影響保溫板熱傳導系數的主要原因

熱傳導系數主要爲保溫板良優之性能指標。當熱傳導系數增減所代表之意義,爲保溫板熱通量之大小,材料若需有良好的保溫特性時,則熱傳導系數越低越好。一般物質熱傳導系數,當中以氣體熱傳導系數爲最低。其中,影響材料導熱系數的因素很多,主要可分爲:保溫板形狀、含水率、視密度與孔隙特征、溫度、濕度及熱流方向等6大部分,以下分項說明。

  一、形狀

  不同材質聚氨酯複合保溫板具有不同的熱傳導系數,當中以純金屬的導熱系數最大,合金次之,而氣體爲最小。保溫板大致可分爲纖維質(FibrousMedium)材與多孔質(PorousMedium)材。纖維質保溫棉如陶瓷纖維、岩棉制成之棉毯;多孔質保溫材如耐火磚、矽酸鈣板等板材。其中,多孔質保溫板由于孔隙率高,孔隙中氣體(空氣)對熱傳系數的影響相當大。在固體結構部分,無論是結晶態或玻璃態對熱傳導系數影響不大,僅對熱流方向與熱傳遞方式有關。因此,在多孔性保溫棉之孔隙率,是主要影響熱傳導之重要參數。

  二、含水率

  水的導熱系數約爲0.58W╱m-K,是空氣(0.029W╱m-K)的20倍左右,由于保溫棉內部含有大量空氣,當材料吸濕後,空隙由水氣所填滿,則孔隙中蒸汽的擴散與水分子的熱傳導將起主要傳熱作用。此外,當空隙中之水蒸氣比熱較空氣爲大,高溫側蒸發向低溫側擴散凝結,放出潛熱,凝結成冰,則冰的導熱系數更大(2.33W╱m-K),其結果將導致材料的熱傳導系數增大,使得材料保溫性降低。

  三、密度與孔隙特征

  由于保溫棉中固體物質的熱傳導能力要比空氣大,因此視密度小的材料,其孔隙率大,則熱傳導系數小。在孔隙率相同的條件下,孔隙尺寸愈大,熱傳導系數愈大;開孔型(open-cell)孔隙較封閉型(close-cell)孔隙導熱性高。對于視密度很小的材料,特別是纖維狀材料,當其視密度低于某一極限值時,熱導系數反而會增加,主要由于孔隙增大且開孔型孔隙增多,造成對流作用增強之結果。

  五、熱流方向

  針對異方向性的保溫棉,如纖維質的材料,當熱流平行于纖維方向時,則熱流受到阻力小,而熱流垂直于纖維方向時,受到的阻力就增加。

  六、其他因素

  保溫棉之使用需考慮使用部位之輻射、對流或壓力等,如防止輻射傳熱方面,使用熱線反射率大的鋁箔可有效抑制,此外,壓力會影響空隙內之對流作用,並且隨著氣體壓力增高,導致保溫棉熱傳導率增大。