Giáo trình Vật liệu nhiệt lạnh

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 trở 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 hoá chất; - Không bắt mùi và không có mùi lạ; - Không ăn mòn và tác động gây ân mồn bề mặt kim loại của bề mặt cách nhiệt; - Không phát triển kí sinh trùng, nấm mốc, vi trùng; - Không bị các loài gặm nhấm phá hoại; - Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt phải bền lâu, không bị lão hoá, 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 đoi hoi sự bảo dưỡng đặc biệt. Vật liệu cách nhiệt đáp ứng nhu cầu trên được coi là vật liệu cách nhiệt lý tưởng. Thực tế khống có vật liệu cách nhiệt lý tưởng mà chỉ có những vật liệu có các ưu va nhược điểm nhất định. Chính vì lý do đó, cần 117 phải chọn được vật liệu cách nhiệt với từng trường hợp 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. Hệ số dẫn nhiệt là thông số quan trọng nhất của vật liệu cách nhiệt, trong khi nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt độ hầu như không có ý nghĩa, bởi vì vách .cách nhiệt được coi là dòng nhiệt ổn định truyền từ ngoài vào phòng. Hệ số dẫn nhiệt là tiêu chuẩn số một để đánh giá chất lượng chất cách nhiệt. Vật liệu cách nhiệt chính được sử dụng hiện nay là các phi kim loại hữu cơ và vô cơ. Bảng 6.2 giới thiệu phạm vi cùa hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu, số liệu của kim loại để tiện so sánh. Nhưng hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt không phải cố định mấ thay đổi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau. Các yếu tố chính là: - Khối lượng riêng; - Cấu trúc của bọt xốp (kiểu, độ lớn, cách sắp xếp các lỗ chứa khí, thành phần và cấu tạo của phần rắn và mối quan hệ của chúng); - Nhiệt độ; - Áp suất và chất khí ngậm trong lỗ xốp; - Độ ẩm và độ khuyếch tán hơi nước và không khí vào vật liệu trong thời gian sử dụng. Bảng 5.2: Phạm vi giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu Loại vật liệu L, W/(m.K) ở 20°c Kim loại 10 - 400 Các loại đá 2 - 6 Vật liệu xây đựng 0,17 - 3 Vật liệu chất dẻo 0,15 - 0,5 Vật liệu cách nhiệt 0,025 - 0,15 Không khí (p = 0,1 MPa) 0,025 Nước 0.6 Nước đá 2,2 Các vật liệu xây dựng và cách nhiệt bao giờ cũng có những lỗ nhỏ chứa không khí (vật liệu xốp), độ xốp càng cao, khối lượng riêng càng nhỏ và hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ. Hình 5.1 biểu diễn sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào khối lượng 118 riêng của vật ĩỉệu xằy dựng vô cơ ở trạng thái khô. Đối với các vật liệu xây dựng hữu cơ các số liệu cũng tương tự, sai số giữa các vật liệu khác nhau không đáng kể. Hình 5.1: Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào khối lượng riêng vật liệu xây dựng khô vô cơ (giá trị trung binh) Lý do là tính chất giống nhau của không khí ngậm trong các lỗ xốp của vật liệu. Tuy nhiên nếu muốn dự đoán hệ số dẫn nhiệt của loại vật liệu nào đó với sai số có thể chấp nhận được, cần phải xác định được cả các yếu tố ảnh hưởng khác của thành phần rắn như nguyên liệu, phương pháp gia công. Ngay cả một vật liệu xây dựng hoặc cách nhiệt của hãng này có thể có hệ số dẫn nhiệt tốt hơn của hãng sản xuất khác. Độ lớn của các lỗ xốp chứa khí có ảnh hưởng lớn đến hệ số dẫn nhiệt của vật liêu xốp. Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu xốp ta hiêu là hệ số dẫn nhiệt tương đương vì nó gồm cả thành phần đối lưu nhiệt trong các lỗ ngậm khí, bức xạ nhiệt qua thành của lỗ xốp. Lỗ xốp càng lớn, hiệu nhiệt độ giữa hai vách xốp càng cao thành phần truyền nhiệt càng lớn. Sự đối lưu của khí trong lỗ xốp càng dễ dàng và thành phần truyền nhiệt bằng đối lưu cũng lớn lên. Bảng 5.3 giới thiệu hệ số dẫn nhiệt tương đương của không khí phụ thuộc vào các cỡ bọt khác nhau ở 0°C. Khi tăng đường kính của lỗ xốp từ Omm đến lOmm hệ số dẫn nhiệt tăng lên đến 3 lần. Bảng 5.3: Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt tương đương của không khí ở 00C vào kích thước lỗ xốp Đưòng kính bọt xốp; mm Hệ số dẫn nhiệt W/(mK) 0 0,025 0,5 0,027 . 119 1,0 0,033 5,0 0,050 10,0 0,077 Dạng của lỗ xốp cũng có ảnh hưởng lớn tới hộ số dẫn nhiệt của vật liệu xốp. Nói chung các vật liệu dạng tấm như polystừol, polyurethane, các vật liệu xây dựng đều có lỗ xốp dạng cầu. Nói đến dạng lỗ xốp ở đây chủ yếu để chỉ các vật liệu cách nhiệt dạng scd như bông thủy tinh, bông khoáng... và cách bố trí chúng trong cơ cấu cách nhiệt. Khi bố trí sợi dọc theo phương truyền nhiệt, hệ số dẫn nhiệt cùa vật liệu có thể tâng gấp hai lần, hoặc hơn so với cách bố trí sợi vuông góc với phương dòng nhiệt. Bảng 5.4, giới thiệu hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu dạng sợi khi bố trí vuông góc và song song với hướng đi của dòng nhiệt. Với cùng khối lượng riêng, khi sắp xếp sợi theo hướng vuông góc với dòng nhiệt, hệ số dẫn nhiệt giảm đáng kể, có khi chỉ còn khoảng một nửa. Bảng 5.4: Sự phụ thuộc cách bố trị sợi do với hướng dòng nhiệt Vật liệu Cách bô' trí Khối lượng riêng Hệ số dẫn nhiệt Sơi lanh Vuông góc 79 kg/m3 0,0339 W/(m.K) W/(m.K) Song song 79 0,0760 Sơi lanh Vuông góc 155 0,0374 Song song 154 0,118 Bông thủy tinh Vuông góc 160 0,0371 Song song 160 0,0791 Sơi nỉ Vuông góc 186 0,0371 Song song 1 180 0,0568 Hê số dẫn nhiệt của các loại vật liệu xây dựng và cách nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng. Bản thân vật liệu và cả các lỗ xốp ngậm 1 đéu co tính chất chúng đó Nhiều công trình công bô đă tìm các mô hình toán học để mô tả sự ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong phạm vi nhiệt độ môi trường đến -800C sự ảnh hưởng này hầu như không có ý nghĩa. Bàng 5.5 giới thiệu độ tăng hệ số dẫn nhiệt của một vài vật liệu khi nhiệt độ tăng. 120 Bảng 5.5: Độ tăng hệ số dẫn nhiệt của một vài vật liệu cách nhiệt hữu cơ, Loại vật liệu Cỡ lỗ xốp Độ tăng dẫn nhiệt cho độ tăng nhiệt độ 10K; w/(m, K) Tấm sơi Mịn 0,001... 0,003 Tấm bấc (lie) Mịn 0,001... 0,002 Tấm đêm sợi Thô hơn 0,002... 0,004 Tấm bông gỗ 1 Thô 0,006... 0,012 Hình 5.2: Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhíệt vào nhiệt độ cùa một số vật liệu cách nhiệt cơ bản 1. Bọt polyurethane ; 2. Bọt polystirol; 3. Hạt peclít; 4. Bông xỉ; 5.Thủy tinh bọt Hình 5.2 biểu diễn sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số dẫn nhiệt cùa một số vật liệu cách nhiệt quan trọng nhất. Hệ số dẫn nhiệt cỏa không khí thường được coi là giá trị giới hạn đối với các vật liệu cách nhiệt. Các vật liệu polytirol, perlit, bông xỉ, thủy tinh bọt ngậm không khí trong các lỗ xốp nên hệ số dẫn nhiệt của chúng bao giờ cũng lớn hơn hệ số dẫn nhiệt của không khí. Riêng bọt polyrethane ngâm khí R11 nên hệ số dẫn nhiệt của nó có thể nhỏ hơn hệ số dẫn nhiệt của không khí (ở khoảng nhiệt 121 độ trên dưới 0°C). Tuy nhiên đường cong của polyurethane có một cực tiểu ở khoảng 0°c và cực đại ở -40°c rất đặc biệt. Ảnh hưởng của cấu trúc phần rắn Một vật liệu xốp có thể coi là gồm hai thành 'phẫn: phần rắn (phần xương) và phần lỗ xốp chứa khí. Phần rắn của vật liệu có thể chế tạo bằng hai phương pháp. Trước hết các hạt vật liệu có thể được đính kết với nhau bằng các chẩt kết dính ở các điểm tiếp xúc, sau nữa vật liệu có thể được thổi khí khi ở trạng thái lỏng; khí tạo thành các bọt có kích cỡ tương đối không đồng đều trong vật liệu, sau đó vật liệu được làm đông cứng lại. Trường hợp dưới, do cấu tạo của xương vật liệu được bù đầy vào không gian giữa các lỗ xốp bọt khí hình cầu nên hệ số cách nhiệt lán hơn và độ bền cơ học cũng lớn hơn. Ảnh hưởng của độ ẩm Trong thực tế cách nhiệt lạnh, ẩm được coi là kẻ thù nguy hiểm. Khi bị nhiễm ẩm, hệ số dẫn nhiệt tăng nhanh chóng, vật liệu mất khảnăng cách nhiệt. Do đó độ chênh lệch nhiệt độ từ môi trường vào buồng lạnh, luôn có hiện tượng khuếch tán hơi nước ở không khí môi trường vào cách nhiệt để vào buồng lạnh. Đây cũng là khác biệt cơ bản giữa cách nhiệt nóng và cách nhiệt lạnh. Độ ẩm của tường cách nhiệt lạnh là yếu tố quan trọng nhất quyết định tuổi thọ, độ bền lâu, hiệu quà cách nhiệt lạnh và tính kinh tế của toàn bộ công trình Để tránh vật liệu cách nhiệt nhiễm ẩm phải chọn vật liệu có trở thấrn âm lớn. Nếu trở thấm ẩm của vật liệu khồng đù lớn nhất thiết phải có cách ẩm đi đôi với cách nhiệt. Ảnh hưởng của áp suất khí Áp suất của chất khí ngậm trong các lỗ xốp vật liệu càng nhò thì hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ. Chân không có khả năng cách nhiệvtốt nhất, nhưng khó thực hiện đối với các vật liệu cách nhiệt vì ẩm không khí luôn luôn khuyếch tán vào vật liệu. Chỉ có thể thực hiện chân không trong các bình 2 vỏ hoặc nhiề vỏ như phích Hình 5.3: Sự phụ thuộc của hệ số dẫn nhiệt vào áp suất của không khí 122 Hình 5.4: Độ ẩm cân bằng nhiệt của tấm giấy bồi nước, phích đá, các bình cryô..., chịu được áp lực không khí và chống được khuyếch tán hơi nước và không khí. Hình 5.3 giới thiệu ảnh hưởng cùa áp suất đến hệ số dẫn nhiệt. Khoảng thay đổi giá từ X (diện tích có gạch chéo) trên hình bao quát hầu như toàn bộ các vật liệu cách nhiệt lạnh khác nhau với các cách bố trí vàxếp đặt khác nhau. Giá trị dọc bên phải của hình X - 0,02... 0,05 W/(m.K) là hệ số dẫn nhiệt của hầu hết các vật liệu cách nhiệt lạnh ở áp suất khí quyển như các tấm xốp bằng polistyrol, polyurethane, lie, cách nhiệt cho vào vách phẳng và cho đường ống, các loại bông để nhét đầy và các loại vật liệu dạng bột để điển đầy. Giới hạn nhiệt độ là khoảng -1900Cvì khi đó không khí đã ngưng tụ thành lỏng. Ở nhiệt độ này cách nhiệt được coi là cách nhiệt chân khồng. Cách nhiệt chân không hoàn hảo nhất có hệ số dẫn nhiệt chĩ bằng khoảng 1% giá trị ở áp suất khí quyển. Tuy vậy áp suất hiệu quả nằm trongphạm vi từ 0,1 đến lPa vì dưới áp suất này Ả giảm hầu như không đáng kể. Tính chất của vật liệu đối với độ ẩm và độ khuếch tán ẩm. Các hiện tượng nhiễm ẩm của vật liệu xây dựng và cách nhiệt có thể cắt nghĩa qua: - Độ ẩm cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu; - Độ hút ẩm bằng mao dẫn; - Độ khuyếch tán qua vật líèu, Không phải tất cả các vật liệu đều có cả 3 tính chất đó. Có những vật liệu chi có 2 hoặc chỉ có 1 trong sô' 3 tính chất trên. Ngày nay người ta đã chế tạo được các vật liệu cách nhiệt không có 3 tính chất đã nêu hoặc các tính chất đó biểu hiện không đáng kể. Độ ẩm cân bằng của vật liệu Ở một nhiệt độ và độ ẩm không khí nhất .định, mỗi vật liệu có chứa một lượng ẩm xác định gọi là độ ẩm cân bằng đẳng nhiệt của vật liệu. Hình 5.4 giới thiệu độ ẩm cân bằng đẳng nhiệt của tấm giấy bồi làm ví dụ. Ở độ ẩm không khí ẹ = 0% độ ẩm vật liệu là 0% và ọ = 100%, độ ẩm vật liệu đạt 35%. Nối giữa 2 điểm này là 2 đường cong, Đường cong bên ừái là đường cân bằng của vật liệu đang khô bị làm ẩm và ngược lại đườhg cong bên phải 123 là đường cân bằng của vật liệu đang ẩm được làm khô. Bảng 5.6 giới thiệu độ ẩm cân bằng của một số vật liệu. Bảng 5.6: Độ ẩm cân bằng của một số vật liệu ở nhiệt độ từ 0 đến 200C Độ hút ẩm mao dẫn Độ hút ẩm mao dẫn là độ hút ẩm phụ thuộc vào cấu trúc mao mạch của vật liệu. Đối với vật liệu xây dựng độ hút ẩm mao đẫn càng lớn càng tốt vì khi đó độ chứa ẩm trong vật liệu là đồng đều và khả năng khuy ếch tán ẩm từ trong ruột vách vào không khí là thuận lợi. Ngược lại, đối với vật liệu cách nhiệt thì độ hút ẩm mao dản càng lớn Vật liệu Khối lượng Riêng kg/cm3 Lượng ẩm (thủy phần) % trọng lượng ở các độ ẩm không khí khác nhau % 30 60 90 100 GỖ 6,2 10,3 17,9 31,0 Lie 162 2,8 5,3 9,5 18,5 Iporka 14 1,2 2,0 4,4 35.0 Troporit (nhựa phênol) 74 1,3 2,0 4,5 21.6 5,0 Bông khoáng để rời 147 dưới 10 Bỗng khoáng ép với bitum 402 dưới 10 3,0 Đệm cỏ 80 - 26 - 104 Đệm xơ dừa 120 - 15 - 34 Tấm xơ gỗ. bình thường 223 7,0 11,0 18,5 32 Tâm xơ gỗ, ép 337 5,5 9,5 14 30 Tấm xơ gổ ép cứng 900 4.2 7,3 11,5 17 Tấm xơ gỗ liên kết bằng 350 - 450 4,7 8,7 14,2 29 ximăng và manhezit Tấm giấy bối 4,8 8,0 15,2 35 124 càng tốt. Trường hợp bao che cho cách nhiệt bị hỏng hoặc xẩy ra hiện tượng đọng sương trên bề mặt cách nhiệt, nếu vật liệu có độ hút ẩm mao dẫn nhỏ thì vách cách nhiệt khó bị thấm ẩm lâu hơn, lâu bị “ướt sung” hơn. Có nhiều cách xác định độ thấm ẩm mao dẫn nhưng đon giản nhất là xác định chiều cao thấm ẩm mao dẫn. Theo cách này, các vật liệu được cắtnhành tấm hoặc thanh, nhúng thẳng đứng một đầu xuống dưới bề mặt thoáng của nước, Chiều cao của lớp vật liệu bị thấm ướt tính từ bề mặt thoáng của nước lên sẽ là chiều cao thấm ẩm mao dẫn. Bảng 5.7: Chiều cao thấm ẩm mao dẫn của một số vật liệu cách nhiệt ở 200C Vật liệu Khối lượng riêng kg/m3 Chiều cao thấm ẩm mao dẫn, cm * Các tấm bọt xốp nhân tạo 8,5-15 9...12 Iporka 5-7,5 Tropori 69—99 0 Styrôpo (polystirol) 30-66 * Các tấm bông khoáng 0,5-2.5 Có trôn bitum 360-395 trên 30 Không trộn bítum 221-312 0 * Thủy tinh bọt 149 * Tấm mùn cưa trộn nhựa dính 229-312 trên 30 * Tấm bông gỗ, kết dính bằng manhêát 355 trên 30 Đối với các Vật liệu cách nhiệt, sự hút ẩm mao dẫn không đóng vai trò quan trọng, bỏi vậy người ta có thể đánh giá các quá trình nhiễm ẩm vách cách nhiệt lạnh chỉ qua độ ẩm cân bằng đẳng nhiệt và độ khuyếch tán ẩm. Tuy nhiên một vật liệu cách nhiệt lạnh chỉ được đánh giá là tốt nếu chiều cao thấm ẩm mao dẫn không được lớn hơn 5cm. Độ khuếch tán ẩm qua vật íiệu cách nhiệt Phẩn lớn các vật liệu cách nhiệt lạnh đéu có tính để cho ẩm khuyếch 125 tán qua. Nếu áp suất riêng phần hơi nước ở hai phía vách cách nhiệt khác nhau, sẽ có một dòng hơi nước (ẩm) khuyếch tán từ phía có áp suất riêng phần cao sang phía có áp suất riêng phẩn thấp. Xm sẽ đọng lại trong vách cách nhiệt nếu lượng ẩm đi vào từ phía nóng lớn hơn lượng ẩm đi ra vào phòng lạnh. Trường hợp phía lạnh hoàn toàn khống thấm ẩm (cách nhiệt đường ống, bình chứa...) phải hết sức thận trọng trong việc cách ẩm phía ngoài. Có nhiều phương pháp tính toán phương trình khuếch tán ẩm. Phương pháp của KRISCHER sử dụng hệ số trở ẩm của vật liệu. Hệ số trở ẩm là tỉ số trở ẩm của vật liệu trở nên ẩm của một lớp không khí có cùng chiều dày. Bởi vậy hệ số trở ẩm là một đại lượng không thứ nguyên và hệ số trở ẩm của không khí bằng 1. Hệ số trở ẩm của vật liệu không cố định mà thay đổi phụ thuộc vào độ ẩm, cấu trúc và khối lượng riêng của vật liệu. Ví dụ gỗ thông, khối lượng riêng khoảng 400 kg/m3, độ ẩm từ 4 đến 8% khối lượng, hệ số trở ẩm giảm từ 230 xuống còn 110. Gỗ sổi, khối lượng riêng 600 kg/m3 khí độ ẩm tăng từ 10% đến 50% khối lượng, hệ số trờ ẩm giảm từ 70 xuống 1,9. Gạch đỏ, khối lượng riêng tàng từ 1400 đến 1900 kg/m\ hệ số trở ẩm cũng tăng từ 5 đến 10. Các vật liệu bê tông, vữa, đá vôi nếu khối lượng riêng tăng từ 1250 đến 2300kg/m3 hệ số trở ẩm cũng tảng từ 5,5 đến 30. Một số tính chất khác Gây nấm mốc và các ioại kí sinh trùng Các vật liệu cách nhiệt cần'được thử nghiệm về khả năng chống gây nấm mốc và các loại kí sinh trùng vì nấm mốc và kí sinh trùng không những làm giảm nhanh chóng tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt mà còn tạo mùi lạ có thể làm hỏng hoặc ảnh hưởng rất xấu đến các sản phẩm bảo quản. Hầu như tất cả các loại cách nhiệt hữu cơ như bấc lie, tấm giấy, gỗ, mùn cưa, trấu, xơ dừa... đều có nguy cơ gây nấm mốc và kí sinh trùng cao. Riêng các vật liệu vô cơ như bông thủy tinh, bông khoáng, bông xỉ và các vật liệu hữu cơ nhân tạo nhự polytstirol, polyurethane, polycìovinyl... không bị nấm mốc và kí sinh trùng phá hoại. Nước ta có khí hậu nóng ẩm, đó là điều kiện thuận lợi cho nấm mốc và kí sinh trùng phát triển. Bed vậy cần đặc biệt thận trọng khi sử dụng các yật liệu địa phương như trấu xơ dừa làm vật liệu cách nhiệt. Ngoài ra các vật liệu này cũng bị mối, mọt phá hoại nghiêm trọng. Tính đễ bắt lửa và dễ cháy Tính dễ bắt lửa và dễ cháy là một trong những tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá vật liệu cách nhiệt. Những vụ hoả hoạn nhà lạnh đã gây nhiều thiệt hại thế nhưng người ta vẫn coi nhẹ tiêu chuẩn này. Các vật liệu lí tưởng là các vật liệu không cháy khống bắt lửa như bông thuỷ tinh, thủy tinh bọt, bông khoáng, các loại bột đá và các vật liệu cách nhiệt vô cơ khác. Các vật' 126 liệu hữu cơ như bấc lie, trấu, gỗ, xơ dừa, mùn cưa, than bùn... trộn với chất kết dính là nhựa hoặc bitum đều là các chất rất dễ cháy. Những chất hữu cơ nhân tạo như polystirol, polyurethane, polyclovinyl... càng có khả nãng bắt lửa cao hơn. Các biện pháp chôhg cháy và chống bắt lửa hiộu quả nhất hiện nay là phủ bề mặt bằng các vật liệu không cháy, ví dụ phủ bề mặt cách nhiệt bằng các lớp bêtông bọt dấy 2s-3cm hoặc một lớp vữa vài ba cm. Tính tạo mùi lạ và bắt mùi lạ Đây cũng là tính chất quan trọng vì phần lớn các kho lạnh dùng để chứa thực phẩm. Vật liệu cách nhiệt không được tạo ra các mùi lạ hoặc bắt mùi làm ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản, bởi vì do tính chất khuếch tán ẩm qua vách cách nhiệt, hơi nước từ vách luôn khuếch tán vào phòng. Để tránh hiện tượng ngưng ẩm ở phía trong vách phải có hệ số trở ẩm nhỏ do vậy không được sử dụng các lớp cách ẩm phía trong buồng lạnh. Một số các chất kết dính có mùi như phenol, kresol, naphtalin cần phải tẩy hết mùi trước khi đưa vào kết cấu cách nhiệt. Không được sử dụng hắc ín làm chất kết dính, Với các loại vữa vôi, xi măng hoặc vữa vôi có thể sử dụng nhưng cần lưu ý phải khô và vôi phải liên kết với vữa trước khi đưa thực phẩm vào buồng bảo quản Tính ổn định thể tích Các vật liệu cách nhiệt cần phải ổn định thể tích, không phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ. Khi độ ẩm thay đổi, vật liệu không được trương phồng hoặc teo lại gây hư hỏng cho lớp vữa trát ngoài hoặc gây kẽ hở cho các cầu nhiệt. Khi nhiệt độ giảm, vật liệu cũng không bị co ngót làm đứt mạch cách nhiệt. Tính dễ gia công Tính đễ gia công cũng là một tiêu chuẩn đánh giá vật liệu cách nhiệt. Tuy nhiên tính chất này không quan trọng. Thường thường các vật liệu có khối lượng riêng nhỏ thì dễ gia công nhung khi đó độ bền cơ học của vật liệu lại thấp. Các vật liệu có độ bền cơ học không đảm bảo phải cố định trong các vỏ cứng như các tấm bọt nhựa nhân tạo iporka, hoặc bọt Polyurethan. Bằng lớp vỏ cách ẩm là tôn mỏng, Polyurethan đổng thời chống được cả sự khuyếch tán ẩm vào vật liệu. Thủy tinh bọt tuy có độ trở ẩm rất lốn và độ bền cơ học cao nhưng bề mặt quá nhẫn gây trở ngại cho việc bám dính vữa, giảm khả năng ứng dụng rộng rãi. 5.4. Một số vật liệu xây dựng thông dụng 5.4.1. Vật liệu xây dựng Tất cả các loại vật ỉiộu xây dựng đều có thể sử dụng để xây dựng tường buồng lạnh. Phần lớn các kho lạnh được xây dựng bằng bêtông cốt thép và 127 gạch hoặc chỉ bằng gạch đỏ. Ngày nay nhiều kho lạnh đến hàng ngàn tấn được xây dựng bằng các tấm lắp ghép, cách nhiệt bằng Polyurethane. Bảng 5.8:Giới thiệu một số thông số vật lý của vật liệu xây dựng Vật liệu Khối lượng riêng ρkg/m3 Hệ số dẫn nhiệt λ W/(mK) Hệ số khuyếch tán ẩm μg/(mh MPa) Vật liệu amiăng Tâm và bản ximăng amiăng 1900 0,35 26,3 Tấm cách nhiệt ximãng amiăng 500 0,13 391 Tấm cách nhiệt ximãng amiăng 300 0,09 Bêtông Bêtông cốt thép 2400 1,55 30 Bêtôngđá dàm 2200 1,28 45 Bê tông gạch vỡ 1800 0,87 68 Bêtông xỉ 1500 0,70 90 Bêtông xỉ 1200 0,52 105 Bêtông xỉ 1000 0,41 135 Bêtông bọt hấp hơi nóng 1000 0,40 75 800 0,29 - 105 600 0,21 128 400 0,15 203 Bêtông bọt silicát hấp hơi nóng 800 0,29 184 600 0,21 214 400 0,15 244 Vật liệu thạch cao 128 5.4.2. Vật liệu cách nhiệt Vật liệu cách nhiệt thường là các vật liệu vô cơ và hữu cơ tự nhiên. Các vật liệu gốc vô cơ thường được gia công trực tiếp thành các vật liệu cách nhiệt như các loại bông khoáng khác nhau (bông thủy tinh, bông đá, bông xỉ) sản xuất trực tiếp từ sự nung chẩy các silicát, hạt perlit sản xuất bằng xử lí nhiệt các loại đá tự nhiên (70... 75% Si02)đã nghiền nhỏ, các loại thủy tinh bọt, các sợi amiãng, các loại nỉ sành. Ngoài các hạt perlit, người ta còn sử dụng các loại bột tương tự trong cách nhiệt bằng điền đầy. Nhờ các bản nhôm mỏng người ta tạo ra phương pháp cách nhiệt nhiều lớp trong việc lắp ráp. Các nguyên liệu chủ yếu để chế tạo bọt xốp &eh nhiệt là Polystyrol, polyurethane, polyêtylen, polyvinylclorit, r| phênol và urê - phormadehyt. Các bọt xốp từ nhựa urê-phorma den hầu như không còn được ứng dụng Tấm và miếng thạch cao nguyên chất 1100 0,41 105 Bêtông thạch cao xỉ lò 1000 0,37 150 Vát liêu đất và vật liệu nhét đầy Đất sét nén chãt và gạch đất sét 2000 0,93 98 Gạch mộc 1600 0,70 173 Đất phong hoá dưới công trinh 1800 1,16 Cát khô làm vat liệu nhét dầy 1600 0,58 165 Vât liêu nhét đầy bằng đất phong hoá khô 1400 0,52 188 Đất silicát dùng để nhét dáy 600 0,17 301 Tấm cách nhiệt bằng than bùn 225 0,07 188 Mảng gạch xây đặc Gạch thông thường xây với vữa nặn<* 1800 0 81 105 Gạch thông thường xây với vữa nhẹ (=1400) 1700 0,76 0,87 48 Gạch silicat xày với vữa vừa năng 1900 105 Gạch rỗng (p= 1300) xây với vữa nhẹ {p- 1400) 1350 0,58 150 Gạch nhiều lổ xây với vữa nặng 1300 0,52 129 trong cách nhiệt lạnh vì trở ẩ; quá nhò và độ hút ẩm cân bằng đoạn nhiệt quá lớn. Hai loại bọt xốp cách nhiệt quan trọng nhất hiện nay là bọt xốp polyStyrol và Polyurethan. Chúng được sử dụng rộng rãi trong khoảng nhiệt độ từ +30°c đến -170°C. Bọt xốp Polystyrol (còn gọi là stryrôpo) sản xuất trong thiết bị tĩnh, tạo bọt bằng chất tạo bọt hoặc bằng xử lí nhiệt ở khoảng 100°C). Bọt Polystyrol chia làm hai loại theo các phương pháp sản xuất khác nhau: bọt xếp dạng trục và bọt dạng hạt. Độ bền nén khá cao, đạt 0,1-0,2 N/mm2. Nhiệt độ giới hạn trên là 70°c. Không được sử dụng cách nhiệt cho nhiệt độ cao hơn 70°c. Thông thường bọt xốp polystyrol là dễ cháy. Tuy nhiên có thể cho thêm các phụ gia để chế tạo ra các loại bọt xốp polyStyrol khó cháy hơn. Bọt Polyurethan có một ưu điểm rất lớn là có thể tạo bọt không cần gia nhiệt và không cần áp suất. Các lỗ rỗng, các không gian giới hạn bởi các tấm cách ẩm, các không gian giữa hai vỏ.... dễ dàng được tạo bọt Polyurethane điên đầy. Với Polyurethan ngưcd ta áp dụng phương pháp cách nhiệt rất kinh tế vởi hiệu quả cách nhiệt cao trong dây truyền sản xuất tủ lanh, các loại buồng lạnh lắp ghép vái các tấm hoăc đơn vị cách nhiệt tiêu chuẩn. Ngay cả trong cách nhiệt các đường ống, các thiết bị và các bình, Polyurethane cũng tỏ ra có ưu điểm hơn hẳn các loại bọt xốp khác. Ngày nay thường sử dụng R11 làm chất tạo bọt cho Polyurethane R 1 1 ở l ạ i t r o n g c ấ u t rú c b ọ t và n h ờ t rở nh i ệ t c ao của R 11 n ên h ệ số d ẫn nh i ệ t củ a b ọ t p o l yu r e t h an e cũn g r ấ t t h ấ p . 130 Bảng 5.9 giới thiệu một số thông số của các vật liệu cách nhiệt cơ bản, xem trên bảng 5.8 và hình 5.2 Bảng 5.9: Thông số của một số vật liệu cách nhiệt cơ bản Vật liệu cách nhiệt Khối lượng riêng ρkg/m3 Hệ số dẫn nhiệt λW/mK Hệ số trở ẩm(1)μ Độ bền nén σD N/cm2 Nhiệt độ ứng dụng tmax 0C Bọt xốp polystyrol 10-60 0.03-0.04 40-150 10-25 80 Bọt xốp polyurethane(2) 30-50 0.023-0.03 30-60 15-30 120 Bọt xốp nhựa ure(3) 10-15 0.035 1.5-3.5 1 120 Bọt xốp PVC 40-60 0.03-0.04 150-300 30-50 70 Bọt xốp polyetylen 35 0.033 3000 25-35 110 Bọt xốp nhựa phenol 30-60 0.035-0.04 30-50 20-40 150 Thủy tinh bọt 130-150 0.05-0.06 ∞ 70 430 Bấc lie(4) 150-350 0.04-0.05 3-20 20 100 Các vật liệu sợi khoáng 20-250 0.035-0.05 1-7 Các vật liệu dạng bột: - Perlit 35-100 0.03-0.05 - Aerosll 60-80 0.023-0.03 Vật liệu cách nhiệt nhiều lớp: - Alfol 1-8 0.035-0.05 550 - Vellit (tấm giấy song nhiều lớp) 40-100 0.04-0.06 60 80 1) Hệ số trở ẩm khuếch tán là tỉ số trở ẩm khuếch tán của vật liệu trên trở ẩm khuếch tán của không khí đứng im cùng chiều dày. μ = ∞ vật liệu hoàn toàn không khuếch tán ẩm; 2) Chất tạo bọt là R11; 3) Vật liệu piatherm; 4) Tấm bấc lie nổ bằng gia nhiệt và Hên kết bằng nhựa kết dính hoặc bitum. 131 5.4.3. Vật liệu cách ẩm Do có hiện tượng ngưng đọng ẩm trong vách cách nhiệt lạnh nên phải có các lớp cách hơi ẩm để tăng trở ẩm cho vật liệu, trường hạp vầt liệu không đủ độ trở thấm ẩm. Vật liệu cách ẩm cũng có các yêu cầu sau: - Có trở ẩm lớn hoặc có hệ số thấm ẩm nhỏ; - Không ngậm nước; - Phải bền nhiệt, không bị cứng, giòn, lão hoá ở nhiệt độ thấp vèt bịmềm hoặc nóng chảy ờ nhiệt độ cao; - Không có mùi lạ, không độc, khồng ảnh hưởng tới thực phẩm và sản phẩm bảo quản; - Không gây ăn mòn và tác dụng hóa học với các vật liệu cách nhiệt và xây dựng - Phải rẻ tiền và dễ kiếm. Vật liệu cách ẩm chủ yếu hiện nay là bitum. Trong kĩ thuật sử dụng 3-4 mác bitum BH-3, BH-4, BH-5 và BH-5K (Nga). Hộ số dẫn nhiệt từ 0,30.. .0,35 W/(mK). Người ta trát bitum nóng chảy lên bề mặt vài lớp dày từ 1.. ,5mm. Bitum thường nóng chảy