indhold
- 1 Introduktion
- 2 Sådan fungerer isolering
- 2.1 stråling
- 2.2 Ledning
- 2.3 konvektion
- 3 ydeevne
- 3.1 termisk ledningsevne
- 3.2 termisk modstand
- 3.3 U-værdi
- 4 åbne celleprodukter
- 5 lukkede celleprodukter
- 6 Installation vs ydeevne
- 7 bæredygtighed
- 8 konklusion
- 9 relaterede artikler om design af bygninger
- 10 eksterne referencer
introduktion
isoleringsprodukter har udviklet sig markant med teknologiske fremskridt. Lovgivningen har fungeret som katalysator for udvikling, fra de grundlæggende krav i henhold til bygningsreglementets Del L, til overholdelse af regeringens kulstofreduktionsmål, drevet gennem avancerede programmer som Code for Sustainable Homes og BREEAM.
isoleringsprodukter varierer med hensyn til farve, overfladefinish og tekstur, kernesammensætning og vigtigst af alt ydeevne. Specifikationen af materialer, der isolerer, er en videnskabsbaseret beslutning, men en vellykket specifikation er afhængig af, at specifikatoren ikke kun forstår den matematiske ydeevne, men de perifere faktorer, der kan påvirke den endelige installation.
specifikation af isoleringsprodukter er ofte baseret på minimumskravet i bygningsreglementet AD (godkendt dokument) Del L og deres forhold til producentens ydelsesdata, og det er blevet foreslået, at lovgivningen driver produktionen af en række produkter, der ‘bare fungerer’, hvilket kun viser en lille tilsyneladende forskel mellem dem.
for at specificere isolering korrekt skal specifikatoren dog forstå årsagerne til, at den fungerer, og anvende den rigtige teknologi på en given konstruktionsdetalje. Ved at forstå mere fuldstændigt de processer, der får isolering til at fungere, og faktisk de faktorer, der forhindrer det i at fungere, vil specifikatorer være i en langt stærkere position til at specificere det rigtige materiale til den korrekte anvendelse.
den installerede ydeevne for et isoleringsprodukt afhænger ikke kun af ydeevneegenskaber og entreprenørers overholdelse af fabrikanter og generelle krav til bedste praksis, men også egnetheden af det isoleringsmiddel, der er specificeret til dets installerede placering.
Sådan fungerer isolering
isoleringsprodukter er designet til at frustrere overførslen af varme over selve materialet. Der er tre metoder til varmeoverførsel: stråling, ledning og konvektion.
stråling
ethvert objekt, hvis temperatur er højere end overfladerne, der omgiver det, vil miste energi som en netto strålende udveksling. Strålevarme kan kun rejse i lige linjer. Indfør et solidt objekt mellem punkterne A og B, og de udveksler ikke længere direkte strålevarme. Stråling er den eneste varmeoverføringsmekanisme, der krydser støvsugere.
Ledning
ledning er afhængig af fysisk kontakt. Hvis der ikke er nogen kontakt, kan Ledning ikke finde sted. Kontakt mellem to stoffer med forskellig temperatur resulterer i en varmeveksling fra den højere temperatur til den lavere temperatur stof. Jo større temperaturforskellen er, desto hurtigere er varmevekslingen.
konvektion
konvektion er overførsel af energi via væsker (gasser og væsker). Det er denne metode, der spiller den største rolle i befrielsen og overførslen af varme i bygninger. Den mest almindelige formering af denne effekt er fra fast til gas, dvs. genstand for luft og derefter tilbage igen, typisk når luften mødes med det ydre bygningsstof.
processen initieres faktisk af en energioverførsel på grund af ledning og kompliceres af niveauet af vanddamp, der understøttes af luften. Vandmolekylerne opbevarer varme, der gives til dem gennem ledning fra varme overflader. Vanddampen og luften kan ikke adskilles som gasser. De vil kun dele selskab, når det mættede damptryk er nået, dvs.mængden af vand (omend i dampform) overstiger det niveau af varme, der er til rådighed for at opretholde det som en gas (damp), og derfor kondenserer det.
kondensation forårsager, at denne latente varme frigives; forholdet mellem temperatur og vanddamp ændres, og når det er ændret langt nok, starter processen igen. Verdens vejrsystemer følger en meget lignende cyklus.
hvis luften kunne holdes stille og tør, ville den fungere som et meget effektivt isoleringsmiddel. Men hvis luften opvarmes, udvides dens molekylære struktur og bliver mindre tæt i forhold til luften, der omgiver den, og stiger således. Når det skrider videre fra varmekilden, begynder det at køle af. Molekylerne trækker sig sammen og øges i tæthed og synker ned igen. Luftmolekyler er i en konstant tilstand af strømning, afhængig af omgivelsestemperaturen og interferens fra ethvert punkt eller baggrundsvarmekilder.
denne proces med varmeoverførsel ‘konvektion’ kompliceres af det faktum, at luften afkøles med en hastighed, der afhænger af mængden af vanddampmætning. Jo større mætning, jo langsommere afkøling.
ydeevne
isoleringsmaterialer begrænser strømmen af energi (varme) mellem to legemer, der ikke har samme temperatur. Større isoleringsydelse kan direkte henføres til isoleringens termiske ledningsevne. Det vil sige den hastighed, hvormed en fast mængde energi overføres over en kendt tykkelse af materialet.
den direkte inverse (gensidige) af dette mål er materialets termiske modstand, som måler materialets evne til at modstå overførsel af varme.
termisk ledningsevne
termisk ledningsevne, ofte omtalt som ‘K’ eller ‘LARP’ (lambda) værdi, er en konstant for ethvert givet materiale og måles i m/mK (vand pr.kelvin meter). Jo højere pris-værdien er, desto bedre er den termiske ledningsevne. Gode isolatorer vil have så lav en værdi som muligt. Stål og beton har meget høj varmeledningsevne og derfor meget lav termisk modstand. Dette gør dem til dårlige isolatorer.
Larsen-værdien for ethvert materiale bliver højere med en stigning i temperaturen. Selvom temperaturstigningen skal være betydelig for at dette kan ske, og temperaturvarianterne i de fleste bygninger er generelt inden for tolerancerne, der ville gøre enhver ændring i lambda-værdien ubetydelig.
termisk modstand
termisk modstand, kaldet ‘R’ – værdien af et materiale, er et produkt af termisk ledningsevne og tykkelse. R-værdien beregnes ud fra materialets tykkelse divideret med dets varmeledningsevne og udtrykt i enhederne m2K/vægt (kvadratmeter Kelvin pr. Jo større Materialetykkelsen er, desto større er den termiske modstand.
U-værdi
i konstruktionsbetingelser, mens en U-værdi kan beregnes og tilskrives en enkelt tykkelse af ethvert materiale, er det mere sædvanligt at beregne det som et produkt, der er resultatet af samlingen af forskellige materialer i en given form for konstruktion. Det er et mål for transmission af varme gennem et forudbestemt område af bygningsstoffet-dette er 1 kvm. m.
enhedsmålingerne er derfor m/m2K (vand pr.kvadratmeter kelvin) og beskriver varmeoverførslen i vand gennem en kvadratmeter af et bygningselement (såsom en væg, gulv eller tag). Dette bruges til at beregne varmeoverførslen eller tabet gennem bygningsmaterialet. For eksempel, hvis en væg havde en U-værdi på 1 m/m2K — med en temperaturforskel på 10 liter, ville der være et varmetab på 10 vand for hver kvadratmeter vægareal.
åbne celleprodukter
åben celleisolering inkluderer produkter såsom Mineral-og fåreuldsisolering. Ekspanderet polystyren (EPS) isoleringsmidler er teknisk ‘lukket celle’ i deres struktur, men deres ydeevne er beslægtet med et åbent cellemateriale på grund af forbindelsen på tværs af strukturen af luftlommerne, der omgiver de blæste celleperler, der er essensen af dets sammensætning.
grafikken nedenfor viser et snitkernebillede af et typisk glasuldsprodukt overlejret med en repræsentation af de millioner og atter millioner (pr.kvadratmeter) ‘åbne celle’ luftlommer, der oprettes under fremstillingen. Samtidig med at fremstillingsprocessen tvinger luft ind i kernen af glasfibrene, aktiveres et tidligere indført bindemiddel til dannelse af en matrice, der låser sammensætningen sammen. Dette producerer den ‘fjederbelastning’, der er forbundet med mineraluldsisolering, så den kan genvinde sin form og tykkelse efter kompression.
matricen med åben celle tillader luftmigration gennem dens kerne, men ruten er svag, og derfor er varmetab på grund af konvektion minimalt. Princippet i drift er dannelsen af sådanne små luftlommer, at luftbevægelsen bringes til et virtuelt, men ikke fuldstændigt stop.
et materiale vil kun kunne udstråle varme, som det er i stand til at absorbere. Glasstrengene og deres bindemiddel er dårlige varmeledere, så varmetab via stråling anses for at være ubetydeligt.
tør luft er en god isoleringsgas. Så med åbne celleprodukter, hvis forurening af kerneluften med vanddamp kan forhindres (ved hjælp af dampkontrolbarrierer), vil de ultra små luftlommer betydeligt begrænse luftbevægelsen.
lukkede celleprodukter
lukkede celleisoleringsmidler inkluderer produkter såsom ekstruderet polystyren og kemiske skumplader. Lukket celleteknologi anvender kontrolleret indføring af gasser (blæsemidler) under fremstillingen, der danner en meget mere tæt matrice af individuelle celler end glasuld eller EPS. Cellerne dannes som bobler af gassen, hvis termiske ledningsevne er signifikant mindre end luftens. Kombiner dette med vanddampens manglende evne til let at forurene cellerne, og dette giver et betydeligt højere ydende isoleringsmiddel. (NB: Matricen af nogle kemiske skumisoleringsmidler kan være modtagelig for nedbrydning over tid ved tilstedeværelse af vand eller vanddamp.)
cellevæggene er ekstremt tynde, hvilket begrænser ledningen, men er gastætte. Den tætte cellulære sammensætning begrænser yderligere potentialet for gasbevægelse, da den kun kan bevæge sig inden for rammerne af dens indeholdende celle og ikke mellem celler. Så som med åbne cellematerialer påvirkes processen med varmeoverførsel fra varme til kølige sider af en kombination af ledning via cellevæggene og begrænset konvektion via cellegassen.
materialets effektivitet er meget høj og effektiv over området af et ubrudt bræt, men reduceres markant ved dårlig udførelse i pladeskæring og samling.
i et forsøg på at forbedre den langsigtede ydeevne står producenterne især over for skumkortprodukter med et skinnende folielag. Dette virker for at minimere forurening med vanddamp ved at fungere som en dampbarriere, samtidig med at den reflekterer strålingsenergi tilbage i bygningen. Tapning af folie-faced bord ved hjælp af en folie tape kan forbedre damp kontrol, selv om det vil have ringe indflydelse på en dårligt konstrueret fælles, der ikke er konsekvent stram.
Installation vs performance
Isoleringsproducenter producerer teknisk og salgsfremmende litteratur, der indeholder en lang række figurer, der kan være forvirrende, og ikke alle producenter præsenterer deres ydeevne på samme måde.
præstationsmål er normalt baseret på laboratorietestresultater. Sådanne resultater accepteres over hele linjen af bygningsdesignere og lovgivende organer såsom bygningskontrolmyndigheder.
dette er dog ikke det samme som en test på stedet. Ikke to ‘on – site’ situationer vil give nøjagtigt de samme betingelser, så test kan kun udføres for at give en sammenligning mellem forskellige isoleringsprodukter ved hjælp af nøjagtigt de samme betingelser. Som et resultat illustrerer producenterne ydeevne inden for salg og teknisk litteratur ved at beskrive den perfekte installation, hvor samlinger er perfekt lavet, isoleringen er ensartet kontinuerlig, og alle tolerancer er millimeter perfekte. Enhver, der har været på en byggeplads, ved, at dette ikke afspejler virkeligheden.
til dette formål kan specifiers notere implementeringen af Green Deal-vurderinger. Diktat her er at overholde den gyldne regel om, at omkostningerne ved de foreslåede energibesparelsesforanstaltninger ikke må overstige de forventede besparelser, der opnås ved den deraf følgende brug af mindre energi. I praksis vedtager Green Deal Assessors (GDA ‘ er) en meget konservativ linje om forventede besparelser og forventede besparelser, der involverer beregninger af isoleringsbrug til 75% af producentens ydelsesdata.
mens producenterne fokuserer på produktets ydeevne, kan de desuden dække over andre nøgleproblemer, der direkte påvirker ydeevnen, såsom specifikationen af det korrekte isoleringsprodukt inden for bygningsområder, der sandsynligvis vil generere et koldt og potentielt fugtigt miljø, for eksempel hulrum under gulvet.
isolering og vand blandes ikke. Alle isoleringsprodukttyper vil blive påvirket inden for et område fra ubetydelig (f.eks. ekstruderet polystyren) til alvorligt kompromitteret (f. eks. uldisoleringsmidler). Graden af kompromis vil være relateret til graden af forurening. Så ethvert miljø, hvor vanddamp kan eksistere uden trussel om hurtig og total fordampning, eller tilstedeværelsen af fysiske vanddråber selv, vil reducere isolationsydelsen. En gang inden for isoleringsmidlets matrice vil vand lede den energi, som isoleringen forsøger at indeholde. Jo større vanddråben er, desto større er ledningen.
for eksempel, hvor glasuld er installeret i en fuldfyldningshulrumvæg, hvis en af murhulrumets sider har været udsat for regn umiddelbart før installationen af isoleringsmidlet, vil der være en reduktion i den potentielle isoleringsydelse for den færdige hulrumsvæg. Hvis isoleringen har fået lov til at blive våd igennem, kan ydeevnen meget vel blive negativ.
bæredygtighed
dagens byggemiljøspecifikatorer er under stigende pres; at være mere grøn, at konstruere et lavere kulstofmiljø og at bevæge sig mod større bæredygtighed. De større isoleringsproducenter har indført betydelige foranstaltninger til:
- reducer afhængigheden af råvarer.
- genbrug før og efter fremstilling.
- reducer emballagen og sørg for, at emballagen forbliver genanvendelig.
- reducer energiforbruget i produktion og transport.
- har nul affald til deponering politikker.
producenter markedsfører deres produkter som ‘bæredygtige’ med den forudsætning, at deres isoleringsprodukter vil spare langt mere energi/kulstof i løbet af installationens levetid, end det har kostet at fremstille.
konklusion
isoleringsmaterialer er afhængige af deres iboende molekylære sammensætning for at minimere de tre former for varmeoverførsel-stråling, ledning og konvektion. De største bygningsvarmetab er fra luftbevægelse. Enhver bevægende krop af luft vil udtrække varme fra en genstand eller overflade, over hvilken den passerer. Varmetabet er proportional med hastigheden af den bevægelige luft, mængden af vand til stede og temperaturforskellen mellem varmekilde og luft.
jo hurtigere luftbevægelsen over en varmekilde, jo hurtigere sker varmeoverførslen. Tilstedeværelsen af vanddråber vil fungere som en accelerant til denne proces, selvom kontrol over vanddampmætning normalt skal udøves for at undgå problemer forårsaget af kondens.
kondensering kan i vid udstrækning kontrolleres ved at sikre, at vanddamp i luften er indeholdt i det varme indre miljø. Dampkontrollag på den varme side af isoleringen, der effektivt forsegler konvolutten til luftvandring mellem varme og køligere områder, er den teoretiske løsning.
aktuel materialeteknologi og nøje overvåget udførelse ved montering af disse materialer kan opnå næsten nul luftlækage gennem den isolerede konvolut, og Passivhaus-design er faktisk afhængig af dette, mens man bruger kontrolleret ventilation til at fjerne forurenet luft, designprincipper, der er afhængige af håndværk for at lykkes.
adressering af den cellulære konstruktion af dedikerede isoleringsmaterialer er det egentlige mål at forhindre bevægelse af gasser inden i isoleringskernematricen, hvorved varmetabet som følge af denne bevægelse også reduceres.
selvom ‘åbne celle’ isoleringsprodukter, såsom uld, tillader meget større migration af luft over dem, og dette begrænser deres ydeevne, giver deres fleksible konstruktion en langt større fordel med hensyn til kvalitetskontrol af installationsarbejdet. På grund af materialets art giver sammenføjning et meget lignende resultat som selve materialet. Mens stive pladeprodukter har en besværlig monteringspræmie for at opnå producentens ‘laboratorietest’ præcisionsstandarder for samling.
isoleringsmaterialer med en mere tæt, selvstændig cellesammensætning vil give en lavere varmeledningsevne (larr-værdi) og dermed en højere termisk resistivitet (R-værdi) til at udføre ‘åbne celle’ materialer, der er afhængige af at opretholde tør luft i deres kerner for ultimativ ydeevne.
der er åbne celleskummede produkter til rådighed, der på grund af deres kernematricesammensætning har en højere varmeledningsevne end deres lukkede cellefætre, men har fordele med større fleksibilitet til at rumme bygningsbevægelse, og enhver forringelse af cellevægge vil ikke resultere i frigørelse af gasindholdet.
ved specificering af isoleringsprodukter skal bygningskonstruktøren overveje potentialet for vandforurening og muligheden for gasvandring inden i kernematricen og det deraf følgende kompromis i ydeevne, der kan forringes yderligere i bygningens levetid, uset og ukontrolleret.
der er bedre teknologier på markedet med ‘aerogels’ og ‘evakuerede paneler’, men ydeevnen er afhængig af de samme principper for varmeoverførsel og har indtil videre en begrænset specifikationsniche, der stort set forbliver uoverkommelig for langt de fleste applikationer.
denne artikel blev oprindeligt skrevet af Mark Mciat, med ophavsret overført til Henry Stuart Publications med henblik på udgivelse. Det var vinderen af vores Chartered Institute of Building-backed artikel konkurrence i juni 2013.
en længere version af artiklen blev først offentliggjort i Journal of Building Survey, vurdering & værdiansættelse, bind 2 nummer 1, April 2013, Udgivet af Henry Stuart Publications, London.
relaterede artikler om design af bygninger Viki
- akkrediterede konstruktionsdetaljer ACDs.
- godkendt dokument D.
- Aerogel isolering til bygninger.
- BREEAM isolering.
- Bygningsreglement.
- hulrumsisolering
- Celoteks rs5000 PIR isolering.
- kode for bæredygtige boliger.
- kondens.
- Ledning.
- konventioner til U-værdiberegninger (2006-udgave) BR 443.
- udformning af utilsigtede konsekvenser ved anvendelse af solid vægisolering FB 79.
- glasflaske gulv fundament.
- varmeforøgelse.
- varmetab.
- varmeoverførsel.
- Hempcrete.
- Fugtighed.
- isolering til stueetagen.
- faseskift materialer.
- Polyurethansprøjteskum i strukturelt isolerede paneler og kompositkonstruktioner.
- solid vægisolering.
- Lydisolering.
- markedet for bygningsisolering.
- termisk komfort.
- gennemsigtig isolering.
- typer af isolering.
- U-værdi.
- u-værdikonventioner i praksis: arbejdede eksempler ved hjælp af BR 443.