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“真空”节能与“纳米”绝热让明天更加绿色

发布于:2023-05-09

火的出现对人类文明发展起到了极大的促进作用,使用火源可以说是人类用能的一次开创性革命,其实质是人类掌握了热能使用的一种方法。对于古人来说获取能量的方式有限,对于热能的储存方法则更加匮乏。当然,在热力学系统还未建立的时候,古人不知道热传导、热辐射和热对流,凭借对于自然规律的观察人们知道要使物体保持异于环境的温度,最好的做法便是使其与环境相“隔离”。


随着时间推移与科技发展,人类逐渐掌握热力学定律,对物体的认识也从宏观到了微观,发现了分子热运动,了解到热电磁波辐射。对于热能储存的保温快连加速器官方网址这一个环节当有了基础科学做支撑后取得了跨越式发展。


现代科技促使人类用能更加容易,但随着石化能源存量逐渐减少和逐步凸显的环境问题,人们越来越意识到开发可持续的清洁能源与节能将是人类在相当一段时间需要面对的重大课题。


对节能而言,最优的方式当然不是减少能源使用,如何提升能量使用效率才是问题的核心。在实际用能场景中,由于热交换所产生的能量流失从而导致用能效率低下的案例比比皆是。诸如建筑保温快连加速器官方网址性能低下,从而增大制冷、供暖所需要的能量;比如金属冶炼过程中保温性能不足从而需要更多的能量供应;再比如冷冻储藏由于快连加速器官方网址材料差从而加大制冷能量的消耗等等。


幸而在科技发达的今天,从热量传导的科学基础入手,我们找到了目前保温绝热最佳的解决方案。


低温绝热领域


请注意,这里说到的“低温”并不是指零摄氏度以下的温度,而是区别于工业需要几百上千摄氏度的温度。也就是说日常中我们会接触到的从零下几十度到零上百度左右的一个区间。


低温绝热最主要有4种绝热方式:


1、堆积绝热,最传统的一种方式,使用导热系数较小的材料包裹或填充在需要绝热的部分。虽成本较低但效果较差,其绝热效果取决于绝热层厚度。


2、高真空绝热,一般要求在绝热空间保持1.33×10^(-2)Pa以下压强的真空度,这样就可以消除气体的对流传热和绝大部分残余气体导热,从而到达良好的绝热效果。此方式绝热效果较好,但需要长期保持高真空状态,大面积高真空状态制备成本较高。


3、真空与粉末/纤维绝热,该绝热结构是在绝热空间中填充绝热材料(粉末或纤维),再将绝热空间抽到一定的真空度。影响绝热效果的因素有真空度、粉末的粒度、容重、添加剂的种类和数量、界面温度等。真空与粉末/纤维的绝热性能比高真空绝热更好。真空粉末的导热系数大约是普通堆积绝热材料的十分之一。由于绝热效率较高,此方式在低温技术中得到了广泛应用。


4、高真空多层绝热,高真空多层绝热是在真空夹层中装有多层防辐射屏(高反射率金属膜),以此来降低辐射传热的一种绝热形式。此方式绝热性能好,但成本高,并且难以应用于复杂的空间形状。


通过对比不难看出真空与粉末/纤维绝热是目前最佳的解决方案,据此技术所升级研发的真空绝热板正是目前低温领域的最佳保温绝热材料。


真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,VIP)是基于真空绝热技术而兴起的新型超级绝热材料,它结合了真空绝热和微孔绝热两种方法的优势所在,因而在绝热效果的发挥上达到了极致。


VIP由快连加速器官方网址性能良好的多孔类纳米芯材在真空状态下用高阻隔膜封装而成,最大程度上减少了热传导、热对流和热辐射,隔绝了热量的传递,具有高效的保温能力。


真空绝热板芯材采用纳米微孔材料,本身具备极高的保温性。在进行真空封装处理后,整体保温性能更是大幅度提升。其导热系数低至0.005W/(m·K)以下,保温性能相当于岩棉的8倍,发泡聚氨酯的5倍,气凝胶的4倍。


目前真空绝热板已广泛应用于建筑外墙保温、冷链保温、医药疫苗保温、冷冻冷藏设备保温等行业,助力其降低能耗、节能减排。


高温绝热领域


高温环境对保温绝热材料耐受性要求更高,材料封装层在极大的温差变化下往往容易受到破坏,因此高温绝热领域目前更多的是在纳米绝热材料上做文章,而不再采用真空封装。


研究表明要实现高效绝热的目的,一是材料在保持足够的机械强度同时其体积密度足够小;二是将空气的对流尽量减弱;三是通过材料更多的界面增加热传导路径并使热辐射经反射、散射和吸收从而降到最低。


目前所应用的高温纳米绝热材料主要以气相二氧化硅等为主,配以特殊无机黏结剂、遮光剂等,混合耐高温纤维而制成。气相二氧化硅是硅的卤化物,在氢氧火焰中高温水解生成的纳米级白色粉末,它是一种无定形二氧化硅产品,原生粒径在7~40nm之间。其纳米级孔隙网络结构和热障成分不仅杜绝了对流传热,而且极大地降低了材料的导热系数和高温热辐射,使材料在热面温度800摄氏度时的导热系数低至0.03W/(m·K)。


高温纳米微孔绝热材料的保温性能较传统材料有更显著的优势,在达到要求范围内的保温性后,可以大幅降低保温层厚度。此外高温纳米微孔绝热材料可以承受1100摄氏度的高温,具备极强的阻燃性,同时导热系数随温度升高的提升幅度低,收缩率低。


高温纳米微孔绝热材料适用于多种场景的高温绝热,包括多种发电站、水泥厂、玻璃厂、金属冶炼、石油化工、新材料制造等各种需要用到高温窑炉、反应堆或高温环境的领域。


使用高温纳米微孔绝热材料,可以更好地实现保温快连加速器官方网址,减少高温反应的热量损失,节省能源,帮助实现多个重要工业生产领域降本增效、节能减排。


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