O que é painel de isolamento a vácuo – Definição

Painéis de isolamento a vácuo (VIP)

A maior parte dos materiais são limitados pela condutividade térmica do ar (aprisionado em células), o qual é de cerca de cerca de 0,025 W / m K ∙ . Mas uma diminuição na pressão causa uma diminuição na sua condutividade térmica. Um painel de isolamento a vácuo (VIP) reduz esse problema. Este painel é uma forma de isolamento térmico que consiste em um gabinete estanque ao gás em torno de um núcleo rígido. O ar deste painel é evacuado. Deve-se notar que o envelhecimento tem um efeito negativo nos painéis. Isso ocorre porque o envelope dos painéis não é totalmente hermético e, portanto, sua condutividade térmica aumenta levemente. Esses painéis podem ser usados ​​para o isolamento térmico de quase todos os elementos do invólucro do edifício.

Condutividade térmica de painéis de isolamento a vácuo

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para painéis de isolamento a vácuo  são entre 0,004 e 0.020W / m ∙ K . Deve-se notar que os menores valores de condutividade térmica são alcançados logo após a produção. Como o envelope dos painéis não é totalmente hermético, o envelhecimento tem um efeito negativo nos painéis.

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, vidro de espuma ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Exemplo – painéis de isolamento a vácuo

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use painéis de isolamento a vácuo com  10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,013 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

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

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

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

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

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

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

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

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 3,76 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 113 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.