86）0111 建筑节能 墙体与设计 No.10 in 2011 (Total No.248 Vol.39) WALL & DESIGN doi :10.3969(jissn.1673-7237.2011.10.017 二氧化硅气凝胶棉毡保温性能的研究 韩伟康，张双喜，王永娟，王坤迪”，张雅淳 （1.青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛2660332.青岛大学经济学院山东青岛266000) 摘要：根据圆管导热仪的原理建立实验台通过试验测量二氧化硅气凝胶毡的导热系数得出计算温差与导热系数的曲线，并进行 误差分析两与传统保温材料的导热系数进行对比体现出二氧化硅气凝胶钻在同类产品中的优越性.
关键词：圆管法：二氧化硅气凝胶棉毡：导热系数：对比 中图分类号：TU551 文献标志码：A 文章编号：1673-7237(2011)10-0069-03 Thermal Conductivity Coefficient of Silica Aerogel Felt HA.N Weiang * ZHA NG Shuongxi * WA NG Yosg=jam * WANG Kundi * ZHANG Yechun * (1.Institute ofEnvirmemt & Mumicipl Engineing. Qingd Techological University Qingdao 266033 Shandong Chins; 2.Economics College Qingdao University Qingdao 266000 Shandong China) Abstract: According to ahe principle ef heal pipe the experiment instrsment plaform is established to tes the thermaf conductirity co= t i theml otiity mh rfit isi erids to reet e sperority e sili erels fet in sinlar pts. Key w ords : circular tube method; Silica aerogels felt; coefficient of thermal conductivity; parison 0引言 我国建筑节能的核心是对建筑物围护结构和采 暖系统进行革新其中墙体保温施工技术在建筑节能 中发挥着越来越重要的作用.
当今社会发达国家都 空前地重视节能问题.
我国目前的单位建筑面积采暖 能耗相当于气候条件相近的发达国家的3～4倍.
中 国是一个能源比较贫痛的国家因此合理利用能源， 提高能源利用率是我国社会发展的根本大计而建筑 图1样品示意图 1实验台介绍及数学模型的建立 物外墙围护结构节能技术的改进保温材料的更新对 1.1试验台介绍 社会及建筑能耗的降低具有极其重大的意义.
实验台是根据（绝热层稳态传热性质的测定 气凝胶是在保持凝胶骨架结构完整的情况下将 圆管法搭建实验装置如图2所示.
凝胶内溶剂干燥后的产物.
二氧化硅气凝胶又被称作 10-9 32 9-10 “蓝烟”、“固体烟”是目前已知的最轻的固体材料也 56 是迄今为止保温性能最好的材料被誉为“改变世界 的神奇材料”.
二氧化硅气凝胶棉毡是以二氧化硅气 凝胶为主体材料制作的外墙保温材料具有导热系数 R2 低、密度小、强度高、空间利用率高、隔声、绿色环保、 R1 12 防水不燃等优越性能.
本文对二氧化硅气凝胶棉毡进 行实验研究和理论计算在实验数据的基础上分析 1.主加热器2.测量管3.保温材料（试件）.护加热器5.防护管x防护结构； 比对二氧化硅气凝胶和聚氨酯的保温性能.
图1为样 7.等板8.直流稳压电源9.温度调节器30.可控硅电压调整期31.可控硅： 品示意图.
12.稳压电源13.检测室T1、T2为测量段与防护段R1、R2.R3为标准电阻 收稿日期 2011-06-01；修回日期 2011-06-07 图2实验台系统图 69
本次试验材料的厚度8=10.1mm，圆管外径d= 误差为消除误差外表面热电偶采用锡纸胶带进行 80.01mm圆管长度L=1070mm并在圆管及保温材 固定并在最外层再包裹一层厚纱布.
然后按照图3 料的表面分别布置若干热电偶热电偶的分布如图3 系统图连接实验台.
所示.
接通电源，调节电压控制加热器的功率，得到试 由于本装置用加热器加热来模拟流体流动而加 验所需要的温度值热电偶的温度是采用HP34970A 数据采集仪进行采集记录数据采集的采集间隔为 下之间必然会产生温差经试验证实当加热到100℃ 30min，直到温度偏差在0.5%，保持稳定状态3h 时温差可达到5℃所以将热电偶成螺旋形布置在圆 以上.
管外侧编号为101~108，保温材料外表面的热电偶 该次试验分别测试加热器温度为70℃、118℃、 分布同样也螺旋布置编号为111~118.
200℃、315C这4个工况点.
分别得出对应工况下该 102 103 104 105 106107 108 保温材料的导热系数.
2.2数据处理 下面以120C为例进行处理分析.
6 图4为各个测点温度变化趋势表1为120C工 101 况稳定时各个测点的温度分布情况.
140.0 表示热电偶在正面口表示热电偶在背面 120.0 80.0 100.0 图3圆管热电偶螺旋形分布图 1.2建立数学模型 在本实验中可认为导热系数入为常数.
圆管外半 40.0 径R包裹保温材料后外半径R，圆管壁温度t，保 20.0 温材料外表面温度t圆管长L=1.07m.
通过控制加 0.0 热管温度，使加热管内热量只通过半径方向向外传 时间/min 递即一维稳态温度场.
图4温度变化趋势 建圆柱坐标系则导热微分方程为： 稳定时加热管功率为16W，要减去试件两端的 0=[(P/p)](p/P) 散热量两端散热量根据第三类边界条件来计算： 保温材料内、外表面都给出了第一类边界条件， Q=h(t-t) A (2) 结合傅里叶定律得： 式中h=10 W/（m²K)A=/πdl计算得： Q=10×π×0.08x0.1×(50.1-15.5)10×π×0.08x0.1× =2tAl (r-）/In (44.3-15.5)15.9 W 通过反解得： 这样加热管在管径方向上的散热量为： A=1n/[2π（）] (1) Q80-15.9=60.3 W 根据公式（1）可得： 式中为加热器功率通过功率表可以读出.
2测试过程及数据处理 8.01 /[2x/r×0.87×(117.5-38.4)] 2.1测试过程 =0.031 W/(mK) 在圆管外表面按照图3所示布置101~108号热 表2为各温度下得出的导热系数 电偶再包裹上试验材料为使材料能与圆管更紧密 由以上实验数据回归得出计算温差△t与导热系 的接触在材料上在包裹一层纱布并用胶带固定.
同 数入之间的关系式： 样在材料外表面布置111~118号热电偶，由于外表 相关系数R²=0.970 4A=0.019 90.000 2r(见图5).
面布置的热电偶会与周围物体进行辐射换热而造成 表1稳定时各测点温度 编号 101 102 103 01 105 106 107 108 温度/C 116.5 118.7 118.7 118.7 118.2 117.2 110.7 113.5 编号 111 112 113 114 115 116 117 118 温度/C 50.1 32.5 42.7 39.1 35 39.8 41.5 44.3 70
表2各温度下的传热系数 功率/w 试件平均温度/C 外表面平均温度/C 室温/C 计算温差/℃ 传热系数/[W(（m-K)] 31.2 69.0 28.0 15.5 33.0 0.023 76.2 117.5 38.4 15.8 62.2 0.031 156.2 199.6 61.6 17.5 113.1 0.039 301.2 315.5 92.7 14.7 189.4 0.048 0.06 表示对实验结果进行评定 0.05 多次直接测量的不确定度为： 0.04 A= Vn（n-1) (x-x）² (3) 0.02 系 热 0.01 （u/1）=中 0 007081091010210010809007 由仪器误差引起的不确定度为： 计算温差/℃ uu=/V3 (4) 图5计算温差对导热系数的影响 合成标准不确定度的计算公式为： 3传热温差测量误差分析及实验测量的不确 u=Vux²ug² (5) 定度 间接测量N关系式为N=f(xyz-)则不确定 3.1传热温差测量误差分析 度的计算公式为： 本装置采用按JJG115-1999检定过的T型热 u(N)=V(x)u(x)(fy)u(y)(z)u(z) 电偶测量温度，热电偶在0~100C内测量精度可达 (9) 0.2℃.
热电偶将所测量的温度量转化为电压量输入 根据式（3）~（6）对导热系数的不确定度进行计 数据采集仪数据采集仪将该电压量通过内部程序转 算得出其不确定度为5%~10% 变为相应的温度值，该程序符合ITS-90要求转换 与传统保温材料导热系数的对比 精度为0.05℃，加上数据采集仪在对应热电势范围 常温下几种常见传统保温材料与本次测量的二 内的测量误差，利用热电偶测量温度的总体精度为 氧化硅气凝胶毛毡导热系数如表3所示.
0.2℃.
根据随机误差的合成定律可以得到利用该数 从表3中可见二氧化硅气凝胶的导热系数与聚氨 据采集仪和T型热电偶测量温度时的精度为： 酯保温板的导热系数大致相当.
从耐火性方面考虑聚 R=V0.2²0.2-=0.283 °℃.
氨酯易燃，且燃烧产生有毒气体，对建筑造成安全隐 3.2测量的不确定度 患.
本次的试验材料加热到300‘C以上不燃并能保持 本文根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与 较低的导热系数，是理想的耐高温墙体保温材料.
表3几种常见保温材料的导热系数 名称 二氧化硅气凝胶毡 膨胀聚苯板 挤缩聚苯板 聚氨脂保温板 岩棉 导热系数{W/（mK)] 0.025 10°0 0.03 0.023 0.03 结语 [3]王军英、张双喜，圆管保温结构稳态导热系数的测定[]区域供热， 我国新型保温材料的发展趋势为具有良好的防 1996(2):17-24. 火性、阻燃性、变形系数小、抗老化、成本低廉的同时， [4]章熙民.传热学[M].北京：中国建筑工业出版社 2001:2-3. 要符合节能环保的要求、并能实现循环再利用.
通过 [5]中国计量科学研究院JF1059-1999 测量不确定度评定与表示[K] 测试表明二氧化硅气凝胶保温效果良好，同时具有防 北京：中国计量出版社，1999 水、防火、隔声的特点完全符合我国新型保温材料的 [5]阐捷华，几种墙体保温材释的保温、安全及防火性能的研究[门].工程 发展趋势.
但其还处在发展阶段价格较高，且加工时 建设 2009 41(2). 会产生对人体有害的粉尘相信随着工艺的改进与提 [7]刘柱平，建筑墙体保温材料的研究现状与发展趋势切广东化工 2010 高以上的问题都会得到圆满的解决，该材料会在市 37(7). 场中得到更多用户的认可和推广.
作者简介：韩伟康（1986）男山东青岛人供热供慰气通风及空调工 参考文献： 程专业(117297937@9q.) [1]展天舒建筑节能和墙体保温[J]工程力学 2006(Z2）. 指导教师：张双喜从事建筑节能与设备方向的研究.
[2]GB10296--2008.绝热层稳态传热性质的测定图管法[S] 71
