真空絕熱板( 英文名Vacuum Insulation Panel)是近年來順應(yīng)建材行業(yè)日益迫切的節(jié)能要求, 利用現(xiàn)代材料制造工藝研發(fā)的新一代高級保溫材料。經(jīng)測試, 在正確的加工及使用條件下, 其表觀導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到10- 3 W/m·℃ 數(shù)量級, 比常規(guī)保溫材料( 如聚苯乙烯硬質(zhì)塑料, 導(dǎo)熱系數(shù)0.031 W/m·℃) 低一個數(shù)量級, 其優(yōu)異的絕熱性能在冷凍、冷藏、低溫家電、建材及尖端科技領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

真空絕熱板構(gòu)造及絕熱原理分析

      實測樣品為388 mm×388 mm×10.5 mm 板狀外形材料, 表觀密度172.7 kg/m3, 工程尺寸及密度會因生產(chǎn)廠家及工程要求而不同, 其結(jié)構(gòu)如圖1。芯材為超細(xì)無機纖維( 具體材質(zhì)根據(jù)廠家而異, 可采用超細(xì)玻璃棉或超細(xì)石棉等材料) ,并在其中添加高效氣體吸附劑以保證板內(nèi)長期高真空度水平, 外側(cè)為起密封、保護及支持作用的復(fù)合鋁膜(膜厚0.18 mm); 實際生產(chǎn)中添加氣體吸附劑后的芯材經(jīng)預(yù)壓縮并外敷復(fù)合鋁膜后經(jīng)抽真空至101 Pa 數(shù)量級( 實測樣品真空度為4~5 Pa) 密封而成。

 圖1 真空絕熱板結(jié)構(gòu)示意圖

      從傳熱角度分析, 該材料具有較理想的絕熱物理特征。依據(jù)傳熱學(xué)理論, 物質(zhì)與周圍介質(zhì)間單位面積的傳熱量由傳導(dǎo), 對流, 輻射三部分構(gòu)成, 其關(guān)系可簡要表示為公式( 1) :

Q=Q傳導(dǎo)+ Q對流+ Q輻射 (1)

      式中: Q 、Q 傳導(dǎo)、Q 對流、Q 輻射分別為單位面積總傳熱量及傳導(dǎo)、對流、輻射傳熱量; λ、δ、Δt、a、Δt' 、εe、T、T 環(huán)境分別為物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度、導(dǎo)熱溫差、對流放熱系數(shù)、對流換熱溫差、等效發(fā)射率、物質(zhì)與環(huán)境的絕對溫度; ∝( λ, 1/δ, Δt) ,∝( a, Δt') ,∝( εe , T 4- T 環(huán)境4) 。

      總傳熱量為傳導(dǎo)、對流、輻射傳熱量之和, 而傳導(dǎo)、對流、輻射傳熱量又分別正相關(guān)于各自括號內(nèi)所示影響因素。

      由公式(1)可知為, 為獲得優(yōu)良的絕熱性能, 在一定的工作溫度和使用要求下, 應(yīng)設(shè)法降低材料的導(dǎo)熱系數(shù), 對流換熱系數(shù)和等效發(fā)射率。而真空絕熱板正是依據(jù)這一思路設(shè)計的: 超細(xì)芯材自身的導(dǎo)熱系數(shù)就很低, 再經(jīng)高度真空并添加氣體吸附劑后其大量孔隙內(nèi)基本無殘留空氣的對流效應(yīng)影響, 傳熱僅通過超細(xì)纖維間的輻射和點接觸傳導(dǎo)進行, 這使其表觀導(dǎo)熱系數(shù)較同一材質(zhì)空氣中數(shù)據(jù)(如超細(xì)玻璃棉, 常壓下λ= 0.037 W /m.℃[1])低一個數(shù)量級以上, 此外, 外敷的復(fù)合鋁膜因具有εe ≤0.1 的低等效發(fā)射率可進一步減少輻射熱損失。