CN104048837B - 一种真空绝热板(zkb)使用寿命的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法，包括以下步骤，测真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始，测试高阻隔膜两侧的气压差Δp_检测、单位面积、单位时间内高阻隔膜的气体透过量φ_检测，测试真空绝热板(ZKB)真空绝热功能部分的体积v，保温建材的面积S，将上述测得的数据代入如下计算公式， 得到该保温建材的使用寿命，本发明公开的预测方法可以快速准确地预测保温建材的使用寿命，用于评价其耐久性。

Description

一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法

技术领域

本发明涉及新兴的真空绝热板(ZKB)领域，特别涉及一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法。

背景技术

传统的建筑用保温材料，因其保温效果差、防火性差及选用芯材破坏生态环境等弊端而逐渐淡出建筑保温建材市场。近几年，一种新兴的运用真空绝热原理制成的建筑用保温建材以其优良的保温效果、较小的安装体积及环境友好性而越来越多的被市场所认可。

真空绝热板(ZKB)运用真空绝热原理将厚度相对较薄、自身导热系数极低的芯材烘干后用高阻隔膜封装并在高真空度下脱气、热封焊接，从而使芯材置于高阻隔膜所形成高真空腔室中，而高阻隔膜袋自身又粘结一层防火材料以达到阻燃效果，最终制成集绝热性、高阻燃性、防火性于一体的新型保温建材。

真空绝热板(ZKB)的使用寿命，若通过实测的方法需要经年累月的测试周期，从时间上来讲，这种测定方法并不可行，如何判定不同真空绝热板(ZKB)的使用寿命，都成为生产厂家亟待解决的问题。另外，预测保温建材的使用寿命需要测得保温建材高阻隔膜袋内的初始真空度，现有技术条件下初始真空度不容易测得，若通过对已成型的真空绝热建材的破坏性试验，并进行计算间接得到的高阻隔膜袋内初始压强数据存在较大的系统误差。

因此，设计一套有效的初始真空度检测设备及检测流程，力求以较小的经济代价，便捷而又精确地测得保温建材高阻隔膜袋内的初始真空度，并通过测得的初始真空度数据推导出精确描述保温建材高阻隔膜袋内压强数值随时间变化的函数关系，从而计算出对于真空绝热板(ZKB)在不同使用环境、使用要求下的预期使用寿命是本发明专利所要解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种预测真空绝热板(ZKB)的使用寿命的方法，同时提供了一种初始真空度的检测方法，可以快速准确地预测保温建材的使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法，包括以下步骤：

(1)测真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始；

(2)测试高阻隔膜两侧的气压差Δp_检测；

(3)测试单位面积、单位时间内高阻隔膜的气体透过量φ_检测；

(4)测试真空绝热板(ZKB)真空绝热功能部分的体积v，保温建材的面积S；

(5)将上述测得的数据代入如下计算公式，得到该保温建材的使用寿命，其中，R为热力学常数，T为温度，p_临界为真空绝热板(ZKB)寿命终了时高阻隔膜袋内的临界压强值。

优选的，真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始的检测方法包括以下步骤：

(1)预先将真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋的三边进行热封焊接(预留未进行热封焊接的一端)，并将其放于检测设备的真空仓内，封闭真空仓；

(2)通过真空泵将真空仓内的气体逐步排除，待最终LED显示屏上显示的压强稳定在极小值时，通过电子逻辑部件控制真空仓内的热封刀对真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋的未封口端进行热封焊接；

(3)记录热封焊接时LED显示屏上所显示的压强值，真空绝热板(ZKB)的初始真空度即为热封刀动作的瞬间LED显示屏上的压强值p_初始。

通过上述技术方案，本发明提供的使用寿命预测方法，可以以较小的经济代价、便捷而又精确地预测真空绝热板(ZKB)的使用寿命，推导出精确描述保温建材高阻隔膜袋内压强数值随时间变化的函数关系，从而计算出真空绝热板(ZKB)在不同使用环境、使用要求下的预期使用寿命，用于评价真空绝热板的耐久性，保证建筑的保温功效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的用于检测真空绝热板(ZKB)初始真空度的检测设备；

图2为本发明实施例所公开的装入芯材后未封口的高阻隔膜袋的示意图；

图3为本发明实施例所公开的高阻隔膜袋内的压强与使用时间之间的函数关系曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种预测真空绝热板(ZKB)的使用寿命的方法，用于评价真空绝热板的耐久性。

一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法，包括以下步骤：

(1)测真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始，装入芯材后未封口的高阻隔膜袋如图2所示，1为芯材，2为高阻隔膜袋；

(2)测试高阻隔膜两侧的气压差Δp_检测；

(3)测试单位面积、单位时间内高阻隔膜的气体透过量φ_检测；

(4)测试真空绝热板(ZKB)真空绝热功能部分的体积v，保温建材的面积S；

(5)将上述测得的数据代入如下计算公式，得到该保温建材的使用寿命，其中，R为热力学常数，T为温度，p_临界为真空绝热板(ZKB)寿命终了时高阻隔膜袋内的临界压强值。

用于检测真空绝热板(ZKB)初始真空度的检测设备如图1所示，包括真空仓3、电子逻辑部件4和LED显示屏5，真空仓3内设有真空感应规管6和热封刀7，真空仓3上连接有真空泵8，真空感应规管6与电子逻辑部件4电连接，电子逻辑部件4与热封刀7以及LED显示屏5电连接。

真空泵8用于将设备的真空仓3内的气体逐步排出，真空感应规管6能够感应到真空仓3内的实时压强，将信号传输至电子逻辑部件4，电子逻辑部件4能够放大真空感应规管6的输出信号，通过运算将真空仓3内压强显示在LED显示屏5上，也可以接受人工按键操作，发送信号给热封刀7，对高阻隔膜袋2进行热封焊接。

真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始的检测方法包括以下步骤：

(1)预先将真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋2的三边进行热封焊接(预留未进行热封焊接的一端)，并将其放于检测设备的真空仓3内，封闭真空仓3；

(2)通过真空泵8将真空仓3内的气体逐步排除，待最终LED显示屏5上显示的压强稳定在极小值时，通过电子逻辑部件4控制真空仓3内的热封刀7对真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋2的未封口端进行热封焊接；

(3)记录热封焊接时LED显示屏5上所显示的压强值，真空绝热板(ZKB)的初始真空度即为热封刀7动作的瞬间LED显示屏5上的压强值p_初始，这是由于真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋2在热封焊接前的抽空过程中始终是暴露在真空仓3中，高阻隔膜袋2内的压强始终与真空仓3内的压强平衡相等。

使用寿命计算公式的具体推导过程如下：

由于高阻隔膜的厚度一定，在两侧恒压差情况下，高阻隔膜单位面积气体透过率为一恒定的常数(可由现有技术精确测得)，考虑到随着使用时间的增加，不断有气体透过高阻隔膜进入袋中，造成其内部的气体浓度逐渐增加，高阻隔膜气体透过率随着膜内外气体压差的减小而不断减小，费克扩散定律刻画了这种层变化关系。

费克扩散定律在上述过程中的具体表达式：

φ＝D·Δp------1式

其中，Δp——高阻隔膜两侧气体压差，单位pa；

φ——环境压差为Δp时，单位面积、单位时间内高阻隔膜气体透过量，单位mol/(m²·24h)；

D——比例常数，若高阻隔膜在实验室测试环境两侧压差恒定为Δp_检测的情况下，单位面积、单位时间内实际气体透过量为φ_检测，则D＝φ_检测/Δp_检测。

高阻隔膜两侧气体浓度差

Δp＝p_大气-p------2式

其中，p_大气——外界大气压强，单位Pa；

p——高阻隔膜袋内的压强，单位Pa。

引入时间维度t，定义板内外气压差ΔP随着时间t的变化函数为：

Δp＝p(t)------3式

则由1、3式得到t时刻单位面积高阻隔膜气体透过率：

φ＝D·p(t)------4式

在t时刻之后，取微小时间元Δt，则在[t，t+Δt]时刻内进入高阻隔膜袋内的气体量可以表示为：

Δn＝S·φ·Δt＝S·D·p(t)·Δt------5式

其中，Δn——在[t，t+Δt]时刻内进入高阻隔膜袋内的气体量，单位mol；

S——高阻隔膜袋的表面积，单位m²。

假设有函数ζ＝ζ(t)满足：

Δp＝p(t)＝ζ’(t)------6式

在[0-t]时间段内进入高阻隔膜袋内的气体量：

n＝S·D·ζ(t)------7式

其中，n——在[0-t]时刻内进入高阻隔膜袋内的气体量，单位mol；

在t时刻高阻隔膜袋内总的气体量

n_t＝n₀+n------8式

联立7、8式，得：

n_t＝n₀+S·D·ζ(t)------9式

其中，n_t——t时刻高阻隔膜袋内部总的气体量，单位为mol；

n₀——初始高阻隔膜袋内的气体量，单位为mol。

在t时刻高阻隔膜袋内的气体满足热力学气体状态方程：

P_t·V＝n_t·R·T------10式

其中，R——热力学常数，值为8.31pa·m³·mol^-1·k^-1；

T——环境温度，单位为k；

v——保温建材真空绝热功能部分的体积，单位为m³。

联立9、10式，可得：

P_t＝R·T·[n₀+S·D·ζ(t)]/v------11式

其中，P_t——t时刻高阻隔膜袋内气体压强，单位为Pa；

对于t＝0时刻，高阻隔膜袋内部气体也满足热力学气体状态方程：

P_初始·v＝n₀·R·T

变形得：

N₀＝(P_初始·v)/(R·T)------12式

联立11、12式得：

P_t＝P_初始+R·T·S·D·ζ(t)/v------13式

又由3式可知，在t时刻，高阻隔膜内外部压差Δp＝p(t)，则t时刻高阻隔膜袋内的压强也可表示为：

P_t＝p_大气-p(t)------14式

13、14式为同一物理量的两种不同表达形式，则两者相等有：

p_大气-p(t)＝P_初始+R·T·S·D·ζ(t)/v------15式

可整理为：

p(t)+(R·T·S·D/v)·ζ(t)＝p_大气-P_初始------16式

将6式代入16式，可将16式进一步变换为：

ζ’+(R·T·S·D/v)·ζ＝p_大气-P_初始------17式

其中，当t＝0时，ζ(t)＝0，

令：常数α＝R·T·S·D/v，β＝p_大气-P_初始

解上面的微分方程：

ζ(t)＝(β/α)-(β/α)·e^-αt------18式

Δp＝p(t)＝ζ’＝β·e^-αt------19式

将α、β还原为原来的常数，并将19式代入2式，可求得P随t变化的表达式为：

P＝P_大气-Δp

＝P_大气-(P_大气-P_初始)·e^{-(R·T·S·D/v)·t}

＝P_大气-(P_大气-P_初始)·e^{-(R·T·S·φ检测/(Δp检测·v))·t}------20式

由20式可最终推导出时间t与高阻隔膜内压强p变化的关系方程：

------21式

一般认为，真空绝热建材寿命终了时高阻隔膜袋内的临界压强值需达到kpa数量级，结合特定客户所定制的建材规格以及建材经常的使用环境温度、前期对建材所选用的高阻隔膜透气性的检测结果及检测环境压差，可根据21式较为科学的预测其使用寿命。

假设客户所定制的真空绝热板(ZKB)规格、高阻隔膜透气率、经常使用环境温度以及寿命终了临界压强等数据如表1：

表1真空绝热板(ZKB)数据参数

P大气＝101325pa	φ检测＝2.041×10-7mol·m-2·24h-1	建材保温部厚＝0.015m
			p初始＝0.02pa	建材长度a＝0.6m	环境温度＝298k
Δp检测＝100000pa	建材宽度b＝0.4m	建材体积＝0.0036m3
			P临界＝1000pa	热力学常数＝8.31pa·m3·mol-1·k-1	建材面积＝0.51m2

将上表中数据代入公式中可以计算得出该保温建材使用寿命：

根据表1中数据以及20、21式还可以得到高阻隔膜袋内压强与使用时间之间的详细对照关系(见表2)与直观函数图象(见图3)。

表2高阻隔膜袋内压强与使用时间之间的对照关系

本发明提供的检测设备可以测得真空绝热建材初始真空度，根据测出的初始真空度推导出精确描述保温建材高阻隔膜袋内压强数值随时间变化的函数关系，从而计算出真空绝热板(ZKB)在不同使用环境、使用要求下的预期使用寿命，预测方法简便，有效地解决了真空绝热板(ZKB)初始真空度检测困难、使用寿命实测周期长、难于评价的困难。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种真空绝热板(ZKB)使用寿命的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)测真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始；

(2)测试高阻隔膜两侧的气压差Δp_检测；

(3)测试单位面积、单位时间内高阻隔膜的气体透过量φ_检测；

(4)测试真空绝热板(ZKB)真空绝热功能部分的体积v，保温建材的面积S；

(5)将上述测得的数据代入如下计算公式，

得到该保温建材的使用寿命，其中，R为热力学常数，T为温度，p_临界为真空绝热板(ZKB)寿命终了时高阻隔膜袋内的临界压强值；

并且，真空绝热板(ZKB)的初始真空度p_初始的检测方法包括以下步骤：

(1)预先将真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋的三边进行热封焊接，预留未进行热封焊接的一端，并将其放于检测设备的真空仓内，封闭真空仓；

(2)通过真空泵将真空仓内的气体逐步排除，待最终LED显示屏上显示的压强稳定在极小值时，通过电子逻辑部件控制真空仓内的热封刀对真空绝热板(ZKB)高阻隔膜袋的未封口端进行热封焊接；

(3)记录热封焊接时LED显示屏上所显示的压强值，真空绝热板(ZKB)的初始真空度即为热封刀动作的瞬间LED显示屏上的压强值p_初始。