Encapsulated vacuum insulation panels: theoretical thermal optimization

Abstract

A vacuum insulation panel (VIP) is a new thermal insulation material consisting of an open-celled core material which is evacuated and then sealed with a thin barrier laminate. When it is integrated into an expanded polystyrene (EPS) insulation board and entirely encapsulated by a protective material, an additional thermal bridge occurs along the component's perimeter. A theoretical parameter study examines the effects of integrating a VIP into an insulation board with a fixed thickness of 100 mm. Several parameters were varied: thermal conductivity and the thickness of the VIP core, the thickness of the envelope, the thickness of the EPS layers and the width of the EPS strips along the component's perimeter. Both two- and three-dimensional numerical studies reveal a certain VIP maximum thickness for optimal thermal performance. For the three-dimensional component, this thickness is near 30 mm or 95 mm for, respectively, a 40 µm- or a 6 µm-thick aluminium foil-based barrier laminate. For these components, the overall thermal resistance was found to be, respectively, 35% or 137% higher than a 100 mm-thick EPS insulation board. However, no maximum thermal performance was found for an encapsulated VIP containing a three-layer metallized barrier laminate. Le panneau isolant sous vide (PIV) est un nouveau matériau d'isolation thermique comportant une âme constituée d'un matériau à pores ouverts, qui est mise sous vide et hermétiquement scellée au moyen d'une mince barrière en stratifié. Lorsque le PIV est intégré à un panneau isolant en polystyrène expansé (EPS) et entièrement encapsulé par un matériau protecteur, un pont thermique supplémentaire se produit le long du périmètre de cet élément. Une étude théorique des paramètres examine les effets de l'incorporation d'un PIV dans un panneau isolant d'une épaisseur fixe de 100 mm. Plusieurs paramètres sont modifiés: la conductivité thermique et l'épaisseur de l'âme du PIV, l'épaisseur de l'enveloppe, l'épaisseur des couches de polystyrène expansé (EPS) et la largeur des bandes de polystyrène expansé le long du périmètre de l'élément. Les études numériques aussi bien bidimensionnelles que tridimensionelles révèlent qu'une certaine épaisseur maximale des PIV permet d'obtenir un rendement thermique global. S'agissant de l'élément tridimensionnel, cette épaisseur est proche de 30 mm ou de 95 mm, respectivement, pour un stratifié basé sur une feuille d'aluminium de 40 µm ou 6 µm d'épaisseur. Concernant ces éléments, il a été constaté que la résistance thermique globale était, respectivement, de 35% ou 137% supérieure à celle d'un panneau isolant en polystyrène expansé de 100 mm. Néanmoins, il n'a été constaté aucun rendement thermique maximum pour un PIV encapsulé contenant un stratifié métallisé triple couche. Mots clés: panneaux isolants sous vide (VIP) encapsulés, isolation, optimisation, rendement thermique, panneaux isolants sous vide