a. Độ ẩm
Vật liệu cách nhiệt khi bị làm ẩm thì cường độ cơ học của vật liệu giảm, đồng thời khả năng cách nhiệt, độ bền sinh học…cũng suy giảm. Trong nhiều trường hợp khi bão hòa nước, vật liệu sẽ trương nở và thay đổi cấu trúc làm giảm đột ngột khả năng cách nhiệt của chúng. Do vậy khi lựa chọn vật liệu cách nhiệt cần tính đến khả năng thay đổi cấu trúc và tăng tính dẫn nhiệt trong điều kiện bị làm ẩm. Độ ẩm của vật liệu tăng lên thì hệ số dẫn nhiệt cũng tăng lên. Bằng chứng khi nghiên cứu trên 2 mẫu thí nghiệm là bã mía trong môi trường không khí khô và môi trường không khí có độ ẩm 5%, hình dạng 2 đồ thị có hình dạng giống nhau thể hiện quy luật quan hệ giữa khối lượng riêng và hệ số dẫn nhiệt tương tự các nghiên cứu khác. Nhưng do nước có hệ số dẫn nhiệt cao hơn gấp 25 lần so với các vật liệu cách nhiệt khác nên đối với mẫu bã mía có độ ẩm 5% thì hệ số dẫn nhiệt có giá trị cao hơn liên tục trong khoảng 0.0056 W/m.k tương ứng tăng 17% [21].
Hình 1.24: Mối tương quan giữa khối lượng riêng và độ dẫn nhiệt với vật liệu là bã mía[21] (a - bã mía trong môi trường không khí khô, b - bã mía môi trường không khí có độ ẩm 5%.)
Vật liệu cách nhiệt hút ẩm càng nhiều thì khả năng cách nhiệt giảm dần [19]. Qua đồ thị 1.26 xơ khoáng với các độ ẩm khác nhau nhưng khi % độ ẩm tăng lên thì
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 50 hệ số dẫn nhiệt cũng tăng lên cùng chiều. Xơ khoáng có độ ẩm thấp 0,0 - 0,1 %, mặc dù nhiệt độ có lên nhưng độ dẫn nhiệt cũng không thay đổi. Tuy nhiên xơ khoáng có độ ẩm càng tăng thì sự thay đổi của độ dẫn nhiệt càng lớn khi nhiệt độ tăng.
Hình 1.25: Mối tương quan giữa độ dẫn nhiệt, độ ẩm và nhiệt độ đối với xơ khoáng.
Khi độ ẩm thay đổi độ dẫn nhiệt được xác định theo công thức [6]:
w w W (1 ) 100 k (1-19) Trong đó: w
và k - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm và vật liệu khô, W/m.0C;w- số gia hệ số dẫn nhiệt khi độ ẩm thể tích tăng lên 1%; W - độ ẩm thể tích, %.
Ảnh hưởng của điều kiện sử dụng đến độ dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt thể hiện khá rõ, ngoài yếu tố độ ẩm, nhiệt độ sử dụng cũng ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt. Mối quan hệ giữa độ dẫn nhiệt và nhiệt độ là mối quan hệ cùng chiều, khi nhiệt độ tăng lên độ dẫn nhiệt cũng tăng lên với nhiều loại vật liệu khác nhau như xơ khoáng, XPS, EPS…[19]
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 51
Hình 1.26: Ảnh hưởng nhiệt độ đối với hệ số dẫn nhiệt
Quy luật ảnh hưởng của nhiệt độ với vật liệu cách nhiệt từ xơ tự nhiên cũng tương tự, đó là khi nhiệt độ tăng lên hệ số dẫn nhiệt cũng tăng lên. Nghiên cứu trên vật liệu cách nhiệt làm từ gai dầu và lanh. Sáu loại mẫu thì nghiệm được sử dụng có nguồn gốc từ 2 loại xơ thiên nhiên lanh và gai. Ba mẫu đầu F1, F2 và F3 nguyên liệu chính là xơ lanh 85% và 15% chất kết dính, tuy nhiên 3 mẫu khác nhau do kích thước của xơ lanh. Ba mẫu còn lại H1, H2, H3 là 3 hỗn hợp với tỉ lệ khác nhau của xơ gai, chất kết dính từ polyester và shives từ cây gai dầu. Sự thay đổi hệ số dẫn nhiệt của mẫu H3 là thấp nhất với tỉ lệ tăng của hệ số dẫn nhiệt là 15,13%; ngược lại tỉ lệ tăng của hệ số dẫn nhiệt mẫu H2 là cao nhất 18,62%. Sự khác biệt về thành phần cũng như kích thước của nguyên liệu là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt về mức độ thay đổi hệ số dẫn nhiệt theo nhiệt độ, độ ẩm [29].
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 52 Tương tự cũng thí nghiệm với 6 mẫu trên thì hệ số dẫn nhiệt của các mẫu cũng tăng lên khi độ ẩm tăng lên. Sự thay đổi hệ số dẫn nhiệt thấp nhất là mẫu H3 với tỉ lệ thay đổi là 14,31%; trong khi đó mẫu F2 là 18,73%. Có thể thấy trong 6 mẫu đó thì mẫu H3 là vật liệu cách nhiệt tốt hơn nhất.
Hình 1.28: Mối quan hệ độ ẩm, thành phần vật liệu và hệ số dẫn nhiệt.
Độ ẩm gây suy thoái đáng kể tính cách nhiệt của tất cả mẫu thí nghiệm. Trong trường hợp thay đổi độ ẩm thì thông số nguyên liệu và độ dày của xơ ảnh hưởng rất nhiều đến truyền nhiệt. Mẫu 4,5,6 với thành phần xơ chính là lông cừu thì độ dẫn nhiệt thay đổi nhiều hơn so với mẫu 1,2,3 với thành phần xơ chính là xơ gai dầu kỹ thuật [28].
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 53
b. Nhiệt độ
Nhiệt độ trung bình tăng lên thì hệ số dẫn nhiệt tăng lên và mật độ cách nhiệt tối ưu cũng tăng lên. Như vậy tùy theo nhu cầu sử dụng vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ khác nhau nên chọn khối lượng thể tích vật liệu sao cho phù hợp.
Hình 1.30: Mối quan hệ giữa nhiệt độ, khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt Nguồn: http://www.paroc.fi/Knowhow/Energy-Efficiency/Building-
design/Envelope?sc_lang=en
Giá trị hệ số dẫn nhiệt thường xác định ở nhiệt độ 0oC hoặc 25oC, ở nhiệt độ bất kỳ khác 0oC, hệ số dẫn nhiệt được tính theo công thức dưới đây [6]:
t 0 (1 t) (1-20)
Trong đó:
t
và 0 - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở toC và 0oC ở trạng thái khô; - số gia hệ số dẫn nhiệt khi nhiệt độ tăng 1oC. Giá trị thay đổi phụ thuộc vào tính chất lỗ rỗng và khoảng nhiệt nhiệt độ, dao động từ 2.10-2 – 3,5.10-3.