绝热材料和吸声隔声材料土木工程材料(建筑材料)课件.pptx
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- 绝热材料 吸声 材料 土木工程 建筑材料 课件
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1、1 绝热材料是指用于建筑围护结构或热工设备、阻抗热流传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。冷材料。使用绝热材料的意义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。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%50%-80%。日本的节能实践证明,使用。日本的节能实践证明,使用1 1吨节能材料可节约标吨节能材料可节约标准煤准煤3 3吨吨/年,其节能效益是材料生产
2、成本的年,其节能效益是材料生产成本的1010倍。倍。用途用途 民用建筑、温室或冷库、工业窑炉、锅炉、热工容器和管民用建筑、温室或冷库、工业窑炉、锅炉、热工容器和管道等。道等。Page:2 传热的基本方式传热的基本方式 传热是指热量从高温区向低温区的自发流动,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。热量是一种由于温差而引起的能量转移现象。热量传递的方式:传递的方式:导热导热 对流对流 热辐射热辐射Page:3Page:4热传递机理热传递机理(1 1)热传导)热传导t2t1热传导热传导:通过分子的热运动或原子、自由电子等:通过分子的热运动或原子、自由电子等微观粒
3、子微观粒子的运动来进行热传递。的运动来进行热传递。Page:5热传递机理热传递机理(2 2)对流)对流t2t1对流:对流仅发生于流体中,它是指由于流体的对流:对流仅发生于流体中,它是指由于流体的宏观运动宏观运动使流体各部分之使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程间发生相对位移而导致的热量传递过程 。Page:6辐射是一种通过辐射是一种通过电磁波电磁波传递能量的过程。物体因各种原因发出辐射能,其中传递能量的过程。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。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,与热
4、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。可以在真空中传递。热传递机理热传递机理(3 3)热辐射)热辐射热源两个物理量两个物理量、C 导热系数导热系数(W/m k)厚度为厚度为1m的材料,当温的材料,当温度每改变度每改变1K时,在时,在1h时间内通过时间内通过1m2面积的传热量。面积的传热量。t)TT(21AxQPage:7xt1t2QQt)TT(21AxQ传热面积传热面积传热时间传热时间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
5、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。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。导热能力强;导热能力强;绝热性能好绝热性能好 材料的比热容材料的比热容质量为质量为1g1g的材料,当温度升高或降低的材料,当温度升高或降低1K1K时所吸时所吸收或放出的热量。收或放出的热量。C C材料的比热容,材料的比热容,J/(gJ/(g K)K);Q Q材料吸收或放
6、出的热量,材料吸收或放出的热量,J J;m m材料的质量,材料的质量,g g;T T2 2-T-T1 1 材料受热或冷却前后温差,材料受热或冷却前后温差,K K )(12TTmQCPage:8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,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。性。定义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
7、称为绝热材料。(0.175W/m0.175W/m K K)。)。绝热材料的选用绝热材料的选用 导热系数导热系数0.175W/m0.175W/m K K,表观密度,表观密度 600kg/m600kg/m3 3,抗压强度抗压强度0.3MPa0.3MPaPage:9绝大多数建筑材料的导热系数介于绝大多数建筑材料的导热系数介于0.029-3.49W/m0.029-3.49W/m K K之间。应该指出,即使是同一种材之间。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。料,其导热系数也并不是常数,与材料的湿度等因素有关。绝热材料的基本类型绝热材料的基本类型 多孔型多孔型 绝热
8、机理绝热机理材料孔隙中空气的材料孔隙中空气的导热系数大大小于固体的导热系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,从而传热相中的传递路线增加,从而传热阻力增加,传热速度大为减缓。阻力增加,传热速度大为减缓。Page:10t1t2QPage:11 纤维型纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关绝热性能与纤维布置的方向有关t2t1对于纤维质材料,不同方向上导热的性能不同: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)与纤维垂直的方向上,导热系数较低,绝热性能好At1t2QPage:12对于纤维
9、质材料,不同方向上导热的性能不同: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)与纤维平行的方向上,导热系数较高,绝热性能要差些t2t1B 纤维型纤维型:绝热性能与纤维布置的方向有关绝热性能与纤维布置的方向有关 反射型反射型I Io o外来热辐射能量外来热辐射能量;I IB B反射的能量反射的能量;I IA A吸收的能量吸收的能量110BAIIIIIIIoBoABAPage:13IoIBIA热辐射的热辐射的吸收性能吸收性能-吸收率吸收率A A热辐射的热辐射的反射性能反射性能-反射率反射率B B由由A+B=1A+B=1可以看出,凡是反射能力强的
10、材料,吸收热辐射的能力就小;反之,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,则其反射率就越小吸收能力强,则其反射率就越小 绝热材料的性能绝热材料的性能1.1.导热系数及其影响因素导热系数及其影响因素 材料的物质构成材料的物质构成化学组成和分子结构比较简单的物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。质比结构复杂的物质的导热系数要大。有机高分子有机高分子 无机材料无机材料;非金属非金属 金属金属 孔隙率孔隙率可将孔隙或空隙中的气体视为无对流的静可将孔隙或空隙中的气体视为无对流的静止空气。止空气。孔隙率孔隙率表观密度表观密度 在表观密度相同的情况
11、下,孔隙尺寸在表观密度相同的情况下,孔隙尺寸 孔隙体积大到一定程度后,由于空气对孔隙体积大到一定程度后,由于空气对流的出现,流的出现,Page:14 温度温度由于辐射热的影响,多孔材料的导热系数一般由于辐射热的影响,多孔材料的导热系数一般随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。湿度湿度水水静止空气静止空气湿度湿度气态气态 液态液态 固体固体 热流方向热流方向对于各向异性的材料,不同方向上的导热对于各向异性的材料,不同方向上的导热系数各不相同,有时差异很大系数各不相同,有时差异很大。Page:152.2.温度稳定性温度稳定性 指材料在受热作用下保持原有性能不变的能力,通指材料在受热作用下保持原有
12、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。常用其不致丧失绝热性能的极限温度来表示。3.3.吸湿性吸湿性 指绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力。指绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力。4.4.强度强度 通常采用抗压和抗折强度来表示,一般不宜将绝热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。材料用于承受外界载荷部位。Page:16 绝热材料的成分类型绝热材料的成分类型Page:17大类大类类类亚类亚类举举 例例无机无机绝热绝热材料材料金属金属 黑色金属黑色金属不锈钢板不锈钢板有色金属有色金属铝箔、铜箔铝箔、铜箔非金非金属属天然矿物天然矿物浮石、火山渣、硅藻土
13、、石棉、海泡石浮石、火山渣、硅藻土、石棉、海泡石加工矿物加工矿物膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒与陶砂、泡沫石棉、泡膨胀珍珠岩、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、炭化石灰沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、炭化石灰合成材料合成材料微孔硅酸钙、微孔铝酸钙、微孔碳酸镁、泡沫玻璃、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、加气混凝土、泡沫水泥、岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉、泡沫水玻璃、中空玻璃泡沫水玻璃、中空玻璃工业废渣工业废渣膨胀矿渣、炉渣、粉煤灰、废砖瓦膨胀矿渣、炉渣、粉煤灰、废砖瓦绝热材料的成分类型绝热材料的成分类型 续续Page:
14、18有机绝有机绝热材料热材料动植物动植物软木、纸屑、木屑、刨花、麦糠、稻壳、玉软木、纸屑、木屑、刨花、麦糠、稻壳、玉米芯、芦苇、蔓草、棉花、羊毛米芯、芦苇、蔓草、棉花、羊毛矿矿 物物泡沫沥青泡沫沥青合成高分子合成高分子泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫尿醛树脂、泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨酯、泡沫尿醛树脂、泡沫酚醛树脂、泡沫橡胶、钙塑绝热板泡沫酚醛树脂、泡沫橡胶、钙塑绝热板复合绝复合绝热材料热材料金属与无机金属与无机非金属复合非金属复合镀膜玻璃镀膜玻璃金属与有机金属与有机材料复合材料复合铝塑反射板、铝箔夹心隔热膜铝塑反射板、铝箔夹心隔热膜有机与无机有机与无机非金属复合非金属复合吸热涂层玻璃板吸热涂层玻璃
15、板 绝热材料的结构类型绝热材料的结构类型Page:19大类大类类类 举举 例例纤维状纤维状天然天然石棉与石棉制品、动物纤维、植物纤维石棉与石棉制品、动物纤维、植物纤维人造人造岩棉与岩棉制品、矿棉及其制品、玻璃棉及其制品、硅酸铝棉及其制岩棉与岩棉制品、矿棉及其制品、玻璃棉及其制品、硅酸铝棉及其制品、化学纤维与纤维植物品、化学纤维与纤维植物散粒状散粒状天然天然浮石、火山渣、硅藻土、矿渣、植物碎屑浮石、火山渣、硅藻土、矿渣、植物碎屑人造人造膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、陶粒与陶粒制品、空心膨胀珍珠岩及其制品、膨胀蛭石及其制品、陶粒与陶粒制品、空心氧化铝球及其制品氧化铝球及其制品微孔状微孔状天
16、然天然硅藻土、沸石岩泉华、软木硅藻土、沸石岩泉华、软木人造人造加气混凝土、泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、泡沫水加气混凝土、泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫粘土、泡沫菱苦土、泡沫水玻璃、泡沫玻璃、泡沫塑料、微孔硅酸钙、微孔磷酸钙微孔碳酸钙玻璃、泡沫玻璃、泡沫塑料、微孔硅酸钙、微孔磷酸钙微孔碳酸钙层层 状状天然天然木板木板人造人造塑料板、吸热玻璃板、铝膜、镀膜玻璃、中空玻璃蜂窝夹心板空腹门塑料板、吸热玻璃板、铝膜、镀膜玻璃、中空玻璃蜂窝夹心板空腹门窗窗 绝热材料的工艺类型绝热材料的工艺类型Page:20大大类类类类 举举 例例加加工工型型破碎型破碎型风选石棉、浮石、炉渣、木渣等风选石棉、浮石、
17、炉渣、木渣等烧胀型烧胀型膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒与陶砂等膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、陶粒与陶砂等烧结型烧结型粉煤灰陶粒、烧结氧化铝空心球砖粉煤灰陶粒、烧结氧化铝空心球砖烧失型烧失型硅藻土砖、泡沫粘土砖硅藻土砖、泡沫粘土砖胶结型胶结型水泥、石膏、水玻璃、沥青等胶结的各种膨胀珍珠岩和膨胀蛭石制品水泥、石膏、水玻璃、沥青等胶结的各种膨胀珍珠岩和膨胀蛭石制品分散型分散型泡沫石棉泡沫石棉合合成成型型熔制型熔制型岩棉、矿棉、玻璃棉、硅酸铝棉、熔制型泡沫玻璃等岩棉、矿棉、玻璃棉、硅酸铝棉、熔制型泡沫玻璃等烧结型烧结型烧结型微孔玻璃烧结型微孔玻璃胶凝型胶凝型泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫菱苦土、泡沫水玻璃、微孔铝酸钙、
18、微孔硅酸钙、加泡沫水泥、泡沫石膏、泡沫菱苦土、泡沫水玻璃、微孔铝酸钙、微孔硅酸钙、加气混凝土等气混凝土等交联型交联型各种泡沫塑料各种泡沫塑料复复合合型型混合型混合型硅酸盐保温涂料、石棉硅钙板、炭化石灰板硅酸盐保温涂料、石棉硅钙板、炭化石灰板复层型复层型蜂窝夹心板、铝箔夹心板蜂窝夹心板、铝箔夹心板拼装型拼装型中空玻璃中空玻璃散粒状绝热材料主要利用颗粒内部的孔隙与颗粒之间散粒状绝热材料主要利用颗粒内部的孔隙与颗粒之间的空隙阻止热流的传递。的空隙阻止热流的传递。膨胀珍珠岩及其绝热制品膨胀珍珠岩及其绝热制品 物理性能物理性能白色,微孔结构,散粒状构造;白色,微孔结构,散粒状构造;微孔尺寸微孔尺寸:1-
19、10m级;级;颗粒尺寸颗粒尺寸:0.15-2.5mm;常温导热系数常温导热系数:0.042-0.076W/(m K);安全使用温度:安全使用温度:-2001000。Page:21 基本绝热原理基本绝热原理珍珠岩属于玻璃质材料,在其软珍珠岩属于玻璃质材料,在其软化温度范围内,表现出很高的粘滞性,既能发生显著化温度范围内,表现出很高的粘滞性,既能发生显著的变形而不破裂,又可阻止气体外逸。此时其内的化的变形而不破裂,又可阻止气体外逸。此时其内的化学结合水发生蒸发,在珍珠岩流体中产生大量的气泡,学结合水发生蒸发,在珍珠岩流体中产生大量的气泡,粘滞的软化体随气泡的不断生成与长大发生显著的体粘滞的软化体随
20、气泡的不断生成与长大发生显著的体积膨胀。在气孔长大到一定程度但尚无合并之时迅速积膨胀。在气孔长大到一定程度但尚无合并之时迅速冷却,气泡将保留于膨胀的珍珠岩颗粒内部,形成微冷却,气泡将保留于膨胀的珍珠岩颗粒内部,形成微孔构造。孔构造。Page:22 原材料及技术要求原材料及技术要求 珍珠岩是酸性含水火山玻璃质岩石的总称,主要包括珍珠岩、珍珠岩是酸性含水火山玻璃质岩石的总称,主要包括珍珠岩、黑耀岩、黑耀岩、松脂岩三种岩石,由火山喷发急速冷却而成。松脂岩三种岩石,由火山喷发急速冷却而成。珍珠岩的质量等级珍珠岩的质量等级:在工业上除要求在工业上除要求SiO2应占应占70%左右,左右,H2O占占4%6%
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