第章絕熱材料

第十二章絕熱材料與吸聲材料

在建筑中，習慣上把用于控制室內(nèi)熱量外流的材料叫做保溫材料；把防止室外熱量進入室內(nèi)的材料叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統(tǒng)稱為絕熱材料?；靖拍睿?）導熱性：指材料傳遞熱量的能力。（2）導熱系數(shù)：表示材料的導熱能力指標。意義：在穩(wěn)定傳熱條件下，當材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1℃時，在1s內(nèi)通過1m2表面積的熱量。材料導熱系數(shù)越大，導熱性能越好。工程上將導熱系數(shù)λ<0.23w/(m?K)的材料稱為絕熱材料絕熱材料的種類及使用要點絕熱材料按照它們的化學組成可以分為無機絕熱材料和有機絕熱材料。1.常用無機絕熱材料(1)多孔輕質(zhì)類無機絕熱材料(2)纖維狀無機絕熱材料1)礦物棉2)玻璃纖維(3)泡沫狀無機絕熱材料1)泡沫玻璃2)多孔混凝土2.常用有機絕熱材料(1)泡沫塑料(2)硬質(zhì)泡沫橡膠

影響材料導熱系數(shù)的因素影響材料保溫性能的主要因素是導熱系數(shù)的大小，導熱系數(shù)愈小，保溫性能愈好。材料的導熱系數(shù)受以下因素影響：（１）材料的性質(zhì)。不同的材料其導熱系數(shù)是不同的，一般說來，導熱系數(shù)值以金屬最大，非金屬次之，液體較小，而氣體更小。對于同一種材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，導熱系數(shù)也差別很大。一般結(jié)晶結(jié)構(gòu)的為最大，微晶體結(jié)構(gòu)的次之，玻璃體結(jié)構(gòu)的最小。但對于多孔的絕熱材料來說，由于孔隙率高，氣體（空氣）對導熱系數(shù)的影響起著主要作用，而固體部分的結(jié)構(gòu)無論是晶態(tài)或玻璃態(tài)對其影響都不大。（２）表觀密度與孔隙特征。由于材料中固體物質(zhì)的導熱能力比空氣要大得多，故表觀密度小的材料，因其孔隙率大，導熱系數(shù)就小。在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸愈大，導熱系數(shù)就愈大；互相連通孔隙比封閉孔隙導熱性要高。對于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料（如超細玻璃纖維），當其表觀密度低于某一極限值時，導熱系數(shù)反而會增大，這是由于孔隙增大且互相連通的孔隙大大增多，而使對流作用加強的結(jié)果。因此這類材料存在一最佳表觀密度，即在這個表觀密度時導熱系數(shù)最小。（３）濕度。材料吸濕受潮后，其導熱系數(shù)就會增大，這在多孔材料中最為明顯。這是由于當材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴散和水分子的熱傳導將起主要傳熱作用，而水的λ為0.58Ｗ／（ｍ·Ｋ），比空氣的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左右。如果孔隙中的水結(jié)成了冰，則冰的λ=2.33Ｗ／（ｍ·Ｋ），其結(jié)果使材料的導熱系數(shù)更加增大。故絕熱材料在應(yīng)用時必須注意防水避潮。（４）溫度。材料的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，因為溫度升高時，材料固體分子的熱運動增強，同時材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，當溫度在０～50℃范圍內(nèi)時并不顯著，只有對處于高溫或負溫下的材料，才要考慮溫度的影響。（５）熱流方向。對于各向異性的材料，如木材等纖維質(zhì)的材料，當熱流平行于纖維方向時，熱流受到阻力小，而熱流垂直于纖維方向時，受到的阻力就大。建筑上常用保溫材料1.纖維狀保溫隔熱材料（ｌ）石棉及其制品。石棉是一種天然礦物纖維，主要化學成分是含水硅酸鎂，具有耐火、耐熱、耐酸堿、絕熱、防腐、隔音及絕緣等特性。常制成石棉粉、石棉紙板、石棉氈等制品，用于建筑工程的高效能保溫及防火覆蓋等。（2）礦棉及其制品。礦棉一般包括礦渣棉和巖石棉。礦渣棉所用原料有高爐硬礦渣、銅礦渣等，并加一些調(diào)節(jié)原料（鈣質(zhì)和硅質(zhì)原料）。巖棉的主要原料為天然巖石（白云石、花崗石、玄武巖等）。上述原料經(jīng)熔融后，用噴吹法或離心法制成細纖維。礦棉具有輕質(zhì)、不燃、絕熱和電絕緣等性能，且原料來源廣，成本較低?？芍瞥傻V棉板、礦棉氈及管殼等。可用作建筑物的墻壁、屋頂、天花板等處的保溫和吸聲材料，以及熱力管道的保溫材料。（３）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經(jīng)熔融后制成纖維狀材料，包括短棉和超細棉兩種。（４）植物纖維復合板。系以植物纖維為主要材料加入膠結(jié)料和填料而制成。如木絲板是以木材下腳料制成木絲，加入硅酸鈉溶液及普通硅酸鹽水泥混合，經(jīng)成型、冷壓、養(yǎng)護、干燥而制成。甘蔗板是以甘蔗渣為原料，經(jīng)過蒸制、加壓、干燥等工序制成的一種輕質(zhì)、吸聲、保溫材料。2.散粒狀保溫隔熱材料（1）膨脹蛭石及其制品。蛭石是一種天然礦物，經(jīng)850～1000°C燃燒，體積急劇膨脹(可膨脹５～20倍)而成為松散顆粒，其堆積密度為80～200kg／m3，導熱系數(shù)0.046～0.07W/(m·K)，用于填充墻壁、樓板及平屋頂，保溫效果佳?？稍?000～1100℃下使用。膨脹蛭石也可與水泥、水玻璃等膠凝材料配合，制成磚、板、管殼等用于圍護結(jié)構(gòu)及管道保溫。（２）膨脹珍珠巖及其制品。膨脹珍珠巖是由天然珍珠巖、黑耀巖或松脂巖為原料，經(jīng)煅燒體積急劇膨脹（約20倍）而得蜂窩狀白色或灰白色松散顆料。堆積密度為40～300kg／m3，λ=0.025～0.048Ｗ／(ｍ·Ｋ)，耐熱800°C，為高效能保溫保冷填充材料。膨脹珍珠巖制品是以膨脹珍珠巖為骨料，配以適量膠凝材料，經(jīng)拌和、成型、養(yǎng)護（或干燥、或焙燒）后兩制成的板、磚、管等產(chǎn)品。3.多孔性保溫隔熱材料(１)

微孔硅酸鈣制品。微孔硅酸鈣制品是用粉狀二氧化硅材料（硅藻土）、石灰、纖維增強材料及水等經(jīng)攪拌、成型、蒸壓處理和干燥等工序而制成。用于圍護結(jié)構(gòu)及管道保溫。(２)

泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％發(fā)泡劑（石灰石或碳化鈣），經(jīng)粉磨、混合、裝模，在800℃下燒成后形成含有大量封閉氣泡（直徑0.1～5mm）的制品。它具有導熱系數(shù)小、抗壓強度和抗凍性高、耐久性好等特點，且易于進行鋸切、鉆孔等機械加工，為高級保溫材料，也常用于冷藏庫隔熱。(３)

多孔混凝土和輕骨料混凝土。(4)泡沫塑料。泡沫塑料是以合成樹脂為基料，加入一定劑量的發(fā)泡劑、催化劑、穩(wěn)定劑等輔助材料經(jīng)加熱發(fā)泡而制成的輕質(zhì)保溫、防震材料。目前我國生產(chǎn)的有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯及脲醛樹脂等泡沫塑料。4.其他保溫隔熱材料（１）軟木板。軟木也叫栓木。軟木板是用栓皮、櫟樹皮或黃菠蘿樹皮為原料，經(jīng)破碎后與皮膠溶液拌和，再加壓成型，在80℃的干燥室中干燥一晝夜而制成。軟木板具有表觀密度小，導熱性低，抗?jié)B和防腐性能高等特點。（2）蜂窩板。蜂窩板是由兩塊較薄的面板，牢固地粘結(jié)在一層較厚的蜂窩狀芯材兩面而制成的板材，亦稱蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。蜂窩狀芯材是用浸漬過合成樹脂（酚醛、聚酯等）的牛皮紙、玻璃布和鋁片等，經(jīng)加工粘合成六角形空腹（蜂窩狀）的整塊芯材。常用的面板為浸漬過樹脂的牛皮紙、玻璃布或不經(jīng)樹脂浸漬的膠合板、纖維板、石膏板等。面板必須采用合適的膠粘劑與芯材牢固地粘合在一起，才能顯示出蜂窩板的優(yōu)異特性，即具有比強度大、導熱性低和抗震性好等多種功能。5.關(guān)于隔熱材材料的概念隔熱材料應(yīng)能阻抗抗室外熱量的傳入入，以及減小室外外空氣溫度波動對對內(nèi)表面溫度影響響。材料隔熱性能能的優(yōu)劣，不僅與與材料的導熱系數(shù)數(shù)有關(guān)，而且與導導溫系數(shù)、蓄熱系系數(shù)有關(guān)。在建筑中，圍護結(jié)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計時，，除了采用隔熱材材料外，還可以采采取其他措施，起起到隔熱的效果，，如：外表面做淺色飾面面，如淺色粉刷、、淺色涂層和淺色色面磚等；窗戶采采用絕熱薄膜；設(shè)置通風層，如通通風屋頂、通風墻墻等；采用多排孔的混凝凝土或輕骨料混凝凝土空心砌塊墻體體。采用蓄水屋頂、有有土或無土植被屋屋頂，以及墻面垂垂直綠化等。吸聲材料1.材料吸聲的的原理及技術(shù)指標標聲音起源于物體的的振動，它迫使鄰鄰近的空氣跟著振振動而成為聲波，，并在空氣介質(zhì)中中向四周傳播。當當聲波遇到材料料表面時，一部分分被反射另一部分穿透材料料，其余的部分則則傳遞給材料，在在材料的孔隙中引引起空氣分子與孔孔壁的摩擦和粘滯滯阻力，其間相當當一部分聲能轉(zhuǎn)化化為熱能而被吸收收掉。這些被吸收收的能量（Ｅ）（（包括部分穿透材材料的聲能在內(nèi)））與傳遞給材料的的全部聲能（E0）之比，是評定定材料吸聲性能好好壞的主要指標，，稱為吸聲系數(shù)（（α），用公式表表示（P191））吸聲系數(shù)與聲音的的頻率及聲音的入入射方向有關(guān)。因因此吸聲系數(shù)用聲聲音從各方向入射射的吸收平均值表表示，并應(yīng)指出是是對哪一頻率的吸吸收。通常采用常常用規(guī)定的六個頻頻率：125、250、500、、1000、2000、4000Hz。任何材材料對聲音都能吸吸收，只是吸收程程度有很大的不同同。通常是將對上上述六個頻率的平平均吸聲系數(shù)大于于0.2的材料，，列為吸聲材料。。吸聲材料大多為疏疏松多孔的材料，，如礦渣棉、毯子子等，其吸聲機理理是聲波深入材料料的孔隙，且孔隙隙多為內(nèi)部互相貫貫通的開口孔，受受到空氣分子摩擦擦和粘滯阻力，以以及使細小纖維作作機械振動，從而而使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊釤崮?。這類多孔性性吸聲材料的吸聲聲系數(shù)，一般從低低頻到高頻逐漸增增大，故對高頻和和中頻的聲音吸收收效果較好。2.影響多孔性性材料吸聲性能的的因素（１）材料的表觀觀密度。對同一種種多孔材料（例如如超細玻璃纖維））而言，當其表觀觀密度增大時（即即空隙率減小時）），對低頻的吸聲聲效果有所提高，，而對高頻的吸聲聲效果則有所降低低。（２）材料的厚度度。增加多孔材料料的厚度，可提高高對低頻的吸聲效效果，而對高頻則則沒有多大的影響響。（３）材料的孔隙隙特征。孔隙愈多多愈細小，吸聲效效果愈好。如果孔孔隙太大，則效果果就差。如果材料料中的孔隙大部分分為單獨的封閉的的氣泡（如聚氯乙乙烯泡沫塑料），，則因聲波不能進進入，從吸聲機理理上來講，就不屬屬多孔性吸聲材料料。當多孔材料表表面涂刷油漆或材材料吸濕時，則因因材料的孔隙被水水分或涂料所堵塞塞，其吸聲效果亦亦將大大降低。3.建筑上常用用吸聲材料及安裝裝方法建筑工程中常用吸吸聲材料有：石膏膏砂漿（摻有水泥泥、玻璃纖維）、、石膏砂漿（摻有有水泥、石棉纖維維）、水泥膨脹珍珍珠巖板、礦渣棉棉、瀝青礦渣棉氈氈、玻璃棉、起細細玻璃棉、泡沫玻玻璃、泡沫塑料、、軟木板、木絲板板、穿孔纖維板、、工業(yè)毛氈、地毯毯、帷幕等。除了采用多孔吸聲聲材料吸聲外，還還可將材料組成不不同的吸聲結(jié)構(gòu)，，達到更好的吸聲聲效果。常用的吸吸聲結(jié)構(gòu)形式有薄薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)和穿孔板吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)。薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)系采用薄板釘牢牢在靠墻的木龍骨骨上，薄板與板后后的空氣層構(gòu)成了了薄板共振吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)。穿孔板吸吸聲結(jié)構(gòu)是用穿孔孔的膠合板、纖維維板、金屬板或石石膏板等為結(jié)構(gòu)主主體，與板后的墻墻面之間的空氣層層（空氣層中有時時可填充多孔材料料）構(gòu)成吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸聲的的頻帶較寬，對中中頻的吸聲能力最最強。關(guān)于隔聲材料的的概念必須指出：吸聲聲性能好的材料料，不能簡單地地就把它們作為為隔聲材料來使使用。人們要要隔絕的聲音按按著傳播的途徑徑可分為空氣聲聲（由于空氣的的振動）和固體體聲（由于固體體的撞擊或振動動）兩種。對隔隔空氣聲，根據(jù)據(jù)聲學中的“質(zhì)質(zhì)量定律”，墻墻或板傳聲的大大小，主要取決決于其單位面積積質(zhì)量，質(zhì)量越越大，越不易振振動，則隔聲效效果越好，故對對此必須選用密密實、沉重的材材料（如粘土磚磚、鋼板、鋼筋筋混凝土）作為為隔聲材料。對對隔固體聲最有有效的措施是采采用不連續(xù)的結(jié)結(jié)構(gòu)處理，即在在墻壁和承重梁梁之間、房屋的的框架和隔墻及及樓板之間加彈彈性襯墊，如毛毛氈、軟木、橡橡皮等材料，或或在樓板上加彈彈性地毯。例1：什么是絕絕熱材料？工程程上對絕熱材料料有哪些要求？？例2：材料絕熱熱的基本原理是是什么？例3：絕熱材料料為什么總是輕輕質(zhì)的？使用時時為什么一定要要注意防潮？例4：試述材料料的吸聲性能及及其表示方法？？什么是吸聲材材料？例5：簡述吸聲聲材料的基本特特征？例6：試述多孔孔材料、穿孔材材料及薄板共振振結(jié)構(gòu)的吸聲原原理。隨著材料料的表觀密度和和厚度的增加，，材料吸聲性能能有何變化？例7：吸聲材料料和絕熱材料在在構(gòu)造特征上有有何異同？泡沫沫玻璃是一種強強度較高的多孔孔結(jié)構(gòu)材料，但但不能用作吸聲聲材料，為什么么？例8：試述隔絕絕空氣傳聲和固固體撞擊傳聲的的處理原則？例1：什么是絕絕熱材料？工程程上對絕熱材料料有哪些要求？？解：絕熱材料是是指導熱系數(shù)（（λ）值應(yīng)不大大于0.23W／(m·K)的隔熱保溫效效果好的建筑材材料。工程上首先要求求絕熱材料有較較低的導熱系數(shù)數(shù)。其次，要求求絕熱材料應(yīng)該該是輕質(zhì)的，其其表觀密度不大大于600kg／m3。同時時要滿足運輸、、施工中強度要要求（抗壓強度度大于0.3MPa）。此外外，還要求材料料吸濕性要小，，或者易于防水水，否則會明顯顯降低保溫性。。對材料的導熱系系數(shù)應(yīng)在相對濕濕度為８０％～～８５％條件下下材料達到平衡衡含水狀態(tài)下進進行測定。工程程上還要求材料料施工容易，造造價低廉，具有有較好的技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟效益。例2：材料絕熱熱的基本原理是是什么？解：熱在本質(zhì)上上是組成物質(zhì)的的分子、原子和和電子等在物質(zhì)質(zhì)內(nèi)部的移動、、轉(zhuǎn)動和振動所所產(chǎn)生的能量。。在任何介質(zhì)中中，當存在著溫溫度差時，就會會產(chǎn)生熱的傳遞遞現(xiàn)象，熱能將將由溫度較高的的部分傳遞至溫溫度較低的部分分。不同的建筑筑材料具有不同同的保溫隔熱性性能，主要體現(xiàn)現(xiàn)在材料的導熱熱系數(shù)上，導熱熱系數(shù)愈小，保保溫性能愈好。。傳熱的基本方式式有熱傳導、熱熱對流和熱輻射射三種。一般來來說，三種傳熱熱方式總是共存存的，但因絕熱熱性能良好的材材料常是多孔的的，雖然在材料料的孔隙內(nèi)有著著空氣，起著輻輻射和對流作用用，但與熱傳導導相比，熱輻射射和對流所占的的比例很小，故故在建筑熱工計計算時通常不予予考慮。例3：絕熱材料料為什么總是輕輕質(zhì)的？使用時時為什么一定要要注意防潮？解：由于材料中中固體物質(zhì)的導導熱能力要比空空氣的導熱能力力大得多，因此此，一般的輕質(zhì)質(zhì)材料，其表觀觀密度較小，導導熱系數(shù)也較小小。所以絕熱材材料總是輕質(zhì)的的。材料吸濕受潮后后，其導熱系數(shù)數(shù)就增大，這是是由于當材料的的孔隙中有了水水分（包括水蒸蒸氣）后，則孔孔隙中蒸汽的擴擴散和水分子的的熱傳導將起主主要傳熱作用，，而水的λ為0.58Ｗ／（（ｍ·Ｋ），比比空氣的λ=0.029Ｗ／／（ｍ·Ｋ）大大20倍左右。。如果孔隙中的的水結(jié)成了冰，，則冰的λ=2.33Ｗ／／（ｍ·Ｋ），，其結(jié)果使材料料的導熱系數(shù)更更加增大。故絕絕熱材料在應(yīng)用用時必須注意防防水避潮。例4：試述材料料的吸聲性能及及其表示方法？？什么是吸聲材材料？解：吸聲性能是是指材料能夠吸吸收由空氣傳遞遞的聲波能量的的性質(zhì)。以吸吸聲系數(shù)（α））表示。吸聲系系數(shù)是這些被吸吸收的能量（ＥＥ）（包括部分分穿透材料的聲聲能在內(nèi)）與傳傳遞給材料的全全部聲能（E0）之比，用公公式表示為（P191）常用規(guī)定的六個個頻率：125、250、500、1000、2000、4000Hz的平均吸吸聲系數(shù)（α））來表示。平均吸聲系數(shù)大大于0.2的材材料，列為吸聲聲材料。吸聲系數(shù)與聲音音的頻率及聲音音的入射方向有有關(guān)。因此吸聲聲系數(shù)用聲音從從各方向入射的的吸收平均值表表示，并應(yīng)指出出是對哪一頻率率的吸收。例5：簡述吸聲聲材料的基本特特征？解：吸聲材料的的基本特征是：：（１）多孔性。。吸聲材料孔隙隙率幾乎達70％～90％；；（２）開口孔隙隙率大、透氣性性好；（３）體積密度度適宜，過大會會使透氣性降低低而使吸聲性能能降低；常采取硬質(zhì)板上上鉆孔，背后留留空氣夾層或填填以柔性吸聲材材料做成吸聲結(jié)結(jié)構(gòu)的形式，以以提高吸聲系數(shù)數(shù)。例6：試述多孔孔材料、穿孔材材料及薄板共振振結(jié)構(gòu)的吸聲原原理。隨著材料料的表觀密度和和厚度的增加，，材料吸聲性能能有何變化？解：多孔材料、、穿孔材料的吸吸聲原理在于：：聲波深入材料料的孔隙，且孔孔隙多為內(nèi)部互互相貫通的開口口孔，受到空氣氣分子摩擦和粘粘滯阻力，以及及使細小纖維作作機械振動，從從而使聲能轉(zhuǎn)變變?yōu)闊崮?。薄板板共振結(jié)構(gòu)系采采用薄板釘牢在在靠墻的木龍骨骨上，薄板與板板后的空氣層構(gòu)構(gòu)成了薄板共振振吸聲結(jié)構(gòu)，大大大提高了吸音音效果。對同一種多孔材材料，當其表觀觀密度增大時（（即空隙率減小小時），對低頻頻的吸聲效果有有所提高，而對對高頻的吸聲效效果則有所降低低。增加多孔材材料的厚度，