摘要:多孔介质由于其具有比表面积大、热导率低、良好的蓄能性能等特点，在许多工程领域有广泛的应用。本文简要总结和介绍了多孔材料种类、主要性能及在大空间建筑的暖通空调领域的主要的应用，并对其在暖通空调领域应用过程中存在的主要问题进行了分析，以便为其进一步的研究及应用提供参考。
　　关键字：多孔介质 暖通空调 应用
　　 中图分类号：tb494 文献标识码：a
　　前言
　　很多学者都曾对大空间建筑气流组织进行过模拟研究，其处理边界条件的方法不一而足，针对其研究建筑对象不同而不同。近年来随着生活水平的提高，人们对空调要求也日益提高。我国能源利用率一直处于较低水平，而暖通空调领域消耗了我国全部能源的三分之一，暖通空调行业的节能潜力是很大的。在“节能减排”、建设节约型社会的背景之下，利用开发多孔材料为该领域的节能又提供了一条新的方法。
　　多孔介质指多孔固体骨架构成的孔隙空间中充满单相或多相固体的介质，由于其密度小、质量轻、比表面积大、力学性能高、热导率低、吸能性能好等优异的物理和力学性能，已成为有巨大潜力的功能结构材料。多孔介质自身是多种物质状态的集合体，但由于特殊的物理属性和特有的运输方式，使其在不同的应用场合可以发挥全然不同的作用，因此多孔材料在各工程领域中有着广泛的应用。
　　多孔介质的特点及性质
　　直观上来讲多孔介质实际上是指固体物质组成的骨架以及由骨架分隔成大量微小空隙所构成的物质。所以孔隙是物质中存在的空而无物的空间，其中极其微小的可视为“分子间隙”，而其极大者被称作“孔洞”。Www.11665.cOm多孔介质中的孔隙尺寸是介于以上两者之间的。manegold曾设计了一套空隙空间的分级方法，他将孔隙分为空隙、毛细管隙、迫开隙。三种孔隙分别具有以下特点：空隙的内壁对其内部水动力学流动影响不大；毛细管隙的内壁对其内部水动力学流动影响很大但不会影响流体分子结构；迫开隙的内壁会影响流体分子结构。
　　bear,zaslavsky和irmay总结了多孔介质更为普遍的特点：
　　1）多孔介质是多相物质所占据的空间，且多相物质中至少有一相不是固体，固体部分被称作骨架，而多孔介质范围内没有固体的那部分空间称作孔隙空间。
　　2）在多孔介质所占据的空间内固体相应遍及整个多孔介质，孔隙空间应比较狭窄。
　　3）构成多孔介质孔隙空间的某些孔隙应是相互连通的。此类孔隙被称为有效空隙空间，而不连通的孔隙相对于流体可视为骨架。
　　从上述多孔介质的特点中可以得知多孔介质的以下基本性质：
　　1）多孔介质具有孔隙性。多孔介质的孔隙性一般用孔隙率来表示，其定义为多孔介质中的孔隙体积占多孔介质总体积的百分比。孔隙率一般由多孔介质中骨架的粒径分布和孔径分布所决定。
　　2）多孔介质具有可压缩性。多孔介质的可压缩性是指其在受到外力作用时所发生的形态改变。一般用压缩性系数表示，其定义为单位外力引起的多孔介质体积变化与总体积的比值。
　　日常生活中多孔介质的实例显而易见，众多天然材料、人造材料甚至生命体均为多孔材料。根据研究领域不同，多孔材料可分为地质多孔材料，例如土壤、岩石、地下含水层等；人造多孔材料，如服装、陶瓷、高分子聚合材料等；生命体多孔材料，如树木、森林等。
　　多孔介质的研究状况
　　多孔介质孔隙结构千差万别，孔隙尺寸跨度很大，最小的微孔多孔介质其孔隙尺寸为纳米级而大的空隙尺寸可以到米级。多孔介质的性质与其孔隙结构密切相关，包括孔隙分布、孔隙尺寸、孔隙形状和孔隙体积。
　　e.kierlik,m.l.rosinberg和g.tarjus研究了无序多孔材料中流体的压力分布规律，他们应用格林-波戈留波夫方法推导出了在无序多孔介质中流动流体的热力学压力表达式。陈凯华，宋存义等人采用多孔介质模型模拟了气流通过挡风抑尘墙的流动情况。nélio henderson和eline flores研究了多孔介质内的表面流动状况，这种类型的流动常见于应用科学和工程领域，如色谱分析，表面萃取，石油储存柜等。
　　多孔介质在暖通空调领域的应用
　　4.1 泡沫塑料
　　泡沫塑料又称多孔塑料，是一种以塑料为基本组成部分，内含大量气泡孔隙的多孔塑料制品。其特点：相对密度低，是所有多孔材料中密度最小的一类；隔热性能优良；热导率低；隔音效果佳；比强度高等。硬

质泡沫塑料热导率低、强度大。闭孔率高，适合作冰箱、冷库、冷藏集装箱、管道保温等的保温隔热材料。用热导率低于空气的气体（如三氯氟甲烷ccl3f等）取代孔穴中的空气，可提高泡沫塑料的隔热性能。
　　多孔的泡沫塑料介质对浮尘的尺寸选择性取样十分有用。通过浮尘取样的检测对照，证明在不同材料的除尘测试中泡沫塑料具有高的灰尘捕集容量。泡沫塑料不但可以制造生物环境方面的灰尘颗粒尺寸选择器，也可作为某些场合的空气过滤装置，如防尘口罩等。
　　4.2 多孔陶瓷材料的应用
　　多孔陶瓷的发展始于20世纪70年代，主相为气孔，是一种高温特性绿色材料。多孔陶瓷材料有如下特性：①化学稳定性好；②机械强度和刚度高；③耐热性佳。多孔陶瓷的这些优良特性非常适应能源与环保等关系国计民生方面的应用，具有巨大的经济效益和社会效益。
　　多孔材料质隔热材料有效热导率可用下式表示：
　　(1)
　　式中，ke为有效热导率；p为孔隙率；ks为固相热导率；kg为气相热导率；d为孔径；σ为玻尔兹曼常数；t为平均热力学温度。
　　由上式可以看出，由于气体的热导率远小于固体的热导率，所以多孔材料的热导率小于普通材料，具有良好的隔热性能。并且通过上式可以看出，孔隙率p越大，孔隙越小，材料的隔热性能越好。
　　将多孔陶瓷基相变蓄热材料结合进普通建筑材料中，相变蓄热材料具有普通材料无法比拟的热容，普通材料在温度变化1℃时储存同等热量需要190倍于相变蓄热材料的质量。相变材料可提高建筑物的热惰性，使温度变化幅度小，提高舒适度并减少所需空气处理设备的容量，减少空调或空调系统的设计负荷和运行能耗，从而提高设备运行效率并节能。如果将其与适合的通风方式相结合，例如在墙体中设置风道，可达到蓄能的作用。
　　4.3 多孔金属材料
　　多孔金属材料兼具多孔材料的绝大部分优异性能，并克服了多孔陶瓷材料的质脆、不易封装和安装困难及泡沫塑料的高温性能差、强度小、耐蚀性能低等不足，其最佳的综合性能指标，使之成为应用最广泛的多孔材料。
　　换热设备广泛应用于能源、空调、制冷等工业领域，在暖通空调领域，蒸发器、冷凝器、空气预热器等均属于换热器，换热设备的落后是中国能源利用效率低下的重要原因，资料显示，强化传热技术的应用可使设备能耗较常规降低 20％以上。
　　换热器内插入纽带、金属泡沫、螺旋弹簧等多孔介质(孔隙率ε≥95%)可有效的强化传热，尤其对强化气体、低雷诺数流体或高黏度流体的传热更为有效。管内插入扰流装置相对成本低，工艺简单，且取出清洁容易并有效地防止污垢生成，对旧设备的革新挖潜尤为有利，因此得到了工程上的广泛应用。
　　还有其他材料，比如土壤源热泵等，这里就不再一一赘述。
　　结语
　　多孔材料在暖通空调的建筑节能方面有很多应用，但由于不论多孔材料还是暖通空调的新技术都是二十世纪以来才得到广泛地发展，并且它涉及到很多学科的交叉，许多研究目前还处于理论研究和实验阶段，新型材料的研究及它的应用可行性研究到实际的工程应用还有很多工作。
　　参考文献
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