Thermische isolatie is de vermindering van warmteoverdracht (d.w.z. de overdracht van thermische energie tussen objecten met verschillende temperatuur) tussen objecten in thermisch contact of binnen bereik van stralingsinvloed. Thermische isolatie kan worden bereikt met speciaal ontwikkelde methoden of processen, maar ook met geschikte objectvormen en materialen.

Warmtestroom is een onvermijdelijk gevolg van contact tussen objecten van verschillende temperatuur. Thermische isolatie biedt een isolatiegebied waarin thermische geleiding wordt verminderd of thermische straling wordt gereflecteerd in plaats van geabsorbeerd door het lichaam met lagere temperatuur.

Het isolerend vermogen van een materiaal wordt gemeten als het omgekeerde van thermische geleidbaarheid (k). Een laag warmtegeleidingsvermogen komt overeen met een hoog isolerend vermogen (weerstandswaarde). In de thermische engineering zijn andere belangrijke eigenschappen van isolatiematerialen productdichtheid (ρ) en specifieke warmtecapaciteit (c).

Toepassingen

Kleding en natuurlijke isolatie van dieren bij vogels en zoogdieren

Gassen hebben slechte thermische geleidingseigenschappen in vergelijking met vloeistoffen en vaste stoffen en vormen dus een goed isolatiemateriaal als ze vast kunnen komen te zitten. Om de effectiviteit van een gas (zoals lucht) verder te vergroten, kan het worden verstoord in kleine cellen, die warmte niet effectief kunnen overdragen door natuurlijke convectie. Bij convectie is er een grotere bulkstroom van gas, aangedreven door drijfvermogen en temperatuurverschillen, en het werkt niet goed in kleine cellen waar er weinig dichtheidsverschil is om het aan te drijven, en de hoge oppervlakte-volumeverhoudingen van de kleine cellen vertragen de gasstroom in hen door middel van stroperige weerstand.

Om kleine gascelvorming te bewerkstelligen in door de mens gemaakte thermische isolatie, kunnen glas- en polymeermaterialen worden gebruikt om lucht op te sluiten in een schuimachtige structuur. Dit principe wordt industrieel toegepast in isolatie van gebouwen en leidingen zoals glaswol, cellulose, steenwol, polystyreenschuim (piepschuim), urethaanschuim, vermiculiet, perliet en kurk. Luchtinlaat is ook het principe in alle sterk isolerende kledingmaterialen zoals wol, donsveren en fleece.

De luchtvangende eigenschap is ook het isolatieprincipe dat wordt gebruikt door homeotherme dieren om warm te blijven, bijvoorbeeld donsveren en isolerend haar zoals natuurlijke schapenwol. In beide gevallen is het primaire isolatiemateriaal lucht, en het polymeer dat wordt gebruikt om lucht op te vangen is natuurlijk keratine-eiwit.

Temperatuur

Gebouwen

Het handhaven van aanvaardbare temperaturen in gebouwen (door verwarming en koeling) gebruikt een groot deel van het wereldwijde energieverbruik. Gebouwisolaties gebruiken ook vaak het principe van kleine opgesloten luchtcellen zoals hierboven uitgelegd, b.v. glasvezel (met name glaswol), cellulose, steenwol, polystyreenschuim, urethaanschuim, vermiculiet, perliet, kurk, enz. Gedurende een bepaalde tijd werd ook asbest gebruikt, maar dit veroorzaakte gezondheidsproblemen.

Een goed geïsoleerd gebouw:

  • energiezuinig
  • zorgt voor meer uniforme temperaturen in de hele ruimte. Er is minder temperatuurgradiënt, zowel verticaal (tussen enkelhoogte en hoofdhoogte) als horizontaal van buitenmuren, plafonds en ramen naar de binnenmuren, waardoor een comfortabelere omgeving voor de bewoners ontstaat wanneer de buitentemperaturen extreem koud of heet zijn.
  • goedkoop
  • vermindert de CO2-voetafdruk.

Raamisolatiefolie kan worden toegepast in weersinvloeden om inkomende thermische straling in de zomer en verlies in de winter te verminderen.

In de industrie moet energie worden gebruikt om de temperatuur van objecten of procesvloeistoffen te verhogen, verlagen of handhaven. Als deze niet geïsoleerd zijn, verhoogt dit de energiebehoefte van een proces, en daarmee de kosten en milieu-impact.

Mechanische systemen

Ruimteverwarmings- en koelsystemen verdelen warmte door gebouwen door middel van leidingen of leidingen. Het isoleren van deze buizen door middel van buisisolatie vermindert de energie in lege ruimtes en voorkomt condensatie op koude en gekoelde leidingen.

Leidingisolatie wordt ook gebruikt op waterleidingleidingen om het bevriezen van leidingen gedurende een acceptabele tijd te vertragen.

Mechanische isolatie wordt vaak geïnstalleerd in industriële en commerciële installaties.

Koeling

Een koelkast bestaat uit een warmtepomp en een thermisch geïsoleerd compartiment.

Ruimtevaartuig

Lanceer- en re-entry plaatsen zware mechanische spanningen op ruimtevaartuigen, dus de sterkte van een isolator is van cruciaal belang (zoals blijkt uit het falen van isolerende tegels op de Space Shuttle Columbia, waardoor het shuttle-casco oververhit raakte en uit elkaar viel tijdens terugkeer, waarbij werd gedood) de astronauten aan boord). Herintreding door de atmosfeer genereert zeer hoge temperaturen door compressie van de lucht bij hoge snelheden. Isolatoren moeten voldoen aan veeleisende fysieke eigenschappen die verder gaan dan hun thermische overdracht vertragende eigenschappen. Voorbeelden van isolatie die op ruimtevaartuigen worden gebruikt, zijn onder meer een versterkte neus van koolstof-koolstofcomposiet en silicagevezels van de Space Shuttle. Zie ook Isolerende verf.

Automotive

Verbrandingsmotoren produceren tijdens hun verbrandingscyclus veel warmte. Dit kan een negatief effect hebben wanneer het verschillende warmtegevoelige componenten bereikt, zoals sensoren, batterijen en startmotoren. Dientengevolge is thermische isolatie nodig om te voorkomen dat de warmte van de uitlaat deze componenten bereikt.

Auto’s met hoge prestaties gebruiken vaak thermische isolatie als middel om de motorprestaties te verbeteren.