Въведение
Вакуумните изолационни панели (ВИП) са високоефективни изолационни материали, използвани в различни приложения. Те се характеризират със свойствата си на отлична изолация дори при минимална дебелина на материала, което ги прави идеално решение за зони с ограничено пространство. NETZSCH предлага HFM 706 Lambda Large (вж. фигура 1) - измервателна система за определяне на коефициента на топлопроводност на VIP материали.
В тази приложна бележка се разглеждат структурата и приложението на VIP материалите, предизвикателствата, свързани с измерването, и резултатите, получени с помощта на HFM 706 Lambda Large върху референтни и VIP образци.
Структура и начин на работа на вакуумната изолацияПанели
VIP се състои от няколко основни компонента, които заедно гарантират изключителните му изолационни свойства. Отличните изолационни характеристики на ВИП се основават на комбинацията от вакуум и специфичния материал на сърцевината. Материалът на сърцевината формира носещата структура на VIP и обикновено се състои от устойчиви на налягане порести материали, като опушен силициев диоксид, стъклени влакна или полиуретанова пяна. Този материал намалява топлопроводимостта вътре в панела. Материалът на сърцевината се запечатва в херметична обвивка под вакуум. Премахването на въздушните молекули на практика елиминира преноса на топлина чрез конвекция.
Многослойно бариерно фолио, обикновено състоящо се от метални и полимерни слоеве, осигурява вакуумното уплътнение. Това фолио предпазва вакуума и не позволява навлизането на въздух или влага. Бариерното фолио също така отразява инфрачервеното излъчване, като по този начин ограничава преноса на топлина чрез излъчване. Допълнителни защитни слоеве от пластмаса или алуминий правят VIP устойчиви на механични повреди. Благодарение на тези свойства VIP предлагат до десет пъти по-висока изолационна ефективност от конвенционалните изолационни материали със същата дебелина.
Прилагане на VIP
VIP се използват в многобройни индустрии, където се изисква високоефективна изолация в ограничени пространства. Те се използват в стени, покриви и подове, особено в пасивни къщи или проекти за реновиране, за да се постигнат високи стойности на изолация без необходимост от дебели материали.
В хладилниците и фризерите VIP спомагат за намаляване на потреблението на енергия и увеличаване на капацитета за съхранение. Те се използват за изолиране на контейнери и опаковки, в които се транспортират чувствителни към температурата стоки, като лекарства и храни. Благодарение на високата си ефективност и малкото си тегло VIP се използват и в космическата техника.
ВИП се използват в електрическите превозни средства за подобряване на термичната стабилност на батериите и за подобряване на климатичния контрол в салона.
Измерване на топлопроводимостта на VIP материали
Топлопроводимостта (стойност λ) на даден материал е решаващ фактор за оценка на топлинните му характеристики. Въпреки това, поради уникалната структура и принцип на работа на ВИП, традиционните методи за измерване често не са пряко приложими. Поради това технологията на измерване на топлинния поток (HFM) се превърна в утвърден метод за измерване на топлопроводимостта на VIP.
Предизвикателства при измерването
С течение на времето бариерният филм може да позволи преминаването на газ, което би отслабило вакуума и би увеличило топлопроводимостта. Поради това трябва да се провеждат дългосрочни измервания. Резултатите от измерването на топлопроводимостта обаче може да не са възпроизводими.
Топлинните свойства на ръбовете на VIP могат да се различават от тези на основната повърхност, което влияе на точността на измерването. Дори най-малката неравност в материала на сърцевината или бариерния филм може да изкриви измерването.
Поради специалните си изолационни свойства VIP са в долния диапазон извън границата на откриване на много измервателни системи. Това поставя специални изисквания към чувствителността и стабилността на системата.
VIP образците обикновено не могат да бъдат изрязани, за да се поберат в измервателното устройство. Поради това е необходимо да има възможност за извършване на измервания върху оригиналната проба.
HFM 706 Lambda Large
Тази нова електроника и фърмуер, които вече са въведени в Eco-Line, предлагат значителни предимства по отношение на скоростта и точността на измерване при измерване на VIP материали. Към модела HFM 706 Lambda Large е добавена и задна врата с панти. Тестовете бяха проведени върху референтни и VIP образци.
При отворена задна врата вече е възможно да се изследва не само стареенето, но и влиянието на загубите по ръбовете и нееднородностите при неквадратни образци, особено при VIP образците. За тази цел предната и/или задната врата могат да бъдат оставени отворени по време на измерването. Сравнителните измервания на еталонни образци показват, че няма допълнителни грешки при измерването, дължащи се на отворените врати в диапазона около стайна температура.
На фигури 2 и 3 са показани отклоненията от литературните стойности за измервания върху референтен образец NIST SRM 1450d със затворена или отворена предна врата (референтно измерване със затворена врата във всеки случай). И в двата случая максималното отклонение от литературната стойност е по-малко от 1 % между 10 °C и 60 °C.
Когато предната и задната врата са отворени, отклонението също е по-малко от 1% (вж. фигура 3).
Влиянието на отворените врати върху неопределеността на измерването също е тествано с помощта на "дълги" образци от EPS с различни дебелини с дължина 1200 mm и широчина 600 mm. Тъй като това са хомогенни еталонни образци, измерената стойност трябва да е независима от позицията на измерване по надлъжната ос на образеца.
Фигура 4 показва отклоненията от референтната стойност между 10°C и 30°C за образци от EPS с дебелина 40 mm. Отклоненията са по-малко от 2 %, като малко по-високи стойности се наблюдават в предната част на образеца. Освен това на фигура 4 са показани отклоненията за EPS с дебелина 30 mm в три различни позиции при 10°C. Отново се наблюдават малко по-високи отклонения в предните и задните позиции на измерване в сравнение с центъра на образеца, като отклонението е приблизително 0,5 %. За предната и задната позиция е определено отклонение от приблизително 0,8 %.
Измерванията на VIP са лесни и с HFM 706 Lambda Large . Стабилните измервателни сигнали, чувствителната сензорна технология и сигналите с нисък шум са предпоставки за постигане на висока точност и повторяемост на измерванията. На фигура 5 са показани резултатите от измерването на изключително дълъг VIP образец.
Когато средната температура на VIP пробата се повиши от 10°C до 40°C, нейната топлопроводимост се увеличава с около 12%, от 0,00457 W/(m-K) до 0,00514 W/(m-K). Следователно изолационният ефект на VIP се влошава с до 12 %, ако външната температура на фасадата на сградата се повиши от под 10 °C до над 30 °C, например. Тази информация е важна за производителите и потребителите на ВИП и е от значение при разработването на продукти и контрола на качеството.
Фигура 5 допълнително демонстрира отличната повторяемост на измерванията и високата разделителна способност на резултатите. При всяка температура са направени по три отделни измервания, като максималното отклонение между отделните стойности е по-малко от 1%. Стойностите се различават само на петия знак след десетичната запетая (0,00471, 0,00472 и
0.00474 W/(m-K) при 20 °C), като ясно се вижда и очакваната експоненциална тенденция на топлопроводността с температурата. Това демонстрира високата разделителна способност на HFM 706 Lambda Large и отличната повторяемост на VIP измерванията. Дори и най-малките промени във VIP, като например тези, дължащи се на структурни промени, причинени от стареене или загуба на вакуум през микропукнатини в бариерния филм, могат да бъдат открити бързо и надеждно по всяко време.
Резюме
Вакуумните изолационни панели са авангардна технология за приложения, изискващи висока ефективност на изолацията. Въпреки предизвикателствата, свързани с разходите и дълготрайността, VIP панелите предлагат значителни предимства по отношение на енергийната ефективност и спестяването на пространство. С напредването на технологиите и нарастването на търсенето се очаква VIP панелите да играят все по-важна роля в различни индустриални области. NETZSCH предлага HFM 706 Lambda Large , надеждна система за измерване на топлопроводимостта на VIP материали. Ефективните мерки в технологията и конструкцията на уреда преодоляват предизвикателствата, породени от свойствата на пробата по време на измерването.