對真空絕熱板(VIP)熱橋效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析，引入了邊緣線性傳熱率的概念作為衡量熱橋效應(yīng)大小的基準(zhǔn)量，基于穩(wěn)態(tài)傳熱邊界條件建立熱流傳遞模型，對各影響因素進(jìn)行分析和計(jì)算。研究結(jié)果表明，主要影響因素有芯材的導(dǎo)熱系數(shù)及厚度，隔氣結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)及厚度，VIP間填充介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)及厚度，VIP的規(guī)格。其中，邊緣線性傳熱率隨著芯材的導(dǎo)熱系數(shù)及厚度的增加、隔氣結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)及厚度的減小、填充介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)及厚度的較小、VIP規(guī)格的增大呈現(xiàn)減小的趨勢。文章結(jié)合影響因素，提出減小真空絕熱板隔氣薄膜的厚度與導(dǎo)熱系數(shù)，減小芯材與填充介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，適當(dāng)增大VIP的規(guī)格，提高安裝工藝等優(yōu)化措施減小熱橋效應(yīng)。

　　真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel，以下簡稱VIP)作為一種新型高效的保溫材料，至今已有50余年的發(fā)展歷史。實(shí)驗(yàn)測得性能優(yōu)異的VIPs的導(dǎo)熱系數(shù)可低至5mW/(m·K)，是傳統(tǒng)保溫材料的1/6到1/10。隔氣結(jié)構(gòu)是VIPs的重要組成部分，其作用是維持板內(nèi)的真空度。隔氣結(jié)構(gòu)一般由鋁箔或者含有鋁箔的多層聚酯基薄膜組成。但是，鋁箔的導(dǎo)熱系數(shù)極高，約為真空絕熱板芯材的2×10⁴～10⁵ 倍。熱量從熱端向冷端傳遞的過程中，無法避免有一部分熱量經(jīng)過邊緣區(qū)域通過隔氣結(jié)構(gòu)直接由熱端流向冷端，形成熱橋效應(yīng)。

　　國內(nèi)外也開始對熱橋效應(yīng)進(jìn)行研究分析，國外Glicksman L R采用數(shù)學(xué)分析方法對VIPs熱橋效應(yīng)進(jìn)行了理論分析，Hubert Schwab等、MartinTenpierik等對熱橋效應(yīng)建立了邊緣線性傳輸率的計(jì)算模型，計(jì)算模型與數(shù)值模擬的誤差也維持在5%以內(nèi)。國內(nèi)溫永剛等建立了熱橋效應(yīng)擴(kuò)展模型，分析了影響熱橋效應(yīng)的因素，楊春光等采用有限元分析方法，并提出熱橋效應(yīng)的優(yōu)化措施，闞安康等建立熱流傳遞數(shù)學(xué)模型也提出了減小熱橋效應(yīng)的相應(yīng)措施。本文在前人研究的基礎(chǔ)上建立邊緣線性傳輸率的模型并加以分析，提出更加全面的熱橋效應(yīng)優(yōu)化措施，找到優(yōu)化創(chuàng)新點(diǎn)，對VIPs的推廣應(yīng)用具有重大的指導(dǎo)意義。

1、VIP有效傳熱系數(shù)

　　對于安裝應(yīng)用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的VIPs，由于施工安裝產(chǎn)生的邊緣線性傳熱率和角接觸傳熱率，可以采用ψlength和ψpoint來表示，如果在已知ψ 值、當(dāng)面積為A 時VIP的周長l及角的個數(shù)n，VIPs整體的傳熱系數(shù)Ue可用方程(1)來描述

　　有效傳熱系數(shù)Ue代表有熱橋效應(yīng)的情形，中心區(qū)域的傳熱系數(shù)Uu表述無熱橋效應(yīng)的情形，故ψlength是表征隔氣結(jié)構(gòu)熱橋效應(yīng)的重要參數(shù)，可以采用平板熱保護(hù)裝置或數(shù)值分析軟件的實(shí)驗(yàn)步驟精確求解，但會耗費(fèi)大量的時間和實(shí)驗(yàn)成本，故本文采用的是簡化的數(shù)值分析的方式對邊緣線性傳熱率進(jìn)行闡述和求解。

4、減小熱橋效應(yīng)的措施

　　經(jīng)過建模分析可以看出，在VIPs生產(chǎn)工藝過程中可參考以下優(yōu)化措施減小VIPs的熱橋效應(yīng)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為主要體現(xiàn)在選材、加工工藝、安裝技術(shù)、使用場合等方面。

　　(1)盡量選擇厚度薄、導(dǎo)熱系數(shù)小、隔氣性能優(yōu)異的隔氣結(jié)構(gòu)。

　　(2)選擇導(dǎo)熱系數(shù)小、開孔率大的多孔介質(zhì)作為芯材。

　　(3)選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的填充材料，并適當(dāng)增大VIPs板的規(guī)格大小與厚度。

　　(4)優(yōu)化安裝工藝技術(shù)，提高VIPs的抗機(jī)械損傷能力。

　　(5)盡量減少VIPs熱封邊的厚度，并可采用無金屬層的熱封邊界。

　　2004年，Kalebrink　I[19]設(shè)計(jì)了Serpentine封邊技術(shù)以減少熱橋效應(yīng)所形成的熱流損失，該方法主要是在VIP的邊界上打槽，延長熱流的傳輸途徑，降低邊界熱橋效應(yīng)。我們可參考此技術(shù)并進(jìn)行改進(jìn)，采用其他邊界有金屬層，開槽的熱封邊界無金屬層的隔氣結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局，在延長熱流的傳輸途徑的同時進(jìn)一步降低邊界熱橋效應(yīng)(如圖7所示)。

圖7 改進(jìn)的Serpentine封邊設(shè)計(jì)

5、結(jié)論

　　(1)通過數(shù)學(xué)建模并計(jì)算分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，分析得出影響VIPs邊緣熱橋效應(yīng)的主要因素包括芯材的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)，隔氣結(jié)構(gòu)的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)，VIPs的規(guī)格及安裝時板間的氣體間隙等。

　　(2)可通過擇優(yōu)選擇原材料及提高生產(chǎn)工藝水平的措施，提升VIPs的絕熱性能；在Serpentine封邊技術(shù)基礎(chǔ)上采用無金屬層的熱封層較小熱橋效應(yīng)。

　　(3)安裝施工時盡量采用較大規(guī)格的VIPs，并盡量減小縫氣體間隙。

　　(4)此模型研究的是常溫條件下，無法真實(shí)反映VIPs在不同溫度應(yīng)用時的傳熱情況，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。另外，芯材的微觀結(jié)構(gòu)，如孔隙率、纖維夾角等因素對熱橋效應(yīng)的影響需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。