文档介绍：第14章绝热材料和吸声材料
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绝热材料
吸声材料
思考题
本章内容
绝热材料是防止住宅、生产车间、公共建筑及各种热工设备中热量传递的材料,也就是具有保温隔热性能的材料。在土木工程中,绝热材料主要用于墙体和屋顶保温隔热,以及热工设备、采暖和空调管道的保温,在冷藏设备中则大量用作保温。
在建筑物中合理采用绝热材料,能提高建筑物使用效能,保证正常的生产、工作和生活,能减少热损失,节约能源。据统计,具有良好的绝热功能的建筑,其能源可节省25%~50%。因此,在土木工程中,合理地使用绝热材料具有重要意义。
一、绝热材料的作用及影响因素
1. 绝热材料的作用原理
热从本质上是由组成物质的分子、原子和电子等,在物质内部的移动、转动和振动所产生的能量,即热能。在任何介质中,当两点之间存在温度差时,就会产生热能传递现象,热能将由温度较高点传递至温度较低点。传热的基本形式有热传导、热对流和热辐射三种。通常情况下,三种传热方式是共存的,但因保温隔热性能良好的材料是多孔且封闭的,虽然在材料的孔隙内有着空气,起着对流和辐射作用,但与热传导相比,热对流和热辐射所占的比例很小,故在热工计算时通常不予考虑,而主要考虑热传导。
绝热材料
不同的土木工程材料具有不同的热物理性能,衡量其保温隔热性能优劣的指标主要是导热系数W/(m•K)。导热系数越小,则通过材料传递的热量越少,其保温隔热性能越好。工程中,通常把导热系数</(m•K)的材料称为绝热材料。
2. 影响材料导热性的主要因素
1) 材料的组成及微观结构
不同的材料其导热系数是不同的。一般来说,导热系数以金属最大,非金属次之,液体再之,气体最小。对于同一种材料,其微观结构不同,导热系数也有很大的差异,一般地,结晶体结构的最大,微晶体结构的次之,玻璃体结构的最小。但对于绝热材料来说,由于孔隙率大,气体(空气)对导热系数的影响起主要作用,而固体部分的结构不论是晶态还是玻璃态,对导热系数的影响均不大。
2) 表观密度与孔隙特征
由于材料中固体物质的热传导能力比空气大得多,故表观密度小的材料,因其孔隙率大,导热系数小。在孔隙率相同时,孔隙尺寸愈大,导热系数愈大;连通孔隙的比封闭孔隙的导热系数大。对于纤维状材料,当纤维之间压实至某一表观密度时,其导热系数最小,该表观密度称为最佳表观密度。当纤维材料的表观密度小于最佳表观密度时,其导热系数反而增大,这是由于孔隙增大且相互连通,引起空气对流的结果。
绝热材料
3) 材料的湿度
材料吸湿受潮后,其导热系数增大,这在多孔材料中最为明显。/(m•K)/(m•K)。当绝热材料中吸收的水份结冰时,其导热系数会进一步增大。/(m•K)比水的大。因此,绝热材料应特别注意防水防潮。
蒸汽渗透是值得注意的问题。水蒸气能从温度较高的一侧渗入材料。当水蒸气在材料孔隙中达到最大饱和度时就凝结成水,从而使温度较低的一侧表面上出现冷凝水滴。这不仅大大提高了导热性,而且还会降低材料的强度和耐久性。防止的方法是在可能出现冷凝水的界面上,用沥青卷材、铝箔或塑料薄膜等憎水性材料加做隔蒸汽层。
4) 温度
材料的导热系数随温度的升高而增大。因为温度升高时,材料固体分子的热运动增强,同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响,当温度在0~50℃范围内时并不显著,只有对处于高温或负温下的材料,才要考虑温度的影响。
绝热材料
5) 热流方向
对于各向异性的材料,如木材等纤维质的材料,当热流平行于纤维方向时,热流受阻小,故导热系数大。而热流垂直于纤维方向时,热流受阻大,故导热系数小。以松木为例,当热流垂直于木纹时,/(m•K),而当热流平行于木纹时,•K。
上述各项因素中以表观密度和湿度的影响最大。因而在测定材料的导热系数时,也必须测定材料的表观密度。至于湿度,通常对多数绝热材料可取空气相对湿度为80%~85%时材料的平衡湿度作为参考值,应尽可能在这种湿度条件下测定材料的导热系数。
二、常用绝热材料
绝热材料按化学成分可分为有机和无机两大类;按材料的构造可分为纤维状、松散粒状和多孔状三种。通常可制成板、片、卷材或管壳等多种型式的制品。一般来说,无机绝热材料的表观密度较大,但不易腐朽,不会燃烧,有的能耐高温。有机绝热材料则质轻,绝热性能好,但耐热性较差。现将土木工程中常用的绝热材料简介如下。
绝热材料
1. 纤维状保温隔热材料
这类材料主要是以矿棉、石棉、玻璃棉及植物纤维等为主要原料,制成板、筒、毡等形状的制品,广泛用于住宅建筑和热工设备、管道等的保温隔热。这类绝热材料通常也