真空絕熱板熱工性能的分析介紹真空絕熱板的構造及加工工藝,對其高效絕熱熱工性能開展理論分析及實驗數(shù)據(jù)測試,運用數(shù)理統(tǒng)計及計算機數(shù)值模擬的方法分析其熱工性能隨自身參數(shù)及制造工藝的變化規(guī)律,提出產(chǎn)品生產(chǎn)、施工及使用中應注意的問題和改良的意見。

真空絕熱板(英文名VacuumInsulationPanel)是近年來順應建材行業(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,其表觀導熱系數(shù)到達10-3W/m·℃數(shù)量級,比常規(guī)保溫材料(如聚苯乙烯硬質塑料,導熱系數(shù)0.031W/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、建材及尖端科技領域都有著廣泛的應用前景。

本文通過對這種新型絕熱材料熱工性能的研究展示了該材料的性能參數(shù),并分析了其性能受自身及外界因素影響的規(guī)律,探討了要充分發(fā)揮其優(yōu)異絕熱性能,在生產(chǎn)、施工中應重點考慮的問題,并提出了可行的建議。1、真空絕熱板構造及絕熱原理分析

實測樣品為388mm×388mm×10.5mm板狀外形材料,表觀密度172.7kg/m3,工程尺寸及密度會因生產(chǎn)廠家及工程要求而不同,其構造如圖1。

圖1真空絕熱板構造示意圖

芯材為超細無機纖維(具體材質根據(jù)廠家而異,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0.18mm);實際生產(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101Pa數(shù)量級(實測樣品真空度為4~5Pa)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征。依據(jù)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,其關系可簡要表示為公式(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)境分別為物質的導熱系數(shù)、厚度、導熱溫差、對流放熱系數(shù)、對流換熱溫差、等效發(fā)射率、物質與環(huán)境的絕對溫度;∝(λ,1/δ,Δt),∝(a,Δt'),∝(εe,T4-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(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)這一思路設計的:超細芯材自身的導熱系數(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開展,這使其表觀導熱系數(shù)較同一材質空氣中數(shù)據(jù)(如超細玻璃棉,常壓下λ=0.037W/m.℃)低一個數(shù)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)射率可進一步減少輻射熱損失。2、實驗測試研究2.1、測試內容及目的

根據(jù)GB10294《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關特性的測定防護熱板法》測試樣品在不同工作溫度下并比照非真空條件下的表觀導熱系數(shù),得到導熱系數(shù)-溫度關系數(shù)據(jù),測試試件表面溫度分布數(shù)據(jù),取得影響該材料絕熱性能諸因素的直觀資料并開展綜合分析,取得結論。2.2、測試結果及分析

真空絕熱板表觀導熱系數(shù)隨板內平均溫度變化規(guī)律(比照非真空組)實驗數(shù)據(jù)整理如圖2所示:

圖2真空絕熱板表觀導熱系數(shù)測試數(shù)據(jù)

經(jīng)線性回歸后的λ-t關系式為:

λ=0.0001t+0.0013