はじめに
真空断熱パネル（VIP）は、様々な用途に使用される高性能断熱材です。最小限の材料厚でも優れた断熱性を発揮するのが特徴で、スペースが限られた場所での理想的なソリューションとなる。NETZSCH 。 HFM 706 LambdaLarge(図1参照）、VIP材料の熱伝導率を測定するための測定システムを提供しています。
このアプリケーションノートでは、VIP 素材の構造と用途、測定に伴う課題、VIP 素材の熱伝導率測定システ ムを使用した結果について説明します。 HFM 706 LambdaLargeを用いた測定結果について説明します。
真空断熱の構造と動作モードパネル
VIPはいくつかの重要な部品から構成されており、それらが一体となってその優れた断熱性を保証している。VIPの優れた断熱性能は、真空と特定の芯材の組み合わせに基づいている。コア材はVIPの支持構造を形成し、通常、ヒュームドシリカ、ガラス繊維、PUフォームなどの耐圧性多孔質材料で構成される。この素材はパネル内部の熱伝導を抑える。コア材は真空下で気密包囲体に密封される。空気分子を取り除くことで、対流による熱伝導を実質的になくします。
一般的な金属層とポリマー層からなる多層バリアフィルムが、真空シールを確実にします。このフィルムは真空を保護し、空気や水分の侵入を防ぎます。また、バリアフィルムは赤外線を反射するため、放射による熱伝導も抑えることができる。さらに、プラスチックやアルミニウムの保護層を設けることで、VIPは機械的な損傷にも強くなっている。このような特性により、VIPは同じ厚さの従来の断熱材の最大10倍の断熱効果を発揮する。
VIPの適用
VIPは、限られたスペースで高効率の断熱が必要とされる多くの産業で使用されている。壁、屋根、床、特にパッシブハウスや改築プロジェクトで使用され、厚い材料を使用することなく高い断熱性を実現します。
冷蔵庫や冷凍庫では、VIPはエネルギー消費の削減と貯蔵能力の向上に役立ちます。医薬品や食品など温度に敏感な商品を輸送する容器や包装の断熱にも使用される。高効率で軽量なため、VIPは航空宇宙技術にも使用されている。
VIPは電気自動車に使用され、バッテリーの熱安定性を向上させ、車内の温度調節を強化する。
VIP材料の熱伝導率の測定
材料の熱伝導率（λ値）は、その熱性能を評価する上で決定的な要素である。しかし、VIPは独特の構造と動作原理を持つため、従来の測定方法はそのまま適用できないことが多い。そのため、ヒートフローメーター技術（HFM）がVIPの熱伝導率を測定するための確立された方法となっている。
測定における課題
時間の経過とともに、バリアフィルムはガスを通過させ、真空度を弱め、熱伝導率を上昇させる可能性がある。そのため、長期間の測定が必要となる。しかし、熱伝導率の測定結果は再現性がない場合がある。
VIPの端部の熱特性が主表面の熱特性と異なる場合があり、測定精度に影響する。芯材やバリアフィルムにわずかな凹凸があっても、測定値が歪むことがある。
VIPはその特殊な絶縁特性により、多くの測定システムの検出限界の外側の低域にある。このため、感度とシステムの安定性に特別な要求が課せられます。
VIP試料は通常、測定装置に収まるようにカットすることはできない。そのため、元の試料で測定を実施できる必要があります。
HFM 706 LambdaLarge
Eco-Lineにすでに導入されているこの新しい電子機器とファームウェアは、VIP材料の測定において、測定速度と精度の面で大きな利点を提供します。また、ヒンジ式リアドアも追加されました。 HFM 706 LambdaLargeモデルも追加されました。リファレンス試料とVIP試料でテストが行われました。
後面を開くことで、経年変化だけでなく、非正方形試料、特にVIP試料のエッジロスや不均一性の影響も調査できるようになりました。このため、測定中はフロントドアおよび/またはリアドアを開けたままにすることができます。基準試料の比較測定により、室温付近の範囲では、ドアを開けたことによる追加的な測定誤差はないことが示されています。
図2および図3は、NIST SRM 1450d標準試料を前面ドアを閉めた状態または開けた状態で測定した場合の文献値からの偏差を示しています（いずれの場合もドアを閉めた状態で基準測定を実施）。いずれの場合も、文献値からの最大偏差は10℃～60℃の間で1％未満です。
フロントドアとリアドアの両方が開いているときの偏差も1％未満である（図3参照）。
また、長さ1200 mm、幅600 mmのさまざまな厚さの「長い」EPS試料を用いて、測定値の不確かさに対する開き戸の影響も試験しました。これらは均質な基準試料であるため、測定値は試料の長手方向に沿った測定位置に依存しないはずです。
図4は、厚さ40mmのEPS試料について、10℃から30℃の間の基準値からの偏差を示している。偏差は2%未満であり、試料の前面領域でわずかに高い値が観察された。さらに図4は、厚さ30mmのEPSについて、10℃における3つの異なる位置での偏差を示している。ここでも、試料の中央部と比較して、前後の測定位置でわずかに高い偏差が認められ、その偏差は約0.5%であった。前後の位置では約0.8%の偏差が測定された。
また、VIPの測定も簡単である。 HFM 706 LambdaLarge.安定した測定信号、高感度センサー技術、低ノイズ信号は、高い測定精度と再現性を達成するための必須条件です。図5は、超長尺VIP試料の測定結果です。
VIP試料の平均温度が10℃から40℃に上昇すると、その熱伝導率は0.00457W/(m・K)から0.00514W/(m・K)へと約12％上昇する。その結果、例えば建物のファサードの外気温が10℃以下から30℃以上に上昇した場合、VIPの断熱効果は最大12%低下する。この情報は、VIPの製造業者やユーザーにとって重要であり、製品開発や品質管理において重要な意味を持つ。
図5はさらに、測定の優れた再現性と結果の高い解像度を示している。各温度で3回の個別測定が行われ、個々の値間の最大偏差は1%未満であった。値の違いは、小数点以下第5位のみである（0.00471、0.00472、および
0.00474W/(m・K)、20℃）、温度による熱伝導率の期待される指数関数的な傾向もはっきりと確認された。この結果は HFM 706 LambdaLargeの高い分解能とVIP測定の優れた再現性を示している。経年変化による構造変化やバリアフィルムのマイクロクラックによる真空損失など、VIP内のわずかな変化も、いつでも迅速かつ確実に検出することができる。
概要
真空断熱パネルは、高い断熱効率を必要とする用途向けの最先端技術です。コストや耐久性に課題があるものの、エネルギー効率や省スペースの面で大きなメリットがある。技術の進歩や需要の拡大に伴い、VIPはさまざまな産業分野でますます重要な役割を果たすと期待されている。NETZSCH 。 HFM 706 Lambda LargeVIP材料の熱伝導率を測定するための信頼性の高いシステムです。装置の技術と設計における効果的な対策により、測定中の試料特性がもたらす課題を克服しています。