Inleiding
Vacuüm-isolatiepanelen (VIP's) zijn hoogwaardige isolatiematerialen die in verschillende toepassingen worden gebruikt. Ze worden gekenmerkt door hun eigenschappen van uitstekende isolatie, zelfs met een minimale materiaaldikte, waardoor ze een ideale oplossing zijn voor ruimtes met beperkte ruimte. NETZSCH biedt de HFM 706 Lambda Large (zie afbeelding 1), een meetsysteem voor het bepalen van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van VIP-materialen.
Deze toepassingsnotitie bespreekt de structuur en toepassing van VIP-materialen, de uitdagingen bij het meten en de resultaten die zijn verkregen met de HFM 706 Lambda Large op referentie- en VIP-monsters.
Structuur en werkingsmechanisme van vacuümisolatiePanelen
Een VIP bestaat uit verschillende belangrijke componenten die samen de uitstekende isolerende eigenschappen garanderen. De uitstekende isolatieprestaties van VIP's zijn gebaseerd op de combinatie van vacuüm en het specifieke kernmateriaal. Het kernmateriaal vormt de ondersteunende structuur van de VIP en bestaat meestal uit drukbestendige, poreuze materialen zoals pyrogeen kiezelzuur, glasvezels of PU-schuim. Dit materiaal vermindert de warmtegeleiding in het paneel. Het kernmateriaal wordt luchtdicht afgesloten onder vacuüm. Door het verwijderen van luchtmoleculen wordt warmteoverdracht door convectie vrijwel geëlimineerd.
Een meerlaagse barrièrefilm, meestal bestaande uit metaal- en polymeerlagen, zorgt voor de vacuümafdichting. Deze film beschermt het vacuüm en voorkomt dat lucht of vocht binnendringt. De barrièrefilm reflecteert ook infraroodstraling en beperkt zo de warmteoverdracht door straling. Extra beschermende lagen van kunststof of aluminium maken VIP's bestand tegen mechanische schade. Dankzij deze eigenschappen bieden VIP's tot tien keer de isolatie-efficiëntie van conventionele isolatiematerialen van dezelfde dikte.
Toepassing van VIP's
VIP's worden gebruikt in tal van industrieën waar een zeer efficiënte isolatie in kleine ruimtes vereist is. Ze worden gebruikt in muren, daken en vloeren, vooral in passiefhuizen of renovatieprojecten, om hoge isolatiewaarden te bereiken zonder dat er dikke materialen nodig zijn.
In koelkasten en vriezers helpen VIP's het energieverbruik te verminderen en de opslagcapaciteit te vergroten. Ze worden gebruikt om containers en verpakkingen te isoleren die temperatuurgevoelige goederen vervoeren, zoals medicijnen en voedsel. Vanwege hun hoge efficiëntie en lage gewicht worden VIP's ook gebruikt in de ruimtevaarttechnologie.
VIP's worden gebruikt in elektrische voertuigen om de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit van accu's te verbeteren en de klimaatregeling in het interieur te verbeteren.
Meting van de thermische geleidbaarheid van VIP-materialen
De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid (λ waarde) van een materiaal is een beslissende factor bij het evalueren van de thermische prestaties. Vanwege de unieke structuur en het werkingsprincipe van vip's zijn traditionele meetmethoden echter vaak niet direct toepasbaar. Daarom is warmtestroommetertechnologie (HFM) de gevestigde methode geworden om de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van visueel gehandicapte materialen te meten.
Uitdagingen bij het meten
Na verloop van tijd kan de barrièrefilm gas doorlaten, waardoor het vacuüm verzwakt en de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid toeneemt. Daarom moeten er langetermijnmetingen worden uitgevoerd. Het is echter mogelijk dat de meetresultaten van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid niet reproduceerbaar zijn.
De thermische eigenschappen van de randen van een vip kunnen verschillen van die van het hoofdoppervlak, wat de nauwkeurigheid van de meting beïnvloedt. Zelfs de kleinste onregelmatigheid in het kernmateriaal of de barrièrefilm kan de meting verstoren.
Door hun speciale isolerende eigenschappen liggen VIP's in het onderste bereik buiten de detectielimiet van veel meetsystemen. Dit stelt speciale eisen aan de gevoeligheid en de stabiliteit van het systeem.
VIP-monsters kunnen meestal niet in het meetapparaat gesneden worden. Daarom is het noodzakelijk om metingen uit te kunnen voeren op het originele monster.
HFM 706 Lambda Large
Deze nieuwe elektronica en firmware, die al is geïntroduceerd in de Eco-Line, biedt aanzienlijke voordelen in termen van meetsnelheid en nauwkeurigheid bij het meten van VIP-materialen. Er is ook een scharnierende achterklep toegevoegd aan het model HFM 706 Lambda Large . Er zijn tests uitgevoerd met referentie- en VIP-monsters.
Met de achterzijde open is het nu mogelijk om niet alleen veroudering te onderzoeken, maar ook de effecten van randverliezen en inhomogeniteiten in niet-vierkante monsters, vooral bij VIP monsters. Hiertoe kan de voor- en/of achterdeur opengelaten worden tijdens de meting. Vergelijkende metingen aan referentiemonsters hebben aangetoond dat er geen extra meetfouten optreden door open deuren in het bereik rond kamertemperatuur.
Figuren 2 en 3 tonen de afwijkingen van literatuurwaarden voor metingen aan het NIST SRM 1450d referentiemonster met de deur aan de voorkant dicht of open (referentiemeting met de deur dicht in beide gevallen). In beide gevallen is de maximale afwijking van de literatuurwaarde minder dan 1% tussen 10°C en 60°C.
Wanneer zowel de voor- als achterdeuren open staan, is de afwijking ook minder dan 1% (zie figuur 3).
De invloed van open deuren op de meetonzekerheid werd ook getest met 'lange' EPS-monsters van verschillende diktes met een lengte van 1200 mm en een breedte van 600 mm. Aangezien dit homogene referentiemonsters zijn, zou de gemeten waarde onafhankelijk moeten zijn van de meetpositie langs de lengteas van het monster.
Figuur 4 toont de afwijkingen van de referentiewaarde tussen 10°C en 30°C voor EPS-monsters met een dikte van 40 mm. De afwijkingen zijn minder dan 2%, met iets hogere waarden aan de voorkant van het monster. Daarnaast toont figuur 4 de afwijkingen voor EPS met een dikte van 30 mm bij drie verschillende posities bij 10°C. Ook hier zijn iets hogere afwijkingen te zien aan de voor- en achterkant van de meetposities vergeleken met het midden van het monster, met een afwijking van ongeveer 0,5%. Voor de voorste en achterste posities werd een afwijking van ongeveer 0,8% vastgesteld.
Metingen aan VIP's zijn ook eenvoudig met de HFM 706 Lambda Large . Stabiele meetsignalen, gevoelige sensortechnologie en ruisarme signalen zijn voorwaarden om een hoge meetnauwkeurigheid en herhaalbaarheid te bereiken. Figuur 5 toont de meetresultaten van een extra lang VIP-monster.
Wanneer de gemiddelde temperatuur van het VIP-monster stijgt van 10°C tot 40°C, neemt de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid met ongeveer 12% toe, van 0,00457 W/(m-K) tot 0,00514 W/(m-K). Bijgevolg verslechtert het isolerende effect van VIP tot 12% als de buitentemperatuur van een gebouwgevel stijgt van bijvoorbeeld minder dan 10°C tot meer dan 30°C. Deze informatie is belangrijk voor fabrikanten en gebruikers van vip's en is van belang voor productontwikkeling en kwaliteitscontrole.
Afbeelding 5 toont bovendien de uitstekende herhaalbaarheid van de metingen en de hoge resolutie van de resultaten. Er zijn drie afzonderlijke metingen gedaan bij elke temperatuur en de maximale afwijking tussen de afzonderlijke waarden was minder dan 1%. De waarden verschillen alleen in de vijfde decimaal (0,00471, 0,00472 en
0.00474 W/(m-K) bij 20°C) en de verwachte exponentiële trend in warmtegeleiding met de temperatuur is ook duidelijk zichtbaar. Dit toont de hoge resolutie van de HFM 706 Lambda Large en de uitstekende herhaalbaarheid van de VIP-metingen. Zelfs de kleinste veranderingen binnen de VIP, zoals veranderingen in de structuur door veroudering of vacuümverlies door microscheurtjes in de barrièrefilm, kunnen op elk moment snel en betrouwbaar worden gedetecteerd.
Samenvatting
Vacuüm isolatiepanelen zijn een geavanceerde technologie voor toepassingen die een hoge isolatie-efficiëntie vereisen. Ondanks uitdagingen op het gebied van kosten en duurzaamheid bieden VIP's aanzienlijke voordelen in termen van energie-efficiëntie en ruimtebesparing. Naarmate de technologie voortschrijdt en de vraag toeneemt, zullen VIP's naar verwachting een steeds belangrijkere rol spelen in verschillende industriële gebieden. NETZSCH biedt de HFM 706 Lambda Large , een betrouwbaar systeem voor het meten van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van VIP-materialen. Effectieve maatregelen in de technologie en het ontwerp van het instrument ondervangen de uitdagingen die de eigenschappen van het monster tijdens de meting met zich meebrengen.