《建筑材料》课程教学资源（教案讲义）第十四章 绝热材料和吸声材料

第十四章绝热材料和吸声材料14.1绝热材料14.1.1绝热材料的绝热机理在每一实际的伟热过程中，往往都同时存在着两种或三种传热方式。例如，通过实体结构本身的传热过程，主要是靠导热，但一般建筑材料内部或多或少地有些孔隙，在孔隙内除存在气体的导热外，同时还有对流和热辐射存在。绝大多数建筑材料的导热系数介于0.029~3.49W/m.k（0.025~3.0kcal/m.h.℃）之间，入值越小说明该材料越不易导热，建筑中，一般把值小于0.23W/m.K的材料叫做绝热材料。绝热材料有多孔型、纤维型及反射型三种类型，其绝热机理不同。（1）多孔型在常温固下对流和辐射传热在总的传热在所占比例很小，故以气孔中气体的导热为主。但由于空气的导热系数仅为0.025kca1/m.h.℃（即0.029W/m.K），大大小于固体的导热系数，故热量通过气孔传递的阻力较大，从而传热速度大大减缓。（2）纤维型纤维型绝热材料的绝热机理基本上和通过多孔材料的情况相似。传热方向和纤维方向垂直时的约热性能比传热方向和纤维主向平行时要好一些。（3）反射型当外来的热辐射能量I0投射到物体上时，通常会将其中一部分能量IB反射掉，另一部分IA被吸收（一般建筑材料都不能穿透热射线，故透射部分忽略不计）。凡是反射能力强的材料，吸收热辐射的能力就小，反之，如果吸收能力强，则其反射率就小。14.1.2绝热材料的性能1）导热系数（1）材料的物质构成：材料的导热系数受自身物质的化学组成和分子结构的影响。化学组成和分子结构比较简单的物质比结构复杂的物质有较大的导热系数。（2）孔隙率：由于固体物质的导热系数比空气的导热系数大得多，故材料的孔隙率越大，一般来说，材料的导热系数越小。材料的导热系数不仅与孔隙率有关，而且还与孔隙的大小、分布、形状及连通状况有关

第十四章 绝热材料和吸声材料 14.1 绝热材料 14.1.1 绝热材料的绝热机理 在每一实际的伟热过程中，往往都同时存在着两种或三种传热 方式。例如，通过实体结构本身的传热过程，主要是靠导热，但一般建筑材料内 部或多或少地有些孔隙，在孔隙内除存在气体的导热外，同时还有对流和热辐射 存在。 绝大多数建筑材料的导热系数介于 0.029~3.49W/m.k(0.025~3.0kcal/m.h.℃)之间，λ 值越小说明该材料越不易导 热，建筑中,一般把值小于 0.23W/m.K 的材料叫做绝热材料。绝热材料有多孔型、 纤维型及反射型三种类型，其绝热机理不同。 （1）多孔型 在常温固下对流和辐射传热在总的传热在所占比例很小，故以 气孔中气体的导热为主。但由于空气的导热系数仅为 0.025kcal/m.h.℃（即 0.029W/m.K），大大小于固体的导热系数，故热量通过气孔传递的阻力较大，从 而传热速度大大减缓。 （2）纤维型 纤维型绝热材料的绝热机理基本上和通过多孔材料的情况相 似。传热方向和纤维方向垂直时的约热性能比传热方向和纤维主向平行时要好一 些。 （3）反射型 当外来的热辐射能量 IO 投射到物体上时，通常会将其中一部分 能量 IB 反射掉， 另一部分 IA 被吸收（一般建筑材料都不能穿透热射线，故透 射部分忽略不计）。 凡是反射能力强的材料,吸收热辐射的能力就小,反之,如果 吸收能力强,则其反射率就小。 14.1.2 绝热材料的性能 1）导热系数 （1）材料的物质构成：材料的导热系数受自身物质的化学组成 和分子结构的影响。化学组成和分子结构比较简单的物质比结构复杂的物质有较 大的导热系数。 （2）孔隙率：由于固体物质的导热系数比空气的导热系数大得 多，故材料的孔隙率越大，一般来说，材料的导热系数越小。材料的导热系数不 仅与孔隙率有关，而且还 与孔隙的大小、分布、形状及连通状况 有关

（3）温度：材料的导热系数随温度的升高而增大，因为温度升高，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。（4）湿度：材料受潮吸水后，会使其导热系数增大。这是因为水的导热系数比空气的导热系数要大约20倍所致。若水结冰，则由于冰的导热系数约为空气的导热系数的80倍左右，从而使材料的导热系数增加更多。（5）热流方向：对于纤维状材料，热流方向纤维排列方向垂直时材料表现出导热系数要小于平行时的导热系数。这是因前者可对流等作用能起有效的阻止作用所致。2）温度稳定性材料在受热作用下保持其原有性能不变的能力，称为绝热材料的温度稳定性。通常用其不致丧失绝热能的极限温度来表示。3）吸湿性绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力称为吸湿性。一般其吸湿性越大，对绝热效果越不利。4）强度由于绝热材料含有大量孔隙，故其强度一般均不大，因此不宜将绝热材料用于承受外界荷载部位。对于某些纤维材料有时常用材料达到某一变形时的承载能力作为其强度代表值。选用绝热材料时，导热系数不宜大于0.23W/m.K，表观密度不宜大于600kg/m3，块状材料的抗压强度不低于0.3MPa，绝热材料的温度稳定性应高于实际使用。另外，由于大多数绝热材料都具有一定的吸水、吸湿能力，故在实际使用时，需在其表层加防水层或隔汽层。14.2吸声隔声材料14.2.1吸声材料概说声音起源于物体的振动。声源的振动迫使邻近的空气跟着振动而形成声波，并在空气介质中向四周传播。声音在传播过程中，一部分由于声能随着距离的增大而扩散，另一部分则因空气分子的吸收而减弱。当声波遇到材料表面时，被吸收声能（E）与入射声能（EO)之比，称为吸声系数aE×100%α=E.即：材料的收声系数与声波的方向、声波的频率及材料中的气孔有关。为了全面反映材料的吸声特性，通常取125、250、500、1000，2000，4000Hz等六个频率的平均吸声系数表示材料的吸声性能。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，可称为吸声材料。材料的吸声系数越高，吸声效果越好。为达到较好的吸声效果，材料的气孔应是开放的，月应相互连通，气孔越多，吸声性能越好。大多数吸声材料强度较低，因此应设置在护壁台以上，以免撞坏。吸声

（3）温度：材料的导热系数随温度的升高而增大，因为温度升 高，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。 （4）湿度：材料受潮吸水后，会使其导热系数增大。这是因为 水的导热系数比空气的导热系数要大约 20 倍所致。若水结冰，则由于冰的导热 系数约为空气的导热系数的 80 倍左右，从而使材料的导热系数增加 更多。 （5）热流方向：对于纤维状材料，热流方向纤维排列方向垂直 时材料表现出导热系数要小于平行时的导热系数。这是因前者可对流等作用能起 有效的阻止作用所致。 2）温度稳定性 材料在受热作用下保持其原有性能不变的能力，称为绝热材料 的温度稳定性。通常用其不致丧失绝热能的极限温度来表示。 3）吸湿性 绝热材料从潮湿环境中吸收水分的能力称为吸湿性。一般其吸 湿性越大，对绝热效果越不利。 4）强度 由于绝热材料含有大量孔隙，故其强度一般均不大，因此不宜 将绝热材料用于承受外界荷载部位。对于某些纤维材料有时常用材料达到某一变 形时的承载能力作为其强度代表值。 选用绝热材料时，导热系数不宜大于 0.23W/m.K,表观密度不宜 大于 600kg/m3，块状材料的抗压强度不低于 0.3MPa，绝热材料的温度稳定性应 高于实际使用。另外，由于大多 数绝热材料都具有一 定的吸水、吸湿能 力，故在实际使用时，需在其表层加防水层或隔汽层。 14.2 吸声隔声材料 14.2.1 吸声材料概说 声音起源于物体的振动。声源的振动迫使邻近的空气跟着振动 而形成声波，并在空气介质中向四周传播。声音在传播过程中，一部分由于声能 随着距离的增大而扩散，另一部分则因空气分子的吸收而减弱。当声波遇到材料 表面时，被吸收声能（E）与入射声能(EO)之比，称为吸声系数 a 即： 材料的收声系数与声波的方向、声波的频率及材料中的气孔有 关。 为了全面反映材料的吸声特性，通常取 125、250、500、1000，2000，4000Hz 等六个频率的平均吸声系数表示材料的吸声性能。凡六个频率的平均吸声系数大 于 0.2 的材料，可称为吸声材料。材料的吸声系数越高，吸声效果越好。 为达 到较好的吸声效果，材料的气孔应是开放的，且应相互连通，气孔越多，吸声性 能越好。大多数吸声材料强度较低，因此应设置在护壁台以上，以免撞坏。吸声

材料易于吸湿，安装时应考虑到胀缩的影响。此外还应考虑防火、防腐、防蛀等问题。14.2.2吸声材料的类型及其结构形式1）多孔性吸声材料多孔性吸声材料是比较常用的一种吸声材料，它具有良好的中高频吸声性能。影响材料吸声性能主要因素有材料表观密度和构造、材料厚度、材料背后空气层、材料表面特征等。多孔性吸声材料与绝热材料都是多孔性材料，但在材料孔隙特征要求上有着很大差别。绝热材料要求具有封闭的互不连能的气孔，这种气孔愈多则保温绝热效果愈好，吸声材料，则要求具有开放和互相连通的气孔，这种气孔愈多，则其吸声性能愈好。2）薄板振动吸声结构薄板振动的吸声结构的特点是具有低频吸声特性，同时还有助声波的扩散。建筑中常用产品有胶全合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板或金属板等，把它们周边固在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空层，即成薄板振动吸声结构。3）共振吸声结构共振吸声结构具有封闭的空腔和较小的开口，很像个瓶子。当瓶腔摧空气受到外力激荡，会按一定的频率振动，这就是共振吸声器。为了获得较宽频带的吸声性能，常采用组合共振吸声结构或穿孔板组合共振吸声结构。4）穿孔板组成合共振吸声结构穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。这种吸声结构在建筑中使用比较普遍，是将穿孔的胶全板、硬质纤维板、石膏板、石棉水泥板、铝合板、薄钢板等周边固定在龙骨上，并在背后设置空气层而构成。5）柔性吸声材料柔性吸声材料是具有密闭气孔和一定弹性的材料，如聚氯乙烯泡沫塑料。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或多个吸收频率。6）悬挂空间吸声体悬挂于空间的吸声体，由于声波与吸声材料的两个或两个以上的表面接触，增加了有效的吸声面积，产生边缘效应，加上声波的衍射作用，大大提高实际的吸声效果。实际使用时，可根据不同的使用地点和要求，设计成各种形式的悬挂在顶棚下的空间吸声体。空间吸声体有平板形、球形、圆锥形、棱锥形等多种形式，7）帘幕吸声体帘幕吸声体是用具有通气性能的纺织品。安装在离墙面或窗洞一定距离处，背后设置空气层。这种吸声体对中、高频都一定的胡声效果。帘幕的吸声效果与材料种类和褶榈有关。帘幕吸声体安装、拆卸方便，兼具装饰作用。应用价值较高

材料易于吸湿，安装时应考虑到胀缩的影响。此外还应考虑防火、防腐、防蛀等 问题。 14.2.2 吸声材料的类型及其结构形式 1）多孔性吸声材料 多孔性吸声材料是比较常用的一种吸声材料，它具有良好的中 高频吸声性能 。影响材料吸声性能主要因素有材料表观密度和构造、材料厚度、 材料背后空气层、材料表面特征等。 多孔性吸声材料与绝热材料都是多孔性材 料，但在材料孔隙特征要求上有着很大差别。绝热材料要求具有封闭的互不连能 的气孔，这种气孔愈多则保温绝热效果愈好，吸声材料，则要求具有开放和互相 连通的气孔，这种气孔愈多，则其吸声性能愈好。 2）薄板振动吸声结构 薄板振动的吸声结构的特点是具有低频吸声特性，同时还有助 声波的扩散。建筑中常用产品有胶全合板、薄木板、硬质纤维板、石膏板、石棉 水泥板或金属板等，把它们周边固在墙或顶棚的龙骨上，并在背后留有空层，即 成薄板振动吸声结构。 3）共振吸声结构 共振吸声结构具有封闭的空腔和较小的开口，很像个瓶子。当 瓶腔摧空气受到外力激荡，会按一定的频率振动，这就是共振吸声器。 为了获 得较宽频带的吸声性能，常采用组合共振吸声结构或穿孔板组合共振吸声结构。 4）穿孔板组成合共振吸声结构 穿孔板组合共振吸声结构具有适合中频的吸声特性。这种吸声 结构在建筑中使用比较普遍，是将穿孔的胶全板、硬质纤维板、石膏板、石棉水 泥板、铝合板、薄钢板等周边固定在龙骨上，并在背后设置空气层而构成。 5）柔性吸声材料 柔性吸声材料是具有密闭气孔和一定弹性的材料，如聚氯乙烯 泡沫塑料。这种材料的吸声特性是在一定的频率范围内出现一个或多个吸收频 率。 6）悬挂空间吸声体 悬挂于空间的吸声体，由于声波与吸声材料的两个或两个以上 的表面接触，增加了有效的吸声面积，产生边缘效应，加上声波的衍射作用，大 大提高实际的吸声效果。实际使用时，可根据不同的使用地点和要求，设计成各 种形式的悬挂在顶棚下的空间吸声体。空间吸声体有平板形、球形、圆锥形、棱 锥形等多种形式， 7）帘幕吸声体 帘幕吸声体是用具有通气性能的纺织品。安装在离墙面或窗洞 一定距离处，背后设置空气层。这种吸声体对中、高频都一定的胡声效果。帘幕 的吸声效果与材料种类和褶裥有关。帘幕吸声体安装、拆卸方便，兼具装饰作用。 应用价值较高

14.2.3隔声材料墙或板传声的大小，主要取决于其单位面积质量，质量越大，越不易振动，则隔声效果越好。因此，应选择密实、沉重的材料作为隔声材料。而吸声性能好的材料，一般为轻质、疏松、多孔的材料，不能简单地就把它作为隔声材料来使用

14.2.3 隔声材料 墙或板传声的大小，主要取决于其单位面积质量，质量越大， 越不易振动，则隔声效果越好。因此，应选择密实、沉重的材料作为隔声材料。 而吸声性能好的材料，一般为轻质、疏松、多孔的材料，不能简单地就把它作为 隔声材料来使用