 |
1. Введение. Около одной трети всего энергопотребления в Германии используется для обогревания комнат. В частности старые здания больше всего выиграют от эффективного для энергии обновления. Вакуумная изоляция, например, вакуумные изоляционные панели (VIP) и вакуумные изоляционные стеклопакеты (VIG) — чрезвычайно эффективные системы для обновления строительной сферы. Системы VIP уже коммерчески доступны, а первые продукты немецкого производства получили свое техническое одобрение в июне 2007 г. Долговременная функциональность систем VIP была проверена в лабораторных условиях; также исследуется возможность увеличения сферы применения продукта. Вакуумные изоляционные стеклопакеты в настоящий момент находятся в стадии разработки вместе с исследовательским проектом, спонсированным Немецким Федеральным Министерством Экономики и Технологии. Их серийное производство ожидается в 2010 г. |
2. Вакуумные изоляционные панели (VIP) для зданий
2.1 Монтаж
При производстве вакуумные изоляционные панели имеют теплопроводность около 0.004 W/(mK). Их коэффициент изоляции в пятьдесят раз выше по сравнению с традиционным изоляционным материалом той же толщины. Типичный базовый материал — микропористый, стойкий к давлению и имеет низкую теплопроводность, когда придается вакууму (например, пирогенный кварц (кремнезем)). Металлическая фольга или стальная оболочка обеспечивают очень медленное увеличение давления и теплопроводности.
2.2 Срок службы
Несмотря на металлическую оболочку, проникающие молекулы медленно увеличивают давление газа в VIP. Кроме сухих атмосферных газов (таких как O2 и N2) водный пар является особенно критическим компонентом, так как он значительно увеличивает теплопроводность панели. В ZAE «Bayern» была разработана теоретическая модель вероятного срока службы для VIP. Модель была проверена посредством длительных измерений на панелях с различными видами оболочки металлической фольги (расследования проходили около года). Результаты показывают, что VIP со сроком службы более 50 лет вполне возможны, даже если используется фольга с тонкими металлическими слоями. Согласно вычислениям, теплопроводность увеличится до 0.006 W/(mK) в течение этого периода.
2.3 Тепловые мосты
Вышеупомянутые значения для теплопроводности действительны только в ситуации, когда центральная область VIP не затронута. Из-за высокой теплопроводности металлических слоев по краям покрытие являет собой тепловой мост. Это может приводить к сильному увеличению общего коэффициента теплопроводности панели, в частности для малоразмерных панелей с толстыми металлическими слоями или с полностью стальным покрытием (смотрите Рис. 1).
 |
Рис. 1. Рассчитанный коэффициент теплопроводности стенной конструкции с VIP (силикатный кирпич 17.5 см, VIP 3 см + 3 см PS) как функция размера панели для различных видов панельного покрытия
Не только тепловые мосты, вызванные оболочкой панели, но и те, которые вызваны методом установки (подгонка, сооружение) играют важную роль. Чрезвычайно эффективные свойства изоляции VIP делают эффекты теплового моста еще худшими. Во время этапа планировки строго рекомендуется проводить детальное вычисление эффектов тепловых мостов.
2.4 Использование
Благодаря уменьшенной толщине изоляции (от 1/5 до 1/10) VIP имеют большие преимущества в ситуации, если свободное место ограничено (граничит с примыкающей недвижимостью, маленьким выступом крыши, в домах с террасами), или в ситуации, когда пространство очень дорогое. В придачу к экономии пространства избегается появление непривлекательных глубоких амбразур, что дает больше свободы действий для архитекторов. Системы VIP также могут использоваться под подогревом пола, на полу и на потолках, элементах парапета или в жалюзных шторных системах.
2.5 Специальные возможности
Все конструкции VIP должны придерживаться следующих основных принципов: • оболочка не должна вредить (без уколов, аккуратное использование); • нет возможности разрезания панели (разверните решетку во время стадии планировки);• механическая монтажная система не должна вызывать давление в панели; • тепловым мостам должно уделяться больше внимания, чем при традиционной изоляции; • стыки и щели должны быть непроницаемыми для водного пара.
3. Вакуумные изоляционные стеклопакеты (VIG)
3.1 Монтаж
В традиционном двухслойном остеклении с мягким покрытием общая потеря тепла в большой степени зависит от теплопроводности через газовый наполнитель (около 80% для воздуха как газового наполнителя). Этот показатель можно существенно уменьшить путем создания вакуума в пространстве между остеклением. Кроме того, брешь (пространство) с вакуумом может быть уменьшена в толщине, так как его теплоизоляционный эффект сильно зависит от расстояния между стеклами.
Таким образом, могут быть реализованы системы с тонким остеклением (смотрите Рис. 2). Однако уплотнители должны быть расположены с обычными промежутками между стеклами, чтобы избежать повреждения стеклопакета через атмосферное давление в 1,000 гПа, что соответствует весу 10 тонн на квадратный метр. Также необходима герметическая краевая прокладка, чтобы гарантировать длительное давление газа в 104 гПа.
 |
Рис. 2. Диаграмма для вакуумного изоляционного стеклопакета с флоат стеклом размером 2 x 4 мм (толщина системы < 9 мм)
3.2 Свойства
Оптимизируя все системные параметры, VIG сочетает в себе превосходные коэффициенты изоляции, очень тонкое остекление и малый вес. При использовании чрезвычайно эффективных мягких покрытий с излучательной способностью менее чем 0.03 и с использованием оптимизированных теплопрокладок можно достичь общего коэффициента теплопроводности в 0.5 W/(m2K).
 |
Рис. 3. Вид через вакуумный изоляционный стеклопакет. Уплотнители могут быть замечены только из очень близкого расстояния и не мешают видимостиспейсерстекло герметиквакуумное пространствоlowE покрытие
3.3 Стадия разработки
В рамках исследовательского проекта, спонсированного Немецким Федеральным Министерством Экономики и Технологии (FKZ 0327366), была продемонстрирована функциональность вакуумного изоляционного стеклопакета. Помимо разработки газонепроницаемой краевой прокладки на VIG также выполнялись и механические нагрузочные испытания в специально разработанном тепловом процессе смены давления. В этом испытании системы VIG достигли уровня сопротивления давлению, сопоставимого с традиционными застекляющими конструкциями.
Текущий исследовательский проект, спонсированный Немецким Федеральным Министерством Экономики и Технологии, сосредоточивается на развитии производственного процесса для серийного производства VIG. Завершение этого процесса ожидается в конце 2010 г.
Комментарии