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第 九 章 其 他 材 料 第一节 绝热材料 绝热材料又称保温隔热材料，系指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体。 绝热材料在建筑物中可以起到保温隔热作用，一般将材料阻抗室内热量外流的功能称为保温，将材料阻抗室外热量流入室内的功能称为隔热。 材料保温隔热性能的好坏由材料的导热系数的大小来评价，导热系数越小，保温隔热性能越好，反之亦然。 一、绝热材料的性能 材料的热物理量 热物理量的影响因素 提高材料或复合体的绝热性能的途径 绝热材料的性能要求 1、材料的热物理量 绝热就是最大限度地阻抗热流的传递（传热），传热是指热量从高温区向低温区的自发流动，是一种由于温差引起的能量转移现象。 按照传热的物理机理，传热过程主要通过三种方式进行：导热、对流和热辐射。 绝热材料须具有较小的导热系数、对流传热系数和辐射传热系数，或由绝热材料组成的复合体具有较高的热阻值或较小的传热系数，才能具有很好的绝热性能。 导热系数 表示材料传递热量的一种能力，用“?”表示，单位为W/m?K。 定义为： ? ＝ －[Q/S][dx/dT] S—传热面积； x—传热距离。 它表示：在一块面积为1m、厚度为1m的板上，板的两侧表面温差为1℃，在1小时内通过板面的热量，因此导热系数越小，则材料的绝热性能越好。 热 阻 ∵ ? ＝ Q?x/[(T1-T2) ?S] ∴ 热流量 Q ＝ (?/x)?(T1-T2)?S 令单位面积热流量 q = Q/S = (?/x)?(T1-T2) 定义：热阻 R = x/? 它表示材料层抵抗热流通过的能力，或者说明热流通过材料层时所遇到的阻力。在同样温度下，热阻越大，通过材料层的热量越小。 传热系数 对于单层平壁的传热，热流体通过平壁传递给冷流体的热流密度为： q=[T1-T2]/[1/?1＋?/?＋ 1/?2] 其中： K=1/ [1/?1＋?/?＋ 1/?2] K称为传热系数，单位为W/m2?K. 对于多层平壁传热，有： q=[T1-T2]/[1/?1＋ ∑?i/?i＋ 1/?2] 传热总热阻为： R= 1/?1＋ ∑?i/?i＋ 1/?2 则：传热系数为热阻倒数： K= 1/R 2、热物理量的影响因素 材料的组成与结构 材料的表观密度 孔隙的大小与特征 湿度或含水率 热流方向 温度 （1）材料的组成与结构 有机高分子材料的导热系数小于无机材料； 在无机材料中，非金属材料的导热系数小于金属材料； 气态物质的导热系数小于液态物质，液态物质小于固体材料； 固体材料而言，一般分子结构越复杂，结晶程度越低，导热系数越小； 无定形结构的材料的导热系数小于晶体材料。 （2）材料的表观密度 随着孔隙率的提高或表观密度的减小，其导热系数变小； 当表观密度小于某一临界值后，由于孔隙率太高，孔隙中的空气即开始产生对流；同时，气体对热辐射的阻抗能力降低。如果孔隙率过高，辐射传热也会相应加强，这时，材料总的传热系数反而增大。 对于多孔绝热材料，只有当导热系数、对流传热系数和辐射传热系数三者之和最小时，才具有很好的绝热性能。此时的材料表观密度称为最佳密度，对于纤维制品，一般为32～48kg/m3，对于泡沫制品，一般为16～40。 （3）孔隙的大小与特征 当表观密度相同时，孔隙的尺寸越小，导热系数越小； 当孔隙尺寸小于50nm时，空气将完全被气孔壁吸附，孔隙接近于真空状态，导热系数降至最小，孔隙只有辐射传热； 当孔隙尺寸大到一定程度后，由于空气对流的出现使导热系数变大。 孔隙开口而且相互连通的比封闭而互不连通的导热系数大，而且孔隙中的空气可能发生对流传热； 多而小的封闭孔隙，不但对导热传热，而且对对流传热和辐射传热的热阻抗都是有利的。 （4）湿度或含水率 由于水的导热系数为0.5815 W/(m?K)，比静止空气的导热系数0.02326 W/(m?K)大，因此，当环境湿度较高时，材料内部孔隙会吸收水分使其平衡含水率相应提高，导热系数相应增大。 （6）温 度 由于辐射传热的影响，多孔材料的导热系数一般随着温度的升高而增大，二者之间的关系常简化成下式： ? ＝ ?b + bTpj 式中：?b——常温下材料的导热系数； b——系数； Tpj——内外表面的平均温度。 3、提高材料或复合体的绝热性能的途径 降低材料的表观密度，使其表观密度符合绝热最佳密度。 在其他条件允许的情况下，尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料。 在表观密度一定的情况下，应使得材料内部的孔隙数量尽可能的多、尺寸尽可能的小，且互不连通。使用纤维材料时，应尽量减小纤维的直