第十二章 絕熱材料與吸聲材料

第十二章絕熱材料和吸聲材料§12-1絕熱材料在建筑上，將主要作為保溫、隔熱使用的材料通稱為絕熱材料。絕熱材料通常導(dǎo)熱系數(shù)（λ）值應(yīng)不大于0.23W／(m·K)，熱阻（Ｒ）值應(yīng)不小于4.35（m2·K）/W。此外，絕熱材料尚應(yīng)滿足：表觀密度不大于600kg／m3，抗壓強(qiáng)度大于0.3MPa，構(gòu)造簡單，施工容易，造價(jià)低等1.影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素

影響材料保溫性能的主要因素是導(dǎo)熱系數(shù)的大小，導(dǎo)熱系數(shù)愈小，保溫性能愈好。材料的導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)是不同的，一般說來，導(dǎo)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(duì)于同一種材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)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(duì)于多孔的絕熱材料來說，由于孔隙率高，氣體（空氣）對(duì)導(dǎo)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(duì)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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)就小。在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸愈大，導(dǎo)熱系數(shù)就愈大；互相連通孔隙比封閉孔隙導(dǎo)熱性要高。對(duì)于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料（如超細(xì)玻璃纖維），當(dāng)其表觀密度低于某一極限值時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)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(duì)流作用加強(qiáng)的結(jié)果。因此這類材料存在一最佳表觀密度，即在這個(gè)表觀密度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)最小。（３）濕度。材料吸濕受潮后，其導(dǎo)熱系數(shù)就會(huì)增大，這在多孔材料中最為明顯。這是由于當(dāng)材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴(kuò)散和水分子的熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)更加增大。故絕熱材料在應(yīng)用時(shí)必須注意防水避潮。（４）溫度。材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，材料固體分子的熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，同時(shí)材料孔隙中空氣的導(dǎo)熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，當(dāng)溫度在０～50℃范圍內(nèi)時(shí)并不顯著，只有對(duì)處于高溫或負(fù)溫下的材料，才要考慮溫度的影響。（５）熱流方向。對(duì)于各向異性的材料，如木材等纖維質(zhì)的材料，當(dāng)熱流平行于纖維方向時(shí)，熱流受到阻力小，而熱流垂直于纖維方向時(shí)，受到的阻力就大。建筑上常用絕熱材料詳見教材關(guān)于隔熱材料的概念

隔熱材料應(yīng)能阻抗室外熱量的傳入，以及減小室外空氣溫度波動(dòng)對(duì)內(nèi)表面溫度影響。材料隔熱性能的優(yōu)劣，不僅與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，而且與導(dǎo)溫系數(shù)、蓄熱系數(shù)有關(guān)在建筑中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱設(shè)計(jì)時(shí)，除了采用隔熱材料外，還可以采取其他措施，起到隔熱的效果，如：：外表面做淺色飾面，如淺色粉刷、淺色涂層和淺色面磚等；窗戶采用絕熱薄膜；設(shè)置通風(fēng)層，如通風(fēng)屋頂、通風(fēng)墻等；采用多排孔的混凝土或輕骨料混凝土空心砌塊墻體。采用蓄水屋頂、有土或無土植被屋頂，以及墻面垂直綠化等?！?2-2吸聲、隔聲材料一材料吸聲的原理及技術(shù)指標(biāo)

聲音起源于物體的振動(dòng)，它迫使鄰近的空氣跟著振動(dòng)而成為聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，一部分被反射另一部分穿透材料，其余的部分則傳遞給材料，在材料的孔隙中引起空氣分子與孔壁的摩擦和粘滯阻力，其間相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收掉。這些被吸收的能量（Ｅ）（包括部分穿透材料的聲能在內(nèi)）與傳遞給材料的全部聲能（E0）之比，是評(píng)定材料吸聲性能好壞的主要指標(biāo)，稱為吸聲系數(shù)（α），用公式表示為 吸聲系數(shù)與聲音的頻率及聲音的入射方向有關(guān)。因此吸聲系數(shù)用聲音從各方向入射的吸收平均值表示，并應(yīng)指出是對(duì)哪一頻率的吸收。通常采用常用規(guī)定的六個(gè)頻率：125、250、500、1000、2000、4000Hz。任何材料對(duì)聲音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。通常是將對(duì)上述六個(gè)頻率的平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料，列為吸聲材料。吸聲材料大多為疏松多孔的材料，如礦渣棉、毯子等，其吸聲機(jī)理是聲波深入材料的孔隙，且孔隙多為內(nèi)部互相貫通的開口孔，受到空氣分子摩擦和粘滯阻力，以及使細(xì)小纖維作機(jī)械振動(dòng)，從而使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。這類多孔性吸聲材料的吸聲系數(shù)，一般從低頻到高頻逐漸增大，故對(duì)高頻和中頻的聲音吸收效果較好。二影響多孔性材料吸聲性能的因素

１）材料的表觀密度。對(duì)同一種多孔材料（例如超細(xì)玻璃纖維）而言，當(dāng)其表觀密度增大時(shí)（即空隙率減小時(shí)），對(duì)低頻的吸聲效果有所提高，而對(duì)高頻的吸聲效果則有所降低。（２）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高對(duì)低頻的吸聲效果，而對(duì)高頻則沒有多大的影響。（３）材料的孔隙特征?？紫队嘤?xì)小，吸聲效果愈好。如果孔隙太大，則效果就差。如果材料中的孔隙大部分為單獨(dú)的封閉的氣泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），則因聲波不能進(jìn)入，從吸聲機(jī)理上來講，就不屬多孔性吸聲材料。當(dāng)多孔材料表面涂刷油漆或材料吸濕時(shí)，則因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞，其吸聲效果亦將大大降低。三建筑上常用吸聲材料及安裝方法

建筑工程中常用吸聲材料有：石膏砂漿（摻有水泥、玻璃纖維）、石膏砂漿（摻有水泥、石棉纖維）、水泥膨脹珍珠巖板、礦渣棉、瀝青礦渣棉氈、玻璃棉、起細(xì)玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫塑料、軟木板、木絲板、穿孔纖維板、工業(yè)毛氈、地毯、帷幕等。除了采用多孔吸聲材料吸聲外，還可將材料組成不同的吸聲結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好的吸聲效果。常用的吸聲結(jié)構(gòu)形式有薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)和穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)系采用薄板釘牢在靠墻的木龍骨上，薄板與板后的空氣層構(gòu)成了薄板共振吸聲結(jié)構(gòu)。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是用穿孔的膠合板、纖維板、金屬板或石膏板等為結(jié)構(gòu)主體，與板后的墻面之間的空氣層（空氣層中有時(shí)可填充多孔材料）構(gòu)成吸聲結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)吸聲的頻帶較寬，對(duì)中頻的吸聲能力最強(qiáng)。四關(guān)于隔聲材料的概念

必須指出：吸聲性能好的材料，不能簡單地就把它們作為隔聲材料來使用。人們要隔絕的聲音按著傳播的途徑可分為空氣聲（由于空氣的振動(dòng)）和固體聲（由于固體的撞擊或振動(dòng)）兩種。對(duì)隔空氣聲，根據(jù)聲學(xué)中的“質(zhì)量定律”，墻或板傳聲的大小，主要取決于其單位面積質(zhì)