С вакуумной изоляцией панели (ВИП) является одной из форм тепловой изоляции , состоящей из газонепроницаемого кожуха , окружающего жесткую сердцевину, из которой откачивают воздух. Он используется в строительстве зданий , холодильных установках и изотермических транспортных контейнерах для обеспечения лучших изоляционных характеристик, чем обычные изоляционные материалы. [1] [2]
Строительство
VIP-персоны состоят из:
- Мембранные стены, используемые для предотвращения попадания воздуха в панель.
- Панель из жесткого высокопористого материала, такого как коллоидальный диоксид кремния , аэрогель , перлит или стекловолокно, для поддержки стенок мембраны от атмосферного давления после удаления воздуха.
- Химические вещества (известные как геттеры ) для сбора газов, просочившихся через мембрану или выделенных из материалов мембраны. Их добавляют в VIP со стекловолоконными или вспененными сердцевинами, поскольку для сердцевин с большим размером пор требуется более высокий вакуум (менее примерно 1 мбар) в течение запланированного срока службы.
Тепловые характеристики
Теплообмен происходит по трем режимам: конвекция , теплопроводность и излучение . Создание вакуума практически исключает конвекцию, так как это зависит от наличия молекул газа, способных передавать тепловую энергию путем объемного движения. Небольшое снижение давления не влияет на теплопроводность газа, потому что уменьшение количества молекул, несущих энергию, компенсируется уменьшением столкновений между молекулами. Однако при достаточно низком давлении расстояние между столкновениями превышает размер сосуда, и тогда проводимость действительно уменьшается с увеличением давления. [3]
Поскольку материал сердцевины VIP аналогичен по тепловым характеристикам материалам, используемым в традиционной изоляции, поэтому VIP достигают гораздо более низкой теплопроводности (значение k ), чем обычная изоляция , или, другими словами, более высокого теплового сопротивления на единицу толщины. Обычно коммерчески доступные VIP достигают теплопроводности 0,004 Вт / (м · К) по центру панели или общего значения 0,006-0,008 Вт / (м · К) с учетом теплового моста (теплопроводность через края панели) и неизбежной постепенной потерей вакуума с течением времени. [4]
Сравнение с обычной изоляцией
Тепловое сопротивление VIP на единицу толщины очень выгодно по сравнению с обычной изоляцией. [5] Например, стандартная минеральная вата имеет теплопроводность 0,044 Вт / (м · К) [6], а панели из жесткого пенополиуретана - около 0,024 Вт / (м · К). Это означает, что теплопроводность VIP примерно в пять раз меньше, чем у обычной изоляции, и, следовательно, примерно в пять раз больше термического сопротивления ( R-значение ) на единицу толщины. Исходя из типичного значения k 0,007 Вт / (м · К), значение R для типичного VIP толщиной 25 миллиметров (1 дюйм ) будет 3,5 м 2 · К / Вт (20 ч · фут 2 · ° F / БТЕ). Чтобы обеспечить такое же значение R, потребуется 154 миллиметра (6 дюймов) минеральной ваты или 84 миллиметра (3 дюйма) панели из жесткого пенополиуретана.
Однако тепловое сопротивление на единицу цены намного меньше, чем у обычных материалов. Производство VIP сложнее, чем пенополиуретан или минеральная вата, и строгий контроль качества изготовления мембран и герметичных стыков важен, если панель должна поддерживать вакуум в течение длительного периода времени. Воздух будет постепенно попадать в панель, и по мере того, как давление панели нормализуется с окружающим воздухом, его значение R ухудшается. Обычная изоляция не зависит от удаления воздуха по своим тепловым характеристикам и, следовательно, не подвержена этой форме ухудшения. Однако такие материалы, как пенополиуретан, также подвержены водопоглощению и ухудшению характеристик.
Кроме того, изделия VIP нельзя разрезать по размеру, как обычную изоляцию, так как это разрушит вакуум, а изделия VIP нестандартных размеров должны изготавливаться на заказ, что также увеличивает стоимость. До сих пор эта высокая стоимость обычно не позволяла VIP-персонам попадать в традиционные жилищные условия, однако их очень низкая теплопроводность делает их полезными в ситуациях, когда строгие требования к изоляции или ограниченное пространство делают традиционную изоляцию непрактичной. Характеристики VIP также зависят от температуры - с повышением температуры увеличивается проводимость и перенос излучения. Кроме того, типичные панели не могут работать при температуре выше 100 ° C (212 ° F) из-за клея, используемого для герметизации тонкого конверта.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ US9487953B2 , Нагараджан, «Панель с вакуумной изоляцией», опубликовано в 2013 г.
- ^ US6863949B2 , Ehrmanntraut, «Фольга охватило эвакуированные теплоизоляционные элементы», опубликованной 2000
- ^ "Теплопроводность воздуха при пониженных давлениях и масштабах длины" . 9 ноября 2002 г.
- ^ Вакуумная изоляция в строительном секторе: системы и приложения , Приложение 39: Высокоэффективная теплоизоляция (HiPTI), Программа IEA Energy in Buildings and Communities (EBC, ранее известная как ECBCS), 2005 г. , получено 10 октября 2011 г.
- ^ Фрике, Дж; Heinemann, U; Эберт, HP (14 марта 2008 г.), «Вакуумные изоляционные панели - от исследований к рынку» , Vacuum , 82 (7): 680–690, Bibcode : 2008Vacuu..82..680F , doi : 10.1016 / j.vacuum. 2007.10.014
- ^ Рулон Rockwool (PDF) , Rockwool , получено 10 октября 2011 г.
дальнейшее чтение
- vip-bau.de, сайт о вакуумных изоляционных панелях (VIP), финансируемый государством.
- Хоуетт, Дэн; Стовалл, Тереза; Бхандари, Махабир; Бисвас, Кошик (март 2014 г.). «Панели с вакуумной изоляцией для кровельных работ. Камден, почтовое отделение США и здание суда, Камден, Нью-Джерси» . Администрация общих служб (США). Подробный отчет о выборе панелей с вакуумной изоляцией в качестве тестового проекта для Управления общих служб, которое отвечает за многие правительственные здания США.
- Международный симпозиум по вакуумной изоляции (IVIS) https://vipa-international.org/ivis
Отчеты по проектам МЭА за 2020 г. https://www.iea-ebc.org/projects/project?AnnexID=65