今天將和大家一起探討真空絕熱芯材在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用。

　　真空絕熱芯材(Vacuum insulation panel，簡稱VIP) 是將絕熱芯材裝入隔氣結(jié)構(gòu)中，抽真空后再密封起來形成的板材，是一種全新的超級絕熱材料，由于其內(nèi)部真空的特性，實現(xiàn)了極低的導(dǎo)熱系數(shù)與良好的絕熱效果，且其原材料均為無機，也是一種不燃、安全的絕熱材料。真空絕熱芯材厚度一般在5-40mm之間，導(dǎo)熱系數(shù)在4mW/（m?K）甚至2.5mW/（m?K）以下，比常規(guī)絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的1/10還低，是絕熱材料的一次革命性發(fā)展。

　　真空絕熱芯材（VIP）由多孔芯材、吸氣劑和阻氣膜三部分復(fù)合而成。多孔介質(zhì)是盡可能多地降低真空絕熱芯材的熱傳導(dǎo)。阻氣膜是保證所創(chuàng)造的真空環(huán)境，以大限度地降低由氣體造成的熱傳導(dǎo)和對流換熱。吸氣劑是為了吸收外界滲入真空絕熱芯材內(nèi)部和芯材釋放的氣體和水蒸氣，從而降低對流換熱和氣體導(dǎo)熱，持續(xù)地保持真空絕熱芯材的真空度，來維持相對低的導(dǎo)熱系數(shù)同時可以延長真空絕熱芯材的使用壽命。

　　真空絕熱芯材作為一種高效、環(huán)保的新型絕熱材料，其絕熱性能相當于普通保溫材料的10倍甚至更高，而厚度僅為普通材料的1/7，同時強度高，燃燒性能為A級，吸水率低，是保溫隔熱的理想材料，更是老舊房屋通過改造實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的優(yōu)選材料。

　　優(yōu)點：1.保溫性能好，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.008 W/（m·K）；2.燃燒性能A級；3.吸水率低。

　　缺點：1.成本相對較高；2.定型產(chǎn)品，現(xiàn)場無法切割；3.工序復(fù)雜，工期較長，在處理，安裝和使用過程中容易受損。

　　國內(nèi)建筑用真空絕熱芯材的芯材主要由珍珠巖、微硅粉、礦物棉、玻璃棉等材料組成，不同的材料組合也形成了不同的保溫效果。

　　芯材作為真空絕熱芯材的重要組成部分，一般選用多孔芯材，以大可能地增加真空絕熱芯材的導(dǎo)熱熱阻，其作用可以概括成以下三點：

　　（1）用于支撐真空絕熱芯材的壁面，以避免在抽完真空的狀態(tài)下封閉的阻氣膜收縮，塌癟。

　?。?）控制氣體熱傳導(dǎo)及對流傳熱，芯板可以在某種程度上限制參與在VIP中的一些氣體分子的運動空間，從而阻止氣體對流和氣體熱傳導(dǎo)兩種傳熱方式。

　　（3）紅外遮蔽及散射作用，高真空度條件下，輻射傳熱也是熱量傳遞的主要形式之一，此時VIP芯材需要能夠起到對紅外熱輻射進行吸收、散射的作用。

　　對應(yīng)于VIP芯材的作用，為能滿足真空絕熱芯材芯材的條件，芯材需要滿足以下特定的要求：

　?。?）多孔芯材的孔徑必須足夠小，這樣在相對高的抽氣壓力下就能滿足真空絕熱芯材的真空度，納米多孔芯材在相對高的壓力環(huán)境下就能使得真空絕熱芯材的導(dǎo)熱系數(shù)滿足要求。從圖中我們可以看到在板內(nèi)氣體壓力超過 100Pa時，真空絕熱芯材的導(dǎo)熱系數(shù)會急劇上升。

　　（2）芯材的孔必須是開放的同時能起到好的支撐作用，這樣才能使氣體更容易地抽出來，以盡可能多地降低 VIP 的制作成本。

　　（3）芯材要能有效地阻止紅外輻射，以降低傳熱過程中的輻射傳熱。

　　目前有專家將現(xiàn)在 VIP 芯材分為顆粒型芯材、泡沫型芯材和纖維型芯材。

　　顆粒型芯材真空絕熱芯材耐壓強度高、導(dǎo)熱系數(shù)相對較大，成本高，制作過程難以控制；泡沫型芯材真空絕熱芯材成型工藝簡單，密度低，孔徑小，導(dǎo)熱系數(shù)較低，老化性能差；纖維型芯材真空絕熱芯材導(dǎo)熱系數(shù)低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，一般在常溫下使用。下面就目前市場上常見的芯材做一個介紹。

　　1.氣相二氧化硅

　　氣相二氧化硅為白色微細粉末，無毒，不可燃，可循環(huán)利用，原子粒徑在 7～40nm，不會對環(huán)境造成污染而且氣相二氧化硅芯材本身可作為干燥劑來吸收透過阻氣膜進入VIP中的水蒸氣，所以目前在建筑上應(yīng)用的真空絕熱芯材的芯材大多是氣相二氧化硅。通常氣相二氧化硅的質(zhì)量密度大概是200kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)在20-100mbar的壓力下能達到3-6mW/（m·K）。但作為顆粒型芯材氣相二氧化硅也有其固有的缺點，如制作成本較高，抽氣過程難以控制，對紅外輻射遮蔽作用較差等。

　　2.聚氨酯泡沫

　　聚氨酯（PUR） 泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物。聚氨酯泡有軟泡和硬泡兩種。軟泡為開孔結(jié)構(gòu)，硬泡為閉孔結(jié)構(gòu)。其導(dǎo)熱系數(shù)低，僅0.022～0.033 W/（m.K），而且聚氨酯有很好的機械強度和開孔結(jié)構(gòu)，密度小，質(zhì)量輕等優(yōu)點，所以聚氨酯本身就是一種目前廣泛使用的絕熱材料而且容易抽取真空而作為VIP芯材。開始的真空絕熱芯材的芯材就是聚氨酯泡沫。但是作為泡沫型芯材聚氨酯的孔徑比顆粒型芯材如氣相二氧化硅要大。這就要求當與氣相二氧化硅芯材的VIP達到相同的導(dǎo)熱系數(shù)時，聚氨酯泡沫芯材VIP則要求更高的真空度。而且聚氨酯泡沫芯材的真空絕熱芯材，抽真空壓力必須要保持在1mbar 以下，如果超過這個壓力值，導(dǎo)熱系數(shù)就會急劇上升。這對于現(xiàn)在的阻氣膜達不到這樣的要求，所以，雖然聚氨酯泡沫芯材的VIP的造價不高，但是使用壽命比較短，所以現(xiàn)在不適合在建筑上應(yīng)用。

　　3.玻璃纖維

　　玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，具有耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高等優(yōu)點。但缺點是性脆，耐磨性較差。與上述兩種芯材相比玻璃纖維芯材的真空絕熱芯材導(dǎo)熱系數(shù)低。但是它與聚氨酯泡沫有相同的缺點就是芯材內(nèi)部間隙較大這對抽氣壓力的要求較高，會增加VIP的制作成本。雖然玻璃纖維的造價相對較低，但是填有吸氣劑的玻璃纖維芯材的VIP，其使用壽命大概是15年左右，相對建筑的使用壽命較短，所以以玻璃纖維為芯材的VIP大多應(yīng)用于冰箱，船舶集裝箱等。玻璃纖維的可塑性也比較強，可以制成各種形狀的真空絕熱芯材。異形真空絕熱芯材的研制和發(fā)展極大地擴大了真空絕熱芯材的應(yīng)用領(lǐng)域。