指標(biāo)。

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(yīng)用于墻體自保溫系統(tǒng)中，墻體自保溫系統(tǒng)是指按照一定的建筑構(gòu)造，采用節(jié)能型墻體材料及配套的專(zhuān)用砂漿使墻體熱工性能等物理性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)的建筑墻體保溫隔熱系統(tǒng)。這種材料是應(yīng)用最廣泛的建筑主體材料之一，根據(jù)節(jié)能驗(yàn)收規(guī)范的強(qiáng)制性要求，其導(dǎo)熱系數(shù)必須符合節(jié)能設(shè)計(jì)要求。當(dāng)前工程中使用的蒸壓加氣混凝土砌塊尺寸與我們進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)樣品通常相差較大，廠(chǎng)家需切割成標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)。

1.2 保溫砂漿

保溫砂漿應(yīng)用于外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫系統(tǒng)，也可用于隔墻和分戶(hù)墻的保溫隔熱。墻體的保溫層可以通過(guò)使用抹面或者砌筑保溫砂漿增加外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jī)硅保溫砂漿和聚苯顆粒保溫砂漿。在進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)時(shí)，需要按照其配比制作標(biāo)準(zhǔn)型試樣。在成型過(guò)程中，表面刮平后覆蓋聚乙烯膜后放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

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(xiàn)澆、泡沫混凝土面塊、泡沫混凝土輕質(zhì)墻板、泡沫混凝土補(bǔ)償?shù)鼗取Ｅ菽炷帘匕逵袝r(shí)可以替代苯板等有機(jī)材料在外墻外保溫系統(tǒng)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(yīng)用于建筑中的外墻外保溫系統(tǒng)和屋面保溫系統(tǒng)。

1.5 巖 棉

巖棉板以玄武巖為材料，經(jīng)過(guò)高溫融熔加工成的人工無(wú)機(jī)纖維，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸熱、不燃的特點(diǎn)。其主要應(yīng)用于外墻外保溫系統(tǒng)和屋面保溫系統(tǒng)，巖棉制品以其優(yōu)異的防火保溫特性是國(guó)際上公認(rèn)的"第五常規(guī)能源"中的主要節(jié)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(gè)類(lèi)別，是一種人造無(wú)機(jī)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(lǐng)域的保溫隔熱、吸聲降噪，效果十分顯著。在建筑中其應(yīng)用于外墻外保溫系統(tǒng)和屋面保溫系統(tǒng)。

2 導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)中需要注意的若干問(wèn)題

導(dǎo)熱系數(shù)λ是描述在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，1 m厚的材料兩表面溫差為1 ℃時(shí)，在1 h內(nèi)通過(guò)1 m2的圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的熱量，其單位為W/m·K，它反映了材料的導(dǎo)熱能力，導(dǎo)熱系數(shù)越小，導(dǎo)熱能力越好，保溫性能越好。

2.1 國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法和適用范圍

GB/T10294-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定 防護(hù)熱板法》；GB/T10295-2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定 熱流計(jì)法》；以上方法只適用于測(cè)定均質(zhì)干燥試件，試件熱阻應(yīng)大于0.1 m2k/W。

2.2 原理及裝置

2.2.1 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(lèi)似于以?xún)蓚€(gè)平行的溫度均勻的平面為界的無(wú)限大平板中的一維相對(duì)恒定熱流。通過(guò)測(cè)定穩(wěn)定狀態(tài)下流過(guò)計(jì)量單元的一維恒定熱流Q、計(jì)量單元面積A及試件冷、熱表面的溫度差ΔT，可以計(jì)算出厚度為d的試件熱阻R或者導(dǎo)熱系數(shù)λ。

為保證中心計(jì)量單元建立一維熱流和準(zhǔn)確測(cè)量熱流密度，加熱單元應(yīng)分為在中心的計(jì)量單元和由隔縫分開(kāi)的環(huán)繞計(jì)量單元的防護(hù)單元。需要有足夠的邊緣絕熱和（或）外防護(hù)套，特別是遠(yuǎn)高于或低于室溫下運(yùn)行的裝置，必須設(shè)置外防護(hù)套。

2.2.2 裝置（防護(hù)熱板法）

根據(jù)原理可建造兩種型式的防護(hù)熱板裝置，如圖1所示。

雙試件式（和一個(gè)中間加熱單元）：兩個(gè)幾乎相同的試件中夾一個(gè)加熱單元，試件外側(cè)各設(shè)一個(gè)冷卻單元。熱流由加熱單元分別經(jīng)兩側(cè)試件傳給兩側(cè)的冷卻單元。

單試件式：該裝置加熱單元的一側(cè)用絕熱材料和背防護(hù)單元代替冷卻單元。絕熱材料的兩表面應(yīng)控制溫差為零，即無(wú)熱流通過(guò)。

2.3 導(dǎo)熱系數(shù)影響因素

①檢測(cè)環(huán)境溫度與測(cè)試平均溫度。在導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定中測(cè)試平均溫度接近室溫時(shí)，測(cè)量傳熱性質(zhì)的準(zhǔn)確度較高。在給定的平均溫度下，以不同的溫差測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)其結(jié)果應(yīng)與溫差無(wú)關(guān)。在實(shí)際測(cè)量中，由于熱阻或熱導(dǎo)率經(jīng)常是試件兩側(cè)的函數(shù)，所有傳熱過(guò)程的程度與兩側(cè)的溫差有關(guān)，使用典型的溫度差在一定溫差范圍內(nèi)測(cè)定是合理的。為使溫差的測(cè)量誤差最小，介意溫差最少為10 ～20 K。常用建筑節(jié)能保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的技術(shù)指標(biāo)所給出的平均溫度為接近室溫的溫度。所以在確定導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定使用平均溫度后，需要對(duì)檢測(cè)的環(huán)境溫度進(jìn)行控制，使得環(huán)境溫度與測(cè)試平均溫度相同，減少檢測(cè)過(guò)程中對(duì)邊緣熱傳遞對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定的干擾。

②檢測(cè)環(huán)境濕度與試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)。試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)：測(cè)定試樣質(zhì)量后，需把試件放在干燥器或通風(fēng)的烘箱里，以對(duì)材料適宜的溫度將試件調(diào)節(jié)到恒定質(zhì)量。當(dāng)測(cè)量傳熱性質(zhì)所需的時(shí)間比試件從實(shí)驗(yàn)室空氣中吸收顯著的濕氣所需的時(shí)間短（如混凝土試件），建議在干燥結(jié)束時(shí)，很快將試件放入裝置中避免吸收濕氣。反之（例如測(cè)量低密度的纖維材料或泡沫塑料試件），建議把試件留在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室空氣（296±1 K，50%±10% RH）持續(xù)調(diào)節(jié)到試樣質(zhì)量衡定。

檢測(cè)環(huán)境濕度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)使環(huán)境濕度達(dá)到50%±10% RH，減少因空氣濕度對(duì)檢測(cè)過(guò)程中保溫材料因濕氣導(dǎo)致的結(jié)果誤差，由于水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，因此，當(dāng)環(huán)境濕度過(guò)大導(dǎo)致某些試樣材料受潮，所測(cè)出的導(dǎo)熱系數(shù)將遠(yuǎn)大于實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)，所以檢測(cè)環(huán)境濕度的調(diào)節(jié)也直接影響導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定。

③試件制備和尺寸的選擇。在防護(hù)熱板法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，選用的兩塊試件應(yīng)盡可能一樣，厚度之差小于2%。試件表面應(yīng)光滑平整，其尺寸應(yīng)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(yīng)優(yōu)于0.025%。剛性試件的表面制備應(yīng)與面板一樣平整，整個(gè)表面的不平行度應(yīng)在試件厚度的±2%以?xún)?nèi)。試件的厚度應(yīng)是實(shí)際使用厚度或大于能給出被測(cè)材料熱性質(zhì)的最小厚度。試件的最小厚度受接觸熱阻的限制，厚度過(guò)小將導(dǎo)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(dǎo)熱儀的限制，經(jīng)評(píng)估試件厚度合適的范圍為20～37.5 mm。試件的邊長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸為30 cm，邊長(zhǎng)小于30 cm的試件無(wú)法代表整個(gè)材料的性質(zhì)。

④試樣厚度測(cè)定和試樣裝卡。試樣厚度測(cè)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(shí)際測(cè)定溫度和壓力下測(cè)量試件厚度。有效厚度由試件在裝置內(nèi)和不在裝置內(nèi)時(shí)（冷板用相同的力相對(duì)加緊）測(cè)定距離的差值的平均值確定。

試樣裝卡：在測(cè)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(zhǔn)確的間距。就大多數(shù)絕熱材料而言，施加的壓力一般不大于2.5 kPa。測(cè)定可伸縮試件時(shí)，冷板的角落與防護(hù)單元的角落之間需要墊入小截面的低導(dǎo)熱系數(shù)的支柱以限制試件的壓縮，所墊支柱厚度為所測(cè)材料正常狀態(tài)下厚度的95%，同時(shí)限制試樣的壓縮不超過(guò)正常使用狀態(tài)下的90%，亦可用其他控制冷板與熱板距離的方法。

⑤過(guò)渡時(shí)間和測(cè)量間隔。由于本方法建立在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，為了得到熱性質(zhì)的準(zhǔn)確值，讓裝置和試件有充分的熱平衡時(shí)間很重要。連續(xù)四組讀書(shū)給出的熱阻值差別不得超過(guò)±1%，并且不是單調(diào)的朝一個(gè)方向改變。在不可能較準(zhǔn)確的估計(jì)過(guò)渡時(shí)間或者沒(méi)有在同一裝置里，在同一測(cè)定條件下測(cè)定類(lèi)似試件的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，按照穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的定義，讀取數(shù)據(jù)至少持續(xù)24 h。

⑥電功率的輸入。推薦自動(dòng)穩(wěn)壓的輸入功率。輸入功率的隨機(jī)波動(dòng)、變化，引起熱板表面溫度波動(dòng)或變化應(yīng)小于熱板和冷板溫差的0.3%。調(diào)節(jié)并維護(hù)防護(hù)部分的輸入功率，以滿(mǎn)足熱性質(zhì)溫差不大于±0.5%的計(jì)量單元和防護(hù)單元之間的溫度不平衡程度。調(diào)節(jié)并維持合適的輸入功率，才能保持測(cè)試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

⑦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)參比板對(duì)設(shè)備的標(biāo)定。因?yàn)閷?dǎo)熱系數(shù)儀的標(biāo)定中，只能校準(zhǔn)冷、熱板溫度和計(jì)量裝置，無(wú)法反應(yīng)試驗(yàn)設(shè)備整體系統(tǒng)的測(cè)試水平，存在一定的系統(tǒng)誤差，為了保證測(cè)試結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，應(yīng)至少對(duì)國(guó)家認(rèn)可的試驗(yàn)室標(biāo)定過(guò)熱性質(zhì)穩(wěn)定的材料進(jìn)行測(cè)定。絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)參比板是國(guó)家發(fā)行的標(biāo)準(zhǔn)樣品，專(zhuān)門(mén)用于標(biāo)定防護(hù)熱板裝置，該樣品材料為特種工藝中堿玻璃，導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)W/m·k。

通過(guò)多次試驗(yàn)，實(shí)測(cè)參比板導(dǎo)熱系數(shù)的值與參比板導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)比，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)儀中設(shè)備修正系數(shù)進(jìn)行修正。防護(hù)熱板裝置經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣品各項(xiàng)校核、成功比對(duì)后，在測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，也能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 語(yǔ)

在建筑節(jié)能驗(yàn)收規(guī)范中，導(dǎo)熱系數(shù)是控制節(jié)能材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。導(dǎo)熱系數(shù)的準(zhǔn)確與否有重要的意義。但在檢測(cè)過(guò)程中，我們還要結(jié)合材料的性能，掌握檢測(cè)方法的特點(diǎn)和適用范圍，在具體操作試驗(yàn)中對(duì)各種產(chǎn)生誤差的過(guò)程加以控制，這樣才能保證檢測(cè)數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性和代表性。

參考文獻(xiàn)：

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