Лучистый барьер — это тип строительного материала , который отражает тепловое излучение и уменьшает теплопередачу . Поскольку тепловая энергия также передается посредством проводимости и конвекции , в дополнение к излучению, лучистые барьеры часто дополняются теплоизоляцией , которая замедляет теплопередачу посредством проводимости или конвекции.
Лучистый барьер отражает тепловое излучение (лучистое тепло), предотвращая передачу с одной стороны барьера на другую благодаря отражающей поверхности с низким коэффициентом излучения . В строительных приложениях эта поверхность обычно представляет собой очень тонкую, зеркальную алюминиевую фольгу. Фольга может быть покрыта для устойчивости к стихиям или для стойкости к истиранию. Лучистый барьер может быть односторонним или двусторонним. Односторонний лучистый барьер может быть прикреплен к изоляционным материалам , таким как полиизоцианурат , жесткий пенопласт, пузырьковая изоляция или ориентированно-стружечная плита (OSB). Отражающая лента может быть приклеена к полосам лучистого барьера, чтобы сделать его непрерывным пароизолятором или, в качестве альтернативы, лучистый барьер может быть перфорирован для пропускания пара.
Все существующие материалы выделяют или испускают энергию посредством теплового излучения в результате своей температуры. Количество излучаемой энергии зависит от температуры поверхности и свойства, называемого излучательной способностью (также называемого «эмиттант»). Излучательная способность выражается числом от нуля до единицы на данной длине волны. Чем выше излучательная способность, тем больше испускаемое излучение на этой длине волны. Связанное свойство материала — отражательная способность (также называемая «отражательность»). 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 способности и отражательной способности в сумме дают 1 по закону Кирхгофа . [ необходима цитата ]
Материалы для барьерного излучения должны иметь низкую излучательную способность (обычно 0,1 или менее) на длинах волн, на которых они должны функционировать. Для типичных строительных материалов длины волн находятся в среднем и длинном инфракрасном спектре , в диапазоне 3-15 микрометров. [ необходима цитата ]
Лучистые барьеры могут демонстрировать или не демонстрировать высокую визуальную отражательную способность. В то время как отражательная способность и излучательная способность должны быть в сумме равны 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. Поэтому можно создавать визуально темные окрашенные поверхности с низкой тепловой излучательной способностью. [ необходима цитата ]
Для правильной работы излучающие барьеры должны быть обращены к открытому пространству (например, воздуху или вакууму), через которое в противном случае проходило бы излучение. [1]
В 1860 году французский ученый Жан Клод Эжен Пекле [2] экспериментировал с изолирующим эффектом металлов с высокой и низкой эмиссией, обращенных к воздушным пространствам. [3] Пекле экспериментировал с широким спектром металлов, от олова до чугуна, и пришел к выводу, что ни цвет, ни визуальная отражательная способность не являются значимыми определяющими факторами в характеристиках материалов. Пекле рассчитал снижение BTU для поверхностей с высокой и низкой эмиссией, обращенных к различным воздушным пространствам, обнаружив преимущества лучистого барьера в снижении передачи тепла.
В 1925 году два немецких бизнесмена Шмидт и Дайкерхофф подали заявки на патенты на отражающие поверхности для использования в качестве строительной изоляции, поскольку недавние усовершенствования в технологии позволили сделать алюминиевую фольгу с низкой излучательной способностью коммерчески жизнеспособной. Это стало стартовой площадкой для лучистого барьера и отражающей изоляции по всему миру, 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 в Массачусетском технологическом институте, Принстоне и резиденции Фрэнка Синатры в Палм-Спрингс, Калифорния.
Для программы Apollo NASA помогло разработать тонкую алюминиевую фольгу, которая отражала 95% теплового излучения. [4] Металлизированная пленка использовалась для защиты космических аппаратов, оборудования и астронавтов от теплового излучения или для сохранения тепла при экстремальных колебаниях температуры в космосе. [4] Алюминий был покрыт вакуумом в тонкую пленку и нанесен на основание посадочных аппаратов Apollo. Он также использовался во многих других проектах NASA, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба и Skylab . В вакууме космического пространства , где температуры могут варьироваться от −400 до 250 °F (от −240 до 120 °C) [5], передача тепла осуществляется только излучением, поэтому лучистый барьер намного эффективнее, чем на Земле, где от 5% до 45% передачи тепла все еще может происходить посредством конвекции и теплопроводности, даже когда развернут эффективный лучистый барьер. Лучистый барьер [5] является сертифицированной космической технологией Space Foundation (TM). В 1996 году Radiant barrier был включен в Зал славы космических технологий .
С 1970-х годов [4] листы металлизированного полиэстера, называемые космическими одеялами, были коммерчески доступны в качестве средства предотвращения гипотермии и других травм, полученных в холодную погоду. Благодаря своей прочности и легкости эти одеяла популярны для выживания и оказания первой помощи. После марафона можно увидеть толпы людей, завернутых в светоотражающую металлизированную пленку, особенно там, где температура особенно низкая, как во время ежегодного Нью-Йоркского марафона , который проходит осенью. [6]
Оконное стекло может быть покрыто для достижения низкой излучательной способности или "low-e". Некоторые окна используют ламинированную полиэфирную пленку, где по крайней мере один слой был металлизирован с помощью процесса, называемого распылением . Распыление происходит, когда металл, чаще всего алюминий, испаряется, и полиэфирная пленка пропускается через него. Этот процесс можно регулировать, чтобы контролировать количество металла, которое 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 при воздействии воздуха и влаги, производители обычно используют многослойные окна. Хотя пленки обычно наносятся на стекло во время производства, некоторые пленки могут быть доступны домовладельцам для самостоятельного нанесения. Обычно ожидается, что оконные пленки, наносимые 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 теплопроводности, она заставляет нижнюю поверхность крыши и каркас крыши излучать тепло вниз через пространство крыши (чердак / полость потолка) к чердачному полу / верхней поверхности потолка. Когда между кровельным материалом и изоляцией на чердачном полу размещен лучистый барьер, большая часть тепла, излучаемого горячей крышей, 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 холодной, чем она была бы без лучистого барьера, и, таким образом, уменьшает количество тепла, которое проходит через изоляцию в помещения ниже.
Это отличается от стратегии «холодной крыши», которая отражает солнечную энергию до того, как она нагреет крышу, но обе являются средствами снижения 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.
Для установки лучистого барьера под металлической или черепичной крышей лучистый барьер (блестящей стороной вниз) НЕ следует накладывать непосредственно на обшивку крыши, поскольку высокая площадь контакта снижает эффективность металлической поверхности как слабого излучателя. Вертикальные рейки (или планки обрешетки) можно накладывать поверх указанной обшивки; затем поверх реек можно положить OSB с лучистым барьером. Рейки оставляют больше воздушного пространства, чем конструкция без реек. Если воздушного пространства нет или оно слишком мало, тепло будет проходить от лучистого барьера в подконструкцию, что приведет к нежелательному ИК-ливню на нижних участках. Древесина является плохим изолятором, поэтому она проводит тепло от лучистого барьера к нижним поверхностям указанной древесины, где она, в свою очередь, теряет тепло, испуская ИК-излучение. По данным Министерства энергетики США, «отражающая изоляция и лучистые барьерные изделия должны иметь воздушное пространство рядом с отражающим материалом, чтобы быть эффективными». [9]
Наиболее распространенное применение для лучистого барьера — облицовка чердаков. Для традиционной крыши из гонта/черепицы/железа лучистые барьеры могут быть применены под стропилами или фермами и под настилом крыши. Этот метод применения заключается в том, что листы лучистого барьера натягиваются под фермами стропил, создавая небольшое воздушное пространство сверху, а лучистый барьер обращен во все внутреннее чердачное пространство внизу. [10] Отражающий фольгированный ламинат — это продукт, который обычно используется в качестве листа лучистого барьера.
Другой метод применения лучистого барьера к крыше в новом строительстве — это использование лучистого барьера, который предварительно ламинируется на панели OSB или обшивку крыши. Производители этого метода установки часто хвалят экономию затрат на рабочую силу при использовании продукта, который служит как настилом крыши, так и лучистым барьером в одном.
Чтобы применить лучистый барьер на существующем чердаке, его можно прикрепить скобами к нижней стороне стропил крыши. Этот метод предлагает те же преимущества, что и метод драпировки, в том, что обеспечивается двойное воздушное пространство. Однако важно, чтобы вентиляционные отверстия оставались открытыми, чтобы предотвратить скопление влаги на чердаке. В целом, предпочтительнее, чтобы лучистый барьер был нанесен БЛЕСТЯЩЕЙ СТОРОНОЙ ВНИЗ на нижнюю сторону крыши с воздушным пространством, обращенным вниз; таким образом, пыль не повредит его, как это было бы в случае барьера БЛЕСТЯЩЕЙ СТОРОНОЙ ВВЕРХ. [11]
Последний способ установки лучистого барьера на чердаке — укладка его поверх изоляции на чердачном полу. Хотя этот метод может быть более эффективным зимой [12], есть несколько потенциальных проблем 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 фольге лучистого барьера. Скорость пропускания пара лучистого барьера должна составлять не менее 5 перм, как измерено с помощью ASTM E96, а влажность изоляции следует проверять перед установкой. Во-вторых, продукт должен соответствовать требуемому распространению пламени, которое включает ASTM E84 с методом ASTM E2599. Наконец, этот метод позволяет пыли скапливаться на верхней поверхности лучистого барьера, что со временем может снизить эффективность.
Согласно исследованию 2010 года, проведенному Программой исследований оболочки зданий Национальной лаборатории Ок-Ридж, [13] дома с воздуховодами для кондиционирования воздуха на чердаке в самых жарких климатических зонах, таких как Глубокий Юг США , могут извлечь наибольшую выгоду из вмешательств с использованием лучистого барьера, с годовой экономией на счетах за коммунальные услуги до 150 долларов, тогда как дома в более мягком климате, например, в Балтиморе, могут увидеть экономию примерно в два раза меньше, чем 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 равно может помочь улучшить комфорт и снизить пиковую нагрузку на кондиционирование воздуха.
Одно из распространенных заблуждений относительно лучистого барьера заключается в том, что тепло, отражающееся от лучистого барьера обратно на крышу, может повысить температуру крыши и, возможно, повредить черепицу. Тестирование производительности, проведенное Florida Solar Energy Center [8], показало, что повышение температуры в самое жаркое время дня составило не более 5 градусов по Фаренгейту. Фактически, это исследование показало, что лучистый барьер может снизить температуру крыши после захода солнца, поскольку он предотвращает потерю или передачу тепла с чердака через крышу. RIMA International написала технический документ по этому вопросу, в который вошли заявления, собранные у 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 теплоизолирующего барьера поверх изоляции на чердачном этаже возможно скопление пыли на верхней стороне. Многие факторы, такие как размер частиц пыли, состав пыли и количество вентиляции на чердаке, влияют на то, как накапливается пыль, и, таким образом, на конечную производительность теплоизолирующего барьера на чердаке. Исследование, проведенное Управлением долины Теннесси [15], механически нанесло небольшое количество пыли на теплоизолирующий барьер и не обнаружило существенного эффекта при тестировании производительности. Однако TVA сослалась на предыдущее исследование, в котором говорилось, что теплоизолирующий барьер может собирать так много пыли, что его отражательная способность может снизиться почти вдвое. Неверно, что двухсторонний теплоизолирующий барьер на чердачном этаже невосприимчив к проблеме пыли. Исследование TVA [12] также протестировало двухсторонний теплоизолирующий барьер с черным пластиком, накинутым сверху, чтобы имитировать сильное скопление пыли, а также односторонний теплоизолирующий барьер с плотной крафт-бумагой сверху. Испытание показало, что барьер для излучения не выполняет своих функций, а небольшие воздушные пространства, созданные между выступами изоляции, недостаточны для блокировки теплового излучения.
Лучистый барьер может использоваться в качестве вентилируемой оболочки вокруг внешней стороны стены. [10] Полосы обрешетки наносятся на обшивку, чтобы создать вентилируемое воздушное пространство между лучистым барьером и сайдингом, а вентиляционные отверстия используются сверху и снизу, чтобы конвективное тепло естественным образом поднималось на чердак. Если снаружи используется кирпич, то вентилируемое воздушное пространство может уже присутствовать, и полосы обрешетки не нужны. Обертывание дома лучистым барьером может привести к снижению потребности в системе кондиционирования воздуха на 10–20 %, а также сэкономить как энергию, так и затраты на строительство.
Отражающая фольга, пузырчатая фольга и лучистые барьеры известны своей способностью отражать нежелательное солнечное излучение в жарком климате при правильном применении. Отражающая фольга изготавливается из алюминиевой фольги с различными подложками, такими как кровельная бумага, крафт-бумага, пластиковая пленка, полиэтиленовые пузырьки или картон. Отражающая пузырчатая фольга в основном представляет собой пластиковый пузырчатый упаковочный лист с отражающим слоем фольги и относится к классу изоляционных изделий, известных как лучистая фольга. Отражающая пузырчатая/фольгированная изоляция в первую очередь является лучистым барьером, а отражающие изоляционные системы работают за счет снижения лучистого притока тепла. Чтобы быть эффективными, отражающая поверхность должна быть обращена к воздушному пространству; кроме того, накопление пыли на отражающей поверхности снизит ее отражательную способность. Лучистый барьер должен быть установлен таким образом, чтобы свести к минимуму накопление пыли на отражающей поверхности.
Лучистые барьеры более эффективны в жарком климате, чем в более прохладном/холодном климате (особенно, когда охлаждающие воздуховоды расположены на чердаке). Когда солнце нагревает крышу, именно лучистая энергия солнца делает крышу горячей. Большая часть этого тепла передается путем теплопроводности через кровельные материалы на чердачную сторону крыши. Затем горячий материал крыши излучает полученную тепловую энергию на более прохладные поверхности чердака, включая воздуховоды и чердачный пол. Лучистый барьер снижает передачу лучистого тепла с нижней стороны крыши на другие поверхности чердака. Некоторые исследования показывают, что лучистые барьеры могут снизить расходы на охлаждение на 5–10 % при использовании в теплом солнечном климате. Уменьшенный приток тепла может даже позволить использовать меньшую систему кондиционирования воздуха. Однако в прохладном климате обычно более экономически выгодно установить больше теплоизоляции, чем добавлять лучистый барьер. [16]
Министерство энергетики США (DOE, Департамент энергоэффективности и возобновляемых источников энергии) [17] и Министерство природных ресурсов (NRCAN) [18] 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 рекламируются. Хотя их часто рекламируют как обладающие очень высокими изоляционными показателями, для продуктов лучистой изоляции нет специального стандарта, поэтому будьте осторожны с опубликованными отзывами и заявлениями производителей о тепловых характеристиках. Исследования показали, что изоляционные показатели отражающей пузырчатой фольги и лучистых барьеров могут варьироваться от RSI 0 (R-0) до RSI 0,62 (R-3,5) в зависимости от толщины материала. Исследование, проведенное CMHC (Canada Mortgage & Housing Corporation) на четырех домах в Париже, Онтарио, показало, что эксплуатационные характеристики пузырчатой фольги были аналогичны показателям неизолированного пола. Также был проведен анализ затрат и выгод, и соотношение затрат и выгод составило от 12 до 13 долларов за кубический метр RSI. [18]
Эффективное значение изоляции зависит от количества смежных мертвых воздушных пространств, слоев фольги и места их установки. Если фольга ламинирована на жесткую пенную изоляцию, общее значение изоляции получается путем сложения RSI пенной изоляции с RSI мертвого воздушного пространства и фольги. Если нет воздушного пространства или прозрачного пузырькового слоя, значение RSI пленки равно нулю.
Peclet tin.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )