Tấm cách nhiệt chân không hoạt động như thế nào?

• Màng chắn bọc ngoài
• Lõi xốp mịn

Bạn sẽ học được gì

• Kể ba phần của một tấm VIP và việc của từng phần.
• Giải thích vì sao tấm rất mỏng mà cách nhiệt tốt.
• Nêu các điểm yếu của VIP và cách người ta khắc phục.

Cần biết trước

Biết rằng nhiệt truyền đi bằng dẫn nhiệt và đối lưu, và không khí đứng yên là chất cách nhiệt tương đối tốt.

Một tấm VIP gồm những phần nào?

Gồm lõi, màng chắn và chân không bên trong. VIP về cơ bản là một lõi cách nhiệt rất tốt, được bịt kín trong màng chắn nhiều lớp kín khí, với không khí bên trong được rút đi để tạo chân không sâu.

Lõi. Lõi thường làm từ silica nhiệt phân hoặc sợi thủy tinh mịn, có cấu trúc lỗ cực mịn, dưới 60 nanomet. Cấu trúc ấy hạn chế khả năng truyền nhiệt của phân tử không khí, ngay cả trước khi hút chân không. Lõi cũng được thiết kế để chịu nén dưới tải lớn khi hút chân không.

Màng chắn. Đây là màng nhựa nhiều lớp ghép với các lớp phủ kim loại mỏng để chặn khí và hơi ẩm đi qua.

Chân không. Việc rút khí làm giảm mạnh sự dẫn nhiệt và đối lưu của không khí qua lõi.

• Lõi trong không khí
• Lõi sau khi hút chân không

Vì sao tấm mỏng mà cách nhiệt tốt?

Vì lõi và chân không cùng chặn nhiệt của không khí. Lõi xốp mịn làm khó phân tử khí truyền nhiệt, còn chân không rút bớt chính những phân tử đó. Kết quả: tấm mới, chưa hư hại có thể có độ dẫn nhiệt thấp tới 0,004 W/m·K, bằng khoảng một phần năm so với các loại xốp cách nhiệt thông thường. VIP còn có nhiệt trở cực cao, vào khoảng R35 trên mỗi inch.

Hiệu quả cao ở bề dày nhỏ đặc biệt có giá trị khi không gian bị hạn chế.

Mép tấm là chỗ yếu hơn. Mép, nơi đường hàn màng chắn, truyền nhiệt nhiều hơn giữa tấm, nên các cánh hàn được gấp phẳng hoặc dán lại để giảm hiệu ứng mép.

• VIP: rất mỏng
• Xốp thông thường: dày hơn nhiều
• Cùng mức cản nhiệt

Điều gì làm VIP mất hiệu quả?

Màng chắn bị thủng, không khí lọt dần vào, và những giới hạn khi dùng. Nếu màng chắn bị thủng, chân không mất đi và hiệu quả cách nhiệt giảm, dù lõi vẫn cách nhiệt nhỉnh hơn xốp cứng một chút. Theo thời gian, một lượng nhỏ không khí có thể lọt vào, làm hiệu quả giảm dần qua nhiều năm.

Còn các giới hạn khác. Không thể cắt tấm cho vừa tại công trường, nên thiết kế phải chấp nhận kích thước tấm cố định. Tính theo mỗi đơn vị trị số R, VIP hiện đắt hơn vật liệu cách nhiệt truyền thống.

• Tấm nguyên vẹn
• Tấm bị thủng, không khí lọt vào

Người ta bảo vệ tấm khỏi hư hại thế nào?

Bằng cách lắp khéo và bằng màng chắn tốt hơn. Màng chắn dễ bị hư hại khi vận chuyển, lắp đặt và trong suốt thời gian sử dụng. Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã phát triển một màng chắn tự lành, tự vá ngay những hư hại do bị đâm thủng.

Khi lắp, thanh đỡ cho phép gắn lớp ốp ngoài mà không đóng vít xuyên qua tấm.

• Tường
• Tấm VIP
• Thanh đỡ
• Lớp ốp ngoài

Ví dụ trong đời sống

Hãy hình dung một nhà cũ giả định, tường mỏng và không còn chỗ để dày thêm. Gắn thêm một lớp VIP bên ngoài giữ độ dày tăng thêm rất nhỏ nhưng cản nhiệt nhiều. Thợ phải đặt đúng kích thước tấm đã chuẩn bị sẵn và tránh khoan hay đóng đinh vào tấm. Đây là mô hình minh họa, không mô tả một công trình cụ thể.

Hiểu lầm thường gặp

Chân không tự nó là vật liệu cách nhiệt. Lõi xốp mịn đóng vai trò lớn: nó hạn chế truyền nhiệt của không khí ngay cả trước khi hút chân không, và chống ép xẹp tấm.

Tấm thủng thì mất hết tác dụng. Chân không mất đi và hiệu quả giảm, nhưng lõi vẫn cách nhiệt nhỉnh hơn xốp cứng một chút.

Có thể cắt tấm VIP cho vừa tại chỗ như xốp thường. Không thể cắt tấm tại công trường vì sẽ làm thủng màng chắn.

Câu hỏi thường gặp

Tấm cách nhiệt chân không làm bằng gì?

Gồm lõi xốp mịn, thường là silica nhiệt phân hoặc sợi thủy tinh mịn, bịt kín trong màng chắn nhiều lớp với không khí đã rút đi.

Vì sao VIP đắt hơn?

Tính theo mỗi đơn vị trị số R, VIP hiện đắt hơn vật liệu cách nhiệt truyền thống.

Tấm VIP có dùng được lâu không?

Theo thời gian, một lượng nhỏ không khí có thể lọt vào, làm hiệu quả giảm dần qua nhiều năm.

Tóm tắt

• VIP gồm lõi xốp mịn, màng chắn kín khí và chân không bên trong.
• Lõi nhỏ lỗ cùng chân không làm tấm mỏng mà cách nhiệt tốt, còn mép tấm là chỗ truyền nhiệt nhiều hơn.
• Màng thủng hoặc không khí lọt vào làm giảm hiệu quả, nên cần lắp cẩn thận và có màng chắn tốt hơn.