谈建筑绝热材料的作用原理和基本要求

【摘要】为了保持常年室内温度状况，适宜于人们的生活、学习和生产，房屋的围护结构所采用的建筑材料，必须具有一定的绝热性能。热流总是由高温向低温传递，在冬季要保持室内一定的温度，就必须在室内不断地提供热源来补充由温差而产生的热损失。温差越大，则要求提供的热量越多，于是燃料的消耗也越大。为了能大量减少热损失，节约能源，采用保温材料，具有重大意义。

【关键词】建筑；绝热材料；作用原理；基本要求

为了保持常年室内温度状况，适宜于人们的生活、学习和生产，房屋的围护结构所采用的建筑材料，必须具有一定的绝热性能。在我国北方地区，由于冬季气候寒冷，室内必须采暖，为不使室内气温变化波动过大，要求围护构件具有良好的保温性能。而我国南方地区，由于夏季强烈的太阳辐射热和较高的室外气温，温湿度对室内的影响较大，要求建筑物的围护构件应具有绝热和减少热辐射，所以我们必须研究围护结构的保温绝热问题。

众所周知，热流总是由高温向低温传递，在冬季要保持室内一定的温度，就必须在室内不断地提供热源来补充由温差而产生的热损失。温差越大，则要求提供的热量越多，于是燃料的消耗也越大。为了能大量减少热损失，节约能源，采用保温材料，具有重大意义。

1 建筑材料的导热系数

如何使围护结构具有较好的保温性能，减少热损失，节约燃料？要解决这个问题，就得清楚热流是怎样通过围护构件的，什么样的结构热量损失多，什么样的结构热量损失少，以及材料本身的构造情况又怎样影响其保温性能，影响保温绝热性能的因素又有哪些。要了解如何合理选择绝热材料。

围护结构是由各种建筑材料组合而成的，不同的建筑材料，其导热系数是各不相同的，建筑材料的导热系数主要说明材料传递热量的能力。根据导热性公式，说明建筑材料的导热系数值愈小，则说明通过围护结构的热量就小。说明材料保温性能越好。导热系数义值小于0.29 W∕mK，成材料容重小于1 000 kg∕m3，这种材料统称为绝热材料。选择绝热材料的基本要求，其抗压强度应大于0.4MPa。

2 影响建筑材料导热系数的因素

建筑材料的导热系数决定于材料的成分，内部结构，容重等，也决定传热时的平均温度材料含水量等因素。

2.1 材料的构造和容重的影响

材料中固体物质的导热能力比空气要大得多，容重越轻的材料，导热系数越小，同时，材料的导热系数还与孔隙大小、特征和孔隙率有关，在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大、导热系数就愈大。孔隙互相连通的比封闭而不相通的导热系数高。对于容重较小的材料，特别是纤维状材料，当容重低于某一极限时，导热系数有反而增大的现象、造成对流作用加强的结果，因此这类材料存在一个"最佳容重"，即在这个容重下导热系数值最小，当容重超过或低于这个限值时，导热系数将增大。

2.2 湿度的影响

材料受潮后，其导热系数就增大。在多孔材料中最为明显，这是由于在材料的孔隙中有了水分（包括水蒸汽和液态水）后，除孔隙中剩余的空气分子的传热、对流以及部分孔壁的辐射作用之外，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导起着主要作用，因为水的导热能力比孔隙内空气的导热能力大。

2.3 渗透问题

水蒸汽能从温度较高的一边渗透进材料，当水蒸汽在材料孔隙中达最大饱和度时，就凝结成水，集聚较多时在材料温度较低的一边表面上会出现冷凝水滴，这不仅是大大提高了导热性，而且还会降低材料的强度和耐久性。如果在材料湿度较高的一边用沥青、卷材、铝箔、塑料薄膜等做隔蒸汽层就可防止此现象。

2.4 温度的影响

材料导热系数随温度升高而增大。因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增强。但这种影响，当温度在0℃〜50℃范围内时并不大，只有对处于高温或负温度下的材料，才要考虑温度的影响。

2.5 热流方向的影响

材料如果是各向异性的如木材等纤维质材料，当热流平行于纤维延伸方向时，受到阻力小，而热流垂直于纤维延伸方向时受到的阻力最大。例如松木（容重500Kg∕m3)，当热流垂直于木纹时为0.175，而当热流平行于木纹时，则为0.349W∕m·K。

以上各影响因素中以容重和湿度的影响最大。因为容重的数值是与材料本身的组成与结构有密切关系，如果材料组成与结构上有很大差别则其导热系数就相差很大，如钢为58.2W∕（m·K),花岗石为3.49 W∕（m·K),晶体石英为16.4 W∕（m·K),而石英玻璃则为19 W∕（m·K),冰为2.33 W∕（m·K),而水则为0.58 W∕（m·K),混凝土为1.28 — 1.51 W∕（m·K),加气混凝土则为0.09—0.14 W∕（m·K),普通黏土砖为0，8 W∕（m·K),显然，容重是决定材料导热系数的重要根据，至于湿度则应根据材料在房屋围护结构中实际使用的条件来估计，使用条件包括气候条件、房屋使用性质、房间的朝向和围护结构的构造方式等，对多数绝热材料，可取空气相对湿度为80%～85%时材料的平衡湿度作为参考值，应尽可能在这种湿度条件下来测定材料的导热系数。

由于保温绝热材料的强度一般都很低，除能单独承重的少数材料（如具有一定强度的加气混凝土）外，在围护结构中，经常把保温绝热层与承重结构材料层合并使用，建筑外墙的保温层通常做在内侧，以免受大气的侵蚀，但应选用不易破碎的材料如软木板、木丝板等；外墙以砖砌空斗墙或采用混凝土空心制品，保温材料可填充在墙体的空腔内，可采用散粒状或纤维状材料如粒状矿渣棉，膨胀珍珠岩等。屋顶保温层则以放在屋面上为宜，可防止钢筋混凝土屋面板上部由于冬夏温差引起裂缝，但保温层上必需加做效果良好、可靠耐久的防水层。

3 结语

总之，在选用保温绝热材料时，应结合建筑物的用途，围护结构的构造，施工难易，材料来源和经济条件等综合地加以考虑。

参考文献

[1]张志伟，建筑材料性能 [M].北京：中国建筑工业出版社，1997

[2]王力宏，建筑施工技术 [M].北京：中国建筑工业出版社，1995