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Hot Disk量熱儀瞬態平麵熱源法在建築節能材料測試中的應用
日期：2024-04-26 16:06
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摘要：
Hot Disk瞬態平麵熱源法在建築節能材料測試中的應用
（北京中建建築科學技術研究院 豐台區南苑新華路1號 100076）
摘 要 本文介紹了Hot Disk瞬態平麵熱源法測試原理，以及采用Hot Disk瞬
態平麵熱源法測試建築材在不同含水率條件下導熱係數的變化趨勢。
關鍵詞 導熱係數 靜態法 瞬態法 瞬態平麵熱源法 含水率
1 引 言
導熱係數是反應材料熱工性能的參數，是鑒彆材料保溫性能優良的主要標誌。
近幾年，隨著我國建築節能法規和標準的出台，建築業對建築節能越來越重視。因
此，準確測得建築材料在不同含水率條件下導熱係數的變化趨勢，對於工程合理選
材及工程驗收具有十分重要的意義。
然而伴隨材料科學的飛速發展，對材料的測試方法提出了更高的要求，即不斷拓寬
應用範圍、提高測試精度和測試速度。因此需要不斷地改進傳統測試方法，並采用全新
的測量技術。
如今，很多新材料和材料在不同含水率條件下熱工性能的變化等很難從資料中獲得
相關數據，因此對材料的實際檢測變得十分必要。
2 國內外導熱係數測定方法
2.1 靜態方法
*早的測量使用靜態方法，分為防護熱板法和熱流計法，它的普遍特點是操作人員
在已知樣品的壁厚上建立溫度梯度，並控製從一邊傳遞到另一邊的熱量，*常用的熱流
是一維的。在測量中*常用的變量是Guarded Hot Plate（GHP），即防護熱板法。GHP
是指防止熱量通過邊界從係統散發出去的一種設置。該方法基於單向穩定導熱原理，
當試樣上、下兩麵處於不同的穩定溫度下，測量通過試樣有效傳熱麵積的熱流（計
量功率和麵積）及試樣兩表麵間溫差和厚度，得出材料導熱係數。GB/10294－1988
《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 防護熱板法》就是測試方法標準。該方法的
測試的穩定期一般需要3-4小時，測試時間1-2小時，整個測試時間合計4-6小時（根據
儀器性能而不同）。
另一種靜態方法就是熱流計法，熱流計法是參照國標GB10295－1988 建立起來的，
屬於建立在傅立葉定律一維穩定熱流基礎上的比較方法，需要由防護熱板法測定過的
標定試樣或標準板進行熱流計係數的標定。但由於熱流計易漂移所以要定期標定以保
證儀器的準確性。
2.2 瞬態法
目前瞬態法分為激光發射法、專線法和熱帶法。
激光發射法是測量熱擴散係數*有名也是*常用的瞬態方法。它一般不能對聚合物
等熱擴散係數較小的材料進行測量，在此我們不做詳細說明，隻作簡要的介紹。該方法
適用於測量各向同性材料、固體材料，也可以對如金屬這樣的良導熱體進行測量；測量
可在高溫下進行，而且測量迅速。由於該方法隻能得出熱擴散係數，因此要計算熱導率，
還必須從其它的測量中獲得熱容值。誤差在兩次測量中的傳播會降低測量的**度。
專線法是參照GB11205-89《橡膠熱導率的測定 瞬態熱絲法 》建立起來的。熱
線法是應用比較多的方法，是在樣品（通常為大的塊狀樣品）中插入一根專線。測
試時，在專線上施加一個恒定的加熱功率，使其溫度上升。測量專線本身或平行於
專線的一定距離上的溫度隨時間上升變化的關係。由於被測材料的導熱性能決定這
一關係，由此可得到材料的導熱係數。
熱帶法也是在瞬態法基礎上開發出來，隻是將金屬線壓成扁平的金屬帶，提高
與樣品表麵的接觸。由於帶狀物有一定的麵積，因此可以用來同時測量熱擴散係數
和熱導率。熱帶法與專線法的工作原理一樣，都是將電流通過金屬產生熱量，樣品
的性質決定了熱量傳遞到樣品中的方式。金屬帶隻能用於測量絕緣的樣品。要得到
較好的測量結果，樣品表麵的粗糙度應當非常小。許多商業測試方法都基於熱帶法
和熱帶理論，也就是把金屬帶置於基體上，另一麵與樣品接觸。*終的響應隻有一
半來自樣品，另一半來自已知熱導率的基體，從而降低了測量的靈敏度。
另外一種瞬態法是下麵將要詳細介紹的Hot Disk瞬態平麵熱源法。
3 Hot Disk瞬態平麵熱源法
3.1 簡介
*近在熱帶法基礎上開發出瞬態平麵熱源法（TPS法），該方法也被稱為
“Gustafsson”探頭法或HOT DISK法。與熱帶方法相比，TPS探頭可以看成由金
屬帶彎成的許多同心圓，在兩麵加抗腐蝕性和機械性能良好的聚合物保護層。實際
應用時將這些同心圓製成雙螺旋形，這樣電流就可以從一端傳到另一端。與熱帶法
不同，Hot Disk法測量時將探頭置於兩塊樣品之間，這樣升溫過程就會同時受到兩
邊樣品的影響。
瞬態平麵熱源技術（TransientPlane Source Method, TPS）是由瑞典Chalmer 理
工大學的Silas Gustafsson 教授在專線法的基礎上發展起來的一項**技術，在過去
20 年中，瞬態平麵熱源技術被越來越多地被研究人員應用於各種不同類型材料的熱
物性的測試。
3.2 原理
儀器使用了一個薄層圓盤形的溫度依賴電阻作為樣品探頭（見圖1），探頭係由
導電金屬鎳經刻蝕處理後形成的連續雙螺旋結構的薄片，外層為雙層Kapton 保護
層。外層的Kapton 保護層的厚度隻有0.025 mm，它令探頭具有一定的機械強度，同
時保持探頭與樣品之間的電絕緣性。與專線法（Hot Wire）和熱帶法(Hot Strip)一樣，
由於采用具有熱阻性的材料同時作為熱源和溫度傳感器，瞬態平麵熱源技術能夠覆
蓋較大的熱導率範圍，因而可以同時適用於各種不同類型的材料。
圖1 連續雙螺旋結構的圓盤型平麵熱源探頭
測試時，探頭被夾在兩片樣品中間，形成類似三明治的結構（見圖2），在探頭
上通過恒定輸出的直流電，由於溫度的增加，探頭的電阻發生變化，從而在探頭兩
端產生電壓下降，通過記錄在一段時間內電壓和電流的變化，可以較為**地得到
探頭和被測樣品中的熱流信息。
圖2 平麵熱源探頭放置於樣品中間形成三明治結構
初始測試時，在絕緣性的Kapton 塗層上會產生很小的溫度下降，經過很短的一
個初始化過程，由於輸出功率是恒定的，溫度的下降將保持恒定。探頭的電阻變化
可以用下式表示：
R(t ) = R 0 [1 + αΔT i+α ΔT (τ ) ] （1）
R 0是探頭在瞬態記錄前的電阻，α是熱阻係數（TCR），ΔT (τ ) 是假設探頭和被
測樣品完全接觸時的平均溫度上升值。
ΔT (τ ) = P0D（τ）/ （π3/2rk） （ 2 ）
在方程式2 中，P0是探頭釋放的熱，k是被測樣品的熱導率，r是探頭的半徑,τ
可以由下式得到：
Θ
= = t
r
τ at （ 3）
a是被測樣品的熱擴散係數，t是測試時間，Θ是特征測量時間（Θ=r2/a）。將2 式
代入1 式，
並設R *=R0 [1+αΔT i]和C=(α R0 P0)/（π3/2rk），1式可以寫成
R(t) = R* +CD(τ ) （ 4）
將測得的電阻R(t)對D(τ)作圖應當得到一條直線。通過反複變換Θ進行擬合，尋
找到正確的Θ數值，使R(t)對D(τ)的直線相關性達到*大。熱擴散係數可以由a= r2/Θ
得到，熱導率由直線的斜率C 計算得到。
當測試時間比特征測量時間Θ（τ<0.5）短得多時，隻有當參數a k = kρCp 時
上述計算成立，此時的數學模型接近於表麵通過恒定熱流的無限厚板的情況。當測
試時間比特征測量時間Θ（τ>2）長得多時，隻能得到熱導率，此時的數學模型接近
於一個無限大固體被一個點熱源在內部加熱的情況。因此，為了在瞬態測試時同時
得到熱擴散係數和熱導率，必須選擇合適的參數，測試時間不能過於偏離特征測試
時間。
3.3 瞬態平麵熱源技術對擠塑聚苯板和水泥砂漿的測試
本文應用瞬態平麵熱源技術（Transient Plane Source Method, TPS）分彆對
擠塑聚苯板和水泥砂漿在不同含水率的情況下導熱係數進行了測試。
實驗方法為將試樣分彆烘乾至恒重，然後將其浸泡入水中直至飽和，測試時擦
乾試樣表麵的水分後，測試質量和導熱係數； 讓試樣在自然狀態下蒸發水分（或置
於烘箱中），每隔一定時間對其進行上述測試，從而得出不同質量含水率條件下材
料的導熱係數。
3.4 擠塑聚苯板測試結果及曲線分析
製作兩塊擠塑聚苯板樣塊分彆編號為a 和b，a 樣塊尺寸為99×100×19 mm，表
觀密度為39.77kg/m3，烘乾至恒重時質量為7.48g,b 樣塊尺寸為100×100×19 mm，
表觀密度為39.53kg/m3，烘乾至恒重時質量為7.51g。導熱係數與含水率的關係測
試結果具體如下表:
次數 試塊a 質量
a’(g)
試塊b 質量
b’(g)
a 含水率
(%)
b 含水率
(%)
平均含水率
(%)
導熱係數
W/（m·K）
1 7.48 7.51 0.00 0.00 0.00 0.0340
2 7.48 7.52 0.00 0.13 0.07 0.0345
3 7.49 7.53 0.13 0.27 0.20 0.0344
4 7.5 7.54 0.27 0.40 0.33 0.0343
5 7.74 7.84 3.48 4.39 3.94 0.0352
6 8.53 8.73 14.04 16.25 15.14 0.0394
7 8.65 8.88 15.64 18.24 16.94 0.0416
8 8.73 8.99 16.71 19.71 18.21 0.0398
9 9.02 9.30 20.59 23.83 22.21 0.0429
10 9.61 9.89 28.48 31.69 30.09 0.0444
11 9.83 10.14 31.42 35.02 33.22 0.0472
12 10.11 10.38 35.16 38.22 36.69 0.0481
13 10.77 11.00 43.98 46.47 45.23 0.0501
注:上述含水率以此計算: a含水率=( a’-a)/a *100% b含水率=( b’-b)/b*100%
通過曲線分析：質量含水率每增加10%擠塑板導熱係數增加0.0035481 W/（m·K）。
3.5 水泥砂漿測試結果及曲線分析
製作兩塊水泥砂漿樣塊分彆編號為a 和b，a 樣塊尺寸為70×70×20 mm，絕乾時
質量為202.68g 密度為2.068×103kg/m3,b 樣塊尺寸為70×69×19.5 mm，絕乾時質量
為190.48g 密度為2.022×103kg/m3。導熱係數與含水率的關係測試結果具體如下表:
次
數
試塊a 質量
a’(g)
試塊b 質量
b’(g)
a 含水率
(%)
b 含水率
(%)
平均含水率
(%)
導熱係數
W/（m·K）
1 202.68 190.48 0 0 0 1.164
2 203.88 191.75 0.59 0.66 0.63 1.119
3 205.65 192.95 1.44 1.28 1.36 1.185
4 207.17 194.25 2.17 1.94 2.05 1.154
5 207.21 194.26 2.19 1.95 2.07 1.266
6 210.75 197.5 3.83 3.55 3.69 1.317
0.33 3.94 15.14 16.94 18.21 22.21 30.09 33.22 36.69 45.23
導熱係數值
W/（m·K）
含水率（%）
擠塑聚苯板導熱係數與含水率的關係曲線
0.034
0.0352
0.0394
0.0416
0.0398
0.0429
0.0444
0.0472
0.0481
0.0501
注:上述含水率以此計算: a 含水率=( a’-a)/a *100% b 含水率=( b’-b)/b*100%
7 211.99 198.6 4.39 4.09 4.24 1.34
8 212.53 199.11 4.63 4.33 4.48 1.366
9 212.85 199.48 4.78 4.51 4.64 1.423
10 213.35 199.91 5.00 4.72 4.86 1.368
11 213.34 199.85 5.00 4.69 4.84 1.402
12 213.33 199.85 4.99 4.69 4.84 1.306
13 213.35 199.86 5.00 4.69 4.85 1.389
14 213.37 199.85 5.01 4.69 4.85 1.419
15 213.36 199.87 5.01 4.70 4.85 1.347
16 213.35 199.85 5.00 4.69 4.84 1.41
17 213.36 199.89 5.01 4.71 4.86 1.36
18 213.41 199.93 5.03 4.73 4.88 1.382
19 214.86 201.38 5.67 5.41 5.54 1.42
20 214.94 201.47 5.70 5.45 5.58 1.397
21 215.01 201.53 5.73 5.48 5.61 1.347
22 216.52 202.91 6.39 6.13 6.26 1.483
23 216.6 203.01 6.43 6.17 6.30 1.495
24 216.63 203.04 6.44 6.19 6.31 1.448
25 218.95 205.33 7.43 7.23 7.33 1.519
26 219.02 205.41 7.46 7.27 7.36 1.513
27 219.14 205.55 7.51 7.33 7.42 1.463
28 219.3 205.72 7.58 7.41 7.49 1.568
29 219.81 206.24 7.79 7.64 7.72 1.595
30 220.02 206.46 7.88 7.74 7.81 1.568
31 220.21 206.63 7.96 7.82 7.89 1.514
32 220.57 206.98 8.11 7.97 8.04 1.563
33 221.42 207.69 8.46 8.29 8.38 1.583
34 221.5 207.88 8.50 8.37 8.43 1.593
35 221.72 208.15 8.59 8.49 8.54 1.619
36 221.87 208.29 8.65 8.55 8.60 1.558
37 221.9 208.43 8.66 8.61 8.64 1.608
38 222 208.54 8.70 8.66 8.68 1.598
39 222.04 208.64 8.72 8.70 8.71 1.591
40 222.16 208.82 8.77 8.78 8.78 1.674
41 222.33 209.25 8.84 8.97 8.90 1.704
42 222.35 209.38 8.85 9.03 8.94 1.739
43 222.81 209.72 9.03 9.17 9.10 1.751
通過曲線分析：質量含水率每增加1%水泥砂漿導熱係數增加0.06192108 W/ （m·K）。
4 結 語
通過上述的測試，瞬態平麵熱源法（TPS 法）測試速度快，重複性好，通過曲線
看出材料的導熱係數與含水率基本成線形關係。
參考文獻
T．Log and S.E.Gustafsson，Transient Plane Source（TPS）TechniqueforMeasuring Thermal
Transport Properties of Building Materials，1995
趙文海：北京中建建築科學技術研究院院長，教授級**工程師
含水率（%）
水泥砂漿導熱係數與含水率的關係曲導熱係數值
W/（m·K）
1.164
0 0.63 1.36 2.07 3.69 4.64 4.84 5.61 6.30 7.33 8.04 8.54 9.10
1.119
1.185
1.266 1.317
1.423
1.306 1.347
1.495
1.519
1.563
1.619
1.715
（北京中建建築科學技術研究院 豐台區南苑新華路1號 100076）
摘 要 本文介紹了Hot Disk瞬態平麵熱源法測試原理，以及采用Hot Disk瞬
態平麵熱源法測試建築材在不同含水率條件下導熱係數的變化趨勢。
關鍵詞 導熱係數 靜態法 瞬態法 瞬態平麵熱源法 含水率
1 引 言
導熱係數是反應材料熱工性能的參數，是鑒彆材料保溫性能優良的主要標誌。
近幾年，隨著我國建築節能法規和標準的出台，建築業對建築節能越來越重視。因
此，準確測得建築材料在不同含水率條件下導熱係數的變化趨勢，對於工程合理選
材及工程驗收具有十分重要的意義。
然而伴隨材料科學的飛速發展，對材料的測試方法提出了更高的要求，即不斷拓寬
應用範圍、提高測試精度和測試速度。因此需要不斷地改進傳統測試方法，並采用全新
的測量技術。
如今，很多新材料和材料在不同含水率條件下熱工性能的變化等很難從資料中獲得
相關數據，因此對材料的實際檢測變得十分必要。
2 國內外導熱係數測定方法
2.1 靜態方法
*早的測量使用靜態方法，分為防護熱板法和熱流計法，它的普遍特點是操作人員
在已知樣品的壁厚上建立溫度梯度，並控製從一邊傳遞到另一邊的熱量，*常用的熱流
是一維的。在測量中*常用的變量是Guarded Hot Plate（GHP），即防護熱板法。GHP
是指防止熱量通過邊界從係統散發出去的一種設置。該方法基於單向穩定導熱原理，
當試樣上、下兩麵處於不同的穩定溫度下，測量通過試樣有效傳熱麵積的熱流（計
量功率和麵積）及試樣兩表麵間溫差和厚度，得出材料導熱係數。GB/10294－1988
《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定 防護熱板法》就是測試方法標準。該方法的
測試的穩定期一般需要3-4小時，測試時間1-2小時，整個測試時間合計4-6小時（根據
儀器性能而不同）。
另一種靜態方法就是熱流計法，熱流計法是參照國標GB10295－1988 建立起來的，
屬於建立在傅立葉定律一維穩定熱流基礎上的比較方法，需要由防護熱板法測定過的
標定試樣或標準板進行熱流計係數的標定。但由於熱流計易漂移所以要定期標定以保
證儀器的準確性。
2.2 瞬態法
目前瞬態法分為激光發射法、專線法和熱帶法。
激光發射法是測量熱擴散係數*有名也是*常用的瞬態方法。它一般不能對聚合物
等熱擴散係數較小的材料進行測量，在此我們不做詳細說明，隻作簡要的介紹。該方法
適用於測量各向同性材料、固體材料，也可以對如金屬這樣的良導熱體進行測量；測量
可在高溫下進行，而且測量迅速。由於該方法隻能得出熱擴散係數，因此要計算熱導率，
還必須從其它的測量中獲得熱容值。誤差在兩次測量中的傳播會降低測量的**度。
專線法是參照GB11205-89《橡膠熱導率的測定 瞬態熱絲法 》建立起來的。熱
線法是應用比較多的方法，是在樣品（通常為大的塊狀樣品）中插入一根專線。測
試時，在專線上施加一個恒定的加熱功率，使其溫度上升。測量專線本身或平行於
專線的一定距離上的溫度隨時間上升變化的關係。由於被測材料的導熱性能決定這
一關係，由此可得到材料的導熱係數。
熱帶法也是在瞬態法基礎上開發出來，隻是將金屬線壓成扁平的金屬帶，提高
與樣品表麵的接觸。由於帶狀物有一定的麵積，因此可以用來同時測量熱擴散係數
和熱導率。熱帶法與專線法的工作原理一樣，都是將電流通過金屬產生熱量，樣品
的性質決定了熱量傳遞到樣品中的方式。金屬帶隻能用於測量絕緣的樣品。要得到
較好的測量結果，樣品表麵的粗糙度應當非常小。許多商業測試方法都基於熱帶法
和熱帶理論，也就是把金屬帶置於基體上，另一麵與樣品接觸。*終的響應隻有一
半來自樣品，另一半來自已知熱導率的基體，從而降低了測量的靈敏度。
另外一種瞬態法是下麵將要詳細介紹的Hot Disk瞬態平麵熱源法。
3 Hot Disk瞬態平麵熱源法
3.1 簡介
*近在熱帶法基礎上開發出瞬態平麵熱源法（TPS法），該方法也被稱為
“Gustafsson”探頭法或HOT DISK法。與熱帶方法相比，TPS探頭可以看成由金
屬帶彎成的許多同心圓，在兩麵加抗腐蝕性和機械性能良好的聚合物保護層。實際
應用時將這些同心圓製成雙螺旋形，這樣電流就可以從一端傳到另一端。與熱帶法
不同，Hot Disk法測量時將探頭置於兩塊樣品之間，這樣升溫過程就會同時受到兩
邊樣品的影響。
瞬態平麵熱源技術（TransientPlane Source Method, TPS）是由瑞典Chalmer 理
工大學的Silas Gustafsson 教授在專線法的基礎上發展起來的一項**技術，在過去
20 年中，瞬態平麵熱源技術被越來越多地被研究人員應用於各種不同類型材料的熱
物性的測試。
3.2 原理
儀器使用了一個薄層圓盤形的溫度依賴電阻作為樣品探頭（見圖1），探頭係由
導電金屬鎳經刻蝕處理後形成的連續雙螺旋結構的薄片，外層為雙層Kapton 保護
層。外層的Kapton 保護層的厚度隻有0.025 mm，它令探頭具有一定的機械強度，同
時保持探頭與樣品之間的電絕緣性。與專線法（Hot Wire）和熱帶法(Hot Strip)一樣，
由於采用具有熱阻性的材料同時作為熱源和溫度傳感器，瞬態平麵熱源技術能夠覆
蓋較大的熱導率範圍，因而可以同時適用於各種不同類型的材料。
圖1 連續雙螺旋結構的圓盤型平麵熱源探頭
測試時，探頭被夾在兩片樣品中間，形成類似三明治的結構（見圖2），在探頭
上通過恒定輸出的直流電，由於溫度的增加，探頭的電阻發生變化，從而在探頭兩
端產生電壓下降，通過記錄在一段時間內電壓和電流的變化，可以較為**地得到
探頭和被測樣品中的熱流信息。
圖2 平麵熱源探頭放置於樣品中間形成三明治結構
初始測試時，在絕緣性的Kapton 塗層上會產生很小的溫度下降，經過很短的一
個初始化過程，由於輸出功率是恒定的，溫度的下降將保持恒定。探頭的電阻變化
可以用下式表示：
R(t ) = R 0 [1 + αΔT i+α ΔT (τ ) ] （1）
R 0是探頭在瞬態記錄前的電阻，α是熱阻係數（TCR），ΔT (τ ) 是假設探頭和被
測樣品完全接觸時的平均溫度上升值。
ΔT (τ ) = P0D（τ）/ （π3/2rk） （ 2 ）
在方程式2 中，P0是探頭釋放的熱，k是被測樣品的熱導率，r是探頭的半徑,τ
可以由下式得到：
Θ
= = t
r
τ at （ 3）
a是被測樣品的熱擴散係數，t是測試時間，Θ是特征測量時間（Θ=r2/a）。將2 式
代入1 式，
並設R *=R0 [1+αΔT i]和C=(α R0 P0)/（π3/2rk），1式可以寫成
R(t) = R* +CD(τ ) （ 4）
將測得的電阻R(t)對D(τ)作圖應當得到一條直線。通過反複變換Θ進行擬合，尋
找到正確的Θ數值，使R(t)對D(τ)的直線相關性達到*大。熱擴散係數可以由a= r2/Θ
得到，熱導率由直線的斜率C 計算得到。
當測試時間比特征測量時間Θ（τ<0.5）短得多時，隻有當參數a k = kρCp 時
上述計算成立，此時的數學模型接近於表麵通過恒定熱流的無限厚板的情況。當測
試時間比特征測量時間Θ（τ>2）長得多時，隻能得到熱導率，此時的數學模型接近
於一個無限大固體被一個點熱源在內部加熱的情況。因此，為了在瞬態測試時同時
得到熱擴散係數和熱導率，必須選擇合適的參數，測試時間不能過於偏離特征測試
時間。
3.3 瞬態平麵熱源技術對擠塑聚苯板和水泥砂漿的測試
本文應用瞬態平麵熱源技術（Transient Plane Source Method, TPS）分彆對
擠塑聚苯板和水泥砂漿在不同含水率的情況下導熱係數進行了測試。
實驗方法為將試樣分彆烘乾至恒重，然後將其浸泡入水中直至飽和，測試時擦
乾試樣表麵的水分後，測試質量和導熱係數； 讓試樣在自然狀態下蒸發水分（或置
於烘箱中），每隔一定時間對其進行上述測試，從而得出不同質量含水率條件下材
料的導熱係數。
3.4 擠塑聚苯板測試結果及曲線分析
製作兩塊擠塑聚苯板樣塊分彆編號為a 和b，a 樣塊尺寸為99×100×19 mm，表
觀密度為39.77kg/m3，烘乾至恒重時質量為7.48g,b 樣塊尺寸為100×100×19 mm，
表觀密度為39.53kg/m3，烘乾至恒重時質量為7.51g。導熱係數與含水率的關係測
試結果具體如下表:
次數 試塊a 質量
a’(g)
試塊b 質量
b’(g)
a 含水率
(%)
b 含水率
(%)
平均含水率
(%)
導熱係數
W/（m·K）
1 7.48 7.51 0.00 0.00 0.00 0.0340
2 7.48 7.52 0.00 0.13 0.07 0.0345
3 7.49 7.53 0.13 0.27 0.20 0.0344
4 7.5 7.54 0.27 0.40 0.33 0.0343
5 7.74 7.84 3.48 4.39 3.94 0.0352
6 8.53 8.73 14.04 16.25 15.14 0.0394
7 8.65 8.88 15.64 18.24 16.94 0.0416
8 8.73 8.99 16.71 19.71 18.21 0.0398
9 9.02 9.30 20.59 23.83 22.21 0.0429
10 9.61 9.89 28.48 31.69 30.09 0.0444
11 9.83 10.14 31.42 35.02 33.22 0.0472
12 10.11 10.38 35.16 38.22 36.69 0.0481
13 10.77 11.00 43.98 46.47 45.23 0.0501
注:上述含水率以此計算: a含水率=( a’-a)/a *100% b含水率=( b’-b)/b*100%
通過曲線分析：質量含水率每增加10%擠塑板導熱係數增加0.0035481 W/（m·K）。
3.5 水泥砂漿測試結果及曲線分析
製作兩塊水泥砂漿樣塊分彆編號為a 和b，a 樣塊尺寸為70×70×20 mm，絕乾時
質量為202.68g 密度為2.068×103kg/m3,b 樣塊尺寸為70×69×19.5 mm，絕乾時質量
為190.48g 密度為2.022×103kg/m3。導熱係數與含水率的關係測試結果具體如下表:
次
數
試塊a 質量
a’(g)
試塊b 質量
b’(g)
a 含水率
(%)
b 含水率
(%)
平均含水率
(%)
導熱係數
W/（m·K）
1 202.68 190.48 0 0 0 1.164
2 203.88 191.75 0.59 0.66 0.63 1.119
3 205.65 192.95 1.44 1.28 1.36 1.185
4 207.17 194.25 2.17 1.94 2.05 1.154
5 207.21 194.26 2.19 1.95 2.07 1.266
6 210.75 197.5 3.83 3.55 3.69 1.317
0.33 3.94 15.14 16.94 18.21 22.21 30.09 33.22 36.69 45.23
導熱係數值
W/（m·K）
含水率（%）
擠塑聚苯板導熱係數與含水率的關係曲線
0.034
0.0352
0.0394
0.0416
0.0398
0.0429
0.0444
0.0472
0.0481
0.0501
注:上述含水率以此計算: a 含水率=( a’-a)/a *100% b 含水率=( b’-b)/b*100%
7 211.99 198.6 4.39 4.09 4.24 1.34
8 212.53 199.11 4.63 4.33 4.48 1.366
9 212.85 199.48 4.78 4.51 4.64 1.423
10 213.35 199.91 5.00 4.72 4.86 1.368
11 213.34 199.85 5.00 4.69 4.84 1.402
12 213.33 199.85 4.99 4.69 4.84 1.306
13 213.35 199.86 5.00 4.69 4.85 1.389
14 213.37 199.85 5.01 4.69 4.85 1.419
15 213.36 199.87 5.01 4.70 4.85 1.347
16 213.35 199.85 5.00 4.69 4.84 1.41
17 213.36 199.89 5.01 4.71 4.86 1.36
18 213.41 199.93 5.03 4.73 4.88 1.382
19 214.86 201.38 5.67 5.41 5.54 1.42
20 214.94 201.47 5.70 5.45 5.58 1.397
21 215.01 201.53 5.73 5.48 5.61 1.347
22 216.52 202.91 6.39 6.13 6.26 1.483
23 216.6 203.01 6.43 6.17 6.30 1.495
24 216.63 203.04 6.44 6.19 6.31 1.448
25 218.95 205.33 7.43 7.23 7.33 1.519
26 219.02 205.41 7.46 7.27 7.36 1.513
27 219.14 205.55 7.51 7.33 7.42 1.463
28 219.3 205.72 7.58 7.41 7.49 1.568
29 219.81 206.24 7.79 7.64 7.72 1.595
30 220.02 206.46 7.88 7.74 7.81 1.568
31 220.21 206.63 7.96 7.82 7.89 1.514
32 220.57 206.98 8.11 7.97 8.04 1.563
33 221.42 207.69 8.46 8.29 8.38 1.583
34 221.5 207.88 8.50 8.37 8.43 1.593
35 221.72 208.15 8.59 8.49 8.54 1.619
36 221.87 208.29 8.65 8.55 8.60 1.558
37 221.9 208.43 8.66 8.61 8.64 1.608
38 222 208.54 8.70 8.66 8.68 1.598
39 222.04 208.64 8.72 8.70 8.71 1.591
40 222.16 208.82 8.77 8.78 8.78 1.674
41 222.33 209.25 8.84 8.97 8.90 1.704
42 222.35 209.38 8.85 9.03 8.94 1.739
43 222.81 209.72 9.03 9.17 9.10 1.751
通過曲線分析：質量含水率每增加1%水泥砂漿導熱係數增加0.06192108 W/ （m·K）。
4 結 語
通過上述的測試，瞬態平麵熱源法（TPS 法）測試速度快，重複性好，通過曲線
看出材料的導熱係數與含水率基本成線形關係。
參考文獻
T．Log and S.E.Gustafsson，Transient Plane Source（TPS）TechniqueforMeasuring Thermal
Transport Properties of Building Materials，1995
趙文海：北京中建建築科學技術研究院院長，教授級**工程師
含水率（%）
水泥砂漿導熱係數與含水率的關係曲導熱係數值
W/（m·K）
1.164
0 0.63 1.36 2.07 3.69 4.64 4.84 5.61 6.30 7.33 8.04 8.54 9.10
1.119
1.185
1.266 1.317
1.423
1.306 1.347
1.495
1.519
1.563
1.619
1.715