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《建筑功能材料》论文题目：保温隔热材料的保温隔热机理学院：河南城建学院系别：土木与材料工程系专业：无机非金属材料工程班级：0134082学号：013408227姓名：王相振保温隔热材料的保温隔热机理研究王相振（河南城建学院土木与材料工程系，无机非金属材料工程专业）【摘要】建筑保温及各类热工设备的保温隔热是节约能源，提高建筑物居住和使用功能，一个重要方面，本文主要讨论了保温隔热材料的保温隔热机理。【关键词】保温；隔热；材料；机理HeatpreservationthermalinsulationmaterialheatpreservationheatinsulationmechanismresearchWangxiangzhen[Abstract]Theconstructionheatpreservationandeachkindofhotworkingequipment’sheatpreservationheatinsulationwassavestheenergy,toenhancethebuildinghousingandausefunctionimportantaspect,thisarticlediscussedtheheatpreservationthermalinsulationmaterialheatpreservationheatinsulationheatinsulationmechanism.[keywords]Heatpreservation;Heatinsulation;Material;Mechanism保温隔热材料通常是多孔材料，结构上的基本特点是具有高的空隙率。材料中的气孔尺寸一般在3~5mm范围内，气孔可分为封闭气孔和连通气孔两种类型。一般具有大量封闭气孔的材料的保温隔热材料性能比有大量连通气孔的要好些。保保温隔热材料的结构基本上可分为：纤维状结构、多孔结构、粒状结构或层状结构。具有多孔结构的材料中的孔一般为近似球形的封闭孔，而纤维结构、粒状结构和层状结构的材料内部的孔通常是相互连通的。本文讨论几种典型的保温隔热机理。保温隔热材料的保温隔热机理1.1多孔型保温隔热材料的保温隔热机理多孔型保温隔热材料的隔热作用的机理可有图1来说明。当热量Q从高温面向低温面传递时，再碰到气孔之前传递过程为固相中的导热，再碰到气孔后，一条路线仍然是通过固相传递，但其传热方向发生了变化，总的传热路线大大增加，从而使传热速度减缓；另一条路线是通过气孔内部的气体传热，其中包括高温固体表面对气体的辐射和对流传热，气体自身的对流传热、气体的导热、热气体对冷固体表面的辐射及对流传热以及热固体表面和冷固体表面的辐射传热。由于在常温下对流核辐射的传热在总传热中占得比例很小，故以气孔中的气体的导热为主，但由于空气的导热系数仅为0.029W∕(m.k)，远远小于固体的导热系数，故热量通过气孔传递的阻力较大，从而传热速度大大减缓。这就是含有大量气孔材料能起到保温隔热作用的原因。图11.2纤维型保温隔热材料的保温隔热机理纤维型保温隔热材料的保温隔热机理基本上与多孔型材料的情况类似（如图2）。显然传热方向和纤维方向垂直时的隔热性能比传热方向平行时要好一些。图21.3反射型保温隔热材料的保温隔热机理反射型保温隔热材料的保温隔热机理可由图3来说明。当外来的热辐射能量I0投射到物体上时，通常会将其中一部分能量IB反射掉，另一部分能量IA被吸收掉（一般建筑材料都不能热射线穿透，故透射部分忽略不计）。根据能量守恒定律，则：IA+IB=I0(1)或IA／I0+IA／IB=I(2)式中，比值IA／I0值说明材料对热辐射的吸收性能，用吸收率“A”表示；比值IB/I0说明材料的热反射性能，用反射率“Ｂ”表示，即：Ａ＋Ｂ＝１(3)由此看出，凡善于反射的材料，吸收热辐射的能力就小；反之，如果吸收能力强，则其反射率就小。故利用某些材料对热辐射的反射作用，如铝箔的反射率为0.95，在需要保温隔热的部位贴上这种材料，可以将绝大部分外来热辐射反射掉，起到隔热作用。I0IBIA图32影响保温隔热材料热工性能的主要因素2.1影响材料导热系数的主要因素(1)材料的化学结构、组成和聚集状态材料的分子结构不同，其导热系数有很大的差别，通常结晶构造的材料其导热系数最大，微晶体构造的次之，玻璃体构造的导热系数最小。材料中有机物组分增加，其导热系数降低。对于多孔保温隔热材料来说，无论固体部分的结构是晶体的还是玻璃体的，对导热系数影响都不大。因为这些材料的孔隙率很高，颗粒或纤维之间充满空气，此时，气体的导热其主要作用，固体部分的影响也就减少了。因此，为了获得导热系数较低的材料，可通过改变其分子结构的办法：如将熔融的高炉矿渣通过不同的冷却速度，可形成分子结构个不相同的材料，其中通过聚冷所得到的高炉膨胀渣珠具有玻璃体构造的分子结构，其导热系数为0.2W／（m·k），是一种较好的保温隔热材料。但对于多空的保温隔热材料来讲。无论固体部分的分子结构是玻璃体或是结晶体，对导热系数的影响都不大，这是因为多孔材料的孔隙中充满着导热系数远比固体小的空气。（2）材料的表观密度由于材料中固体物质的导热能力比空气大得多，故孔隙率较高、表观密度较小的材料，其导热系数也越小。材料的导热系数不仅与材料的空隙率有关，而且还与孔隙率的大小和特征有关。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大，因为太大的孔隙不仅孔壁温差较大，而且辐射传热量加大的同时大孔隙内的对流传热也增多，孔隙互相连通比封闭而不连通的导热系数大。此外，对于表观密度很小的材料。特别是纤维状的材料，当表观密度低于某一极限时，导热系数反而增大，这是由于孔隙率过大，相互连通的孔隙率增多，对流传热增加，从而导致导热系数增大。（3）湿度环境湿度大，材料的含水率提高。由于水的导热系数比静态空气的导热系数大20多倍。这样必然导致材料的导热系数增大；如果孔隙中的水分冻结成冰，冰的导热系数是水的四倍。材料的导热系数将更大，因此，保温隔热材料应尽选用吸水性小的原材料；同时保温隔热材料在使用过程中，应注意防潮、防水。（4）温度材料的导热系数随着温度的升高而增大。因为温度升高，材料固体分子热运动增强，同时，材料孔隙中空气的导热和孔隙间的辐射作用增强，所以，材料孔隙中空气的导热系数增大。（5）热流方向对于各种异性材料，如木材等纤维质材料。当热流平行于纤维延伸方向时，收到的阻力较小，导热系数就大；当热流垂直于纤维延伸方向时，收到的阻力较大，导热系数小。如以松木的导热系数为例，当热流垂直于木纹时，导热系数为0.175W／（m·k）；而当热流平行于木纹时，导热系数为0.3489W/(m·k)。上述各项因素，以表观密度和温度的影响最大。2.2影响材料导温系数的主要因素（1）材料的化学组成、结构和聚集状态材料的化学组成与结构不但直接影响其表观密度，而且，即使在表观密度相近的情况下，因其聚集状态不同而使导温性能也有较大的差异，例如晶体材料铝的表观密度是2700kg/m3。其导温系数为0.309m2/h,玻璃材料的表观密度是2500kg/m3,而导温系数只有0.0013m2/h，这是因为各类材料本身的比热在数值上差别很小，所以，每一类材料表观密度相同时，导热系数大的材料导温系数也大。（2）材料的表观密度材料的导温系数一般随材料的表观密度的减小而降低，然而当材料的表观密度减小到一定程度时，其导温系数反而随表观密度的减小而迅速增大，因此轻质保温隔热材料的热物理性能的特点就是导热系数很小，而导温系数很大。如泡沫塑料一类很轻的保温隔热材料、静态空气等。它们的导温系数非常大，因此在设计空气层和使用轻质保温隔热材料时，要做全面考虑。（3）湿度环境湿度的变化，材料的含水率也随之变化。材料的含水率变化对其导温性能的影响是复杂的，若但从空气的导温系数和水的导温系数看。水的导温系数小于空气，即材料吸湿后导温系数会减小，而实验表明，含水率的减小或增加，导温系数都存在着增大或减小的可能，这是因为导温系数取决于导热系数与体积热容量的比值。当材料的含水率增加时，导热系数与热容量都增大。但增大的速率不一样，这就决定了导温系数的变化规律。（4）温度材料的导温系数随温度的升高一般有所增大，这这是因为导热系数随着温度升高的变化速度稍大于比热的变化速度所致。但影响的幅度不大，一般不予考虑。如何有效地利用资源以及节能降耗是摆脱能源危机的有效途径之一，建筑保温及各类热工设备的保温隔热是节约能源，提高建筑物居住和使用功能的一个重要方面。建筑耗能在人类整个能源消耗中所占的比例约为30%~50%，故建筑节能的意义是很重大的，建筑保温隔热材料是建筑节能的物质基础。之所以研究保温隔热材料的保温隔热机理是相当重要的，也是首要任务之一。参考文献【1】李维、李巧玲，建筑材料质量检测【M】.中国计量出版社，2006【2】周辉钧、钱美丽，建筑材料热物理性能与数据手册【M】.中国建筑工业出版社，2010