Johdanto
Tyhjiöeristepaneelit (VIP) ovat tehokkaita eristysmateriaaleja, joita käytetään monissa eri sovelluksissa. Niille on ominaista, että ne eristävät erinomaisesti jopa pienellä materiaalipaksuudella, mikä tekee niistä ihanteellisen ratkaisun tiloihin, joissa on rajoitetusti tilaa. NETZSCH tarjoaa HFM 706 LambdaLarge (ks. kuva 1), mittausjärjestelmän VIP-materiaalien lämmönjohtavuuden määrittämiseen.
Tässä sovellusohjeessa käsitellään VIP-materiaalien rakennetta ja käyttöä, mittaukseen liittyviä haasteita ja tuloksia, jotka on saatu HFM 706 LambdaLarge -laitteella referenssi- ja VIP-näytteistä.
Tyhjiöeristyksen rakenne ja toimintatapaPaneelit
VIP koostuu useista keskeisistä komponenteista, jotka yhdessä takaavat sen erinomaiset eristysominaisuudet. VIP:ien erinomainen eristyskyky perustuu tyhjiön ja erityisen ydinmateriaalin yhdistelmään. Ydinmateriaali muodostaa VIP:n tukirakenteen, ja se koostuu tavallisesti paineenkestävistä, huokoisista materiaaleista, kuten höyrystyneestä piidioksidista, lasikuiduista tai PU-vaahdosta. Tämä materiaali vähentää lämmön johtumista paneelin sisällä. Ydinmateriaali suljetaan ilmatiiviiseen kuoreen tyhjiössä. Ilmamolekyylien poistaminen poistaa käytännössä lämmön siirtymisen konvektiolla.
Monikerroksinen sulkukalvo, joka koostuu yleensä metalli- ja polymeerikerroksista, varmistaa tyhjiötiiviyden. Tämä kalvo suojaa tyhjiötä ja estää ilman tai kosteuden pääsyn sisään. Sulkukalvo heijastaa myös infrapunasäteilyä ja rajoittaa siten lämmön siirtymistä säteilyn kautta. Muovista tai alumiinista tehdyt lisäsuojakerrokset tekevät VIP-yksiköistä mekaanisia vaurioita kestäviä. Näiden ominaisuuksien ansiosta VIP-eristeet tarjoavat jopa kymmenkertaisen eristystehokkuuden verrattuna samanpaksuisiin tavanomaisiin eristemateriaaleihin.
VIP-henkilöiden soveltaminen
VIP-putkia käytetään monilla teollisuudenaloilla, joilla tarvitaan erittäin tehokasta eristystä ahtaissa tiloissa. Niitä käytetään seinissä, katoissa ja lattioissa, erityisesti passiivitaloissa tai korjaushankkeissa, jotta saavutetaan korkeat eristysarvot ilman paksuja materiaaleja.
Jääkaapeissa ja pakastimissa VIP-eristeet auttavat vähentämään energiankulutusta ja lisäämään varastointikapasiteettia. Niitä käytetään eristämään säiliöitä ja pakkauksia, joissa kuljetetaan lämpötilaherkkiä tavaroita, kuten lääkkeitä ja elintarvikkeita. Suuren hyötysuhteensa ja alhaisen painonsa ansiosta VIP-eristeitä käytetään myös ilmailu- ja avaruustekniikassa.
VIP-eristeitä käytetään sähköajoneuvoissa parantamaan akkujen lämpöstabiilisuutta ja parantamaan sisätilojen ilmastoinnin hallintaa.
VIP-materiaalien lämmönjohtavuuden mittaaminen
Materiaalin LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus (λ-arvo) on ratkaiseva tekijä arvioitaessa materiaalin lämpötehoa. VIP-laitteiden ainutlaatuisen rakenteen ja toimintaperiaatteen vuoksi perinteiset mittausmenetelmät eivät kuitenkaan usein ole suoraan sovellettavissa. Sen vuoksi lämpövirtausmittaritekniikasta (HFM) on tullut vakiintunut menetelmä VIP-materiaalien lämmönjohtavuuden mittaamiseen.
Mittauksen haasteet
Ajan mittaan sulkukalvo saattaa päästää kaasua läpi, mikä heikentää tyhjiötä ja lisää lämmönjohtavuutta. Siksi on suoritettava pitkäaikaisia mittauksia. Lämmönjohtavuuden mittaustulokset eivät kuitenkaan välttämättä ole toistettavissa.
VIP:n reunojen lämpöominaisuudet voivat poiketa pääpinnan ominaisuuksista, mikä vaikuttaa mittaustarkkuuteen. Pienikin epäsäännöllisyys ydinmateriaalissa tai sulkukalvossa voi vääristää mittaustulosta.
Erityisten eristysominaisuuksiensa vuoksi VIP:t ovat alemmalla alueella monien mittausjärjestelmien havaitsemisrajan ulkopuolella. Tämä asettaa erityisiä vaatimuksia herkkyydelle ja järjestelmän vakaudelle.
VIP-näytteitä ei yleensä voi leikata mittalaitteeseen sopiviksi. Siksi mittaukset on voitava suorittaa alkuperäisestä näytteestä.
HFM 706 LambdaLarge
Tämä uusi elektroniikka ja laiteohjelmisto, joka on jo otettu käyttöön Eco-Line-mallissa, tarjoaa merkittäviä etuja mittausnopeuden ja -tarkkuuden suhteen VIP-materiaaleja mitattaessa. HFM 706 LambdaLarge -malliin on lisätty myös saranoitu takaovi. . Testit suoritettiin referenssi- ja VIP-näytteillä.
Kun takaovi on auki, on nyt mahdollista tutkia vanhenemisen lisäksi myös reunahäviöiden ja inhomogeenisyyksien vaikutuksia ei-neliönmuotoisissa näytteissä, erityisesti VIP-näytteissä. Tätä varten etu- ja/tai takaovi voidaan jättää auki mittauksen ajaksi. Vertailumittaukset vertailunäytteillä ovat osoittaneet, että avoimista ovista ei aiheudu ylimääräisiä mittausvirheitä huoneenlämpötilan tuntumassa.
Kuvissa 2 ja 3 esitetään poikkeamat kirjallisuusarvoista NIST SRM 1450d -vertailunäytteellä tehdyissä mittauksissa, joissa etuovi on suljettu tai auki (vertailumittaus kummassakin tapauksessa oven ollessa kiinni). Molemmissa tapauksissa suurin poikkeama kirjallisuusarvosta on alle 1 % 10 °C:n ja 60 °C:n välillä.
Kun sekä etu- että takaovet ovat auki, poikkeama on myös alle 1 % (ks. kuva 3).
Avoimien ovien vaikutusta mittausepävarmuuteen testattiin myös käyttämällä eri paksuisia "pitkiä" EPS-näytteitä, joiden pituus oli 1200 mm ja leveys 600 mm. Koska nämä ovat homogeenisia vertailunäytteitä, mitatun arvon pitäisi olla riippumaton mittausasennosta näytteen pituusakselilla.
Kuvassa 4 esitetään poikkeamat vertailuarvosta 10 °C:n ja 30 °C:n välillä 40 mm:n paksuisille EPS-näytteille. Poikkeamat ovat alle 2 %, ja näytteen etuosassa havaitaan hieman suurempia arvoja. Lisäksi kuvassa 4 on esitetty 30 mm paksun EPS-näytteen poikkeamat kolmessa eri asennossa 10 °C:n lämpötilassa. Jälleen on havaittavissa hieman suurempia poikkeamia etu- ja takimmaisissa mittauspaikoissa verrattuna näytteen keskiosaan, poikkeama on noin 0,5 %. Etu- ja taka-asennoissa määritettiin noin 0,8 prosentin poikkeama.
Myös VIP-mittaukset ovat yksinkertaisia HFM 706:lla LambdaLarge . Vakaat mittaussignaalit, herkkä anturitekniikka ja vähäkohinaiset signaalit ovat edellytyksiä korkean mittaustarkkuuden ja toistettavuuden saavuttamiseksi. Kuvassa 5 esitetään mittaustulokset erittäin pitkästä VIP-näytteestä.
Kun VIP-näytteen keskilämpötila nousee 10 °C:sta 40 °C:een, sen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus kasvaa noin 12 %, 0,00457 W/(m-K):sta 0,00514 W/(m-K):aan. Näin ollen VIP-materiaalin eristävä vaikutus heikkenee jopa 12 %, jos rakennuksen julkisivun ulkolämpötila nousee esimerkiksi alle 10 °C:sta yli 30 °C:een. Tämä tieto on tärkeä VIP-levyjen valmistajille ja käyttäjille, ja sillä on merkitystä tuotekehityksessä ja laadunvalvonnassa.
Kuva 5 osoittaa lisäksi mittausten erinomaisen toistettavuuden ja tulosten korkean resoluution. Kussakin lämpötilassa tehtiin kolme yksittäistä mittausta, ja yksittäisten arvojen välinen enimmäispoikkeama oli alle 1 %. Arvot eroavat toisistaan vain viidennen desimaalin verran (0,00471, 0,00472 ja
0.00474 W/(m-K) 20 °C:ssa), ja lämmönjohtavuuden odotettu eksponentiaalinen suuntaus lämpötilan mukaan on myös selvästi nähtävissä. Tämä osoittaa HFM 706 LambdaLarge -laitteen korkean resoluution ja VIP-mittausten erinomaisen toistettavuuden. Pienimmätkin muutokset VIP:ssä, kuten ikääntymisen aiheuttamat rakenteelliset muutokset tai tyhjiöhäviöt sulkukalvon mikrosäröjen kautta, voidaan havaita nopeasti ja luotettavasti milloin tahansa.
Yhteenveto
Tyhjiöeristyslevyt ovat huipputeknologiaa sovelluksissa, joissa vaaditaan korkeaa eristystehokkuutta. Kustannuksiin ja kestävyyteen liittyvistä haasteista huolimatta VIP-paneelit tarjoavat merkittäviä etuja energiatehokkuuden ja tilansäästön kannalta. Teknologian kehittyessä ja kysynnän kasvaessa VIP-materiaaleilla odotetaan olevan yhä tärkeämpi rooli eri teollisuudenaloilla. NETZSCH tarjoaa HFM 706 LambdaLarge , luotettavan järjestelmän VIP-materiaalien lämmönjohtavuuden mittaamiseen. Laitteen tekniikkaan ja suunnitteluun liittyvät tehokkaat toimenpiteet ratkaisevat näytteen ominaisuuksien aiheuttamat haasteet mittauksen aikana.