13、絕熱材料，吸聲與隔聲材料

13.1絕熱材料在建筑中，習慣上把用于控制室內熱量外流的材料叫做保溫材料；把防止室外熱量進入室內的材料叫做隔熱材料。保溫、隔熱材料統稱為絕熱材料。在房屋建筑工程中,其圍護結構所采用的材料必須具有一定的保溫隔熱性。在夏季不讓室外高溫通過圍護結構傳入室內；而在冬季則阻止室內較高溫度通過圍護結構傳遞到室外。這對于減少供暖和降溫的能耗，節約能源具有十分重要的意義。國家已頒布行業標準《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134-2001）評定材料保溫隔熱性能主要指標是導熱系數（λ）建筑上一般將導熱系數λ<0.23w/(m?K)的材料稱為絕熱材料。

一、影響材料導熱系數的主要因素：１、物質構成

λ金屬材料＞＞λ無機非金屬材料＞λ有機材料２、孔隙構造一般來說，材料的孔隙率Ｐ↑→λ↓（∵λ空氣＜＜λ固體）當孔隙率相同時：孔徑d↑→λ↑；λ連通孔＞λ封閉孔。絕熱材料的孔隙特征：細小封閉而互不連通。絕熱材料主要是輕質疏松多孔或纖維狀材料。３、濕度材料受潮后，λ↑（∵λ固體＞λ液體＞λ氣體）；若水結冰，則λ進一步↑（λ冰＝２.20＞λ水=0.58＞λ空氣=0.023）。故絕熱材料在應用時必須注意防水避潮。4、溫度

t↑→λ↑（t↑→材料分子熱運動↑，但在0-50℃范圍內影響不大）對于處于高溫或負溫下的材料，需考慮溫度的影響。

5、熱流方向對于纖維構造的材料（如木材）：

λ順纖維方向＞λ橫纖維方向。對于絕熱材料而言，上述因素中，孔隙構造和濕度對λ影響最大。二、絕熱材料的基本要求

λ＜0.23w/m·k，f壓≥0.3MPa，ρ0≤600kg/m3(塊狀材料)。絕熱材料微觀結構

請觀察常用絕熱材料的微觀結構特點，如下圖所示。并分析如何可獲得具此類微觀結構特點的絕熱材料。絕熱材料一般系輕質、疏松多孔的，且孔隙最好不連通，可為松散顆粒或纖維狀，欲獲得此類絕熱材料，可從以下幾方面著手：

①利用天然多孔或纖維狀的材料為主要組成材料，如軟木、浮石、甘蔗板等；

②在材料中摻入加氣劑或者泡沫劑以形成多孔結構，如加氣混凝土、泡沫塑料等；

③在材料中加入能被燒去或于高溫下可分解出氣體而形成多孔的材料，如泡沫玻璃；

④材料本身在高溫下自行膨脹為多孔結構，如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石。

三、常用絕熱材料及其性能1．泡沫塑料及其制品2．無機多孔、纖維材料3．反射型絕熱材料4．其它絕熱材料1．泡沫塑料及其制品（1）聚苯乙烯泡沫塑料及其保溫砂漿（2）聚氨酯泡沫塑料（3）聚氯乙烯泡沫塑料酚醛泡沫塑料在屋面上的應用2．無機多孔、纖維材料（1）膨脹珍珠巖（2）膨脹蛭石（3）發泡粘土（4）輕質混凝土（5）微孔硅酸鈣（6）泡沫玻璃（7）空心玻璃微珠（8）巖棉及礦渣棉（9）玻璃棉（10）陶瓷纖維（1）膨脹珍珠巖膨脹珍珠巖是由天然珍珠巖為原料，經煅燒體積急劇膨脹（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，λ=0.025～0.048Ｗ／(ｍ·Ｋ)，耐熱800°C，為高效能保溫保冷填充材料。（2）膨脹蛭石蛭石是一種天然礦物，經850～1000°C燃燒，體積急劇膨脹(可膨脹５～20倍)而成為松散顆粒，其堆積密度為80～200kg／m3，導熱系數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、管殼等用于圍護結構及管道保溫。

泡沫玻璃制品玻璃棉制品玻璃棉的應用玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經熔融后經噴吹制成的纖維狀材料。玻璃棉是一種優良的保溫、絕熱、吸聲、過濾材料。廣泛應用于國防、石油化工、建筑、冶金、冷藏、交通等領域。玻璃棉氈主要用于建筑物的隔熱、隔聲，通風空調設備的保溫，播音室、消音室及噪音車間的吸聲；玻璃棉板用于冷庫、倉庫、隧道及房屋建筑的隔熱、隔聲。玻璃棉管套主要用于通風、供熱、供水、動力等設備管道的保溫。玻璃棉制品的性能巖礦棉巖礦棉是用作絕熱吸聲材料的巖棉和礦渣棉等一類無機纖維材料的總稱。巖棉由熔融的巖石經噴吹制成；礦渣棉由熔融的礦渣經噴吹制成。礦棉具有輕質、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。該類材料在外觀上具有相同的纖維狀形態和結構，并具有密度較小、導熱系數低、不燃、耐腐蝕、化學穩定性強、吸聲性能好、無毒、無污染、防蛀、價廉等優點。生產方法：噴吹法、離心法、離心噴吹法。廣泛應用于建筑物的填充絕熱、保溫、吸聲、隔聲等領域。巖棉制品硅酸鋁纖維（陶瓷纖維）制品硅酸鋁纖維制品的技術性能（陶瓷纖維）耐高溫性能是所有絕熱材料中最高的。導熱系數小，在高溫區的熱傳導率很小。表觀密度小，一般在90～220kg/m3。熱穩定性好，即使溫度急劇變化，也不會產生結構應力。化學穩定性好，除強堿、氫氟酸、磷酸外，幾乎不受其它化學品的侵蝕。吸聲性能優良。纖維直徑為2～3m，長度為50mm。硅酸鋁纖維板的性能結

構

類

型舉

例纖維狀天然的石棉與石棉制品、植物纖維、動物纖維人造的巖棉與巖棉制品、礦渣棉及其制品、玻璃棉及其制品、硅酸鹽棉及其制品、化學纖維與纖維織物散粒狀天然的浮石、火山渣、硅藻土、爐渣、植物碎屑人造的膨脹珍珠巖及其制品、膨脹蛭石及其制品、陶粒與陶砂制品、空心氧化鋁球及其制品微孔狀天然的硅藻土、沸石巖、軟木人造的加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫石膏、泡沫水泥、泡沫塑料、粘土陶粒、微孔硅酸鹽層

狀天然的木夾板人造的塑料板、吸熱玻璃板、中空玻璃、蜂窩夾芯板、鋁箔、泡沫夾層板常用絕熱材料結構類型絕熱材料的應用：某冰庫原采用水玻璃膠結膨脹蛭石板作絕熱材料經過一段時間后，隔熱效果逐漸變差。后以聚苯乙烯泡沫夾芯板作為隔熱墻體，在內墻噴涂聚胺酯泡沫層作絕熱材料，取得良好的效果。原因分析：水玻璃膠結膨脹蛭石板用于冰庫易受潮，受潮后其絕熱性能下降。而聚苯乙烯泡沫夾芯板和聚胺酯泡沫層均不易受潮，且有較好的低溫性能，故用于冰庫可取得良好的效果。圖13-2聚苯乙烯泡沫夾心板

圖11-3內墻噴涂聚胺酯泡沫層

13.2吸聲材料1、材料的吸聲原理聲音是由于物體振動而產生的一種振動波。當聲波遇到材料表面時，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，轉化為熱能而被吸收掉。2、吸聲材料的性能要求吸聲材料的吸聲性能用吸聲系數表示：即被材料吸收的聲能（Ｅ）與傳遞給材料的全部聲能（E0）之比：

α=E/E0吸聲系數與聲音的頻率及入射方向有關。通常采用六個頻率的吸聲系數表示材料的吸聲特性：125、250、500、1000、2000、4000Hz。凡六個頻率的平均吸聲系數大于0.2的材料，稱為吸聲材料。常用吸聲材料的吸聲系數見表12-5。常用吸聲材料及其吸聲系數3、常用吸聲材料及其構造（1）多孔吸聲材料聲波進入材料內部互相貫通的孔隙，引起空氣分子與孔壁的摩擦和粘滯阻力，產生振動，從而使聲能轉化為熱能而被吸收。這類多孔材料的吸聲系數一般從低頻到高頻逐漸增大，故對中頻和高頻的聲音吸收效果較好。材料中開放的、互相連通的小孔越多，其吸聲性能越好。（2）柔性吸聲材料具有密閉氣孔和一定彈性的材料，如泡沫塑料。聲波引起的空氣振動使材料產生相應振動克服內部的摩擦而消耗了聲能，引起聲波衰減。（3）簾幕吸聲體用具有通氣性能的紡織品，安裝在離墻面或窗洞一定距離處，背后設置空氣層。對中、高頻都有一定吸聲效果。（4）薄板振動吸聲結構將薄板（如膠合板、薄木板、纖維板、石膏板等）釘在墻或頂棚的龍骨上，背后留有空氣層。該結構主要用于吸收低頻聲波。（5）穿孔板組合共振吸聲結構各種材質的穿孔薄板周邊固定在龍骨上，并在背后設置空氣層。該吸聲結構適合吸收中頻聲波，在建筑中使用比較普遍。13.3隔聲材料建筑上把主要起隔絕聲音作用的材料稱為隔聲材料。隔聲可分為隔絕空氣聲和隔絕固體聲兩種：

1、空氣聲（通過空氣傳播的聲音）的隔絕隔絕空氣聲，主要服從聲學中的“質量定律”，即材料的體積密度越大，質量越大，越不易振動，則隔聲效果越好。因此應選用密實、沉重的材料，如磚、砼、鋼板等。而吸聲性能好的材料，一般為輕質多孔的材料，不能簡單地就把它作為隔聲材料來使用。

2、固體聲（通過固體的撞擊或振動傳播的聲音）的隔絕采用不連續的結構處理，隔斷聲波傳遞的途徑，即在結構層中（如在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和隔墻及樓板之間）加入具有一定彈性的襯墊材料，如毛氈、軟木、橡膠等，或在樓板上加彈性地毯。13.4相變儲能建筑材料

相變材料簡介一般材料在加熱過程中達到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變。在這一熔化過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱。相變材料的溫度在整個過程中幾乎保持恒定。如由冰到水的相變過程中所吸收的潛熱幾乎比相變溫度范圍外加熱過程的熱吸收高100倍。熱效率高13.4相變儲能建筑材料通過向普通建筑材料中加入相變材料，可以制成具有較高熱容的輕質建筑材料，稱之為相變儲能建筑材料。相變材料與建筑材料基體相結合的方法目前有以下幾種：①將相變材料吸入多孔建筑材料中；②將相變材料密封后置入建筑材料中；③將相變材料與建筑材料直接混合；④將有機相變材料乳化后添加到建筑材料中；⑤利用封接劑將相變材料密封在建筑材料中。例1：什么是絕熱材料？工程上對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的？使用時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構的吸聲原理。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造特征上有何異同？泡沫玻璃是一種強度較高的多孔結構材料，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？工程上對絕熱材料有哪些要求？解：絕熱材料是指導熱系數（λ）值應不大于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熱系數。其次，要求絕熱材料應該是輕質的，其表觀密度不大于600kg／m3。同時要滿足運輸、施工中強度要求（抗壓強度大于0.3MPa）。此外，還要求材料吸濕性要小，或者易于防水，否則會明顯降低保溫性。對材料的導熱系數應在相對濕度為８０％～８５％條件下材料達到平衡含水狀態下進行測定。工程上還要求材料施工容易，造價低廉，具有較好的技術經濟效益。例2：材料絕熱的基本原理是什么？解：熱在本質上是組成物質的分子、原子和電子等在物質內部的移動、轉動和振動所產生的能量。在任何介質中，當存在著溫度差時，就會產生熱的傳遞現象，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，主要體現在材料的導熱系數上，導熱系數愈小，保溫性能愈好。傳熱的基本方式有熱傳導、熱對流和熱輻射三種。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有著空氣，起著輻射和對流作用，但與熱傳導相比，熱輻射和對流所占的比例很小，故在建筑熱工計算時通常不予考慮。例3：絕熱材料為什么總是輕質的？使用時為什么一定要注意防潮？解：由于材料中固體物質的導熱能力要比空氣的導熱能力大得多，因此，一般的輕質材料，其表觀密度較小，導熱系數也較小。所以絕熱材料總是輕質的。材料吸濕受潮后，其導熱系數就增大，這是由于當材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴散和水分子的熱傳導將起主要傳熱作用，而水的λ為0.58Ｗ／（ｍ·Ｋ），比空氣的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左右。如果孔隙中的水結成了冰，則冰的λ=2.33Ｗ／（ｍ·Ｋ），其結果使材料的導熱系數更加增大。故絕熱材料在應用時必須注意防水避潮。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。以吸聲系數（α）表示。吸聲系數是這些被吸收的能量（Ｅ）（包括部分穿透材料的聲能在內）與傳遞給材料的全部聲能（E0）之比。常用規定的六個頻率：125、250、500、1000、2000、4000Hz的平均吸聲系數（α）來表示。平均吸聲系數大于0.2的材料，列為吸聲材料。吸聲系數與聲音的頻率及聲音的入射方向有關。因此吸聲系數用聲音從各方向入射的吸收平均值表示，并應指出是對哪一頻率的吸收。例5：簡述吸聲材料的基本特征？解：吸聲材料的基本特征是：（１）多孔性。吸聲材料孔隙率幾乎達70％～90％；（２）開口孔隙率大、透氣性好；（３）體積密度適宜，過大會使透氣性降低而使吸聲性能降低；常采取硬質板上鉆孔，背后留空氣夾層或填以柔性吸聲材料做成吸聲結構的形式，以提高吸聲系數。例6：試述多孔材料、穿孔材料及薄板共振結構的吸聲原理。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，以及使細小纖維作機械振動，從而使聲能轉變為熱能。薄板共振結構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成了薄板共振吸聲結構，