Wie funktioniert ein VIP?
Der Wärmetransport in einem Dämmstoff besteht aus den Anteilen
- Wärmeleitung durch den porösen Feststoff,
- Wärmestrahlung durch den Feststoff,
- Wärmeleitung über das Gas in den Poren des Feststoffes.
Durch Verringerung jeder der Komponenten kann die Wärmeleitfähigkeit
des Dämmstoffes reduziert werden. Die Wärmeleitung durch den Feststoff
kann durch spezielle Materialien und durch Verringerung des Feststoffanteils
(hohe Porosität) verringert werden. Die Wärmestrahlung kann durch
einen Wärmestrahlung absorbierenden Zusatz herabgesetzt werden. Die Wärmeleitung
des Gases kann durch die Gasart und den Gasdruck in den Poren beeinflusst
werden. Die Wärmeleitung über das Gas wird durch Evakuieren weitgehend
ausgeschaltet.
Wie weit der Restgasdruck abgesenkt werden muss, hängt von den Porengrößen
des VIP-Kerns ab. Besonders unempfindlich gegen Druckanstiege sind nanoporöse
Pulverkerne (siehe Abbildung unten). Erst bei Erreichen von 100 mbar
im Kern verdoppelt sich die Wärmeleitfähigkeit des VIPs. Selbst
bei einem völligen Versagen der Hülle liegt die Wärmeleitfähigkeit
für pyrogener Kieselsäure noch unter 20·10
-3 W/(m·K).
Bei gröber strukturierten porösen Kernen erfolgt der Anstieg der
Wärmeleitfähigkeit schon bei Restgasdrucken von 0,1 bis 1 mbar;
daher muss die Hülle besonders dicht sein und somit z.B. aus Edelstahlblech
bestehen.
Aufgetragen ist die Wärmeleitfähigkeit WLF verschiedener poröser,
offenporiger Dämmstoffe in Abhängigkeit vom Gasdruck (Gas: Stickstoff)
im Material. Alle Materialien sind mit 1 bar externem Druck belastet;
die WLF wurde bei 20° C bestimmt. Die Materialien unterscheiden sich
im mittleren Porendurchmesser, der für Glasfasern und Schäumen bei
40 bis 70 µm und für gepresste, feinteilige Pulver bei 0.3
bis 1 µm liegt.
