مقدمة
ألواح العزل بالتفريغ (VIPs) هي مواد عزل عالية الأداء تستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات. وهي تتميز بخصائص العزل الممتاز حتى مع الحد الأدنى من سماكة المواد، مما يجعلها حلاً مثاليًا للمناطق ذات المساحة المحدودة. NETZSCH يقدم جهاز HFM 706 LambdaLarge (انظر الشكل 1)، وهو نظام قياس لتحديد التوصيل الحراري لمواد العزل الفراغي لكبار الشخصيات.
تناقش هذه المذكرة التطبيقية هيكل وتطبيق المواد ذات التأثيرات المهمة، والتحديات التي ينطوي عليها القياس والنتائج التي تم الحصول عليها باستخدام HFM 706 LambdaLarge على عينات مرجعية وعينات من المواد ذات التأثيرات المهمة.
هيكل وطريقة تشغيل العزل بالتفريغ الهوائيالألواح
يتكون مكبر الصوت VIP من عدة مكونات رئيسية تضمن معًا خصائص العزل المتميزة. ويستند أداء العزل الممتاز لكبار الشخصيات على مزيج من التفريغ والمادة الأساسية المحددة. وتشكل المادة الأساسية الهيكل الداعم لكبار الشخصيات وعادةً ما تتكون من مواد مسامية مقاومة للضغط مثل السيليكا المدخنة أو الألياف الزجاجية أو رغوة البولي يوريثان. تقلل هذه المادة من التوصيل الحراري داخل اللوحة. يتم إغلاق المادة الأساسية في غلاف محكم الإغلاق تحت التفريغ. إزالة جزيئات الهواء تقضي فعليًا على انتقال الحرارة عن طريق الحمل الحراري.
ويضمن غشاء حاجز متعدد الطبقات، يتكون عادةً من طبقات معدنية وبوليمر، إحكام الإغلاق بالتفريغ. يحمي هذا الغشاء الفراغ ويمنع دخول الهواء أو الرطوبة. تعكس الطبقة العازلة أيضًا الأشعة تحت الحمراء، مما يحد من انتقال الحرارة من خلال الإشعاع. الطبقات الواقية الإضافية من البلاستيك أو الألومنيوم تجعل الأغشية العازلة مقاومة للتلف الميكانيكي. وبفضل هذه الخصائص، توفر المواد العازلة لكبار الشخصيات ما يصل إلى عشرة أضعاف كفاءة العزل للمواد العازلة التقليدية بنفس السُمك.
تطبيق كبار الشخصيات المهمة
تُستخدم في العديد من الصناعات التي تتطلب عزلًا عالي الكفاءة في الأماكن الضيقة. تُستخدم في الجدران والأسقف والأرضيات، خاصةً في المنازل الخاملة أو مشاريع التجديد، لتحقيق قيم عزل عالية دون الحاجة إلى مواد سميكة.
وفي الثلاجات والمجمدات، تساعد المواد العازلة في الثلاجات والمجمدات على تقليل استهلاك الطاقة وزيادة سعة التخزين. وتُستخدم لعزل الحاويات والعبوات التي تنقل البضائع الحساسة للحرارة مثل الأدوية والأغذية. ونظرًا لكفاءتها العالية ووزنها المنخفض، تُستخدم أيضًا في تكنولوجيا الطيران.
وتُستخدم في السيارات الكهربائية لتحسين الاستقرار الحراري للبطاريات وتعزيز التحكم في المناخ الداخلي.
قياس الموصلية الحرارية للمواد ذات الأهمية الخاصة
تعتبر الموصلية الحرارية (قيمة λ) للمادة عاملاً حاسمًا في تقييم أدائها الحراري. ومع ذلك، نظرًا للهيكل الفريد ومبدأ التشغيل الفريد من نوعه للموصلية الحرارية المهمة، غالبًا ما تكون طرق القياس التقليدية غير قابلة للتطبيق المباشر. ولذلك، أصبحت تقنية مقياس التدفق الحراري (HFM) هي الطريقة الراسخة لقياس التوصيل الحراري للمواد ذات الأهمية الحيوية.
التحديات في القياس
بمرور الوقت، قد تسمح الطبقة العازلة بمرور الغاز من خلالها، مما يضعف التفريغ ويزيد من التوصيل الحراري. لذلك، يجب إجراء قياسات طويلة الأجل. ومع ذلك، قد لا تكون نتائج قياس الموصلية الحرارية قابلة للتكرار.
قد تختلف الخصائص الحرارية لحواف الشخصية المهمة عن تلك الموجودة في السطح الرئيسي، مما يؤثر على دقة القياس. حتى أدنى عدم انتظام في المادة الأساسية أو الطبقة العازلة يمكن أن يشوه القياس.
ونظرًا لخصائصها العازلة الخاصة، تقع كبار الشخصيات المهمة في النطاق الأدنى خارج حد الكشف للعديد من أنظمة القياس. وهذا يضع متطلبات خاصة على الحساسية واستقرار النظام.
لا يمكن عادةً قطع عينات كبار الشخصيات المهمة لتناسب جهاز القياس. لذلك، من الضروري أن تكون قادرًا على إجراء القياسات على العينة الأصلية.
HFM 706 LambdaLarge
توفر هذه الإلكترونيات والبرامج الثابتة الجديدة، التي تم إدخالها بالفعل في خط Eco-Line، مزايا كبيرة من حيث سرعة القياس والدقة عند قياس المواد ذات الأهمية الخاصة. كما تمت إضافة باب خلفي مفصلي إلى الطراز HFM 706 LambdaLarge . تم إجراء الاختبارات على عينات مرجعية وعينات VIP.
مع فتح الجزء الخلفي، أصبح من الممكن الآن التحقيق ليس فقط في التقادم، ولكن أيضًا في تأثيرات فقدان الحواف وعدم التجانس في العينات غير المربعة، خاصةً مع العينات ذات الأهمية الخاصة. وتحقيقًا لهذه الغاية، يمكن ترك الباب الأمامي و/أو الخلفي مفتوحًا أثناء القياس. أظهرت القياسات المقارنة على العينات المرجعية عدم وجود أخطاء قياس إضافية بسبب الأبواب المفتوحة في النطاق حول درجة حرارة الغرفة.
ويوضح الشكلان 2 و3 الانحرافات عن القيم الأدبية للقياسات على العينة المرجعية NIST SRM 1450d مع إغلاق الباب الأمامي أو فتحه (القياس المرجعي مع إغلاق الباب في كل حالة). في كلتا الحالتين، يكون الحد الأقصى للانحراف عن القيمة الأدبية أقل من 1% بين 10 درجات مئوية و60 درجة مئوية.
عندما يكون كل من البابين الأمامي والخلفي مفتوحين، يكون الانحراف أيضًا أقل من 1% (انظر الشكل 3).
تم أيضًا اختبار تأثير الأبواب المفتوحة على عدم اليقين في القياس باستخدام عينات "طويلة" من البولي إيثيلين البوليسترين "EPS" بسماكات مختلفة بطول 1200 مم وعرض 600 مم. نظرًا لأن هذه عينات مرجعية متجانسة، يجب أن تكون القيمة المقاسة مستقلة عن موضع القياس على طول المحور الطولي للعينة.
ويوضح الشكل 4 الانحرافات عن القيمة المرجعية بين 10 درجات مئوية و30 درجة مئوية لعينات البوليسترين المرن بسُمك 40 مم. تقل الانحرافات عن 2%، مع ملاحظة قيم أعلى قليلاً في المنطقة الأمامية للعينة. بالإضافة إلى ذلك، يوضح الشكل 4 الانحرافات للبوليسترين المرن EPS بسمك 30 مم في ثلاثة مواضع مختلفة عند درجة حرارة 10 درجات مئوية. مرة أخرى، تتضح انحرافات أعلى قليلًا في مواضع القياس الأمامية والخلفية مقارنةً بمركز العينة، مع انحراف بنسبة 0.5% تقريبًا. تم تحديد انحراف بنسبة 0.8% تقريبًا في المواضع الأمامية والخلفية.
كما أن القياسات على كبار الشخصيات المهمة واضحة ومباشرة باستخدام HFM 706 LambdaLarge . تُعد إشارات القياس المستقرة وتقنية المستشعر الحساسة وإشارات الضوضاء المنخفضة من المتطلبات الأساسية لتحقيق دقة قياس عالية وقابلية التكرار. يوضح الشكل 5 نتائج القياس لعينة VIP طويلة جدًا.
عندما يزداد متوسط درجة حرارة عينة من واجهة المبنى من 10 درجات مئوية إلى 40 درجة مئوية، تزداد الموصلية الحرارية بنسبة 12% تقريبًا، من 0.00457 واط/(م-ك) إلى 0.00514 واط/(م-ك). وبالتالي، فإن التأثير العازل لكبار الشخصيات يتدهور بنسبة تصل إلى 12% إذا ارتفعت درجة الحرارة الخارجية لواجهة المبنى من أقل من 10 درجات مئوية إلى أكثر من 30 درجة مئوية، على سبيل المثال. هذه المعلومات مهمة للمصنعين ومستخدمي واجهات المباني ذات التأثير العازل المهم وهي مهمة في تطوير المنتج ومراقبة الجودة.
يوضح الشكل 5 بالإضافة إلى ذلك إمكانية التكرار الممتازة للقياسات والدقة العالية للنتائج. تم أخذ ثلاثة قياسات فردية عند كل درجة حرارة وكان الحد الأقصى للانحراف بين القيم الفردية أقل من 1%. وتختلف القيم في الخانة العشرية الخامسة فقط (0.00471 و0.00472 و
0.00474 واط/(م-ك) عند درجة حرارة 20 درجة مئوية)، كما أن الاتجاه الأسي المتوقع في التوصيل الحراري مع درجة الحرارة واضح أيضًا. ويوضح ذلك الدقة العالية لجهاز HFM 706 LambdaLarge وقابلية التكرار الممتازة لقياسات الموصلية الحرارية الافتراضية. وحتى أقل التغييرات الطفيفة داخل الطبقة العازلة، مثل تلك الناتجة عن التغيرات الهيكلية الناجمة عن التقادم أو فقدان التفريغ من خلال الشقوق الدقيقة في الطبقة العازلة، يمكن اكتشافها بسرعة وبشكل موثوق في أي وقت.
الملخص
ألواح العزل بالتفريغ هي تقنية متطورة للتطبيقات التي تتطلب كفاءة عزل عالية. وعلى الرغم من التحديات المتعلقة بالتكلفة والمتانة، فإن ألواح العزل بالتفريغ توفر مزايا كبيرة من حيث كفاءة الطاقة وتوفير المساحة. ومع تقدم التكنولوجيا وازدياد الطلب، من المتوقع أن تلعب الألواح العازلة ذات التأثيرات الضوئية دورًا متزايد الأهمية في مختلف المجالات الصناعية. NETZSCH يقدم جهاز HFM 706 LambdaLarge ، وهو نظام موثوق به لقياس التوصيل الحراري للمواد العازلة ذات التأثيرات الضوئية. تتغلب التدابير الفعالة في تكنولوجيا وتصميم الجهاز على التحديات التي تفرضها خصائص العينة أثناء القياس.