墙体材料实验三  保温节能材料

一、实验目的与要求

建筑节能一般指建筑物使用过程中的节约能源，即在保证提高建筑舒适性的条件下，合理使用能源，不断提高能源利用效率。建筑能耗中，建筑物外围护结构墙体的能耗约占总能耗的40%，因此，墙体保温节能材料的性能与建筑节能密切相关。本实验主要是了解保温节能材料的性能及在节能方面的作用。保温节能材料的主要热工指标为，导热系数和传热系数。了解这两个参数的做法以及意义。

二、墙体保温系统

1、墙体保温系统分类

墙体保温系统按性质分为外墙外保温系统、外墙内保温系统和墙体自保温系统。

表1 保温体系的分类

保温系统	常见保温系统
外墙外保温系统	胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统
	无机玻化微珠外墙外保温系统
	膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统
	挤塑聚苯板外墙外保温系统
	水泥发泡板外墙外保温系统
	岩棉板外墙外保温系统
外墙内保温系统	复合板外墙内保温系统
	保温板外墙内保温系统
	保温砂浆外墙内保温系统
	喷涂硬泡聚氨酯外墙内保温系统
	玻璃棉、岩棉、喷涂硬泡聚氨酯龙骨外墙内保温系统
墙体自保温系统	蒸压加气混凝土砌块墙体自保温系统
	节能型烧结页岩空心砌块墙体自保温系统
	陶粒混凝土小型空心砌块墙体自保温系统

2、外墙外保温系统

所谓外墙外保温，简单而言，就是给建筑物穿上一件保温外套，这件保温外套具有保温、隔热的效果。

 

图1  外墙外保温体系示意图

保温体系的施工图见图1所示，其中保温材料可以替换为：EPS保温板、XPS保温板、无机轻集料保温砂浆、聚氨酯保温板等保温材料。外墙饰面可以是饰面砖也可以是涂料。

3、外墙内保温系统

外墙内保温体系也是一种传统的保温方式，目前在欧洲一些国家应用较多，它本身做法简单，造价较低，但是很在热桥的处理上容易出现问题，近年来由于外保温的飞速发展和国家的政策导向在我国的应用有所减少。但在我国的夏热冬冷和夏热冬暖地区，还是有很大的应用空间和潜力。外墙内保温系统施工图见图2。

4、墙体自保温系统

墙体自保温系统是指按照一定的建筑构造，采用节能型墙体材料及配套专用砂浆使墙体热工性能等物理性能指标符合相应标准的建筑墙体保温隔热系统。自保温体系施工图见图3。

三、外保温系统保温材料介绍

以下介绍了几种应用较为广泛的保温材料。

1、EPS保温板
EPS全称聚苯乙烯泡沫塑料，由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材，见图4、图5。
EPS保温板性能特点
（1）自重轻，且具有一定的抗压、抗拉强度，靠自身强度能支承抹面保护层，不需要拉接件，可避免形成热桥。
（2）EPS板在密度30～50 kg/m3的范围内，导热系数值最小；在平均温度10℃，密度为20kg/m3时，导热系数为0.033～0.036W/(m•k)；密度小于15 kg/m3时，导热系数随密度的减小而急剧增大；密度15～22 kg/m3的EPS板适合做外保温。
（3）用于外墙和屋面保温时，一般不会产生明显的受潮问题。但当EPS板一侧长期处于高温高湿环境，另一侧处于低温环境并且被透水蒸气性不好的材料封闭时；或当屋面防水层失效后，EPS板可能严重受潮，从而导致其保温性能严重降低。

2、XPS保温板
XPS 学名为绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料。它是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚含物,通过加热混合同时注入催化剂,然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板，见图6、图7。
XPS保温板的性能特点
（1）优良的保温隔热性：具有高热阻、低线性、膨胀比低的特点，其结构的闭孔率达到了99%以上，形成真空层，避免空气流动散热，确保其保温性能的持久和稳定。本材料是目前建筑保温的最佳之选。
（2）卓越的高强度抗压性：由于XPS板的特殊结构，其抗压强度极高、抗冲击性极强，根据XPS的不同型号及厚度其抗压强度达到150～500kPa以上，能承受各系统地面荷载，广泛应用于地热工程、大型冷库及车内装饰保温等领域。
（3）优质的憎水、防潮性。保温材料吸水后保温性能随之下降，在低温情况下，吸入的水极易结冰，破坏了保温材料的结构，从而使板材的抗压及保温性能下降。由于聚苯乙烯分子结构本身不吸水，板材分子结构稳定，无间隙，解决了其它材料漏水、渗透、结霜、冷凝等问题。
（4）质地轻、使用方便 、稳定性、防腐性好 .

3、胶粉聚苯颗粒保温砂浆
胶粉聚苯颗粒保温砂浆由预混合型干拌沙浆为主要胶凝材料，加入适当的抗裂纤维及多种添加剂与聚苯颗粒轻料按比例配置，在现场加以搅拌均匀即可使用，实物见图8、图9。
胶粉聚苯颗粒保温砂浆特性：
（1）低碱性、耐水透。
（2）良好的施工性、优良的耐久性。
（3）韧性抗裂、良好的低温抗裂性。
（4）胶粉EPS颗粒保温浆料密度和导热系数较大，干密度约220 kg/m3，产品导热系数约0.058 W/(m•k)，抗压强度约220kPa 。
（5）粘接力强，附着力强，耐冻融、干燥收缩率及浸水线性变行率小，不易空鼓、开裂。

4、无机轻集料保温砂浆
无机轻集料保温砂浆是以玻化微珠或闭孔珍珠岩等机轻集料为保温骨料，水泥等无机胶凝材料为主要胶结料，并掺加高分子聚合物及其他功能性添加剂而制成的建筑干粉砂浆，实物见图10、图11。
无机轻集料保温砂浆性能特点：
（1）温度稳定性和化学稳定性极佳。耐酸碱、不开裂、不脱落、与主体同寿命。
（2）施工简便（同普通水泥砂浆抹灰），综合造价低，绿色环保无公害。
（3）全封闭、无接缝、无空腔、阻止冷热桥产生，适用范围广。
（4）防火阻燃按全性能优异，不燃烧，耐温高达1200℃以上，防霉变效果好。
（5）保温、隔热、隔音性能好。
（6）与胶粉聚苯颗粒保温砂浆等有机保温材料相比，由于采用矿物轻骨料，无机轻集料保温砂浆除具有与水泥等胶凝材料相容性好材料间粘结力高的特点外，还具有相对较高的抗压强度良好的耐候性优异的防火性及较佳的透气性等特点，且施工方便，是一种综合性能较好且绿色环保的新型建筑保温材料。

四、自保温材料

1、蒸压加气混凝土砌块
蒸压加气混凝土砌块是用钙质材料（如水泥、石灰）和硅质材料（如砂子、粉煤灰、矿渣）的配料中加入铝粉作加气剂，经加水搅拌、浇注成型、发气膨胀、预养切割，再经高压蒸汽养护而成的多孔硅酸盐砌块，实物见图12、图13。
蒸压加气混凝土砌块的单位体积重量是粘土砖的三分之一，保温性能是粘土砖的3-4倍，隔音性能是粘土砖的2倍，抗渗性能是粘土砖的一倍以上，耐火性能是钢筋混凝土的6-8倍。蒸压加气混凝土砌块的施工特性也非常优良，它不仅可以在工厂内生产出各种规格，还可以像木材一样进行锯、刨、钻、钉，又由于它的体积比较大，因此施工速度也非常快，可作为各种建筑的填充材料。

2、陶粒混凝土小型砌块
陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形球体，但也有一些仿碎石陶粒不是圆形或椭圆形球体，而呈不规则碎石状。陶粒形状因工艺不同而各异。它的表面是一层坚硬的外壳，这层外壳呈陶质或釉质，具有隔水保气作用，并且赋予陶粒较高的强度。陶粒的外观颜色因所采用的原料和工艺不同而各异。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。实物见图14，图15。
陶粒耐高温性能、保温性能优良，随着国家整体政策的不断改进环保新型节能的概念是我们未来的发展趋势，国家大力提倡环保节能，这就需要我们在建筑结构方面采取更先进的技术来提高节能效果。

五、导热系数和传热系数的测定

1、仪器设备
JW-III型热流计式导热仪，RX-IIB型传热系数仪。
2、测试原理
（1）JW-III型热流计式导热仪原理
导热系数(或热阻)是保温材料主要热工性能之一，是鉴别材料保温性能好坏的主要标志。
JW-III型热流计式导热仪采用单式样双热流计对称布置。被测试样放置在二个相互平行且具有恒定温度的平板中，在稳定状态下，热流计和试样中心测量部分，具有维恒定热流。此时测量热、冷板热流计输出的热电势mv1，mv2和表面温度T3,T4,T5,T6，就可以计算任一平均温度下的热阻。若知道厚度，就可以算出试样的导热系数值。

（2）RX-IIB型传热系数仪测试原理
热箱法检测围护结构传热系数是基于“一维传热”的基本假定，即围护结构被测部位具有基本平行的两表面，其长度和宽度远远大于其厚度，视为无限大平板。
人工制造一个一维传热环境下，被测部位的内侧用热箱模拟采暖建筑室内条件，并使热箱内和室内空气温度保持一致，另一侧为室外自然条件或在被测外墙的外面口上冷箱。维持热箱内温度高于室外温度10K以上，这样被测部位的热流总是从室内向室外传递，形成了一维传热，当热箱内加热量与通过被测部位传递的热量达到平衡时，热箱的加热量就是被测部位的传热量。采用固态继电器实时控制热箱内空气温度和室内温度，采用高分辨率的变送装置精确测量热箱内消耗的电能并进行积累，定时记录热箱的发热量及热箱内和室外温度，经运算得到被测部位的传热系数值。
同时为避免干扰，使围护结构的测试数据更趋近于实际情况，所有采集的数据最后都可转化为Excel格式，方便检测人员借助电脑对被测数据进行分析。
围护(墙体)结构传热系数K［W／(m2·K)］通过下列公式计算：
K＝∑Kn／n ………………………………（1）
Kn＝Qn／［A1·（Ti－Te）］………………（2）
式中  Qn——单位测试时间的传热量，W；
A1——热箱开口面积，m2；
Kn——单位测试时间的传热系数值，W／(m2·K)；
Ti ——室内（热箱）空气温度，℃；
Te ——室外空气温度，℃；
n——连续测试次数。

六、思考与讨论

1、影响保温材料导热性能的主要因素有哪些？
2、保温材料的基本特征如何？常用保温材料的品种有哪些？