Introducere
Panourile izolante în vid (VIP) sunt materiale izolante de înaltă performanță utilizate într-o varietate de aplicații. Ele se caracterizează prin proprietățile lor de izolare excelentă chiar și cu o grosime minimă a materialului, ceea ce le face o soluție ideală pentru zonele cu spațiu limitat. NETZSCH oferă HFM 706 LambdaLarge (a se vedea figura 1), un sistem de măsurare pentru determinarea conductivității termice a materialelor VIP.
Această notă de aplicare discută structura și aplicarea materialelor VIP, provocările implicate în măsurare și rezultatele obținute utilizând HFM 706 LambdaLarge pe probe de referință și VIP.
Structura și modul de funcționare a izolației în vidPanouri
Un VIP este alcătuit din mai multe componente cheie care, împreună, îi garantează proprietățile izolatoare remarcabile. Performanțele excelente de izolare ale VIP-urilor se bazează pe combinația dintre vid și materialul specific al miezului. Materialul de bază formează structura de susținere a VIP-ului și constă, de obicei, din materiale poroase, rezistente la presiune, cum ar fi silica fumurie, fibrele de sticlă sau spuma PU. Acest material reduce conducția căldurii în interiorul panoului. Materialul de bază este sigilat într-un înveliș etanș sub vid. Îndepărtarea moleculelor de aer elimină practic transferul de căldură prin convecție.
Un film de barieră multistrat, format de obicei din straturi metalice și polimerice, asigură etanșarea în vid. Această folie protejează vidul și împiedică pătrunderea aerului sau a umidității. Filmul barieră reflectă, de asemenea, radiațiile infraroșii, limitând astfel transferul de căldură prin radiații. Straturile suplimentare de protecție din plastic sau aluminiu fac VIP-urile rezistente la deteriorări mecanice. Datorită acestor proprietăți, VIP-urile oferă o eficiență de izolare de până la zece ori mai mare decât materialele izolante convenționale cu aceeași grosime.
Aplicarea VIP-urilor
VIP-urile sunt utilizate în numeroase industrii în care este necesară izolarea foarte eficientă în spații restrânse. Acestea sunt utilizate în pereți, acoperișuri și podele, în special în casele pasive sau în proiectele de renovare, pentru a obține valori ridicate de izolare fără a fi nevoie de materiale groase.
În frigidere și congelatoare, VIP-urile contribuie la reducerea consumului de energie și la creșterea capacității de stocare. Acestea sunt utilizate pentru izolarea containerelor și ambalajelor care transportă bunuri sensibile la temperatură, cum ar fi medicamentele și alimentele. Datorită eficienței lor ridicate și greutății reduse, VIP-urile sunt utilizate și în tehnologia aerospațială.
VIP-urile sunt utilizate în vehiculele electrice pentru a îmbunătăți stabilitatea termică a bateriilor și pentru a spori controlul climatizării interioare.
Măsurarea conductivității termice a materialelor VIP
Conductivitatea termică (valoarea λ) a unui material este un factor decisiv în evaluarea performanței sale termice. Cu toate acestea, din cauza structurii unice și a principiului de funcționare al VIP-urilor, metodele tradiționale de măsurare nu sunt adesea direct aplicabile. Prin urmare, tehnologia debitmetrului de căldură (HFM) a devenit metoda consacrată pentru măsurarea conductivității termice a VIP-urilor.
Provocări în măsurare
În timp, pelicula de barieră poate permite gazului să treacă, ceea ce ar slăbi vidul și ar crește conductivitatea termică. Prin urmare, trebuie efectuate măsurători pe termen lung. Cu toate acestea, rezultatele măsurătorilor conductivității termice pot să nu fie reproductibile.
Proprietățile termice ale marginilor unui VIP pot fi diferite de cele ale suprafeței principale, afectând precizia măsurătorii. Chiar și cea mai mică neregularitate a materialului de bază sau a foliei de barieră poate distorsiona măsurarea.
Datorită proprietăților lor speciale de izolare, VIP-urile se află în intervalul inferior în afara limitei de detecție a multor sisteme de măsurare. Acest lucru impune cerințe speciale privind sensibilitatea și stabilitatea sistemului.
Probele VIP nu pot fi de obicei tăiate pentru a se potrivi în dispozitivul de măsurare. Prin urmare, este necesar să se poată efectua măsurători pe proba originală.
HFM 706 LambdaLarge
Această nouă electronică și firmware, care au fost deja introduse în Eco-Line, oferă avantaje semnificative în ceea ce privește viteza de măsurare și precizia la măsurarea materialelor VIP. Modelului HFM 706 LambdaLarge i s-a adăugat, de asemenea, o ușă din spate cu balamale. Au fost efectuate teste pe probe de referință și VIP.
Cu ușa din spate deschisă, este acum posibil să se investigheze nu numai îmbătrânirea, ci și efectele pierderilor de pe margini și ale neomogenităților în probele care nu sunt pătrate, în special cu probele VIP. În acest scop, ușa din față și/sau din spate poate fi lăsată deschisă în timpul măsurătorilor. Măsurătorile comparative pe eșantioane de referință au arătat că nu există erori suplimentare de măsurare datorate ușilor deschise în intervalul de temperatură ambiantă.
Figurile 2 și 3 prezintă abaterile de la valorile din literatura de specialitate pentru măsurătorile efectuate pe eșantionul de referință NIST SRM 1450d cu ușa din față închisă sau deschisă (măsurare de referință cu ușa închisă în fiecare caz). În ambele cazuri, abaterea maximă de la valoarea din literatura de specialitate este mai mică de 1% între 10°C și 60°C.
Atunci când ușile din față și din spate sunt deschise, abaterea este de asemenea mai mică de 1% (a se vedea figura 3).
Influența ușilor deschise asupra incertitudinii de măsurare a fost, de asemenea, testată folosind probe "lungi" de EPS de diferite grosimi, cu o lungime de 1200 mm și o lățime de 600 mm. Deoarece acestea sunt probe de referință omogene, valoarea măsurată ar trebui să fie independentă de poziția de măsurare de-a lungul axei longitudinale a probei.
Figura 4 prezintă abaterile de la valoarea de referință între 10°C și 30°C pentru probele de EPS cu o grosime de 40 mm. Abaterile sunt mai mici de 2%, cu valori ușor mai mari observate în zona frontală a probei. În plus, figura 4 arată abaterile pentru EPS cu o grosime de 30 mm în trei poziții diferite la 10°C. Din nou, sunt evidente abateri ușor mai mari în pozițiile de măsurare din față și din spate comparativ cu centrul probei, cu o abatere de aproximativ 0,5%. O abatere de aproximativ 0,8% a fost determinată pentru pozițiile din față și din spate.
Măsurătorile pe VIP-uri sunt, de asemenea, simple cu HFM 706 LambdaLarge . Semnalele de măsurare stabile, tehnologia sensibilă a senzorilor și semnalele cu zgomot redus sunt condiții prealabile pentru obținerea unei precizii și a unei repetabilități ridicate a măsurătorilor. Figura 5 prezintă rezultatele măsurării unei probe VIP foarte lungi.
Când temperatura medie a probei VIP crește de la 10°C la 40°C, conductivitatea termică a acesteia crește cu aproximativ 12%, de la 0,00457 W/(m-K) la 0,00514 W/(m-K). În consecință, efectul izolator al VIP se deteriorează cu până la 12% dacă temperatura exterioară a fațadei unei clădiri crește de la sub 10°C la peste 30°C, de exemplu. Această informație este importantă pentru producătorii și utilizatorii de VIP-uri și este semnificativă pentru dezvoltarea produselor și controlul calității.
Figura 5 demonstrează în plus repetabilitatea excelentă a măsurătorilor și rezoluția ridicată a rezultatelor. Au fost efectuate trei măsurători individuale la fiecare temperatură, iar abaterea maximă între valorile individuale a fost mai mică de 1%. Valorile diferă doar în a cincea zecimală (0,00471, 0,00472 și
0.00474 W/(m-K) la 20°C), iar tendința exponențială așteptată a conductivității termice în funcție de temperatură este, de asemenea, clar vizibilă. Acest lucru demonstrează rezoluția ridicată a HFM 706 LambdaLarge și repetabilitatea excelentă a măsurătorilor VIP. Chiar și cele mai mici modificări din cadrul VIP, cum ar fi cele datorate modificărilor structurale cauzate de îmbătrânire sau de pierderea vidului prin microfisuri în filmul de barieră, pot fi detectate rapid și fiabil în orice moment.
Rezumat
Panourile de izolare în vid sunt o tehnologie de ultimă oră pentru aplicațiile care necesită o eficiență ridicată a izolației. În ciuda provocărilor legate de costuri și durabilitate, VIP-urile oferă avantaje semnificative în ceea ce privește eficiența energetică și economisirea spațiului. Pe măsură ce tehnologia avansează și cererea crește, se așteaptă ca VIP-urile să joace un rol din ce în ce mai important în diverse domenii industriale. NETZSCH oferă HFM 706 LambdaLarge , un sistem fiabil pentru măsurarea conductivității termice a materialelor VIP. Măsurile eficiente din tehnologia și proiectarea instrumentului depășesc provocările reprezentate de proprietățile probei în timpul măsurării.