真空隔热板在冰箱中的应用研究
谢玉兵+方旭红
【摘 要】箱体隔热板的隔热保温性能直接影响到电冰箱的能耗及使用效果，传统的聚氨酯隔热层导热系数已经逼近理论上线，无法满足当前人们对电冰箱的使用及环保需求，因此，采用真空隔板（VIP）构造电冰箱，已经成为当前冰箱制造企业的主要发展方向。论文主要以真空隔热板结构概况为切入点，对真空隔热板在冰箱中的应用进行了分析和研究，旨在为真空隔热板在冰箱制造中的应用提供参考。
【Abstract】The thermal insulation performance of the box insulation board directly affects the energy consumption and the using effect of the refrigerator. The traditional thermal conductivity of the polyurethane insulation layer has been approached on the theoretical line， which can not meet the current demand for refrigerators and environmental protection. Therefore， the use of vacuum partition board （VIP） structure of the refrigerator， has become the main development direction of refrigerator manufacturers. In this paper taking， the vacuum insulation board structure as the starting point， the application of vacuum insulation board in the refrigerator was analyzed and studied， in order to provide referonce to the application of vacuum insulation board in the refrigerator manufacturing.
【关键词】真空隔热板；冰箱；应用
【Keywords】vacuum insulation board； refrigerator； application
【中图分类号】TM925.21 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0141-02
1 引言
真空絕热板（英文全称VacuumInsulationPanel，简称VIP）具备成本低廉、操作简单、隔热保温性优良等特点，因此在冰箱生产中得到了广泛应用，并收获了理想的市场效果[1]。
2 真空隔热板结构概况
真空隔热板主要由高透气性牛皮纸袋、吸附剂、铝膜镀层塑料薄片型容器以及特殊粉末（比如珠光砂）构成，其剖面结构见图1。真空隔热板的外层主要是铝膜镀层的塑料袋，内层则是具备良好透气性的包装袋，包装袋内含有特殊粉末。其中，粉末主要是在袋体中空气被抽出后，在真空状态下发挥绝热作用；而牛皮纸袋中所盛装的粉末必须确保其具备良好透气性，从而在内部粉末所蕴含气体抽出后，粉末不会出现飞散现象；而吸附剂则用于对袋中所包含的剩余空气以及其他类型气体进行吸附，从而确保袋体内部具备良好的真空性能和绝热性能；铝膜镀层的塑料薄片容器则主要包括热固溶层、隔气层以及表层等新型复合材料构成，从而发挥热容封压和反辐射等方面的作用。此外，真空隔热板当中剩余的残留气体压力必须在[1.36，136]Pa的区间范围内，以此确保特殊粉末在内外压力差压缩作用下形成平板层，发挥理想的隔热保温功效。
3 真空隔热板在冰箱中的应用分析
3.1 传热分析
根据实验得出，真空隔热板的导热系数在[0.0047，0.007]W/m°K的区间范围内，其绝热性能是聚氨酯隔热层的3～4倍。这是因为二者具备不同的隔热机理，VIP的传热系数由粉末的辐射、气体、接触热传导以及粉末容积比所决定，所以通过对真空空间进行多孔绝热材料的填充作业能够有效缩短空间间壁之间的距离，缩小真空度，从而使气体分子平均自由程高于粉末间距，以此降低空气热传导作用。同时，由于气体多被粉末平板层分隔在无数的微小空间内，相对而言，VIP内的流传热量较低，在气孔直径低于4mm时，气体对箱体的流传热量可忽略不计。与此同时，间壁空间中的粉末能够有效增强辐射散射及反射作用，从而降低辐射热流，以此提高箱体的保温性能。因此，相较于当前箱体使用的聚氨酯隔热层，VIP具备更加优越的隔热保温功效。
3.2 仿真分析
冰箱的隔热能力和冰箱耗能关系密切，因此，需要对现有冰箱耗能及具体的保温结构进行分析和研究，得出冰箱在隔热保温方面的薄弱事项，并在此基础上实行VIP增设作业，从而在提升箱体保温功效的同时，最大限度地降低制造成本。经过仿真分析后发现，多门冰箱的冷冻室两侧区域的冷量处于最高值，次之为冷冻室的背部及门体区域。由于箱体两侧与外界环境的直接接触面最大，因此箱体漏热主要由两侧区域隔热板引发，这就需要加强箱体两侧隔热板的保温能力，从而提升冰箱整体的保温性能。经过仿真分析发现，对箱体两侧增设1250×450×10mm的VIP能够有效改善冰箱整体热通量，较原来下降5个百分点，从而提高冰箱保温性能。
3.3 实验分析
3.3.1 VIP装配方案
VIP安装具有许多装配方式，针对小尺寸VIP安装，可借助支撑卡使VIP固定在冰箱侧板区域，在对冰箱实施发泡安装后，VIP即处于发泡层中间地带，此种专配方法能够避免VIP遭到外力破坏，从而保障VIP的保温功效。然而此种装配方法仅适用于小尺寸VIP，在应用此法对大尺寸规格的VIP实施支撑作业时，极易发生因发泡不均匀或流动不到位所导致的空泡质量问题。考虑到多门冰箱采用的VIP多为较大的1250×450×10mm规格尺寸，这就需要对VIP实施粘接作业。在具体的装配过程中，首先必须对VIP进行热熔喷胶工作，然后再将其与冰箱侧板进行粘贴，最后实施压合作业。在完成冰箱内胆装配后再实施发泡工序，即可完成箱体制作。
3.3.2 热负荷试验
借助反向热负载操作能够对箱体的保温能力进行检验，从而确保冰箱的保温功效满足预设标准。在进行该项试验时，必须保证恒温条件，然后在箱體内部安置一个可对发热功率进行调节的热源，在接通电源后，通过热源对冰箱发热功率进行调节，从而使箱体内部温度维持在固定温度处，保证冰箱内外形成稳定不变的温差，则箱体内部热源的实时发热功率即为该温差环境下冰箱的热负载功率，之后再对不同内外温差环境下对两种箱体进行比较，即可确定两种箱体保温性能的优劣性。根据本试验方案对箱体实施热负载检测，由结果可知，对于VIP冰箱而言，其冷藏及冷冻箱体的实际保温能力得到了有效提高，具体的试验结果见表1。
4 真空隔热板在冰箱中的应用要点
4.1 应用方式
VIP在冰箱制造中主要有两种应用途径，一种是在不改变箱体内部结构及整体设计的基础上，在箱体及门体区域发挥降耗节能功效；另一种是在确保冰箱能耗恒定不变的前提条件下，对箱体容积实施扩大处理，从而达到降低箱体单位容积耗电量的节能目的。然而从实际操作角度而言，后者需要对箱体的内部管路和内胆进行大规模改造，制造成本较高，因此多采用第一项改造方案。
4.3 应用部位
为了最大限度地发挥VIP隔热效用，并且降低VIP使用尺寸，从而达到缩减成本的目的，就需要对箱体的结构进行分析和研究，然后根据研究结果找出热通量较大的区域。由于在分析过程中发现冷冻室对箱体绝热性能具有较高要求，因此需要在箱体两侧装配VIP。
4.4 注意事项
冰箱的总装及预装过程均需要螺钉进行定位操作，因此在进行VIP的装配作业时，必须避开螺钉，并且保证螺钉不会对VIP造成影响，从而避免因真空度遭受破坏影响保温效果[2]。在具体的操作过程中，需要注意以下五点内容：首先，顶盖的装配作业必须绕开VIP位置，方能实施打孔操作；然后，将温控器和感温头处的固定螺钉修改为短款，避免对VIP真空层造成破坏；最后，若对冰箱内部管路实施改造作业，则需增加VIP覆盖率，从而降低能耗。
5 总结
综上所述，本文主要通过真空隔热板结构概况、真空隔热板在冰箱中的应用分析以及应用要点这三方面内容，对真空隔热板在冰箱中的应用进行了具体分析和研究，从而降低冰箱能耗，以此收获理想的市场反馈，促使VIP在冰箱家电领域发挥积极作用。
【参考文献】
【1】吕正光，张贤中，陈士发.真空隔热板在冰箱上的应用研究[J].电器，2013（S1）：21-23.
【2】何万国，何之栩.真空隔热板对冰箱运行特性影响的数值分析[J].流体机械，2012，40（7）：64-66.
【摘 要】箱体隔热板的隔热保温性能直接影响到电冰箱的能耗及使用效果，传统的聚氨酯隔热层导热系数已经逼近理论上线，无法满足当前人们对电冰箱的使用及环保需求，因此，采用真空隔板（VIP）构造电冰箱，已经成为当前冰箱制造企业的主要发展方向。论文主要以真空隔热板结构概况为切入点，对真空隔热板在冰箱中的应用进行了分析和研究，旨在为真空隔热板在冰箱制造中的应用提供参考。
【Abstract】The thermal insulation performance of the box insulation board directly affects the energy consumption and the using effect of the refrigerator. The traditional thermal conductivity of the polyurethane insulation layer has been approached on the theoretical line， which can not meet the current demand for refrigerators and environmental protection. Therefore， the use of vacuum partition board （VIP） structure of the refrigerator， has become the main development direction of refrigerator manufacturers. In this paper taking， the vacuum insulation board structure as the starting point， the application of vacuum insulation board in the refrigerator was analyzed and studied， in order to provide referonce to the application of vacuum insulation board in the refrigerator manufacturing.
【关键词】真空隔热板；冰箱；应用
【Keywords】vacuum insulation board； refrigerator； application
【中图分类号】TM925.21 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0141-02
1 引言
真空絕热板（英文全称VacuumInsulationPanel，简称VIP）具备成本低廉、操作简单、隔热保温性优良等特点，因此在冰箱生产中得到了广泛应用，并收获了理想的市场效果[1]。
2 真空隔热板结构概况
真空隔热板主要由高透气性牛皮纸袋、吸附剂、铝膜镀层塑料薄片型容器以及特殊粉末（比如珠光砂）构成，其剖面结构见图1。真空隔热板的外层主要是铝膜镀层的塑料袋，内层则是具备良好透气性的包装袋，包装袋内含有特殊粉末。其中，粉末主要是在袋体中空气被抽出后，在真空状态下发挥绝热作用；而牛皮纸袋中所盛装的粉末必须确保其具备良好透气性，从而在内部粉末所蕴含气体抽出后，粉末不会出现飞散现象；而吸附剂则用于对袋中所包含的剩余空气以及其他类型气体进行吸附，从而确保袋体内部具备良好的真空性能和绝热性能；铝膜镀层的塑料薄片容器则主要包括热固溶层、隔气层以及表层等新型复合材料构成，从而发挥热容封压和反辐射等方面的作用。此外，真空隔热板当中剩余的残留气体压力必须在[1.36，136]Pa的区间范围内，以此确保特殊粉末在内外压力差压缩作用下形成平板层，发挥理想的隔热保温功效。
3 真空隔热板在冰箱中的应用分析
3.1 传热分析
根据实验得出，真空隔热板的导热系数在[0.0047，0.007]W/m°K的区间范围内，其绝热性能是聚氨酯隔热层的3～4倍。这是因为二者具备不同的隔热机理，VIP的传热系数由粉末的辐射、气体、接触热传导以及粉末容积比所决定，所以通过对真空空间进行多孔绝热材料的填充作业能够有效缩短空间间壁之间的距离，缩小真空度，从而使气体分子平均自由程高于粉末间距，以此降低空气热传导作用。同时，由于气体多被粉末平板层分隔在无数的微小空间内，相对而言，VIP内的流传热量较低，在气孔直径低于4mm时，气体对箱体的流传热量可忽略不计。与此同时，间壁空间中的粉末能够有效增强辐射散射及反射作用，从而降低辐射热流，以此提高箱体的保温性能。因此，相较于当前箱体使用的聚氨酯隔热层，VIP具备更加优越的隔热保温功效。
3.2 仿真分析
冰箱的隔热能力和冰箱耗能关系密切，因此，需要对现有冰箱耗能及具体的保温结构进行分析和研究，得出冰箱在隔热保温方面的薄弱事项，并在此基础上实行VIP增设作业，从而在提升箱体保温功效的同时，最大限度地降低制造成本。经过仿真分析后发现，多门冰箱的冷冻室两侧区域的冷量处于最高值，次之为冷冻室的背部及门体区域。由于箱体两侧与外界环境的直接接触面最大，因此箱体漏热主要由两侧区域隔热板引发，这就需要加强箱体两侧隔热板的保温能力，从而提升冰箱整体的保温性能。经过仿真分析发现，对箱体两侧增设1250×450×10mm的VIP能够有效改善冰箱整体热通量，较原来下降5个百分点，从而提高冰箱保温性能。
3.3 实验分析
3.3.1 VIP装配方案
VIP安装具有许多装配方式，针对小尺寸VIP安装，可借助支撑卡使VIP固定在冰箱侧板区域，在对冰箱实施发泡安装后，VIP即处于发泡层中间地带，此种专配方法能够避免VIP遭到外力破坏，从而保障VIP的保温功效。然而此种装配方法仅适用于小尺寸VIP，在应用此法对大尺寸规格的VIP实施支撑作业时，极易发生因发泡不均匀或流动不到位所导致的空泡质量问题。考虑到多门冰箱采用的VIP多为较大的1250×450×10mm规格尺寸，这就需要对VIP实施粘接作业。在具体的装配过程中，首先必须对VIP进行热熔喷胶工作，然后再将其与冰箱侧板进行粘贴，最后实施压合作业。在完成冰箱内胆装配后再实施发泡工序，即可完成箱体制作。
3.3.2 热负荷试验
借助反向热负载操作能够对箱体的保温能力进行检验，从而确保冰箱的保温功效满足预设标准。在进行该项试验时，必须保证恒温条件，然后在箱體内部安置一个可对发热功率进行调节的热源，在接通电源后，通过热源对冰箱发热功率进行调节，从而使箱体内部温度维持在固定温度处，保证冰箱内外形成稳定不变的温差，则箱体内部热源的实时发热功率即为该温差环境下冰箱的热负载功率，之后再对不同内外温差环境下对两种箱体进行比较，即可确定两种箱体保温性能的优劣性。根据本试验方案对箱体实施热负载检测，由结果可知，对于VIP冰箱而言，其冷藏及冷冻箱体的实际保温能力得到了有效提高，具体的试验结果见表1。
4 真空隔热板在冰箱中的应用要点
4.1 应用方式
VIP在冰箱制造中主要有两种应用途径，一种是在不改变箱体内部结构及整体设计的基础上，在箱体及门体区域发挥降耗节能功效；另一种是在确保冰箱能耗恒定不变的前提条件下，对箱体容积实施扩大处理，从而达到降低箱体单位容积耗电量的节能目的。然而从实际操作角度而言，后者需要对箱体的内部管路和内胆进行大规模改造，制造成本较高，因此多采用第一项改造方案。
4.3 应用部位
为了最大限度地发挥VIP隔热效用，并且降低VIP使用尺寸，从而达到缩减成本的目的，就需要对箱体的结构进行分析和研究，然后根据研究结果找出热通量较大的区域。由于在分析过程中发现冷冻室对箱体绝热性能具有较高要求，因此需要在箱体两侧装配VIP。
4.4 注意事项
冰箱的总装及预装过程均需要螺钉进行定位操作，因此在进行VIP的装配作业时，必须避开螺钉，并且保证螺钉不会对VIP造成影响，从而避免因真空度遭受破坏影响保温效果[2]。在具体的操作过程中，需要注意以下五点内容：首先，顶盖的装配作业必须绕开VIP位置，方能实施打孔操作；然后，将温控器和感温头处的固定螺钉修改为短款，避免对VIP真空层造成破坏；最后，若对冰箱内部管路实施改造作业，则需增加VIP覆盖率，从而降低能耗。
5 总结
综上所述，本文主要通过真空隔热板结构概况、真空隔热板在冰箱中的应用分析以及应用要点这三方面内容，对真空隔热板在冰箱中的应用进行了具体分析和研究，从而降低冰箱能耗，以此收获理想的市场反馈，促使VIP在冰箱家电领域发挥积极作用。
【参考文献】
【1】吕正光，张贤中，陈士发.真空隔热板在冰箱上的应用研究[J].电器，2013（S1）：21-23.
【2】何万国，何之栩.真空隔热板对冰箱运行特性影响的数值分析[J].流体机械，2012，40（7）：64-66.
