Εισαγωγή
Τα μονωτικά πάνελ κενού (VIP) είναι μονωτικά υλικά υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές. Χαρακτηρίζονται από τις ιδιότητές τους για εξαιρετική μόνωση ακόμη και με ελάχιστο πάχος υλικού, γεγονός που τα καθιστά ιδανική λύση για χώρους με περιορισμένο χώρο. NETZSCH προσφέρει το HFM 706 LambdaLarge (βλ. εικόνα 1), ένα σύστημα μέτρησης για τον προσδιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών VIP.
Το παρόν σημείωμα εφαρμογής εξετάζει τη δομή και την εφαρμογή των υλικών VIP, τις προκλήσεις που συνεπάγεται η μέτρηση και τα αποτελέσματα που προέκυψαν με τη χρήση του HFM 706 LambdaLarge σε δείγματα αναφοράς και VIP.
Δομή και τρόπος λειτουργίας της μόνωσης κενούΠάνελ
Ένα VIP αποτελείται από διάφορα βασικά συστατικά που μαζί εγγυώνται τις εξαιρετικές μονωτικές του ιδιότητες. Οι εξαιρετικές μονωτικές επιδόσεις των VIP βασίζονται στο συνδυασμό κενού και του ειδικού υλικού του πυρήνα. Το υλικό του πυρήνα αποτελεί τη δομή στήριξης του VIP και συνήθως αποτελείται από πορώδη υλικά ανθεκτικά στην πίεση, όπως πυριτία, ίνες γυαλιού ή αφρό PU. Το υλικό αυτό μειώνει την αγωγιμότητα της θερμότητας στο εσωτερικό του πάνελ. Το υλικό του πυρήνα σφραγίζεται σε ένα αεροστεγές περίβλημα υπό κενό. Η απομάκρυνση των μορίων αέρα εξαλείφει ουσιαστικά τη μεταφορά θερμότητας με συναγωγή.
Μια μεμβράνη φραγμού πολλαπλών στρώσεων, που συνήθως αποτελείται από στρώματα μετάλλου και πολυμερούς, εξασφαλίζει τη σφράγιση υπό κενό. Αυτή η μεμβράνη προστατεύει το κενό και εμποδίζει την είσοδο αέρα ή υγρασίας. Η μεμβράνη φραγμού αντανακλά επίσης την υπέρυθρη ακτινοβολία, περιορίζοντας έτσι τη μεταφορά θερμότητας μέσω ακτινοβολίας. Πρόσθετα προστατευτικά στρώματα από πλαστικό ή αλουμίνιο καθιστούν τα VIP ανθεκτικά σε μηχανικές βλάβες. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, τα VIP προσφέρουν έως και δεκαπλάσια απόδοση μόνωσης σε σχέση με τα συμβατικά μονωτικά υλικά του ίδιου πάχους.
Εφαρμογή των VIPs
Τα VIP χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες βιομηχανίες όπου απαιτείται ιδιαίτερα αποτελεσματική μόνωση σε περιορισμένους χώρους. Χρησιμοποιούνται σε τοίχους, οροφές και δάπεδα, ιδίως σε παθητικά σπίτια ή σε έργα ανακαίνισης, για την επίτευξη υψηλών τιμών μόνωσης χωρίς την ανάγκη χρήσης παχιών υλικών.
Σε ψυγεία και καταψύκτες, τα VIP συμβάλλουν στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και στην αύξηση της αποθηκευτικής ικανότητας. Χρησιμοποιούνται για τη μόνωση δοχείων και συσκευασιών που μεταφέρουν ευαίσθητα στη θερμοκρασία αγαθά, όπως φάρμακα και τρόφιμα. Λόγω της υψηλής απόδοσης και του χαμηλού βάρους τους, τα VIP χρησιμοποιούνται επίσης στην αεροδιαστημική τεχνολογία.
Τα VIP χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα για τη βελτίωση της θερμικής σταθερότητας των μπαταριών και την ενίσχυση του εσωτερικού κλιματισμού.
Μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας υλικών VIP
Η θερμική αγωγιμότητα (τιμή λ) ενός υλικού είναι καθοριστικός παράγοντας για την αξιολόγηση της θερμικής του απόδοσης. Ωστόσο, λόγω της μοναδικής δομής και αρχής λειτουργίας των VIP, οι παραδοσιακές μέθοδοι μέτρησης συχνά δεν είναι άμεσα εφαρμόσιμες. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία μετρητών ροής θερμότητας (HFM) έχει καθιερωθεί ως μέθοδος μέτρησης της θερμικής αγωγιμότητας των VIP.
Προκλήσεις στη μέτρηση
Με την πάροδο του χρόνου, η μεμβράνη φραγμού μπορεί να επιτρέψει τη διέλευση αερίων, γεγονός που θα αποδυναμώσει το κενό και θα αυξήσει τη θερμική αγωγιμότητα. Ως εκ τούτου, πρέπει να πραγματοποιούνται μακροχρόνιες μετρήσεις. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της μέτρησης της θερμικής αγωγιμότητας ενδέχεται να μην είναι αναπαραγώγιμα.
Οι θερμικές ιδιότητες των άκρων ενός VIP μπορεί να διαφέρουν από εκείνες της κύριας επιφάνειας, επηρεάζοντας την ακρίβεια της μέτρησης. Ακόμη και η παραμικρή παρατυπία στο υλικό του πυρήνα ή στο φιλμ φραγμού μπορεί να αλλοιώσει τη μέτρηση.
Λόγω των ιδιαίτερων μονωτικών ιδιοτήτων τους, τα VIP βρίσκονται στην κατώτερη περιοχή εκτός του ορίου ανίχνευσης πολλών συστημάτων μέτρησης. Αυτό θέτει ιδιαίτερες απαιτήσεις για την ευαισθησία και τη σταθερότητα του συστήματος.
Τα δείγματα VIP δεν μπορούν συνήθως να κοπούν για να χωρέσουν στη συσκευή μέτρησης. Επομένως, είναι απαραίτητο να είναι δυνατή η διεξαγωγή μετρήσεων στο αρχικό δείγμα.
HFM 706 LambdaLarge
Αυτό το νέο ηλεκτρονικό και υλικολογισμικό, το οποίο έχει ήδη εισαχθεί στην Eco-Line, προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την ταχύτητα μέτρησης και την ακρίβεια κατά τη μέτρηση υλικών VIP. Στο μοντέλο HFM 706 LambdaLarge έχει επίσης προστεθεί μια αρθρωτή πίσω πόρτα. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σε δείγματα αναφοράς και VIP.
Με ανοιχτή την πίσω πόρτα, είναι πλέον δυνατή η διερεύνηση όχι μόνο της γήρανσης, αλλά και των επιδράσεων των απωλειών ακμών και των ανομοιογενειών σε μη τετράγωνα δείγματα, ιδίως με δείγματα VIP. Για το σκοπό αυτό, η μπροστινή ή/και η πίσω πόρτα μπορεί να παραμείνει ανοικτή κατά τη διάρκεια της μέτρησης. Συγκριτικές μετρήσεις σε δείγματα αναφοράς έδειξαν ότι δεν υπάρχουν πρόσθετα σφάλματα μέτρησης λόγω ανοικτών θυρών στην περιοχή γύρω από τη θερμοκρασία δωματίου.
Στα σχήματα 2 και 3 παρουσιάζονται οι αποκλίσεις από τις βιβλιογραφικές τιμές για μετρήσεις στο δείγμα αναφοράς NIST SRM 1450d με την μπροστινή πόρτα κλειστή ή ανοιχτή (μέτρηση αναφοράς με κλειστή πόρτα σε κάθε περίπτωση). Και στις δύο περιπτώσεις, η μέγιστη απόκλιση από τη βιβλιογραφική τιμή είναι μικρότερη από 1% μεταξύ 10°C και 60°C.
Όταν τόσο η μπροστινή όσο και η πίσω πόρτα είναι ανοικτές, η απόκλιση είναι επίσης μικρότερη από 1% (βλέπε σχήμα 3).
Η επιρροή των ανοικτών θυρών στην αβεβαιότητα των μετρήσεων εξετάστηκε επίσης με "μακρόστενα" δείγματα EPS διαφόρων παχών μήκους 1200 mm και πλάτους 600 mm. Καθώς πρόκειται για ομοιογενή δείγματα αναφοράς, η μετρούμενη τιμή θα πρέπει να είναι ανεξάρτητη από τη θέση μέτρησης κατά μήκος του διαμήκους άξονα του δείγματος.
Στο σχήμα 4 παρουσιάζονται οι αποκλίσεις από την τιμή αναφοράς μεταξύ 10°C και 30°C για δείγματα EPS με πάχος 40 mm. Οι αποκλίσεις είναι μικρότερες από 2%, με ελαφρώς υψηλότερες τιμές που παρατηρούνται στην εμπρόσθια περιοχή του δείγματος. Επιπλέον, στο σχήμα 4 παρουσιάζονται οι αποκλίσεις για EPS με πάχος 30 mm σε τρεις διαφορετικές θέσεις στους 10°C. Και πάλι, είναι εμφανείς ελαφρώς υψηλότερες αποκλίσεις στις μπροστινές και πίσω θέσεις μέτρησης σε σύγκριση με το κέντρο του δείγματος, με απόκλιση περίπου 0,5%. Για τις μπροστινές και τις πίσω θέσεις προσδιορίστηκε απόκλιση περίπου 0,8%.
Οι μετρήσεις σε VIP είναι επίσης απλές με το HFM 706 LambdaLarge . Τα σταθερά σήματα μέτρησης, η ευαίσθητη τεχνολογία αισθητήρων και τα σήματα χαμηλού θορύβου αποτελούν προϋποθέσεις για την επίτευξη υψηλής ακρίβειας και επαναληψιμότητας μέτρησης. Στο Σχήμα 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μέτρησης ενός δείγματος VIP μεγάλου μήκους.
Όταν η μέση θερμοκρασία του δείγματος VIP αυξάνεται από 10°C σε 40°C, η θερμική αγωγιμότητά του αυξάνεται κατά περίπου 12%, από 0,00457 W/(m-K) σε 0,00514 W/(m- K). Κατά συνέπεια, η μονωτική δράση του VIP επιδεινώνεται έως και 12% εάν η εξωτερική θερμοκρασία μιας πρόσοψης κτιρίου αυξηθεί από κάτω από 10°C σε πάνω από 30°C, για παράδειγμα. Η πληροφορία αυτή είναι σημαντική για τους κατασκευαστές και τους χρήστες των VIP και είναι σημαντική για την ανάπτυξη των προϊόντων και τον ποιοτικό έλεγχο.
Το Σχήμα 5 αποδεικνύει επιπλέον την εξαιρετική επαναληψιμότητα των μετρήσεων και την υψηλή ανάλυση των αποτελεσμάτων. Πραγματοποιήθηκαν τρεις μεμονωμένες μετρήσεις σε κάθε θερμοκρασία και η μέγιστη απόκλιση μεταξύ των μεμονωμένων τιμών ήταν μικρότερη από 1%. Οι τιμές διαφέρουν μόνο στο πέμπτο δεκαδικό ψηφίο (0,00471, 0,00472 και
0.00474 W/(m-K) στους 20°C), και η αναμενόμενη εκθετική τάση της θερμικής αγωγιμότητας με τη θερμοκρασία είναι επίσης σαφώς ορατή. Αυτό αποδεικνύει την υψηλή ανάλυση του HFM 706 LambdaLarge και την εξαιρετική επαναληψιμότητα των μετρήσεων VIP. Ακόμη και οι παραμικρές αλλαγές εντός του VIP, όπως αυτές που οφείλονται σε δομικές αλλαγές που προκαλούνται από τη γήρανση ή την απώλεια κενού μέσω μικρορωγμών στο φιλμ φραγμού, μπορούν να ανιχνευθούν γρήγορα και αξιόπιστα ανά πάσα στιγμή.
Περίληψη
Τα μονωτικά πάνελ κενού είναι μια τεχνολογία αιχμής για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση μόνωσης. Παρά τις προκλήσεις κόστους και ανθεκτικότητας, τα VIP προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την ενεργειακή απόδοση και την εξοικονόμηση χώρου. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται και η ζήτηση αυξάνεται, τα VIP αναμένεται να διαδραματίζουν ολοένα και σημαντικότερο ρόλο σε διάφορους βιομηχανικούς τομείς. NETZSCH προσφέρει το HFM 706 LambdaLarge , ένα αξιόπιστο σύστημα για τη μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών VIP. Τα αποτελεσματικά μέτρα στην τεχνολογία και το σχεδιασμό του οργάνου ξεπερνούν τις προκλήσεις που θέτουν οι ιδιότητες του δείγματος κατά τη διάρκεια της μέτρησης.