Вакуумная теплоизоляция
и перспективы ее использования в строительстве.
В настоящее время имеется устойчивая
тенденция повышения требований к теплоизоляции
зданий. Эта задача решается в основном
увеличением толщины слоя изоляции, что,
однако усложняет выполнение работ и уменьшает
полезную площадь сооружений. Поэтому
создание высокоэффективного теплоизоляционного
материала является в настоящее время
актуальной задачей в строительстве.
Как известно, теплопроводность различных
материалов может быть значительно снижена
при помещении их в вакуум.
Вакуумная теплоизоляция в чистом виде
или, как ее называют иначе, высоковакуумная
изоляция представляет собой в сущности
вакуумированное пространство между теплой
и холодной граничными стенками. Тепло
в этом пространстве переносится двумя
путями: теплопроводностью остаточных
газов и тепловым излучением.
Вакуумная теплоизоляция представляет
собой откачанное ( до вакуума 10 - 4 Па и
глубже) пространство между двумя хорошо
отражающими поверхностями, одна из которых
поддерживается при более высокой, а другая
при более низкой температурах. Теплопередача
через вакуумированное пространство осуществляется
главным образом излучением. Однако, если
вакуум между двумя поверхностями будет
хуже указанного выше, возможен значительный
клад в теплопередачу за счет теплопроводности
газа.
Самый известный пример вакуумной теплоизоляции
– сосуд Дьюара или термос. В термосе в
пространстве между двойными стенками
цилиндра создается вакуум (99,999999%). Поэтому
передача тепла теплопроводностью и конвекцией
почти отсутствуют, и коэффициент теплопроводности
равен 0,005 Вт/(м*К).
Так же экранно-вакуумная теплоизоляция
используется в космических аппаратах.
Изобретение относится к области космической
техники, основному элементу систем терморегулирования
космических аппаратов, предназначенной
для защиты наружной поверхности космических
аппаратов от внешних тепловых воздействий.
Экранно-вакуумная теплоизоляция космического
аппарата включает пакет экранов, размещенный
между наружным и внутренним облицовочными
слоями. Наружный облицовочный слой выполнен
из диэлектрического тканого материала
с плотностью плетения 0,34-0,7 г/см2. В диэлектрический
тканый материал вплетены в продольном
и поперечном направлениях металлизированные
нити.
Во многих работах для обеспечения высокого
термического сопротивления ограждающих
конструкций предлагается использовать
полые вакуумные изоляционные панели.
В пространстве между стенками панели
создается высокий вакуум, и перенос тепла,
обусловленный конвекцией и теплопроводностью
воздуха, практически исключается. За
счет применения ряда технических решений
толщину стенок панели площадью 1 м2 удалось снизить до 0,2 мм. Однако
обеспечить высокую степень вакуума в
межстеночном пространстве панели в течение
срока эксплуатации достаточно сложно,
а появление даже небольшого давления
(10-4 –10-5 бар) приводит к существенному (на
порядки) ухудшению теплоизоляции. К тому
же значительная доля тепла в таких панелях
передается через достаточно толстые
стенки металлической оболочки.
Более перспективным направлением является
создание вакуумных изоляционных панелей
с наполнителем из пористых материалов
— мелких порошков или аэрогелей. Физические
принципы данного типа теплоизоляции
разработаны еще в 60-е годы прошлого столетия,
однако использовалась она лишь в технике
глубокого охлаждения.
Современная технология изготовления
пленочных упаковочных материалов позволяет
производить теплоизоляцию с вакуумированием
для массового применения в строительстве.
Коэффициент теплопроводности данных
изделий может достигать значения 0,002
Вт/(м*К), что более чем на порядок ниже
традиционно используемых в строительстве
утеплителей.
Вакуумная изоляционная панель состоит
из пористого материала-наполнителя, который
помещается в непроницаемую пленку-оболочку,
воздух из которой откачивается до давления
1 мбар. Вакуумная
изоляционная панель имеет очень низкий
коэффициент теплопроводности λ = 0.0046
Вт/м·°С. В качестве материала-наполнителя
используется нанопористый диоксид кремния
SiO2, состоящий из частиц размером 5 - 20 нм,
которые объединены в каркас с характерными
размерами пор 20 - 150 нм.
Пленка-оболочка - материал, из которого
формируются стенки вакуумной изоляционной
панели. Она состоит из нескольких слоев,
каждый слой представляет собой очень
тонкую металлическую пленку (алюминий,
нержавеющая сталь), на которую с обеих
сторон нанесен слой пластика. Она имеет
превосходные барьерные характеристики.
Чтобы сформировать оболочку для материала-наполнителя,
мембранные пленки завариваются по краям.
Сравнения:
Для обеспечения
одного и того же термического сопротивления
теплопередаче R0 применение вакуумной
изоляции позволяет уменьшить толщину
изоляционного слоя в 6 - 10 раз по сравнению
с другими материалами.
Для обеспечения
термического сопротивления теплопередаче
R0 равного 10, необходимо выложить 4.6 м кирпичной
кладки, а можно применить вакуумную изоляционную
панель толщиной всего 4.6 см.
Для обеспечения
одних и тех же тепловых характеристик
применение вакуумной изоляции позволяет
уменьшить вес изоляционного слоя в 2 –
6 раз.
Преимущества применения:
- уменьшение
общей толщины и веса конструкции;
- существенное
повышение энергетической эффективности;
- большие
возможности для решения эстетических
задач;
- никакого
вреда и риска для здоровья;
- устойчивость
конструкции в течение длительного периода;
- экологически
чистый материал;
- не горюч;
- материал
можно применять многократно;