Introduktion
Vakuumisoleringspaneler (VIP'er) er højtydende isoleringsmaterialer, der bruges til mange forskellige formål. De er kendetegnet ved deres egenskaber med fremragende isolering selv med minimal materialetykkelse, hvilket gør dem til en ideel løsning til områder med begrænset plads. NETZSCH tilbyder HFM 706 LambdaLarge (se figur 1), et målesystem til bestemmelse af VIP-materialers Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne.
Denne applikationsnote diskuterer strukturen og anvendelsen af VIP-materialer, udfordringerne i forbindelse med måling og de resultater, der er opnået med HFM 706 LambdaLarge på reference- og VIP-prøver.
Vakuumisoleringens opbygning og virkemådePaneler
En VIP består af flere nøglekomponenter, der tilsammen garanterer dens fremragende isoleringsevne. VIP'ernes fremragende isoleringsevne er baseret på kombinationen af vakuum og det specifikke kernemateriale. Kernematerialet udgør VIP'ens bærende struktur og består normalt af trykbestandige, porøse materialer som f.eks. pyrogen silica, glasfibre eller PU-skum. Dette materiale reducerer varmeledningen inde i panelet. Kernematerialet er forseglet i en lufttæt konvolut under vakuum. Fjernelse af luftmolekyler eliminerer stort set varmeoverførsel ved konvektion.
En barrierefilm i flere lag, der typisk består af metal- og polymerlag, sikrer vakuumforseglingen. Denne film beskytter vakuummet og forhindrer luft eller fugt i at trænge ind. Barrierefilmen reflekterer også infrarød stråling og begrænser dermed varmeoverførsel gennem stråling. Yderligere beskyttende lag af plast eller aluminium gør VIP'er modstandsdygtige over for mekaniske skader. Takket være disse egenskaber har VIP'er op til ti gange så høj isoleringseffektivitet som konventionelle isoleringsmaterialer af samme tykkelse.
Anvendelse af VIP'er
VIP'er bruges i mange brancher, hvor der er behov for meget effektiv isolering i trange rum. De bruges i vægge, tage og gulve, især i passivhuse eller renoveringsprojekter, for at opnå høje isoleringsværdier uden behov for tykke materialer.
I køleskabe og frysere hjælper VIP'er med at reducere energiforbruget og øge lagerkapaciteten. De bruges til at isolere beholdere og emballage, der transporterer temperaturfølsomme varer som f.eks. medicin og fødevarer. På grund af deres høje effektivitet og lave vægt bruges VIP'er også i rumfartsteknologi.
VIP'er bruges i elektriske køretøjer til at forbedre batteriernes termiske stabilitet og forbedre den indvendige klimakontrol.
Måling af VIP-materialers varmeledningsevne
Et materiales Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne (λ-værdi) er en afgørende faktor i vurderingen af dets termiske ydeevne. Men på grund af VIP'ernes unikke struktur og driftsprincip er traditionelle målemetoder ofte ikke direkte anvendelige. Derfor er varmestrømningsmålerteknologi (HFM) blevet den etablerede metode til måling af VIP'ers Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne.
Udfordringer i forbindelse med måling
Med tiden kan barrierefilmen tillade gas at passere igennem, hvilket vil svække vakuumet og øge varmeledningsevnen. Derfor skal der udføres langtidsmålinger. Men resultaterne af målingen af varmeledningsevnen er måske ikke reproducerbare.
De termiske egenskaber i kanterne af en VIP kan afvige fra hovedoverfladen, hvilket påvirker målingens nøjagtighed. Selv den mindste uregelmæssighed i kernematerialet eller barrierefilmen kan forvrænge målingen.
På grund af deres særlige isolerende egenskaber ligger VIP'er i det nedre område uden for mange målesystemers detektionsgrænse. Det stiller særlige krav til følsomhed og systemstabilitet.
VIP-prøver kan normalt ikke skæres til, så de passer ind i måleudstyret. Derfor er det nødvendigt at kunne udføre målinger på den originale prøve.
HFM 706 LambdaLarge
Denne nye elektronik og firmware, som allerede er blevet introduceret i Eco-Line, giver betydelige fordele med hensyn til målehastighed og nøjagtighed ved måling af VIP-materialer. En hængslet bagdør er også blevet tilføjet til HFM 706 LambdaLarge modellen. Der blev udført test på reference- og VIP-prøver.
Med bagsiden åben er det nu muligt ikke kun at undersøge ældning, men også virkningerne af kanttab og inhomogeniteter i ikke-firkantede prøver, især med VIP-prøver. Til dette formål kan for- og/eller bagdøren stå åben under målingen. Sammenlignende målinger på referenceprøver har vist, at der ikke er yderligere målefejl på grund af åbne døre i området omkring stuetemperatur.
Figur 2 og 3 viser afvigelserne fra litteraturværdierne for målinger på NIST SRM 1450d-referenceprøven med lukket eller åben fordør (referencemåling med lukket dør i begge tilfælde). I begge tilfælde er den maksimale afvigelse fra litteraturværdien mindre end 1 % mellem 10 °C og 60 °C.
Når både for- og bagdøren er åben, er afvigelsen også mindre end 1 % (se figur 3).
Indflydelsen af åbne døre på måleusikkerheden blev også testet ved hjælp af "lange" EPS-prøver i forskellige tykkelser med en længde på 1200 mm og en bredde på 600 mm. Da der er tale om homogene referenceprøver, bør den målte værdi være uafhængig af målepositionen langs prøvens længdeakse.
Figur 4 viser afvigelserne fra referenceværdien mellem 10 °C og 30 °C for EPS-prøver med en tykkelse på 40 mm. Afvigelserne er mindre end 2%, med lidt højere værdier observeret i det forreste område af prøven. Figur 4 viser desuden afvigelserne for EPS med en tykkelse på 30 mm i tre forskellige positioner ved 10 °C. Igen er der lidt større afvigelser ved de forreste og bageste målepositioner sammenlignet med midten af prøven, med en afvigelse på ca. 0,5 %. En afvigelse på ca. 0,8 % blev bestemt for de forreste og bageste positioner.
Målinger på VIP'er er også ukomplicerede med HFM 706 LambdaLarge . Stabile målesignaler, følsom sensorteknologi og støjsvage signaler er forudsætninger for at opnå høj målenøjagtighed og repeterbarhed. Figur 5 viser måleresultaterne af en ekstra lang VIP-prøve.
Når VIP-prøvens gennemsnitstemperatur stiger fra 10 °C til 40 °C, stiger dens Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne med ca. 12 %, fra 0,00457 W/(m-K) til 0,00514 W/(m-K). Derfor forringes VIP's isolerende effekt med op til 12 %, hvis den udvendige temperatur på en bygningsfacade stiger fra under 10 °C til over 30 °C, for eksempel. Denne information er vigtig for producenter og brugere af VIP'er og har betydning for produktudvikling og kvalitetskontrol.
Figur 5 viser desuden den fremragende repeterbarhed af målingerne og den høje opløsning af resultaterne. Der blev foretaget tre individuelle målinger ved hver temperatur, og den maksimale afvigelse mellem de individuelle værdier var mindre end 1 %. Værdierne adskiller sig kun i femte decimal (0,00471, 0,00472 og
0.00474 W/(m-K) ved 20 °C), og den forventede eksponentielle tendens i Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne med temperaturen er også tydeligt synlig. Dette viser den høje opløsning i HFM 706 LambdaLarge og den fremragende repeterbarhed af VIP-målingerne. Selv de mindste ændringer i VIP'en, f.eks. på grund af strukturelle ændringer forårsaget af ældning eller vakuumtab gennem mikrorevner i barrierefilmen, kan til enhver tid registreres hurtigt og pålideligt.
Sammenfatning
Vakuumisoleringspaneler er en banebrydende teknologi til anvendelser, der kræver høj isoleringseffektivitet. På trods af udfordringer med omkostninger og holdbarhed giver VIP'er betydelige fordele med hensyn til energieffektivitet og pladsbesparelser. I takt med at teknologien udvikler sig, og efterspørgslen vokser, forventes VIP'er at spille en stadig vigtigere rolle inden for forskellige industrielle områder. NETZSCH tilbyder HFM 706 LambdaLarge , et pålideligt system til måling af VIP-materialers Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Effektive foranstaltninger i instrumentets teknologi og design overvinder de udfordringer, som prøveegenskaberne giver under målingen.