Vật liệu cách nhiệt có khối lượng thể tích thấp thì độ rỗng cao. Nói chung vật liệu cách nhiệt có khối lượng thấp thì độ thấm không khí cao. Hơn nữa, dòng nhiệt có thể truyền qua trong khu vực bước sóng hồng ngoại vì cấu trúc xơ tương đối lỏng lẻo. Tăng mật độ giá trị độ dẫn nhiệt giảm là do ảnh hưởng của bức xạ nhiệt và chiều của nó. Khi tăng khối lượng thể tích của vật liệu thì hệ số dẫn nhiệt giảm dần do thành phần bức xạ nhiệt có chiều ngược với chiều truyền nhiệt tiếp xúc. Sau đó tại một giá trị khối lượng nhất định tùy theo từng loại vật liệu, hệ số dẫn nhiệt lại tăng lên, nguyên nhân do lúc này phương thức truyền nhiệt tiếp xúc qua môi trường chất rắn chiếm ưu thế hơn so với bức xạ nhiệt [26].
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt. Ban đầu hệ số dẫn nhiệt sẽ giảm nhanh đến một giá trị mật độ khối lượng thể tích tối ưu thì sau đó hệ số dẫn nhiệt sẽ tăng lên khi khối lượng thể tích tăng.
Hình 1.32: Ảnh hưởng của khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt Nguồn: http://www.paroc.fi/Knowhow/Energy-Efficiency/Building-
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 56 Dùng phương pháp nội suy đối với vật liệu từ tấm xơ gai, hệ số dẫn nhiệt giảm từ 25 - 75kg/m3, đạt giá trị cực tiểu tại 77kg/m3, sau đó hệ số dẫn nhiệt tăng lên từ 75 - 110kg/m3, qua nghiên cứu cho thấy rằng giá trị tối ưu để vật liệu cách nhiệt tốt thì khối lượng thể tích nằm trong khoảng 50 - 100kg/m3 [26]. Tương tự khi nghiên cứu trên các tấm xơ đay, xơ lanh, xơ gai với hàm lượng xơ khác nhau nhưng hàm lượng chất kết dính giống nhau, quy luật biến thiên của hệ số dẫn nhiệt giống như trong nghiên cứu này, khối lượng thể tích trong khoảng 25 - 75kg/m3
thì hệ số dẫn nhiệt giảm, trong khoảng 75 - 80kg/m3 vật liệu có tính cách nhiệt tốt nhất, và từ 75 - 80kg/m3 thì tính cách nhiệt lại thấp đi [27].
Hình 1.33: Quan hệ khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt với xơ gai [26]
Mối quan hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt trong nghiên cứu cũng giống như Krishpersad Manohar [33] khi nghiên cứu về các vật liệu cách nhiệt có nguồn phế phẩm nông nghiệp dùng trong xây dựng, ban đầu với vật liệu là sợi cọ dầu trong khoảng khối lượng thể tích 20 - 120kg/m3 ở các nhiệt độ 20oC, 25oC và 30oC cho thấy giá trị λ tối thiểu là 0.05550W/m.K, 0.05690W/m.K và 0.05784 W/m.K tương ứng ở mức khối lượng tối ưu là 100kg/m3. Sau đó Krishpersad Manohar cũng đã nghiên cứu trên tấm xơ dừa trong khoảng khối lượng thể tích 40 - 90 kg/m3 ở nhiệt độ 15,6oC và 21,8oC và tấm xơ mía trong khoảng khối lượng thể tích 70 - 120 kg/m3 ở nhiệt độ 18oC, 24oC và 32oC, giá trị λ đạt tối ưu ở mức khối lượng thể tích 100kg/m3 với sợi cọ dầu và xơ mía; 75 kg/m3 với xơ dừa [34].
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 57 Nghiên cứu trên 2 tấm cách nhiệt từ bã mía trong điều kiện không khí khô và tấm cách nhiệt từ bã mía với độ ẩm không khí 5%, đồ thị mối tương quan giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt có hình dạng giống nhau, 2 tấm có hệ số dẫn nhiệt thấp nhất khi khối lượng thể tích là 67kg/m3, và từ khoảng 67 - 110kg/m3 hệ số dẫn nhiệt lại tăng lên [21].
Quy luật quan hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt này cũng phù hợp với rất nhiều loại vật liệu cách nhiệt làm từ các nguyên liệu rất đa dạng như: xơ khoáng, xơ thủy tinh, xơ xenlulo, xơ polyester, lông cừu...thì hệ số dẫn nhiệt ban đầu cũng giảm nhưng sau đó sẽ tăng lên khi khối lượng thể tích tăng, vật liệu cách nhiệt đạt hiệu quả trong khoảng khối lượng thể tích từ 10 - 100kg/m3 [23].