建筑保温材料导热性能分析

建筑保温材料导热性能分析

唐修权

深圳市联华工程检测有限公司

摘要：保温材料作为当前一种较为常见的新型材料，在建筑性能方面具备环保、高效以及节能的特征。本文先从保温材料的基本概念入手，对材料导热性能的特征及影响因素等进行具体分析，之后再详细介绍了目前我国建筑工程中几种比较常见的保温材料。

关键词：建筑，保温材料，导热性能

一、建筑保温材料导热性能分析的必要性

在现今的社会环境条件下，更多强调的是能源节约和环境保护，落实到现代建筑行业中来就是要尽可能的保证建筑的施工过程与存在都对环境无害，并在建设的过程当中尽可能的在不破坏环境条件的前提下充分的利用自然资源，以此来实现人、建筑以及自然环境之间的和谐发展，从而真正实现能源的节约和环境的保护。在这里我们需要注意的是，建筑保温材料的质量对于整个建筑工程节能效果的影响是非常之大的，而在我们国家，建筑节能材料的推广和应用又正是降低能源消耗和实现低碳经济发展的重要举措，在这样一种现实的状况之下，保温材料的保温性能不仅仅只是评价材料性能的指标之一，更是我们在进行工程应用以及设计时的重要参考依据之一。

事实上，在工程进行的过程当中，无论是在工程开工之前的图纸设计阶段还是后续竣工后的建筑节能评定阶段，都需要进行必要的热工计算，在此过程当中保温性能就正是其中相当重要的物理性能指标之一。而在计算过程当中为尽可能的保证计算结果准确且使得材料与实际的应用状况相符合，我们就必须要对建筑保温材料的导热性能予以一定的认识和了解。

二、建筑保温材料导热性能及其特点

2.1保温材料的性能

在建筑行业当中，我们主要是将平均温度不超过350℃且导热系数控制在0.12W/（m.K）的所有材料都称作为是保温材料。保温材料，顾名思义其最为重要的作用就是要实现保温和隔热，这也就是要在应用的过程当中尽可能最大限度的来阻抗热流进行传递，正是因为这样，就要求保温隔热材料必须具备较大的热阻值或者是较小的导热系数，只有这样才能够实现上文所说的建筑围护结构节能设计的目的，具体来说就是在夏季的时候通过太阳热量和热辐射的隔离来避免室内温度过高，而冬天则是通过减少热量损失来保住室内所需要的热量和温度。

2.2保温材料的特点

保温材料多为多孔体或者是纤维性的材料，在应用的过程当中由于这样一次材料内部具有空隙，因此就可以在其中填充一些导热系数较低的气体来保证其良好的保温性能。保温材料与均质材料最为显著的区别就是其由于空隙的存在使得在进行分析的时候不能够将其视为连续介质，但是如果保温材料内部的空隙相对于物体的总几何尺寸而言非常小的话就还是可以将其视作连续介质，并利用“表观导热系数”这样一个概念来进行探讨。

但是需要注意的是在这样一种状况下对保温材料内部的传热情况进行分析的话实际上是非常复杂的，具体包括以下几种形式的复杂组合：辐射、固相和气相的传导、对流以及上述三者之间的相互作用。如果保温材料在发挥作用的过程当中还处于一定湿度环境下，则其传热过程将变的更加的复杂。我们将保温材料这样一种显著的性质称作为“传递系数”。在实际的受测试环境条件下，传递系数的测试往往会很大程度的收到环境环境的影响，这也就是说，传递系数往往就是由试件表面的厚度或者是温差所决定的。

2.3保温材料性能的影响因素

一般情况下，能够对保温材料的性能产生影响的因素主要包括以下几个方面，包括测试的温度、材料本身的性质和密度、空隙中气体的组成与性质以及含湿量等各个方面，下文中主要是就不同影响因素对保温材料性能所产生的具体影响进行说明。首先就是导热系数往往会随着平均温度的升高而不断增大；其次就是认为的提高材料空隙率能够较好的提升材料的保温性能；再次就是在保温材料本身的密度降低到一定程度以后就会使得材料的导热系数大大增加，上文中已经说明认为增加材料的孔隙率是能够提升材料的保温性能的，但需要注意的是，在材料的密度降低到一定程度以后就会使得一些小的空隙扩大成为大的沟道，这导致的结果就是孔隙内部的气体作用以及孔隙之间的辐射作用都会一定程度的增强，根据上文中的分析和说明我们就不难看到，材料的整体表观导热系数是会相应的有所增高的；最后就是湿度对保温材料的影响，由于保温材料一般都是多孔状的结构，因此水分的侵入对于保温材料而言一方面是替代了孔隙内所含有的部分空气，另一方面就是极大程度的加快了保温材料内部热量的流通和传递。

三、几种较为常见的建筑保温材料

3.1聚氨酯保温材料

聚氨酯（PU）材料，又称聚氨基甲酸酯材料，是当前应用最为广泛的隔热产品[3]，在机械制造业、石油化工产业等各领域发挥重大作用。与此同时，在聚氨酯类泡沫塑板产量逐渐扩大的背景下，其在建筑外墙的保温隔热设计中受到广泛使用。该种材料的导热系数只有0.019-0.024W/m?K，是当前国际公认保温与隔热效果最佳的材料，是岩棉、聚苯板（EPS）等常用保温材料均无法与之相媲美的保温材料。但缺点方面，聚氨酯的泡沫材料属极易燃烧的保温材料，其燃烧氧指数约为17%，易于发生火灾事件。燃烧性能具体表现在两方面：第一，聚氨酯保温材料的燃点较低，既能快速燃烧起来，且在燃烧期间易于出现熔滴现象。第二，当材料受热时可分解出易燃性的气体，后经火苗的不断燃烧逐渐演变成炭化层，其受热分解的产物与燃烧产物中含有大量的一氧化碳、氰化氢等有毒气体。从实验室的检测数据得知，聚氨酯材料的热量排放总量与速度明显超过EPS板，表明该材料引起火灾的概率相对较高；聚氨酯材料的烟密度较大，平均值约在61-70之间，最大可高达91。据烟毒性的研究试验显示，该材料的烟毒性也显著高过EPS板。

3.2聚苯乙烯泡沫塑板

聚苯乙烯泡沫塑板也是一种较为常见的建筑保温隔热材料，主要采用聚苯乙烯的树脂原料在泡发剂的作用下发泡制成。该种保温材料的内部含有大量的封闭微孔，主要特点为导热指数与表观密度小、结构均匀、吸水率低以及抗压强度大等，并且具备良好的隔音效果，通常适用于金属复合的夹芯板、聚苯板等。相比于其他材料，聚苯板的保温效果略显优势，但基于该板材的局限性，导致其在作业施工中主要以点固定的方式连接建筑主体。再者各泡沫板材间需要黏结或者拼接才能相互依附，不仅投资成本较大，而且施工工艺冗长，不适用于外形复杂繁琐的建筑保温。此外，聚苯板保温材料的憎水性可能和一般的亲水性材质不同，因此，除材料面层之外，其后续施工的质量难以保障，易于发生面层脱落、空鼓或者开裂的质量缺陷。

3.3聚苯颗粒的保温材料

聚苯颗粒的保温材料主要由胶粉料与聚苯颗粒根据一定的比例搭配而成[4]。由于聚苯颗粒质量较轻，施工中极易飞扬，故应按特殊的搅拌步骤制作。具体步骤为：首先，工厂利用预混搅拌的方法，将水泥和引气制剂及高分子物质等多种添加剂搅拌混匀后，再进行包装成胶粉料。其次，待胶粉料合成完毕后，按照相应配比将其与水放置搅拌机中不断搅拌制成砂浆。最后，加入聚苯颗粒，将上述材料搅拌均匀成黏性较强的膏状体。建筑墙体的保温隔热层，则是利用此膏状体涂抹在墙面上制成的。聚苯颗粒的保温材料，不仅操作便利，具备良好的保温性能，而且其中的聚苯颗粒可来自于工业品或者废旧细小的颗粒，有利于保护环境与减少白色污染。由于这种材料的吸水性相对较大，使用时可合理设置相应的防水及抗裂层面。聚苯颗粒的保温材料能弥补其他材料的不足，因而在建筑保温材料中占据重要地位。

3.4发泡水泥

将发泡水泥用来制成建筑外墙与室内的保温层，尽管其的导热系数相对高于其他的隔热材料，但该种材料依附建筑结构层面的能力较强，操作简便，具有良好的环保性能。一方面，在众多以往的地暖工程施工中，通常采用EPS材料作为隔热层，不仅难以和原基面相结合，而且其的依附性较差，易于导致建筑隔热层的脱落、龟裂或者空鼓等。因此，将发泡水泥用来制成建筑室内的保温与隔热材料，能显著提高建筑基础和隔热层的依附性[5]。另一方面，利用发泡水泥制成的隔热层，既能有效填平其和原楼板之间的细小凹凸平面，又能稳固持久逐渐形成强大的依附性，有效确保了建筑保温隔热层的整体效果均衡。

结束语：

通过上文中，我们主要是得到以下两个方面的具体结论：一方面就是各种保温材料的性能指标之间是会产生相互的影响的，无论是有机材料还是无机材料，其材料本身的性质、闭孔孔气体的组成以及含湿量等都是有所不同的，而这样一种区别就会在一定程度上影响到建筑保温材料本身的性质。另一方面就是在进行材料的选择时应当综合性的考虑到以下几个方面的因素，包括选材的经济性、所选材料的实际使用年限、材料本身的导热性能以及综合利用的状况等。这样一种综合性的全面考虑才能够真正将各种材料的优势真正发挥出来并实现资源的节约与高效利用。

参考文献

[1]肖红.建筑保温材料的应用种类及前景展望2017.2

[2]谭文书.浅析保温隔热材料及其应用前景2017.4

[3]孟王成.建筑常用保温材料导热性能分析2016.12