Роль наполнителя сводится к следующему:

1. поддержание стенки панели – внешнее давление 105 Па означает, что атмосферный столб весом почти 1 т давит на оболочку панели размером 30 см2;

2. ограничение движения газовых молекул – чем меньше величина пор наполнителя, тем более вероятно, что молекулы будут сталкиваться с его частицами, а не между собой; тем самым снижаются требования к начальному уровню разрежения в пакете;

3. исключение радиационного механизма передачи тепла через наполнитель – для этого в его состав часто вводят вещества (например, диоксид титана), рассеивающие и поглощающие ИК-электромагнитные волны.

В настоящее время коммерческие материалы для вакуумных панелей включают пенополистирол, пенополиуретан, дымный кремнезем и осажденный кремнезем, аэрогели. 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 и содержат очень тонкую металлическую пленку (алюминий), на которую для придания механической прочности с обеих сторон наносят слой пластика. Они имеют отличные барьерные характеристики, но могут проводить заметное количество тепла через торцы. Этот «краевой эффект» значительно снижает эффективность панелей. С целью его уменьшения до минимума некоторые оболочки изготавливают по технологии тонкопленочного напыления (осаждения), позволяющей сделать слой алюминия еще тоньше.

Существует достаточно много коммерчески доступных пленок. Чтобы сформировать оболочку (пакет) для наполнителя, пленка заваривается по краям. Тонкий слой пластика с низкой температурой плавления обычно наносится на внутреннюю поверхность пленки, после чего она может быть заварена под воздействием температуры и давления. Проницаемость сварных соединений пластика для газа и влаги гораздо лучше, чем проницаемость остальной поверхности оболочки. Для минимизации этого отрицательного эффекта производители пытаются уменьшить толщину сварного соединения и сделать его шире.

Для увеличения продолжительности эксплуатации панелей используют поглотители влаги и газов. Важно, чтобы количество и тип поглотителя соответствовали наполнителю и типу оболочки панели, а также времени ее эксплуатации. Наполнитель на основе пенопластиков не может адсорбировать ни газов, ни влаги. В этом случае его необходимо вводить в оболочку панели. Мелкопористые наполнители на основе кремнезема сами по себе являются естественными адсорбентами или поглотителями. Следовательно, поглотитель в панелях на основе этих материалов не требуется даже при эксплуатационном периоде 10–20 лет, если используется соответствующий материал оболочки. Поглотители могут значительно увеличить стоимость панели и, как правило, включают соли тяжелых металлов, небезопасные для окружающей среды.

Большинство материалов, помещенных в оболочку с низким давлением, выделяют газы. Их тип и количество, как и время выделения, изменяются от материала к материалу. Выделенные газы могут внести существенный вклад в увеличение внутреннего давления (или снижение вакуума в панели). В некоторых случаях скорость выделения газов из материалов наполнителя и оболочки превышает скорость, с которой они проникают извне. Есть материалы, не выделяющие газа вообще, во многих этот процесс не прекращается никогда. Газовые молекулы проникают как через оболочку, так и через сварное соединение.

Рис 4. Схема наружного утепления здания с применением вакуумных теплоизоляционных панелей.
 

Чем больше панель, тем больше соотношение между ее поверхностью и поверхностью сварного шва и наоборот. Таким образом, выбор подходящего материала оболочки требует, чтобы ее свойства и свойства шва соответствовали типу и размеру панелей. Более заметное влияние на их эффективность оказывает толщина. Ее уменьшение в 2 раза во столько же раз сокращает время службы панелей, поскольку размер поверхности и сварных соединений остается прежним, а изоляционный объем уменьшается вдвое. Хотя скорость проникновения газов через оболочку и сварное соединение такое же, давление внутри оболочки будет расти в 2 раза быстрее, так как ее объем в 2 раза меньше.

Условия эксплуатации влияют как на величину ее срока, так и на пригодность (Пригодность – это возможность использовать панель для данных условий эксплуатации). Пенопласты имеют ограниченный температурный диапазон, вне которого могут возникать деформации, делающие панель практически бесполезной. Например, верхний предел для пенополистирола 88 °С, панели с кремнеземным наполнителем используются при температурах до 500 °С.

Если применена подходящая оболочка, условия эксплуатации влияют на срок службы изделий, поскольку проницаемость их оболочки и сварного соединения для водяных паров и газов изменяется с температурой. Высокие температуры увеличивают проницаемость, а при низких движение молекул замедляется. Следствием высокой концентрации газа в окружении панели является повышение со временем его концентрации внутри оболочки и, следовательно, увеличение теплопроводности. Чем меньше молекула газа, тем быстрее она проникает внутрь панели и сильнее влияет на теплопроводность. Так, если поместить панель в полиуретановую оболочку (такой метод применяется в холодильниках), время жизни изделия возрастет, поскольку во внутреннюю полость тяжелые молекулы, выделяемые пластиком, проникают с трудом. Из-за большого размера они не становятся таким же хорошим переносчиком теплоты, как молекулы азота или кислород. Аналогично для водяных паров: чем выше влажность воздуха вокруг панели, тем быстрее внутрь ее проникает влага и тем выше будет концентрация водяных паров, когда достигается равновесие.