王者之爭!誰才是冰箱絕熱應用中的No.1?

一、前 言

冰箱作為每個家庭的必備品越來越受到人們的關注，用戶對冰箱的性能、外觀等方面的要求也越來越高，尤其是冰箱的絕熱性能，更是大家做出購買選擇前的重要參考因素。

今天，小棉襖就和大家一起聊一聊冰箱絕熱層所用材料的那些事。

冰箱構造圖

二、冰箱用絕熱材料

冰箱工作時是把「熱量」由冰箱裡面搬到外面，因為冰箱內溫度低，熱量會從外面重新進入冰箱內，導致冰箱壓縮機啟動把熱量再次搬到冰箱外，而冰箱絕熱層的主要作用是隔絕熱量，不讓外面的熱量進入冰箱內，使冰箱內的冷氣散失。因此好的絕熱層可以減少冰箱啟動次數，從而達到節電的目的。

最早的冰箱絕熱層主要使用海綿、石棉、玻璃棉，上世紀80年代至今，國內冰箱的保溫材料主要是硬質聚氨酯發泡，但其由於含有氟化物，會破壞臭氧層，存在被限制使用的風險。近年來，歐美等發達國家已經開始使用新型環保產品逐步取代聚氨酯，真空絕熱板、氣凝膠等新型節能環保絕熱材料開始在冰箱應用中嶄露頭角。

冰箱用絕熱材料發展史

1聚氨酯發泡

目前冰箱的保溫材料基本上都是聚氨酯泡沫塑料，導熱係數通常為0.018~0.022W/ (m·K)。傳統家用冰箱為了達到保溫效果，大多採用硬質聚氨酯發泡技術在冰箱的門體和箱體中發泡得到聚氨酯泡沫塑料，主要通過增加門體和箱體壁厚來減少冰箱與外面空氣的導熱。

聚氨酯發泡作為傳統的冰箱絕熱材料，技術成熟，結構單一質地均勻。然而，傳統聚氨酯泡沫塑料大多採用物理髮泡劑進行發泡，如氟氯烴（CFCs）化合物和環戊燒等發泡劑。由於CFCs物質會破壞臭氧層，近幾年將被逐步淘汰，而環戊烷大量揮發後易發生爆炸和發泡技術複雜等缺陷，因此該聚氨酯材料作為冰箱隔熱材料具有不環保、發泡技術較為複雜和成本較高的缺陷。

近年來隨著人們環保意識的增強，綠色環保型聚氨酯泡沫塑料成為各國研究開發的熱點，其中零ODP和可生物降解型聚氨酯泡沫塑料是兩個主要的研究方向。

聚氨酯發泡在冰箱中應用

2真空絕熱板

真空絕熱板是近年出現的一種新型高效絕熱材料，導熱係數在0.005W/（m·K）以下，相較於使用聚氨酯發泡的保溫材料，真空絕熱板優良的隔熱性能有利於節省更多的電量，其厚度較聚氨酯發泡大幅降低，可進一步釋放有效容積20-30%。

表1 真空絕熱板與聚氨酯發泡材料的性能比較

近年來 ，隨著真空絕熱板技術的發展以及冰箱新能效標準的推出，真空絕熱板已被西門子、博世、海爾、惠而浦、三星、松下、東芝、LG、Sharp等冰箱製造公司廣泛使用。目前，真空絕熱板在日本用量較大，大約佔據了日本市場的70%，歐洲次之，美國較少。日本Sharp冰箱大量採用真空絕熱板隔熱，其300L以上的冰箱大部分採用真空絕熱板隔熱，壁薄、容積率大是Sharp的技術特點之一，冰箱壁厚度僅為2.8cm，只有普通冰箱的一半，不僅降低了冰箱重量，容積也增加了20% 。同時，價格僅增加25%，使這種產品很有市場競爭力。日本三洋、松下均生產真空絕熱板隔熱冰箱，它們使用的特點是在冰箱的頂面、左右側面、冷凍門體上大範圍使用真空絕熱板。

隨著大容積、多門、風冷冰箱的普及，國內冰箱品牌也開始使用真空絕熱板，但是方式各有不同，有些直接在側幫上大面積粘貼真空絕熱板；有些在冷藏膽和冷凍膽背部使用真空絕熱板；有些則僅僅在冷凍室兩側和背部使用，但是在門體上使用的基本上沒有。

真空絕熱板貼合於箱體圖示（側幫兩側、底板、箱體後背）

冰箱用真空絕熱板通常存在如下特點：尺寸較小（相對於建築用真空絕熱板）；與發泡層同時存在；真空絕熱板通常被貼在金屬板側等。有研究指出，真空絕熱板在冰箱上覆蓋率為60%時，能耗降低20%；覆蓋率為50%時，能耗降低12%。

表2 真空絕熱板用量及理論計算能耗提升比例

存在的問題

目前各個冰箱廠家都在探索合理使用真空絕熱板的途徑，通常使用在風冷大容積多門冰箱上，該類冰箱屬於高端冰箱領域，可以消化真空絕熱板高昂的價格。但是在大範圍推廣應用過程中，除去高昂的價格以外，仍存在種種不利因素。

真空絕熱板無論在生產、運輸以及安裝使用過程中都必須極其小心，任何的損傷和缺陷都是板內真空度被破壞的潛在威脅，尤其是對於厚度僅為納米量級的多層金屬複合薄膜阻氣層來說需要更加小心，無論任何微小的損傷，都將造成氣體通過薄膜向板內洩漏，從而縮短其使用壽命。而在冰箱的生產過程中，無論是對真空絕熱板進行安裝、固定，還是對冰箱的發泡、裝運、拼裝，磕碰和劃傷都是不可避免的，這造成真空絕熱板在使用過程中報廢率極高，極大地影響了真空絕熱板地推廣使用。

真空絕熱板的使用壽命很大程度上取決於其使用環境，為提高其性能，真空絕熱板生產廠家會在板內放置乾燥吸氣劑，填充適量的金屬粉末和一定量導熱係數低的氣體。冰箱發泡時溫度升高，意味著真空絕熱板內氣體和水分子運動速率提高，熱脹冷縮造成表面薄膜和封口孔隙增大，會出現氣體滲漏及洩漏現象。冰箱在製冷過程中會凝露結霜，發泡層內會聚集水分子，如果有水分子滲入到真空絕熱板，則會降低其真空度和絕熱效果，同時縮短其使用壽命。所以，就國內冰箱廠家使用真空絕熱板的情況來看，沒有哪個廠家能夠對真空絕熱板冰箱的使用壽命和使用效果提出確切有力的說明。

真空絕熱板在冰箱上的一個設計案例

3氣凝膠

SiO2氣凝膠不會燃燒，不含破壞大氣臭氧層的物質，是一種理想的、隔熱性能最好的固體絕熱材料，其導熱係數僅相當於目前冰箱所用的普通聚氨酯絕熱材料的十二分之一，可以很好地阻絕熱度傳遞，實現節能擴容的效果。不過雖然SiO2氣凝膠是性能最優良的隔熱材料，但是價格昂貴，主要應用於航空航天領域。目前在海爾宇航變頻冰箱中有使用。

不同絕熱材料導熱係數對比圖

真空絕熱板與氣凝膠在冰箱應用中的對比

有研究者通過引入增強增韌相製備出SiO2氣凝膠複合材料應用於冰箱中，其性能表現如下表所示：

表3 複合氣凝膠材料的導熱係數

表4 冰箱保溫板材對比

該研究者認為，通過在純的氣凝膠中添加玻璃纖維和水洗棉製成兩種氣凝膠複合材料，其各種性能都滿足冰箱的使用要求。若分別應用於冰箱的保冷板和冰箱製冷系統的管道保冷，與傳統冰箱保溫板材相比，其節能效果和冰箱空間利用率將會有一定的提高。雖然其導熱係數與真空絕熱板相比還有一定差距，但氣凝膠複合材料的發展潛力是巨大的，隨著技術的改進與成熟，氣凝膠將在冰箱應用中開闢一條新的道路。

大家怎麼看？誰才是你們心目中冰箱用絕熱材料的No.1？歡迎大家留言討論哦~