GB/T 11048—1989與GB/T 11048—2008兩個標準中的熱阻測試方法研究

陳寧++++陳鳳梅++++周立明

摘要：本文分析了GB/T 11048—1989方法A——平板式恒定溫差散熱法與GB/T 11048—2008 B型儀器——靜態平板法的數據差異，推導平板式恒定溫差散熱法的傳熱系數，得到熱阻計算公式，并與靜態平板法中的熱阻Rct 進行了比較，明確了兩者測試原理的一致性，表明當熱板的溫度設置為35℃，執行GB/T 11048—1989 標準的儀器同樣可以得到試樣的熱阻值，熱板的溫度設置為36℃，與35℃所測試到的結果無明顯的變化。

關鍵詞：熱阻；GB/T 11048—1989方法A；GB/T 11048—2008 B型儀器

1 引言

GB/T 11048—1989 《紡織品 保溫性能的測定》[1]規定了紡織品保溫性能的兩種試驗方法，其中，方法A——平板式恒定溫差散熱法適用于測定各種織物的保溫性能，報告保溫率、傳熱系數和克羅值。GB/T 11048—2008 《紡織品 生理舒適性穩態條件下熱阻和濕阻的測定》[2]用于代替 GB/T 11048—1989 ，規定了A、B兩種類型的測試儀器，取消了保溫率的指標，其中B型儀器——靜態平板法僅能測定織物的熱阻。保溫率和熱阻是表征織物防寒保暖性能的兩個指標，而ISO11092：1993[3]、ASTM F 1868—2009[4]等外國標準采用熱阻值衡量織物的保暖性，而執行GB/T 11048—1989方法A的平板式織物保溫儀沒有直接給出試樣的熱阻值，很難滿足當前紡織品檢驗市場的要求。

本文通過分析GB/T 11048的1989年版本方法A——平板式恒定溫差散熱法與2008年版本的B型儀器——靜態平板法的差異，利用1989年版本方法A中的指標傳熱系數推導出試樣的熱阻計算公式，并與靜態平板法中的熱阻Rct進行比較，明確兩者測試原理的一致性，說明GB/T 11048—1989方法A的平板式織物保溫儀可得到試樣的熱阻值。

2 標準測試方法差異分析

GB/T 11048的1989年版本方法A與2008年版本的B型儀器的測試差異具體如表1所示。其中2008年版本條款7.3.1明確規定了B型儀器中試樣上方的空氣流速<0.1m/s，即接近靜態空氣試驗條件，兩者的主要差異在于試驗板的溫度和報告指標， 1989年版本方法A試驗板的溫度為36℃，報告試樣的保溫率Q、傳熱系數U2、克羅值clo，而2008年版本的B型儀器為35℃，報告熱阻值Rct、如果需要可報告熱導率k、克羅值clo。按照標準的要求，1989年版本方法A不報告試樣的熱阻值。

3 熱阻公式分析

在1989年版本方法A標準條款8.1.3.1， 保溫率公式為

（1）

其中，Q——保溫率，%；

Q1——無試樣散熱量，W/℃；

Q2——有試樣散熱量，W/℃。

Q1和Q2分別由公式（2）和公式（3）計算得到：

（2）

（3）

其中，N——試驗板電熱功率，W；

t1、t'1——無試樣、有試樣累計加熱時間，s；

t2、t'2——無試樣、有試樣試驗總時間，s；

Tp——試驗板平均溫度，℃；

Ta、T'a——無試樣、有試樣罩內空氣平均溫度，℃。

1989年版本條款8.1.3.2試樣的傳熱系數為

（4）

其中，U2 ——試樣傳熱系數，W/m2·℃；

Ubp——無試樣時試驗板傳熱系數，W/m2·℃；

U1——無試樣時試驗板傳熱系數，W/m2·℃。

（5）

（6）

A——試驗板面積，m2；

P、P'——無試樣、有試樣熱量損失，W。

（7）

（8）

于是得到

（9）

（10）

所以有

（11）

根據傳熱系數與熱阻互為倒數關系，于是得到試樣的熱阻

（12）

在2008年版本的B型儀器中，試樣熱阻為

（13）

其中，Tm——試驗板的溫度，℃；

Ta、T'a——無試樣、有試樣氣候室中的溫度，℃；

H、H'——無試樣、有試樣提供給測試面板的加熱功率，W；

ΔHc ——熱阻Rct測定中加熱功率的修正量。

公式（12）和公式（13）的差異在于試驗板的熱功率，有試樣時 與H'-ΔHc ，及無試樣時 與H -ΔHc。其中， 指的是有試樣時試驗總時間內的平均加熱功率。根據1989年的版本條款4.1“通過通斷電的方式保持恒溫”，可知平板式恒定溫差散熱法應用的儀器的加熱過程是間歇式的。而2008年版本的B型儀器中的H'為“有試樣時提供給測試面板的加熱功率”，靜態平板法中儀器的加熱過程可能是間歇式的，也可能是連續的。在試驗總時間內，間歇式加熱過程的平均加熱功率，與連續式加熱過程的加熱功率是等效的。因此，在不考慮加熱功率的修正量ΔHc 情況下， 與H'本質是一樣的。1989年版本的平板式織物保溫儀同樣可以計算試樣的熱阻，且與2008年版本的B型儀器的結果相同。在實際應用中，將試驗板、保護板、底板的恒溫溫度設置為35℃，根據公式（12）就可以計算得到試樣的熱阻值。

4 熱阻試樣兩端溫度差的分析

采用1989年版本的方法A，試驗板、保護板、底板的恒溫溫度均設置為36℃、35℃，這兩種情況下10種不同面料熱阻值測試，熱阻值的差異如圖1所示。由圖1可知，隨試驗板的36℃設定為35℃時，10種樣品中大部分熱阻值略微降低，但二者無顯著的差異，說明試驗板與試樣上方的溫差在小范圍變動時，所測試的熱阻值無明顯的波動。

圖1 熱阻值與溫度差關系

5 結論

本文通過分析GB/T 11048的1989年版本方法A與2008年版本的B型儀器的測試要素，由1989年版本方法A的傳熱系數推導出熱阻公式，并與2008年版本的熱阻公式比較，明確了兩者在測試本質上的一致性。在滿足標準對測試參數和儀器誤差技術要求的基礎上，1989年版本方法A平板式織物保溫儀可與2008年版本的B型儀器兼容。同時，試驗表明，即使熱板在小范圍內變動，所測試的熱阻值無明顯的大波動。

參考文獻：

[1] GB/T 11048—1989 紡織品保溫性能的測定[S].

[2] GB/T 11048—2008 紡織品 生理舒適性 穩態條件下熱阻和濕阻的測定[S].

[3] ISO11092：1993紡織品 生理舒適性 穩態條件下熱阻和濕阻的測定（蒸發熱板法）[S].

[4] ASTM F 1868—2009 服裝材料的熱阻和濕阻測定（蒸發熱板法）[S].

（作者單位：上海市質檢院纖維檢驗所）endprint