Was ist Vakuumisolationspaneele – Definition

Eine Vakuumisolationspaneele (VIP) verringert dieses Problem. Diese Paneele ist eine Form der thermischen Isolierung, die aus einem gasdichten Gehäuse besteht, das einen starren Kern umgibt. Wärmetechnik

Vakuumisolationspaneele (VIP)

VakuumisolationsplattenDie meisten Materialien sind durch die Wärmeleitfähigkeit der Luft (in Zellen eingeschlossen) begrenzt, die etwa 0,025 W / m m K beträgt . Ein Druckabfall führt jedoch zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit. Eine Vakuumisolationspaneele (VIP) verringert dieses Problem. Diese Paneele ist eine Form der thermischen Isolierung, die aus einem gasdichten Gehäuse besteht, das einen starren Kern umgibt. Die Luft aus dieser Platte wird evakuiert. Es ist zu beachten, dass sich die Alterung negativ auf die Paneele auswirkt. Dies liegt daran, dass die Hülle der Paneele nicht vollständig luftdicht ist und daher die Wärmeleitfähigkeit leicht ansteigt. Diese Paneele können für die Wärmedämmung nahezu aller Elemente der Gebäudehülle verwendet werden.

 

Wärmeleitfähigkeit von Vakuumisolationspaneelen

Wärmeisolatoren - ParameterDie Wärmeleitfähigkeit ist definiert als die Wärmemenge (in Watt), die aufgrund eines Temperaturunterschieds durch eine quadratische Materialfläche mit einer bestimmten Dicke (in Metern) übertragen wird . Je niedriger die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist, desto besser kann das Material der Wärmeübertragung widerstehen und desto wirksamer ist die Isolierung. Typische Wärmeleitfähigkeitswerte für Vakuumisolationspaneele  sind zwischen 0,004 und 0.020W / m ∙ K . Es ist zu beachten, dass die niedrigsten Wärmeleitfähigkeitswerte unmittelbar nach der Herstellung erreicht werden. Da die Hülle der Paneele nicht vollständig luftdicht ist, wirkt sich die Alterung negativ auf die Paneele aus.

Im Allgemeinen basiert die Wärmedämmung hauptsächlich auf der sehr geringen Wärmeleitfähigkeit von Gasen . Gase besitzen im Vergleich zu Flüssigkeiten und Feststoffen schlechte Wärmeleitungseigenschaften und bilden daher ein gutes Isolationsmaterial, wenn sie eingeschlossen werden können (z. B. in einer schaumartigen Struktur). Luft und andere Gase sind im Allgemeinen gute Isolatoren. Der Hauptvorteil liegt jedoch in der Abwesenheit von Konvektion. Daher funktionieren viele Isoliermaterialien (z. B. Schaumglas ) einfach durch eine große Anzahl von gasgefüllten Taschen, die eine Konvektion in großem Maßstab verhindern .

Der Wechsel von Gastasche und festem Material bewirkt, dass die Wärme über viele Grenzflächen übertragen werden muss, was zu einer raschen Abnahme des Wärmeübertragungskoeffizienten führt.

Beispiel – Vakuumisolationsplatten

Wärmeverlust durch Wand - Beispiel - BerechnungEine Hauptquelle für Wärmeverluste aus einem Haus sind Wände. Berechnen Sie die Wärmeflussrate durch eine Wand mit einer Fläche von 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Die Wand ist 15 cm dick (L 1 ) und besteht aus Ziegeln mit einer Wärmeleitfähigkeit von k 1 = 1,0 W / mK (schlechter Wärmeisolator). Angenommen, die Innen- und Außentemperaturen betragen 22 ° C und -8 ° C, und die Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten an der Innen- und Außenseite betragen h 1 = 10 W / m 2 K und h 2 = 30 W / m 2K jeweils. Beachten Sie, dass diese Konvektionskoeffizienten insbesondere von den Umgebungs- und Innenbedingungen (Wind, Luftfeuchtigkeit usw.) stark abhängen.

  1. Berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese nicht isolierte Wand.
  2. Nehmen wir nun eine Wärmedämmung an der Außenseite dieser Wand an. Verwenden Sie  10 cm dicke Vakuumdämmplatten (L 2 ) mit einer Wärmeleitfähigkeit von k 2 = 0,013 W / mK und berechnen Sie den Wärmefluss ( Wärmeverlust ) durch diese Verbundwand.

Lösung:

Wie geschrieben wurde, umfassen viele der Wärmeübertragungsprozesse Verbundsysteme und sogar eine Kombination aus Leitung und Konvektion . Bei diesen Verbundsystemen ist es häufig zweckmäßig, mit einem Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten zu arbeiten , der als U-Faktor bekannt ist . Der U-Faktor wird durch einen Ausdruck definiert, der dem Newtonschen Gesetz der Kühlung entspricht :

U-Faktor - Gesamtwärmeübergangskoeffizient

Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient ist mit dem im Zusammenhang Gesamtwärmewiderstand und ist abhängig von der Geometrie des Problems.

  1. kahle Wand

Unter der Annahme einer eindimensionalen Wärmeübertragung durch die ebene Wand und ohne Berücksichtigung der Strahlung kann der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient wie folgt berechnet werden:

Gesamtwärmeübergangskoeffizient - Wärmeverlustberechnung

Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K.

Der Wärmefluss kann dann einfach berechnet werden als:

q = 3,53 [W / m 2 K] × 30 [K] = 105,9 W / m 2

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

Verlust = q. A = 105,9 [W / m 2 ] × 30 [m 2 ] = 3177 W.

  1. Verbundwand mit Wärmedämmung

Unter der Annahme einer eindimensionalen Wärmeübertragung durch die ebene Verbundwand, ohne Wärmekontaktwiderstand und ohne Berücksichtigung der Strahlung kann der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient wie folgt berechnet werden:

Gesamtwärmeübergangskoeffizient - Wärmedämmungsberechnung

 

VakuumisolationsplattenDer Gesamtwärmeübergangskoeffizient beträgt dann:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m 2 K.

Der Wärmefluss kann dann einfach berechnet werden als:

q = 0,125 [W / m 2 K] × 30 [K] = 3,76 W / m 2

Der gesamte Wärmeverlust durch diese Wand beträgt:

Verlust = q. A = 3,76 [W / m 2 ] × 30 [m 2 ] = 113 W.

Wie zu sehen ist, bewirkt eine Zugabe eines Wärmeisolators eine signifikante Verringerung der Wärmeverluste. Es muss hinzugefügt werden, eine Zugabe der nächsten Schicht Wärmeisolator verursacht keine so hohen Einsparungen. Dies ist besser aus der Wärmewiderstandsmethode ersichtlich, mit der der Wärmeübergang durch Verbundwände berechnet werden kann . Die Geschwindigkeit der stetigen Wärmeübertragung zwischen zwei Oberflächen ist gleich der Temperaturdifferenz geteilt durch den gesamten Wärmewiderstand zwischen diesen beiden Oberflächen.

Wärmewiderstand - Gleichung

 

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.