ขนาดช่องว่างอากาศระหว่างแผ่นทำความร้อนและฉนวนส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนอย่างไร

โดยทั่วไปคิดว่าฉนวนสัมผัสกับพื้นผิวร้อนที่ต้องการป้องกัน ในความเป็นจริง มักจะมีช่องว่างอากาศ- โดยตั้งใจหรือไม่- เกือบทุกครั้ง ซึ่งสามารถช่วยหรือขัดขวางประสิทธิภาพการระบายความร้อน ขึ้นอยู่กับวิธีการดูแลรักษา เมื่อทราบหลักฟิสิกส์ของการถ่ายเทความร้อนข้ามช่องว่างนั้น วิศวกรสามารถเปลี่ยนจุดอ่อนที่อาจเกิดขึ้นให้กลายเป็นข้อได้เปรียบด้านการออกแบบได้

ฟิสิกส์ของอากาศนิ่งในฐานะฉนวน
อากาศนิ่งเป็นฉนวนที่ดีมาก ดีกว่าวัสดุฉนวนทั่วไปหลายๆ ชนิดที่มีค่าการนำความร้อนประมาณ 0.026 W/m·K ช่องว่างอากาศระหว่างแผ่นร้อนและฉนวนด้านหลังทำให้มีความต้านทานความร้อนได้ตามต้องการ ตราบใดที่อากาศถูกกักไว้และไม่สามารถไหลได้ การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน - การเพิ่มขึ้นของอากาศร้อนและการแทนที่ด้วยอากาศเย็น - ต้องการพื้นที่ แรงหนืดครอบงำอยู่ในช่องว่างแคบ ๆ ซึ่งโดยปกติจะน้อยกว่าประมาณ 1 ซม. (0.4 นิ้ว) ระงับการพาความร้อน ในระบบการปกครองนี้ ช่องว่างอากาศมีส่วนสนับสนุนค่าความเป็นฉนวนโดยรวมในทางที่ดี

ดังนั้น ประสิทธิภาพการระบายความร้อนของระบบแผ่นทำความร้อนฉนวนช่องว่างอากาศจึงไม่-เป็นเชิงเส้นกับขนาดช่องว่าง ช่องว่างที่แคบมาก (1-2 มม.) ให้ความต้านทานเป็นพิเศษ แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการบริดจ์หรือการสัมผัสทางกายภาพที่ทำลายชั้นอากาศ และหากปิดผนึกไม่ให้มีการเคลื่อนที่ของอากาศ ช่องว่างที่เกิดขึ้นในช่วง 5–10 มม. จะทำให้เป็นฉนวนเพิ่มเติมได้มากโดยไม่เพิ่มความหนาทั้งหมดมากนัก

ข้อเสียคือบายพาสรังสี
เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กลไกการถ่ายเทความร้อนที่สองจะครอบงำด้านที่ร้อนของช่องว่าง การถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์ การแผ่รังสีผ่านช่องว่างอากาศอาจมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิแท่นกดทั่วไป (150-400 องศา / 300-750 องศา F) หากพื้นผิวด้านหลังของแท่นวางเป็นโลหะที่มีการแผ่รังสีสูง (เหล็กออกซิไดซ์โดยทั่วไปคือ 0.8 ถึง 0.9) การแผ่รังสีอินฟราเรดจะแผ่กระจายอย่างแรงเหนือช่องว่าง ซึ่งทำให้ประโยชน์ของฉนวนนำไฟฟ้าลดลง

ช่องว่างขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ซึ่งมีการเคลื่อนที่ของอากาศหมุนเวียนอาจเป็นหนทางสู่การสูญเสียความร้อน ไม่ใช่เพราะอากาศเป็นสื่อนำความร้อนที่ดี แต่เป็นเพราะรังสีสามารถหลบหนีออกมาได้ และอากาศที่หมุนเวียนจะถ่ายเทความร้อนออกจากแท่นวาง ยิ่งระยะทางเกินเกณฑ์การพาความร้อน-มาก (ประมาณ. 1-2 ซม.) การแผ่รังสีก็มีความสำคัญมากขึ้น และช่องว่างอากาศจะมีประสิทธิภาพน้อยลงในฐานะแผงกั้นความร้อน

ทำให้ Air Gap เป็นสินทรัพย์ด้านประสิทธิภาพ
ช่องว่างอากาศที่มีการควบคุมและแผงกั้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่ำ-คือวิธีแก้ปัญหา ช่องว่างอากาศที่มีการควบคุมโดยเจตนาที่ 5-10 มม. โดยมีฟอยล์สะท้อนแสงที่ด้านใดด้านหนึ่งหรือทั้งสองด้านอาจปรับปรุงประสิทธิภาพของฉนวนโดยรวมได้อย่างมากด้วยค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อย การใช้ฟอยล์สะท้อนแสงที่มีอัตราการแผ่รังสี 0.05 (โดยทั่วไปของอลูมิเนียมขัดเงาหรือแผงกั้นการแผ่รังสีที่ทำขึ้นโดยเฉพาะ) สามารถลดการเคลื่อนตัวของรังสีผ่านช่องว่างได้ 95% ฟอยล์ทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนความร้อนของการแผ่รังสีกลับไปยังแผ่นรองร้อน และยังป้องกันการสูญเสียพลังงาน ในขณะที่ชั้นอากาศนิ่งให้ความต้านทานไฟฟ้า

เซลล์อากาศที่สร้างขึ้นอย่างถูกต้องพร้อมแผงกั้นรังสีถือเป็นเทคโนโลยีฉนวนที่มีประสิทธิภาพมาก โดยจะเพิ่มความต้านทานความร้อนโดยไม่เพิ่มความหนาของฉนวน อาจนำไปติดตั้งกับแผ่นที่มีอยู่เดิมได้ และมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิการทำงานสูงในระบบการแผ่รังสีที่ครอบงำ

คำแนะนำการออกแบบเชิงปฏิบัติ
เพื่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ดีที่สุดของฉนวนช่องว่างอากาศในการออกแบบแผ่นทำความร้อน:

เว้นระยะห่างไว้ที่ 5-10 มม. - เล็กพอที่จะป้องกันการพาความร้อนตามธรรมชาติ แต่ใหญ่พอที่จะหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยไม่ตั้งใจ

ติดฟอยล์สะท้อนแสงเข้ากับแท่นวางร้อน (หรือที่ช่องว่างทั้งสองด้าน) ตามหลักการแล้วการแผ่รังสี < 0.1 .

ปิดขอบของช่องเปิดเพื่อไม่ให้อากาศทะลุหรือทำให้เกิดปล่องไฟทำให้เกิดการพาความร้อน

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่องว่างแห้ง - ความชื้นในชั้นอากาศช่วยเพิ่มการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพและสามารถควบแน่นบนพื้นผิวที่เย็นกว่าได้

ในทางกลับกัน ช่องว่างขนาดใหญ่ที่ไม่ได้รับการจัดการและมีการหมุนเวียนของอากาศอาจเป็นช่องทางในการสูญเสียความร้อน ช่องว่างแบบสุ่มที่ลดประสิทธิภาพสามารถเกิดขึ้นได้จากฉนวนที่บิดเบี้ยว การติดตั้งแบบหลวม หรือการติดตั้งที่ไม่ถูกต้อง การตรวจสอบเป็นประจำควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่องว่างอากาศที่ต้องการมีความสม่ำเสมอ และพื้นผิวที่สะท้อนแสงนั้นสะอาดและสมบูรณ์

บทสรุป: โอกาสใหญ่ ช่องว่างเล็ก
ช่องอากาศที่มีแผงกั้นรังสีซึ่งสร้างอย่างเหมาะสม ถือเป็นลักษณะที่พึงประสงค์ของระบบฉนวน ไม่ใช่ปัญหาที่ต้องแก้ไข เมื่ออุณหภูมิแท่นวางสูง สิ่งสำคัญคือต้องลดการถ่ายเทรังสีให้เหลือน้อยที่สุด และฟอยล์สะท้อนแสงข้ามช่องว่างที่มีขนาดเหมาะสมสามารถลดการสูญเสียความร้อนได้มากกว่า 50% จากการใช้ฉนวนแบบฝังเรียบเท่านั้น มาตรการออกแบบการระบายความร้อนแบบพาสซีฟที่เรียบง่ายสามารถส่งผลให้ประหยัดพลังงานได้มาก ไม่ว่าจะเป็นการสร้างแท่นวางใหม่หรือติดตั้งอุปกรณ์เก่า การควบคุมช่องว่างอากาศ และการจัดการการแผ่รังสี จะเปลี่ยนพื้นที่ที่ซ่อนอยู่ให้กลายเป็นส่วนสำคัญในประสิทธิภาพเชิงความร้อน