소개
진공 단열 패널(VIP)은 다양한 용도로 사용되는 고성능 단열재입니다. 최소한의 재료 두께로도 우수한 단열성을 발휘하는 특성이 있어 공간이 제한된 공간에 이상적인 솔루션입니다. NETZSCH 는 VIP 재료의 열전도도를 측정하는 측정 시스템인 HFM 706 Lambda Large (그림 1 참조)을 제공합니다.
이 애플리케이션 노트에서는 VIP 소재의 구조와 적용, 측정과 관련된 과제, 레퍼런스 및 VIP 샘플에 대해 HFM 706 Lambda Large 을 사용하여 얻은 결과에 대해 설명합니다.
진공 단열의 구조 및 작동 방식패널
VIP는 뛰어난 단열 특성을 보장하는 몇 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다. VIP의 뛰어난 단열 성능은 진공과 특정 코어 소재의 조합에 기반합니다. 코어 재료는 VIP의 지지 구조를 형성하며 일반적으로 흄드 실리카, 유리 섬유 또는 PU 폼과 같은 내압성 다공성 재료로 구성됩니다. 이 소재는 패널 내부의 열전도를 줄여줍니다. 코어 소재는 진공 상태에서 밀폐된 봉투에 밀봉됩니다. 공기 분자를 제거하면 대류에 의한 열 전달이 사실상 제거됩니다.
일반적으로 금속과 폴리머 층으로 구성된 다층 배리어 필름이 진공 밀봉을 보장합니다. 이 필름은 진공을 보호하고 공기나 습기가 유입되는 것을 방지합니다. 또한 배리어 필름은 적외선을 반사하여 방사선을 통한 열 전달을 제한합니다. 플라스틱 또는 알루미늄으로 된 추가 보호층은 VIP를 기계적 손상에 대한 저항력을 높여줍니다. 이러한 특성 덕분에 VIP는 동일한 두께의 기존 단열재보다 최대 10배의 단열 효율을 제공합니다.
VIP 적용
VIP는 밀폐된 공간에서 고효율 단열이 필요한 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 특히 패시브 하우스나 리노베이션 프로젝트에서 벽, 지붕, 바닥에 사용되어 두꺼운 자재 없이도 높은 단열 효과를 얻을 수 있습니다.
냉장고와 냉동고에서 VIP는 에너지 소비를 줄이고 저장 용량을 늘리는 데 도움이 됩니다. 의약품이나 식품과 같이 온도에 민감한 제품을 운송하는 용기와 포장재를 단열하는 데 사용됩니다. 효율이 높고 무게가 가볍기 때문에 항공 우주 기술에도 사용됩니다.
전기 자동차에서는 배터리의 열 안정성을 개선하고 실내 온도 조절을 강화하기 위해 VIP가 사용됩니다.
VIP 소재의 열전도도 측정
소재의 열전도율(λ 값)은 열 성능을 평가하는 데 결정적인 요소입니다. 그러나 VIP의 독특한 구조와 작동 원리로 인해 기존의 측정 방법은 직접 적용하기 어려운 경우가 많습니다. 따라서 열유량계 기술(HFM)이 VIP의 열전도도를 측정하는 확립된 방법으로 자리 잡았습니다.
측정의 도전 과제
시간이 지남에 따라 배리어 필름이 가스를 통과시켜 진공을 약화시키고 열전도율을 증가시킬 수 있습니다. 따라서 장기간 측정해야 합니다. 그러나 열전도도 측정 결과는 재현성이 떨어질 수 있습니다.
VIP 가장자리의 열 특성은 주 표면의 열 특성과 다를 수 있어 측정의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 코어 소재나 차단 필름에 아주 작은 불규칙성이 있어도 측정 결과가 왜곡될 수 있습니다.
특수 절연 특성으로 인해 VIP는 많은 측정 시스템의 감지 한계를 벗어난 낮은 범위에 있습니다. 따라서 감도와 시스템 안정성이 특별히 요구됩니다.
VIP 샘플은 일반적으로 측정 장치에 맞게 절단할 수 없습니다. 따라서 원본 시료에서 측정을 수행할 수 있어야 합니다.
HFM 706 Lambda Large
에코 라인에 이미 도입된 이 새로운 전자 장치와 펌웨어는 VIP 재료 측정 시 측정 속도와 정확도 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. HFM 706 Lambda Large 모델에 힌지형 후면 도어도 추가되었습니다. 테스트는 레퍼런스 및 VIP 시료에 대해 수행되었습니다.
이제 후면이 열리면 노화뿐만 아니라 정사각형이 아닌 시료, 특히 VIP 시료의 가장자리 손실과 불균일성의 영향도 조사할 수 있습니다. 이를 위해 측정하는 동안 전면 및/또는 후면 도어를 열어둘 수 있습니다. 기준 시료에 대한 비교 측정 결과, 실온 주변 범위에서 열린 문으로 인한 추가 측정 오류가 없는 것으로 나타났습니다.
그림 2와 3은 전면 도어가 닫힌 상태 또는 열린 상태(각 경우 모두 도어가 닫힌 상태의 기준 측정)에서 NIST SRM 1450d 기준 샘플의 측정값에 대한 문헌 값과의 편차를 보여줍니다. 두 경우 모두 문헌 값과의 최대 편차는 10°C와 60°C 사이에서 1% 미만입니다.
전면 및 후면 도어가 모두 열려 있는 경우에도 편차는 1% 미만입니다(그림 3 참조).
열린 문이 측정 불확도에 미치는 영향은 길이 1200mm, 너비 600mm의 다양한 두께의 '긴' EPS 샘플을 사용하여 테스트했습니다. 이러한 샘플은 균일한 기준 샘플이므로 측정값은 샘플의 세로 축을 따라 측정 위치와 독립적이어야 합니다.
그림 4는 두께가 40mm인 EPS 샘플의 경우 10°C와 30°C 사이의 기준값 편차를 보여줍니다. 편차는 2% 미만이며, 샘플의 앞쪽 영역에서 약간 더 높은 값이 관찰됩니다. 또한 그림 4는 10°C에서 세 가지 위치에서 두께가 30mm인 EPS의 편차를 보여줍니다. 역시 샘플 중앙에 비해 앞쪽과 뒤쪽 측정 위치에서 약간 더 높은 편차가 나타나며 편차는 약 0.5%입니다. 전면과 후면 위치에서 약 0.8%의 편차가 확인되었습니다.
HFM 706 Lambda Large 을 사용하면 VIP 측정도 간단합니다. 안정적인 측정 신호, 민감한 센서 기술 및 저노이즈 신호는 높은 측정 정확도와 반복성을 달성하기 위한 전제 조건입니다. 그림 5는 매우 긴 VIP 샘플의 측정 결과를 보여줍니다.
VIP 샘플의 평균 온도가 10°C에서 40°C로 상승하면 열전도율은 0.00457W/(m-K)에서 0.00514W/(m- K)로 약 12% 증가합니다. 따라서 예를 들어 건물 외관의 외부 온도가 10°C 이하에서 30°C 이상으로 상승하면 VIP의 단열 효과는 최대 12%까지 저하됩니다. 이 정보는 VIP의 제조업체와 사용자에게 중요하며 제품 개발 및 품질 관리에 있어 중요한 정보입니다.
그림 5는 측정의 뛰어난 반복성과 결과의 높은 해상도를 추가로 보여줍니다. 각 온도에서 세 번의 개별 측정을 수행했으며 개별 값 간의 최대 편차는 1% 미만입니다. 값은 소수점 다섯째 자리(0.00471, 0.00472 및
0.20°C에서 00474 W/(m-K)), 온도에 따른 열전도율의 예상 기하급수적 추세도 명확하게 볼 수 있습니다. 이는 HFM 706 Lambda Large 의 높은 분해능과 VIP 측정의 뛰어난 반복성을 보여줍니다. 노화로 인한 구조적 변화나 배리어 필름의 미세 균열로 인한 진공 손실과 같은 VIP 내부의 미세한 변화도 언제든 빠르고 안정적으로 감지할 수 있습니다.
요약
진공 단열 패널은 높은 단열 효율이 필요한 애플리케이션을 위한 최첨단 기술입니다. 비용과 내구성 문제에도 불구하고 VIP는 에너지 효율과 공간 절약 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 기술이 발전하고 수요가 증가함에 따라 VIP는 다양한 산업 분야에서 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. NETZSCH 는 VIP 소재의 열전도도를 측정하는 신뢰할 수 있는 시스템인 HFM 706 Lambda Large 을 제공합니다. 계측기의 기술 및 설계의 효과적인 측정은 측정 중 시료 특성으로 인해 발생하는 문제를 극복합니다.