真空绝热板(Vacuum Insulation Panel, VIP)的热桥形成机理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海海事大学商船学院 作者:阚安康

  真空绝热板(Vacuum Insulation Panel, VIP)是一种高效绝热材料,它是基于真空隔热机理,由芯层纳米级微孔介质材料和低气体渗透率的隔气结构真空防护膜组成的热屏障。,隔气结构一般由金属或者含有金属层的多层聚酯基薄膜组成。隔气结构将新层材料全面的包裹后抽真空封装,则易于在四周边缘处产生热桥效应,即形成热桥。本文就重点讲述了真空绝热板(Vacuum Insulation Panel, VIP)的热桥形成机理。

  一般采用传热系数来表述绝热材料的绝热性能(包含环境因素),对于质地均匀的无限大平板或板状绝热材料,其中心传热系数(W /(m2·K))定义如下:

  式中:δp 表示平板厚度,m; λcop 表示平板中心导热系数,W/ (m·K);α1,α2 分别为平板冷热侧表面的换热系数,W/(m2·K)。

  因常规绝热材料质地均匀,其中心热阻与其整体热阻是一致的,不会因边缘与中心不连续而产生热桥效应。而真空绝热板( VIP) 隔气结构与芯层材料的导热系数并不一致的,其边缘区域与中心区域隔气结构和芯层材料的包裹形式会有所不同,一部分热量会经过边缘区域经隔气结构直接由热端流向冷端,形成热桥,从而导致真空绝热板( VIP) 中心热阻值与整体热阻值并不一致,如图1 所示。

普通均匀绝缘材料与真空绝热板热流对比图

图1 普通均匀绝缘材料与真空绝热板热流对比图

  对于真空绝热板( VIP) ,可以采用方程式(2)来描述其整体传热系数Kvip。

  式中:Cvip 为真空绝热板( VIP) 一侧面的周长,m;Avip 为真空绝热板( VIP)  的一侧面积,m2;ψvip,edge 为边缘线性传热率,W/ (m·K);n为角的个数;xvip,corner 为角的传热系数,W/K。边缘线性传热率与角的传热率的取值视工况而定。大多数情况下,角的热桥效应比边缘的热桥效应小的多,计算时甚至可以忽略,故而方程式(2)中右边第三项可以忽略不计,可将其化简为:

  真空绝热板( VIP) 的边缘线性传热率是表征隔气结构热桥相应的重要参数,可以采用平板热保护法或数值分析的方式加以求取。本文采用数值分析的方式对边缘线性传热率进行阐述和求解。

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  真空绝热板热桥效应数值分析及优化

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