一、前言

建筑及保溫材料越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各種工程中，而這些材料是具有一系列的熱物理特性，在進(jìn)行熱工計(jì)算時(shí)，往往涉及到這些熱特性，為使計(jì)算準(zhǔn)確可靠，就必須正確地選擇材料熱物理指標(biāo)，使其與材料實(shí)際使用情況相符，否則，計(jì)算公式無(wú)論怎樣準(zhǔn)確，所得到的結(jié)果與實(shí)際情況仍然會(huì)有很大的差異。材料的熱物理特性受許多因素的影響，例如：材料的化學(xué)成份、密度、溫度、濕度等，其中濕度對(duì)材料的影響很大，而在實(shí)際使用中，由于受氣候、施工水份，生產(chǎn)和使用狀況等各方面的影響，材料往往會(huì)含有一定水份，這樣，將會(huì)導(dǎo)致材料的保溫性能下降。所以，在熱工計(jì)算中必須考慮這個(gè)問(wèn)題。為此，準(zhǔn)確測(cè)定含濕狀態(tài)下材料的熱物理特性是十分必要的。

我公司生產(chǎn)的TDJG283-2型蓄熱系數(shù)測(cè)試儀計(jì)算機(jī)采集、控制和數(shù)據(jù)處理功能。這臺(tái)儀器的特點(diǎn)是：裝置簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高、試驗(yàn)速度快（一次試驗(yàn)十分鐘左右），在一次試驗(yàn)中可同時(shí)測(cè)出材料的蓄熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)溫系數(shù)和比熱，并且能測(cè)量不同含濕狀態(tài)下的熱物理性能。參考標(biāo)準(zhǔn)：JGJT12-2019（代替JGJ51-2002)輕骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，JG158-2013《膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)》以及JG/T283-2010《膨脹?；⒅檩p質(zhì)砂漿》附錄B對(duì)蓄熱系數(shù)的測(cè)定.

二、主要技術(shù)性能

1、應(yīng)用范圍：

本儀器適用于測(cè)定干燥或不同含濕狀況下勻質(zhì)板狀、粉未狀材料的蓄熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。被測(cè)材料導(dǎo)熱系數(shù)范圍在0.035～1.7w/m.k（或0.03～1.5kcal/m.h.℃），蓄熱系數(shù)范圍0.1-30W/M2K。

2、電源～220V，50HZ

3、試樣大?。罕≡嚰粔K20×20×（1.5～3）cm

厚試件兩塊20×20×（4～10）cm

4、外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：400×400×520（mm）

5、工作條件①環(huán)境溫度10～35℃

②相對(duì)濕度≤80%

③室溫要求穩(wěn)定≤±1.5℃

6、測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度優(yōu)于±5%

7、連接上位機(jī),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)打印輸出。

三、基本原理

該儀器是以非穩(wěn)定導(dǎo)熱原理為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)材料中短時(shí)間加熱，使實(shí)驗(yàn)材料的溫度發(fā)生變化，根據(jù)其變化的特點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)熱微分方程的解，便可計(jì)算出試驗(yàn)材料的蓄熱系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱。

四、儀器裝置

根據(jù)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理建立的熱工性能試驗(yàn)裝置是由電源、測(cè)溫儀表及一個(gè)面加熱器和放置在加熱器兩側(cè)相同材料的三塊試件及測(cè)溫?zé)犭娕冀M成。儀器裝置共分三部分：

1、試件部份：包括試件，試件臺(tái)及夾具。

為便于放置熱電偶及加熱器，試件分成三塊(二塊厚、一塊薄),試件之間夾以熱電偶與加熱器，并用夾具固緊。

2、加熱系統(tǒng)：

包括加熱器，4650數(shù)顯可編程電源。

加熱器是用直徑為0.25毫米的康銅絲繞成三段并聯(lián)的形式，并用薄的絕緣綢布固定。

4650數(shù)顯可編程電源可精確顯示通過(guò)加熱電器的電流值、電壓值、功率。

3、溫度測(cè)量系統(tǒng)：

溫度測(cè)量采用直徑為0.2mm的銅一康銅熱電偶。測(cè)量溫度的儀表是AL716高精度數(shù)顯溫度表。

五、使用方法

1、對(duì)試件的要求：

（1）試件三塊為一組，其中兩塊厚，一塊薄。試件的長(zhǎng)和寬一般等于或大于薄試件厚度的8倍，厚試件和薄試件厚度比應(yīng)為3：1，通常試件尺寸為：薄試件一塊20×20×（1.5～3）cm

厚試件兩塊20×20×（6～10）cm

若知材料導(dǎo)溫系數(shù)時(shí),薄試件厚度可按下列數(shù)值選用：

材料的導(dǎo)溫系數(shù)：薄試件的厚度：

a（m²/h）δ（mm）

≤1×10^-315～20

≥1×10^-320～30

（2）一組試件必須為同一配比，其容重差應(yīng)小于5%；

（3）試件兩表面應(yīng)平行，且厚度應(yīng)均勻。薄試件平面度應(yīng)小于試件厚度的1%。各試件的接觸面應(yīng)平整且結(jié)合緊密；

（4）粉狀材料用圍框的辦法按上述要求處理；

（5）考慮材料的不均勻性，每種材料應(yīng)取樣3～5組。

2、試件的預(yù)處理：

（1）測(cè)量干燥條件下導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，試件應(yīng)根據(jù)材料本身的技術(shù)規(guī)定在不同溫度條件下進(jìn)行干燥處理至恒重；

（2）測(cè)量不同含濕狀況下的熱特性時(shí)，應(yīng)將干燥試件培養(yǎng)至所需濕度后，放在密閉容器兩天以上，再進(jìn)行測(cè)試，要求一組試件的濕度差小于或等于1%。

3、測(cè)試前的準(zhǔn)備工作：

（1）將冰瓶裝入冰水混合物，熱電偶冷端放入冰水混合物中。

（2）開啟電源開關(guān)。

（3）稱三塊試件的重量、測(cè)量其尺寸，計(jì)算出密度；

（4）將試件放在試件臺(tái)上，放入熱電偶及加熱器，熱電偶的結(jié)點(diǎn)放在試件的中心，然后夾具將試件夾緊。對(duì)于受壓易變形的試件，應(yīng)采取措施，防止試件變形；

（5）試件的初始溫度在10分鐘內(nèi)變化小于±0.05℃，并且薄試件上，下表面溫度差小于0.1℃時(shí)，可開始試驗(yàn)。

4、手動(dòng)測(cè)量步驟：

（1）記錄上表面溫度E′₀，下表面溫度E₀。

（2）根據(jù)加熱器、試樣厚度、試樣密度選取合適電壓（參看后面注意事項(xiàng)5），調(diào)節(jié)電源上的旋鈕，到合適電壓，按OUTON/OFF開關(guān)，輸出電壓，并同時(shí)開啟計(jì)時(shí)開關(guān)。

（3）記錄加熱器的功率值為W（電源顯示屏上讀數(shù)據(jù)）。

（4）當(dāng)加熱時(shí)間為4～5分，并且θ（0，t₁）≥10℃時(shí)，記錄時(shí)間為t₁及下加熱面熱電偶溫度值為E₁。

（5）當(dāng)上表面熱電偶溫度比E₀高出相當(dāng)于1～2℃時(shí),記錄計(jì)時(shí)器讀數(shù)，即時(shí)間t′,而熱電偶溫度值為E′，此時(shí)，要求：t′與t₁的間隔時(shí)間小于或等于1分鐘；

（6）按OUTON/OFF開關(guān)，并同時(shí)記錄計(jì)時(shí)器讀數(shù)，即時(shí)間為t₂，時(shí)間t₂可以等于t′也可大于t′。當(dāng)t2＞t′時(shí)，要求t₂與t′之間的時(shí)間間隔不超過(guò)30秒；

（9）由于加熱停止，熱源面上的溫度逐漸下降，待t₃比t₂長(zhǎng)3～5分鐘后，記錄計(jì)時(shí)器的讀數(shù)即時(shí)間t₃，而加熱面熱電偶溫度值為E₂。

一次試驗(yàn)結(jié)束，拆卸試件，并裝入密閉容器中，待四小時(shí)后，按上述試驗(yàn)步驟再進(jìn)行第二次試驗(yàn)。

4、計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量步驟：

（1）啟動(dòng)測(cè)試儀軟件，進(jìn)入測(cè)試界面。

（2）輸入試樣重量、試樣長(zhǎng)、寬、高，然后“確認(rèn)”。

（3）按“自動(dòng)測(cè)試”鍵，進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)步驟欄中顯示自動(dòng)測(cè)試過(guò)程。完成后，自動(dòng)顯示導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱。

（4）按“打印報(bào)告”鍵，可另存和打印報(bào)告。

六、測(cè)量結(jié)果的計(jì)算

1、試件容重按下式計(jì)算：

p=g/v（kg/m³）

式中：g—試件重量（kg）

v—試件體積（m³）

2、試件的重量含水率：

g₂－g₁

W₂=————（％）

g₁

式中：g₁—干試件重量（kg）

g₂—濕試件重量（kg）

3、材料的導(dǎo)溫系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)及比熱分別按下列幾式計(jì)算：

（1）函數(shù)B（y）值：

θ′（x，t′）

B（y）=————————

θ（0，t₁）

（2）導(dǎo)溫系數(shù)：

d²

根據(jù)B（y）查表得y²值，則：a=——（m²/h）

4t′y²

（3）導(dǎo)熱系數(shù)：

Q√a（-）

入=———————————（w/m.k）

θ（0,t₃）

（4）比熱：

3.6入

C=————（kJ/kg.k）

a.p

式中：θ′（x,t′）t′—薄試件上表面過(guò)余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；

θ（0,t₁）t₁—升溫過(guò)程中熱源面上的過(guò)余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；

θ（0,t₃）t₃—降溫過(guò)程中熱源面上的過(guò)余溫度℃，及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間h；

t₂—關(guān)閉熱源的時(shí)間h；

P—三塊試件的平均容量kg/m³；

d—薄試件的厚度m。

Q—加熱器的功率W/m²，按下式計(jì)算；

W

Q=——

S

式中W—加熱器的功率W（電源顯示屏上讀數(shù)據(jù)）。S—加熱器的面積m²

蓄熱系數(shù)計(jì)算公式已經(jīng)編入軟件程序。

七、計(jì)算舉例

1、材料名稱：保溫復(fù)合涂料

2、測(cè)量薄試件厚度四次，取其平均值為厚度計(jì)算值，d=0.0151m。

3、加熱器面積為0.039m²。

4、測(cè)試記錄（表一）

5、溫度計(jì)算

（1）暖瓶中裝入冰水混合物水溫為0℃。

（2）薄試件上表面溫度值

①初始溫度：

E′₀=15.75℃

②加熱時(shí)間為t′時(shí)的溫度

E′=17.6℃

（3）薄試件下表面（即熱源面上）的溫度

①初始溫度

E₀=15.76℃

②加熱時(shí)間為t₁的溫度

E₁=33.88℃

③時(shí)間為t3時(shí)的溫度

E₃=25.05℃

（4）材料熱物理性能計(jì)算（見表二）

表二：

加熱器電壓選用參考表

八、注意事項(xiàng)

1、熟悉儀器各附件設(shè)備的使用說(shuō)明；

2、試驗(yàn)必須在試件的初始溫度穩(wěn)定的情況下進(jìn)行，不能將一組試件連續(xù)測(cè)量，間隔時(shí)間至少4小時(shí)以上；

3、當(dāng)外電源波動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行二次穩(wěn)壓；

4、經(jīng)常測(cè)量加熱器的電阻值，檢查加熱器是否有斷線或碰線；

5、加熱電壓的大小可以根據(jù)試件的容量和薄試件的厚度來(lái)控制，下表可作選

九、儀器成套性