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第三章建筑保温隔热材料的概述

3.1

保温隔热材料的概念

保温隔热材料是指具有防止建筑物内部热量损失或隔绝外界热量传入的材料。一般

将其中用于高温环境，导热系数小于

0.23W/(m

·

k)

的材料称为轻质耐火材料（轻质绝热

材料）

；将用于较低温环境，导热系数小于

0.14W/(m

·

k)

的材料统称为保温材料；将导

热系数小于

0.05W/(m

·

k)

的材料称为高效保温隔热材料。在建筑领域，保温材料主要负

责围护结构在冬季保持室内适当温度的能力，传热过程常按照稳定传热考虑，并以传热

系数值或热阻值来评价。隔热材料主要负责围护结构在夏季隔离热辐射和室外高温的影

响，使室内温度保持适当温度的能力，传热过程按

24h

为周期的周期性传热来考虑，以

夏季室外计算温度条件下（较热天气下）围护结构内表面最高温度值来评价。

3.2

保温隔热材料的绝热原理

在任何介质中，当两处存在温差时，热量都会由温度高的部分传递至温度低的部分。

热量传递的基本方式主要有热传递、热对流和热辐射三种。所有物质的热现象都是物质

内部粒子相互碰撞、振动、传递和运动的结果。绝热材料均是由固相和气相构成，其制

品在使用过程中，随着体积密度、气孔率的不同，导热方式和能力也有差别。

在主晶相和基质固相中，热量主要以热传导方式进行，组成晶体的质点牢固地处在

一定的位置，相互间存在一定的距离，质点只能在平衡位置附近作微小的振动，而不能

像气体分子那样杂乱地自由运动，所以也不能像气体那样依靠质点间的直接碰撞来传递

热能。金属中热传导主要靠自由电子的运动来实现，而非金属晶体中，晶格振动是它们

的主要导热机构。热量是由晶格振动的格波来传递的，这种格波分为声频支和光频支。

在温度不太高的传热过程中，光频支格波的能量很微弱，主要是声频支格波作出贡献。

根据气体热传导依靠气体分子碰撞的原理，我们可以推断，晶体热传导是声子碰撞的结

果。在很多晶体中热量传递的速度是很缓慢的，这是因为晶格振动并非是线性的，晶格

间存在着一定的耦合作用，声子间会产生碰撞而使声子的平均自由程减小。格波间相互

作用越强，声子间碰撞几率越大，相应的平均自由程越小，热导率也就越低。所以，这

种声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源。此外，晶体中的各种缺陷、杂质以

及晶粒界面都会引起格波的散射，这也等效于声子平均自由程的减小，从而降低热导率。

相对的，在高温环境中，固体材料中分子、原子等质点的转动和振动都会辐射出相应的

高频电磁波。

这种在低温时表现很弱的热辐射，

在高温条件下却成为材料的重要热传导途径

[29]

。

与固体导热相比，气体的绝热性能更为优越。在气孔中，热量主要以辐射和热对流

方式进行，尤其在高温阶段。材料中封闭的微小气孔内空气不产生对流，处于相对静止

的状态，热量传递相当缓慢，所以热导率较小；相反，对于那些孔隙粗大且连通的气孔，

空气可能产生热对流，从而增加了热导率。多孔、粉末和纤维材料中这种绝热机制表现

十分突出。这是因为在材料内气孔形成了连续相，其热导率在很大程度上受到气孔相热

导率的影响。而且，一些具有显著各向异性的材料和膨胀系数较大的多相复合材料，由

于存在大的内应力而产生微裂纹，气孔会以扁平微裂纹的形式出现并沿着晶界发展，使

热流受到严重的阻碍。这样，即使气孔率很小的材料，其热导率也会明显减小。

3.3

保温隔热材料的分类

保温隔热材料按结构特点可分为纤维材料、粒状材料和多孔材料。

按使用温度可分为：

①

低温绝热材料（使用温度小于

900

℃

）如硅藻土砖、石棉、

膨胀蛭石、矿棉等；

②

中温绝热材料（使用温度在

900

～

1200

℃

）

，如硅藻土砖、膨胀

珍珠岩、轻质粘土砖和耐火纤维等；

③

高温绝热材料（使用温度大于

1200

℃

）

，如轻质

高铝砖、轻质刚玉砖、轻质镁砖、空心球制品及高温耐火纤维制品等

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。