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影响保温棉热传导系数的主要原因

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-26  浏览次数:383
热传导系数主要为保温棉良优之性能指标。当热传导系数增减所代表之意义,为保温棉热通量之大小,材料若需有良好的保温特性时,则热传导系数越低越好。一般物质热传导系数,当中以气体热传导系数为最低。其中,影响材料导热系数的因素很多,主要可分为:保温棉形状、含水率、视密度与孔隙特征、温度、湿度及热流方向等6大部分,以下分项说明。
一、形状
不同材质保温棉具有不同的热传导系数,当中以纯金属的导热系数最大,合金次之,而气体为最小。保温棉大致可分为纤维质(FibrousMedium)材与多孔质(PorousMedium)材。纤维质保温棉如陶瓷纤维、岩棉制成之棉毯;多孔质保温材如耐火砖、矽酸钙板等板材。其中,多孔质保温棉由于孔隙率高,孔隙中气体(空气)对热传系数的影响相当大。在固体结构部分,无论是结晶态或玻璃态对热传导系数影响不大,仅对热流方向与热传递方式有关。因此,在多孔性保温棉之孔隙率,是主要影响热传导之重要参数。
二、含水率
水的导热系数约为0.58W╱m-K,是空气(0.029W╱m-K)的20倍左右,由于保温棉内部含有大量空气,当材料吸湿后,空隙由水气所填满,则孔隙中蒸汽的扩散与水分子的热传导将起主要传热作用。此外,当空隙中之水蒸气比热较空气为大,高温侧蒸发向低温侧扩散凝结,放出潜热,凝结成冰,则冰的导热系数更大(2.33W╱m-K),其结果将导致材料的热传导系数增大,使得材料保温性降低。
三、密度与孔隙特征
由于保温棉中固体物质的热传导能力要比空气大,因此视密度小的材料,其孔隙率大,则热传导系数小。在孔隙率相同的条件下,孔隙尺寸愈大,热传导系数愈大;开孔型(open-cell)孔隙较封闭型(close-cell)孔隙导热性高。对于视密度很小的材料,特别是纤维状材料,当其视密度低于某一极限值时,热导系数反而会增加,主要由于孔隙增大且开孔型孔隙增多,造成对流作用增强之结果。
四、温度
保温棉以使用温度范围来区分,可分为:高温保温棉(温度范围为500∼2,500K)、中温保温棉(温度范围200∼500K)及低温保温棉(温度范围小于200K)等3大类。保温棉的热传导系数主要会随着温度升高而增加,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加。当温度在0∼50℃范围内时并不显著,只有对处于高温或负温下的材料,才要考虑温度的影响。但在中、高温保温棉之热传导系数有随温度上升而急增倾向。
五、热流方向
针对异方向性的保温棉,如纤维质的材料,当热流平行于纤维方向时,则热流受到阻力小,而热流垂直于纤维方向时,受到的阻力就增加。
六、其他因素
保温棉之使用需考虑使用部位之辐射、对流或压力等,如防止辐射传热方面,使用热线反射率大的铝箔可有效抑制,此外,压力会影响空隙内之对流作用,并且随着气体压力增高,导致保温棉热传导率增大。
 
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