Cum afectează dimensiunea spațiului de aer dintre o placă de încălzire și izolația sa performanța termică?

În general, se crede că izolația atinge suprafața fierbinte care trebuie protejată. În realitate, există aproape întotdeauna un spațiu de aer- intenționat sau nu- care poate ajuta sau împiedica performanța termică, în funcție de modul în care este întreținută. Cunoscând fizica transportului de căldură peste acest gol, inginerii pot transforma o potențială vulnerabilitate într-un avantaj de proiectare.

Fizica aerului neclintit ca izolator.
Aerul izolator este un foarte bun izolator. Este mai bun decât multe materiale izolante tipice cu o conductivitate termică de aproximativ 0,026 W/m·K. Spațiul de aer dintre placa fierbinte și izolația din spate oferă o rezistență termică de dorit, atâta timp cât aerul este reținut și nu poate curge. Transferul de căldură convectiv – creșterea aerului încălzit și înlocuirea acestuia cu aer rece – necesită spațiu. Forțele vâscoase domină într-un spațiu îngust, de obicei mai mic de aproximativ 1 cm (0,4 inchi), suprimând convecția. În acest regim, întrefierul contribuie favorabil la valoarea totală a izolației.

Hence, the thermal performance of air gap insulation heating plate systems is non-linear with the gap size. Very narrow gaps ( 1-2 mm ) give some extra resistance , but are vulnerable to bridging or physical contact that kills the air layer . And if sealed against air motion, the resulting gaps in the 5–10 mm range provide a lot of extra insulation without greatly adding to total thickness.

Dezavantajul este bypass-ul radiațiilor.
Pe măsură ce temperatura crește, un al doilea mecanism de transfer de căldură domină pe partea fierbinte a golului. Transferul radiativ de căldură este proporțional cu puterea a patra a temperaturii absolute. Radiația de-a lungul unui spațiu de aer poate fi semnificativă la temperaturile obișnuite ale platoului de presare (150-400 grade / 300-750 grade F). Dacă fața din spate a plăcuței este metal expus cu o emisivitate ridicată (oțelul oxidat este în general 0,8 până la 0,9), atunci radiația infraroșie va radia puternic peste spațiu, anulând astfel beneficiul izolației conductoare.

Un decalaj mai mare necontrolat cu mișcarea convectivă a aerului poate fi o cale de pierdere de căldură, nu pentru că aerul este un bun conductor de căldură, ci pentru că radiația poate scăpa și aerul care circulă transferă căldura departe de platan. Cu cât distanța dincolo de pragul-de suprimare a convecției este mai mare (ca. 1-2 cm), cu atât radiația contează mai mult, iar spațiul de aer devine mai puțin eficient ca barieră termică.

Faceți din Air Gap un atu de performanță
Soluția este un spațiu de aer controlat și o barieră cu-emisivitate scăzută. Un spațiu de aer reglat, intenționat, de 5-10 mm, cu o folie reflectorizantă pe una sau ambele părți, ar putea îmbunătăți foarte mult performanța totală a izolației, cu costuri mici. Utilizarea unei folii reflectorizante cu emisivitate 0,05 (tipic aluminiului lustruit sau a unei bariere radiante special concepute) poate reduce transportul radiativ prin decalaj cu 95%; Folia acționează ca un reflector termic al radiației înapoi către placa fierbinte și, de asemenea, evită pierderea de energie în timp ce stratul de aer nemișcat asigură rezistența electrică.

O celulă de aer construită corect cu o barieră radiantă este o tehnologie de izolare foarte eficientă. Mărește rezistența termică fără a crește grosimea izolației, poate fi adaptat la platanele existente și este deosebit de eficient la temperaturi ridicate de funcționare în regim dominat de radiații.

Ghid practic de proiectare
Pentru cea mai bună eficiență termică a izolației spațiului de aer în modelele de plăci pentru încălzire:

Lăsați distanța la 5-10 mm - suficient de mică pentru a preveni convecția naturală, dar suficient de mare pentru a evita atingerea accidentală.

Atașați o folie reflectorizantă pe placa fierbinte (sau pe ambele părți ale spațiului). În mod ideal, emisivitate < 0.1 .

Închideți marginea deschiderii astfel încât aerul să nu pătrundă sau să nu provoace efecte de coș care să conducă convecția.

Asigurați-vă că spațiul este uscat - umiditatea din stratul de aer îmbunătățește conductivitatea termică efectivă și poate condensa pe suprafețe mai reci.

În schimb, un decalaj mare care nu este gestionat și are mișcare convectivă a aerului ar putea fi o cale pentru pierderea de căldură. Lacunele aleatorii care reduc performanța pot fi produse de izolația răsucită, montarea slăbită sau instalarea incorectă. O examinare regulată ar trebui să asigure că orice spațiu de aer necesar este uniform și că suprafețele reflectorizante sunt curate și intacte.

Concluzie: mare oportunitate, mic decalaj
Un spatiu de aer cu o bariera radianta, construit corespunzator, este un aspect de dorit al sistemului de izolare, nu o problema de rezolvat. Când temperatura platanului este ridicată, este esențial să se minimizeze transferul radiativ, iar folia reflectorizantă într-un spațiu dimensionat corespunzător poate reduce pierderile de căldură cu mai mult de 50% în cazul utilizării numai a izolației încastrate. Măsurile de proiectare termică simple și pasive pot duce la economii mari de energie. Indiferent dacă se construiesc plăci noi sau se reinstalează echipamente vechi, controlul spațiului de aer și gestionarea radiațiilor transformă un spațiu ascuns într-un contributor activ la eficiența termică.