《絕熱材料》PPT課件.ppt

第十二章絕熱材料與吸聲材料在建筑中 習(xí)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(jìn)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 基本概念 1 導(dǎo)熱性 指材料傳遞熱量的能力 2 導(dǎo)熱系數(shù) 表示材料的導(dǎo)熱能力指標(biāo) 意義 在穩(wěn)定傳熱條件下 當(dāng)材料層單位厚度內(nèi)的溫差為1 時(shí) 在1s內(nèi)通過1m2表面積的熱量 材料導(dǎo)熱系數(shù)越大 導(dǎo)熱性能越好 工程上將導(dǎo)熱系數(shù) 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(diǎn)絕熱材料按照它們的化學(xué)組成可以分為無機(jī)絕熱材料和有機(jī)絕熱材料 1 常用無機(jī)絕熱材料 1 多孔輕質(zhì)類無機(jī)絕熱材料 2 纖維狀無機(jī)絕熱材料1 礦物棉2 玻璃纖維 3 泡沫狀無機(jī)絕熱材料1 泡沫玻璃2 多孔混凝土2 常用有機(jī)絕熱材料 1 泡沫塑料 2 硬質(zhì)泡沫橡膠 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 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 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 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 為0 58 比空氣的 0 029 大20倍左右 如果孔隙中的水結(jié)成了冰 則冰的 2 33 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 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 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 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 建筑上常用保溫材料1 纖維狀保溫隔熱材料 石棉及其制品 石棉是一種天然礦物纖維 主要化學(xué)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(xì)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 可制成礦棉板 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 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(xì)棉兩種 植物纖維復(fù)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(hù) 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 20倍 而成為松散顆粒 其堆積密度為80 200kg m3 導(dǎo)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 可在1000 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(hù)結(jié)構(gòu)及管道保溫 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 0 025 0 048 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(hù) 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 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(qiáng)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(hù)結(jié)構(gòu)及管道保溫 泡沫玻璃 它是采用碎玻璃加入 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(dǎo)熱系數(shù)小 抗壓強(qiáng)度和抗凍性高 耐久性好等特點(diǎn) 且易于進(jìn)行鋸切 鉆孔等機(jī)械加工 為高級(jí)保溫材料 也常用于冷藏庫(kù)隔熱 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(guó)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 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(dǎo)熱性低 抗?jié)B和防腐性能高等特點(diǎn) 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(qiáng)度大 導(dǎo)熱性低和抗震性好等多種功能 5 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 吸聲材料1 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 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) 用公式表示 P191 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 2 影響多孔性材料吸聲性能的因素 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 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 材料的孔隙特征 孔隙愈多愈細(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 3 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) 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(jiǎn)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)量 質(zhì)量越大 越不易振動(dòng) 則隔聲效果越好 故對(duì)此必須選用密實(shí) 沉重的材料 如粘土磚 鋼板 鋼筋混凝土 作為隔聲材料 對(duì)隔固體聲最有效的措施是采用不連續(xù)的結(jié)構(gòu)處理 即在墻壁和承重梁之間 房屋的框架和隔墻及樓板之間加彈性襯墊 如毛氈 軟木 橡皮等材料 或在樓板上加彈性地毯 例1 什么是絕熱材料 工程上對(duì)絕熱材料有哪些要求 例2 材料絕熱的基本原理是什么 例3 絕熱材料為什么總是輕質(zhì)的 使用時(shí)為什么一定要注意防潮 例4 試述材料的吸聲性能及其表示方法 什么是吸聲材料 例5 簡(jiǎn)述吸聲材料的基本特征 例6 試述多孔材料 穿孔材料及薄板共振結(jié)構(gòu)的吸聲原理 隨著材料的表觀密度和厚度的增加 材料吸聲性能有何變化 例7 吸聲材料和絕熱材料在構(gòu)造特征上有何異同 泡沫玻璃是一種強(qiáng)度較高的多孔結(jié)構(gòu)材料 但不能用作吸聲材料 為什么 例8 試述隔絕空氣傳聲和固體撞擊傳聲的處理原則 例1 什么是絕熱材料 工程上對(duì)絕熱材料有哪些要求 解 絕熱材料是指導(dǎo)熱系數(shù) 值應(yīng)不大于0 23W m K 的隔熱保溫效果好的建筑材料 工程上首先要求絕熱材料有較低的導(dǎo)熱系數(shù) 其次 要求絕熱材料應(yīng)該是輕質(zhì)的 其表觀密度不大于600kg m3 同時(shí)要滿足運(yùn)輸 施工中強(qiáng)度要求 抗壓強(qiáng)度大于0 3MPa 此外 還要求材料吸濕性要小 或者易于防水 否則會(huì)明顯降低保溫性 對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)在相對(duì)濕度為 條件下材料達(dá)到平衡含水狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)定 工程上還要求材料施工容易 造價(jià)低廉 具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 例2 材料絕熱的基本原理是什么 解 熱在本質(zhì)上是組成物質(zhì)的分子 原子和電子等在物質(zhì)內(nèi)部的移動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)所產(chǎn)生的能量 在任何介質(zhì)中 當(dāng)存在著溫度差時(shí) 就會(huì)產(chǎn)生熱的傳遞現(xiàn)象 熱能將由溫度較高的部分傳遞至溫度較低的部分 不同的建筑材料具有不同的保溫隔熱性能 主要體現(xiàn)在材料的導(dǎo)熱系數(shù)上 導(dǎo)熱系數(shù)愈小 保溫性能愈好 傳熱的基本方式有熱傳導(dǎo) 熱對(duì)流和熱輻射三種 一般來說 三種傳熱方式總是共存的 但因絕熱性能良好的材料常是多孔的 雖然在材料的孔隙內(nèi)有著空氣 起著輻射和對(duì)流作用 但與熱傳導(dǎo)相比 熱輻射和對(duì)流所占的比例很小 故在建筑熱工計(jì)算時(shí)通常不予考慮 例3 絕熱材料為什么總是輕質(zhì)的 使用時(shí)為什么一定要注意防潮 解 由于材料中固體物質(zhì)的導(dǎo)熱能力要比空氣的導(dǎo)熱能力大得多 因此 一般的輕質(zhì)材料 其表觀密度較小 導(dǎo)熱系數(shù)也較小 所以絕熱材料總是輕質(zhì)的 材料吸濕受潮后 其導(dǎo)熱系數(shù)就增大 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 為0 58 比空氣的 0 029 大20倍左右 如果孔隙中的水結(jié)成了冰 則冰的 2 33 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 例4 試述材料的吸聲性能及其表示方法 什么是吸聲材料 解 吸聲性能是指材料能夠吸收由空氣傳遞的聲波能量的性質(zhì) 以吸聲系數(shù) 表示 吸聲系數(shù)是這些被吸收的能量 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 用公式表示為 P191 常用規(guī)定的六個(gè)頻率 125 250 500 1000 2000 4000Hz的平均吸聲系數(shù) 來表示 平均吸聲系數(shù)大于0 2的材料 列為吸聲材料 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 例5 簡(jiǎn)述吸聲材料的基本特征 解 吸聲材料的基本特征是 多孔性 吸聲材料孔隙率幾乎達(dá)70 90 開口孔隙率大 透氣性好 體積密度適宜 過大會(huì)使透氣性降低而使吸聲性能降低 常采取硬質(zhì)板上鉆孔 背后留空氣夾層或填以柔性吸聲材料做成吸聲結(jié)構(gòu)的形式 以提高吸聲系數(shù) 例6 試述多孔材料 穿孔材料及薄板共振結(jié)構(gòu)的吸聲原理 隨著材料的表觀密度和厚度的增加 材料吸聲性能有何變化 解 多孔材料 穿孔材料的吸聲原理在于 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?薄板共振結(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) 大大