绝热保温材料的性能作用分析与性能测定导算

[摘 要]归纳分析有关绝热、保温材料的相关性能作用和指标的测定与导算方法,并简述泡沫水泥和泡沫氯氧镁水泥制品的相关性能测试。
[关键词]绝热保温材料;热工参数;泡沫水泥制品

1 前 言

  绝热、保温性能是节能性材料择用的依据,作为能源消耗大、节能任务重的建筑行业,关注绝热保温材料的相关性能和指标,以及采用何种方法评价指标.衡量绝热保温材料性能的优劣就显得十分迫切。本文归纳了有关绝热、保温材料的相关性能作用和指标的测定与导算方法,以求正确选择和使用保温、绝热材料。

2 热工参数

  (1)导热系数:λ[W/(m・K)]瓦/(米・度)
  导热系数足指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K・℃),在1小时内,通过1平方水面积传递的热量。
  导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关,非晶体结构、密度较低的材料,导热系数较小,材料在含水率、温度较低时,导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料,而把导热系数在0.05瓦/(米・度)以下的材料称为高效保温材料。
  导热系数也称热导率,是衡量绝热材料制品保温性能的重要标志,它与保温层厚度及热损失均成正比关系。
  材料的含水率对材料的热导率有较大的影响,保温材料的含水率不得大于7.5%。
  导热系数的测定,采用GB/T 10294―2008《绝热材料稳态热阻及有-火特性的测定防护热板法》标准.试件为两块300mmx300mmx30mm试块。
  (2)导温系数:a(m2/S)

  

  导温系数,表示材料的热惰性,材料局部受热时,阻止局部温度啦独提高的性质。导温系数低,热扩散就低。
  (3)蓄热系数:ST[W/(m2・K)]
  材料的蓄热系表示材料的热惰性,材料在周期热作用下表面反抗温度变化的性质。蓄热系数大的材料反抗温度变化能力差。材料的蓄热系数ST由下式定义:

  

  氧化镁板是极好的反抗温度变化材料。周期为一日(24h)热作用,可按下式定义:

  

  通过可换算成任意周期的蓄热系数ST,即

  

  试体尺寸:300mm×100mm×100mm 2块,300mmx300mmx30mm 1块。
  测试标准依据GB/T 17146《建筑材料水蒸气透过性能试验方法》。
  (4)传热系数:[W/(m2・K)]瓦/平方米・度
  传热系数K是指在稳定传热条件下,围护结构两侧空气温差为1度,1小时内通过1平方米面积传递的热量。传热系数K值愈小,保温性能愈好。

  
  (5)热阻:R0(m2・K/W)米2・度/瓦
  热阻是反抗稳定变化的主要依据,热阻R0越大,材料的保温性能愈好。

  

  当生产者和使用者掌握材料的导热系数λ[W/(m・K)]和热阻R0(m2・K/W)及设计要求的传热系数K[W/(m2・K)]之后,就能确定如何择用保温材料,在什么地区、用多少厚度作为建筑节能的保温材料。
  其换算关系是:

  

  试选择导热系数为0.05W/(m・K)的无机保温材料和导热系数为0.035W/(m・K)的聚苯乙烯保温板用在寒冷地区的北京,达到节能65%,外墙传热系数为0.537W/(m2・K)。
  若选择无机保温材料,其厚度δ=0.05/0.537=9.3cm,考虑导热系数λ1.2修正值,其厚度δ=6.5x1.2=11.16cm:若选择EPS有机保温材料,其厚度δ=0.035/0.537=6.5cm,考虑导热系数λ1.2修正值,其厚度δ=6.5x1.2=7.82cm。
  若将上述两种材料,用在夏热冬冷地区,按照《夏热冬冷地区既有居住节能改造技术导则》提出外墙保温改造后的平均传热系数心低于1.5W/(m2・K)的要求。
  符选用无机保温材料,其厚度δ=0.05/1.5=3.3cm.考虑导热系数λ1.2修正值,其厚度δ=3.3x1.2=4.0cm:选用EPS无机保温材料,其厚度δ=0.035/1.5=2.3cm,考虑导热系数λ1.2修正值,其厚度δ=2.3x1.2=2.8cm。
  作为防火及保温性能兼备的无机型保温材料,用于夏热冬冷地区的外墙节能保温材料,从性能、经济、施工等方面是可行的。
  (6)比热容[kJ/(kg・℃)]
  比热容是单位物质(这个单位可以是体积,也可以是质量,一般按质量1kg为准),温度变化1℃所吸收或放出的热量。
  比热容随着含水率的增加而提高,比热容受温度的影响较小,而受湿度的影响较大。
  (7)蒸汽渗透系数[K/(m・h・Pa)]
  蒸汽渗透系数是保温、绝热材料吸湿性能的表达量化指标。其数值大小对绝热材料和绝热结构的热传导、机械强度与使用年限都有重大的影响。蒸汽渗透系数大,材料的传热性及热阻性就愈大,机械强度也随之降低。

3 泡沫水泥制品

  泡沫氯氧镁水泥制品拥有优良的隔热、保湿性能,如何指导性地用于各领域中,对上述的热工性能指标是应该测试确定的。而其中有关的热工参数,可以通过导热系数和相关指标进行导算确定。
  从事泡沫水泥和泡沫氯氧镁水泥制品的研究与生产者,可以根据工程材料对保温隔热的热工参数要求,确定泡沫水泥和泡沫氯氧镁水泥制品的相关性能(除上述热工参数外):
  (1)干密度(kg/m3):按GB/T 5486―2008《无机硬质绝热制品试验方法》标准测定,试体100mmx100mmx100mm 5块。
  (2)抗压强度(kg/m2):按GB/T 5486―2008《无机硬质绝热制品试验方法》标准测定,试体100mmx100mmx100mm 8块。
  (3)干缩值(mm/m):按GB/T 1969《无机硬质绝热制品试验方法》标准测定。
  (4)抗冻性:按GB/T 11973《加气混凝土抗冻性试验方法》标准测定
  (5)碳化系数:按GB/T 11969《蒸压加气混凝土性能试验方法》标准测定
  (6)燃烧性能:按GB/T 8624《建筑材料燃烧性能》标准测定。试体尺寸:φ45mmx50mm 5块。
  (7)烟密性:按GB 8627《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》标准测定、试体尺寸:25mmx25mmx25mm 6块。
  (8)烟毒性:按GB/T 20285《材料产品毒性危险分级》标准测定,试体尺寸:400mmx20mmx30mm 2块。
  生产者可根据相关性能的要求,确定泡沫制品发泡剂的品类、用量、发泡剂浓度、稳泡剂品类和掺量以及相关的搅拌成型工艺,使发泡水泥制品和泡沫氯氧镁水泥制品能科学规范地用于各领域的工程材料中。