土木工程材料12绝热材料和吸声材料(1)

民用建筑、温室或冷库、工业窑炉、锅炉、热工容器和管道 等。
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1. 传热学基础

传热的基本方式

传热是指热量从高温区向低温区的自发流动， 是一种由于温差而引起的能量转移现象。热 量传递的方式：

导热
对流

热辐射
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热传递机理—（1）热传导
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2. 绝热材料
定义——控制室内热量外流的材料叫做保温材料
•
•
防止热量进入室内的材料叫做隔热材料
保温、隔热材料统称为绝热材料。 （λ＜0.175W/m· K）。 绝热材料的选用 ——导热系数λ＜0.175W/m· K，表观密度＜ 600kg/m3， 抗压强度＞0.3MPa
第12章 绝热材料与吸声材料
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—定义
绝热材料是指用于建筑围护结构或热工设备、阻抗热流传递 的材料或材料复合体。既包括保温、隔热材料，又包括保冷 材料。 — 使用绝热材料的意义

满足建筑空间或热工设备的冷、热环境。
节约能源。通过使用绝热围护材料，可在现有基础上节能 50%-80%。日本的节能实践证明，使用1吨节能材料可节约标 准煤3吨/年，其节能效益是材料生产成本的10倍。 — 用途
λ气态＜ λ液态＜ λ固体 热流方向——对于各向异性的材料，不同方向上的导 热系数各不相同，有时差异很大。
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2. 温度稳定性
——指材料在受热作用下保持原有性能不变的能力，通
常用其不致丧失绝热性能的极限温度来表示。
3. 吸湿性
——指绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力。
IA
Io—外来热辐射能量；IB—反射的能量； IA—吸收的能量
由A+B=1可以看出，凡是反射能力强的材料，吸收热辐射的能力就小；反之， 吸收能力强，则其反射率就越小
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绝热材料的性能 1.导热系数及其影响因素 材料的物质构成——化学组成和分子结构比较简单的物 质比结构复杂的物质的导热系数要大。 λ有机高分子＜ λ无机材料； λ非金属＜ λ金属
孔隙率——可将孔隙或空隙中的气体视为无对流的静
止空气。①孔隙率↑≡表观密度↓≡λ↓ ②在表观密度相同的情况下，孔隙尺寸↓ ≡λ↓ ③孔隙体积大到一定程度后，由于空气对 流的出现，λ↑
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温度——由于辐射热的影响，多孔材料的导热系数一般
随温度的升高而增大。
湿度——λ水＞λ静止空气→湿度↑≡λ↑
t1 t2
热传导：通过分子的热运动或原子、自由电子等微观粒子的运动来进行热传递。
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热传递机理—（2）对流
t2
t1
对流：对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分 之间发生相对位移而导致的热量传递过程 。
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热传递机理—（3）热辐射
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材料的比热容—质量为1g的材料，当温度升高或降低1K时所吸 收或放出的热量。
Q C m (T2 T1 )
C—材料的比热容，J/(g· K)； m—材料的质量，g； Q—材料吸收或放出的热量，J；
T2-T1 —材料受热或冷却前后温差，K
材料导热系数和热容量是设计建筑围护结构（墙体、屋面）进行热工计算的重要参数，设计时应选用 导热系数较小而比热容较大的建筑材料，以使建筑物保持室内温度的稳定性。
绝大多数建筑材料的导热系数介于0.029-3.49W/m· K之间。应该指出，即使是同一种材料， 其导热系数也并不是常数，与材料的湿度等因素有关。 2018年3月7日星期三5时
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绝热材料的基本类型
多孔型
绝热机理——材料孔隙中空气的 导热系数大大小于固体的导热系 数，同时孔隙的存在使热量在固 相中的传递路线增加，从而传热
4. 强度
——通常采用抗压和抗折强度来表示，一般不宜将绝热
材料用于承受外界载荷部位。
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常用绝热材料
绝热材料的成分类型
大类 类 亚类
黑色金属 金属 有色金属 天然矿物 不锈钢板 铝箔、铜箔 浮石、火山渣、硅藻土、石棉、海泡石 膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒与陶砂、泡沫石棉、泡 沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、炭化石灰 微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、微孔碳酸镁、泡沫玻璃、 加气混凝土、泡沫水泥、岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉、 泡沫水玻璃、中空玻璃
t1 t2
B
对于纤维质材料，不同方向上导热的性能不同： （B）与纤维平行的方向上，导热系数较高，绝热性能要差些
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反射型
Io IB
热辐射的 吸收性能吸收率A
I A I B I0 I A IB 1 Io Io A B 1
热辐射的 反射性能反射率B
传热面积 传热时间
Q

x
t1
t2
(T1 T2 ) A t
Q
Q x (T1 T2 ) A t
λ↑≡导热能力强； λ↓≡绝热性能好
Q
x
固体材料的导热系数有相当重要的实际和理论意义。高炉和锅炉的设计需要知道隔热材料从高温到环 境温度的导热系数数据；核反应堆中燃料元件的最高使用温度直接与其导热系数有关；航空和宇航应 用方面所遇到的极限温度环境，燃料的低温存储等都需要准确知道材料的导热系数。 2018年3月7日星期三5时
热源
辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体因各种原因发出辐射能，其中 因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。 与热传导和对流传热不同，辐射传热无须借助中间介质的存在来传递热量， 可以在真空中传递。
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两个物理量——λ、C
导热系数λ（W/m· k ）— 厚度为1m的材料，当温度 每改变1K时，在1h时间内通过1m2面积的传热量。
t1 Q t2
阻力增加，传热速度大为减缓。
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纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关
t1 t2
t1 Q
t2
A
对于纤维质材料，不同方向上导热的性能不同： （A）与纤维垂直的方向上，导热系数较低，绝热性能好
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纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关