_01.jpg/1280px-Ku%C5%BAnia_Raciborska,_Drzyma%C5%82y_4,_budynek_w_trakcie_termomodernizacji_(styropianizacja)_01.jpg)
Изоляция зданий — это материал, используемый в здании (в частности, в ограждающих конструкциях ) для уменьшения потока тепловой энергии. Хотя большая часть изоляции в зданиях предназначена для тепловых целей, этот термин также применяется к звукоизоляции , противопожарной изоляции и ударной изоляции (например, для вибраций, вызванных промышленным применением). Часто изоляционный материал выбирается по его способности выполнять несколько из этих функций одновременно.
С доисторических времен люди создавали теплоизоляцию с помощью таких материалов, как шерсть животных и растения. С развитием сельского хозяйства появились земляные, каменные и пещерные убежища. В 19 веке люди начали производить изоляционные панели и другие искусственные материалы. Сейчас изоляция делится на две основные категории: объемная изоляция и отражающая изоляция. В зданиях обычно используется комбинация.
Изоляция является важной экономической и экологической инвестицией для зданий. Благодаря установке изоляции здания потребляют меньше энергии для отопления и охлаждения, а жильцы испытывают меньшую температурную изменчивость. Модернизация зданий с дополнительной изоляцией является важной тактикой смягчения последствий изменения климата , [1] [2], особенно когда здания отапливаются нефтью, природным газом или углем. Местные и национальные органы власти и коммунальные службы часто имеют набор стимулов и правил для поощрения усилий по изоляции новых и отремонтированных зданий в рамках программ эффективности с целью сокращения потребления энергии в сети и связанных с этим воздействий на окружающую среду и расходов на инфраструктуру.
Теплоизоляция обычно относится к использованию соответствующих изоляционных материалов и конструктивных изменений для зданий, чтобы замедлить передачу тепла через ограждение для уменьшения потерь и притока тепла. [3] Передача тепла вызвана разницей температур между внутренним и наружным пространством. [3] Тепло может передаваться либо путем проводимости, конвекции или излучения. Скорость передачи тесно связана со средой распространения. [3] Тепло теряется или приобретается путем передачи через потолки, стены, полы, окна и двери. Такое уменьшение и приобретение тепла обычно нежелательны. Это не только увеличивает нагрузку на систему HVAC, что приводит к большему расходу энергии, но и снижает тепловой комфорт людей в здании. Теплоизоляция в зданиях является важным фактором в достижении теплового комфорта для его жильцов. [4] Изоляция уменьшает нежелательные потери или приток тепла и может снизить потребность в энергии систем отопления и охлаждения. Она не обязательно решает вопросы адекватной вентиляции и может или не может влиять на уровень звукоизоляции. В узком смысле изоляция может относиться только к изоляционным материалам, используемым для замедления потери тепла, таким как: целлюлоза , стекловата , минеральная вата , полистирол , пенополиуретан , вермикулит , перлит , древесное волокно , растительное волокно ( конопля , лен , хлопок , пробка и т. д.), переработанный хлопковый деним , солома , животное волокно ( овечья шерсть ), цемент и земля или почва, отражающая изоляция (также известная как лучистый барьер ), но она также может включать в себя ряд конструкций и методов, направленных на основные способы передачи тепла - теплопроводность, излучение и конвекцию.
Большинство материалов в приведенном выше списке удерживают только большое количество воздуха или других газов между молекулами материала. Газ проводит тепло гораздо хуже, чем твердые тела. Эти материалы могут образовывать газовые полости, которые могут использоваться для изоляции тепла с низкой эффективностью теплопередачи. Такая ситуация также возникает в шерсти животных и перьях птиц, шерсть животных может использовать низкую теплопроводность небольших карманов газа, чтобы достичь цели снижения потерь тепла.
Эффективность отражающей изоляции (теплового барьера) обычно оценивается по отражательной способности (излучению) поверхности с воздушным пространством, обращенным к источнику тепла.
Эффективность объемной изоляции обычно оценивается ее значением R , из которых существует два — метрическое (СИ) (с единицей измерения К⋅Вт −1 ⋅м2 ) и общепринятое в США (с единицей измерения °F⋅фут2 ⋅ч /БТЕ), первое в численном отношении составляет 0,176 от второго, или обратную величину теплопроводности или U-значения Вт⋅К −1 ⋅м −2 . Например, в США стандарт изоляции для чердаков рекомендуется составлять не менее R-38 единиц США (эквивалентно R-6,7 или значению U 0,15 в единицах СИ). [5] Эквивалентные стандарты в Великобритании технически сопоставимы, утвержденный документ L обычно требует среднего значения U по площади крыши от 0,11 до 0,18 в зависимости от возраста объекта и типа конструкции крыши. Новые здания должны соответствовать более высоким стандартам, чем те, которые были построены в соответствии с предыдущими версиями правил. Важно понимать, что единое значение R или U не учитывает качество строительства или местные экологические факторы для каждого здания. Проблемы качества строительства могут включать неадекватные пароизоляционные барьеры и проблемы с защитой от сквозняков. Кроме того, критически важны свойства и плотность самого изоляционного материала. В большинстве стран существует определенный режим либо проверок, либо сертификации утвержденных установщиков, чтобы гарантировать соблюдение высоких стандартов.
История теплоизоляции не так длинна по сравнению с другими материалами, но люди давно знают о важности изоляции. [6] В доисторические времена люди начали свою деятельность по созданию укрытий от диких животных и непогоды, люди начали свое исследование теплоизоляции. [6] [7] Доисторические люди строили свои жилища, используя материалы из шкур животных , меха и растительных материалов, таких как тростник , лен и солома , эти материалы сначала использовались в качестве материалов для одежды, поскольку их жилища были временными, они, скорее всего, использовали материалы, которые они использовали для одежды, которые было легко получить и обработать. [6] Материалы из меха животных и растительных продуктов могут удерживать большое количество воздуха между молекулами, что может создавать воздушную полость для уменьшения теплообмена.
Позже, с увеличением продолжительности жизни людей и развитием сельского хозяйства, им потребовалось постоянное место жительства, начали появляться дома, защищенные землей, каменные дома и пещерные жилища. [6] [7] Высокая плотность этих материалов может вызвать эффект задержки во времени при передаче тепла, что может привести к медленному изменению внутренней температуры. Этот эффект сохраняет внутри зданий тепло зимой и прохладу летом, а также из-за того, что такие материалы, как земля или камень, легкодоступны, этот дизайн действительно популярен во многих местах, таких как Россия, Исландия, Гренландия. [6]
Органические материалы были первыми доступными для строительства укрытия для людей, чтобы защитить себя от плохих погодных условий и помочь им согреться. [7] Но органические материалы, такие как животные и растительные волокна, не могут существовать долгое время, поэтому эти натуральные материалы не могут удовлетворить долгосрочную потребность людей в теплоизоляции. Поэтому люди начали искать заменители, которые были бы более долговечными. [7] [8] В 19 веке люди больше не были удовлетворены использованием натуральных материалов для теплоизоляции, они перерабатывали органические материалы и производили первые изоляционные панели. [7] В то же время начинает появляться все больше и больше искусственных материалов, и был разработан большой ассортимент искусственных теплоизоляционных материалов, например, минеральная вата, стекловолокно, пеностекло и пустотелые кирпичи. [8]
Теплоизоляция может играть важную роль в зданиях, высокие требования к тепловому комфорту приводят к большому количеству энергии, потребляемой для полного отопления всех помещений. [9] Около 40% потребления энергии можно отнести к зданию, в основном потребляемому на отопление или охлаждение. Достаточная теплоизоляция является основополагающей задачей, которая обеспечивает здоровую внутреннюю среду и предотвращает повреждения конструкции. Это также ключевой фактор в борьбе с высоким потреблением энергии, он может уменьшить поток тепла через ограждающие конструкции здания. Хорошая теплоизоляция также может принести следующие преимущества зданию:
Степень изоляции дома зависит от конструкции здания, климата, стоимости энергии, бюджета и личных предпочтений. Региональный климат предъявляет разные требования. Строительные нормы часто устанавливают минимальные стандарты пожарной безопасности и энергоэффективности , которые могут быть добровольно превышены в контексте устойчивой архитектуры для получения зеленых сертификатов, таких как LEED .
Стратегия изоляции здания должна основываться на тщательном рассмотрении способа передачи энергии, направления и интенсивности, в которой она движется. Это может меняться в течение дня и от сезона к сезону. Важно выбрать подходящий дизайн, правильное сочетание материалов и строительные технологии, соответствующие конкретной ситуации.
Требования к теплоизоляции в США соответствуют стандарту ASHRAE 90.1, который является энергетическим стандартом США для всех коммерческих и некоторых жилых зданий. [13] Стандарт ASHRAE 90.1 учитывает несколько точек зрения, таких как предписывающие, типы ограждающих конструкций здания и бюджет затрат на энергию. И стандарт имеет некоторые обязательные требования к теплоизоляции. [13] Все требования к теплоизоляции в ASHRAE 90.1 разделены по климатическим зонам, это означает, что количество изоляции, необходимое для здания, определяется тем, в какой климатической зоне находится здание. Требования к теплоизоляции показаны как значение R, а постоянное значение R изоляции в качестве второго индекса. [13] Требования к различным типам стен (стены с деревянным каркасом, стены со стальным каркасом и массивные стены) показаны в таблице. [14]
Чтобы определить, следует ли вам добавлять изоляцию, вам сначала нужно выяснить, сколько изоляции уже есть в вашем доме и где. Квалифицированный домашний энергоаудитор включит проверку изоляции в качестве обычной части энергоаудита всего дома . [15] Однако иногда вы можете провести самостоятельную оценку в определенных зонах дома, таких как чердаки. Здесь визуальный осмотр вместе с использованием линейки может дать вам представление о том, может ли вам помочь дополнительная изоляция. [16] Жилые энергоаудиты часто инициируются из-за того, что домовладельцы узнают о постепенном увеличении своих счетов за коммунальные услуги, что часто отражает плохо изолированную чердачную часть здания. [17]
Первоначальную оценку потребностей в изоляции в Соединенных Штатах можно получить с помощью калькулятора изоляции по почтовому индексу Министерства энергетики США .
В России доступность обильного и дешевого газа привела к плохой изоляции, перегреву и неэффективному потреблению энергии. Российский центр энергоэффективности обнаружил, что российские здания либо перегреваются, либо недогреваются и часто потребляют до 50 процентов больше тепла и горячей воды, чем необходимо. [18] [19] 53 процента всех выбросов углекислого газа (CO2 ) в России производятся за счет отопления и выработки электроэнергии для зданий. [20] Однако выбросы парниковых газов в странах бывшего советского блока все еще ниже уровня 1990 года. [ необходима ссылка ]
Энергетические кодексы в Советском Союзе начали устанавливаться в 1955 году, нормы и правила впервые упоминали производительность ограждающих конструкций зданий и тепловые потери, и они сформировали нормы для регулирования энергетических характеристик ограждающих конструкций зданий. [21] А самая последняя версия энергетического кодекса России (СП 50.13330.2012) была опубликована в 2003 году. [21] Энергетические кодексы России были установлены экспертами государственных институтов или неправительственных организаций, таких как АВОК. Энергетический кодекс России несколько раз пересматривался с 1955 года, версии 1995 года сократили истощение энергии на квадратный метр для отопления на 20%, а версия 2000 года сократила на 40%. [21] В кодексе также есть обязательное требование по теплоизоляции зданий, сопровождаемое некоторыми добровольными положениями, в основном сосредоточенными на потерях тепла из оболочки здания.
Требования к теплоизоляции в Австралии зависят от климата, в котором находится здание, в таблице ниже приведены минимальные требования к изоляции в зависимости от климата, которые определяются Строительным кодексом Австралии (BCA). [22] В зданиях в Австралии применяется изоляция крыш, потолков, внешних стен и различных компонентов здания (таких как крыши веранд в жарком климате, переборки, полы). [23] Переборки (стеновые секции между потолками, которые находятся на разной высоте) должны иметь тот же уровень изоляции, что и потолки, поскольку они подвергаются тем же уровням температуры. [24] А внешние стены зданий в Австралии должны быть изолированы, чтобы уменьшить все виды теплопередачи. [25] Помимо стен и потолков, энергетический кодекс Австралии также требует изоляции полов (не всех полов). [25] Поднятые деревянные полы должны иметь около 400 мм зазора до почвы под самыми нижними балками, чтобы обеспечить достаточное пространство для изоляции, и бетонные плиты, такие как подвесные плиты и плиты на земле, должны быть изолированы таким же образом.
В Китае существуют различные климатические условия, которые делятся по географическим зонам. [28] В Китае существует пять климатических зон, которые определяют конструкцию здания, включая теплоизоляцию. (Очень холодная зона, холодная зона, зона жаркого лета и холодной зимы, зона жаркого лета и теплой зимы и зона холодной зимы). [29]
Германия установила свои требования к энергоэффективности зданий в 1977 году, а первый энергетический кодекс - Постановление об энергосбережении (EnEV), основанное на эксплуатационных характеристиках здания, был введен в 2002 году. [30] А версия Постановления об энергосбережении 2009 года увеличила минимальные значения R теплоизоляции оболочки здания и ввела требования к испытаниям на герметичность. [31] Постановление об энергосбережении (EnEV) 2013 года разъяснило требования к теплоизоляции потолка. И в нем упоминалось, что если потолок не был выполнен, теплоизоляция потребуется в доступных потолках над отапливаемыми помещениями верхнего этажа. [Показатель U должен быть ниже 0,24 Вт/(м2 ⋅K )] [31]
Строительный указ (Bouwbesluit) Нидерландов проводит четкое различие между реновацией дома и вновь построенными домами. Новые постройки считаются полностью новыми домами, но также новые пристройки и расширения считаются новыми постройками. Кроме того, реновация, при которой не менее 25% поверхности целостного здания изменяется или увеличивается, также считается новой постройкой. Поэтому во время капитального ремонта есть вероятность, что новая конструкция должна соответствовать требованиям к изоляции нового здания в Нидерландах. Если реновация носит меньший характер, применяется директива о реконструкции. Примерами реконструкции являются последующая изоляция полой стены и последующая изоляция наклонной крыши относительно обшивки крыши или под черепицей. Обратите внимание, что каждая реновация должна соответствовать минимальному значению Rc 1,3 Вт/(м2 ⋅K ). Если текущая изоляция имеет более высокое значение изоляции (законно полученный уровень), то это значение считается нижним пределом. [32]
Требования к изоляции новых домов и небольших зданий в Новой Зеландии изложены в Строительном кодексе и стандарте NZS 4128:2009. [33] [34]
Зоны 1 и 2 включают большую часть Северного острова , включая остров Вайхеке и остров Грейт-Барриер . Зона 3 включает округ Таупо , округ Руапеху и округ Рангитикей к северу от 39°50′ южной широты (т.е. к северу от Мангавеки и включая ее ) на Северном острове, Южном острове , острове Стюарт и островах Чатем . [34]
Требования к изоляции указаны в Строительных нормах , а в Англии и Уэльсе техническое содержание публикуется в качестве Утвержденных документов. Документ L определяет тепловые требования, и, устанавливая минимальные стандарты, может позволить значениям U для таких элементов, как крыши и стены, сопоставляться с другими факторами, такими как тип системы отопления при оценке энергопотребления всего здания. В Шотландии и Северной Ирландии действуют схожие системы, но подробные технические стандарты не идентичны. В последние годы стандарты несколько раз пересматривались, требуя более эффективного использования энергии по мере того, как Великобритания движется к экономике с низким уровнем выбросов углерода .
В холодных условиях основной целью является снижение потока тепла из здания. Компоненты оболочки здания — окна, двери, крыши, полы/фундаменты, стены и барьеры инфильтрации воздуха — все это важные источники потери тепла; [35] [36] в хорошо изолированном доме окна тогда станут важным источником передачи тепла. [37] Сопротивление проводимой потере тепла для стандартного одинарного остекления соответствует значению R около 0,17 м 2 ⋅K⋅W −1 или более чем в два раза больше, чем для типичного двойного остекления (по сравнению с 2–4 м 2 ⋅K⋅W −1 для стекловатных матов [38] ). Потери можно уменьшить за счет хорошей герметизации , объемной изоляции и минимизации количества неизолирующего (особенно несолнечного) остекления. Тепловое излучение в помещении также может быть недостатком при использовании спектрально селективного (низкоэмиссионного, с низкой излучательной способностью ) остекления. Некоторые системы изолированного остекления могут удваивать или утраивать значения R.
Вакуумные панели и аэрогелевая изоляция поверхности стен — это две технологии, которые могут повысить энергоэффективность и эффективность теплоизоляции жилых и коммерческих зданий в регионах с холодным климатом, таких как Новая Англия и Бостон. [39] В прошлом стоимость теплоизоляционных материалов, которые демонстрировали высокие теплоизоляционные характеристики, была очень высокой. [39] С развитием промышленности материалов и бурным развитием научных технологий в течение 20-го века появлялось все больше и больше изоляционных материалов и изоляционных технологий, что дает нам различные варианты для изоляции зданий. Особенно в регионах с холодным климатом требуется большое количество теплоизоляции, чтобы справиться с потерями тепла, вызванными холодной погодой (инфильтрация, вентиляция и излучение). Есть две технологии, которые стоит обсудить:
VIP известны своей сверхвысокой термостойкостью, [40] их термостойкость в четыре-восемь раз выше, чем у обычных пенопластовых изоляционных материалов, что приводит к более тонкой толщине теплоизоляции оболочки здания по сравнению с традиционными материалами. VIP обычно состоят из основных панелей и металлических корпусов. [40] Обычными материалами, которые используются для производства основных панелей, являются дымящийся и осажденный диоксид кремния, полиуретан с открытыми ячейками (ПУ) и различные типы стекловолокна. А основная панель покрыта металлическим корпусом для создания вакуумной среды, металлический корпус может гарантировать, что основная панель будет находиться в вакуумной среде. [40] Хотя этот материал имеет высокие тепловые характеристики, он по-прежнему сохраняет высокую цену в течение последних двадцати лет.
Аэрогель был впервые обнаружен Сэмюэлем Стивенсом Кистлом в 1931 году. [41] Это своего рода гель, в котором жидкий компонент материала заменен газом, таким образом создавая материал, который на 99% состоит из воздуха. [41] Этот материал имеет относительно высокое значение R, около R-10 на дюйм, что значительно выше по сравнению с обычными изоляционными материалами из пластиковой пены, из-за их спроектированной высокой пористости. [42] Но трудности в обработке и низкая производительность ограничивают разработку аэрогелей, [41] себестоимость этого материала по-прежнему остается на высоком уровне. Только две компании в Соединенных Штатах предлагают коммерческий продукт Aerogel для изоляции стен.
DOE оценивает тепловые потери около 30% через окна и тепловые поступления от солнечного света, приводящие к нежелательному нагреву. [43] Из-за высокого R, связанного с аэрогелями, их использование для остекления стало областью интересов, изучаемой многими научно-исследовательскими институтами. Однако их реализация не должна препятствовать основной функции окон: прозрачности. [44] [45] Как правило, аэрогели имеют низкую пропускаемость и кажутся мутными, даже среди тех, которые считаются прозрачными, поэтому их обычно используют для изоляции стен. [46] Элдхо Абрахам, исследователь из Университета Колорадо в Боулдере, недавно продемонстрировал возможности аэрогелей, разработав силанизированный целлюлозный аэрогель (SiCellA), который обеспечивает почти 99% видимого пропускания в дополнение к теплопроводности, которая эффективно отводит или удерживает тепло в зависимости от внутренней среды, сродни изменениям нагрева/охлаждения. [47] Это связано с спроектированной 97,5% пористостью SiCellA: поры меньше длины волны видимого света, что приводит к пропусканию; поры также минимизируют контакт между волокнами целлюлозы, что приводит к снижению теплопроводности. [48] Использование волокон целлюлозы способствует устойчивости, поскольку это натуральное волокно, полученное из древесной массы. Это открывает двери не только для аэрогелей, но и для более общей реализации материалов на основе древесины в попытке помочь альтернативам устойчивого дизайна с дополнительными эффектами экономии энергии. [49]
В жарких условиях наибольшим источником тепловой энергии является солнечное излучение. [50] Оно может проникать в здания напрямую через окна или нагревать оболочку здания до более высокой температуры, чем окружающая среда, увеличивая теплопередачу через ограждающие конструкции здания. [51] [52] Коэффициент солнечного теплопритока (SHGC) [53] (мера пропускания солнечного тепла) стандартного одинарного остекления может составлять около 78–85%. Солнечное теплопритока можно уменьшить с помощью адекватного затенения от солнца, светлой кровли , спектрально селективных (теплоотражающих) красок и покрытий и различных типов изоляции для остальной части оболочки. Специальное покрытие остекления может снизить SHGC примерно до 10%. Лучистые барьеры очень эффективны для чердачных помещений в жарком климате. [54] В этом случае они гораздо эффективнее в жарком климате, чем в холодном. Для нисходящего теплового потока конвекция слаба, а излучение доминирует над передачей тепла через воздушное пространство. Для обеспечения эффективности теплоизолирующие барьеры должны иметь достаточный воздушный зазор.
Если холодильное кондиционирование воздуха используется в жарком влажном климате, то особенно важно герметизировать оболочку здания. Осушение инфильтрации влажного воздуха может привести к значительным потерям энергии. С другой стороны, некоторые конструкции зданий основаны на эффективной перекрестной вентиляции вместо холодильного кондиционирования воздуха для обеспечения конвективного охлаждения от преобладающих ветров.
В регионах с жарким сухим климатом, таких как Египет и Африка, главным вопросом является тепловой комфорт летом, почти половина потребляемой энергии в городских районах потребляется системами кондиционирования воздуха для удовлетворения потребностей людей в тепловом комфорте, многие развивающиеся страны в регионах с жарким сухим климатом страдают от нехватки электроэнергии летом из-за растущего использования холодильных машин. [55] Для улучшения этой ситуации была внедрена новая технология под названием Cool Roof. [56] В прошлом архитекторы использовали материалы с тепловой массой для улучшения теплового комфорта, тяжелая теплоизоляция могла вызвать эффект задержки по времени, который мог замедлить скорость передачи тепла в дневное время и поддерживать температуру в помещении в определенном диапазоне (в регионах с жарким и сухим климатом обычно большая разница температур днем и ночью).
Прохладная крыша — это недорогая технология, основанная на солнечном отражении и тепловом излучении, которая использует отражающие материалы и светлые цвета для отражения солнечного излучения. [55] [56] Солнечное отражение и тепловое излучение — два ключевых фактора, определяющих тепловые характеристики крыши, и они также могут повысить эффективность теплоизоляции, поскольку около 30% солнечного излучения отражается обратно в небо. [56] Форма крыши также рассматривается, изогнутая крыша может получать меньше солнечной энергии по сравнению с обычными формами. [55] [57] Между тем, недостаток этой технологии очевиден: высокая отражательная способность вызовет визуальный дискомфорт. С другой стороны, высокая отражательная способность и тепловое излучение крыши увеличат отопительную нагрузку здания.
Оптимальное размещение элементов здания (например, окон, дверей, обогревателей) может играть важную роль в изоляции, учитывая воздействие солнечного излучения на здание и преобладающие бризы. Отражающие ламинаты могут помочь уменьшить пассивное солнечное тепло в столбовых амбарах, гаражах и металлических зданиях.
Обсуждение окон см. в разделах «Изолированное стекло» и «Четырехкамерное остекление» .
Тепловая оболочка определяет кондиционируемое или жилое пространство в доме. Чердак или подвал могут быть включены или не включены в эту область. Уменьшение потока воздуха изнутри наружу может помочь значительно уменьшить конвективный перенос тепла. [58]
Обеспечение низкой конвективной теплопередачи также требует внимания к конструкции здания ( герметизации ) и правильной установке изоляционных материалов. [59] [60]
Чем меньше естественного потока воздуха в здание, тем больше механической вентиляции потребуется для поддержания комфорта человека. Высокая влажность может быть серьезной проблемой, связанной с отсутствием потока воздуха, вызывая конденсацию , гниение строительных материалов и способствуя росту микроорганизмов, таких как плесень и бактерии . Влага также может резко снизить эффективность изоляции, создавая тепловой мост (см. ниже). Системы воздухообмена могут быть активно или пассивно включены для решения этих проблем.
Тепловые мосты — это точки в ограждающих конструкциях здания, которые позволяют теплопроводности происходить. Поскольку тепло течет по пути наименьшего сопротивления, тепловые мосты могут способствовать снижению энергоэффективности. Тепловой мост образуется, когда материалы создают непрерывный путь через разницу температур, в котором тепловой поток не прерывается теплоизоляцией. Обычные строительные материалы, которые являются плохими изоляторами, включают стекло и металл .
Проект здания может иметь ограниченную способность к изоляции в некоторых областях конструкции. Распространенный проект строительства основан на каркасных стенах, в которых тепловые мосты обычны в деревянных или стальных каркасах и балках , которые обычно крепятся металлом. Известные области, в которых чаще всего не хватает достаточной изоляции, — это углы зданий и области, где изоляция была удалена или перемещена, чтобы освободить место для системной инфраструктуры, такой как электрические коробки (розетки и выключатели), сантехника, оборудование пожарной сигнализации и т. д.
Тепловые мосты могут также создаваться несогласованным строительством, например, путем закрытия частей внешних стен до того, как они будут полностью изолированы. Наличие недоступных пустот внутри полости стены, лишенных изоляции, может быть источником тепловых мостов.
Некоторые виды изоляции лучше передают тепло во влажном состоянии и поэтому в этом состоянии могут образовывать тепловой мост.
Теплопроводность можно минимизировать любым из следующих способов: уменьшением площади поперечного сечения мостиков, увеличением длины мостика или уменьшением количества тепловых мостиков.
Одним из методов снижения эффекта теплового моста является установка изоляционной плиты (например, пенопласта EPS XPS, древесноволокнистой плиты и т. д.) поверх внешней стены. Другой метод заключается в использовании изолированного деревянного каркаса для термического разрыва внутри стены. [61]
Теплоизоляция зданий во время строительства намного проще, чем их модернизация, поскольку, как правило, изоляция скрыта, и чтобы добраться до нее, необходимо демонтировать некоторые части здания.
В зависимости от страны существуют различные правила относительно того, какой тип изоляции является лучшей альтернативой для зданий, учитывая энергоэффективность и экологические факторы. Географическое положение также влияет на тип необходимой изоляции, поскольку более холодный климат потребует больших инвестиций, чем более теплый, в плане затрат на установку.
По сути, существует два типа изоляции зданий — объемная изоляция и отражающая изоляция. Большинство зданий используют комбинацию обоих типов для создания общей системы изоляции здания. Тип используемой изоляции подбирается для создания максимального сопротивления каждой из трех форм теплопередачи здания — проводимости, конвекции и излучению.
Согласно трем способам теплообмена, большую часть теплоизоляции, которую мы используем в наших зданиях, можно разделить на две категории: конвективные и теплопроводные изоляторы и барьеры лучистого тепла. И существуют более подробные классификации для различения различных материалов. Многие теплоизоляционные материалы работают, создавая крошечные воздушные полости между молекулами, эти воздушные полости могут в значительной степени уменьшить теплообмен через материалы. Но есть два исключения, которые не используют воздушные полости в качестве своего функционального элемента для предотвращения теплопередачи. Одним из них является отражающая теплоизоляция, которая создает большое воздушное пространство, образуя радиационный барьер путем прикрепления металлической фольги с одной или обеих сторон, эта теплоизоляция в основном снижает передачу лучистого тепла. Хотя полированная металлическая фольга, прикрепленная к материалам, может только предотвратить передачу лучистого тепла, ее эффект остановки теплопередачи может быть драматичным. Другой теплоизоляцией, которая не использует воздушные полости, является вакуумная изоляция, вакуумно-изолированные панели могут остановить все виды конвекции и проводимости, а также могут в значительной степени смягчить передачу лучистого тепла. Но эффективность вакуумной изоляции также ограничена краем материала, поскольку край вакуумной панели может образовывать тепловой мост, что приводит к снижению эффективности вакуумной изоляции. Эффективность вакуумной изоляции также связана с площадью вакуумных панелей.
Объемные изоляторы блокируют кондуктивную теплопередачу и конвективный поток как в здание, так и из него. Воздух является очень плохим проводником тепла и поэтому является хорошим изолятором. Изоляция для сопротивления кондуктивной теплопередаче использует воздушные пространства между волокнами, внутри пенопласта или пластиковых пузырьков и в полостях здания, таких как чердак. Это полезно в активно охлаждаемом или отапливаемом здании, но может быть помехой в пассивно охлаждаемом здании; необходимы адекватные условия для охлаждения с помощью вентиляции или излучения [62] .
Волокнистые материалы изготавливаются из волокон крошечного диаметра, которые равномерно распределяют воздушное пространство. [63] Обычно используемые материалы — это кремний, стекло, каменная вата и шлаковая вата. Стекловолокно и минеральная вата — два изоляционных материала, которые наиболее широко используются в этом типе.
Ячеистая изоляция состоит из небольших ячеек, которые отделены друг от друга. [63] Обычно ячеистыми материалами являются стекло и вспененный пластик, такой как полистирол, полиолефин и полиуретан.
Лучистые барьеры работают в сочетании с воздушным пространством, чтобы уменьшить лучистую передачу тепла через воздушное пространство. Лучистая или отражающая изоляция отражает тепло вместо того, чтобы поглощать его или пропускать. Лучистые барьеры часто используются для уменьшения нисходящего потока тепла, поскольку восходящий поток тепла, как правило, доминирует за счет конвекции. Это означает, что для чердаков, потолков и крыш они наиболее эффективны в жарком климате. [52] Они также играют роль в снижении потерь тепла в холодном климате. Однако гораздо большей изоляции можно добиться путем добавления объемных изоляторов (см. выше).
Некоторые излучающие барьеры спектрально селективны и будут предпочтительно уменьшать поток инфракрасного излучения по сравнению с другими длинами волн. Например, окна с низкой излучательной способностью (low-e) будут пропускать свет и коротковолновую инфракрасную энергию в здание, но отражать длинноволновое инфракрасное излучение, генерируемое внутренней мебелью. Аналогично, специальные теплоотражающие краски способны отражать больше тепла, чем видимого света, или наоборот.
Значения коэффициента теплового излучения, вероятно, лучше всего отражают эффективность тепловых барьеров. Некоторые производители указывают «эквивалентное» значение R для этих продуктов, но эти цифры могут быть трудно интерпретируемыми или даже вводящими в заблуждение, поскольку тестирование значения R измеряет общую потерю тепла в лабораторных условиях и не контролирует тип потери тепла, ответственный за конечный результат (излучение, проводимость, конвекция). [ необходима цитата ]
Пленка грязи или влаги может изменить излучательную способность и, следовательно, эффективность теплоизолирующих барьеров.
Экологичная изоляция — это термин, используемый для изоляционных продуктов с ограниченным воздействием на окружающую среду . Общепринятый подход к определению того, является ли изоляционный продукт или фактически любой продукт или услуга экологически чистым, заключается в проведении оценки жизненного цикла (LCA). В ряде исследований сравнивалось воздействие изоляционных материалов на окружающую среду при их применении. Сравнение показывает, что наиболее важным является изоляционное значение продукта, соответствующее техническим требованиям для применения. Только на втором этапе становится актуальным различие между материалами. Отчет, заказанный бельгийским правительством для VITO [64] [65], является хорошим примером такого исследования.
