土木工程材料 绝热材料和吸声材料.pdfVIP

第14 章 绝热材料和吸声材料 教学提示：掌握绝热材料和吸声材料的作用原理是正确选用这类材料的基础。 教学要求：掌握绝热材料和吸声材料的作用原理，了解绝热材料和吸声材料的主要类 型及性能特点。 14.1 绝 热 材 料 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。 14.1.1 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。 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。 ·330 · 土木工程材料 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。 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。 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