导热系数测试技术

• 一 基本原理和概念 • 二 常用稳态测量方法 ★ • 三 导热系数测试仪举例分析 • 四 非稳态测量方法介绍 • 五 检测报告注意事项
一 基本原理和概念
• 对于厚度为d的无限大的单层匀质平壁，当两侧的 温度保持恒定，分别为t1和 t2，且 t1> t2，根据 傅立叶定律可以得到公式：
将此式分离变量积分，得到单层匀质平壁在一维稳 态条件下的热流密度计算公式为：
• 首先介绍一下仪器设备的原理，示意图如下：
• 仪器重点：
– ①试件两侧温度计量准确； – ②试件热侧加热功率计量准确； – ③试件温度和侧向护热板、背向护热板要保持
高度一致。
事实上，为了达到上述目的，对仪器的要 求是方方面面的，如：测试元件的精度、测温 点的布置、控制系统的灵活，甚至包括仪器的 机械加工精度等等，这些都会对仪器的测量结 果产生影响。
（2）对于软质保温材料，在保证夹紧的同时还要避免过度 压缩试件，防止改变试件的热工性能而影响测量结果。
• （3）对于硬质材料，要避免仪器的冷热板与试件之间产 生空气间隙，采用导热良好的膏体材料排出缝隙间的空气 是一个好办法。
举例说明空隙的影响：
测试一种隔热塑料的导热系数，塑料的厚度15mm，导热 系数0.18W/（m·K），假定塑料试件的平整度每面都是 0.3mm（对于300mm尺寸的试件，相当于平整度为 1/1000），则在测试时的空气间隙总厚度为0.6mm。由此 可以简单评估一下空气间隙对整个测试的影响，
通过计量被测试件的两侧温度和通过试件的热流密度， 从而获得材料的导热系数。
2.2 防护热板法（单试件）
• 本节以防护热板法（ GB/T 10294方法）中的单 试件法为例来重点介绍稳态法测量保温材料导热 系数的情况，然后进行介绍： 防护热板法中的双平板法 热流计法（ GB/T 10295方法）
将这两种常用的方法与单平板法的相同和不 同之处做对比介绍。
• 对于仪器开发人员来说，如何提高仪器自身的测 量精度是研究的重点。
• 但对于节能检测人员来说，仪器的内部因素不是 关注的重点，如何更好地使用仪器设备则才是重 要的关注点，但对仪器原理应有基本的了解，便 于在日常工作中解决特殊问题及突发问题。
测试达到平衡的判断
（1）一般凭经验确定测量间隔。对于泡沫塑料等轻 质试件可取30分钟，对于较厚重试件取1小时。
导热系数仪器原理和测试技术
中国建筑科学研究院
（国家建筑工程质量监督检验中心）
前言
近年来，建筑节能工作在我国的发展十分迅 速，建筑节能形势也越来越好。但据统计，全国 节能建筑发展水平仍然参差不齐，建筑用能浪费 仍相当严重，节能潜力还未充分发挥。全国每年 新建城乡建筑的建筑中80%以上是高耗能建筑。 相同条件下，我国建筑平均使用能耗远远高于发 达国家；同时伴随着村镇建筑用能的逐步提高， 我国的建筑节能工作任重而道远。
（2）当连续四组读数给出的热阻值的差别不超过 ±1%，并且不是单调地朝一个方向改变时即表示 达到稳定状态。
使用过程的一些基本注意事项
（1）试件冷热面温度差的设定要按照相关标准或其他规定 进行（GB/T 10294标准建议温差最少为10-20K），根据 多年的科研检测结果来看：对于普通绝热材料，不宜将冷 热面温差设定在10K以下；在实验研究或材料对比时，可 以适当放松温差要求，但极端情况也不应低于5K，否则不 易保持测试的准确性。
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导热系数是建筑材料的基本物性之一，是鉴
别建筑材料保温性能好坏的重要指标。对于保温
材料来说，导热系数是其中最重要的一个参数，
因为导热系数是决定保温材料保温能力的根本因
素。
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近些年来，随着国家对建筑节能的要求越来
越高，高保温（低导热系数）性能的材料的应用
越来越广泛，因此准确测定保温材料的导热系数
有利于合理选材及指导围护结构节能设计，对于
建筑节能来说具有十分重要的意义。
针对日益广泛的建筑节能检测工作，其中保 温材料的导热系数的测试在整个建筑节能检测领 域非常普遍，同时为了配合此次的认监委导热系 数能力验证项目（ CNCA-12-A10 ）的总结工作， 本文主要介绍与导热系数测试相关的标准、测试 方法及测试仪器等问题，通过此次交流，以期与 大家共同进步，为更好地开展节能检测做一些力 所能及的工作。
• 基于稳定热状况的测试方法大致可分为三 种类型：
1.平板法，包括单平板法、双平板法、相对 平板法（比较法、热流计法）；
2.圆管法； 3.球体法。 其中以平板法为最主要的测试方式。
二、常用稳态测量方法
2.1 常用标准 2.2 防护热板法（单试件） 2.3 双试件（平板法）设备与单试件（平板法）设
涵义简述：
• 理论基础：
式中：q—单位时间内通过单位面积所传递的热量（W/㎡）； d—单层平壁的厚度（m）； t1,t2—壁面两侧的温度（℃）。
• 导热系数表述：λ， W/（m·K）
• 物理意义：在稳态条件下，1m厚物体，两侧表面 温差为1k，1s内通过1m2面积传过的热量。
导热系数值越小，材料的绝热（保温）性能越好。
空气间隙总热阻约为：0.0003/0.024=0.0125 m2·K/W
塑料试件的自身热阻约为：0.015/0.18=0.0833 m2·K/W
空气间隙热阻约占试件热阻的15%。
这种巨大的偏差是实验室测试所要坚决避免的。
（4）对于常规材料，应在实验结束前对其测量结 果做一个基本判断（其中，密度是一个重要参考 因素，因为密度对于很多材料来说，在一定范围 内与导热系数有一定的相关关系），如果出现意 外结果，则应及时查找各方面原因。
备的对比 2.4 热流计法设备与防护热板法（平板法）设备的
对比
2.1 常用标准
• 1 GB/T 10294-2008 《绝热材料稳态热阻及有关 特性的测定 防护热板法》
通过计量被测试件的两侧温度和热侧的加热Байду номын сангаас率，从 而获得材料的导热系数。
• 2 GB/T 10295-2008 《绝热材料稳态热阻及有关 特性的测定 热流计法》
（5）对于非常规材料，应在实验前根据材料的密 度，以及与其相似材料的一些性能等参数做参考， 粗估材料的导热系数，从而设定合理的温度范围， 有利于缩短测量过程并得到更为准确的测量结果。