双平板法测量建筑保温材料导热系数
2007.No.11?月刊 墙体是建筑外围护结构的主体，建筑
物外墙的长度及其所用材料的导热性能直接影响建筑的耗热量。衡量材料导热性能高低的指标是导热系数，是指在稳定传热条件下，１ｍ厚的材料，两侧表面的温度为１℃，在１ｈ内，通过１ｍ２面积传递的热量。其值越小，保温性能越好。１ 测量方法简介
物体的导热系数与材料的组成、结构、温度、湿度、压强以及聚集状态等许多因素有关，用实验方法测定导热系数几乎成为研究物质导热系数的唯一途径。目前在实验室中普遍还是采用稳态法。从理论上看，稳态法可以利用足够简单且可靠的计算方程，对于几何形状简单的物体，导热系数的表达式常常可以用显函数表示，因而稳态法得到极为广泛的应用。此法具有原理清晰、可准确、直接地获得导热系数等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是比较原始、测定时间较长和对实验装置（如测量系统的绝热条件、测量过程中的温度控制）以及样品的形状尺寸要求高。２ 双平板法２．１ 测量原理
双平板法测量建筑保温材料导热系数
钟乐璇，夏美珍，杨文佳，余 洁
（上海市建设工程质量检测中心长宁区分中心，上海 ２００３３５）
摘要：论述双平板法测量建筑保温材料导热系数的基本原理、操作步骤和技术性能，通过对一定数据的分析，讨论影响导热系数的主要因素。关键词：双平板法；保温材料；导热系数
双平板法是稳定测量法的一种，适用于测量各种绝热保温材料及非良导热材料。结构原理如图１所示。在热板与冷板之间各放置相同的两块试样，主加热器周围环有护加热环板。当主加热器的热量不能沿护加热环板方向传入和传出时，只能沿试样方向导出。随时间不断延长，热面的温度ｔ１和冷面的温度ｔ２不再随时间变化时，此状况为一维导热状态。根据傅立叶定律得：
１．主加热器；２．护加热器；３．试样；４．冷板
图１ 结构原理图
（１）
式中：δ——试样厚度，ｍ； Ａ——试样的面积，ｍ２。
在测得试样的尺寸和利用高精度数字电压表测得
主加热器的功率及温度之后，由（１）式可求得材料在λ＝
ＩＵδ
２（ｔ１－ｔ２）Ａ
温度时的导热系数。
ｔｍ＝
ｔ１＋ｔ２２
行业交流
２．２ 操作步骤
（１）测量２块一定形状试样的厚度。每个试样分别沿四周测量８个点，取平均值。
（２）设定冷、热面板的温度，一般采用２０℃的温差。
（３）试样安装完毕后，接通恒温水浴电源，调整电接点温度计控温点，此时冷板开始升温。
（４）控制柜接通电源，使数字电压表显示随机数字，并打开温度跟踪控制器电源开关。分别旋动主加热器和护加热器电压选择开关，此时热板开始升温。 （５）通过数字电压表观察热面或冷面热电势值上升情况，当冷面热电势值达到预设定值时，锁紧冷面温度。
（６）当热面热电势值超出预先设定的某个值时，将主加热器电压下调，继续观察热板的温度变化。当热电势值又开始上升时，继续下调主加热器。经过几次下调电压后，热电势值基本不再上升，此时观察１ｈ内热电势值变化值。一般当变化值小于２μＶ时，即认为热面数据稳定，可读数。
（７）试验完毕后，根据所取得的数据进行导热系数的计算，双平板法按照公式（１）进行计算，试验结果以每组试样的算术平均值表示。２．３ 技术性能
双平板法可用于导热系数范围为０．０１～１Ｗ／ｍＫ的测定，相对误差可控制在４％以内，重复性误差一般小于１％，温度范围很广，且可用于测定低温导热系数，测量结果稳定可靠。
双平板法也有缺点：稳定时间较长，一般需要７ｈ才能达到系统稳定读数；不能测定自然含水率下的导热系数；试样是吸湿的，需先对样品进行干燥处理；试样的厚度和面积对结果精度有较大影响；同时，仪器的绝热条件也会影响到测量结果的准确性。２．４ 数据分析
采用ＤＲＰ－４Ａ型导热系数测定仪对２５个保温材料在２６℃进行检测。检测数据如表１所示。
保温砂浆的导热系数最低，为０．０４５Ｗ／ｍＫ，而ＪＧ防水保温板２００号的导热系数都偏高，在０．０６０Ｗ／ｍＫ以上，不过也小于０．０６８Ｗ／ｍＫ的标准，这可能与物质的分子结构有密切关系，下面将分析影响导热系数的各种因素。
３ 影响导热系数的主要因素３．１ 温度
材料的导热系数随温度提高而增大，因为温度升高时，材料固体分子热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增强。这就促进了材料的导热系数增大。但这种影响在０～５０℃范围内并不明显，只有处于高温或低温下的材料才考虑温度的影响。３．２ 含湿率
所有的保温材料都具有多孔结构，容易吸湿。当含湿率大于５％～１０％，材料吸湿后湿分占据了原被空气充满的部分气孔空间，由于水的导热系数为０．５８１８Ｗ／ｍＫ，比静态空气的导热系数０．０２３２６Ｗ／ｍＫ大２０多倍，必引导其有效导热系数明显升高。故在使用聚苯颗粒保温料浆作为外墙保温材料时，由于其吸水性较其他材料高，最好加做抗裂防水层。３．３ 容重
容重是材料气孔率的直接反映。由于气相的导热系数通常均小于固相导热系数，所以保温材料都具有很大的气孔率即很小的容重。一般情况下，增大气孔率或减少容重都将导致导热系数的下降。３．４ 分子结构
从材料的结构上看，当材料的表观密度降低，孔隙率增大。材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时，材料的导热系数是比较小的。因为这些材料的颗粒或纤维之间充满空气，此时气体的导热系数起重要作用，固体部分的作用就减少了。硬质聚氨酯泡沫塑料其特有的闭孔结构使其具有非常优越的绝热性能，它的导热系数之低（０．０２５３２６Ｗ／ｍＫ）是其他材料无法相比的。
表１
３．５ 热流方向
导热系数与热流方向的关系，仅仅存在于各向异性的材料中，即在各个方向上构造不同的材料中。传热方向和纤维方向垂直时的绝热性能比传
2007.No.11?月刊热方向和纤维方向平行时要好一些；同样，具有大量封闭气孔材料的绝热性能也比具有大量开口气孔的要好一些。气孔质材料又进一步分成固体物质中有气泡和固体粒子相互轻微接触两种。纤维质材料从排列状态看，分为纤维方向与热流向垂直和纤维方向与热流向平行两种情况。一般情况下，纤维保温材料的纤维排列是前者或接近前者，同样密度条件下，其导热系数要比其它形态的多孔质保温材料的导热系数小得多。４ 双平板法检测要点４．１ 减少热阻
在试样表面和加热器的平表面之间，以及试样表面和冷板表面之间，都不能有空气空隙，这是决定导热系数精确度的一个重要条件。为了减少热阻，可采用压紧机构，对测试装置及试样表面进行精加工，以及采用导热系数高的中间材料，如石墨粉、铝粉等。４．２ 减少热损失
由于传导的热量采用加热器的热量，这就要求在
对试样进行加热时，热损失和所加入的热流比较小，并且小到可忽略不计。必要时，要采取措施对试样的侧表面和加热器进行保温，以免热量损失到周围介质中去。５ 结语
双平板法配合数字化导热系数精密仪器的使用，可以准确、可靠的测出建筑保温材料的导热系数，又大大减少了人为操作带来的误差。同时考虑到有众多影响导热系数因素的存在，为检测中如何更好地切实反映材料的导热性能提供依据，也为保温材料向着轻质、高效的发展指引方向。参考文献：
［１］ 陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋．化工原理上册（第二版）．北京：化学工业出版社，２０００：２３３［２］ 高艳军．浅析保温隔热材料．科技情报开发与经济，２００５，１５（８５）：１５２■