絕熱條件

絕熱就是隔絕、阻止熱量的傳遞、散失、對流，使得某個密閉區域內温度或者熱量不受外界影響或者外界不能夠影響而保持內部自身穩定或者獨立發生變化的過程和作用。絕熱的作用包括保温和保冷兩個方面。絕熱常與物質、過程、作用等詞構成具有絕熱作用特點的合成詞。 ^[1] 

絕熱目的 ^[2]  是： 減少熱損失，節約熱量；改善勞動條件，保證操作人員安全； 防止設備和管道內液體凍結； 防止設備或管道外表面結露；減少介質在輸送過程中温度下降；防止火災； 提高耐火絕緣等級；防止蒸發損失。

體系與環境之間可能存在物質交換和能量交換，由此將體系分為三種。

孤立體系：與環境既無物質交換，又無能量交換。例如：暖水瓶中的水大致可以看做孤立體系。

封閉體系：與環境沒有物質交換，但有能量交換。例如：擰緊蓋子的水瓶裏的熱水，水不會蒸發到外界去，但是熱量會散失。

開放體系：與環境有物質交換。一塊冰放在太陽下曬，化成水，進一步可以化成水汽而完全消失，這塊冰就可以看做開放體系。

而體系與環境之間的能量交換又分兩種：做功和熱傳遞。

如果體系與環境之間沒有熱傳遞，就可以看做絕熱體系。給自行車輪胎打氣時，可以感覺到氣筒温度上升，這正是因為氣體壓強上升的足夠快到可視為絕熱過程的緣故，熱量沒有逃逸，因而温度上升。給輪胎放氣時，可以明顯感覺到放出的氣體比較涼，這正是因為氣體壓強下降的足夠快到可視為絕熱過程的緣故，氣體內能轉化為機械能，温度下降。孤立體系一定是絕熱體系，適用於熵增定律；有些封閉體系是絕熱體系，有些不是，這要看能量交換中有沒有熱傳遞，例如擰緊蓋子的熱水瓶就不是絕熱體系。開放體系如果與外界只有物質交換而沒有能量交換則是絕熱體系，如取集中供暖系統的一段保温性能良好的管子為系統，可視為開口絕熱系；開放體系如果與外界有能量交換則不是絕熱體系。生物體是開放體系，因為與環境之間存在着物質交換（呼吸、飲食、排泄等）和能量交換（散熱、做功），所以生物體不是絕熱體系，不適用於熵增定律。

熱傳遞有三種方式：傳導、對流和輻射。

傳導：熱從物體温度較高的部分沿着物體傳到温度較低的部分，叫做傳導。

熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中，熱傳導過程往往和對流同時發生。各種物質都能夠傳導熱，但是不同物質的傳熱本領不同。善於傳熱的物質叫做熱的良導體，不善於傳熱的物質叫做熱的不良導體。各種金屬都是熱的良導體，其中最善於傳熱的是銀，其次是銅和鋁。瓷、紙、木頭、玻璃、皮革都是熱的不良導體。最不善於傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、軟木和其他鬆軟的物質。液體中，除了水銀以外，都不善於傳熱，氣體比液體更不善於傳熱。發熱電纜的一部分温度以傳導的方式傳遞給地面。

對流：靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流。

對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式，氣體的對流現象比液體更明顯。利用對流加熱或降温時，必須同時滿足兩個條件：一是物質可以流動，二是加熱方式必須能促使物質流動。對流可分自然對流和強迫對流兩種：自然對流是由於流體温度不均勻引起流體內部密度或壓強變化而形成的自然流動。例如：氣壓的變化，風的形成，地面空氣受熱上升，上下層空氣產生循環對流等；而強制對流是因受外力作用或與高温物體接觸，受迫而流動的，叫強制對流。例如：由於人工的攪拌，或機械力的作用（如鼓風機、水泵等）完全受外界因素的促使而形成對流的。發熱電纜的一部分温度傳遞到空氣中形成上下自然對流。

輻射：熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。

用輻射方式傳遞熱，不需要任何介質，因此，輻射可以在真空中進行。地球上得到太陽的熱，就是太陽通過輻射的方式傳來的。發熱電纜的温度主要以輻射的形式傳遞。

絕熱體系的獲得，就是分別從傳導、對流和輻射三種方式上隔絕、阻止熱量的傳遞。

熱力學系統始終不與外界交換熱量， 即dQ =0 的過程。根據熱力學第一定律，在絕熱過程中，系統對外所作的功等於內能的減少量。根據熱力學第二定律，在可逆的絕熱過程中，系統的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統中進行的過程，或由於過程進行得太快，來不及與外界有顯著熱量交換的過程，都可近似地看作絕熱過程。例如內燃機、蒸汽機汽缸中工作物質的膨脹過程，壓汽機汽缸中的壓縮過程，汽輪機噴管中的膨脹過程，以及氣象學中空氣團的升降過程，還有聲波在空氣中的傳播過程等，都可當作絕熱過程處理。

將不易傳熱的材料，即對熱流有顯著阻抗性的材料或材料複合體稱為絕熱材料。絕熱材料是保温、隔熱材料的總稱。 ^[3] 

按照絕熱材料使用温度限度可分為高温用、中温用和低温用絕熱材料三種：

中温用絕熱材料，使用温度在100~700℃之間。中温用纖維質材料有石棉、礦渣棉和玻璃纖維等；多孔質材料有硅酸鈣、膨脹珍珠岩、蛭石和泡沫混凝土等。

高温用絕熱材料，使用温度可在700℃以上。這類纖維質材料有硅酸鋁纖維和硅纖維等；多孔質材料有硅藻土、蛭石加石棉和耐熱粘合劑等製品。

低温用絕熱材料，使用温度在100℃以下的保冷工程中。

按其成分不同，可分為有機材料和無機材料兩大類：

低温保冷工程多用有機絕熱材料，此類材料具有表觀密度小、導熱係數低、原料來源廣、不耐高温、吸濕時易腐爛等特點，如軟木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨基甲酸酯、牛毛氈和羊毛氈等。

熱力設備及管道保温用的材料多為無機絕熱材料，此類材料具有不腐爛、不燃燒、耐高温等特點。例如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纖維、泡沫混凝土和硅酸鈣等。

按照施工方法不同可分為濕抹式絕熱材料、填充式絕熱材料、綁紮式絕熱材料、包裹及纏繞式絕熱材料。

綁紮式是將一些預製保温板或管殼放在設備或管道外面，然後用鐵絲綁紮，外面再塗保護層材料。屬於這類的材料有石棉製品、膨脹珍珠岩製品、膨脹蛭石製品和硅酸鈣製品等。

澆灌式是將發泡材料在現場灌入被保温的管道、設備的模殼中，經現場發泡成保温（冷）層結構。也有直接噴塗在管道、設備的外壁上，瞬時發泡，形成保温（冷）層。

保護層材料

塗抹式保護層，所用材料由瀝青膠泥和石棉水泥砂漿；金屬保護層，所用材料有黑鐵皮，鍍鋅鐵皮，聚氯乙烯鋼板和不鏽鋼板等；氈、布類保護層，所用材料有油氈、玻璃布、塑料布、帆布等。

絕熱結構是由絕熱層和保護層兩部分組成的。上述絕熱材料填充於絕熱層，其外部的保護層，因施工方法不同所用的材料不同。

HIP真空絕熱板是近年來順應建材行業日益迫切的節能要求，利用現代材料製造工藝研發的新一代高級保温材料。經測試，在正確的加工及使用條件下，其表觀導熱係數達到10^{- 3} W/m·℃ 數量級，比常規保温材料（如聚苯乙烯硬質塑料，導熱係數0.031 W/m·℃） 低一個數量級。 ^[4] 

HIP真空絕熱板構造及絕熱原理分析：芯材為超細無機纖維（如超細玻璃棉或超細石棉等材料），並在其中添加高效氣體吸附劑以保證板內長期高真空度水平，外側為起密封、保護及支持作用的複合鋁膜，實際生產中添加氣體吸附劑後的芯材經預壓縮並外敷複合鋁膜後經抽真空至10Pa 數量級（如真空度為4~5 Pa)）密封而成。從傳熱角度分析，該材料具有較理想的絕熱物理特徵。依據傳熱學理論，物質與周圍介質間單位面積的傳熱量由傳導、對流、 輻射三部分構成，總傳熱量為傳導、對流、輻射傳熱量之和。為獲得優良的絕熱性能， 在一定的工作温度和使用要求下，應設法降低材料的導熱係數、對流換熱係數和等效發射率。而真空絕熱板正是依據這一思路設計的: 超細芯材自身的導熱係數就很低，再經高度真空並添加氣體吸附劑後其大量孔隙內基本無殘留空氣的對流效應影響，傳熱僅通過超細纖維間的輻射和點接觸傳導進行，這使其表觀導熱係數較同一材質空氣中數據（如超細玻璃棉）低一個數量級以上，外敷的複合鋁膜因具有低等效發射率可進一步減少輻射熱損失。