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真空絕熱板行業(yè)發(fā)展情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 賽特新材    2023-09-07

真空絕熱板是近年來(lái)興起的一種新型高效節(jié)能環(huán)保絕熱材料，具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)。一方面利用真空絕熱原理，可有效消除對(duì)流效應(yīng)；另一方面，通過(guò)對(duì)芯材的優(yōu)化選擇，將熱傳導(dǎo)控制在合理水平，并能有效減少熱輻射。

由于結(jié)合了真空絕熱、微孔絕熱和多層絕熱三種方法，真空絕熱板能夠達(dá)到較為理想的節(jié)能絕熱效果，可廣泛應(yīng)用于家電、建筑、機(jī)械、石油、電力、冶金、交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)，是各種建筑物、工業(yè)窯爐、鍋爐、熱交換器、蒸餾塔、儲(chǔ)罐、冷庫(kù)、煙道、管道、閥門(mén)、風(fēng)機(jī)、空調(diào)、車(chē)船等保溫、保冷、隔熱、吸聲、消聲的多功能材料，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。

①真空絕熱板的起源及發(fā)展

1882 年，英國(guó)科學(xué)家 James Dewar 將玻璃吹制成一個(gè)特殊的雙層玻璃容器，將兩層玻璃膽壁都鍍上金屬銀，然后抽掉兩層壁間的空氣，形成真空，兩層膽壁上的金屬銀可以防止輻射散熱，真空能防止對(duì)流和傳導(dǎo)散熱，這就是杜瓦瓶，即真空絕熱板技術(shù)雛形的前身。

真空絕熱板的研發(fā)始于 20 世紀(jì) 50 年代，其概念首先由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提出并進(jìn)行設(shè)計(jì)，初期真空絕熱板被成為“真空微粒保溫技術(shù)（VacuumPowder Insulation 簡(jiǎn)稱(chēng) VPI）”，芯材主要是由無(wú)數(shù)超細(xì)微粒構(gòu)成，如珠光粉、粉狀二氧化硅、粉狀碳酸鈣、活性炭等。

由粉狀二氧化硅做芯材制造的絕熱板隔熱性能好、壽命長(zhǎng)，綜合性能較佳，技術(shù)成熟，至今仍在生產(chǎn)和使用，但由于芯材成本過(guò)高，從而限制了其廣泛使用。早期的真空絕熱板使用在航空航天和軍事領(lǐng)域，防止航空器、導(dǎo)彈在驟冷驟熱條件下失控。

20 世紀(jì) 70-80 年代，美國(guó)開(kāi)發(fā)了以開(kāi)孔聚氨酯泡沫、多片玻璃纖維板為芯材的真空絕熱板，此時(shí)真空絕熱板技術(shù)真正轉(zhuǎn)為民用。其中，開(kāi)孔聚氨酯泡沫芯材采用 CFC-11（三氯一氟甲烷）發(fā)泡劑，由于氟里昂化合物對(duì)大氣中臭氧層具有嚴(yán)重破壞作用，因此 CFC-11 發(fā)泡劑被《蒙特利爾議定書(shū)》列入限期禁用的化學(xué)物質(zhì)。環(huán)境保護(hù)的迫切要求推動(dòng)以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)出各種氟里昂替代技術(shù)，并且有力地促進(jìn)了真空絕熱板芯材的研究和開(kāi)發(fā)。

20 世紀(jì) 90 年代以后，很多跨國(guó)公司先后開(kāi)展真空絕熱板的研究，如美國(guó)歐文斯科寧公司、美國(guó)陶氏化學(xué)公司、美國(guó)卡博特公司、日本松下電器等。90 年代末，陶氏化學(xué)公司采用開(kāi)孔聚苯乙烯泡沫作為真空絕熱板芯材（即 PS-VIP），其成本低、生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、排空迅速、易于加工，曾得到應(yīng)用。

但由于泡沫類(lèi)芯材在真空環(huán)境下會(huì)釋放較多氣體，極大地影響了板內(nèi)真空度的保持，導(dǎo)致真空絕熱板使用壽命短，且熱阻性能在很大程度上取決于芯材的開(kāi)孔率及開(kāi)孔技術(shù)，在當(dāng)時(shí)有限的市場(chǎng)需求背景下，以聚氨酯、聚苯乙烯為芯材的真空絕熱板仍沒(méi)有得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

20 世紀(jì)末，隨著能源問(wèn)題的凸顯及環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，在節(jié)能環(huán)保要求的推動(dòng)下，冰箱、冷柜以及墻體保溫等領(lǐng)域?qū)φ婵战^熱板的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，促使企業(yè)加大對(duì)真空絕熱板技術(shù)研發(fā)的力度，使得真空絕熱板關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步成熟，并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。在歐洲和日韓市場(chǎng)，真空絕熱板在冰箱、冷柜等家電領(lǐng)域，自動(dòng)販賣(mài)機(jī)、冷藏集裝箱等冷鏈物流領(lǐng)域，墻體保溫等建筑領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。

②國(guó)內(nèi)真空絕熱板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

國(guó)內(nèi)真空絕熱板產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，目前尚處于逐步趨于成熟和推廣階段。1999 年，蘭州空間技術(shù)物理研究所開(kāi)始研制 PU-VIP；2001 年，蘭州空間技術(shù)物理研究所所屬的合資企業(yè)蘭州華宇航天技術(shù)應(yīng)用有限責(zé)任公司試制了以聚氨酯為芯材原料的真空絕熱板，導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到 6mW/（m·K），但其穩(wěn)定性較差，導(dǎo)熱系數(shù)很快上升。

隨后，上海夏普電器有限公司利用進(jìn)口設(shè)備和原材料試產(chǎn)了部分開(kāi)孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫為芯材的真空絕熱板；海爾則引進(jìn)國(guó)外設(shè)備小批量生產(chǎn)以玻璃纖維為芯材原料的真空絕熱板；公司則通過(guò)自主研發(fā)設(shè)備生產(chǎn)以玻璃纖維為芯材原料的真空絕熱板產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)實(shí)體企業(yè)及各個(gè)科研院所的積極參與推動(dòng)了真空絕熱板產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。

真空絕熱板因生產(chǎn)成本相對(duì)較高，首先在家電領(lǐng)域的能效要求較高、容積率要求較高的冰箱產(chǎn)品中應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中絕大部分的冰箱、冷柜仍以聚氨酯作為主要保溫材料。隨著我國(guó)能源狀況緊張、節(jié)能社會(huì)意識(shí)的形成以及消耗臭氧層物質(zhì)的全面禁用，海外及國(guó)內(nèi)產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)的提高，迫使各大冰箱、冷柜生產(chǎn)廠商在設(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品中采取更加有效的節(jié)能措施和節(jié)能技術(shù)，提高壓縮機(jī)性能和使用新型絕熱材料為最有效的兩種節(jié)能措施。

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，通過(guò)改進(jìn)壓縮機(jī)技術(shù)的手段與使用新型絕熱材料相比，難度更大、成本更高，并且壓縮機(jī)的能效水平已難以大幅提升，真空絕熱板替代傳統(tǒng)絕熱材料成為冰箱行業(yè)現(xiàn)實(shí)可行的主要節(jié)能措施之一。

2014 年 12 月，國(guó)家發(fā)改委等七部委聯(lián)合發(fā)布的《能效“領(lǐng)跑者”制度實(shí)施方案》正式頒布，建立能效“領(lǐng)跑者”制度，以政策激勵(lì)的方式，推動(dòng)終端用能產(chǎn)品制造企業(yè)通過(guò)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)達(dá)到節(jié)能減排的目的。

同時(shí)，由質(zhì)檢總局、國(guó)標(biāo) 委聯(lián)合發(fā)布的冰箱新版能效國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《家用電冰箱耗電量限定值及能源效率等級(jí)》亦于 2016 年 10 月 1 日起正式實(shí)施，新修訂標(biāo)準(zhǔn)要求能效 1 級(jí)產(chǎn)品耗電量比原能效 1 級(jí)產(chǎn)品耗電量下降約 40%。

按照冰箱新能效標(biāo)準(zhǔn)能效 1 級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)占比從原來(lái)的 85%降至 5%左右，能效 2 級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)占比降至 10%—20%。能效標(biāo)準(zhǔn)的提升，給眾多冰箱廠家?guī)?lái)多重壓力，提升冰箱的能效水平成為大趨勢(shì)。在國(guó) 家政策引導(dǎo)和支持下，各大冰箱、冷柜生產(chǎn)企業(yè)更加重視真空絕熱板的應(yīng)用，推 出了更多使用真空絕熱板作為絕熱材料的新型冰箱，市場(chǎng)需求不斷釋放。

2019 年 6 月 13 日，國(guó)家發(fā)改委等七部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《綠色高效制冷行動(dòng)方案》，提出，到 2022 年，家用空調(diào)、多聯(lián)機(jī)等制冷產(chǎn)品的市場(chǎng)能效水平提升 30%以上，綠色高效制冷產(chǎn)品市場(chǎng)占有率提高 20%，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電約 1,000 億千瓦時(shí)。到 2030年，大型公共建筑制冷能效提升 30%，制冷總體能效水平提升 25%以上，綠色高效制冷產(chǎn)品市場(chǎng)占有率提高 40%以上，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電 4,000 億千瓦時(shí)左右。

并開(kāi)展空調(diào)、冰箱等家電產(chǎn)品節(jié)能情況檢查，相關(guān)部門(mén)加大執(zhí)法力度，將進(jìn)一步促進(jìn) 冰箱家電市場(chǎng)淘汰落后能效產(chǎn)品，促進(jìn)真空絕熱板在國(guó)內(nèi)冰箱家電行業(yè)的滲透率 提升。

與普通聚氨酯泡沫絕熱材料相比，真空絕熱板絕熱性能是其 6 倍甚至更高，且真空絕熱板制造不需使用消耗臭氧層的物質(zhì)或者產(chǎn)生溫室氣體物質(zhì)，還可以回收利用，具備綠色環(huán)保屬性。

相反，聚氨酯用到的發(fā)泡劑 HCFCs 是消耗臭氧層物質(zhì)，近年來(lái)作為氟利昂替代品的 HFCs 又被證明會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)效溫室氣體，會(huì)導(dǎo)致全球變暖，熱效是二氧化碳的數(shù)千倍，并被《蒙特利爾協(xié)定書(shū)》基加利修正案列入限制控制使用清單。根據(jù) 2019 年 1 月 1 日正式生效的《蒙特利爾協(xié)定書(shū)》基加利修正案設(shè)定的削減時(shí)間表，包括我國(guó)在內(nèi)的絕大部分發(fā)展中國(guó)家將在 2024 年對(duì)聚氨酯主要發(fā)泡劑 HFCs 生產(chǎn)和消費(fèi)進(jìn)行凍結(jié)，2029 年在基線水平上削減 10%，到 2045 年削減至 80%。

總體來(lái)看，近年來(lái)隨著全球能源危機(jī)及節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)的發(fā)展，對(duì)絕熱材料提 出了更加嚴(yán)格的要求，尤其是建筑墻體保溫、冰箱、冷柜等應(yīng)用領(lǐng)域要求絕熱材 料不僅具有低導(dǎo)熱系數(shù)，還必須具備可回收綠色環(huán)保特性，真空絕熱板作為新型的絕熱材料，性能更優(yōu)、更加輕便、節(jié)約空間并且節(jié)能環(huán)?？苫厥绽茫涫紫葢?yīng)用于能效要求較高、容積率較高及價(jià)格較高的冰箱、冷柜家電領(lǐng)域，未來(lái)隨著節(jié)能環(huán)保政策標(biāo)準(zhǔn)的提升，以及真空絕熱板性?xún)r(jià)比的凸顯，真空絕熱板對(duì)聚氨酯 等傳統(tǒng)絕熱材料的替代效應(yīng)會(huì)更加明顯。

因此，隨著我國(guó)節(jié)能環(huán)保政策的趨嚴(yán)，相關(guān)產(chǎn)品能效標(biāo)準(zhǔn)的提高，真空絕熱板在冰箱、冷柜、熱水器等家電領(lǐng)域，醫(yī)療生物制品及食品生鮮冷鏈物流領(lǐng)域以及墻體保溫等建筑領(lǐng)域迎來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇。