Вакуумная теплоизоляционная панель состоит из пористого материала-наполнителя, помещенного в непроницаемую оболочку. Воздух в панели откачивается до давления от 0,1 до 100 Па, после чего оболочка герметизируется. По сравнению с традиционными утеплительными материалами (пенополистиролом и пенополиуретаном с теми же теплопроводящими свойствами) вакуумная панель значительно тоньше, что очень важно в строительстве.
В настоящее время материалы для вакуумных панелей включают пенополистирол, пенополиуретан, дымный кремнезем и осажденный кремнезем, аэрогели. В частности, дымный кремнезем и аэрогели превосходят все типы наполнителей даже при относительно высоких давлениях – до 1000 Па внутри пакета. Возможность сравнительно высокого начального давления обеспечивает увеличение продолжительности жизни теплоизоляционного пакета.
Оболочки для вакуумных пакетов состоят из нескольких слоев, содержат очень тонкую металлическую пленку (алюминий), на которую для придания механической прочности с обеих сторон наносят слой пластика.
В 1999 году впервые в строительной практике достаточно большая площадь – около 40 м2 фасада лабораторного здания в г. Вюрцбурге (Германия) была утеплена вакуумными панелями. В качестве наполнителя применялся микропористый кремнезем. Испытания показали, что такие панели сохраняют свои теплоизолирующие свойства (0,002 < X < 0,008 Вт(м·К) до давления газа внутри панели около 10 000 Па.
Исследования этих панелей после года эксплуатации показали устойчивость их свойств. Давление внутри панелей выросло за это время на 100 Па. Таким образом, при исходном давлении внутри панели 100 Па панель будет сохранять свои теплоизолирующие свойства как минимум 100 лет. Использование в вакуумной панели более крупнопористого материала, например пенополистирола с открытой пористостью, приводит к увеличению коэффициента теплопроводности до такого же значения уже при давлении внутри панели на уровне 200 Па, а значит, такие панели сохраняют свои свойства не более двух лет.
При использовании вакуумных теплоизоляционных панелей необходимо учитывать обязательное требование сохранения их герметичности. Это накладывает определенные ограничения на конструкцию систем утепления и области применения таких панелей. В первую очередь их целесообразно использовать в трехслойных стеновых панелях. Если в современной конструкции панелей необходим слой утеплителя не менее 15 см, то применение вакуумной панели позволяет уменьшить толщину слоя до 2 см. При этом вакуумная панель будет защищена с двух сторон слоями бетона от механических повреждений. Упростится конструкция панели, т. к. снизятся требования к прочности гибких связей между слоями бетона. Возможно использование панелей между слоями кирпичной кладки, а также для утепления перекрытий.
Далее приведены примеры использования вакуумных теплоизоляционных панелей.
На рис. 4.25 представлена схема системы теплоизоляции пола. На бетонную плиту укладывается полиэтиленовая пленка, затем плита из экструдированного пенополистирола толщиной 2 см, на которой лежат два слоя вакуумных панелей такой же толщины (два слоя укладываются с целью устранения «мостиков холода» через стыки панелей). Затем следует еще одна плита из экструдированного пенополистирола, которая покрывается полиэтиленовой пленкой. Общее термическое сопротивление такой системы составляет 11,8 м2·К/Вт.
Поэтому предложено использование вакуумных панелей в трехслойной конструкции, где наружным слоем служит стекло, а внутренним – лист металла. Вакуумные панели рекомендуется использовать для высотного строительства с целью уменьшения толщины наружных стен.
Рис. 4.25. Утепление пола с использованием вакуумной теплоизоляционной панели
На рис. 4.26 показан пример того, как вакуумная теплоизоляция применялась при выполнении тепловой модернизации старого здания, в конструкции которого использовалась полупрозрачная ширма с электродвигателем, выдвигающим ее перед окном в летнее время при перегреве здания. Ширма размещалась между внутренней стеной здания и наружной облицовкой из кирпича. Между ширмой и внутренней стеной здания с целью устранения теплопотерь была установлена вакуумная теплоизоляционная панель. Кроме этого, вакуумные теплоизоляционные панели предлагается использовать для наружного утепления старых зданий.
Рис. 4.26. Утепление стены