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Gibt es einen Platz für die Vakuumisolierung in unseren Gebäuden? Oct 25, 2017

Die Vakuumisolierplatte von Microtherm mit einem mikroporösen Substrat, das mit einer undurchlässigen Aluminiumhaut bedeckt ist.

Ich habe kürzlich an der Überarbeitung des BuildingGreen-Leitfadens für Dämmprodukte und -praktiken gearbeitet (verfügbar als Teil eines Webcasts), daher habe ich mich mit allen Arten von Dämmmaterialien beschäftigt, darunter einige ausgefallene Produkte. Eine davon ist die Vakuumisolierung - sie funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie eine Thermosflasche.

Vakuumisolierung ist eine großartige Idee - in der Theorie. Um zu verstehen, warum, hilft es, etwas über den Wärmefluss zu wissen.

Wie ein Vakuum die Wärmeübertragung verlangsamt

Es gibt drei Arten der Wärmeübertragung : Leitung, Konvektion und Strahlung, und wenn wir die meisten Luftmoleküle aus einem Raum entfernen, wie es beim Ziehen eines Vakuums geschieht, eliminieren wir die ersten beiden dieser Wärmeübertragungsmechanismen weitgehend.

Leitung ist der Wärmefluss von Molekül zu Molekül. Dies ist der Grund dafür, dass sich ein Pfannengriff aus Gusseisen erwärmt, aber Wärmeleitung tritt auch über eine Luftschicht auf, da die Kinetik von einem Luftmolekül auf das nächste übertragen wird. Wenn wir die meisten dieser Luftmoleküle entfernen, indem wir ein Vakuum erzeugen, wird der Wärmestrom wesentlich geringer sein.

Konvektion ist die Übertragung von Wärme, indem Moleküle von einem Ort zum anderen transportiert werden. Warme Luft steigt auf, und diese Konvektionsströme führen Wärme - zum Beispiel ist dies das primäre Mittel, dass Wärme von Sockelleisten-Konvektoren (häufig als Radiatoren bezeichnet) in einen Raum geliefert wird. In einem Vakuum gibt es weit weniger Luftmoleküle, so dass die Konvektion der Wärme fast aufhört.

Eine Auswahl von Vakuumdämmplatten von Nanopore. Bildnachweis: Nanopore

Nur der Strahlungswärmefluss tritt in signifikanter Weise im Vakuum auf, da die Strahlung nicht von Luftmolekülen abhängig ist. Deshalb sind Oberflächen mit niedrigem Emissionsgrad in Vakuumpaneelen so wichtig. Die Stanley Thermosflasche hat eine sehr glänzende, niedrig emittierende (low-e) Innenfläche, die hilft, die Übertragung von Strahlungswärme zu reduzieren. Die gleiche Art von Low-E-Oberfläche ist in verschiedenen Vakuumisolationspaneelen enthalten.

Das Endergebnis ist, dass eine Inch-dicke Vakuumisolationsplatte einen Dämmwert von R-25 oder sogar mehr im Vergleich zu R-6 bis R-7 für eine Standard-Hartschaumisolierung liefern kann.

Die "Härte" eines Vakuums

Die wichtigste Eigenschaft eines Vakuums ist sein Druck oder wie "hart" es ist. Wir messen das oft mit Torr-Einheiten. Ein Torr ist genau 1 / 760stel einer Standardatmosphäre (1,3 × 10 -3 atm) oder ungefähr 1 mm Quecksilber. Bei einem sehr harten Vakuum werden mehr Luftmoleküle abgesaugt, wodurch ein größerer Unterdruck entsteht. Die Wände einer typischen Stanley Thermosflasche enthalten ein relativ hartes Vakuum von 10 -6 Torr. Mit solch einem harten Vakuum kann diese Thermosflasche den ganzen Tag Kaffee heiß halten. Im Vergleich dazu ist das Vakuum in einer flachen Vakuumdämmplatte typischerweise nicht mehr als 1 / 1000stel so stark (10 -3 Torr).

Je härter das Vakuum ist, desto schwieriger ist es, es zu halten. Thermosflaschen werden mit einem zylindrischen Design für optimale Festigkeit hergestellt. Bei flachen Platten ist es sehr schwierig, eine vergleichbare Festigkeit zu erreichen und ein solches hartes Vakuum aufrechtzuerhalten - insbesondere an den Kanten.

Mit Vakuums mehr isolieren als unser Kaffee

Wenn Staubsauger so gut arbeiten, um unseren Kaffee den ganzen Tag heiß zu halten, warum benutzen Sie sie nicht, um unsere Häuser zu isolieren? Vakuumisolationspaneele wurden verwendet, um einige High-Tech-Demonstrationshäuser zu isolieren, wie zum Beispiel Teilnehmer des Solar Decathlon Studenten-Designwettbewerbs in den letzten Jahren, aber hohe Kosten machen sie für echte Gebäude unpraktisch.

Es gibt auch das Problem, dass das Durchstechen dieser Vakuumdämmplatte die Isolierleistung signifikant reduziert. (Ich kann mir vorstellen, wie unglücklich man war, nachdem man Tausende damit verbracht hatte, ein Haus mit Vakuumdämmplatten zu isolieren und dann ein Zischen zu hören, während man ein Gemälde aufhängte!)

Diese Vakuumdämmplatten (manchmal VIPs genannt) könnten jedoch bei bestimmten Mehrwertprodukten wie Kühlschränken, Gefrierschränken, Warmwasserbereitern und Eingangstüren sehr sinnvoll sein. Whirlpool verwendete tatsächlich einen VIP, den Owens Corning Mitte der 1990er Jahre für eine Weile (das Aura-Panel) in einem hocheffizienten Kühlschrank produzierte, ließ dann aber sowohl den Kühlschrank als auch die Verwendung von VIPs fallen.

Aber ich glaube, dass die Vorteile von R-25 oder mehr in einem ein Zoll dicken Panel bedeutend genug sind - insbesondere, da wir versuchen, mehr nutzbares Volumen in Kühlschränken zu erhalten, ohne die Außenabmessungen zu erhöhen, um die Umarmung der Vakuumisolierung zu rechtfertigen. Diese könnten auch eine großartige Lösung für Außentüren sein, die notorisch schlecht isoliert sind - wie ich in diesem Blog geschrieben habe .

Heute gibt es mindestens ein halbes Dutzend Hersteller von Vakuumdämmplatten. Die meisten, einschließlich Microtherm und Nanopore , produzieren Platten mit einem starren, porösen Substrat, das von einer undurchlässigen Metallhaut umgeben ist.

Die neue Vakuumdämmplatte von Dow Corning ist zum Schutz mit Mineralwolle ummantelt. Das Unternehmen möchte dieses Produkt in kommerzielle Gebäudefassaden integrieren.


Ein neuer VIP auf dem Markt

Der neueste VIP kommt von Dow Corning (keine Beziehung zu Owens Corning). Diese Platte, die noch nicht allgemein verfügbar ist, ist 1 Zoll dick und hat einen Paneel-Isolationswert von R-39 und einen "Einheits-R-Wert" (unter Berücksichtigung der Ränder) von R-30 nach Angaben des Unternehmens.

Das Dow Corning Produkt hat einen Kern aus pyrogenem Kieselsäurekuchen, ein bemerkenswertes "mikroporöses" Material, das R-8 pro Zoll sogar ohne Vakuum liefert. Dieses Material ermöglicht einen sehr hohen Dämmwert auch bei einem weicheren Vakuum. Der Kern ist zur Strukturunterstützung mit Siliciumcarbid- und Polyesterfasern verstärkt und in einer inneren Schicht aus Polyethylen und einer äußeren Schicht aus Polyethylen, Polyester und Aluminium eingeschlossen. Die Platten sind vakuumversiegelt, und die Kanten sind heißversiegelt.

Laut einem Artikel des Environmental Building News sollen diese Dow Corning-Panels 10-12 $ pro Quadratmeter kosten. Ich glaube, dass VIPs bei diesen Kosten sehr praktisch sein können für die oben genannten Geräte- und Außentüranwendungen.