建筑材料熱物理性能
[拼音]:jianzhu cailiao rewuli xingneng
[外文]:thermo-physical property of building material
建筑熱工學(xué)的重要研究課題之一,通常用導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)、比熱來表示建筑材料的熱物理性能。各種建筑材料的熱物理性能差異很大,在建筑設(shè)計中應(yīng)正確選用建筑材料的熱物理指標(biāo),在施工中應(yīng)注意防止因施工不當(dāng)而降低材料的熱物理性能。
導(dǎo)熱系數(shù)
用λ 表示,單位為瓦/(米?開)。導(dǎo)熱系數(shù)愈小,材料的絕熱性能愈好。影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素是材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分,材料的工作狀態(tài)如容重、濕度和溫度?,F(xiàn)將其關(guān)系分述如下。
(1)材料導(dǎo)熱系數(shù)與容重的關(guān)系。容重是指單位體積的材料重量,用符號 γ表示,單位為千克/米3。容重是影響多孔材料導(dǎo)熱系數(shù)的重要因素之一。多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)是材料的固體骨架的導(dǎo)熱系數(shù)和材料孔隙中氣體的導(dǎo)熱系數(shù)的平均值??諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)很小,在靜態(tài)、溫度0℃時,為0.026瓦/(米?開),與各類材料的導(dǎo)熱系數(shù)差別很大(見表)。因此,多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨容重的減小而下降。多孔材料中氣體的傳熱方式不單純是導(dǎo)熱,還存在孔隙中氣體的對流換熱和孔壁之間的輻射換熱,所以表征多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)是當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。材料中氣孔增大,孔內(nèi)氣體的對流換熱和孔壁之間的輻射換熱會增大,材料的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)也會明顯增大。因此,從生產(chǎn)工藝上保證多孔材料的孔隙率大、氣孔直徑小和氣孔分布均勻,是改善材料熱物理性能的重要途徑。
松散狀纖維材料的容重小到一定程度后,材料內(nèi)部的空氣對流換熱會增大,導(dǎo)熱系數(shù)反而增大(見圖)。
(2)材料導(dǎo)熱系數(shù)與濕度的關(guān)系。材料濕度是反映材料中含游離水多少的指標(biāo)。建筑材料(特別是多孔材料)的導(dǎo)熱系數(shù)隨著所含游離水?dāng)?shù)量的增加而增大。水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.58瓦/(米?開),比空氣大20多倍,冰的導(dǎo)熱系數(shù)為2.3瓦/(米?開),如果孔隙中水分凍結(jié)成冰,材料的導(dǎo)熱系數(shù)將更大。在設(shè)計和施工中應(yīng)采取措施,控制材料的濕度,以保證圍護結(jié)構(gòu)材料的良好絕熱性能。
(3)材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜。在通常的氣溫條件下,材料導(dǎo)熱系數(shù)受溫度的影響較小,一般在房屋圍護結(jié)構(gòu)熱工計算中,可忽略不計。只有處于高溫或很低的負溫條件下,才考慮采用相應(yīng)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。
導(dǎo)溫系數(shù)
指材料在冷卻或加熱過程中各點達到相同溫度時的快慢。導(dǎo)溫系數(shù)愈大,則各點達到相同溫度就愈快。導(dǎo)溫系數(shù)用?表示,單位為米2/小時。材料的導(dǎo)溫系數(shù)與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成正比,與材料的體積熱容量(C?γ)成反比(C為比熱容),即:
影響材料導(dǎo)溫系數(shù)的因素和導(dǎo)熱系數(shù)相似,即材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、容重、濕度和溫度。
比熱容
單位為千焦/(千克?開)。材料比熱容的大小主要取決于材料的化學(xué)成分。無機材料的比熱容為0.84~1.26千焦/(千克?開);有機材料的比熱容為1.26~2.51千焦/(千克?開);建筑用的金屬材料的比熱容約為0.42千焦/(千克?開)。
水的比熱容為4.2千焦/(千克?開),遠大于一般材料,因此材料受潮后,比熱容數(shù)值會明顯上升。大多數(shù)材料的比熱容隨著濕度的增加呈線性增大。對木材等一些有機材料,比熱容隨濕度的增加呈拋物線曲線關(guān)系。
測定方法
測定建筑材料熱物理性能的方法可分為兩類:
(1)穩(wěn)定熱狀況法。測試時經(jīng)過材料試件的熱流,在數(shù)值上和方向上都不隨時間而改變,即溫度場是穩(wěn)定的。此法的試驗條件易于控制,計算方便,許多國家都以此法作為標(biāo)準(zhǔn)測試方法。
(2)非穩(wěn)定熱狀況法。此法的優(yōu)點是設(shè)備簡單,試驗時間短,并有可能在一次試驗中同時則測出材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和比熱容。
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