ｌ 楦验与认证 无机绝热材料导热系数影响因素的研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ曲ｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｌ 张玉辉穆秀君隋承鑫彭超李贵强 （中国建筑材料科学研究总院中国建材检验认证集团股份有限公司，北京１ ０００２４） 摘要：玻璃棉和岩棉是无机绝热材料中具有代表性的产品。本文对不同密度、温度和相对湿度条件下玻璃棉和岩棉 的导热系数变化规律进行了系统研究。结果表明，玻璃棉和岩棉的导热系数随着密度的增大而逐渐减小。随着测试温度的 升高，玻璃棉板和岩棉板的导热系数逐渐增大且其导热系数随温度呈线性关系。玻璃棉板和岩棉板的导热系数随相对湿度 的增大呈现增大的趋势，玻璃棉板和岩棉板属于吸湿性材料，随着相对湿度的增大，水分进入材料的孔隙导致保温绝热性 能下降。 关键词：无机绝热材料；导热系数；密度；温度；相对湿度 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ａｒｅ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｏｆ ｔｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｄｅｎｓｉｙ．Ｗｉｔｔｈ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ ｔｏｆ ｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｖａｎｅｄ ｌｉｎｅａｒｌｙ．Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙｔ ｏｆ ｌｇａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ｌａｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｒｄａｆｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｇｌａｓｓ ｗｏｏｌ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｗｏｏｌ ａｒｅ ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃｉｔｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅａｓｉｌｙ ｅｎｔｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｙ ｏｆｍａｔｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙ；ｄｅｎｓｉｔｔｙ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ 中图分类号：ＴＵ５５＋１．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—８９６５（２０１３）０４—０００１—０２ 随着建筑行业对建筑能耗的要求越来越高，建筑节 湿度的变化而改变，这都会影响其保温隔热效果［２－４１￣ 保温隔热材料多为含有一定水分的多孔介质结构， 热工性能的变化具有一定的复杂性ｉ５￣９１ｏ本文选取了几种 不同的无机保温隔热材料，研究其在不同密度、温度和相 能对于节约能源消耗具有重要的意义，越来越得到重视。 建筑节能就是在满足居住舒适性要求的前提下，在建筑中 使用保温隔热的新型墙体材料和高能效比的采暖空调设 备，达到节约能源、减少能耗、提高能源利用率的目的。 对湿度条件下导热系数的变化，获得了保温隔热材料导热 系数在不同密度、温度和相对湿度条件下的变化规律。 在建筑材料中使用保温隔热材料是降低建筑能耗非常有效 的措施。采用保温隔热材料降低建筑能耗在国外已经得到 广泛的应用，我国对保温隔热材料的研究和使用也取得了 显著的成效…。 １密度对无机绝热材料导热系数的影响 选用同一厂家采用相同工艺生产的不同密度的玻璃 保温隔热材料的品种繁多。按材质可分为无机绝热 材料、有机绝热材料和金属绝热材料三大类。其中，无机 绝热材料主要为岩（矿）棉及其制品、玻璃棉及其制品、 膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、加气混凝土、 泡沫玻璃及其制品等。有机绝热材料包括聚氨酯泡沫、聚 棉板和岩棉板。分别将玻璃棉板、岩棉板放在８０％烘箱 中进行干燥，取出放在干燥器中冷却至室温。采用导热系 数测定仪测量７Ｏ℃时的导热系数。实验结果见表１。 表１不同密度条件下无机绝热保温材料导热系数 玻璃棉板 Ｐ，ｋｇ／ｍ ２４ ３２ ４０ ４８ ５６ ｇ Ｗ， 苯乙烯泡沫、酚醛树脂泡沫、聚氯乙烯泡沫塑料及其制品 等。金属绝热材料主要有铝箔、锡箔等。 导热系数是指在稳定传热条件下，１ ｍ厚的材料，两 岩棉板 ｐ，ｋｇ／ｍ。 ６０ ８０ １Ｏ０ １２Ｏ １４Ｏ ｒｗ，＼／Ｗ（ｍ・Ｋ） ０．０４３８ ０．０４３１ ０．０４２３ ０．０４１９ ０．０４１３ 侧表面的温差为１度，在１秒内，通过１平方米面积传递 ｍ・Ｋ） Ｏ Ｏ４７３ ０．０４５１ Ｏ Ｏ４２６ ０ ０４１５ ０．０４０７ 的热量。保温隔热材料绝热性能最重要的指标就是材料的 导热系数，导热系数越小，材料的热传导越难，其保温效 果将会更好。一般来说，保温材料的共同特点是：质轻、 疏松，成多孔状或纤维状，以其内部不流动的空气来阻隔 热的传导。然而材料的导热系数取决于材料的成分、密度、 内部结构、孔隙率和含水率的影响，同时也会随着温度、 从表１可以看出，玻璃棉板的导热系数随着密度的 增大而逐渐减小，并且不同密度的玻璃棉板导热系数差 别较大；密度从２４ｋｇ／ｍ。到５６ｋｇ／ｍ。的导热系数差别为 ０．００６６ Ｗ／（ｍ・Ｋ）。岩棉板的导热系数随着密度的增大 也呈现减小的趋势。然而，不同密度的岩棉板导热系数差 别不大；密度从６０ｋｇ／ｍ。到１４０ｋｇ／ｍ。的导热系数差别为 ０．００２５ Ｗ／（ｍ・Ｋ）。 ２温度对无机绝热材料导热系数的影响 选择具有代表性的密度为４８ｋｇ／ｍ。玻璃棉板和 １ ＯＯｋｇ／ｍ。岩棉板，研究不同温度条件下材料导热系数的 变化。将玻璃棉板和岩棉板放在８ＯｏＣ烘箱中进行干燥， 取出放在干燥器中冷却至室温。用导热系数测定仪测量 １ ０℃、２ＯｏＣ、３０℃、４０ｏＣ、５０ｏＣ、６０℃、７０℃温度条件 下的导热系数，实验结果见表２。 从表２可以看出，玻璃棉板和岩棉板的导热系数都 随测试温度的升高而增大。这可能是由于温度的升高导致 材料固体分子热运动增强，进而影响材料的导热系数，材 料孔隙中的空气的导热和孔壁间的辐射作用也逐渐增强， 导致了材料导热系数增大。 表２不同温度条件下无机绝热保温材料导热系数 ＼ 玻璃棉板 岩棉板 ｔ，ｏＣ ｇｗ，Ｗ／（ｍ・Ｋ） ｒＷ，Ｗ，（ｍ・Ｋ） １０ ０．０３３１ ０．０３５２ ２０ ０．０３４４ ００３６５ ３０ ０ ０３５９ ０ ０３８１ ４０ ０ ０３７３ ０．０３９１ ５０ ０．０３８６ ０．０４０６ ６０ Ｏ．Ｏ４０１ ０ ０４１８ ７０ ０ ０４１５ ０ ０４３１ 对玻璃棉板和岩棉板的导热系数随温度变化进行线 性拟合，如图２所示。拟合得到４８ｋｇ／ｍ。玻璃棉板的导热 系数随温度变化的斜率为１．４０×１０～。拟合得到１ＯＯｋｇ／ ｍ。岩棉板导热系数随温度变化的斜率为１．３１ Ｘ １ ０～，这 与其他文献的结果相吻合。 ３相对湿度对无机绝热材料导热系数的 影响 选择密度为４８ｋｇ／ｍ。的玻璃棉板和１ ＯＯｋｇ／ｍ。的岩棉 板，研究不同相对湿度条件对材料导热系数的影响。将玻 璃棉板和岩棉板分别放在２２％，不同相对湿度条件下的 恒温恒湿箱中进行状态调节，用导热系数测定仪测量材料 ２５ｏＣ、７０％的导热系数，实验结果见表３。 ２ 芑 图１不同温度条件下无机绝热保温材料导热系数 表３不同相对湿度条件下无机绝热保温材料导热系数 —＼ 玻璃棉板 岩棉板 ＲＨ．％ ｇｗ，Ｗ／（ｍ・Ｋ） ｒｖｖ，Ｗ／（ｍ・Ｋ） ２７ ０ ０４１８ ０ ０４３１ ４０ Ｏ Ｏ４２ Ｏ０４３５ ５３ ０ ０４２４ ０ ０４３７ ６４ Ｏ．Ｏ４２９ ０ ０４４ ７２ ０．０４３５ ０．０４４５ ７９ ０ ０４４１ ０ ０４４９ ８７ ０ ０４４８ ０ ０４５４ 从表３可以看出，随着相对湿度的逐渐增大，玻璃 棉板和岩棉板的导热系数都在逐渐增大。玻璃棉和岩棉都 属于吸湿性材料，随着相对湿度的增大，材料的孔隙中含 有的水蒸气和液态水等水分逐渐增多，由于水的导热系数 约为０．５８１ Ｗ／（ｍ・Ｋ），远大于空气的导热系数。因此， 当材料受潮吸湿后的导热系数增大，降低其保温隔热效果。 ４结论 １）从实验可得出，在相同温度条件下，无机绝热材 料玻璃棉板和岩棉板的导热系数随着密度的增大逐渐减 小，但导热系数的变化范围有所不同。玻璃棉板导热系数 相差较大，差别为０．００６６ Ｗ／（ｍ－Ｋ） ２）密度相同的情况下，玻璃棉板和岩棉板的导热 系数随着温度的升高逐渐增大，对实验结果进行线性拟 合分析，拟合得到玻璃棉板导热系数随温度变化的斜率 为１．４０Ｘ １０～，岩棉板导热系数随温度变化的斜率为 １．３１ Ｘ１０～。 ３）密度不变的情况下，玻璃棉板和岩棉板的导热系 数随着相对湿度的增大逐渐增大，玻璃棉板和岩棉板属于 吸湿性材料，随着相对湿度的增大，水分进入材料的孔隙 导致保温绝热性能下降。 （下转第１５页） 通过该模型计算得出，自密实混凝土配合比方案优 劣排序为：Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２，设计时，选择Ｄ１方案。这一结 论也从混凝土试样轴压强度和弹性模量（见表３）得到了 印证。 Ｂ１ Ａ Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｂ２ Ｃ７ Ｂ３ Ｃ１１ 应用层次分析法原理建立的新拌自密实混凝土工作 权重 性综合评价模型具有简单实用的特点，能比较全面、准确、 科学地评价新拌ＳＣＣ的工作性能，从而利于从众多配合 比方案中选择最佳方案。 Ｏ．０７２６ ０．０７２６ ０．０７２６ ０．０７２６ ０．０８８７ Ｏ．１０３０ Ｄ１ ０．４０１８ ０ ４５０６ ０４９８３ ０．５００５ ０．４６８０ Ｏ ３５４８ Ｏ ２１２５ Ｄ２ ０ ２６９３ Ｏ．２４７３ ０．２０９４ ０．２２４９ Ｏ １９６７ ０．２９０５ Ｏ．１１６４ Ｄ３ ０．３２８９ ０．３０２１ ０．２９２３ ０．２７４７ ０ ３３５３ Ｏ．３５４８ Ｏ．１５３３ 表２Ｏ Ａ—Ｄ的组合权重 Ａ Ｄ１ Ｄ２ Ｄ３ 参考文献 【１】ｏｋａｍｕｒａ Ｈ，ＯＵ Ｃｈｉ Ｍ．Ｓ ｅｌｆ—ＣＯｍｐ ａ ｃｔｉｎｇ Ｃ Ｏｎ ｃ ｒ ｅｔ ｅ［Ｊ】，ＪＯｕ ｒｎ ａｌ ｏｆ Ａｄｖ ａｎ ｃ ｅｄ Ｃ Ｏｎ ｃ ｒ ｅｔ ｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，（１）：５—１５ Ｂ１ ０．２５００ Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｃ５ Ｃ６ ０．０７２６ ０．４０１８ ０．２６９３ ０．３２８９ ０ ０７２６ ０．４５０６ ０．２４７３ ０．３０２１ ０ ０７２６ ０．４９８３ Ｏ ２Ｏ９４ ０．２９２３ ０．０７２６ ０ ５００５ ０．２２４９ ０．２７４７ ０ ０８８７ ０．３３３３ ０．３３３３ ０．３３３３ ０．０８８７ ０ ３３３３ ０．３３３３ ０ ３３３３ ０．２９０５ ０．２５００ ０ ２５００ ０．２５００ Ｂ２ ０．２５００ 【２］Ｔ．Ｌ．萨蒂著，许树柏等译．层次分析法一在资源分 配、管理和冲突分析中的应用【Ｍ］．北京：煤炭＿ｒ－，＿ｌｋ出版社 ，Ｏ ３５４８ ０．２５００ １９８８ ０ ２５００ ０．２５００ Ｂ３ ０．３５４８ Ｃ７ Ｃ８ Ｃ９ Ｃ１Ｏ Ｃ１１ ０．０８８７ ０．４６８ ０．１９６７ ０ ３３５３ ０．０８８７ ０ ３３３３ ０．３３３３ ０．３３３３ Ｏ １２５９ ０．３３３３ ０．３３３３ ０．３３３３ Ｏ．１２５９ ０．３３３３ ０．３３３３ ０．３３３３ ０．１０３０ Ｏ．３５４８ ０ ２９０５ ０．３５４８ 【３】王莲芬，许树柏．层次分析法引论【Ｍ】．北京：中国 人民大学出版社，１９９０ ［４】赵焕臣，许树柏，和金生编著，刘豹审订．层次 分析法一一种简易的新决策方法【Ｍ】．北京：科学出版社 ，０ ３５４８ ０．３５４８ ０．２９０５ １９８６ 组合权重 ０．３８５１ ０．２８９０ ０ ３２５９ ［５】秦寿康等著．综分评价原理与应用【Ｍ１．北京：电 子工业出版社，２００３ 另外，假定三种试样中，未做实验的各项性能参数 没有差别，也就是在（Ｃｉ—Ｄ）判断矩阵（Ｃｉ为未做的实验） 【６］刘华良，石建军，宁严庆．自密实混凝土测试方法 与技术研究叫．混凝土，２００８，（０３）：９０—９３ 基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目 （２０１２１０５５５００５），湖南省科技计划项目（２０１１ＧＫ３１９０）， 中算得的权重向量均为（Ｏ．３３３３ Ｏ．３３３３ ０．３３３３）Ｔ，则算得 最终Ａ＿一Ｄ的组合权重为（Ｏ．３８５１ ０．２８９０ ０．３２５９）Ｔ（如表 ２Ｏ所示），结论与前者完全一致。 湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（２０５）， 湖南省高等学校科学研究项目（１０Ｃｌ１５０） （上接第２页） ［５］黄建恩，闫加贺，吕恒林等．自然干燥状态下粉煤 参考文献 【１】徐峰，张雪芹，华七三．建筑保温隔热材料与应 用【Ｍ】．中国建筑．ｙ－－，＿ｔｋ出版社 ［２】陈则韶，钱军，叶一火．复合材料等效导热系数的 理论推算Ⅱ】．中国科学技术大学学报．１９９２（０４） ［３】孙无二．建筑材料导热系数的回归计算Ⅱ】．低温 建筑技术．１９９４（０３） 灰蒸压加气混凝土砌块导热系数实验研究Ⅱ１＿新型建筑材 料．２０１２（０９１ ［６】王浩，侯素兰，董亮．环境温、湿度对绝热保温材 料导热系数影响的实验研究 ．工业计量．２０１２（￥２） ［７］陈会娟，陈斌．多孔建筑材料热湿传递过程的研 究［Ｊ］．暖通空调，２００４，３４（１７）：２４—２８． 【８】张敬堂，周卫国．蒸压加气混凝土砌块含水率对 节能设计的影响Ⅱ］＿墙材革新与建筑节能，２００８（７）：３３— ３４． 【４］徐婷婷，詹树林．含湿多孔建材有效导热系数的理 论推算［『］．低温建筑技术．２０１０（０６） 【９】ＧＢ／Ｔ １１８３５—２００７绝热用岩棉、矿渣棉及其制品 １ ５