Вакуумная теплоизоляция. Виды и устройство. Применение

Вакуумная теплоизоляция. Виды и устройство. Применение

Процесс переноса тепла от нагретых тел, их участков к более холодным снижается при их защите специальными ограждениями из теплоизоляционных материалов. Воздух обладает наилучшими свойствами тепловой изоляции благодаря низкой плотности его молекул. Вакуум идеальный изолятор, так как в нем количество частиц стремится к нулю. Вакуумная теплоизоляция разработана на основании научной концепции невозможности передачи тепла в полностью разряженном объеме. Метод основан на создании сверхвысокого вакуума в полностью герметичной форме. При этом необходимо сохранять непроницаемость воздуха и влаги извне в вакуумную среду.

Вакуумная теплоизоляция, как прогрессивная технология, основные виды

Свойства вакуумной изоляции основаны на механизмах передачи тепловой энергии в твердых субстанциях, в жидкостях и газах.

Существуют три вида теплопередачи:
  • Теплопроводность — передача кинетической энергии внутри тела, от одной части (нагреваемой) к другой (холодной). Обусловлен этот процесс столкновением частиц теплого слоя (более быстрых) с частицами слоя холодного.
  • Передача тепла в жидкостях и газах происходит при конвекции. С повышением температуры, в веществе расстояние между молекулами увеличивается, удельная плотность уменьшается. Легкие нагретые слои вещества поднимаются, холодные опускаются вниз. Конвекция — циркуляция молекулярных объемов субстанции, при которой происходит перенос тепла.
  • Посредством электромагнитных волн, возможна передача тепла от одного тела к другому. Этот способ теплопередачи называется излучением.

В природе и в быту один вид теплообмена сопровождается другим. Вакуумная теплоизоляция исключает все способы передачи тепловой энергии в твердых телах, жидкостях и газах. В герметичном объеме формы создается глубокий вакуум, что исключает передачу тепла путем конвекции и теплопроводности.

Изоляция вакуумом основана на трех основных методах:
  • Высоковакуумная изоляция исключает перенос тепла газом. Эффект достигается высоким давлением внутри пустотелых пор, под действием которого траектория движения молекул газа больше внутристенного расстояния. Множество небольших полых камер в изолирующем материале, при высоком давлении и глубоком вакууме, минимизируют процесс передачи тепла между телами. Наиболее перспективными мелкодисперсными наполнителями с низкой проводимость тепла являются кремнегель и перлит, которые абсорбируют влагу и поглощают газ. Нейтрализация молекул газа снаружи и внутри изделия предотвращает увеличение давления в порах наполнителя.
  • Метод вакуумно-порошковой изоляции основан на заполнении формы измельченной субстанцией. Далее, объем разряжается до вакуума. В многочисленных порах наполнителя гасится скорость движения молекул воздуха. Этот метод эффективен и при невысоком давлении, так как не повышает теплообменные свойства. Основными характеристиками изолятора тепла являются вид наполнителя и поглотителя газов, уровень вакуума, герметичность внешнего покрытия. Заполненная пористой субстанцией водонепроницаемая прочная оболочка, представляет собой теплоизоляционную панель. Широко используются для производства строительных блоков такие наполнители, как пенополистирол, пенополиуретан, дымный и осажденный кремнезем, аэрогель.
  • Экранно-вакуумная теплоизоляция. Этот метод является максимально востребованным и инновационным в области тепловой изоляции, основан на чередовании в изделии отражающих слоев (экранов) с прослойками изолирующих прокладок (например, стекловолокна). Суть данного метода заключается в формировании вакуумированной, заполненной веществом, полости, которая защищена отражающей плоскостью (экранами). Экраны разделены стеклотканью.

Революционная идея метода основана на снижении лучистого теплообмена экранированием. Эффект достигается за счет большого количества слоев экранной поверхности, плотности и габаритов изделия. Наполнитель позволяет сохранить форму изделия и снизить теплообмен до минимального предела. Для усиления эффекта к аэрогелю добавляют бронзовую или алюминиевую пудру, так как металлические частицы служат своеобразными экранами.

Vakuumnaia teploizoliatsiia 2

Защитная оболочка формируется из тонкого слоя алюминиевой фольги или из металлизированной полиэфирной пленки. Прочность изделию придает внешняя пластиковая оболочка. Швы и соединения тонкие и широкие, что исключает проникновение воды и воздуха в изделие. Метод используется для изоляции емкостей для хранения жидких криогенных продуктов.

Применение вакуумной изоляции

Вакуумная теплоизоляция широко применяется в холодильных установках, при изготовлении утеплителей и упаковочных материалов, используются при строительстве жилых и производственных объектов, в военной и космической промышленности, в криогенной технике, при транспортировке и хранении сжиженных газов, для поддержания температурного режима.

Вакуумная теплоизоляция используется при производстве технических изделий и конструкций для поддержания режима низких температур. При монтаже изоляционных плит используется специальный клей, так как крепеж может повредить целостность изделия, нарушить герметичность оболочки.

К недостаткам можно отнести:
  • Высокую стоимость технологического процесса и изделия.
  • При транспортировке, хранении и монтаже возможна разгерметизация.
  • Сложность при установке по нужным размерам, из-за невозможности самостоятельного изменения габаритов панели.
  • Хрупкость изделия при высоких нагрузках.
  • Невозможность визуально оценить целостность (герметичность) изделия до начала эксплуатации.
  • При монтаже изолятора внутри помещения, уменьшается пространство полезной площади.
Достоинства вакуумной изоляции:
  • Изделия безопасны для здоровья.
  • Высокое энергосбережение, экономия денежных средств и энергоносителей.
  • Невысокий коэффициент теплопроводности.
  • Изделия огнестойкие.
  • Отсутствие токсичности.
  • Небольшая толщина изоляционного слоя.
  • Долговечность, большой срок эксплуатации.
  • Возможность использования изделия повторно, если не нарушена герметичность.
  • Многообразие форм и размеров.

Длительность эксплуатации теплоизоляционных изделий зависит от ряда существенных условий: уровень первоначально созданного вакуума, габариты, состав наполнителя, свойства материала покрытия формы, коэффициент полезного действия поглотителя влаги и газа.

В зависимости от сферы применения подбирают вид изделия

При необходимости теплоизоляции внутренних стен помещения используют вакуумный утеплитель с алюминиевой пленкой. По осевому слою имеется эластичное напыление для простоты монтажа. В маркировке изделия цифровая составляющая указывает степень теплоизоляции.

В строительной сфере для отделки полов, фасадов, утепления межэтажных и чердачных перекрытий используют панели, внутренняя часть которых заполнена составом кремниевой кислоты, оболочка выполнена из многослойной комбинированной пленки, защищенной от внешней среды тонким слоем вспененного полистирола.

Для утепления крыш, террас подбирают теплоизолятор из полиэстера и фибролита. Для внутренней отделки стен помещений, теплиц, животноводческих комплексов, подвалов, складских сооружений используют изделия с наполнителем из экструдированного пенополистирола.

Vakuumnaia teploizoliatsiia 3

Прежде чем выбрать вид, категорию изделия, в основу которой положена вакуумная теплоизоляция, необходимо проанализировать все плюсы и минусы продукции.

Вакуумная теплоизоляция является предметом успешных разработок немецких ученых. Поэтому Германия является лидером производства продукции.

Похожие темы: