Введение
Вакуумные изоляционные панели (ВИП) - это высокоэффективные изоляционные материалы, используемые в различных сферах. Они характеризуются свойствами превосходной изоляции даже при минимальной толщине материала, что делает их идеальным решением для помещений с ограниченным пространством. NETZSCH предлагает HFM 706 LambdaLarge (см. рис. 1), измерительную систему для определения теплопроводности VIP-материалов.
В данной инструкции по применению рассматриваются структура и применение VIP-материалов, трудности, связанные с измерением, и результаты, полученные с помощью HFM 706 LambdaLarge на эталонных и VIP-образцах.
Структура и принцип работы вакуумной изоляцииПанели
VIP состоит из нескольких ключевых компонентов, которые вместе гарантируют его выдающиеся изоляционные свойства. Превосходные изоляционные характеристики VIP основаны на сочетании вакуума и специального материала сердечника. Материал сердцевины образует несущую конструкцию VIP и обычно состоит из пористых материалов, устойчивых к давлению, таких как фумированный диоксид кремния, стекловолокно или пенополиуретан. Этот материал снижает теплопроводность внутри панели. Материал сердцевины запечатывается в герметичную оболочку под вакуумом. Удаление молекул воздуха практически исключает теплопередачу за счет конвекции.
Многослойная барьерная пленка, обычно состоящая из металлических и полимерных слоев, обеспечивает вакуумное уплотнение. Эта пленка защищает вакуум и препятствует проникновению воздуха или влаги. Барьерная пленка также отражает инфракрасное излучение, тем самым ограничивая передачу тепла путем излучения. Дополнительные защитные слои из пластика или алюминия делают VIP устойчивыми к механическим повреждениям. Благодаря этим свойствам VIP-изоляция в десять раз превосходит по эффективности изоляции обычные изоляционные материалы той же толщины.
Применение VIP-персон
VIP используются во многих отраслях промышленности, где требуется высокоэффективная изоляция в ограниченном пространстве. Они используются в стенах, крышах и полах, особенно в пассивных домах или проектах реконструкции, для достижения высоких показателей изоляции без необходимости использования толстых материалов.
В холодильниках и морозильных камерах VIP помогают снизить энергопотребление и увеличить вместимость. Они используются для изоляции контейнеров и упаковок, в которых перевозятся чувствительные к температуре товары, такие как лекарства и продукты питания. Благодаря высокой эффективности и малому весу ВИП также используются в аэрокосмической технике.
ВИП используются в электромобилях для повышения термостабильности батарей и улучшения климат-контроля в салоне.
Измерение теплопроводности VIP-материалов
Теплопроводность (значение λ) материала является решающим фактором при оценке его тепловых характеристик. Однако из-за уникальной структуры и принципа действия ВИП традиционные методы измерения часто не могут быть применены напрямую. Поэтому технология измерителя теплового потока (HFM) стала общепринятым методом измерения теплопроводности ВИП.
Проблемы при измерении
Со временем барьерная пленка может пропускать газ, что приведет к ослаблению вакуума и увеличению теплопроводности. Поэтому необходимо проводить долгосрочные измерения. Однако результаты измерений теплопроводности могут быть не воспроизводимы.
Тепловые свойства краев VIP могут отличаться от тепловых свойств основной поверхности, что влияет на точность измерений. Даже малейшие неровности материала сердцевины или барьерной пленки могут исказить результаты измерений.
Благодаря своим особым изоляционным свойствам ВИП находятся в нижнем диапазоне за пределами предела обнаружения многих измерительных систем. Это предъявляет особые требования к чувствительности и стабильности системы.
Образцы VIP, как правило, нельзя обрезать, чтобы они поместились в измерительный прибор. Поэтому необходимо иметь возможность проводить измерения на оригинальном образце.
HFM 706 LambdaLarge
Новая электроника и встроенное программное обеспечение, которые уже были внедрены в Eco-Line, обеспечивают значительные преимущества в скорости и точности измерений при измерении VIP-материалов. В модель HFM 706 LambdaLarge также добавлена откидывающаяся задняя дверца. Испытания проводились на эталонных и VIP-образцах.
С открытой задней дверцей теперь можно исследовать не только старение, но и влияние краевых потерь и неоднородностей в неквадратных образцах, особенно в VIP-образцах. Для этого переднюю и/или заднюю дверцу можно оставлять открытой во время измерения. Сравнительные измерения на эталонных образцах показали, что в диапазоне около комнатной температуры дополнительные погрешности измерений из-за открытых дверей отсутствуют.
На рис. 2 и 3 показаны отклонения от литературных значений для измерений на эталонном образце NIST SRM 1450d с закрытой или открытой передней дверцей (эталонное измерение с закрытой дверцей в каждом случае). В обоих случаях максимальное отклонение от литературного значения составляет менее 1% в диапазоне от 10°C до 60°C.
При открытых передних и задних дверях отклонение также составляет менее 1% (см. рисунок 3).
Влияние открытых дверей на погрешность измерений также было проверено с помощью "длинных" образцов EPS различной толщины длиной 1200 мм и шириной 600 мм. Поскольку это однородные эталонные образцы, измеренное значение должно быть независимым от положения измерения вдоль продольной оси образца.
На рисунке 4 показаны отклонения от эталонного значения между 10°C и 30°C для образцов EPS толщиной 40 мм. Отклонения составляют менее 2 %, при этом в передней части образца наблюдаются несколько более высокие значения. Кроме того, на рисунке 4 показаны отклонения для EPS толщиной 30 мм в трех различных положениях при температуре 10°C. Опять же, несколько большие отклонения наблюдаются в передней и задней точках измерения по сравнению с центром образца, с отклонением приблизительно 0,5 %. Для передней и задней позиций было определено отклонение примерно в 0,8 %.
Измерения на VIP-системах также легко выполняются с помощью HFM 706 LambdaLarge . Стабильные измерительные сигналы, чувствительная сенсорная технология и малошумные сигналы являются необходимыми условиями для достижения высокой точности и воспроизводимости измерений. На рисунке 5 показаны результаты измерения сверхдлинного образца VIP.
При повышении средней температуры образца VIP с 10°C до 40°C его теплопроводность увеличивается примерно на 12%, с 0,00457 Вт/(м-К) до 0,00514 Вт/(м-К). Следовательно, изоляционный эффект VIP ухудшается на 12 %, если внешняя температура фасада здания повышается, например, с 10 °C до 30 °C. Эта информация важна для производителей и пользователей VIP и имеет большое значение для разработки продукции и контроля качества.
Рисунок 5 дополнительно демонстрирует отличную повторяемость измерений и высокое разрешение результатов. При каждой температуре было проведено три отдельных измерения, и максимальное отклонение между отдельными значениями составило менее 1 %. Значения отличаются только в пятом знаке после запятой (0,00471, 0,00472 и
0.00474 Вт/(м-К) при 20°C), а также четко прослеживается ожидаемая экспоненциальная тенденция изменения теплопроводности с температурой. Это свидетельствует о высоком разрешении прибора HFM 706 LambdaLarge и отличной повторяемости измерений ВИП. Даже малейшие изменения в VIP, например, связанные со структурными изменениями, вызванными старением или потерей вакуума через микротрещины в барьерной пленке, могут быть быстро и надежно обнаружены в любое время.
Резюме
Вакуумные изоляционные панели - это передовая технология для применений, требующих высокой эффективности изоляции. Несмотря на проблемы с ценой и долговечностью, VIP-панели предлагают значительные преимущества с точки зрения энергоэффективности и экономии пространства. По мере развития технологий и роста спроса ожидается, что ВИП будут играть все более важную роль в различных областях промышленности. NETZSCH предлагает HFM 706 LambdaLarge , надежную систему для измерения теплопроводности ВИП-материалов. Эффективные меры, заложенные в технологию и конструкцию прибора, позволяют преодолеть трудности, возникающие при измерении свойств образца.