第十二章絕熱材料與吸聲材料一、絕熱材料概念：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。基本概念（1）導熱性：指材料傳遞熱量的能力。（2）導熱系數（λ）：表示材料的導熱能力指標。意義：在穩定傳熱條件下，當材料層單位厚度內的溫差為1℃時，在1s內通過1m2表面積的熱量。材料導熱系數越大，導熱性能越好。工程上將導熱系數λ<0.23w/(m?K)的材料稱為絕熱材料；（3）傳熱系數（K）與熱阻（R）：墻體或其它圍護結構的傳熱能力常用傳熱系數來表示。其值越小，保溫隔熱性能越好。傳熱系數：K=λ/a(W/m2·K)熱阻：R=1/K(m2·K/W)《民用建筑節能設計標準》（采暖居住部分）對不同地區的屋面、外墻、門、窗等部位的傳熱系數作了嚴格的規定，如西安、北京和哈爾濱地區外墻的傳熱系數分別定為1.0、0.90、0.52W/m2·K。絕熱材料的種類及使用要點絕熱材料按照它們的化學組成可以分為可以分為無機類、有機類和復合材料類絕熱材料。

1.無機絕熱材料：用礦物質原料制成，呈散粒狀、纖維狀或多孔狀，可制成板、片、卷材或套管等形式的制品，包括石棉、巖棉、

礦渣棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、泡沫玻璃、多孔混凝土（泡沫混凝土、加氣混凝土)等。

2.有機絕熱材料：包括軟木、纖維板、刨花板、發泡聚苯乙烯泡沫塑料（EPS,導熱系數較低,機械強度高，尺寸精確，市場占有率高）、擠塑式聚苯乙烯（XPS，其導熱系數大大低于同厚度的EPS,具有更好的保溫隔熱性能）、脲醛泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料（在目前保溫材料中導熱系數最低，僅為0.018-0.023

w/(m?K)，保溫性能優異）、聚氯乙烯泡沫塑料、硬質泡沫橡膠等。3.復合絕熱材料：膠粉EPS保溫漿料、保溫砂漿等。墻體保溫系統：外墻內保溫系統、墻體夾芯保溫系統、外墻外保溫系統、墻體自保溫系統等。

影響材料導熱系數的因素影響材料保溫性能的主要因素是導熱系數的大小，導熱系數愈小，保溫性能愈好。材料的導熱系數受以下因素影響：（１）材料的組成與結構。不同組成的材料其導熱系數是不同的。一般說來，導熱系數值以金屬最大，非金屬次之，液體較小，而氣體更小。對于同一種材料，內部結構不同，導熱系數也差別很大。一般結晶結構的為最大，微晶體結構的次之，玻璃體結構的最小。但對于多孔的絕熱材料來說，由于孔隙率高，氣體（空氣）對導熱系數的影響起著主要作用，而固體部分的結構無論是晶態或玻璃態對其影響都不大。（２）表觀密度與孔隙特征（孔結構）。由于材料中固體物質的導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，導熱系數就小。在孔隙率相同的條件下，孔隙尺寸愈大，導熱系數就愈大；互相連通孔隙比封閉孔隙導熱性要高。對于表觀密度很小的材料，特別是纖維狀材料（如超細玻璃纖維），當其表觀密度低于某一極限值時，導熱系數反而會增大，這是由于孔隙增大且互相連通的孔隙大大增多，而使對流作用加強的結果。因此這類材料存在一最佳表觀密度，即在這個表觀密度時導熱系數最小。（３）濕度。材料吸濕受潮后，其導熱系數就會增大，這在多孔材料中最為明顯。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。（４）溫度。材料的導熱系數隨溫度的升高而增大，因為溫度升高時，材料固體分子的熱運動增強，同時材料孔隙中空氣的導熱和孔壁間的輻射作用也有所增加。但這種影響，當溫度在０～50℃范圍內時并不顯著，只有對處于高溫或負溫下的材料，才要考慮溫度的影響。（５）熱流方向。對于各向異性的材料，如木材等纖維質的材料，當熱流平行于纖維方向時，熱流受到阻力小，而熱流垂直于纖維方向時，受到的阻力就大。建筑上常用絕熱材料1.纖維狀保溫隔熱材料（ｌ）石棉及其制品。石棉是一種天然礦物纖維，主要化學成分是含水硅酸鎂，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，并加一些調節原料（鈣質和硅質原料）。巖棉的主要原料為天然巖石（白云石、花崗石、玄武巖等）。上述原料經熔融后，用噴吹法或離心法制成細纖維。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。（３）玻璃棉及其制品。玻璃棉是用玻璃原料或碎玻璃經熔融后制成纖維狀材料，包括短棉和超細棉兩種。（４）植物纖維復合板。系以植物纖維為主要材料加入膠結料和填料而制成。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，經成型、冷壓、養護、干燥而制成。甘蔗板是以甘蔗渣為原料，經過蒸制、加壓、干燥等工序制成的一種輕質、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?？稍?000～1100℃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。（２）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。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，經拌和、成型、養護（或干燥、或焙燒）后兩制成的板、磚、管等產品。3.多孔型保溫隔熱材料(１)

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、纖維增強材料及水等經攪拌、成型、蒸壓處理和干燥等工序而制成。用于圍護結構及管道保溫。(２)

泡沫玻璃。它是采用碎玻璃加入１％～２％發泡劑（石灰石或碳化鈣），經粉磨、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。它具有導熱系數小、抗壓強度和抗凍性高、耐久性好等特點，且易于進行鋸切、鉆孔等機械加工，為高級保溫材料，也常用于冷藏庫隔熱。(３)

多孔混凝土和輕骨料混凝土：加氣混凝土、泡沫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，加入一定劑量的發泡劑、催化劑、穩定劑等輔助材料經加熱發泡而制成的輕質保溫、防震材料。目前我國生產的有聚苯乙烯、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（１）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，導熱性低，抗滲和防腐性能高等特點。（2）蜂窩板。蜂窩板是由兩塊較薄的面板，牢固地粘結在一層較厚的蜂窩狀芯材兩面而制成的板材，亦稱蜂窩夾層結構。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異特性，即具有比強度大、導熱性低和抗震性好等多種功能。5.關于隔熱材料的概念隔熱材料應能阻抗室外熱量的傳入，以及減小室外空氣溫度波動對內表面溫度影響。材料隔熱性能的優劣，不僅與材料的導熱系數有關，而且與導溫系數、蓄熱系數有關。在建筑中，圍護結構隔熱設計時，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；設置通風層，如通風屋頂、通風墻等；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。二、吸聲材料1.材料吸聲的原理及技術指標聲音起源于物體的振動，它迫使鄰近的空氣跟著振動而成為聲波，并在空氣介質中向四周傳播。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，其間相當一部分聲能轉化為熱能而被吸收掉。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，是評定材料吸聲性能好壞的主要指標，稱為吸聲系數（α），用公式表示（P191）

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。通常采用常用規定的六個頻率：125、250、500、1000、2000、4000Hz。任何材料對聲音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。通常是將對上述六個頻率的平均吸聲系數大于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，其吸聲機理是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。這類多孔性吸聲材料的吸聲系數，一般從低頻到高頻逐漸增大，故對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（１）材料的表觀密度。對同一種多孔材料（例如超細玻璃纖維）而言，當其表觀密度增大時（即空隙率減小時），對低頻的吸聲效果有所提高，而對高頻的吸聲效果則有所降低。（２）材料的厚度。增加多孔材料的厚度，可提高對低頻的吸聲效果，而對高頻則沒有多大的影響。（３）材料的孔隙特征?？紫队嘤毿。曅Ч?。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的封閉的氣泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），則因聲波不能進入，從吸聲機理上來講，就不屬多孔性吸聲材料。當多孔材料表面涂刷油漆或材料吸濕時，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、起細玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫塑料、軟木板、木絲板、穿孔纖維板、工業毛氈、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構，達到更好的吸聲效果。常用的吸聲結構形式有薄板共振吸聲結構和穿孔板吸聲結構。薄板共振吸聲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。穿孔板吸聲結構是用穿孔的膠合板、纖維板、金屬板或石膏板等為結構主體，與板后的墻面之間的空氣層（空氣層中有時可填充多孔材料）構成吸聲結構。該結構吸聲的頻帶較寬，對中頻的吸聲能力最強。4.關于隔聲材料的概念必須指出：吸聲性能好的材料，不能簡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）和固體聲（由于固體的撞擊或振動）兩種。對隔空氣聲，根據聲學中的“質量定律”，墻或板傳聲的大小，主要取決于其單位面積質量，質量越大，越不易振動，則隔聲效果越好，故對此必須選用密實、沉重的材料（如粘土磚、鋼板、鋼筋混凝土）作為隔聲材料。對隔固體聲最有效的措施是采用不連續的結構處理，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，用公式表示為（P191） 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