1. Định nghĩa
Các đặc tính nhiệt của vật liệu tấm cách nhiệt chống nắng cho tường trần nhà và các vật liệu đóng tàu cá thông thường khác đã được biết đến hoặc có thể đo được chính xác. Có thể tính toán lượng truyền nhiệt (dòng chảy) qua bất kỳ sự kết hợp nào của vật liệu. Tuy nhiên, cần phải biết và hiểu các thuật ngữ kỹ thuật nhất định để có thể tính toán tổn thất nhiệt và hiểu các yếu tố liên quan.Theo quy ước, độ kết thúc có nghĩa là thuộc tính của một vật liệu, bất kể độ dày của nó và độ kết thúc đề cập đến thuộc tính của một phần cụ thể có độ dày nhất định.
Nhiệt năng
Một kilocalorie (1 kcal hoặc 1000 calo) là nhiệt lượng (năng lượng) cần thiết để tăng nhiệt độ của một kg nước thêm một độ C (° C). Đơn vị tiêu chuẩn SI cho năng lượng là Joule (J). Một kcal là khoảng 4,18 kJ (điều này thay đổi một chút theo nhiệt độ). Một đơn vị khác là Btu (đơn vị nhiệt của Anh). Một Btu tương ứng với 1 kJ.
Dẫn nhiệt
Nói một cách dễ hiểu, đây là đơn vị đo khả năng dẫn nhiệt của vật liệu thông qua khối lượng của nó. Các vật liệu cách điện khác nhau và các loại vật liệu khác có giá trị dẫn nhiệt cụ thể có thể được sử dụng để đo hiệu quả cách nhiệt của chúng. Nó có thể được định nghĩa là lượng nhiệt / năng lượng (biểu thị bằng kcal, Btu hoặc J) có thể được tiến hành trong đơn vị thời gian thông qua đơn vị diện tích là đơn vị độ dày của vật liệu, khi có sự chênh lệch nhiệt độ đơn vị. Độ dẫn nhiệt có thể được biểu thị bằng kcal m -1 ° C -1 , Btu ft -1 ° F -1 và trong hệ SI tính bằng watt (W) m -1 ° C -1 . Độ dẫn nhiệt còn được gọi là giá trị k.
Hệ số dẫn nhiệt “l” (kcal m -2 h -1 ° C -1 )
Giá trị này được ký hiệu là l (chữ cái Hy Lạp lambda) và được định nghĩa là lượng nhiệt (tính bằng kcal) được truyền trong một giờ qua 1 m 2 vật liệu, có độ dày 1 m, khi nhiệt độ giảm qua vật liệu trong các điều kiện dòng nhiệt ổn định là 1 ° C. Độ dẫn nhiệt được thiết lập bằng các thử nghiệm và là đánh giá cơ bản cho bất kỳ vật liệu nào. l cũng có thể được biểu thị bằng Btu ft -2 h -1 ° F -1 (đơn vị nhiệt Anh trên foot vuông, giờ và độ F) hoặc theo đơn vị SI tính bằng W m -2 Kelvin (K) -1 .
Điện trở suất nhiệt
Điện trở suất nhiệt là nghịch đảo của giá trị k (1 / k).
Điện trở nhiệt (giá trị R)
Điện trở nhiệt (giá trị R) là nghịch đảo của l (1 / l) và được sử dụng để tính toán điện trở nhiệt của bất kỳ vật liệu hoặc vật liệu composite nào. Giá trị R có thể được định nghĩa một cách đơn giản là điện trở mà bất kỳ vật liệu cụ thể nào cung cấp cho dòng nhiệt. Vật liệu cách nhiệt tốt sẽ có giá trị R cao. Đối với các chiều dày khác 1 m, giá trị R tăng tỷ lệ thuận với sự tăng chiều dày của vật liệu cách nhiệt. Đây là x / l, trong đó x là độ dày của vật liệu tính bằng mét.
Hệ số truyền nhiệt (U) (kcal m -2 h -1 ° C -1 )
Ký hiệu U chỉ hệ số truyền nhiệt tổng thể cho bất kỳ phần nào của vật liệu hoặc hỗn hợp vật liệu. Các đơn vị SI của U là kcal trên mét vuông tiết diện trên giờ trên độ C, sự chênh lệch giữa nhiệt độ không khí bên trong và nhiệt độ không khí bên ngoài. Nó cũng có thể được thể hiện trong các hệ thống đơn vị khác. Hệ số U bao gồm điện trở nhiệt của cả hai bề mặt của tường hoặc sàn, cũng như khả năng chịu nhiệt của các lớp riêng lẻ và không gian không khí có thể được chứa trong chính tường hoặc sàn.
Độ thấm hơi nước (pv)
Đây được định nghĩa là lượng hơi nước đi qua đơn vị diện tích của vật liệu có độ dày là đơn vị, khi chênh lệch áp suất nước giữa cả hai mặt của vật liệu là đơn vị. Nó có thể được biểu thị bằng g cm mmHg -1 m -2 ngày -1 hoặc trong hệ SI là gm MN -1 s -1 (gam mét trên mega Newton trên giây).
Khả năng chống hơi nước (rv)
Đây là nghịch đảo của độ thấm hơi nước và được định nghĩa là rv = 1 / pv.
2. Tại sao cần cách nhiệt
Chức năng chính của vật liệu cách nhiệt được sử dụng trong các tàu đánh cá nhỏ sử dụng nước đá là giảm sự truyền nhiệt qua các vách ngăn cá, cửa sập, đường ống hoặc ống ngăn vào nơi chứa cá ướp lạnh hoặc đá. Bằng cách giảm lượng nhiệt rò rỉ, lượng đá tan chảy có thể giảm và do đó hiệu quả của quá trình đóng băng có thể được tăng lên. Như đã được thảo luận, nước đá được sử dụng hết vì nó loại bỏ nhiệt năng từ cá mà còn từ nhiệt năng rò rỉ qua các thành của thùng chứa. Lớp cách nhiệt trong thành của vật chứa có thể làm giảm lượng nhiệt đi vào vật chứa và do đó giảm lượng đá cần thiết để giữ lạnh cho đồ bên trong.Những ưu điểm chính của việc cách nhiệt hầm cá bằng vật liệu thích hợp là:
- để ngăn chặn sự truyền nhiệt vào từ không khí ấm xung quanh, buồng máy và rò rỉ nhiệt (vách ngăn cá, cửa sập, ống dẫn và ngăn tủ);
- tối ưu hóa công suất hữu ích của hầm chứa cá và chi phí vận hành làm lạnh cá;
- để giúp giảm yêu cầu năng lượng cho hệ thống lạnh nếu chúng được sử dụng.
3.Vật liệu cách điện
Bởi vì không gian lưu giữ thường cao hơn trên các tàu nhỏ và chi phí cách nhiệt có thể chiếm một tỷ lệ đáng kể trong chi phí liên quan đến xây dựng, việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt có thể rất quan trọng.Một số vật liệu cách nhiệt được sử dụng thương mại cho tàu cá, nhưng ít vật liệu cách nhiệt hoàn toàn đáp ứng được mục đích này. Các vấn đề chính là thiếu độ bền cơ học và độ hút ẩm. Vấn đề thứ hai là một vấn đề đặc biệt nghiêm trọng đối với các tàu đánh cá, nơi băng tan được sử dụng làm phương tiện làm lạnh. Chất cách nhiệt hoạt động bằng cách bẫy các bong bóng hoặc túi khí bên trong cấu trúc bọt. Khi các ô khí này chứa đầy hơi ẩm, hiệu quả cách nhiệt sẽ bị giảm đáng kể.
Hệ số dẫn nhiệt của nước (ở 10 ° C) là 0,5 kcal m -1 giờ -1 ° C -1 và của nước đá (ở 0 ° C) là 2 kcal m -1 giờ -1 ° C -1 (khoảng bốn lần giá trị của nước). Trong khi đó, không khí tù đọng khô vào khoảng 0,02 kcal m -1 giờ -1 ° C -1 . Hình 5.1 mô tả độ dẫn nhiệt của R-11, không khí khô, hơi nước và nước đá trong vật liệu cách nhiệt và minh họa sự gia tăng đáng kể độ dẫn nhiệt có thể xảy ra nếu không khí / khí được thay thế bằng hơi nước trong lớp cách nhiệt.
Việc hấp thụ hơi ẩm của vật liệu cách nhiệt có thể diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp với nước rò rỉ vào vách ngăn mà còn do sự ngưng tụ hơi nước trong vách nơi đạt được điểm sương trong gradient nhiệt độ xuyên qua vách.
Do đó, thiết kế thích hợp của các rào cản hơi nước là vô cùng quan trọng để bảo vệ lớp cách nhiệt khỏi bị ẩm. Ở hầu hết các vùng khí hậu, sự truyền hơi nước sẽ có xu hướng từ bên ngoài vào bên trong của các bức tường ngăn, vì nhiệt độ bên ngoài có thể cao hơn nhiệt độ bên trong. Điều này đòi hỏi phải có một lớp chống ẩm không thấm ở bên ngoài lớp cách nhiệt, cũng như lớp chống thấm trên lớp lót để ngăn nước chảy lỏng xâm nhập vào lớp cách nhiệt. Có thể đạt được rào cản hơi nước thông qua các bề mặt kín nước của tấm cách nhiệt đúc sẵn (tấm kiểu bánh sandwich, với một mặt là rào cản hơi của các tấm thép mạ kẽm đo sáng và mặt còn lại là lớp hoàn thiện bên trong của nhôm hoặc sắt mạ kẽm phủ nhựa tấm), vật liệu nhựa gia cố, tấm polythene, màng nhựa có độ dày tối thiểu 0,2 mm hoặc lá nhôm có độ dày tối thiểu 0,02 mm, được dát mỏng bằng màng bitum. Độ dày tối thiểu của nhôm hoặc tấm mạ kẽm phải là 0,3 mm.
HỘP 5.1 Các Dẫn nhiệtđặc tính mong muốn đối với vật liệu cách nhiệt cho hầm chứa cá Vật liệu cách nhiệt tốt nhất nên có hệ số dẫn nhiệt thấp nhất, để giảm tổng hệ số truyền nhiệt. Do đó, sẽ cần ít vật liệu cách nhiệt hơn. Khí đọng khô là một trong những vật liệu cách nhiệt tốt nhất. Các đặc tính cách điện của vật liệu cách điện bán sẵn trên thị trường được xác định bởi lượng khí được giữ bên trong vật liệu và số lượng túi khí. Do đó, số lượng tế bào càng nhiều (có thể duy trì khí bị ứ đọng) và kích thước của chúng càng nhỏ thì khả năng dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt đó càng thấp. Các ô này không được liên kết với nhau, vì điều này sẽ cho phép đối lưu nhiệt. Khả năng thấm hơi ẩm Vật liệu cách nhiệt tốt nhất nên có tính thấm hơi ẩm rất thấp. Do đó, sự hấp thụ nước trở nên không đáng kể. Sự ngưng tụ và ăn mòn được giảm thiểu. Tính năng kháng / cài đặt Vật liệu cách nhiệt nên có khả năng chống nước, dung môi và hóa chất. Nó phải bền và không bị mất hiệu quả cách nhiệt nhanh chóng. Nó sẽ cho phép nhiều sự lựa chọn về chất kết dính để lắp đặt. Nó phải dễ lắp đặt, trọng lượng nhẹ và dễ xử lý. Các công cụ thông thường có thể được sử dụng để cài đặt nó. Nó phải tiết kiệm, tiết kiệm đáng kể chi phí ban đầu cũng như tiết kiệm hiệu suất lâu dài. Nó không được tạo ra hoặc hấp thụ mùi. Nó không bị ảnh hưởng bởi nấm hoặc nấm mốc và không được thu hút sâu bọ. Nó phải ổn định về mặt kích thước, vì vậy nó sẽ không bị vỡ vụn hoặc đóng gói. Các tính năng an toàn Vật liệu cách nhiệt nên được đánh giá là không cháy và không nổ. Trong trường hợp vật liệu cách nhiệt bị cháy, các sản phẩm của quá trình cháy không được gây ra các nguy cơ độc hại. |
4. Vật liệu cách nhiệt
Một loạt các vật liệu cách nhiệt có sẵn; tuy nhiên, một số ít đáp ứng được các yêu cầu của việc xây dựng hầm chứa cá hiện đại. Việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt phải dựa trên chi phí ban đầu, hiệu quả, độ bền, sự thích ứng của hình thức / hình dạng của nó với hình dạng của hầm chứa cá và các phương pháp lắp đặt có sẵn trong từng khu vực cụ thể. Từ quan điểm kinh tế, có thể tốt hơn nên chọn vật liệu cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt thấp hơn là tăng độ dày của lớp cách nhiệt trong các bức tường ngăn. Bằng cách giảm độ dẫn nhiệt, sẽ cần ít vật liệu cách nhiệt hơn đối với một lượng làm lạnh nhất định và sẽ có nhiều thể tích sử dụng hơn trong hầm chứa cá. Trong nhiều trường hợp, không gian mà vật liệu cách nhiệt chiếm dụng trong tàu cá có thể chiếm khoảng 10 đến 15 phần trăm tổng công suất chứa cá.BẢNG 5.1
Giá trị tỷ trọng và độ dẫn nhiệt ở 20-25 ° C của vật liệu cách nhiệt polyurethane
| Loại | Mật độ (kg / m 3 ) | Độ dẫn nhiệt (W m -1 ° C -1 ) / (kcal h -1 m -1 ° C -1 ) |
| Bọt | 30 | 0,026 / 0,0224 |
| Bảng mở rộng cứng | 30 | Trung bình 0,02-0,025 / 0,0172-0,0215 : 0,0225 / 0,0193 |
| Bảng mở rộng cứng | 40 | 0,023 / 0,02 |
| Bảng mở rộng cứng | 80 | 0,04 / 0,34 |
| Tạo bọt tại chỗ | 24-40 | Trung bình 0,023-0,026 / 0,0198-0,0224: 0,0245 / 0,0211 |
|
5. Polystyrene mở rộng
Thông qua quá trình trùng hợp, styren có thể được tạo thành ngọc trai / hạt nhựa polystyren màu trắng. Những hạt này sau đó có thể được mở rộng để tạo thành một bọt được gọi là polystyrene mở rộng. Có hai cách chính để sản xuất polystyrene mở rộng: bằng cách ép đùn và bằng cách đúc các tấm.Bọt đùn được tạo ra bằng cách trộn polystyrene với dung môi, thêm khí dưới áp suất và cuối cùng đùn hỗn hợp đến độ dày cần thiết. Quá trình ép đùn cải thiện các đặc tính của bọt cuối cùng, chẳng hạn như khả năng chống cơ học của nó, tạo ra các lỗ rỗng không liên kết với nhau và một vật liệu đồng nhất hơn. Độ bền cơ học của bọt polystyrene giãn nở có thể thay đổi từ 0,4 đến 1,1 kg / cm 2 . Có một số loại bọt có mật độ từ 10 đến 33 kg / m 3 , với độ dẫn nhiệt thấp hơn khi mật độ tăng lên, như được trình bày trong Bảng 5.3.
Bọt polystyrene mở rộng có một số hạn chế kỹ thuật:
- chúng dễ cháy, mặc dù có sẵn các loại chống cháy;
- chúng bị phân hủy dần dần khi tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời;
- chúng phản ứng với dung môi được sử dụng trong việc lắp đặt nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh (chẳng hạn như polyeste có công thức styren) cũng như với các dung môi hữu cơ khác (xăng, dầu hỏa, axeton, v.v.).
Các tấm ván cứng có thể được làm bằng polystyrene mở rộng với mật độ khác nhau, độ dày và kích thước khác nhau.
