[科普中国]-热绝缘

热绝缘作用

为了削弱某些设备与外界的换热量。通常采用隔热保温措施。例如，锅炉和蒸汽管道上包扎热绝缘层，食品冷库、冷藏舱以及输送低温介质的管道包上隔热的绝缘分层等，都是为了增加传热热阻。借助于增加热阻以减少热量传递的技术措施。热工设备中通常是在传热壁面上附加一层低导热率的辅助层来增加热阻，这一辅助层也就是热绝缘层。热绝缘的措施和材料是根据不同的技术要求和经济性选择的。

应用热绝缘层的目的概括起来可归纳为以下几点。

（1）节约燃料 包扎热绝缘层能减少设备的散热损失，减少热力没备的燃料消耗。

（2）满足工程技术条件的需要 例如，制冷工程中的冷库外表面包以热绝缘层，可以避免浪费制冷量。

（3）改善劳动条件 例如，锅炉和蒸汽管道的外表面通常均包扎热绝缘层以降低舱室温度和防止人员烫伤。劳动保护法规定，热力设备的绝缘层外表温度不得超过50℃。1

热绝缘材料习惯上把常温下导热率小于0.2W/ （m·K）的材料称为热绝缘材料，或称保温材料、隔热材料。有些热绝缘材料是直接利用材料的自然状态，例如石棉、软木和锯屑等，但大多数热绝缘材料是经过特殊加工后的产品，例如岩棉、矿渣棉、微孔硅酸钙、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石和泡沫塑料等。这些人造的热绝缘材料都是多孔体或纤维性材料。孔隙中充以空气或其他低导热介质，利用其低导热性能，使材料的导热率降至很低，具有良好的隔热性能。在选择热绝缘材料时，要注意材料密度对导热性能的影响，此外还必须注意材料的力学性能、耐高温能力和吸收水分的能力。

按使用场合的不同可分为以下几类：

（1）高温隔热材料 石棉、硅石和硅藻土制品等。

（2）常温和低温隔热材料软木、玻璃纤维、超细玻璃棉和珍珠岩等。

（3）低温条件下防潮要求较高的隔热材料 泡沫树脂和泡沫塑料等。

根据用途的不同．可选用不同性能的材料。通常保温材料应具有下述性能：

（1）导热系数小 为了起到良好的隔热保温作用，材料的导热系数要小。为此，隔热材料通常为多孔性材料．当温度升高时．孔隙中的空气对流和辐射换热就要加强，从而使导热系数增大。

（2）力学性能较好有一定的抗压和抗拉强度，易加工成型。

（3）具有足够的不吸水性和耐高温的能力 隔热材料吸水后不应改变原有形状，最好采用不吸湿材料。2

热绝缘直径对于热力管道，增加其热绝缘层的厚度会提高导热热阻，但是绝缘层厚度增加，使外侧对流换热的表面积增大，因而会减小对流换热热阻，所以加厚绝缘层并不一定能提高总热阻，减少热损失。在给定的热绝缘材料（即给定材料导热率λ）和对流换热系数α的条件下，相应于总热阻为最小时的管道绝缘层外径称为临界绝缘直径，它等于2λ/α。因此在管道热绝缘设计中，管道热绝缘层的外径必须大于临界绝缘直径。临界绝缘直径一般在20～30 mm左右，大多数热力管道的外径已超过此值，在此情况下增加热绝缘层厚度总是有用的。类似地，球壁的临界绝缘直径为4λ/α。在热绝缘的设计中，热绝缘层外表面温度和热损失的上限值在国家标准中都有一定的要求和限制。

为了储存液氢、液氦等超低温液体，得利用特殊的热绝缘结构。它由多层间隔的高反射率材料组成，整个系统被抽成真空，这样既利用遮热板的原理大大削弱层间的辐射换热，又减少了空气的导热和对流。这种超级热绝缘材料的导热率可以低到0.3mW/ （m·K）。