保溫材料又可稱為隔熱材料(Thermal Insulation Materials),是一種應用於隔熱技術的基本材料,其主要是降低在高溫下之熱傳導效果,盡可能的抑制熱的移動為目的所用的材料。一般而言,保溫材料 常見運用於工業製程加熱系統中,如:鋼鐵業、水泥業、石化業、陶瓷業及焚化爐等做為高溫爐之爐體保溫,可以有效利用能源、減少熱損失、提高機組整體熱效 率。

能源消耗與保溫材料的關係

依據經濟部能源局的統計資料顯示,截至2009年12月底,國內主要耗能部門包含:工業部門、商業部門、運輸部門、農業部門、住宅部門與其他部門 等,其中又以工業部門每年能源消耗為最多(52.5%),即占整體耗能部門的二分之一以上,依序為運輸(13.2%)次之、住宅(11.6%)、服務業 (11.5%)、能源部門(7.2%)、非能源消費(3.1%)等。

一般而言,化石能源主要用戶端為蒸汽動力機組,亦是為能源消耗最大部門,通常為達高能源使用效率,多半涉及到爐體設計、改善煤炭品質及進行燃燒調整 (Tuning)等方式來達成目標,而以上方式皆是以改善燃燒狀況為主,但是,根據美國能源局(DOE)能源技術資料指出,一般高溫工業加熱爐總輸入熱量 中,大約有10∼25%藉由熱傳機制造成熱損失(Heat Loss),對於能源損耗亦將是關鍵因素之一,因此,如何有效減少工業爐或鍋爐爐體熱損失,即成為降低能源消耗非常重要的課題。
此外,美國能源局也依據幾項重要製程加熱技術項目與發展邏輯,訂定出短期(2001至2004年)、中期(至2010年)、長期(至2020年)的目標,其中有關保溫材料技術發展,將是以中、長期目標為主,其規劃如下:

一、 中期:改良保溫材料密閉性能與基礎設計、發展低密度與低滲透性之保溫材料。
二、 長期:改良保溫材料冷卻技術。
由此可見,國外針對製程加熱系統中,保溫材料技術在未來展望與前瞻目標,均持有相當正面且積極的作法。其中,國外發展保溫材料主要的性能指標,分別為能源效率與材料成本兩項,依據性能指標進行材料技術開發。
保 溫材料常見應用於工業加熱爐體或煙道的隔熱及斷熱,對於防止散熱、節能及作業安全非常重要,保溫材料此項產品雖不如高科技電子產品具龐大的市場,然而每年 仍有固定的需求,用於新加熱設備或舊有設備之更新汰換。此外,早期最常應用於工業鍋爐之保溫為石綿保溫材,但是石綿無法於長時間下連續承受高溫度,並且此 種材質有致癌的健康顧慮,而現有保溫效果最好之進口陶瓷纖維(Ceramic Fiber)棉毯類的熱傳導係數仍嫌過高,約為國外目前正在研發之先進保溫材料的2倍以上。最常見之節能保溫材料主要包括:岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑 料、水泥聚苯板、矽酸鹽複合絕熱砂漿等。

選擇上的五個基本考量

一、低熱傳導係數 - 保溫材料之熱傳導係數愈小,保溫效果愈佳。一般來說,在工程上熱傳導係數低於0.175W╱m-K的材料稱為保溫材料。

二、低熱膨脹係數 - 由於材料因為溫度梯度,所發生之膨脹與收縮現象,其材料兩點間之距離變化,稱之為線膨脹係數,因此,當保溫材料之熱膨脹係數越小時,代表材料受熱變化小。

三、防水性 - 由於保溫材料會因外來水分或吸收濕氣後,水分容易滯留於材料孔隙之內,造成材料熱傳導係數上升,而使得保溫效果降低。因此,保溫材料若能在表面噴塗一層防水塗料,不但確保保溫效果,並兼具有防水之功能,不僅可增加材料之耐久性,亦可增加防水效果。

四、高熱容量 - 低熱容量之材料,當受到熱量時,溫度會急速上升,若熱源停止供熱時,則溫度急速下降,其溫度變化較為劇烈。反之高熱容量之材料,溫度上升緩慢,亦即溫度改變量較小。因此,保溫材料之應用以高熱容量者愈佳。

五、材質輕 - 保溫材料內部構造具有許多孔隙,故重量較輕;孔隙最好是密閉性,因為半連續性孔隙會導致吸水作用,造成保溫性質下降。

▓撰文:張育誠、陳遠達、吳國光、焦鴻文能 源 報 導

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