Vacupor® Technologie - Vakuum-Isolation

Vakuum Isolations Paneelen Technologie

Obwohl es die Vakuum Isolations Paneelen-Technik schon seit vielen Jahren gibt, ist sie erst in der letzten Zeit wirtschaftlich existenzfähig geworden. Dies ist hauptsächlich auf die Entwicklung kostengünstigerer und leistungsfähigerer Materialien wie Vacupor®, Porextherm’s Vakuum Isolations Paneel auf Basis von hochdispersem Silikapulver zurückzuführen. Vakuumpaneele (VIP’s) dienen üblicherweise in verschiedenen Anwendungen der Steigerung des Energiewirkungsgrads. Wegen ihrer Leistungsfähigkeit und Gestaltungsvielfalt eröffnen sie aber auch eine Vielzahl von weiteren wertvollen Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören eine Vergrößerung des Volumens von Gewerbe- und Haushaltskühlschränken, längere Transportzeiten bei temperaturgeregelten Transportsystemen und eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichts isolierter Frachtbehälter. Durch den Einbau solcher Paneele in Ihre Produkte und Systeme können Sie also erhebliche Wettbewerbsvorteile erzielen.

Porextherm verfügt über immenses Wissen und Erfahrung, um seine Kunden mit Lösungen für Ihr Isolationsproblem zu versorgen und Unterstützung beim Design der Produkte zu geben.

Was versteht man unter Vakuum-Isolation?

Dass der Wärmedämmwert mancher Materialien in einem evakuierten Raum ungewöhnlich stark gesteigert werden kann, ist schon lange bekannt. Die Wahl des Isolationsmaterials in Kombination mit der Höhe des verwendeten Vakuums, beeinflusst stark den endgültigen Dämmwert eines VIPs.
Bevor wir uns im einzelnen mit den Vakuum Isolations Paneelen beschäftigen, empfiehlt sich eine kurze Betrachtung der Mechanismen, die der Wärmeübertragung zugrunde liegen.

Wärmeleitung

Bei der Wärmeleitung handelt es sich um die Wärmeübertragung in Feststoffen. Erwärmt man zum Beispiel einen Metallstab an einem Ende, so wird die Wärme zum anderen Ende weitergeleitet. Ein Wärmetransport kann aber auch in Gasen erfolgen, wenn Moleküle mit höherer Temperatur, d.h. schnellere Moleküle mit kälteren und somit langsameren Molekülen zusammenstoßen. Feststoffe besitzen eine von ihrer Atomstruktur abhängige Eigenleitfähigkeit. So sind zum Beispiel die Metalle gute, Glas und andere Silicamaterialien hingegen schlechte Wärmeleiter. Kleine Gasmoleküle wie Wasserstoff leiten die Wärme besser als große Moleküle wie Sauerstoff und Stickstoff.

Konvektion

Wärmeübertragung durch Konvektion ist hauptsächlich bekannt bei Flüssigkeiten. Dieser Effekt ist allerdings ebenso bei Gasen, wie z. B. Luft zu beobachten. Durch Wärme angeregte Moleküle geben dabei ihre Energie an „kältere“, also energieärmere Moleküle weiter. Bei Gasen wie Luft hat dies zur Folge, dass warme Luft nach oben steigt und kalte Luft nach unten sinkt. Dadurch findet ein Energieaustausch statt. Diesen Mechanismus macht man sich zum Beispiel beim Heißluftballon zunutze.

Wärmestrahlung

Bei der Strahlung handelt es sich um Energieübertragung durch elektromagnetische Wellen. Auf diese Weise wird die Erde durch die Sonne erwärmt. Inwieweit ein Körper Strahlung abgeben und aufnehmen kann, hängt von seiner Atomstruktur ab.

Vakuum Technologie

Mit der Vakuumtechnik lassen sich alle drei Wärmeübertragungsmechanismen eindämmen. Das beste Beispiel für die Vakuumisolierung ist das üblicherweise als Thermosflasche bezeichnete Dewar-Gefäß, bei dem der Raum zwischen den beiden Wänden eines Zylinders fast vollständig (zu 99,999999 %) evakuiert wird. Da praktisch keine Gasmoleküle mehr vorhanden sind, findet keine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung oder Konvektion statt. Das Ergebnis ist eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit: 0,005 W/mk (R 30) oder noch niedriger. Die Aufrechterhaltung eines solchen Druckgefälles zwischen der Außen- und der Innenseite des Gefäßes ist jedoch mit mechanischen Schwierigkeiten verbunden. Damit sind der Gestaltung solcher Gefäße und den hierfür geeigneten Materialien Grenzen gesetzt. Dazu kommt noch, dass die Wände des Zylinders absolut gas- und feuchtigkeitsundurchlässig sein müssen, weil schon eine kleine Zahl von Gasmolekülen das Isoliervermögen zunichte machen würde. Da sich Strahlen im Vakuum, in dem sie auf keinerlei Hindernis stoßen, am besten ausbreiten, kommt als Material für die Gefäßwände lediglich ein speziell behandeltes Glas oder Metall in Betracht. Allerdings besitzen diese beiden Materialien an den Verbindungsstellen der Gefäßwände eine erhebliche Wärmeleitfähigkeit.

Vergleich der Wärmeleitfähigkeitswerte zwischen Vacupor® und alternativen Isolationsprodukten

 

Was ist ein Vakuum Isolations Paneel?

Ein Vakuum Isolations Paneel, oder kurz VIP besteht aus einem von einer Schutzfolie umhüllten und als „Kern“ bezeichneten Füllstoff. Nach dem Einbringen in die Umhüllung wird das System auf ein Vakuum zwischen 0,001 und 1,5 mbar (0,001 und 1 Torr) evakuiert und versiegelt. Das Kernmaterial hat drei Aufgaben:

Erstens dient es zum Stützen der Paneelwände. Der Atmosphärendruck übt auf die evakuierte Platte einen Druck von 1 bar aus. Demnach lastet auf einer 1 Quadratmeter großen Platte ein Druck von etwa 10 Tonnen.

Zweitens hemmt das Kernmaterial die Bewegung eventuell in der Platte noch vorhandener Gasmoleküle. Je kleiner die Porengröße des Kernmaterials, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Gasmoleküle nicht miteinander, sondern mit dem verzweigten Netz des Füllstoffs zusammenstoßen. Damit sind diese Moleküle weitgehend blockiert. Eventuell auf das feste Kernmaterial übergegangene Wärme muß durch ein verwickeltes Netz von Verzweigungen gelangen und zerstreut sich auf diese Weise zum größten Teil. Porextherms Vacupor®-Kern auf Basis von hochdispersem Silikapulver hat unter allen Füllstoffen die geringste Porengröße und damit das größte Isoliervermögen.

Drittens bieten die Kernmaterialien eine Sperrschicht gegen Wärmeübertragung durch Strahlung und enthalten deshalb Trübungsmittel, welche die Infrarotstrahlung zerstreuen oder absorbieren. Ein Vergleich zwischen Vacupor®-Vakuum Paneelen und herkömmlichen Dämmstoffen zeigt, dass Vacupor® ein signifikant höheres Isolationvermögen aufweist.