11.絕熱、節(jié)能和吸聲材料

第11章絕熱、節(jié)能和吸聲材料11.1絕熱材料11.2節(jié)能材料11.3吸聲、隔聲材料4１１.１絕熱材料１１.１.１絕熱材料概述絕熱材料是指用于建筑圍護結(jié)構(gòu)或熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或材料復合體；既包括保溫、隔熱材料，又包括保冷材料?？刂剖覂?nèi)熱量外流的材料叫做保溫材料，防止熱量進入室內(nèi)的材料叫做隔熱材料。絕熱制品那么是指被加工成至少有一面與被覆蓋面形狀一致的各種絕熱材料的制成品〔圖１１-１〕。材料保溫隔熱性能的好壞是由材料導熱系數(shù)的大小決定的。導熱系數(shù)越小，保溫隔熱性能越好。材料的導熱系數(shù)與其成分、表觀密度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及傳熱時的平均溫度和材料的含水量有關(guān)。下一頁返回１１.１絕熱材料絕大多數(shù)建筑材料的導熱系數(shù)〔λ〕介于０．０２３～３．４９Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，通常把λ值不大于０．２３的材料稱為絕熱材料，而將其中λ值０．１４的絕熱材料稱為保溫材料。根據(jù)材料的適用溫度范圍，將可在零攝氏度以下使用的稱為保冷材料，適用溫度超過１０００℃者稱為耐火保溫材料。習慣上通常將保溫材料分為三檔，即低溫保溫材料〔使用溫度低于２５０℃〕；中溫保溫材料〔使用溫度２５０℃～７００℃〕；高溫保溫材料〔使用溫度７００℃以上〕。除節(jié)能這一主要功能外，建筑絕熱材料還應具備如下功能：〔１〕絕熱保溫或保冷，阻止熱交換、熱傳遞的進行。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料〔２〕隔熱防火?！玻场硿p輕建筑物的自重。１１.１.２絕熱材料的根本要求和使用功能絕熱材料是用于減少結(jié)構(gòu)物與環(huán)境熱交換的一種功能材料。建筑工程中使用的絕熱材料，一般要求其導熱系數(shù)不宜大于０．２３Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，表觀密度不大于６００ｋｇ／ｍ３，抗壓強度不小于０．４ＭＰａ。在具體選用時除考慮上述根本要求外，還應了解材料在耐久性、耐火性和耐侵蝕性等方面是否符合要求。導熱系數(shù)〔λ〕是材料導熱特性的一個物理指標。當材料厚度、受熱面積和溫差相同時，導熱系數(shù)〔λ〕值主要決定于材料本身的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。因此，導熱系數(shù)是衡量絕熱材料性能優(yōu)劣的主要指標。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料λ值越小，通過材料傳送的熱量就越少，其絕熱性能也越好。材料的導熱系數(shù)取決于材料的組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表觀密度；也取決于傳熱時的環(huán)境溫度和材料的含水率。通常表觀密度小的材料其孔隙率大，因此導熱系數(shù)小?？紫堵氏嗤瑫r，孔隙尺寸大，導熱系數(shù)就大；孔隙相互連通比相互不連通〔封閉〕者的導熱系數(shù)大。對于松散纖維制品，當纖維之間壓實至某一表觀密度時，其λ值最小，那么該表觀密度為最正確表觀密度。纖維制品的表觀密度小于最正確表觀密度時，說明制纖維之間的空隙過大，易引起空氣對流，因而其λ值增加，因為水的λ值［０．５８Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕］遠大于密閉空氣的導熱系數(shù)［０．０２３Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕］。當受潮的絕熱材料受到冰凍時，其導熱系數(shù)會進一步增加，因為冰的λ值為２．３３Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，比水大。因此，絕熱材料應特別注意防潮。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料當材料處在０℃～５０℃范圍內(nèi)時，其λ值根本不變。高溫時材料的λ值隨溫度的升高而增大。對各向異性材料〔如木材等〕，當熱流平行于纖維延伸方向時，熱流受到的阻力小，其λ值較大；而熱流垂直于纖維延伸方向時，受到的阻力大，其λ值就小。１１.１.３常用的絕熱材料絕熱材料的品種很多，按材質(zhì)可分為無機絕熱材料、有機絕熱材料和金屬絕熱材料三大類；按形態(tài)可分為纖維狀、多孔〔微孔、氣泡〕狀、層狀等數(shù)種。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料目我國建筑工程中應用比較廣泛的纖維狀絕熱材料如巖礦棉、玻璃棉、硅酸鋁棉及其制品，以木纖維、各種植物秸桿、廢紙等有機纖維為原料制成的纖維板材；多孔狀絕熱材料如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、微孔硅酸鈣、泡沫石棉、泡沫玻璃以及加氣混凝土，泡沫塑料類如聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯以及酚醛、脲醛泡沫塑料等；層狀絕熱材料如鋁箔、各種類型的金屬或非金屬鍍膜玻璃及以各種織物等為基材制成的鍍膜制品。１.無機散粒絕熱材料常用的無機散粒絕熱材料有膨脹珍珠巖和膨脹蛭石等?！玻薄撑蛎浾渲閹r及其制品。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料膨脹珍珠巖是由天然珍珠巖煅燒而成，為蜂窩泡沫狀的白色或灰白色顆粒，是一種高效能的絕熱材料。其堆積密度為４０～５００ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０４７～０．０７０Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，最高使用溫度可達８００℃，最低使用溫度為－２００℃，具有吸濕小、無毒、不燃、抗菌、耐腐和施工方便等特點；建筑上廣泛用于圍護結(jié)構(gòu)、低溫及超低溫保冷設(shè)備、熱工設(shè)備等處的隔熱保溫材料，也可用于制作吸聲制品?！玻病撑蛎涷问捌渲破贰ｒ问且环N天然礦物，在８５０℃～１０００℃的溫度下煅燒時，體積急劇膨脹，單個顆粒體積能膨脹約２０倍。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料膨脹蛭石的主要特點：表觀密度８０～９００ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)０．０４６～０．０７０Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，可在１０００℃～１１００℃溫度下使用，不蛀、不腐，但吸水性較大。膨脹蛭石可以呈松散狀鋪設(shè)于墻壁、樓板、屋面等夾層中，起絕熱之用。使用時應注意防潮，以免吸水后影響絕熱效果。２.無機纖維狀絕熱材料常用的無機纖維有礦棉、玻璃棉等，可制成板或筒狀制品。由于其不燃、吸聲、耐久、價格廉價、施工簡便，而被廣泛用于住宅建筑和熱工設(shè)備的外表?！玻薄巢Ａ藜爸破?。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經(jīng)熔融后制成的一種纖維狀材料。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料它一般的堆積密度為４０～１５０ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)小，價格與礦棉制品相近，可制成瀝青玻璃棉氈、板及酚醛玻璃棉氈和板，使用方便，是廣泛用在溫度較低的熱力設(shè)備和房屋建筑中的保溫隔熱材料，也是優(yōu)質(zhì)的吸聲材料?！玻病车V棉和礦棉制品。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、銅礦渣和其他礦渣等，另加一些調(diào)整原料〔含氧化鈣、氧化硅的原料〕。巖石棉的主要原料是天然巖石，經(jīng)熔融后吹制而成的纖維狀〔棉狀〕產(chǎn)品。礦棉具有輕質(zhì)、不燃、絕熱和電絕緣等性能，且原料來源豐富，本錢較低，可制成礦棉板、礦棉防水氈及管套等，可用做建筑物的墻壁、屋頂、頂棚等處的保溫隔熱和吸聲。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料３.無機多孔類絕熱材料多孔類材料是指體積內(nèi)含有大量均勻分布的氣孔〔開口氣孔、封閉氣孔或二者皆有〕材料，主要有泡沫類和發(fā)氣類產(chǎn)品。〔１〕泡沫混凝土。泡沫混凝土是由水泥、水、松香泡沫劑混合后經(jīng)攪拌、成型、養(yǎng)護而成的一種多孔、輕質(zhì)、保溫、隔熱、吸聲材料。也可用粉煤灰、石灰、石膏和泡沫劑制成粉煤灰泡沫混凝土。泡沫混凝土的表觀密度為３００～５００ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０８２～０．１８６Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料〔２〕加氣混凝土。加氣混凝土是由水泥、石灰、粉煤灰和發(fā)氣劑〔鋁粉〕配制而成的一種保溫隔熱性能良好的輕質(zhì)材料。由于加氣混凝土的表觀密度小〔５００～７００ｋｇ／ｍ３〕，導熱系數(shù)值［０．０９３～０．１６４Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕］比黏土磚小，因而２４０ｍｍ厚的加氣混凝土墻體，其保溫隔熱效果優(yōu)于３７０ｍｍ厚的磚墻。此外，加氣混凝土的耐火性能良好?！玻场撑菽Ａ?。泡沫玻璃由玻璃粉和發(fā)泡劑等經(jīng)配料、燒制而成。氣孔率達８０％～９５％，氣孔直徑為０．１～５ｍｍ，且大量為封閉而孤立的小氣泡。其表觀密度為１５０～６００ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０５８～０．１２８Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，抗壓強度為０．８～１５ＭＰａ。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料采用普通玻璃粉制成的泡沫玻璃最高使用溫度為３００℃～４００℃，假設(shè)用無堿玻璃粉生產(chǎn)時，最高使用溫度可達８００℃～１０００℃。耐久性好，易加工，可滿足多種絕熱需要?！玻础彻柙逋痢Ｓ伤柙孱惿锏臍埡《逊e而成。其孔隙率為５０％～８０％，導熱系數(shù)約為０．０６０Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，因此具有很好的絕熱性能。最高使用溫度可達９００℃。可用作填充料或制成制品。４.有機絕熱材料上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料４.有機絕熱材料〔１〕泡沫塑料。泡沫塑料是以各種樹脂為基料，參加一定劑量的發(fā)泡劑、催化劑和穩(wěn)定劑等輔助材料，經(jīng)加熱發(fā)泡而制成的一種具有輕質(zhì)、耐熱、吸聲和防震性能的材料。目前我國生產(chǎn)的有聚苯乙烯泡沫塑料，其表觀密度為２０～５０ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０３８～０．０４７Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，最高使用溫度約７０℃；聚氯乙烯泡沫塑料，其表觀密度為１２～７５ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０３１～０．０４５Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，最高使用溫度為７０℃，遇火能自行熄滅；聚氨酯泡沫塑料，其表觀密度為３０～６５ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０３５～０．０４２Ｗ／〔ｍ·Ｋ〕，最高使用溫度可達１２０℃，最低使用溫度為－６０℃。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料〔２〕窗用絕熱薄膜。這種薄膜用于建筑物窗戶的絕熱，可以遮蔽陽光，防止室內(nèi)陳設(shè)物退色，降低冬季熱量損失，節(jié)約能源，增加美感。其厚度為１２～５０μｍ，使用時將特制的防熱片〔薄膜〕貼在玻璃上，其功能是將透過玻璃的陽光反射出去，反射率高達８０％。防熱片能夠減少紫外線的透過率，減輕紫外線對室內(nèi)家具和織物的有害作用，減弱室內(nèi)溫度變化程度，也可以防止玻璃碎片傷人。上一頁下一頁返回１１.１絕熱材料〔３〕植物纖維類絕熱板。該類絕熱材料可用稻草、木質(zhì)纖維、麥秸、甘蔗渣等原料加工而成。其表觀密度為２００～１２００ｋｇ／ｍ３，導熱系數(shù)為０．０５８～０．３０７Ｗ／〔ｍ·ｋ〕，可用于墻體、地板、頂棚等，也可以用于冷藏庫、包裝箱等。１１.１.４常用絕熱材料的技術(shù)性能常用絕熱材料技術(shù)性能見表１１-１。上一頁返回１１.２節(jié)能材料１１.２.１墻體保溫新型墻體材料的品種主要包括磚、塊、板等，如黏土空心磚、粉煤灰磚、加氣混凝土砌塊、輕質(zhì)板材和復合板材等。墻體保溫做法根據(jù)保溫層位置的不同可分為：外墻外保溫、外墻內(nèi)保溫和中空夾心復合墻體保溫等三種。墻體保溫構(gòu)造中應用的節(jié)能絕熱材料主要有巖棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、水泥聚苯板、硅酸鹽復合絕熱砂漿。節(jié)能建筑設(shè)計中規(guī)定建筑外墻傳熱系數(shù)K值小于１．５Ｗ／ｍ２·Ｋ；K值越小，圍護結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好。下一頁返回１１.２節(jié)能材料１１.２.２門窗節(jié)能節(jié)能門窗的制造材料已從單一的木、鋼、鋁合金等開展到了復合材料，如鋁合金—木材復合、鋁合金—塑料復合和玻璃鋼等。目前我國主要應用的節(jié)能門窗有：ＰＶＣ門窗、鋁木復合門窗、鋁塑復合門窗和玻璃鋼門窗等。國內(nèi)外研究并推廣使用的節(jié)能玻璃主要有：中空玻璃、真空玻璃和鍍膜玻璃等。低反射鍍膜〔ＬＯＷ—Ｅ〕玻璃或三玻兩中空等形式的節(jié)能窗將全面普及。傳熱系數(shù)越小，節(jié)能效果越理想〔表１１-２〕。例如斷橋式鋁塑復合窗的保溫性良好是因為鋁塑復合型材中的塑料傳熱系數(shù)低。上一頁下一頁返回１１.２節(jié)能材料１１.２.３新能源新技術(shù)太陽能是人類可以利用的潔凈理想能源，隨著太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷突破，在建筑中利用太陽能成為可能。太陽能的利用有被動式利用〔光熱轉(zhuǎn)換〕和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。上一頁返回１１.３吸聲、隔聲材料吸聲材料在建筑中的作用主要是用以改善室內(nèi)收聽聲音的條件和控制噪聲。保溫絕熱材料因其輕質(zhì)及結(jié)構(gòu)上的多孔特征，具有良好的吸聲性能。除了對聲音有特殊要求的建筑物如音樂廳、影劇院、大會堂和播音室等場所外，對于一般的工業(yè)與民用建筑物來說，均無需單獨使用吸聲材料，其吸聲功能的提高主要通過與保溫絕熱及裝飾等其他新型建材相結(jié)合來實現(xiàn)。因此，建筑絕熱材料也是改善建筑物吸聲功能的不可或缺的物質(zhì)根底。對于多孔吸聲材料，其吸聲效果受以下因素制約?！玻薄巢牧系谋碛^密度。同種多孔材料，隨表觀密度增大，其低頻吸聲效果提高，高頻吸聲效果降低。下一頁返回１１.３吸聲、隔聲材料〔２〕材料的厚度。厚度增加，低頻吸聲效果提高，而對高頻影響不大?！玻场晨紫兜奶卣??？紫对蕉?，越均勻細小，吸聲效果越好；即使材質(zhì)相同，且均屬多孔結(jié)構(gòu)，其對氣孔特征的要求也不同。絕１１.３.２材料的吸聲原理和性能物體振動時，迫使鄰近空氣隨著振動而形成聲波，當聲波接觸到材料外表時，一局部被反射，一局部穿透材料，而其余局部那么在材料內(nèi)部的孔隙中引起空氣分子與孔壁的摩擦和黏滯阻力，使相當一局部聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收。被材料吸收的聲能〔包括穿透材料的聲能在內(nèi)〕與原先傳遞給材料的全部聲能之比，是評定材料吸聲能好壞的主要指標，稱為吸聲系數(shù)，用下式表示：上一頁下一頁返回１１.３吸聲、隔聲材料材料的吸聲特性，除與材料本身性質(zhì)、厚度及材料外表的條件有關(guān)外，還與聲波的入射角及頻率有關(guān)。一般而言，材料內(nèi)部開放連通的氣孔越多，吸聲性能越好。同一材料，對于高、中、低不同頻率的吸聲系數(shù)不同。為了全面反映材料的吸聲性能，規(guī)定?。保玻担龋ⅲ玻担埃龋?、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、４０００Ｈｚ六個頻率的吸聲系數(shù)來表示材料吸聲的頻率特性。吸聲材料在上述六個規(guī)定頻率的平均吸聲系數(shù)應大于０．２。