Лучистый барьер — это тип строительного материала , который отражает тепловое излучение и уменьшает теплопередачу . Поскольку тепловая энергия также передается посредством проводимости и конвекции , помимо излучения, лучистые барьеры часто дополняются теплоизоляцией , которая замедляет передачу тепла за счет проводимости или конвекции.
Излучающий барьер отражает тепловое излучение (лучистое тепло), предотвращая передачу с одной стороны барьера на другую благодаря отражающей поверхности с низким коэффициентом излучения . В строительстве эта поверхность обычно представляет собой очень тонкую зеркальную алюминиевую фольгу. На фольгу может быть нанесено покрытие для устойчивости к погодным условиям или для устойчивости к истиранию. Лучистый барьер может быть односторонним или двусторонним. Односторонний лучистый барьер может быть прикреплен к изоляционным материалам , таким как полиизоцианурат , жесткий пенопласт, пузырчатая изоляция или плита с ориентированной стружкой (OSB). Светоотражающую ленту можно приклеить к полосам лучистого барьера, чтобы сделать ее прилегающей пароизоляцией , или, альтернативно, лучистый барьер можно перфорировать для пропускания пара.
Все существующие материалы выделяют или излучают энергию посредством теплового излучения в результате своей температуры. Количество излучаемой энергии зависит от температуры поверхности и свойства, называемого излучательной способностью (также называемого «эмиттансом»). Коэффициент излучения выражается числом от нуля до единицы на данной длине волны. Чем выше излучательная способность, тем больше излучаемое излучение на этой длине волны. Родственным свойством материала является отражательная способность (также называемая «отражательной способностью»). Это мера того, сколько энергии отражается материалом на данной длине волны. Отражательная способность также выражается числом от 0 до 1 (или процентом от 0 до 100). При данной длине волны и угле падения значения излучательной и отражательной способности в сумме равны 1 по закону Кирхгофа . [ нужна цитата ]
Материалы, защищающие от излучения, должны иметь низкую излучательную способность (обычно 0,1 или меньше) на длинах волн, на которых они, как ожидается, будут функционировать. Для типичных строительных материалов длины волн находятся в среднем и длинном инфракрасном спектре , в диапазоне 3–15 микрометров. [ нужна цитата ]
Излучающие барьеры могут иметь или не иметь высокую отражательную способность света. Хотя отражательная способность и излучательная способность должны в сумме равняться 1 на данной длине волны, отражательная способность на одном наборе длин волн (видимая) и излучательная способность на другом наборе длин волн (тепловая) не обязательно в сумме равны 1. Следовательно, можно создавать заметно темные цвета. поверхности с низкой теплопроводностью. [ нужна цитата ]
Для правильной работы лучистые барьеры должны быть обращены к открытому пространству (например, воздуху или вакууму), через которое в противном случае могло бы пройти излучение. [1]
В 1860 году французский учёный Жан-Клод-Эжен Пекле [2] экспериментировал с изолирующим действием высоко- и низкоэмиссионных металлов, обращенных в воздушные пространства. [3] Пекле экспериментировал с широким спектром металлов, от олова до чугуна, и пришел к выводу, что ни цвет, ни светоотражающая способность не являются значимыми определяющими факторами в характеристиках материалов. Пекле рассчитал снижение БТЕ для поверхностей с высоким и низким уровнем выбросов, обращенных в различные воздушные пространства, обнаружив преимущества лучистого барьера в уменьшении передачи тепла.
В 1925 году два немецких бизнесмена Шмидт и Дайкерхофф подали заявки на патенты на отражающие поверхности для использования в качестве изоляции зданий, поскольку недавние достижения в технологии позволили алюминиевой фольге с низким коэффициентом излучения стать коммерчески жизнеспособной. Это стало стартовой площадкой для создания лучистого барьера и отражающей изоляции во всем мире, и в течение следующих 15 лет только в США были установлены миллионы квадратных футов лучистого барьера. [2] В течение 30 лет лучистый барьер сделал себе имя и был включен в проекты Массачусетского технологического института, Принстона и резиденции Фрэнка Синатры в Палм-Спрингс, Калифорния.
Для программы «Аполлон» НАСА помогло разработать тонкую алюминиевую фольгу, которая отражала 95% лучистого тепла. [4] Металлизированная пленка использовалась для защиты космических кораблей, оборудования и астронавтов от теплового излучения или для сохранения тепла при экстремальных колебаниях температуры в космосе. [4] Алюминий был покрыт тонкой пленкой в вакууме и нанесен на основание десантных аппаратов «Аполлон». Он также использовался во многих других проектах НАСА, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба и Скайлэб . В вакууме космического пространства , где температура может варьироваться от -400 до 250 °F (от -240 до 120 °C) [5] передача тепла осуществляется только за счет излучения, поэтому лучистый барьер гораздо более эффективен, чем на Земле. где от 5% до 45% теплопередачи все еще может происходить за счет конвекции и проводимости, даже если установлен эффективный лучистый барьер. Излучающий барьер [5] является сертифицированной космической технологией (TM) Космического фонда . Лучистый барьер был занесен в Зал славы космических технологий в 1996 году.
С 1970-х годов [4] листы металлизированного полиэстера, называемые космическими одеялами, были коммерчески доступны как средство предотвращения переохлаждения и других травм в холодную погоду. Благодаря своей прочности и легкому весу эти одеяла популярны для выживания и оказания первой помощи. После марафона можно увидеть толпы людей, задрапированных светоотражающей металлизированной пленкой, особенно там, где температура особенно низкая, например, во время ежегодного Нью-Йоркского марафона , который проходит осенью. [6]
На оконное стекло можно нанести покрытие для достижения низкой излучательной способности или «low-e». В некоторых окнах используется ламинатная полиэфирная пленка, где по крайней мере один слой металлизирован с помощью процесса, называемого напылением . Напыление происходит при испарении металла, чаще всего алюминия, и пропускании через него полиэфирной пленки. Этот процесс можно регулировать, чтобы контролировать количество металла, который в конечном итоге покрывает поверхность пленки.
Эти металлизированные пленки наносятся на одну или несколько поверхностей стекла, чтобы противостоять передаче лучистого тепла, однако пленки настолько тонкие, что пропускают видимый свет. Поскольку тонкие покрытия хрупкие и могут быть повреждены под воздействием воздуха и влаги, производители обычно используют окна с несколькими стеклами. Хотя пленки обычно наносятся на стекло во время производства, некоторые пленки могут быть доступны домовладельцам для нанесения самостоятельно. Ожидается, что оконные пленки, нанесенные домовладельцами, прослужат 10–15 лет. [7]
Когда лучистая солнечная энергия попадает на крышу, нагревая кровельный материал (черепицу, черепицу или кровельные листы) и обшивку крыши за счет проводимости, это приводит к тому, что нижняя поверхность крыши и каркас крыши излучают тепло вниз через подкровельное пространство (чердак/потолок). полость) в сторону чердачного этажа/верхней поверхности потолка. Когда между кровельным материалом и изоляцией на чердачном этаже размещается лучистый барьер, большая часть тепла, излучаемого от горячей крыши, отражается обратно к крыше, а низкая излучательная способность нижней стороны лучистого барьера означает, что очень мало лучистого тепла излучается вниз. Это делает верхнюю поверхность изоляции более прохладной, чем она была бы без лучистого барьера, и, таким образом, уменьшает количество тепла, которое проходит через изоляцию в помещения ниже.
Это отличается от стратегии прохладной крыши, которая отражает солнечную энергию до того, как она нагреет крышу, но оба являются средствами уменьшения лучистого тепла. Согласно исследованию Центра солнечной энергии Флориды, [8] холодная крыша из белой черепицы или белого металла может превзойти традиционную черную черепичную крышу с лучистым барьером на чердаке, но черная черепичная крыша с лучистым барьером превзошла холодную крышу из красной черепицы.
При установке лучистого барьера под металлической или черепичной крышей лучистый барьер (блестящей стороной вниз) НЕ следует наносить непосредственно на обшивку крыши, поскольку большая площадь контакта снижает эффективность металлической поверхности как низкого излучателя. Вертикальные рейки (так называемые обрешетки) могут быть установлены поверх указанной обшивки; тогда поверх обрешетки можно положить OSB с лучистым барьером. Обрешетки обеспечивают больше воздушного пространства, чем конструкция без обрешетки. Если воздушное пространство отсутствует или слишком мало, тепло будет передаваться от лучистого барьера в основание конструкции, что приведет к нежелательному ИК-ливню в нижних областях. Напомним, что древесина является плохим изолятором и поэтому проводит тепло от лучистого барьера к нижним поверхностям древесины, где она, в свою очередь, выделяет тепло, испуская ИК-излучение. По данным Министерства энергетики США, «чтобы быть эффективными, светоотражающая изоляция и барьерные изделия должны иметь воздушное пространство, прилегающее к отражающему материалу». [9]
Наиболее распространенное применение лучистого барьера – это облицовка чердаков. Для традиционной черепичной/железной крыши лучистые барьеры могут быть установлены под стропилами или фермами, а также под настилом крыши. В этом методе применения листы лучистого барьера накрываются под фермами стропил, создавая небольшое воздушное пространство наверху, а лучистый барьер обращен во все внутреннее чердачное пространство внизу. [10] Ламинат из светоотражающей фольги представляет собой продукт, обычно используемый в качестве барьерного листа для излучения.
Другой метод нанесения лучистого барьера на крышу в новом строительстве — это использование лучистого барьера, предварительно ламинированного на панели OSB или кровельную обшивку. Производители этого метода установки часто рекламируют экономию затрат на рабочую силу при использовании продукта, который одновременно служит настилом крыши и лучистым барьером.
Чтобы установить лучистый барьер на существующем чердаке, лучистый барьер можно прикрепить к нижней стороне стропил крыши. Этот метод предлагает те же преимущества, что и драпированный метод, поскольку обеспечивается двойное воздушное пространство. Однако важно, чтобы вентиляционные отверстия оставались открытыми, чтобы предотвратить попадание влаги на чердак. Как правило, предпочтительнее устанавливать лучистый барьер БЛОКАТЕЛЬНОЙ СТОРОНОЙ ВНИЗ на нижнюю часть крыши воздушным пространством вниз; таким образом, пыль не сможет победить его, как в случае с барьером SHINY SIDE UP. [11]
Последний метод установки лучистого барьера на чердаке — уложить его поверх изоляции чердачного пола. Хотя этот метод может быть более эффективным зимой [12], существует несколько потенциальных проблем, связанных с этим применением, которые Министерство энергетики США [11] и Международная ассоциация производителей отражающей изоляции [10] считают необходимым решить. Во-первых, здесь всегда следует использовать воздухопроницаемый лучистый барьер. Обычно это достигается за счет небольших перфораций в лучистой барьерной фольге. Коэффициент паропроницаемости лучистого барьера должен составлять не менее 5 перм, измеренный по стандарту ASTM E96, а перед установкой следует проверить влажность изоляции. Во-вторых, продукт должен соответствовать требуемому распространению пламени, включая ASTM E84 и метод ASTM E2599. Наконец, этот метод позволяет пыли скапливаться на верхней поверхности лучистого барьера, что со временем потенциально снижает эффективность.
Согласно исследованию 2010 года, проведенному в рамках Программы исследований строительных конструкций Национальной лаборатории Ок-Ридж, [13] дома с воздуховодами для кондиционирования воздуха, расположенными на чердаке, в самых жарких климатических зонах, таких как Глубокий Юг США , могут получить наибольшую выгоду от Вмешательства с использованием лучистого барьера позволяют ежегодно экономить на счетах за коммунальные услуги до 150 долларов, тогда как дома в более мягком климате, например, в Балтиморе, могут сэкономить примерно половину от того, что имеют их южные соседи. С другой стороны, если на чердаке нет воздуховодов или кондиционеров, годовая экономия может быть еще меньше: примерно от 12 долларов в Майами до 5 долларов в Балтиморе. Тем не менее, лучистый барьер все же может помочь улучшить комфорт и снизить пиковую нагрузку на кондиционирование воздуха.
Одним из распространенных заблуждений относительно лучистого барьера является то, что тепло, отражающееся от лучистого барьера обратно на крышу, может повысить температуру крыши и, возможно, повредить черепицу. Тестирование производительности, проведенное Центром солнечной энергии Флориды [8], показало, что повышение температуры в самую жаркую часть дня составляло не более 5 градусов по Фаренгейту. Фактически, это исследование показало, что лучистый барьер потенциально может однажды снизить температуру крыши. солнце зашло, потому что оно предотвратило потерю тепла через крышу. RIMA International написала технический документ по этому вопросу, в который вошли заявления, полученные от крупных производителей кровельных материалов, и ни один из них не сказал, что лучистый барьер каким-либо образом повлияет на гарантию на черепицу. [14]
При укладке лучистого барьера поверх утеплителя на чердачном этаже возможно скопление пыли на верхней стороне. Многие факторы, такие как размер частиц пыли, состав пыли и степень вентиляции на чердаке, влияют на то, как накапливается пыль и, следовательно, на конечную производительность лучистого барьера на чердаке. Исследование, проведенное Управлением долины Теннесси https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase 4716.pdf, механически наносило небольшое количество пыли на лучистый барьер и не обнаружило существенного эффекта при тестировании производительности. Однако TVA сослалась на предыдущее исследование, в котором говорилось, что лучистый барьер может собирать столько пыли, что его отражательная способность может быть уменьшена почти вдвое. Неправда, что двусторонний лучистый барьер на мансардном этаже невосприимчив к пыли. В исследовании TVA [12] также были протестированы двусторонний лучистый барьер с черной пластиковой драпировкой сверху для имитации сильного скопления пыли, а также односторонний лучистый барьер с плотной крафт-бумагой сверху. Испытание показало, что лучистый барьер не работает, а небольшие воздушные пространства, созданные между выступами изоляции, недостаточны для блокировки лучистого тепла.
Излучающий барьер можно использовать в качестве вентилируемой оболочки вокруг внешней части стены. [10] Полоски обшивки наносятся на обшивку, чтобы создать вентилируемое воздушное пространство между лучистым барьером и сайдингом, а вентиляционные отверстия используются сверху и снизу, чтобы позволить конвекционному теплу естественным образом подниматься на чердак. Если снаружи используется кирпич, то вентилируемое воздушное пространство уже может присутствовать, и полосы обрешетки не нужны. Обертывание дома лучистым барьером может привести к снижению тоннажа системы кондиционирования на 10–20%, а также сэкономить как энергию, так и затраты на строительство.
Светоотражающая фольга, пузырьковая изоляция из фольги и лучистые барьеры известны своей способностью отражать нежелательное солнечное излучение в жарком климате при правильном применении. Светоотражающая фольга изготавливается из алюминиевой фольги с различными основами, такими как рубероид, крафт-бумага, пластиковая пленка, полиэтиленовые пузырьки или картон. Светоотражающая пузырчатая фольга представляет собой, по сути, пластиковый лист пузырчатой пленки со слоем отражающей фольги и относится к классу изоляционных продуктов, известных как лучистая фольга. Светоотражающая пузырьковая/фольговая изоляция в первую очередь представляет собой барьер для излучения, а системы отражающей изоляции работают за счет уменьшения притока лучистого тепла. Чтобы быть эффективной, отражающая поверхность должна быть обращена в воздушное пространство, кроме того, накопление пыли на отражающей поверхности уменьшит ее отражающую способность. Излучающий барьер должен быть установлен таким образом, чтобы минимизировать накопление пыли на отражающей поверхности.
Лучистые барьеры более эффективны в жарком климате, чем в более прохладном/холодном климате (особенно, когда каналы охлаждающего воздуха расположены на чердаке). Когда солнце нагревает крышу, в первую очередь солнечная лучистая энергия делает крышу горячей. Большая часть этого тепла передается за счет проводимости через кровельные материалы к чердачной стороне крыши. Горячий кровельный материал затем излучает полученную тепловую энергию на более холодные поверхности чердака, включая воздуховоды и чердачный пол. Лучистый барьер уменьшает лучистую передачу тепла от нижней части крыши к другим поверхностям чердака. Некоторые исследования показывают, что лучистые барьеры могут снизить затраты на охлаждение на 5–10% при использовании в теплом солнечном климате. Уменьшение притока тепла может даже позволить использовать меньшую систему кондиционирования воздуха. Однако в прохладном климате обычно более рентабельно установить дополнительную теплоизоляцию, чем добавлять лучистый барьер. [15]
И Министерство энергетики США (DOE, Energy Efficiency & Renewable Energy Department) [16] , и Министерство природных ресурсов (NRCAN) [17] заявляют, что эти системы не рекомендуются для холодного или очень холодного климата.
Канада считается страной с холодным климатом, поэтому эти продукты не работают так, как рекламируется. Хотя они часто позиционируются как предлагающие очень высокие изоляционные характеристики, не существует специального стандарта для продуктов лучистой изоляции, поэтому будьте осторожны с опубликованными отзывами и заявлениями производителей о тепловых характеристиках. Исследования показали, что изоляционные свойства отражающей пузырьковой фольги и радиационных барьеров могут варьироваться от RSI 0 (R-0) до RSI 0,62 (R-3,5) в зависимости от толщины материала. Исследование, проведенное CMHC (Канадская ипотечная и жилищная корпорация) в четырех домах в Париже, Онтарио, показало, что характеристики пузырьковой фольги аналогичны характеристикам неизолированного пола. Он также провел анализ затрат и выгод, и соотношение затрат и выгод составило от 12 до 13 долларов США за кубический метр RSI. [17]
Эффективная изоляционная способность зависит от количества прилегающих мертвых зон, слоев фольги и места их установки. Если фольга ламинирована с изоляцией из жесткого пенопласта, общее значение изоляционной способности получается путем сложения RSI пенопластовой изоляции с RSI мертвого воздушного пространства и фольги. Если нет воздушного пространства или прозрачного пузырькового слоя, значение RSI пленки равно нулю.
Пекле в банке.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )