Vật liệu bảo ôn là loại vật liệu làm hạn chế hao phí nhiệt lượng cho các hệ thống ống cấp hơi, cách nhiệt cho các nhà xưởng, tiết kiệm chi phí điện năng cho các thiết bị điện làm mát.Bảo ôn là tên gọi chung cho rất nhiều dòng sản phẩm khác nhau của loại vật liệu này. Việc sử dụng vật liệu bảo ôn vì thế đã được lựa chọn và cân nhắc sao cho phù hợp với những mục đích khác nhau, đáp ứng từng nhu cầu cụ thể.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH TIỂU LUẬN KẾT THÚC HỌC PHẦN VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH ĐỀ TÀI VẬT LIỆU BẢO ƠN GVHD: MÃ HP: Nhóm sinh viên thực hiện: 1) Tp Hồ Chí Minh, 05/2020 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Điểm……………… Ký tên MỤC LỤC PHẦN 1: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI I ĐỊNH NGHĨA 1 Vật liệu bảo ôn là gì .1 Vật liệu bảo ôn làm từ đâu II PHÂN LOẠI 1 Xốp XPS cách nhiệt chống ẩm Xốp PE OPP chống ẩm Giấy bạc bảo ôn cách nhiệt Bông thủy tinh cách nhiệt Bơng khống cách âm, cách nhiệt .4 Túi khí cách nhiệt Cao su bảo ôn .6 PHẦN 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BẢO ÔN I HỆ SỐ DẪN NHIỆT Thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố Phạm vi giá trị hệ số dẫn nhiệt .9 Ảnh hưởng môi trường đến hệ số dẫn nhiệt II CÁC CƠNG THỨC TÍNH 12 Cách nhiệt qua vách phẳng 12 Cách nhiệt qua vách trụ .13 III.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM 13 IV MỘT SỐ TÍNH CHẤT KHÁC 15 PHẦN 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU BẢO ÔN 16 I TRONG CÔNG NGHIỆP .16 II TRONG NÔNG NGHIỆP 16 III TRONG SINH HOẠT 17 PHẦN 4: HỆ THỐNG THỰC TẾ 18 Tài liệu tham khảo 20 PHẦN 1: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI I ĐỊNH NGHĨA Vật liệu bảo ôn là gì Vật liệu bảo ôn loại vật liệu làm hạn chế hao phí nhiệt lượng cho hệ thống ống cấp hơi, cách nhiệt cho nhà xưởng, tiết kiệm chi phí điện cho thiết bị điện làm mát Bảo ơn tên gọi chung cho nhiều dịng sản phẩm khác loại vật liệu Việc sử dụng vật liệu bảo ơn lựa chọn cân nhắc cho phù hợp với mục đích khác nhau, đáp ứng nhu cầu cụ thể Vật liệu bảo ôn làm từ đâu Vật liệu bảo ôn làm từ nhiều chất liệu như: Bơng thủy tinh cách nhiệt, túi khí cách nhiệt, xốp cách nhiệt XPS – chống thấm Giấy bạc bảo ơn – cách nhiệt, cao su lưu hóa bảo ơn Với mục đích khác sử dụng vật liệu khác nhau. [1] II PHÂN LOẠI Một số vật liệu bảo ôn phổ biến Xốp XPS cách nhiệt chống ẩm Xốp XPS là vật liệu cách âm cách nhiệt, chống rung đã sử dụng từ lâu công trình xây dựng Những nghiên cứu gần tòa nhà xây dựng cho thấy với XPS có độ dày từ 15-18cm tiết kiệm điện tiêu thụ hàng năm từ 343 – 344Kwh/m2 Nhờ độ cứng học vượt trội so với vật liệu cách âm cách nhiệt thông thường, cách nhiệt cách âm XPS đem đến nhiều thuận lợi thi công cách nhiệt cho sàn, mái tường nhà Tấm mút xốp XPS đáp ứng quy định an tồn sức khỏe suốt q trình sản xuất, lắp đặt sử dụng Hình 1: Xốp XPS ECO BOARD cách âm cách nhiệt Xốp PE OPP chống ẩm Tấm Mút xốp PE-OPP được cấu tạo lớp PE thổi bọt khí bề mặt dán màng OPP qua xử lý chống Oxy hố, có chức năng cách nhiệt cách âm, chống ẩm, chuyên dùng để chống ẩm lót ván sàn cho sàn gỗ văn phòng, hội trường… chống nóng chống ẩm cho nhà xưởng sản xuất, nhà kho, văn phịng khu cơng nghiệp, khu chế xuất,… Bảo ơn cách nhiệt cho hệ thống điều hồ phòng lạnh cách âm chống ồn cho hệ trần vách nhà ga, sân bay, trường học, siêu thị, bệnh viện… Hình 2: Mút xốp PE OPP cách nhiệt bảo ôn Giấy bạc bảo ôn cách nhiệt Giấy bạc lớp nhôm dày, xuất xứ từ Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia, Hàn Quốc…; loại phụ kiện dùng để bọc cách nhiệt đường ống bảo ôn, cách nhiệt trần, vách, mái cơng trình… Giấy bạc bọc ngồi bơng cách nhiệt để tăng độ bền cho ống gió mềm, ống bảo ơn hệ thống thơng gió, điều hịa khơng khí cho cơng trình Tác dụng sản phẩm giấy bạc là: – Cách nhiệt: ngăn chặn nhiệt lượng xuyên qua, bảo ôn tiết kiệm lượng – Chống cháy tốt, đảm bảo an toàn kiểm định theo tiêu chuẩn chống cháy ASTM E84, AS1530 – Ngăn chặn ẩm xâm nhập chống thấm nước (đối với loại mặt bạc).[2] Hình 3: Giấy bạc cách nhiệt bảo ôn Bông thủy tinh cách nhiệt Bông thủy tinh là vật liệu bảo ôn cách âm cách nhiệt hiệu với đặc tính khơng cháy, khơng truyền nhiệt, ngăn lan toả đám cháy, tính co dãn lớn Đã chứng nhận tiêu chuẩn qua thí nghiệm độ cách âm, cách nhiệt, ngăn cháy Bông thủy tinh làm từ sợi thuỷ tinh tổng hợp chế xuất từ đá, xỉ, đất sét Thành phần chủ yếu chứa Aluminum, Siliccat canxi, Oxit kim loại, … không chứa Amiang, không cháy, mềm mại có tính đàn hồi tốt. Khi kết hợp với nhơm, nhựa chịu nhiệt cao tạo sản phẩm cách nhiệt cách âm vượt trội thể dạng cuộn thể dạng tấm, chiu nhiệt cao: có phủ bạc: -4 độ C đến 120 độ C, không phủ bạc: -4 độ C đến 350 độ C Hình 4: Bơng thủy tinh dạng cuộn Bơng khống cách âm, cách nhiệt Ngồi vật liệu chống nóng, cách nhiệt xuất lâu tôn, gạch nhiều lỗ, ngói xây dựng cải tiến… thị trường cịn có nhiều loại vật liệu cách nhiệt khác, giá thành rẻ mà tác dụng chống nóng đảm bảo Một vật liệu phải kể đến là bơng khống cách âm cách nhiệt Bơng khống được tạo thành từ đá tự nhiên dạng vô Thành phần đá vơi đá bazan Được tan chảy nhiệt độ cao, khoảng 1300 độ C, qua q trình tạo sợi, có liên kết nhựa phản ứng nhiệt, bơng khống thường chế tạo thành dạng sản phẩm như: Tấm – Cuộn – Ống.[3] Hình 5: Bơng khống RookWool cách âm, cách nhiệt Túi khí cách nhiệt Túi khí cách nhiệt được cấu tạo lớp màng nhôm nguyên chất Độ dẫn nhiệt lớp túi khí thấp với đặc tính phản xạ lớp màng nhơm cao tạo khả cách âm cách nhiệt ưu việt cho sản phẩm Thường sử dụng chủ yếu ngành xây dựng, chống nóng mái tole, nhà kho, trường học, bệnh viện, Hình 6: Túi khí cách nhiệt A2 Cao su bảo ơn Cao su lưu hóa được chế tạo từ chất dẻo nhẹ có tính đàn hồi cao sử dụng cho lĩnh vực cách nhiệt, bảo ôn, chống rung Với cấu trúc lỗ tổ ong gần kề liên kết nhau, bề mặt kín sản phẩm có khả chống ngưng tụ sương hệ thống lạnh tốt, bền với độ ẩm, nước, tia UV Sản phẩm cách nhiệt có dạng ống, định hình, dạng phẳng chuẩn dạng cuộn Cao su lưu hóa sản phẩm có tiêu chuẩn cao, khơng có chất CFC, HCFC O.D.P Cao sưu lưu hóa có độ dày: 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm…; kích thước: 1m x 10m.[3] Hình 7: Ống bảo ơn cao su có Al PHẦN 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BẢO ÔN I HỆ SỐ DẪN NHIỆT Hệ số dẫn nhiệt thông số quan trọng vật liệu tạo cách nhiệt Bởi vách cách nhiệt coi dòng nhiệt ổn định truyền từ ngồi vào phịng thơng qua vách cách nhiệt Hệ số dẫn nhiệt tiêu chuẩn số để đánh giá chất lượng cách nhiệt Thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố Hệ số dẫn nhiệt cố định mà thay đổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Các yếu tố chính: – Khối lượng riêng – Nhiệt độ – Cấu trúc bọt xốp (Kiểu, độ lớn, cách xếp lỗ chứa khí, thành phần cấu tạo phần rắn mối quan hệ chúng) – Áp suất chất khí ngậm lỗ xốp – Độ ẩm độ khuếch tán nước, khơng khí vào vật liệu tạo cách nhiệt thời gian sử dụng * Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào khối lượng riêng Hình Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào khối lượng riêng vật liệu xây dựng khơ vơ (giá trị trung bình) Các vật liệu cách nhiệt có lỗ nhỏ chứa khơng khí, độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ hệ số dẫn nhiệt nhỏ Hình biểu diễn phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào khối lượng riêng vật liệu xây dựng vô trạng thái khô Đối với vật liệu xây dựng hữu số liệu tương tự, sai số vật liệu khác khơng đáng kể Lí tính chất giống khơng khí ngậm lỗ xốp vật liệu Tuy nhiên muốn dự đoán hệ số dẫn nhiệt loại vật liệu với sai số chấp nhận được, cần phải xác định yếu tố ảnh hưởng khác thành phần rắn nguyên liệu, phương pháp gia công Ngay vật liệu xây dựng cách nhiệt hãng có hệ số dẫn nhiệt tốt hãng sản xuất khác * Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào dạng độ lớn lỗ xốp chứa khí + Độ lớn lỗ xốp chứa khí có ảnh hưởng lớn đến hệ số dẫn nhiệt vật liệu xốp + Lỗ xốp lớn, hiệu nhiệt độ hai vách xốp cao, thành phần truyền nhiệt lớn Lỗ xốp lớn đối lưu lỗ khí dễ dàng thành phần truyền nhiệt đối lưu lớn lên Khi tăng đường kính lỗ xốp từ ÷ 10 mm hệ số dẫn nhiệt tăng lên đến lần Bảng 1: Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt tương đương khơng khí 00C vào kích thước lỗ xốp Đường kính bọt xốp 0,0 0,5 1,0 5,0 10,0 Hệ số dẫn nhiệt; W/(mK) 0,025 0,027 0,023 0,050 0,077 + Dạng lỗ xốp có ảnh hưởng lớn tới hệ số dẫn nhiệt vật liệu xốp Nói chung vật liệu dạng polystriol, polyurethane, vật liệu xây dựng có lỗ xốp dạng cầu Nói đến dạng lỗ xốp chủ yếu để vật liệu cách nhiệt dạng sợi bơng thủy tinh, bơng khống … cách bố trí chúng cấu cách nhiệt + Khi bố trí sợi dọc theo phương pháp truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt vật liệu tăng gấp hai lần, so với bố trí sợi vng góc với phương dịng nhiệt Với khối lượng riêng, xếp sợi theo hướng vng góc với dịng nhiệt, hệ số dẫn nhiệt giảm đáng kể, có khoảng nửa Bảng 2: Sự phụ thuộc bố trí sợi so với hướng dịng nhiệt Vật liệu Cách bổ trí Khổi lượng riêng Kg/m3 79 79 155 154 160 160 186 186 Vng góc Song song Vng góc Song song Vng góc Song song Vng góc Song song Sợi lanh Sợi lanh Bơng thủy tinh Sợi nỉ Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,0339 0,0760 0,0374 0,1180 0,0371 0,0791 0,0371 0,0568 Phạm vi giá trị hệ số dẫn nhiệt Bảng Giá trị hệ số dẫn nhiệt số vật liệu Loại vật liệu Kim loại Các loại đá Vật liệu xây dựng Nước Vật liệu chất dẻo Vật liệu cách nhiệt Khơng khí (ở p=1 bar) Nước đá 10 400 0,17 0,6 0,15 0,5 0,025 0,15 0,025 2,2 λ (W/m.độ) Ảnh hưởng môi trường đến hệ số dẫn nhiệt * Ảnh hưởng nhiệt độ – Hệ số dẫn nhiệt khơng khí thường coi giá trị giới hạn vật liệu cách nhiệt – Hệ số dẫn nhiệt loại vật liệu xây dựng cách nhiệt tăng nhiệt độ tăng – Các vật liệu Polytirol, perlit, kim loại, thủy tinh bọt ngậm khơng khí lỗ xốp nên hệ số dẫn nhiệt chúng lớn hệ số dẫn nhiệt khơng khí Riêng bọt polyurethan nhỏ hệ số dẫn nhiệt khơng khí * Ảnh hưởng độ ẩm – Khi bị nhiễm ẩm, hệ số dẫn nhiệt tăng nhanh chống, vật liệu khả cách nhiệt (do có độ chênh lệch từ nhiệt độ môi trường vào buồng lạnh, ln có tượng khuếch tán nước khơng khí mơi trường vào cách nhiệt để vào buồng lạnh Đây khác biệt cách nhiệt nóng cách nhiệt lạnh) – Để tránh vật liệu cách nhiệt nhiễm ẩm phải chọn vật liệu có trở ẩm lớn Nếu trở ẩm vật liệu cách nhiệt khơng đủ lớn thiết phải có cách ẩm đơi với cách nhiệt Hình 9: Sự phụ thuộc hệ số dẫn nhiệt vào áp suất không khí * Ảnh hưởng áp suất khí – Áp suất chất khí ngậm lỗ xốp vật liệu nhỏ hệ số dẫn nhiệt nhỏ Chân khơng có khả cách nhiệt tốt nhất, khó thực vật liệu cách nhiệt ẩm khơng khí ln ln khuếch tán vào vật liệu – Chỉ thực chân khơng bình vỏ nhiều vỏ phích nước, phích đá, chịu áp lực khơng khí chống khuếch tán nước khơng khí * Ảnh hưởng kết cấu phần rắn Một vật liệu xốp coi bao gồm hai thành phần: rắn vật liệu xốp Phần rắn vật liệu tạo thành hai phương pháp Đầu tiên, hạt vật chất liên kết với chất bít kín tiếp xúc, vật liệu sau bị thổi trạng thái lỏng: khí tạo thành bong bóng kích thước tương đối không đồng 10 vật liệu, sau vật liệu bị đơng cứng, hệ số cách nhiệt lớn độ bền học lớn * Tính chất vật liệu độ ẩm - độ khuếch tán ẩm Các tượng nhiễm ẩm vật liệu cách nhiệt hiểu sau: – Độ cân đẳng nhiệt vật liệu: Ở nhiệt độ độ ẩm khơng khí định, vật liệu có chứa lượng ẩm xác định gọi độ ẩm cân đẳng nhiệt vật liệu Hình 10: Độ ẩm cân đẳng nhiệt Hình giới thiệu độ ẩm cân nhiệt giấy bói làm ví dụ Ở độ ẩm khơng khí ϕ = 0% độ ẩm vật liệu 0% ϕ = 100%, độ ẩm vật liệu đạt 35% Nối điểm đường cong Đường cong bên trái đường cân vật liệu khô bị làm ẩm ngược lại đường cong bên phải đường cân vật liệu ẩm làm khô – Độ hút ẩm mao dẫn: + Độ hút ẩm mao dẫn độ hút ẩm phụ thuộc vào cấu trúc mao mạch vật liệu + Với vật liệu cách nhiệt độ hút ẩm mao dẫn bé tốt Nếu vật liệu có độ hút ẩm mao dẫn nhỏ vách cách nhiệt khó bị thấm ẩm hơn, lâu bị ướt sũng – Độ khuếch tán ẩm qua vật liệu: Phần lớn vật liệu cách nhiệt lạnh có tính ẩm khuếch tán qua Nếu áp suất riêng phần nước hai phía vách cách nhiệt khác 11 nhau, có dịng nước (ẩm) khuếch tán tứ phía có áp suất riêng phần cao sang phía có áp suất riêng phần thấp Ẩm đọng lại vách cách nhiệt lượng ẩm vào từ phía nóng tốt lượng ẩm vào phịng lạnh Trường hợp phía dàn lạnh hồn tồn khơng thấm ẩm (cách nhiệt đường ống, bình chứa …) phải thận trọng việc cách ẩm phía ngồi Khối lượng riêng Độ ẩm Hệ số trở ẩm Gỗ thông 400kg/m3 đến 8% giảm từ 230 xuống 110 Gỗ sồi 600kg/m3 Tăng từ 10% đến 50% giảm từ 70 xuống 1,9 Gạch đỏ 1400 - 900kg/m3 tăng từ đến 10 Bê tông, vữa, đá vôi Tăng từ 1250 - 2300 kg/m3 tăng từ 5,5 đến 30 II CÁC CƠNG THỨC TÍNH Cách nhiệt qua vách phẳng 1.1 Vách phẳng lớp q= t w −t w δ/ λ m2] [W/ 1.2 Vách phẳng nhiều lớp q= t w −t w ( n+ 1) i=n ∑ i =1 12 δi λi m2] [W/ Cách nhiệt qua vách trụ 2.1 Vách trụ lớp πλ L(t w1 −t w ) dt Q=−λ F= dr ln( d2 /d ) ] [W 2.2 Vách trụ nhiều lớp qL= π (t w 1−t w (n+1 )) i=n d i+1 ∑ λ ln d i=1 i i m2] [W/ III.ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM [3] Vật liệu bảo ôn Bông thủy tinh cách nhiệt Ưu điểm - - - Nhược điểm Tính dẫn nhiệt thấp khả nâng phản xạ nhiệt 95-97% Giảm thiểu tiếng ồn, giảm nóng độ khuếch âm tường vách, kiểm soát tượng ngưng tụ Mềm, nhẹ, có tính đàn hồi nhanh, linh động dễ dàng trở trạng thái cũ sau thời gian sử dụng điều kiện nén Độ bền lý tưởng 13 - Ảnh hưởng sức khỏe người sản suất thi cơng Xốp PE OPP - Tính cách điện, chống cháy tốt Vận chuyển thi công tiện lợi Giá thành hợp lý - Ngăn 95-97% nhiệt xạ bên ngồi, ngăn chặn q trình hấp thụ nhiệt vào mùa hè thống nhiệt vào mùa đơng Chênh lệch nhiệt độ mặt sản phẩm khoảng 80-99% Khả cách âm giúp giảm từ 7585% tiếng Vật liệu không độc hại với người môi trường Ngăn chăn tồn nấm mốc, vi khuẩn ngưng tụ nước, bảo vệ tăng tuổi thọ mái nhà Lắp đặt thuận tiện, nhanh chóng dễ dàng, khơng cần bảo trì - Dễ cháy Khả chịu lực nén cao Trong lượng nhẹ, dễ dàng cắt xén, liên kết uốn lắp dặt, trọng lượng nhẹ, tiết kiện chi phí giảm tiêu hao lượng Khả cách nhiệt cao (độ dẫn nhiệt 0.0289 w/m.k ) Chống ẩm, cách âm cao Chống nấm mốc ăn mịn, tái chế Tuổi thọ cao - Độ ổn định kích thước ko cao Rất dễ cháy Không thân thiện với môi trường Ngăn chặn ẩm, chống thấm nước tốt Có khả ngăn chặn lượng nhiệt xuyên qua Trọng lượng nhẹ, tiết kiệm lượng - Dễ rách Sự dụng bền bỉ ổn định, có tuổi thọ cao Hệ số dẫn nhiệt thấp Bền với độ ẩm nước có bề - Giá thành cao su non cách âm đắt so với vật liệu xây dựng cách âm - Xốp cách nhiệt XPS - Giấy bạc bảo ơn - Cao su lưu hóa - 14 - - mặt kín cấu trúc nhỏ liên kết chặc chẽ Bền với chất ozon, tia UV thời tiết IV MỘT SỐ TÍNH CHẤT KHÁC – Gây nấm mốc loại kí sinh trùng – Tính tạo mùi lạ bắt mùi lạ vật liệu cách nhiệt – Tính dễ bắt lửa dễ cháy – Tính dễ gia cơng ổn định thể tích vật liệu 15 thị trường PHẦN 3: ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU BẢO ÔN I TRONG CÔNG NGHIỆP Vật liệu bảo ôn ứng dụng phổ biến cơng nghiêp: Hạn chế hao phí nhiệt lượng cho hệ thống cấp hơi,cấp đông đường ống cấp cấp nhiệt cơng nghiệp, chống nóng chống ẩm cho nhà xưởng, nhà kho, văn phòng khu công nghiệp, khu chế xuất, cách âm chống ồn vách trần cho sân bay nhà ga [4] Hình 11: Gia cơng bọc bảo ơn đường ống II TRONG NƠNG NGHIỆP Một số ứng dụng vật liệu bảo ôn nơng nghiệp như: cách nhiêt làm chậm q trình trao đổi nhiệt bên nhiệt bên kho lưu trữ nông sản, cách nhiệt cho đường ống hệ thống tưới tiêu, cách ẩm cách nhiệt cho vườn rau nhà kính…[4] Hình 12: Kho lạnh bảo quản nông sản 16 III TRONG SINH HOẠT Trong sinh hoạt vật liệu bảo ơn có ứng dụng : giấy bạc nấu nướng thức ăn, vật liệu bảo ôn giúp cho nhà hộ mát mẻ vào mùa hè giữ ấm vào mùa đông lạnh, cách âm hiệu phịng thu , giúp tiết kiệm chi phí điện đáng kể cho thiết bị sưởi ấm làm nóng làm mát ngơi nhà…[4] Hình 13: La phơng nhựa chống nóng cho trần nhà 17