CN101788443A - 真空绝热板的使用寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空绝热板的使用寿命预测方法，可以解决现有技术存在的无法预测其使用寿命导致无法评价真空绝热板耐久性的问题。技术方案是首先检测其真空度P₀，通过公式P₀＝〔P₂(V+V₁)T₁/T₂-P₁V₁〕/V得真空度，然后将所得P₀代入公式t＝(P-P₀)V/(RT·S·Φ)可得真空绝热板的使用寿命。本发明能够检测出真空绝热板板内的真空度，预测其使用寿命，用于评价真空绝热板的耐久性，保证节能建筑的节能功效。

Description

真空绝热板的使用寿命预测方法

技术领域

本发明属于建筑保温材料领域，具体地说，涉及一种真空绝热板的使用寿命预测方法。

背景技术

当今人们对建筑节能高度重视，随之各种节能材料或节能结构层出不穷。真空绝热是一种非常高效的绝热方法，采用抽真空的方法，将存留在绝热空间的气体清除掉，这样使得气体导致的各种传热途径被消除，从而使得真空绝热的绝热效果远优于其他传统的绝热材料。应用此项技术的真空绝热板在建筑保温领域的应用尚属起步阶段，目前世界上只有在欧洲建筑行业才有此类保温材料应用。制造良好的真空板，其导热系数只有0.004W/(m·K)(未考虑热桥效应)，与常用建筑保温材料相比，真空绝热板有着极其优异的保温性能，达到同样的保温效果只需很小的材料厚度。性能如此优良的保温材料，其使用寿命问题也显得尤为重要。真空绝热板使用寿命检测方法现在尚无国家标准，只能由生产企业制定行业标准。

使用寿命是指真空绝热板的导热系数符合超级保温材料定义的时间。由于真空绝热板的性能取决于真空板内部的高真空度，要保证真空绝热板性能的完全发挥，其真空度至少应保证在100Pa以下，一旦真空度衰减或损失，那么真空绝热板的性能将大大受到影响甚至完全失去功效，真空绝热板在服役期间的性能持久与稳定性是特别重要的。因此，预测真空绝热板的使用寿命，对评价真空绝热板的耐久性，保证节能建筑节能功效是非常必要的。

按现有技术，只要测定真空绝热板内的真空度和阻气薄膜平均透气率就能预测出真空绝热板的使用寿命。要保证真空绝热板有较长的使用寿命，关键的是控制阻气膜的透气率尽可能低和真空绝热板内初始真空度尽可能大，是保证绝热板寿命的两个关键因素。

真空绝热板的真空度测量并不容易。由于真空绝热板厚度极薄，阻隔材料袋又不能开孔，普通的测量方法根本不能使用。国际上现有的有效测量真空绝热板真空度的方法是采用一种微型嵌入式电容压力传感器，用于真空绝热板板内部的真空度测量。在每一块真空绝热板内埋入一个电容压力传感器，利用无线电传输检测真空绝热板内真空度，作为产品出厂时检验使用，从而保证隔热板产品的质量。但是此种技术也有一定的局限性，当真空绝热板阻气薄膜有一定厚度的铝箔时(为保证绝热板低的透气率，铝箔是必不可少的)，铝箔将屏蔽传感信号，从而使此种方法无法施行。

如何解决上述技术问题则是本发明所面临的课题。

发明内容

本发明提供了一种真空绝热板的使用寿命预测方法，可以解决现有技术存在的无法预测其使用寿命导致无法评价真空绝热板耐久性的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种真空绝热板的使用寿命预测方法，首先是检测其真空度，然后计算其使用寿命，包括如下步骤：

a)将待测真空绝热板置于真空腔室中；

b)封闭真空腔室，并对该真空腔室进行抽真空，记录下该真空腔室内部的真空压力与温度，作为第一组数据；

c)破坏真空腔室中的真空绝热板，以让其内部残留气体充满真空腔室，再次记录下该真空腔室内的真空压力与温度，作为第二组数据；

d)利用上述的第一组数据与第二组数据，计算出该真空绝热板内的真空度P₀＝〔P₂(V+V₁)T₁/T₂-P₁V₁〕/V，其中真空腔室内的真空压力与温度的第一组数据为P₁、T₁，真空腔室内气体分子数为n₁；第二组数据为P₂、T₂、n₂；真空绝热板内的气压为P₀、温度为T₁，真空绝热板内气体分子数为n₀；检测装置的真空腔室容积为V₁，真空绝热板内部真空腔容积为V；

e)根据检测得到的真空度，代入公式t＝(P-P₀)V/(RT·S·Φ)可得真空绝热板的使用寿命，其中，P为真空绝热板寿命终了时板内的压强；Φ为阻气薄膜的透气率；S为真空绝热板的表面积；T-温度。

本方法的理论基础基于热力学中的理想气体状态方程式：PV＝nRT

则P₀V＝n₀RT₁        (a)

P₁V₁＝n₁RT₁         (b)

P₂V₂＝n₂RT₂         (c)

而n₂＝n₀+n₁         (d)

V₂＝V+V₁            (e)

将(d)、(e)式代入(c)式可得

P₀＝〔P₂(V+V₁)T₁/T₂-P₁V₁〕/V，   (4)

然后根据检测得到的真空度P₀，代入下述的推导公式(3)，可以计算出使用寿命。

本发明预测方法是基于破坏性检测的原理，将真空绝热板置于一高真空的环境，记下初始温度与真空压力，再通过破坏手段将绝热板破坏，使其内部的气体释于真空环境下，此时该环境的温度、真空压力即有所改变，再次记录下此时的温度与真空压力，通过两次的数据计算出真空绝热板的真空度。

基于上述预测方法所采用的一种真空绝热板的真空度检测设备，包括：

机台，机台上部铰接有盖体，所述盖体面向机台腔室一侧设有破坏装置；

位于机台腔室内部的真空腔室，包括底板，底板上部设有测试槽，测试槽内设有承载待测真空绝热板的升降座和位于升降座下部的气囊，所述底板下部设有检测装置，所述检测装置包括真空计和温度传感器；

抽真空管路，包括两条管路，第一管路连通所述真空腔室和抽真空装置，第二管路连通所述气囊和抽真空装置。

在本发明的技术方案中，还具有以下技术特征：所述破坏装置上设有用于破坏待测真空绝热板的锥体。

进一步地，所述底板上对应所述检测装置和管路处设有通孔。

进一步地，所述第一、第二管路上分别设有两个电磁开关。

进一步地，所述盖体和机台接触处设有密封条，密封条的设置使得真空腔室内部高度密封。

进一步地，所述盖体和机台铰接处设有铰接轴，便于盖体掀起或者封合。

真空绝热板的导热系数会随时间的增长而变大，这是由于：一、芯材中的残留气体缓慢的释放；二、外部气体通过阻气薄膜缓慢渗透到真空绝热板的内部。由以上原因造成真空度降低，从而导致导热系数增大。因此只要已知真空绝热板的真空度、阻气薄膜的透气率、真空绝热板的表面积及其内部真空腔的容积，就可以计算出在理想状态下真空绝热板的使用寿命。具体推算过程如下：

阻气薄膜的透气率Φ是指在单位时间内单位面积薄膜透过的分子数，即    Φ＝(n-n₀)/(S·t)        (1)

由(1)式可得真空绝热板的使用寿命

t＝(n-n₀)/(S·Φ)               (2)

将理想气体方程PV＝nRT，代入(2)中，可得

t＝(P-P₀)V/(RT·S·Φ)          (3)

将实际测得数据代入(3)就可以计算出理想状态下真空绝热板的使用寿命，从而预测真空绝热板的实际使用寿命。

其中：n₀-真空绝热板封口时板内的空气分子数(单位：mol)；

n-真空绝热板寿命终了时板内的空气分子数(单位：mol)；

P₀-真空绝热板封口时板内的压强(单位：Pa)；

P-真空绝热板寿命终了时板内的压强(单位：Pa)；

Φ-阻气薄膜的透气率(单位：mol/(m²·24h))；

V-真空绝热板内部真空腔容积(单位：L)；

S-真空绝热板的表面积；

T-温度(单位：K)。

只要测定真空绝热板内的真空度和阻气薄膜的透气率就能预测出真空绝热板的使用寿命。关键的是控制阻气膜的透气率尽可能低和真空绝热板内初始真空度尽可能大，是保证绝热板寿命的两个关键因素。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明的真空绝热板的使用寿命预测方法，采用真空度检测设备，能够检测出真空绝热板的初始真空度，然后预测其使用寿命，用于评价真空绝热板的耐久性，保证节能建筑的节能功效。

附图说明

图1本发明的真空度检测设备的立体结构示意图；

图2本发明的真空度检测设备的剖视图(盖体掀起状态)；

图3本发明的真空度检测设备的剖视图(盖体封合状态)；

图4本发明的真空度检测设备利用破坏装置的锥体破坏真空绝热板时的主要结构剖视图；

图5本发明的真空度检测设备利用破坏装置的锥体破坏真空绝热板后将气囊内气体抽出后的主要结构剖视图。

图中的符号及其说明：

10、机台；11、盖体；12、破坏装置；13、锥体；14、密封条；15、铰接轴；

20、真空腔室；21、底板；211、通孔；22、测试槽；23、升降座；24、气囊；25、真空计；26、温度传感器；

30、抽真空管路；31、第一管路；311、第一电磁开关；312、第二电磁开关；32、第二管路；321、第三电磁开关；322、第四电磁开关；

40、待测真空绝热板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明基于以下原理：真空度是决定真空绝热板高热阻性能关键因素。因此只要针对真空绝热板的真空度进行检测，即可计算真空绝热板的使用年限，即使用寿命。具体如下详述：

如图1和图2所示，一种真空绝热板的真空度检测设备，包括机台10，机台10上部铰接有盖体11，所述盖体11面向机台腔室一侧设有破坏装置12，破坏装置12上设有用于破坏待测真空绝热板40的锥体13。所述盖体11和机台10接触处设有密封条14。为便于打开盖体11，所述盖体11和机台10铰接处设有铰接轴15。

机台10腔室内部设有真空腔室20，包括底板21，底板21上部设有测试槽22，测试槽22内设有承载待测真空绝热板40的升降座23和位于升降座23下部的气囊24，所述底板21下部设有检测装置，所述检测装置包括真空计25和温度传感器26；

所述真空腔室20和气囊24通过抽真空管路30连通外接的抽真空装置(图中未示出)，所述抽真空管路30包括两条管路，第一管路31连通所述真空腔室20和抽真空装置，第二管路32连通所述气囊24和抽真空装置。所述底板21上对应所述真空计25、温度传感器26、第一管路31和第二管路32处均设有通孔211，通孔211作用是控制真空腔室20内的真空度，或者用于安置真空计25和温度传感器26。

为了控制好抽真空装置对真空腔室20和气囊24抽真空，所述第一管路31上设有第一电磁开关311、第二电磁开关312；第二管路32上设有第三电磁开关321、第四电磁开关322。

利用上述设备，可以测得真空绝热板内的真空度。

真空绝热板的真空度检测设备的具体工作原理与工作流程。

1、首先打开盖体11，将待测真空绝热板40放在真空腔室20内的测试槽22的升降座23上，合上盖体11；

2、开动抽真空装置，打开第一电磁开关311与第三电磁开关321(此时第二、四电磁开关312、322均处于关闭状态)，对真空腔室20与气囊24进行抽真空，同时由真空计25监控其内的真空度，当真空度达到所需要的值时，关闭第一电磁开关311与第三电磁开关321，停止对抽真空管路30进行抽真空，记录下此时的真空腔室的真空度P₁和温度T₁值作为第一组数据，此时的状态如图3所示；

3、打开第四电磁开关322，让气囊24充满大气，从而带动生降座23上升最终达到如图4所示的状态，锥体13刺穿待测真空绝热板40，此时关闭第四电磁开关322，打开第三电磁开关321，开动抽真空装置，观察真空计25的示数，当示数保持30s不变时，关闭第三电磁开关321，同时停止抽真空，此时真空腔室20内的状态如图5所示，记录下此时的真空腔室的真空度P₂和温度T₂，作为第二组数据。

一块60cm×40cm×1.0cm真空绝热板，其内部真空腔容积V为2.4L，表面积为0.5m²，已知薄膜的透气率Φ＝2.655×10^-4mol/(m²·24h)，通常情况下，真空绝热板寿命终了时板内的压强达到kPa数量级时，基本上失去功效，其绝热效果已经不能满足要求，这里假设真空绝热板寿命终了时板内的压强P为1×10³Pa，T为标准状态的温度298K。

按照上述操作步骤测得第一组数据与第二组数据如下表，并计算得真空绝热板的真空压力(即真空度)为2.3×10^-2Pa。

利用上述测得的真空度P₀，就可以根据下面的推算方法，预测这块真空绝热板的使用寿命t。

将P₀＝2.3×10^-2Pa，代入前面的方程(3)可得

t＝((P-P₀)V/(RT·S·Φ)

＝((1×10³P a-2.3×10^-2Pa)2.4L/(8.31kPa·L·mol-1·K-1×298K×0.5m²×2.655×10^-4mol/(m²·24h))

≈7300(24h)

＝20y

由以上计算可预测，在理想状态下这块真空绝热板大约可以用20年。

可见，采用本发明的检测设备，可以检测出真空绝热板内部的真空度，再根据阻气薄膜的透气率的定义推导的公式，可以得出理想状态下的使用寿命，从而预测一块真空绝热板的实际使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种真空绝热板的使用寿命预测方法，其特征在于包括如下步骤：

a)将待测真空绝热板置于真空腔室中；

b)封闭真空腔室，并对该真空腔室进行抽真空，记录下该真空腔室内部的真空压力与温度，作为第一组数据；

c)破坏真空腔室中的真空绝热板，以让其内部残留气体充满真空腔室，再次记录下该真空腔室内的真空压力与温度，作为第二组数据；

d)利用上述的第一组数据与第二组数据，计算出该真空绝热板内的真空度P₀＝〔P₂(V+V₁)T₁/T₂-P₁V₁〕/V，其中检测设备真空腔室内的真空压力与温度的第一组数据为P₁、T₁，检测设备真空腔室内气体分子数为n₁；第二组数据为P₂、T₂、n₂；真空绝热板内的气压为P₀、温度为T₁，真空绝热板内气体分子数为n₀；检测装置的真空腔室容积为V₁，真空绝热板内部真空腔容积为V；

e)根据检测得到的真空绝热板的真空度P₀，代入公式t＝(P-P₀)V/(RT·S·Φ)可得真空绝热板的使用寿命，其中，P为真空绝热板寿命终了时板内的压强；Φ为阻气薄膜的透气率；S为真空绝热板的表面积；T为温度。

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