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第14章 绝热材料和吸声材料 1.* 第14章  绝热材料和吸声材料 返回总目录 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＜0.23W/(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。这是由于水的导热系数0.58W/(m?K)远大于密闭空气的导热系数0.023W/(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。因为冰的导热系数2.33W/(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，导热系数为0.17W/(m?K)，而当热流平行于木纹时，则导热系数为0.35W/m?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.