Úvod
Vakuové izolační panely (VIP) jsou vysoce výkonné izolační materiály používané v různých aplikacích. Vyznačují se vlastnostmi vynikající izolace i při minimální tloušťce materiálu, což z nich činí ideální řešení pro prostory s omezeným prostorem. NETZSCH nabízí HFM 706 LambdaLarge (viz obr. 1), měřicí systém pro stanovení tepelné vodivosti VIP materiálů.
Tato aplikační poznámka se zabývá strukturou a použitím VIP materiálů, problémy spojenými s měřením a výsledky získanými pomocí přístroje HFM 706 LambdaLarge na referenčních a VIP vzorcích.
Struktura a způsob fungování vakuové izolacePanely
VIP se skládá z několika klíčových komponentů, které společně zaručují jeho vynikající izolační vlastnosti. Vynikající izolační vlastnosti VIP jsou založeny na kombinaci vakua a specifického materiálu jádra. Materiál jádra tvoří nosnou strukturu VIP a obvykle se skládá z porézních materiálů odolných vůči tlaku, jako je například kouřový oxid křemičitý, skleněná vlákna nebo PU pěna. Tento materiál snižuje vedení tepla uvnitř panelu. Materiál jádra je uzavřen ve vzduchotěsném obalu ve vakuu. Odstranění molekul vzduchu prakticky eliminuje přenos tepla konvekcí.
Vakuové utěsnění zajišťuje vícevrstvá bariérová fólie, která se obvykle skládá z kovových a polymerních vrstev. Tato fólie chrání vakuum a zabraňuje vniknutí vzduchu nebo vlhkosti. Bariérová fólie také odráží infračervené záření, čímž omezuje přenos tepla sáláním. Díky dalším ochranným vrstvám z plastu nebo hliníku jsou VIP odolné proti mechanickému poškození. Díky těmto vlastnostem mají VIP až desetkrát vyšší izolační účinnost než běžné izolační materiály stejné tloušťky.
Použití VIP
VIP se používají v mnoha průmyslových odvětvích, kde je vyžadována vysoce účinná izolace ve stísněných prostorech. Používají se ve stěnách, střechách a podlahách, zejména v pasivních domech nebo při renovacích, aby se dosáhlo vysokých izolačních hodnot bez nutnosti použití silných materiálů.
V chladničkách a mrazničkách VIP pomáhají snižovat spotřebu energie a zvyšovat skladovací kapacitu. Používají se k izolaci nádob a obalů, v nichž se přepravuje zboží citlivé na teplotu, jako jsou léky a potraviny. Díky své vysoké účinnosti a nízké hmotnosti se VIP používají také v letecké technice.
VIP se používají v elektrických vozidlech ke zlepšení tepelné stability baterií a ke zlepšení regulace vnitřního klimatu.
Měření tepelné vodivosti materiálů VIP
Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost (hodnota λ) materiálu je rozhodujícím faktorem při hodnocení jeho tepelných vlastností. Vzhledem k jedinečné struktuře a principu fungování VIP však tradiční metody měření často nejsou přímo použitelné. Proto se pro měření tepelné vodivosti VIP stala zavedenou metodou technologie měřiče tepelného toku (HFM).
Výzvy při měření
Časem může bariérový film propouštět plyn, což by oslabilo vakuum a zvýšilo tepelnou vodivost. Proto je třeba provádět dlouhodobá měření. Výsledky měření tepelné vodivosti však nemusí být reprodukovatelné.
Tepelné vlastnosti okrajů VIP se mohou lišit od vlastností hlavního povrchu, což ovlivňuje přesnost měření. I sebemenší nepravidelnost materiálu jádra nebo bariérové vrstvy může měření zkreslit.
Vzhledem ke svým zvláštním izolačním vlastnostem se VIP nacházejí v dolní části mimo detekční limit mnoha měřicích systémů. To klade zvláštní nároky na citlivost a stabilitu systému.
Vzorky VIP obvykle nelze řezat tak, aby se vešly do měřicího zařízení. Proto je nutné mít možnost provádět měření na původním vzorku.
HFM 706 LambdaLarge
Tato nová elektronika a firmware, která již byla zavedena v přístroji Eco-Line, nabízí při měření VIP materiálů významné výhody z hlediska rychlosti a přesnosti měření. Do modelu HFM 706 LambdaLarge byly také přidány výklopné zadní dveře. Testy byly provedeny na referenčních a VIP vzorcích.
S otevřenými zadními dvířky je nyní možné zkoumat nejen stárnutí, ale také vliv ztrát na hranách a nehomogenit u vzorků, které nejsou čtvercové, zejména u vzorků VIP. Za tímto účelem lze během měření ponechat přední a/nebo zadní dvířka otevřená. Srovnávací měření na referenčních vzorcích ukázala, že v rozsahu kolem pokojové teploty nedochází k žádným dodatečným chybám měření v důsledku otevřených dvířek.
Obrázky 2 a 3 ukazují odchylky od literárních hodnot pro měření na referenčním vzorku NIST SRM 1450d se zavřenými nebo otevřenými předními dvířky (referenční měření se zavřenými dvířky v každém případě). V obou případech je maximální odchylka od literární hodnoty v rozmezí 10 °C až 60 °C menší než 1 %.
Při otevřených předních i zadních dveřích je odchylka rovněž menší než 1 % (viz obrázek 3).
Vliv otevřených dveří na nejistotu měření byl rovněž testován na "dlouhých" vzorcích EPS různých tlouštěk o délce 1200 mm a šířce 600 mm. Jelikož se jedná o homogenní referenční vzorky, naměřená hodnota by měla být nezávislá na poloze měření podél podélné osy vzorku.
Obrázek 4 ukazuje odchylky od referenční hodnoty mezi 10 °C a 30 °C pro vzorky EPS o tloušťce 40 mm. Odchylky jsou menší než 2 %, přičemž v přední části vzorku jsou pozorovány mírně vyšší hodnoty. Obrázek 4 navíc ukazuje odchylky pro EPS o tloušťce 30 mm ve třech různých polohách při 10 °C. Opět jsou patrné mírně vyšší odchylky v přední a zadní poloze měření ve srovnání se středem vzorku, přičemž odchylka činí přibližně 0,5 %. Pro přední a zadní polohu byla stanovena odchylka přibližně 0,8 %.
S přístrojem HFM 706 LambdaLarge lze také snadno provádět měření na VIP. Předpokladem pro dosažení vysoké přesnosti a opakovatelnosti měření jsou stabilní měřicí signály, citlivá senzorová technika a signály s nízkým šumem. Obrázek 5 ukazuje výsledky měření extra dlouhého vzorku VIP.
Při zvýšení průměrné teploty vzorku VIP z 10 °C na 40 °C se jeho Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost zvýší přibližně o 12 %, z 0,00457 W/(m-K) na 0,00514 W/(m-K). V důsledku toho se izolační účinek VIP zhorší až o 12 %, pokud se vnější teplota fasády budovy zvýší například z méně než 10 °C na více než 30 °C. Tato informace je důležitá pro výrobce a uživatele VIP a má význam při vývoji výrobků a kontrole kvality.
Obrázek 5 navíc dokládá vynikající opakovatelnost měření a vysoké rozlišení výsledků. Při každé teplotě byla provedena tři jednotlivá měření a maximální odchylka mezi jednotlivými hodnotami byla menší než 1 %. Hodnoty se liší pouze na pátém desetinném místě (0,00471, 0,00472 a
0.00474 W/(m-K) při 20 °C) a je také jasně patrný očekávaný exponenciální trend tepelné vodivosti s teplotou. To dokazuje vysoké rozlišení přístroje HFM 706 LambdaLarge a vynikající opakovatelnost měření VIP. I ty nejmenší změny ve VIP, například v důsledku strukturálních změn způsobených stárnutím nebo ztrátou vakua mikrotrhlinami v bariérové fólii, lze kdykoli rychle a spolehlivě zjistit.
Souhrn
Vakuové izolační panely jsou špičkovou technologií pro aplikace vyžadující vysokou izolační účinnost. Navzdory problémům s náklady a trvanlivostí nabízejí VIP významné výhody z hlediska energetické účinnosti a úspory místa. S rozvojem technologií a rostoucí poptávkou se očekává, že VIP budou hrát stále důležitější roli v různých průmyslových oblastech. NETZSCH nabízí HFM 706 LambdaLarge , spolehlivý systém pro měření tepelné vodivosti VIP materiálů. Účinná opatření v technologii a konstrukci přístroje překonávají problémy, které při měření představují vlastnosti vzorku.