Lịch sử phát triển của vật liệu cách nhiệt

Cách nhiệt thường đề cập đến việc sử dụng các vật liệu cách nhiệt thích hợp và điều chỉnh thiết kế cho các tòa nhà để làm chậm sự chuyển nhiệt qua vỏ bọc, do đó giảm mất nhiệt. Sự chuyển nhiệt là do sự khác biệt nhiệt độ giữa trong nhà và ngoài trời. Nhiệt có thể được truyền thông qua dẫn điện, đối lưu hoặc bức xạ. Tốc độ truyền có liên quan chặt chẽ đến phương tiện truyền bá. Ví dụ, nhiệt bị mất hoặc đạt được thông qua truyền thông qua trần nhà, tường, sàn nhà, cửa sổ và cửa ra vào. Sự giảm nhiệt và tăng nhiệt này thường là không mong muốn. Nó không chỉ làm tăng tải trọng trên hệ thống HVAC, dẫn đến nhiều lãng phí năng lượng hơn, mà còn làm giảm sự thoải mái về nhiệt của người dân trong tòa nhà. Cách nhiệt xây dựng là một yếu tố quan trọng trong việc đạt được sự thoải mái về nhiệt cho người cư ngụ. Cách nhiệt có thể làm giảm mất nhiệt không cần thiết hoặc tăng, và có thể giảm nhu cầu năng lượng của hệ thống sưởi ấm và làm mát. Nó không nhất thiết phải giải quyết vấn đề thông gió đầy đủ, và có thể hoặc có thể không ảnh hưởng đến mức độ cách âm. Theo nghĩa hẹp, cách nhiệt chỉ có thể đề cập đến các vật liệu cách nhiệt được sử dụng để làm chậm mất nhiệt, chẳng hạn như: cellulose, len thủy tinh, len đá, polystyrene, bọt polyurethane, vermiculite, perlite, sợi gỗ, ván ép đùn, sợi thực vật (hemp, lanh, bông, nút chai, v.v), tái chế bông denim, nhà máy

rơm, sợi động vật ( len), xi măng và bùn hoặc đất, cách nhiệt phản xạ (còn được gọi là rào cản bức xạ), nhưng nó cũng có thể liên quan đến một loạt các thiết kế và công nghệ để giải quyết các chế độ truyền nhiệt chính của vật liệu dẫn nhiệt, bức xạ và đối lưu.

Hầu hết các vật liệu trong danh sách trên chỉ giữ lại một lượng lớn không khí hoặc các khí khác giữa các phân tử của vật liệu. Khí chuyển nhiệt ít hơn nhiều so với chất rắn. Những vật liệu này có thể hình thành các khoang không khí có thể được sử dụng để cách nhiệt, với hiệu quả truyền nhiệt thấp. Tình trạng này cũng xảy ra trong lông thú và lông chim. Lông động vật có thể sử dụng độ dẫn nhiệt thấp của các túi không khí nhỏ, do đó đạt được mục đích giảm mất nhiệt.

Hiệu quả của cách nhiệt phản xạ (rào cản bức xạ) thường được đánh giá bằng độ phản xạ (chức phát xạ) của bề mặt không gian không khí đối diện với nguồn nhiệt.

Hiệu quả của cách nhiệt số lượng lớn thường được đánh giá bằng giá trị R của nó, trong đó có hai số liệu (SI) (đơn vị K⋅W−1⋅m2) và thông thường (đơn vị °F·ft2·h/BTU), trước đây là 0,176 lần sau, hoặc nghịch đảo của độ dẫn nhiệt hoặc giá trị U WK−1⋅m−2. Ví dụ, tiêu chuẩn cách nhiệt cho gác mái đề nghị ít nhất là đơn vị R-38 của Mỹ (tương đương với R-6.7 hoặc giá trị U 0,15 trong đơn vị SI). Các tiêu chuẩn tương đương có thể so sánh về mặt kỹ thuật, và các tài liệu phê duyệt thường yêu cầu giá trị U trung bình của diện tích mái nhà nằm trong khoảng 0,11 và 0,18, tùy thuộc vào tuổi của tài sản và loại cấu trúc mái. Các tòa nhà mới phải đáp ứng các tiêu chuẩn cao hơn so với những tòa nhà được xây dựng theo các phiên bản trước của các quy định.Điều quan trọng là đạt được một giá trị R hoặc giá trị U duy nhất, bất kể chất lượng xây dựng hoặc các yếu tố môi trường địa phương của mỗi tòa nhà. Các vấn đề về chất lượng xây dựng có thể bao gồm các rào cản độ ẩm không đủ và các vấn đề chống gió. Ngoài ra, hiệu suất và mật độ của vật liệu cách điện cũng rất quan trọng. Hầu hết các quốc gia / khu vực có một số hệ thống kiểm tra hoặc chứng nhận các nhà cài đặt để đảm bảo rằng các tiêu chuẩn tốt được duy trì.

Lịch sử của cách điện

Lịch sử của vật liệu cách nhiệt không dài so với các vật liệu khác, nhưng con người từ lâu đã nhận ra tầm quan trọng của cách nhiệt. Vào thời tiền sử, con người bắt đầu hoạt động xây dựng nơi trú ẩn để chống lại động vật hoang dã và thời tiết khắc nghiệt, và con người bắt đầu khám phá cách nhiệt. Con người thời tiền sử sử dụng da động vật, lông thú, và vật liệu thực vật như sậy, lanh và rơm để xây dựng nhà ở. Những vật liệu này ban đầu được sử dụng làm vật liệu quần áo bởi vì nơi ở của họ là tạm thời và họ thích sử dụng các vật liệu họ sử dụng cho quần áo, dễ dàng có được và chế biến. Các vật liệu của lông thú và các sản phẩm thực vật có thể chứa một lượng lớn không khí giữa các phân tử, tạo thành các khoang không khí và giảm trao đổi nhiệt.

Sau đó, tuổi thọ của con người và sự phát triển của nông nghiệp quyết định rằng họ cần một nơi cư trú cố định, và các ngôi nhà bằng đất, nhà bằng đá và nhà ở trong hang động bắt đầu xuất hiện. Mật độ cao của các vật liệu này dẫn đến hiệu ứng chậm trễ thời gian trong quá trình truyền nhiệt, do đó làm cho nhiệt độ bên trong thay đổi chậm. Hiệu ứng ấm áp vào mùa đông và mát mẻ vào mùa hè này, cũng bởi vì các vật liệu như đất và đá rất dễ có được, thiết kế này rất phổ biến ở nhiều nơi.

V ật liệu hữu cơ là những vật liệu đầu tiên có thể được sử dụng để xây dựng nơi trú ẩn cho mọi người để bảo vệ bản thân khỏi điều kiện thời tiết khắc nghi ệt và giúp họ giữ ấm . Nhưng các vật liệu hữu cơ như s ợi động vật và thực vật không thể tồn tại trong một thời gian dài , vì vậy các vật liệu tự nhiên này không thể đáp ứng nhu cầu cách nhiệt lâu dài của con người . Vì vậy , mọi người bắt đầu tìm kiếm các lựa chọn thay thế bền vững hơn . Vào thế kỷ 19, mọi người không còn hài lòng với việc sử dụng vật liệu tự nhiên để cách nhiệt . Họ đã chế biến vật liệu hữu cơ và sản xuất tấm cách nhiệt đầu tiên .Đồng thời , ngày càng có nhiều vật liệu nhân tạo bắt đầu xuất hiện , và một số lượng lớn vật liệu cách nhiệt nhân tạo đã được phát triển , chẳng hạn như V án len đá, s ợi thủy tinh , thủy tinh bọt , g ạch r ỗ ng , v v .