Панель с вакуумной изоляцией
Панель с вакуумной изоляцией (VIP) — это форма теплоизоляции, состоящая из газонепроницаемой оболочки, окружающей жесткое ядро, из которого откачан воздух. Он используется в строительстве зданий , холодильных установках и изолированных транспортных контейнерах для обеспечения лучших изоляционных характеристик, чем обычные изоляционные материалы. [1] [2]
Строительство
[ редактировать ]VIP-персоны состоят из:
- Мембранные стенки, используемые для предотвращения попадания воздуха в панель.
- Панель из жесткого, высокопористого материала, такого как коллоидный диоксид кремния , аэрогель , перлит или стекловолокно, для поддержки стенок мембраны против атмосферного давления после удаления воздуха.
- Химические вещества (известные как газопоглотители ) для сбора газов, просачивающихся через мембрану или выделяющихся из мембранных материалов. Они добавляются к VIP с сердцевиной из стекловолокна или пенопласта, поскольку сердцевины с большим размером пор требуют более высокого вакуума (менее 1 мбар) в течение запланированного срока службы.
Тепловые характеристики
[ редактировать ]Передача тепла происходит тремя способами: конвекцией , проводимостью и излучением . Создание вакуума практически исключает конвекцию, поскольку она основана на присутствии молекул газа, способных передавать тепловую энергию за счет объемного движения. Небольшое понижение давления не оказывает влияния на теплопроводность газа, поскольку уменьшение количества молекул-носителей энергии компенсируется уменьшением столкновений между молекулами. Однако при достаточно низком давлении расстояние между столкновениями превышает размеры сосуда, и тогда проводимость действительно падает с давлением. [3]
Поскольку материал сердцевины VIP аналогичен по термическим характеристикам материалам, используемым в обычной изоляции, VIP достигают гораздо более низкой теплопроводности ( значение k ), чем обычная изоляция , или, другими словами, более высокого термического сопротивления на единицу толщины. Как правило, коммерчески доступные VIP достигают теплопроводности 0,004 Вт/(м·К) по центру панели или общего значения 0,006–0,008 Вт/(м·К) после учета тепловых мостиков (теплопроводности поперек панели). края панели) и неизбежная постепенная потеря вакуума с течением времени. [4]
Сравнение с обычной изоляцией
[ редактировать ]Тепловое сопротивление ВИП на единицу толщины очень выгодно отличается от обычного утеплителя. [5] Например, стандартная минеральная вата имеет теплопроводность 0,044 Вт/(м·К), [6] и панели из жесткого пенополиуретана примерно 0,024 Вт/(м·К). Это означает, что VIP имеют примерно одну пятую теплопроводность обычной изоляции и, следовательно, примерно в пять раз больше теплового сопротивления ( значение R ) на единицу толщины. Исходя из типичного значения k , равного 0,007 Вт/(м·К), значение R типичного VIP толщиной 25 миллиметров (1 дюйм) составит 3,5 м. 2 ·К/Вт (20 h·ft 2 ·°Ф/БТЕ). Чтобы обеспечить такое же значение R, потребуется 154 миллиметра (6 дюймов) минеральной ваты или 84 миллиметра (3 дюйма) панели из жесткого пенополиуретана.
Однако термическое сопротивление за единицу цены намного меньше, чем у обычных материалов. VIP-панели сложнее изготовить, чем пенополиуретаны или минеральную вату, и строгий контроль качества изготовления мембран и герметизирующих соединений важен, если панель должна сохранять вакуум в течение длительного периода времени. Воздух будет постепенно проникать в панель, и по мере того, как давление панели нормализуется с окружающим воздухом, ее значение R ухудшается. Тепловые характеристики традиционной изоляции не зависят от удаления воздуха и, следовательно, не подвержены 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 приходится изготавливать на заказ, что также увеличивает стоимость. До сих пор эта высокая стоимость, как правило, не позволяла VIP-персонам использовать 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 передача излучения. Кроме того, типичные панели не могут работать при температуре выше 100 °C (212 °F) из-за клея, используемого для герметизации тонкой оболочки.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ US9487953B2 , Нагараджан, «Панель с вакуумной изоляцией», опубликовано в 2013 г.
- ^ US6863949B2 , Ehrmanntraut, «Вакуумные теплоизоляционные элементы в фольгированной оболочке», опубликовано в 2000 г.
- ^ «Теплопроводность воздуха при пониженных давлениях и масштабах длины» . 9 ноября 2002 г.
- ^ Вакуумная изоляция в строительном секторе: системы и применение (PDF) , Приложение 39: Высокоэффективная теплоизоляция (HiPTI), Программа МЭА «Энергия в зданиях и сообществах» (EBC, ранее известная как EBCCS), 2005 г. , получено 10 октября 2011 г.
- ^ Фрике, Дж; Хайнеманн, У; Эберт, HP (14 марта 2008 г.), «Вакуумные изоляционные панели — от исследований до рынка» , Vacuum , 82 (7): 680–690, Bibcode : 2008Vacuu..82..680F , doi : 10.1016/j.vacuum. 2007.10.014
- ^ Ролл Rockwool (PDF) , Rockwool , получено 10 октября 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- vip-bau.de, финансируемый государством сайт, посвященный вакуумным изоляционным панелям (VIP).
- Хоуэтт, Дэн; Стовалл, Тереза; Бхандари, Махабир; Бисвас, Кошик (март 2014 г.). «Панели с вакуумной изоляцией в кровельных работах. Почтовое отделение и здание суда США в Камдене, Камден, Нью-Джерси» . Управление 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 МЭА по проектам за 2020 год https://www.iea-ebc.org/projects/project?AnnexID=65