GB10296-88绝热层稳态热传递特性的测定圆管法.pdf

七、 建筑用保温隔热材料6 4 5附加说明:本标准由国家建筑材料工业局提出。本标准由河南建筑材料研究设计院负责起草。本标准主要起草人曹声韶, 陈爱珠。1 0 . 绝热层稳态热传递特性的测定圆管法 G B 1 0 2 9 6 -8 8 本标准参照采用国际标准I S O / D I S 8 4 9 7 -1 9 8 6 热绝缘 稳态热传递特性的测定管绝热层装置 。1 主题内容与适用范围 本标准规定了圆管法测定绝热层稳态热传递特性的适用范围、 术语及测定装置、 试样、步骤和结果计算。 本标准适用于通常高于周围环境温度的圆管绝热层( 包括纵、 横接缝、 防潮层及覆皮等)稳态热传递特性的测定。2 引用标准G B 4 1 3 2 绝热材料名词术语G B 1 0 2 9 4 绝热材料稳态热阻及有关特性的 测定 防护热板法3 术语、 定义与符号3 . 1 本标准下列术语定义引自G B 4 1 3 2 03 . 1 . 1 热流量 Q( W) o3 . 1 . 2 线热流密度q L ( W/ m ) o3 . 1 . 3 热流密 度q ( W/ m 2 ) o3 . 2 本标准中有关符号规定如下:3 . 2 . 1 计量段长度( 轴线方向) L ( m ) o3 . 2 . 2 指定面的面积A( m 2 ) o3 . 2 . 3 管子表面温度 T o ( K ) o3 . 2 . 4 绝热层外表面温度 T 2 ( K ) e3 . 2 . 5 圆管的外径d o ( m ) o3 . 2 . 6 圆 形绝热层的 外径d 2 ( m ) o3 . 3 本标准中其他术语的定义规定如下:3 . 3 . 1 线传热率 T r L W/ ( m- K ) 在稳态条件下， 线热流密度除以 管子表面和环境气体的温度差。TrL = 丁 qLT rL = T o - T a一 撰。( 1 )式中 T 环境气体温度( K ) o3 . 3 . 2 线热阻R L ( m- K / W)6 4 6第一部分主要建筑材料的检测方法标准在稳态条件下， 管子表面和绝热层外表面之间的温度差除以线热流密度。RL_T 一T 2 4L( 2 )3 . 3 . 3 线热导率 C L L W/ ( m K) J 从管表面到绝热层外表面的线热阻的倒数。 C L表面传热系数h 2 W/ ( m 2 K ) l Q/ L丁 。 一T 2( 3 )3. 3. 4 稳态条件下， 绝热层外表面的热流密度除以外表面和环境气体之间的温差。圆管状绝热层的表面传热系数为: h 2 = crd 2 L ( T 2 - T . )表观导 热系 数, W/ ( m K ) ( 4 )3. 3. 5在稳态条件下， 对于圆管状绝热层， 本标准定义其表观导热系数( 以下简称“ 导热系数” 肠_式中 A , 圆 管 绝 热 层导 热系 数; I 二自 然对数。3 . 3 . 6 热阻系数r ( m K / W)Ql n ( d 2 / d n )2 n L ( T 一T 2 )( 5 )一1x p( 6 )3 . 3 . 7 面热阻R( 郝 K / W)在稳态条件下， 管表面和绝热层外表面之间的温度差除以热流密度。R =T o 一T 2Q乙 A( 7 )式中 A 指定表面( 通常是测试管表面， 有时是绝热层外表面或选定的其他表面) 的面积。3 . 3 . 8 面热导率C W/ ( 澎 K ) c = 1 找( 8 )4 方法提要 本标准规定采用圆管防护端头型测定装置( 如图1 ) 。在计量段两端头处， 依靠用隔缝分开个别加热的防护段使其轴向热流减到最小。其他类型的测定装置如经证明其测定结果与本标准规定装置测得的结果的偏差在标准允许的范围之内， 可以使用; 偏差超过本标准允许范围时， 以本标准规定为准。但附有高轴向热导元件( 如金属外壳) 的 试件， 必须用本标准规定的防护端头型装置测定。 测定装置由被分段加热的测定管和控制、 测量测定管各段温度、 试件外表面温度、 环境气体温度及耗于计量段加热功率的仪器等组成。七、 建筑用保温隔热材料6 4 7A- A匕A 图 1 防护端头型装置图1 -测定管右防护段; 2 -测定管计量段; 3 -测定管左防护段; 4 一加热管左防护段; 5 一跨过加热管隔缝的控制热偶: 6 -防护端测量热偶; 7 一跨过测定管隔缝的控制热偶; 8 -侧定管 计量段测量热偶之一 本标准允许测定管在试件或测定管材料的最高使用温度下运行。测定温度的下限受试件外表温度和为达到特定的测量精度所需温差的约束。通常测定装置是在1 5 - 3 5 仔细控制的静止空气中 运行， 但可伸延到其他环境温度、 流速和其他气体中。 试件外表温度可以靠加热或冷却的 外壳、 或者使用一层附加绝热层来达到某一温度水平。 按测定要求， 试样制备和铺设情况不同， 可得到两种显著不同的 结果: a . 实际使用性能: 以 原试样为试件， 按保温施工方式铺设在测试管上， 其结果代表试样实际使用性能。 b . 材料特性: 将试样选择和修饰成每一块能彼此紧密配合， 没有张口的接头和切缝的试件并与测试管 吻合 无间。 其结 果( 如x p ) 仅表征 材料的 特性。5 装里5 . 1 外形尺寸 本标准应用于具有圆筒形截面的测定管， 其外径为现行公称管径之一。在管子外形尺寸上不作限制， 但计量段应有足够长度、 以确信经端头的轴向 热损失与测得的总热流相比 是足够的 小， 以达到所期望的精度。 对于一个外径为8 8 . 9 二 的防护端头型装置, 0 . 6 m的 计量段长度与约l m的 试件总长经证明是满意的。 通常对于一种制品 或材料， 应至少在接近有关范围内的两种管径上进行测定， 测得的导热系数如相差很远， 一个办法是在不同 管子尺寸， 但在相同 绝热层厚及相同温度下测得的同一热传递特性不同值之间内擂。 为便于各实验室之间比 较， 推荐三种测定管外径: 3 4 m m , 8 8 . 9 m m和1 5 9 m m o5 . 2 隔缝 防护端头型装置在测定管和内加热管上用隔缝使计量段和防护段间的热交换减到最小。但隔缝宽度不超过4 m m， 其间用绝热材料填满。每个隔缝内部应有隔板阻挡计量段与防护段的热交换。 测定管和加热管表面每个隔缝两侧不超过2 5 二 处应安装温差热电偶或热电 堆。在任何跨越隔缝的高导热支撑部件上也应在对应部位安装示差热电偶。6 4 8第一部分主要建筑材料的检浏方法标准5 . 3 方位 本标准一般应用具有水平轴的测定管装置。5 . 4 测定管表面热电 偶布置 测定管计量段表面温度应由 至少四 支热偶测其平均值， 当计量段较长时， 每1 5 0 m m管长至少一支。它们应被纵向 设置在计量段等长度段的中心， 并应以螺旋线形沿管周等间距角整圈数布置， 间 距角从4 5 0 - - 9 0 0 05 . 5 温度传感器 本标准规定一般用裸珠绝缘线热电 偶作为温度传感器。热电 偶应单独标定或取自 经过标定的同一等级热偶线材。测金属表面温度时， 热偶线径不得大于0 . 6 r n m, 测非金属表面温度时不得大于0 . 4 r n m 。 用几支热偶并联测定平均温度时， 各热偶结点间应电绝缘， 各支热偶电阻应相等。5 . 6 温度测定系统 温度测定系统应具有的准确度要足以把确定温差的误差限制在可接受的范围内。例如: 假定试件径向温差为2 0 K 、 而温差测量误差允许范围不超过百分之一， 则温差测定必须准确到0 . 2 K以内; 温度是个别测定时， 假如误差是随机的， 则温度的测定必须准确到0 . 1 4 K以内。 显然， 温差较大时， 温度和温差测定允许的 绝对误差可以 大得多。5 . 7 电源 计量段加热的电源应很好地整定， 可以是直流也可以 是交流。防护段加热器的电源如不用温控仪也应加整定。5 . 8 功率测量 计量段加热器的平均功率测量准 确度应不低于士 0 . 5 %。必须注意使测得的功率仅是耗于计量段加热用的。5 . 9 环境温度控制和测量 有温度控制的 封闭室， 在测定管和环境空气之间的温差不超过2 0 0 时， 环境空气温度变化应维持在士 1 以内; 温差在2 0 0 以上时维持在士 2 以内， 并能保持在第4 章规定范围内的任何温度上。 装置周围 不得有影响试件表面自 然对流换热的任何物件， 也不得有总半球发射率低于0 . 8 5 , 温度与环境空气温度有显著差异的物体或表面。可具有备用设备以便用空气以外的气体并能模拟风速的影响。 环境气体温度传感器应设计和安置 得不会直接受测定管或其他热源的影响。可以 用实验确定合适的位置， 需要时应加辐射屏蔽。不允许直接置于装置上部。5 . 1 0 外套或外加绝热层 受温度控制的外套或外加绝热层将试件围起， 都可用于改变试件外表面温度。在任何一种情况下， 在6 . 4 条里规定的 试件外表面温度测量热偶应在外套或外加绝热层放置以前装好。外套或外加绝热层面对试件的内表面， 其发射率应大于0 . 8 06 试件 试件可以是刚性、 半刚 性、 可曲 折的( 毡类) 或是有适当包含的松散材料， 不论是否是均质的或是否各向同性的， 可包括切缝、 接头、 其他覆皮、 金属元件或外套。试件应在其全长内七、 建筑用保温隔热材料6 4 9尺寸和形状均匀( 试件本身固有的不均匀性如接缝的错位或其他特意布置的不规则处除外) 。一般试件外形是圆的， 与孔径同心。6 . 1 预处理 一般试件应在紧接测定之前予以干燥或按产品规定条件处理至稳定状态。正常步骤是在1 0 2 -1 2 0 的温度下干燥到恒重， 特定的试件例外。6 . 2 安装 试件应按测定要求固 定安装在测定管上。封粘剂、 捆扎带等的 使用应考虑到测定要求。6 . 3 外形尺寸 试件装配于测定管上后， 测量其外形尺寸的平均值， 测量误差小于士 0 . 5 %。用一把软钢皮尺测得周长， 计算求得直径d 2 - 计量段全长至少分为四 等份， 在每一等份的中点测量。每个防护段中心也应进行附加的测量。 以上测定应避开接缝、 箍带等不规则处。 每一测定值与计量段的平均值之差超过士 5 %时， 试件就应废弃。6 . 4 试件外表面温度 测定试件外表面平均温度T : 的热偶， 应按下述规定附在绝热层表面上。6 . 4 . 1 传感器位置 计量段应至少分成四 等份， 表面热偶应轴向置于每一段的中心。大型装置要求较大数目 的热偶。 热偶测点形成具有整圈数的螺旋线形， 相邻位置之间角距为4 5 0 - - 9 0 0 ， 应尽可能离开接头或其他不规则物一个等于试件厚度的 距离。如需要， 可用外加热偶记录该处表面温度及位置。6 . 4 . 2 固定传感器 热偶应系牢在试件表面上， 从结点起有一定长度( 对非金属表面不少于l 0 0 m m， 金属表面 不少于l o m m ) 热偶线与试件表面紧密热接触， 但不改变邻近表面的辐射发射率。 对于表面温度不均匀的 试件， 应使用与热偶结点系牢的 小金属箔片( 约2 0 m m x 2 0 m m ) 。这类金属箔片的表面发射率近似于试件表面的发射率。6 . 4 . 3 高热导率元件 在高轴向热导率元件如金属套和圈上， 应安装热偶测量轴向温度计算轴向传热。 这些热偶在元件顶部和底部都应安装， 地点应在两侧距隔缝中 心约4 5 m m处。7 测定步骤7 . 1 尺寸测量 测定计量段长度、 试件外周长和其他描述外形或另外要求所需的尺寸。在本方法里常用的尺寸应是在1 0 - - 3 5 的环境温度下测得的。 若需要在测定温度下的实际尺寸， 应在测定温度下直接测量。7 . 1 . 1 计量长度 本标准规定计量长度为计量段两头隔缝中心线之间的距离。7 . 1 . 2 直径 试件的外径应按6 . 3 条规定测定。6 5 1 ，第一部分主要建筑材料的检测方法标准7 . 2 测定管温度 如要在测定管温度范围内进行测定， 至少应在该温度范围上、 下限和中值附近做三次测定。如只需某一个温度时的数据， 测定可在该温度下进行; 或在略高于和略低于所需温度下进行的测定结果用内插法求得所需值。7 . 3 防护平衡 调节每个防护段的温度， 使测定管表面隔缝的温差趋近于零， 或不使计量段测得热流增加误差超过士 1 %。为减少隔 缝温差引起的测定结果的 误差， 可用内 插法消除或控制隔缝温差不超过试件温差( T 。 一T 2 ) 的1 0 . 5 %07 . 4 测量周期和稳定态 每隔至少半小时测读一次， 直至连续三次测得的试件径向温差与其平均值偏差小于1 %， 并且不显出 单方面趋势， 可以 认为装置达到稳态。7 . 4 . 1 所需的 数据 装置达到稳态后， 记录连续三个周期的数据: a . 测定管计量段的平均温度( 即管表面温度) T o ; b . 计量段至防护段的不平衡温差; 。 . 试件外表面( 即绝热层外表面) 的平均温度 T 2 ; d . 平均环境气体温度 T 。 和气体速度; e . 计量加热器的 平均电功率。7 . 4 . 2 轴向 热流7 . 4 . 2 . 1 装置内 对任何内加热管或支撑桥， 在计量段和防护段之间的隔缝边界处测量轴向 温度梯度( 见5 . 2 条和7 . 3 条) 。7 . 4 . 2 . 2 试件内 对于有高的轴向 热导率元件的 试件， 按6 . 4 . 3 规定的方法确定轴向温度梯度， 估算总轴向 导热。如总轴向 热流超过计量段热功率输人的1 %， 此测定结果应予以 剔除。8 计算 用7 . 4 . 1 记录的数据的 平均值， 按式( 1 ) 一 式( 8 ) 的公式计算并记录所需的热传递特性( 见 1 0 . 1 . 8 ) 09 测定的精密度、 准确度9 . 1 估算 测定的精密度、 准确度与装置和它的运行以及试件特性和所选的测定条件有关。因而无法对所有测定进行简单的定量描述。对于每一组测定条件， 由参与热传递特性计算的各项误差， 用误差理论估算最后结果的不确定度。9 . 2 实验室间的比 较 实验室间比较测定的情况可以估计本测定方法的精密度。 注: 几个实验室间 进行的初步比 较测定情况表明， 用等同试样在平均温度为6 0 - 2 5 0 范围内， 各个 实验室对材料特性的 测定值与平均值相比， 偏差不超过士 4 %0七、 建筑用保温隔热材料6 5 11 0 报告1 0 . 1 一般要求 报告应记录被测试件、 取样法和测定方法， 所用的测定装置和测定结果。需要时可作出试件热特性对平均温度的曲 线图。 所有数字值都应表明单位。根据需要， 报告中可适当 说明下列内容:1 0 . 1 . 1 试件 试件说明和其他鉴定包括商业和制造厂名， 材料形式， 制造日 期或来样日 期和来源， 公称尺寸、 形状和密度。测定前和测定后试件的任何异常都应予以说明。1 0 . 1 . 2 尺寸和密度 测得的尺寸和测定前后的密度。如果尺寸不是在环境温度下测得的， 应注明测定时的温度和得到尺寸的方法。1 0 . 1 . 3 安装 试件固定于测定管的方法， 包括所用捆带或箍的形式、 数目 和位置、 试件接头和切缝或合缝位置、 外套或覆皮的形式( 如果用了) ， 所用的任何封粘物的 形式、 来源及封粘方法， 以 及试件与管子是否紧密吻合无间等。1 0 . 1 . 4 预处理 预处理或干燥的方法， 因预处理或千燥所致的密度或尺寸的改变。1 0 . 1 . 5 温度 a . 测定管计量段的平均温度 T o ; b . 试件外表面的 平均温度 T 2 。 对于不规则试件， 还要说明不规则处测温热偶位置和读数( 见6 . 4 . 1 ) 01 0 . 1 . 6 环境条件 环境气体的种类， 平均温度 丁 。 和强制流动时的风速大小和方向、 控制外表温度的方法， 例 如 用 外 加 绝 热 层 或 温 度 控 制 壳 或 毡 。1 0 . 1 . 7 功率 计量段平均功率输人和所用的 任何修正。1 0 . 1 . 8 热传递特性，、“、 J .。*一， ， . . ， _ _ ， 、 L . ， _一1 几 +孔 、 、 、. _ 、 行一 _P J r rm浏褂传通符任色佰 I 9 0 仕A儿种和X 7 皿 曰十到温厌 (一万- 。区些胜足仕弟 匕 、乙