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电话：15021562539 微信：beiyingdianzi 邮箱：sales@dwshanghai.com 地址：上海市嘉定区华江路348号B座226室防护热板法（Guarded Hot Plate, GHP）是稳态测量绝热材料导热系数的经典“基准法”之一。它最早可追溯至 19 世纪末的 Lees 圆盘法，在 20 世纪初由美国和德国几乎同步发展成完整装置，此后被 ASTM、ISO 等标准采纳，用于建筑保温、冷藏隔热、低温绝热、气凝胶、岩棉、泡沫塑料等低导热材料的绝对导热系数测定。
1898 年，英国科学家 Lees 提出 Lees Disk（李斯圆盘）法，用薄圆盘试样夹在加热体与散热体之间、近似一维稳态传热的思路测量不良导体导热系数。该方法为后来的防护热板提供了“中央加热—两侧控温—按傅里叶定律反算导热”的雏形。
20 世纪初美国制冷行业兴起，冷库、空调、家用制冷设备都对“隔热层该多厚、传热多少”有定量需求。但当时缺乏精确的绝热材料传热测量方法。
1910 年，美国制冷工程师学会（ASRE，American Society of Refrigerating Engineers）向美国国家标准局（NBS，现 NIST）提出请求，希望其提供绝热材料热传输标准数据，供工程设计使用。NBS 随即立项，由 Hobart Cutler Dickinson 主持设计首台防护热板装置。Dickinson 于 1912 年建成并开始用该装置测量绝热材料导热系数。
后续与 Milton S. Van Dusen 等合作，NBS 在 1916 年发表《The Testing of Thermal Insulators》，给出空气层及 30 种绝热材料的热流精确测定结果，并推动热传输术语统一；Van Dusen 1920 年、Van Dusen 与 Finck 1928 年继续改进装置，其中 1929 年前后建成的版本长期运行至 1983 年，后入藏 NIST 博物馆。
几乎同期，德国科学家 Richard Poensgen 独立研制出结构、理论相近的防护热板装置，并于 1910 年即用于绝热材料导热系数测量。因此从“投入使用时间”看，Poensgen 通常被认为是 GHP 方法的首位发明者；而 Dickinson/NBS 直到 1912 年才正式开始测量。
1942 年 NBS 等提出暂行方法；1945 年 ASTM 正式采纳为 C177，成为北美绝热材料导热测试基石。
1947 年 Robinson 与 Watson 扩展 NBS 防护热板温度范围，并开展实验室间比对。
1964 年 Robinson 提出线热源防护热板（line-heat-source GHP），用圆形线源替代均布加热，简化边缘防护与数学处理；后来发展为 ASTM C1043 相关设计实践。
单面/单试样模式、薄加热器模式等补充实践逐步形成，对应 C1044 等标准。
GHP 属于稳态法。其前提是试样内部温度场不随时间变化，热流恒定时可直接用傅里叶一维导热定律反算导热系数。
典型双面 GHP 由中心向外依次为：
冷板/冷面组件（两侧）：维持低温边界，常用循环水、盐水或制冷液控温。
两片相同试样：材质、尺寸、厚度一致，夹在热板与冷板之间。
计量热板（meter hot plate）：中央加热板，提供垂直穿过试样的一维热流。
主防护（primary guard）：环绕计量热板侧向，使侧向温度与计量板一致，消除边缘散热。
次防护/环境护罩（secondary guard/shroud）：更大范围控温，减少环境对流与辐射干扰。
绝热外包层：降低装置向外漏热。
核心思想：让“计量区”只向上下两片试样传热；所有侧向、背面可能漏热的通路都被防护区“同温隔离”，从而近似纯一维稳态。
双面对称、两片相同试样时，若总加热功率为 Q，计量面积单侧为 A、双侧有效为 2A，平均热面温度 Th、冷面温度 Tc，试样单面厚度 L，则：
整理得：
单面模式或单试样模式则按有效计量面积 A 改写为：
其中 λ 为平均温度 下的导热系数。
实际装置中 Q 取计量板电加热功率并扣除引线、传感器、边缘残余漏热修正；Th,Tc取试样两表面代表性温度，而非仅金属板温度，需考虑接触热阻与板面均匀性。
稳态法不追求“快”，而追求“准”。系统开机后需等到：
计量板、防护板、冷板温度波动小于标准或设备规定阈值；
试样内各点温度随时间变化可忽略；
输入功率与边界温差稳定，连续一段时间内 λ 计算结果收敛。
绝热材料热容大、导热低，达到稳态常需数小时；厚样、低温或高精度仲裁可更久。
Thermtest 原文列出三项 ASTM 标准，实际选型按装置构型匹配：
标准 | 主题 | 技术要点 |
|---|---|---|
ASTM C177 | 防护热板法测绝热材料导热系数（双面为主） | 绝对法、稳态一维、计量板+防护板+冷板；后也涵盖装置设计原则，是北美绝热仲裁核心 |
ASTM C1043 | 圆形线热源防护热板设计实践 | 采用线源替代均布热源，优化计量板边缘温度均匀性，便于数学修正与高精度低导热测试 |
ASTM C1044 | 单面/单试样模式使用 GHP 或薄加热器装置 | 当只有一片试样时，另一侧用辅助绝热/背防护代替第二试样，适用于标样制备、不均匀材料初筛 |
国际对应常用 ISO 8302（防护热板）、GB/T 10294（国内绝热材料稳态防护热板）；建筑批量质控也常配合热流计法 ASTM C518 / ISO 8301，但热流计属相对法、需用标准块校准，GHP 更具“绝对基准”属性。
Thermtest 该页给出的现代 GHP 商业设备能力：
温度范围：约 −160 ℃ 至 250 ℃
导热系数范围：最高约 2 W/m·K，偏向低/中导热绝热材料
工程常见被测对象：
建筑保温：EPS、XPS、岩棉、玻璃棉、矿棉、聚氨酯硬泡、酚醛板
低温与制冷：冷库聚氨酯、PIR、真空绝热板芯材、气凝胶板（低 λ 段）
工业绝热：硅酸钙、陶瓷纤维、石棉替代棉、泡沫玻璃
科研与标样：均质平板、部分塑料板、石膏板、低导热复合材料
对高导热金属、高导热陶瓷通常不优先用 GHP——其热流大、稳态建立与边缘防护难度高，更常用激光闪射、热线、比较法或水流量平板等。
GHP 精度高，但对装置与样品状态敏感。主要误差渠道：
若主防护与计量板存在温差，热量会沿试样边缘或板间缝隙横向流出，导致 λ 偏高。措施：
计量/防护间用窄缝+高精度温差传感；
按 C177/C1043 做边缘修正；
线热源设计可通过线源位置使计量板边缘温度接近平均温度，降低防护误差。
试样表面不平整、不平行，或夹紧力不足，会在热板/冷板与试样间形成空气膜，增加表观热阻、使 λ 偏低。措施：
样品两面磨平、平行，厚度均匀；
用低导热软垫、导热脂或规定夹紧力减少空气层；
对可压缩材料控制压力，避免压密后λ变化。
低温差、高孔隙材料中风传导可忽略；大温差、高孔隙或真空/低压环境需评估辐射贡献。GHP 标准通常通过表面发射率、板面处理、限定温差范围来约束。
若材料面内与法向导热不同（如某些层压、定向纤维板），双面法给出的是法向表观λ。面内导热需用各向异性模块或独立方法（如 TPS 各向异性、比较法）补充。
未真正达到平衡就取数，会导致功率—温差不匹配。实验室通常设自动判稳：连续一段时间温度漂移、功率漂移、反算λ漂移均小于阈值后再出报告。
方法 | 热状态 | 代表标准 | 优点 | 局限 | 更适合 |
|---|---|---|---|---|---|
防护热板 GHP | 稳态 | ASTM C177、ISO 8302 | 绝对法、低导热精度高、可仲裁 | 慢、样品大、装置贵 | 绝热材料基准、标样、研发 |
热流计 HFM | 稳态（相对） | ASTM C518、ISO 8301 | 快、操作简、适合批量 | 需校准块、精度略低 | 建材来料/出厂质控 |
瞬态平面热源 TPS | 瞬态 | ISO 22007-2 | 小样、快、可测λ/α/比热 | 接触与模型修正敏感 | 聚合物、粉末、各向异性初筛 |
激光闪射 LFA | 瞬态 | ASTM E1461 | 高温、薄片、α精准 | 不直接给λ，需要ρCp | 金属、陶瓷、高导热薄片 |
热线法 | 瞬态 | ASTM D7896 等（液体/部分固体） | 液体、粉体友好 | 各向异性/低导绝热慎用于仲裁 | 流体、土壤、均质固体初筛 |
GHP 的定位不是“最快”，而是“在低速下给出可追溯、低偏差的绝对导热值”。在绝热材料产品认证、标准数据库（如 NIST SRD 81 绝缘与建材热传输库）、实验室比对里，它长期作为一级参照。
样品制备：取两片相同材质、相同尺寸平板；厚度按成品或标准规定，表面平整平行；多孔材料按温湿度先状态调节（如 23±2℃、50±5%RH，24 h 以上）。
装样：计量热板置中，两试样分置上下，冷板在外；检查防护环、护罩、传感器位置。
设边界：按测试平均温度设 （如平均 25℃、ΔT 20K；低温或高温按产品工况）。
控防护：主/次防护跟踪计量板温度，环境护罩控温，减少侧向梯度。
达稳态：记录功率、板温、样温、厚度；自动或人工判稳。
计算与修正：代入双面/单面公式算 λ；做边缘、接触、辐射修正。
复测与报告：不同平均温度点重复，输出 λ-T 曲线、不确定度、样品状态。
防护热板法看似“老”——1910 年代即成形、1945 年入 ASTM、NBS 早期装置用到 1983 年——但它在绝热材料数据体系里仍是锚点。面对气凝胶、低碳建筑保温、冷链储能隔热、深冷管道保冷等新需求，快速瞬态法可以做筛查，但产品标称、标准参比、争议仲裁往往仍回到 GHP 或由其溯源。
对材料研发与热管理工程师而言，掌握 GHP 至少解决三件事：
知道低导热“基准值”怎么来，避免被快速法偏差误导；
在新建保温系统 R 值、冷量损失、温差设计中使用可追溯 λ；
在瞬态数据与传统稳态数据库之间建立换算与质控边界。
简言之：Lees 给雏形，Poensgen 与 Dickinson 各开一路，NBS/NIST 把它做成标准，ASTM C177/C1043/C1044 把它变成可审计的绝热导热基准；在“节能靠隔热”的所有场景里，GHP 都是绕不开的那块热板。
参考资料
Thermtest, History.2 – The Guarded Hot Plate Method
NIST, Early Guarded-Hot-Plate Apparatus 与 NBS 绝热测试史
ASTM C177/C1043/C1044 标准实践概要
ISO 8302 防护热板法、GB/T 10294 稳态绝热导热对照资料
NIST Standard Reference Database 81, Heat Transmission Properties of Insulating and Building Materials
