真空絕熱板構造及絕熱原理分析
真空絕熱板( 英文名Vacuum Insulation Panel)是近年來(lái)順應建材行業(yè)日益迫切的節能要求, 利用現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(guān)導熱系數達到10- 3 W/m·℃ 數量級, 比常規保溫材料( 如聚苯乙烯硬質(zhì)塑料, 導熱系數0.031 W/m·℃) 低一個(gè)數量級, 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(zhù)廣泛的應用前景。
真空絕熱板構造及絕熱原理分析
實(shí)測樣品為388 mm×388 mm×10.5 mm 板狀外形材料, 表觀(guān)密度172.7 kg/m3, 工程尺寸及密度會(huì )因生產(chǎn)廠(chǎng)家及工程要求而不同, 其結構如圖1。芯材為超細無(wú)機纖維( 具體材質(zhì)根據廠(chǎng)家而異, 可采用超細玻璃棉或超細石棉等材料) ,并在其中添加高效氣體吸附劑以保證板內長(cháng)期高真空度水平, 外側為起密封、保護及支持作用的復合鋁膜(膜厚0.18 mm); 實(shí)際生產(chǎn)中添加氣體吸附劑后的芯材經(jīng)預壓縮并外敷復合鋁膜后經(jīng)抽真空至101 Pa 數量級( 實(shí)測樣品真空度為4~5 Pa) 密封而成。
圖1 真空絕熱板結構示意圖
從傳熱角度分析, 該材料具有較理想的絕熱物理特征。依據傳熱學(xué)理論, 物質(zhì)與周?chē)橘|(zhì)間單位面積的傳熱量由傳導, 對流, 輻射三部分構成, 其關(guān)系可簡(jiǎn)要表示為公式( 1) :
Q=Q傳導+ Q對流+ Q輻射 (1)
式中: Q 、Q 傳導、Q 對流、Q 輻射分別為單位面積總傳熱量及傳導、對流、輻射傳熱量; λ、δ、Δt、a、Δt' 、εe、T、T 環(huán)境分別為物質(zhì)的導熱系數、厚度、導熱溫差、對流放熱系數、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、對流、輻射傳熱量之和, 而傳導、對流、輻射傳熱量又分別正相關(guān)于各自括號內所示影響因素。
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, 應設法降低材料的導熱系數, 對流換熱系數和等效發(fā)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系數就很低, 再經(jīng)高度真空并添加氣體吸附劑后其大量孔隙內基本無(wú)殘留空氣的對流效應影響, 傳熱僅通過(guò)超細纖維間的輻射和點(diǎn)接觸傳導進(jìn)行, 這使其表觀(guān)導熱系數較同一材質(zhì)空氣中數據(如超細玻璃棉, 常壓下λ= 0.037 W /m.℃[1])低一個(gè)數量級以上, 此外, 外敷的復合鋁膜因具有εe ≤0.1 的低等效發(fā)射率可進(jìn)一步減少輻射熱損失。
