真空絕熱板熱橋效應(yīng)數(shù)值分析及優(yōu)化
真空絕熱板隔氣結(jié)構(gòu)引起邊緣熱流損失，尤其是當(dāng)其中含有金屬層時(shí)，所造成的熱橋效應(yīng)會(huì)使真空絕熱板整體導(dǎo)熱系數(shù)提高，嚴(yán)重影響其絕熱性能。文章建立邊界熱流傳遞數(shù)學(xué)模型，并基于邊界條件下分析與計(jì)算，結(jié)果表明，影響真空絕熱板熱橋效應(yīng)的主要因素包括板材厚度、芯層導(dǎo)熱系數(shù)、隔氣結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)及厚度等,并揭示其影響規(guī)律�；诜治龅幕A(chǔ)上提出了減小熱橋效應(yīng)的優(yōu)化措施，對(duì)真空絕熱板的生產(chǎn)及推廣應(yīng)用具有參考價(jià)值。
真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel, VIP)是一種高效絕熱材料，目前廣泛應(yīng)用與冷凍冷藏，交通運(yùn)輸，醫(yī)藥保溫，航空航天及建筑等領(lǐng)域，它是基于真空隔熱機(jī)理，由芯層納米級(jí)微孔介質(zhì)材料和低氣體滲透率的隔氣結(jié)構(gòu)真空防護(hù)膜組成的熱屏障。微孔介質(zhì)中的真空可以有效地降低VIP 的導(dǎo)熱系數(shù)，20 mm 厚的VIP 其導(dǎo)熱系數(shù)可低達(dá)0.004 W/ (m·K), 其熱阻值相當(dāng)于120mm~185 mm 厚的PU 發(fā)泡材料的熱阻值。為了
盡可能長(zhǎng)久的維持VIP 板內(nèi)的真空度，要求其隔氣結(jié)構(gòu)具有較高的滲氣率(一般用VIP 的冷藏設(shè)備使用壽命不低于25 年，建筑用VIP 不低于50年)，在23℃，相對(duì)濕度為50%的工況下，其滲氧率不高于0.0005 cm- 3/(m2·day),在38℃，相對(duì)濕度為100%的測(cè)試工況下，其水蒸氣滲透率不高于0.01 g/(m2·day) 。
為了達(dá)到這一要求，隔氣結(jié)構(gòu)一般由金屬或者含有金屬層的多層聚酯基薄膜組成。隔氣結(jié)構(gòu)將新層材料全面的包裹后抽真空封裝，則易于在四周邊緣處產(chǎn)生熱橋效應(yīng)，即形成熱橋。VIP 的熱橋效應(yīng)是無(wú)法避免的。因隔氣結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境形成的熱流通道使部分熱量通過(guò)隔氣結(jié)構(gòu)直接由熱端傳向冷端，造成熱量流失，導(dǎo)致VIP 整體導(dǎo)熱系數(shù)增加，使其絕熱性能下降。對(duì)于含有金屬層或金屬基隔氣結(jié)構(gòu)，其整體導(dǎo)熱系數(shù)與中心導(dǎo)熱系數(shù)相比，會(huì)增長(zhǎng)64%，甚至380%，這會(huì)大大影響VIP 的整體絕熱效果。
目前國(guó)內(nèi)外VIP 生產(chǎn)廠家及研究機(jī)構(gòu)對(duì)VIP 導(dǎo)熱系數(shù)的研究多是針對(duì)VIP 中心區(qū)域?qū)嵯禂?shù)的，而極少有人將VIP 作為一個(gè)整體來(lái)研究其導(dǎo)熱系數(shù)。因?yàn)闊針蛐?yīng)的影響，VIP 整體導(dǎo)熱系數(shù)將遠(yuǎn)大于其中心區(qū)域的導(dǎo)熱系數(shù)。Glicksman,L.R.于1991 年首先從數(shù)學(xué)意義上研究了VIP 熱橋效應(yīng)的問(wèn)題，而后大部分學(xué)者的研究主要集中在芯層材料、隔氣結(jié)構(gòu)及真空度等因素對(duì)中心導(dǎo)熱系數(shù)的影響及中心導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試方法上，其目的主要是研究VIP 組件對(duì)其隔熱性能的影響。近期，Thomas I Thorsell, 和M. Tenpierik 等人研究了用于建筑系統(tǒng)的VIP 的熱橋效應(yīng)及減少VIP 熱流損失的方法，對(duì)于VIP 熱橋效應(yīng)的認(rèn)識(shí)及其重要性才得到廣泛的關(guān)注。
本文對(duì)VIP 的熱橋效應(yīng)及影響因素建立了數(shù)值模型并加以分析，提出相應(yīng)的降低熱橋影響的措施，對(duì)VIP 的生產(chǎn)及應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
1、VIP 的熱橋形成機(jī)理
http://genius-power.com/application/else/042931.html
2、熱橋數(shù)學(xué)模型及分析
3、分析及計(jì)算結(jié)果
http://genius-power.com/application/else/042932.html
3.1、VIP 厚度對(duì)熱橋效應(yīng)的影響
http://genius-power.com/application/else/042933.html
3.2、VIP 芯材導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)熱橋效應(yīng)的影響
http://genius-power.com/application/else/042934.html
3.3、隔氣結(jié)構(gòu)厚度對(duì)熱橋效應(yīng)的影響
3.4、隔氣結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)熱橋效應(yīng)的影響
http://genius-power.com/application/else/042935.html
4、減小熱橋效應(yīng)的措施
http://genius-power.com/application/else/042936.html
5、結(jié)論
通過(guò)數(shù)學(xué)建模及計(jì)算分析表明，影響VIP 邊緣熱橋效應(yīng)的主要因素包括芯材的厚度、導(dǎo)熱系數(shù)及隔氣結(jié)構(gòu)的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)等。生產(chǎn)工藝、安裝技術(shù)及使用環(huán)境對(duì)VIP 的邊緣熱流損失也存在一定的影響。在實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用的過(guò)程中，可以從原料及工藝角度入手，有針對(duì)性的減少這些參數(shù)的影響。目前產(chǎn)品制造工藝存在很大的改進(jìn)空間，可以采用Serpentine 封邊技術(shù)或者采用非側(cè)面封邊工藝等技術(shù)，減少邊緣熱流損失。施工安裝時(shí)也盡量避免對(duì)縫空間過(guò)大，并加以隔熱處理，進(jìn)而改善產(chǎn)品性能，更好的發(fā)揮VIP 絕熱優(yōu)勢(shì)。VIP 封裝的工藝性研究將會(huì)是VIP 性能的研究的一個(gè)重點(diǎn)。
