- Phân hủy môi chất Các phản ứng tạo khí lạ
3. VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT CƠ BẢN 1 Nhiệm vụ của vật liệu cách nhiệt
3.1. Nhiệm vụ của vật liệu cách nhiệt
Những không gian và hệ thống cần duy trì nhiệt độ khác với môi trường chung quanh cần được cách nhiệt. Cách nhiệt để bảo vệ môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bên ngoài gọi là cách nhiệt lạnh.
Luôn luôn có một dòng nhiệt chuyển động từ môi trường có nhiệt độ cao đến môi trường có nhiệt độ thấp qua vách cách nhiệt.
Riêng đối với cách nhiệt lạnh, ngoài dòng nhiệt còn có một dòng ẩm (hơi nước) chuyển động từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao vào trong phòng lạnh.
Vì vậy cách nhiệt lạnh có hai nhiệm vụ chính:
+ Hạn chế đến mức tối ưu (kinh tế nhất) dòng nhiệt thẩm thấu qua vách bao che cách nhiệt từ ngoài vào phòng lạnh.
+ Tránh ngưng ẩm trên bề mặt cũng như bên trong vách ngăn cách nhiệt vì độ ẩm quyết định tuổi thọ và hiệu quả cách nhiệt.
Vật liệu cách nhiệt thường dùng là những vật liệu đắt tiền. Đối với các kho bảo quản lạnh đông từ -10 đến -400C chi phí cách nhiệt chiếm khoảng 25 ÷ 40% tổng giá thành công trình. Cách nhiệt dầy, đầu tư ban đầu tăng nhưng công suất lạnh cần thiết giảm, chi phí vận hành nhỏ. Ngược lại, cách nhiệt mỏng chi phí ban đầu nhỏ nhưng công suất lạnh cần thiết tăng và chi phí vận hành cũng tăng. Chiều dày cách nhiệt tối ưu là chiều dày cách nhiệt dẫn đến tổng chi phí cho một dơn vị lạnh nhỏ nhất.
Ta có thể đánh giá được ý nghĩa của cách nhiệt lạnh qua một phép tinh sau: Dòng nhiệt thẩm thấu qua vách vào buồng lạnh tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ hai bên vách:
qv ≈ Δt = Tu – T* 0
qv: dòng nhiệt thẩm thấu vào phòng tính theo mỗi đơn vị thể tích Tu: nhiệt độ môi trường
T*0: nhiệt độ buồng lạnh
Để gữ được nhiệt độ trong phòng lạnh phải dùng một máy lạnh để thải hết dòng nhiệt đó ra ngoài. Nhiệt độ càng thấp, tiêu tốn năng lượng cho một đơn vị lạnh càng tăng. Từ khoảng +100C đến – 1000C tỉ số năng lượng tiêu tốn (công nén) và năng suất lạnh 1/90 = 1/ε tỉ lệ thuận với CΔt2. Như vậy qv/ε = lv tỉ lệ thuận với Δt3. Công nén riêng cho mỗi đơn vị thể tích buồng lạnh lv sẽ tăng theo số mũ lập phương của hiệu nhiệt độ. Nghĩa là nếu Δt tăng gấp đôi thì công nén yêu cầu của máy lạnh tăng gấp 8 lần với cùng các điều kiện ban đầu. Trong nhiều trường hợp cách nhiệt, số lượng vật liệu cách nhiệt không thể bù được cho chất liệu vật liệu cách nhiệt.
3.2. Những yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt
Do tính chất đặc biệt của cách nhiệt lạnh, các vật liệu đòi hỏi phải có các tính chất sau đây:
- Có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hoặc trở nhiệt lớn. - Không hút nước hoặc độ hút nước nhỏ. - Có độ thấm ẩm cao.
- Có độ bền cơ học đủ lớn, dẻo dai trơ với băng giá. - Có hình dáng hình học cố định.
- Có khối lượng riêng nhỏ. - Không cháy.
- Không có phản ứng và tác động với các hóa chất. - Không bắt mùi và không có mùi vị lạ.
- Không ăn mòn và không gây ăn mòn bề mặt kim loại của bề mặt cách nhiệt. - Không phát triển ký sinh trùng, mấm, mốc, vi trùng.
- Không bị các loại gặm nhấm phá hoại.
- Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt phải bền lâu, không bị lão hóa, thối, hỏng, mục. - Phải rẻ tiền, dễ kiếm, dễ gia công chế biến, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa, có độ tin cậy cao, không đòi hỏi sự bảo dưỡng đặc biệt.
Vật liệu cách nhiệt đáp ứng được nhu cầu trên được coi là vật liệu cách nhiệt lý tưởng. Thực tế không có vật liệu cách nhiệt lý tưởng mà chỉ có những vật liệu có các ưu nhược điểm nhất định. Chính vì lý do đó, cần phải chọn được vật liệu cách nhiệt với từng ứng dụng cụ thể. Các vật liệu này phải phát huy được các ưu điểm và hạn chế được nhược điểm theo ý đồ của người thiết kế.
3.3. Một số vật liệu cách nhiệt thường dùnga, Không khí a, Không khí
Có hệ số dẫn nhiệt rất nhỏ. ở áp suất khí quyển λ=0,025W/mK. Đây cũng là giới hạn mà một vật liệu cách nhiệt xốp có thể đạt được. Để tạo ra các vật liệu cách nhiệt có khả năng dẫn nhiệt nhỏ hơn nữa cần phải tìm các chất khí có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn không khí.
Một số bọt xốp Polyurethan đạt hệ số dẫn nhiệt nhỏ hơn không khí do sử dụng một số freon có λ nhỏ như hình7.1
Để tránh khuếch tán hơi nước và không khí các loại bọt xốp này thường được bọc kín ngay bằng các vật liệu không thấm ẩm. Không khí ẩm có khả năng truyền nhiệt lớn hơn nhiều không khí khô Vì vậy khi bị ẩm khả năng cách nhiệt của các vật liệu giảm đi rõ dệt. Bởi vậy cách nhiệt lạnh bao giờ cũng đi đôi với cách ẩm.