真空隔熱板在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究及進(jìn)展

龔艷霞

（武漢輕工工程技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430073）

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、社會(huì)的不斷進(jìn)步，對(duì)建筑物的能耗、舒適度和美觀的品質(zhì)需求不斷凸顯出來(lái)。特別是進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)建筑得以飛速發(fā)展，整體規(guī)模發(fā)生了翻天覆地的變化，新型施工技術(shù)、節(jié)能技術(shù)以及相關(guān)新材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別是近年來(lái)，我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了很好的促進(jìn)作用，同時(shí)在這段發(fā)展過(guò)程中，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生了較大的污染。隨著新能源、新技術(shù)的不斷的涌現(xiàn)出來(lái)，以及環(huán)保要求的不斷提高，在建筑的建造和使用等各個(gè)周期中的環(huán)境污染問(wèn)題引起廣泛重視，因此新型節(jié)能建筑材料的應(yīng)用也應(yīng)運(yùn)而生。

目前，泡沫塑料、輕質(zhì)纖維材料和復(fù)合型硅酸巖等保溫材料在建筑物保溫中廣泛實(shí)施，在建筑物保溫隔熱方面表現(xiàn)出良好的性能，但是卻有非常明顯的缺點(diǎn)與不足，比如，在泡沫塑料作為建筑工程的保溫隔熱板時(shí)，其很容易被點(diǎn)燃，造成火災(zāi)并且泡沫塑料在受熱以后散發(fā)出來(lái)的氣體也是有一定毒性的。而如果用輕質(zhì)纖維材料做建筑工程的保溫隔熱板則需一些其他的物質(zhì)來(lái)輔助其保溫隔熱，工程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，因此真空隔熱板是目前最為理想的一種保溫隔熱材料。

1 真空隔熱板結(jié)構(gòu)

真空隔熱板主要是由高透氣性材料、鋁膜鍍層塑料薄片型容器、吸附劑以及特殊粉末或礦物纖維構(gòu)成，其剖面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 真空隔熱板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖

真空隔熱板包括外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)，外層主要由鋁膜鍍層的塑料袋組成，而內(nèi)層主要填充礦物纖維、特殊粉末和吸附劑。其中特殊粉末在真空下具有優(yōu)異的隔熱性能，特殊粉末具備良好的透氣性能，同時(shí)保證粉末中的氣體被抽出時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)飛散的現(xiàn)象；吸附劑主要用于對(duì)未抽盡的氣體進(jìn)行吸附，保障內(nèi)層空間的真空度；薄片容器則主要是由熱固溶層、隔氣層以及表層等新型復(fù)合材料組成，產(chǎn)生熱容封壓的效果，同時(shí)具有反輻射作用。

2 真空隔熱板的優(yōu)點(diǎn)

真空隔熱板作為一種新型真空保溫材料，是目前建筑領(lǐng)域應(yīng)用的最先進(jìn)高效保溫材料之一，其優(yōu)點(diǎn)包括：1）真空隔熱板應(yīng)用的是真空隔熱原理，通過(guò)其由填充芯材和真空保護(hù)層復(fù)合而成的特殊結(jié)構(gòu)復(fù)合體，能有效地降低空氣對(duì)流換熱引起的熱量傳遞，制造工藝良好的真空隔熱板，其導(dǎo)熱系數(shù)最低只有2×10W/（mg·K）～4×10W/（mg·K），相對(duì)常用建筑保溫材料具有著優(yōu)異的保溫性能。在建筑工程中，為了達(dá)到相同的保溫效果，真空隔熱板所需厚度明顯小于其他材料，并且由于其杰出的隔熱性能，建筑結(jié)構(gòu)只需要施工較薄的保溫墻體就能有良好的保溫效果，達(dá)到低能耗的標(biāo)準(zhǔn)，既能節(jié)約資源同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性；2）真空隔熱板中不含有任何消耗臭氧層物質(zhì)（ODS材料），不會(huì)破壞臭氧層，具有極高的環(huán)保和節(jié)能特性；3）真空隔熱板的熱震穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫以及耐高壓使其使用壽命長(zhǎng)，在施工后不易脫落，具有良好的安全性能；4）真空隔熱板的保溫材料為無(wú)機(jī)保溫的材料，它可以起到防火的作用，而現(xiàn)在常用的保溫材料均可燃燒，所以真空隔熱板具有良好的安全性能，并且真空隔熱板容易施工，可以大大縮短工期，節(jié)約成本。

3 影響真空隔熱板保溫隔熱效果因素

3.1 填充物的種類、顏色和密度

真空隔熱板的外殼里面的填充物大多是粉末物質(zhì)和礦物纖維等，相對(duì)于不同種類的物質(zhì)，其在結(jié)構(gòu)方面有著很大的差異與不同，它們的功能與性能在很大程度上會(huì)受到結(jié)構(gòu)的影響，市場(chǎng)上常用的填充物有三種，1）氣相二氧化硅，其為白色粉末，無(wú)毒、不可燃、可回收，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，氣相二氧化硅本身可用作干燥劑，氣相二氧化硅的質(zhì)量密度約為200 Kg/m，導(dǎo)熱系數(shù)在20-100mbar壓力下可以達(dá)到3-6W/K；2）聚氨酯泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，通過(guò)高壓噴射工藝將阻燃劑、發(fā)泡劑和催化劑等混合而成，根據(jù)其物理性質(zhì)和開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的不同，主要分為軟泡沫和硬泡沫兩種。聚氨酯泡沫的導(dǎo)熱率很低并且其還有多孔結(jié)構(gòu)、密度低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。起初真空隔熱板的核心填充物材料就是聚氨酯泡沫，但是以聚氨酯泡沫為填充物的真空隔熱板的真空壓力必須保持在1mbar，如果超過(guò)壓力值，導(dǎo)熱系數(shù)就會(huì)顯著上升；3）玻璃纖維是一種綜合性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料。具有耐熱性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，但是以玻璃纖維為填充物的真空隔熱板的使用壽命約為15年左右，材料的使用壽命較短，無(wú)法在建筑中大量運(yùn)用，所以其一般運(yùn)用在冰箱、船用集裝箱等領(lǐng)域。

在向真空隔熱板的外殼填充物質(zhì)時(shí)，不同種類的填充物，對(duì)真空隔熱板的性能存在很大的影響。填充物的顏色對(duì)真空隔熱板也有很大程度上的影響，如眾所周知黑色比白色的導(dǎo)熱效果好，所以在制造真空隔熱板的時(shí)候也要考慮這個(gè)因素。填充物密度大小對(duì)真空隔熱板的性能有很大的影響，比如膨脹珍珠巖，在其密度大的時(shí)候，真空隔熱板的整體隔熱性能顯著降低，在密度比較小時(shí)，既膨脹珍珠巖的顆粒比較大時(shí)，對(duì)導(dǎo)熱性起主要引導(dǎo)作用的就是氣體，這時(shí)真空隔熱板的整體導(dǎo)熱性能會(huì)有所降低。

3.2 含濕量

填充在真空隔熱板的外殼中的填充物的導(dǎo)熱和隔熱效果在很大程度上受到含濕量的影響，一般情況下對(duì)于絕熱物質(zhì)來(lái)說(shuō)，其含濕量越高，導(dǎo)熱性能也就越高，建筑物的隔熱性能越差。所以，為了能夠保障真空隔熱板的正常保溫效果，再向真空隔熱板的外殼填充物質(zhì)的時(shí)候，必須要將填充物烘干，來(lái)保證真空隔熱板中填充物的干燥性，使真空隔熱板不會(huì)因?yàn)樘畛湮锖瑵窳康淖兓鴮?dǎo)致導(dǎo)熱性產(chǎn)生變化，影響到隔熱板的使用效果。

4 真空隔熱板的技術(shù)發(fā)展水平

真空隔熱板技術(shù)起步較晚，目前，世界上真空隔熱板的研究和應(yīng)用仍處于起步階段，并沒(méi)有在建筑工程中大規(guī)模應(yīng)用。目前應(yīng)用真空隔熱板最普遍的國(guó)家是德國(guó)和瑞士，這兩個(gè)國(guó)家已經(jīng)建立了比較完善的真空隔熱板的生產(chǎn)及應(yīng)用體系，在建筑工程中，真空隔熱板已經(jīng)應(yīng)用到了建筑物墻體，屋內(nèi)的地面，墻面還有屋頂?shù)鹊胤?，從目前已?jīng)應(yīng)用真空隔熱板的建筑上看，建筑的節(jié)能效果比較顯著。特別在真空隔熱板建造屋外陽(yáng)臺(tái)時(shí)，由于真空隔熱板良好的保溫隔熱性能，使屋內(nèi)和陽(yáng)臺(tái)的溫差差別不大，給人們的生活提供了很大的便利，顯著提高居住品質(zhì)。真空隔熱板不僅增加了建筑物的美觀性和施工時(shí)的便利性，同時(shí)也能給建筑公司帶來(lái)更多的利潤(rùn)，因此受到了社會(huì)的認(rèn)可。

在我國(guó)，目前從事真空隔熱板的開(kāi)發(fā)、制造和施工的公司相對(duì)少，研究出來(lái)的產(chǎn)品和國(guó)外的產(chǎn)品在質(zhì)量上仍然存在一定的差距，還未形成完善的產(chǎn)業(yè)的體系，也未構(gòu)建相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但由于我國(guó)十分重視低碳環(huán)保，以及我國(guó)的制造優(yōu)勢(shì)，我國(guó)目前生產(chǎn)制造的真空隔熱板比國(guó)外產(chǎn)品具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，所以我國(guó)的真空隔熱板在市場(chǎng)上還有一定的發(fā)展空間。同時(shí)真空具有能耗低、廢棄物少和綠色化等特點(diǎn)，可以推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)話生產(chǎn)，是我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。但是由于其研究仍處于起步階段，各項(xiàng)技術(shù)都不夠完善，要想真空隔熱板在建筑工程上大量運(yùn)用，還需要進(jìn)一步研究和完善其結(jié)構(gòu)與功能。從另一方面講，真空隔熱板這種保溫材料目前對(duì)于大部分的人來(lái)說(shuō)比較陌生，且對(duì)真空隔熱板的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有了解，甚至有很多人都不知道真空隔熱板這種新型材料的存在。雖然真空隔熱板有著傳統(tǒng)建筑材料無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)，但想要在未來(lái)的建筑市場(chǎng)有自己的一席之地，除了需要科研人員不斷對(duì)其的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行研究和完善，還需要加大宣傳力度，提高真空隔熱板在大眾中的知名度，讓大家了解這這款新產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)與好處。隨著節(jié)能環(huán)保概念的提出，社會(huì)宣傳環(huán)保理念的力度不斷提高，推廣使用無(wú)害、無(wú)毒、無(wú)污染的材料，建立節(jié)能環(huán)保型社會(huì)，真空隔熱板在我國(guó)有著良好的發(fā)展前景和趨勢(shì)。

5 真空隔熱板應(yīng)用實(shí)例

某大型建筑物在施工初期計(jì)劃整體應(yīng)用真空隔熱板進(jìn)行外墻保溫，該建筑物包含地下2層，地上7層，包括3層辦公區(qū)和4層居住區(qū)，總建筑面積為1250m，建筑物與外界接觸的主要是外墻及陽(yáng)臺(tái)，因此該部分采用真空隔熱保溫材料，實(shí)現(xiàn)建筑物整體能耗的降低。結(jié)合周圍建筑物的遮陽(yáng)效果，建筑整體完工后，能源消耗約每年每平方米20kW·h，明顯低于建筑物所在當(dāng)?shù)爻鞘械湍芎姆课輼?biāo)準(zhǔn)（30～70）kW/hm/年，顯著降低了該建筑冬季采暖和夏季制冷的費(fèi)用。在這棟超低能耗建筑物的節(jié)能方案中，采用了新型真空隔熱板作為外墻的保溫技術(shù)，減少了建筑物與外部空間的自然熱交換，實(shí)現(xiàn)建筑物整體的高保溫，同時(shí)該類型的真空隔熱板保溫材料在使用過(guò)程比傳統(tǒng)的聚苯板等高效保溫材料厚度降低了50%以上，在保證建筑物美觀的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了建筑物的高保溫。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的不斷提升，對(duì)資源的消耗不斷加劇，國(guó)家不斷出臺(tái)建筑能耗標(biāo)準(zhǔn)，并且我國(guó)公民的環(huán)保意識(shí)也逐漸提升，建筑行業(yè)應(yīng)該面向行業(yè)發(fā)展需求，不斷開(kāi)發(fā)真空隔熱板這類新型節(jié)能環(huán)保材料，構(gòu)建綠色環(huán)保節(jié)能建筑材料開(kāi)發(fā)體系，形成我國(guó)環(huán)保節(jié)能材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，形成綠色節(jié)能環(huán)保材料的規(guī)模化生產(chǎn)及應(yīng)用同時(shí)要注重存量建筑的綠色節(jié)能改造。