stringtranslate.com

Тепловой мост

Распределение температуры в тепловом мосту
На этом термическом изображении показан тепловой мостик высотного здания ( Aqua в Чикаго ).

Тепловой мост , также называемый холодным мостом , тепловым мостом или тепловым обходом , представляет собой область или компонент объекта, который имеет более высокую теплопроводность , чем окружающие материалы, [1] создавая путь наименьшего сопротивления для передачи тепла . [2] Тепловые мосты приводят к общему снижению теплового сопротивления объекта. Этот термин часто обсуждается в контексте тепловой оболочки здания , где тепловые мосты приводят к передаче тепла в кондиционируемое пространство или из него.

Тепловые мосты в зданиях могут влиять на количество энергии, необходимое для обогрева и охлаждения помещения, вызывать конденсацию (влагу) внутри оболочки здания, [3] и приводить к тепловому дискомфорту. В более холодном климате (например, в Великобритании) тепловые мосты могут приводить к дополнительным потерям тепла и требовать дополнительной энергии для их устранения.

Существуют стратегии по уменьшению или предотвращению тепловых мостиков, такие как ограничение количества элементов здания, соединяющих некондиционируемое и кондиционируемое пространство, и применение сплошных изоляционных материалов для создания тепловых разрывов .

Концепция

Тепловой мост на стыке. Тепло перемещается от конструкции пола через стену, поскольку нет термического разрыва.

Передача тепла происходит посредством трех механизмов: конвекции , излучения и проводимости . [4] Тепловой мост является примером передачи тепла посредством проводимости. Скорость передачи тепла зависит от теплопроводности материала и разницы температур по обе стороны теплового моста. При наличии разницы температур тепловой поток будет следовать по пути наименьшего сопротивления через материал с самой высокой теплопроводностью и самым низким тепловым сопротивлением; этот путь является тепловым мостом. [5] Тепловой мост описывает ситуацию в здании, где существует прямое соединение между внешней и внутренней частью через один или несколько элементов, которые обладают более высокой теплопроводностью, чем остальная часть оболочки здания.

Выявление тепловых мостов

Обследование зданий на предмет тепловых мостов выполняется с помощью пассивной инфракрасной термографии (IRT) в соответствии с требованиями Международной организации по стандартизации (ISO). Инфракрасная термография зданий может позволить получить тепловые сигнатуры, указывающие на утечки тепла. IRT обнаруживает тепловые аномалии, связанные с движением жидкостей через элементы здания, выделяя изменения тепловых свойств материалов, которые соответственно вызывают значительное изменение температуры. Эффект падающей тени, ситуация, когда окружающая среда отбрасывает тень на фасад здания, может привести к потенциальным проблемам с точностью измерений из-за непоследовательного воздействия солнца на фасад. Для решения этой проблемы можно использовать альтернативный метод анализа — итеративную фильтрацию (IF).

Во всех термографических проверках зданий интерпретация теплового изображения выполняется оператором-человеком, что подразумевает высокий уровень субъективности и опыта оператора. Автоматизированные методы анализа, такие как технологии лазерного сканирования , могут обеспечить тепловизионную съемку на трехмерных поверхностях моделей САПР и метрическую информацию для термографического анализа. [6] Данные о температуре поверхности в трехмерных моделях могут идентифицировать и измерять тепловые неровности тепловых мостов и утечек изоляции. Тепловизионную съемку также можно получить с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), объединяющих тепловые данные с нескольких камер и платформ. БПЛА использует инфракрасную камеру для создания изображения теплового поля зарегистрированных значений температуры, где каждый пиксель представляет собой лучистую энергию, испускаемую поверхностью здания. [7]

Тепловые мосты в строительстве

Часто термин «тепловой мост» используется в отношении тепловой оболочки здания, которая представляет собой слой системы ограждения здания, который препятствует тепловому потоку между внутренней кондиционируемой средой и внешней некондиционируемой средой. Тепло будет передаваться через тепловую оболочку здания с разной скоростью в зависимости от материалов, присутствующих в оболочке. Теплопередача будет больше в местах расположения теплового моста, чем там, где есть изоляция, поскольку там меньшее тепловое сопротивление. [8] Зимой, когда внешняя температура обычно ниже внутренней температуры, тепло течет наружу и будет течь с большей скоростью через тепловые мосты. В месте расположения теплового моста температура поверхности внутри оболочки здания будет ниже, чем в окружающей области. Летом, когда внешняя температура обычно выше внутренней температуры, тепло течет внутрь и с большей скоростью через тепловые мосты. [9] Это приводит к потерям тепла зимой и получению тепла летом для кондиционируемых помещений в зданиях. [10]

Несмотря на требования к изоляции, установленные различными национальными нормами, тепловые мосты в ограждающих конструкциях зданий остаются слабым местом в строительной отрасли. Более того, во многих странах практика проектирования зданий реализует частичные измерения изоляции, предусмотренные нормами. [11] В результате тепловые потери на практике больше, чем предполагалось на этапе проектирования.

Сборка, такая как внешняя стена или изолированный потолок, обычно классифицируется по U-фактору , в Вт/м2 · К, который отражает общую скорость теплопередачи на единицу площади для всех материалов в сборке, а не только для слоя изоляции. Передача тепла через тепловые мосты снижает общее тепловое сопротивление сборки, что приводит к увеличению U-фактора. [12]

Тепловые мосты могут возникать в нескольких местах внутри оболочки здания; чаще всего они возникают на стыках между двумя или более элементами здания. Распространенные места включают:

Конструктивные элементы остаются слабым местом в строительстве, что часто приводит к образованию тепловых мостов, которые приводят к высоким потерям тепла и низким температурам поверхностей в помещении.

Здания из каменной кладки

В то время как тепловые мосты существуют в различных типах ограждений зданий, каменные стены испытывают значительное увеличение U-фактора, вызванного тепловыми мостами. Сравнение теплопроводности между различными строительными материалами позволяет оценить производительность относительно других вариантов дизайна. Кирпичные материалы, которые обычно используются для ограждений фасадов, как правило, имеют более высокую теплопроводность, чем древесина, в зависимости от плотности кирпича и типа древесины. [15] Бетон, который может использоваться для полов и краевых балок в каменных зданиях, является обычными тепловыми мостами, особенно на углах. В зависимости от физического состава бетона теплопроводность может быть выше, чем у кирпичных материалов. [15] В дополнение к теплопередаче, если внутренняя среда не вентилируется должным образом, тепловые мосты могут привести к тому, что кирпичный материал будет впитывать дождевую воду и влажность в стену, что может привести к росту плесени и ухудшению качества материала оболочки здания.

Навесная стена

Подобно каменным стенам, навесные стены могут испытывать значительное увеличение U-фактора из-за тепловых мостиков. Каркасы навесных стен часто изготавливаются из высокопроводящего алюминия, который имеет типичную теплопроводность выше 200 Вт/м·К. Для сравнения, деревянные элементы каркаса обычно имеют теплопроводность от 0,68 до 1,25 Вт/м·К. [15] Алюминиевый каркас для большинства конструкций навесных стен простирается от внешней части здания до внутренней части, создавая тепловые мостики. [16]

Влияние тепловых мостиков

Тепловые мосты могут привести к увеличению энергии, необходимой для обогрева или охлаждения кондиционируемого помещения из-за потери тепла зимой и притока тепла летом. В местах внутри помещения вблизи тепловых мостов жильцы могут испытывать тепловой дискомфорт из-за разницы температур. [17] Кроме того, когда разница температур между внутренним и наружным пространством велика, а в помещении теплый и влажный воздух, например, в условиях, наблюдающихся зимой, существует риск образования конденсата в ограждающих конструкциях здания из-за более низкой температуры на внутренней поверхности в местах тепловых мостов. [17] Конденсация в конечном итоге может привести к росту плесени с последующим ухудшением качества воздуха в помещении и ухудшением изоляции, что снижает эффективность изоляции и приводит к нестабильной работе изоляции по всей тепловой оболочке [18]

Методы проектирования для уменьшения тепловых мостов

Существует несколько методов, которые, как было доказано, уменьшают или устраняют тепловые мостики в зависимости от причины, местоположения и типа конструкции. Цель этих методов — либо создать тепловой разрыв там, где компонент здания в противном случае простирался бы от внешней стороны к внутренней, либо сократить количество компонентов здания, простирающихся от внешней стороны к внутренней стороне. Эти стратегии включают:

Методы анализа и проблемы

Из-за их значительного влияния на теплопередачу, правильное моделирование воздействия тепловых мостов важно для оценки общего потребления энергии. Тепловые мосты характеризуются многомерной теплопередачей, и поэтому их нельзя адекватно аппроксимировать стационарными одномерными (1D) моделями расчета, обычно используемыми для оценки тепловых характеристик зданий в большинстве инструментов моделирования энергопотребления зданий. [21] Стационарные модели теплопередачи основаны на простом тепловом потоке, где тепло приводится в движение разницей температур, которая не колеблется со временем, так что тепловой поток всегда идет в одном направлении. Этот тип 1D-модели может существенно недооценивать теплопередачу через оболочку при наличии тепловых мостов, что приводит к более низкому прогнозируемому потреблению энергии зданием. [22]

Доступные в настоящее время решения заключаются в том, чтобы включить возможности двумерной (2D) и трехмерной (3D) теплопередачи в программном обеспечении для моделирования или, что более распространено, использовать метод, который переводит многомерную теплопередачу в эквивалентный 1D-компонент для использования в программном обеспечении для моделирования зданий. Этот последний метод может быть реализован с помощью метода эквивалентной стены, в котором сложная динамическая сборка, такая как стена с тепловым мостом, представлена ​​1D-многослойной сборкой, которая имеет эквивалентные тепловые характеристики. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бингели, К. (2010). Строительные системы для дизайнеров интерьера . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons.
  2. ^ Горс, Кристофер А. и Дэвид Джонстон (2012). «Тепловой мост», в Оксфордском словаре по строительству, геодезии и гражданскому строительству . 3-е изд. Оксфорд: Oxford UP, 2012 стр. 440-441. Печать.
  3. ^ Арена, Лоис (июль 2016 г.). «Руководство по строительству стен с высоким значением R без внешней жесткой изоляции» (PDF) . NREL.gov . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL).
  4. ^ Кавьяни, Массуд (2011). Основы теплопередачи: принципы, материалы и приложения . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Cambridge University Press. ISBN 978-1107012400.
  5. ^ ab "Определение и эффекты тепловых мостов [ ]". passipedia.org . Получено 2017-11-05 .
  6. ^ Превитали, Маттиа; Бараццетти, Луиджи; Ронкорони, Фабио (24–27 июня 2013 г.). «Управление пространственными данными для энергоэффективной модернизации оболочки». Вычислительная наука и ее приложения – ICCSA 2013 г. Конспект лекций по информатике. Том 7971. С. 608–621. doi :10.1007/978-3-642-39637-3_48. ISBN 978-3-642-39636-6.
  7. ^ Гарридо, И.; Лагуэла, С.; Ариас, П.; Баладо, Х. (1 января 2018 г.). «Анализ на основе термического анализа для автоматического обнаружения и характеристики тепловых мостов в зданиях». Энергия и здания . 158 : 1358–1367. doi : 10.1016/j.enbuild.2017.11.031. hdl : 11093/1459 .
  8. ^ "RR-0901: Тепловые показатели для высокоэффективных стен — ограничения R-Value". Building Science Corporation . Получено 19 ноября 2017 г.
  9. ^ Грондзик, Уолтер; Квок, Элисон (2014). Механическое и электрическое оборудование для зданий . John Wiley & Sons. ISBN 978-0470195659.
  10. ^ Ларби, А. Бен (2005). «Статистическое моделирование теплопередачи для тепловых мостов зданий». Энергия и здания . 37 (9): 945–951. doi :10.1016/j.enbuild.2004.12.013.
  11. ^ ТЕОДОСИО, Т. Г. и А. М. ПАПАДОПУЛОС. 2008. «Влияние тепловых мостов на потребность в энергии зданий с двойными кирпичными стенами». Энергия и здания, № 11: 2083.
  12. ^ Kossecka, E. ; Kosny, J. (2016-09-16). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой структуры». Журнал теплоизоляции и ограждающих конструкций зданий . 20 (3): 249–268. doi :10.1177/109719639702000306. S2CID  108777777.
  13. ^ abc Кристиан, Джеффри; Косни, Ян (декабрь 1995 г.). «На пути к национальной классификации непрозрачных стен». Труды Тепловые характеристики внешних ограждающих конструкций VI, ASHRAE .
  14. ^ ab Allen, E. и J. Lano, Основы строительства зданий: материалы и методы . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. 2009.
  15. ^ abc Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) (2017). Справочник ASHRAE 2017: основы . Атланта, Джорджия: ASHRAE. ISBN 978-1939200570.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Тоттен, Пол Э.; О'Брайен, Шон М. (2008). «Эффекты тепловых мостиков в условиях интерфейса». Building Enclosure Science & Technology .
  17. ^ ab Ge, Hua; McClung, Victoria Ruth; Zhang, Shenshu (2013). «Влияние тепловых мостов балконов на общую тепловую эффективность многоквартирных жилых зданий: исследование случая». Energy and Buildings . 60 : 163–173. doi :10.1016/j.enbuild.2013.01.004.
  18. ^ Матилайнен, Мийму; Ярек, Курницки (2002). «Условия влажности в хорошо изолированных наружных вентилируемых подвальных помещениях в холодном климате». Энергия и здания . 35 (2): 175–187. doi :10.1016/S0378-7788(02)00029-4.
  19. ^ abc Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) (2015). Руководство по соблюдению стандартов энергоэффективности зданий 2016 года в жилых помещениях . Калифорнийская энергетическая комиссия.
  20. ^ ab Gustavsen, Arild; Grynning, Steinar; Arasteh, Dariush; Jelle, Bjørn Petter; Goudey, Howdy (2011). «Ключевые элементы и целевые показатели характеристик материалов для высокоизоляционных оконных рам». Energy and Buildings . 43 (10): 2583–2594. doi :10.1016/j.enbuild.2011.05.010. OSTI  1051278. S2CID  72987269.
  21. ^ Мартин, К.; Эркорека, А.; Флорес, И.; Одриозола, М.; Сала, Дж. М. (2011). «Проблемы расчета тепловых мостов в динамических условиях». Энергия и здания . 43 (2–3): 529–535. doi :10.1016/j.enbuild.2010.10.018.
  22. ^ Мао, Гофэн; Йоханнесон, Гудни (1997). «Динамический расчет тепловых мостов». Энергия и здания . 26 (3): 233–240. doi :10.1016/s0378-7788(97)00005-4.
  23. ^ Kossecka, E.; Kosny, J. (январь 1997 г.). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой конструкции». J. Therm. Insul. Build. Envelopes . 20 (3): 249–268. doi :10.1177/109719639702000306. S2CID  108777777.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Тепловые мосты .