rakennusten suunnittelu WikiShare your construction industry knowledgewww.designingbuildings.co.uk

• 1 Johdanto
• 2 Eristystyöt
  • 2.1 säteily
  • 2.2 johtuminen
  • 2.3 konvektio
• 3 suorituskyky
  • 3.1 lämmönjohtavuus
  • 3.2 lämmönkestävyys
  • 3.3 U-arvo
• 4 Open cell products
• 5 Closed cell products
• 6 Installation vs performance
• 7 Sustainability
• 8 Conclusion
• 9 Related articles on Designing Buildings Wiki
• 10 External references

Johdanto

eristeet ovat kehittyneet merkittävästi teknologian kehityksen myötä. Lainsäädäntö on toiminut kehityksen katalysaattorina rakennusmääräysten osan L mukaisista perusvaatimuksista hallituksen hiilivähennystavoitteiden noudattamiseen edistyneiden ohjelmien, kuten kestävien kotien säännöstön ja BREEAMIN kautta.

eristeiden väri, pintakäsittely ja rakenne, ytimen koostumus ja ennen kaikkea suorituskyky vaihtelevat. Eristävien materiaalien määrittely on tieteeseen perustuva päätös, mutta onnistunut spesifikaatio perustuu siihen, että spesifikaattori ymmärtää matemaattisen suorituskyvyn lisäksi myös ne reunatekijät, jotka voivat vaikuttaa lopulliseen asennukseen.

eristystuotteiden määrittely perustuu usein rakennusmääräysten AD (hyväksytty asiakirja) osan L vähimmäisvaatimukseen ja niiden suhteeseen valmistajien suorituskykytietoihin, ja on esitetty, että lainsäädäntö ohjaa sellaisten tuotteiden tuotantoa, jotka ”vain toimivat”, eikä niiden välillä ole juurikaan selvää eroa.

jotta eristys voidaan määritellä oikein, tarkentajan on kuitenkin ymmärrettävä syyt, miksi se toimii, ja sovellettava oikeaa tekniikkaa mihin tahansa rakennusyksityiskohtaan. Ymmärtäessään paremmin prosessit, jotka saavat eristyksen toimimaan, ja itse asiassa tekijät, jotka estävät sitä toimimasta, määrittelijät ovat paljon vahvemmassa asemassa määrittämään oikean materiaalin oikeaan käyttöön.

eristystuotteen asennetun suorituskyvyn perustana eivät ole ainoastaan suoritusarvot ja urakoitsijoiden sitoutuminen valmistajiin ja yleiset parhaiden käytäntöjen valmistusvaatimukset, vaan myös eristysaineen soveltuvuus asennettuun sijaintiin.

miten eristys toimii

eristeet on suunniteltu estämään lämmön siirtyminen itse materiaaliin. Lämmönsiirtomenetelmiä on kolme: säteily, johtuminen ja konvektio.

säteily

mikä tahansa kappale, jonka lämpötila on korkeampi kuin sitä ympäröivillä pinnoilla, menettää energiaa nettosäteilynvaihtona. Säteilylämpö voi kulkea vain suorina linjoina. Jos pisteissä A ja B on kiinteä kappale, ne eivät enää suoraan vaihda säteilylämpöä. Säteily on ainoa lämmönsiirtomekanismi, joka läpäisee tyhjiöt.

johtuminen

johtuminen riippuu fyysisestä kosketuksesta. Jos kontaktia ei ole, johtuminen ei voi tapahtua. Kahden eri lämpötilan aineen välinen kosketus johtaa lämmönvaihtoon korkeammasta lämpötilasta matalampaan lämpötilaan. Mitä suurempi lämpötilaero, sitä nopeampi lämmönvaihto.

konvektio

konvektio on energian siirtämistä nesteiden (kaasujen ja nesteiden) kautta. Juuri tällä menetelmällä on suurin rooli rakennusten lämmön vapautumisessa ja siirtämisessä. Yleisin tämän vaikutuksen eteneminen on kiinteästä kaasusta eli esineestä ilmaan ja sitten takaisin, tyypillisesti ilman kohdatessa ulkoisen rakennuskankaan.

prosessi käynnistyy itse asiassa johtumisen aiheuttamasta energian siirrosta, ja sitä vaikeuttaa ilman tukema vesihöyryn määrä. Vesimolekyylit varastoivat lämpöä, jota ne saavat johtumalla lämpimiltä pinnoilta. Vesihöyryä ja ilmaa ei voi erottaa toisistaan kaasuina. Ne eroavat toisistaan vasta, kun tyydyttynyt höyrynpaine on saavutettu, eli veden määrä (vaikkakin höyryn muodossa) ylittää lämmön määrän, joka on käytettävissä kaasun (höyryn) pitämiseksi kaasuna, ja näin ollen se tiivistyy.

tiivistyminen aiheuttaa tämän latentin lämmön vapautumisen; lämpötilan ja vesihöyryn suhde muuttuu, Ja kun se on muuttunut tarpeeksi paljon, prosessi käynnistyy uudelleen. Maailman sääjärjestelmät noudattavat hyvin samanlaista sykliä.

jos ilma voitaisiin pitää paikallaan ja kuivana, se toimisi erittäin tehokkaana eristeenä. Jos ilmaa kuitenkin lämmitetään,sen molekyylirakenne laajenee ja harvenee suhteessa ympäröivään ilmaan, jolloin se nousee. Edetessään kauemmas lämmönlähteestä se alkaa viilentyä. Molekyylit supistuvat ja kasvavat tiheydeltään ja vajoavat takaisin alas. Ilmamolekyylit ovat jatkuvassa muutostilassa, joka riippuu ympäristön lämpötilasta ja häiriöistä mistä tahansa kohdasta tai taustalämmön lähteistä.

tätä lämmönsiirtoprosessia ”konvektiota” vaikeuttaa se, että ilma jäähtyy nopeudella, joka riippuu vesihöyryn kylläisyyden määrästä. Mitä suurempi kylläisyys, sitä hitaampi jäähdytys.

suorituskyky

eristeet rajoittavat energian (lämmön) virtausta kahden kappaleen välillä, jotka eivät ole samassa lämpötilassa. Suurempi eristyskyky johtuu suoraan eristeen lämmönjohtavuudesta. Toisin sanoen nopeus, jolla kiinteä määrä energiaa siirtyy materiaalin tunnetun paksuuden yli.

tämän mittauksen suora käänteisvastus (käänteisvastus) on materiaalin lämpövastus, joka mittaa materiaalin kykyä vastustaa lämmön siirtymistä.

lämmönjohtavuus

lämmönjohtavuus, jota usein kutsutaan ”k”: ksi tai ”λ”: ksi (lambda), on minkä tahansa materiaalin vakio, ja se mitataan W/mK (watteina kelvinmetriä kohti). Mitä suurempi λ-arvo, sitä parempi lämmönjohtavuus. Hyvillä eristeillä on mahdollisimman alhainen arvo. Teräksellä ja betonilla on erittäin korkea lämmönjohtavuus ja siksi hyvin alhainen lämmönkestävyys. Tämä tekee niistä huonoja eristeitä.

minkä tahansa aineen λ-arvo nousee lämpötilan noustessa. Vaikka lämpötilan nousun on oltava merkittävä, jotta tämä tapahtuisi, ja lämpötilavaihtelut useimmissa rakennuksissa ovat yleensä toleranssien sisällä, jotka tekisivät lambda-arvon muutoksesta vähäpätöisen.

lämmönkestävyys

lämmönkestävyys, jota kutsutaan materiaalin ” R ” – arvoksi, on lämmönjohtavuuden ja paksuuden tulo. R-arvo lasketaan materiaalin paksuudesta jaettuna sen lämmönjohtavuudella ja ilmaistaan yksikköinä m2K / W (neliömetri kelviniä / watti). Mitä suurempi materiaalin paksuus, sitä suurempi lämmönkestävyys.

U-arvo

rakentamisen kannalta, vaikka U-arvo voidaan laskea ja liittää minkä tahansa materiaalin yhteen paksuuteen, on tavanomaisempaa laskea se tuotteena, joka syntyy eri materiaalien kokoonpanosta missä tahansa rakennustavassa. Se on toimenpide lämmönsiirron kautta ennalta määritetyn alueen rakennuksen kankaan – tämä on 1 neliömetriä. m.

yksikkömitat ovat siis W / m2K (watteina kelviniä kohti), ja ne kuvaavat rakennuksen osan (kuten seinän, lattian tai katon) neliömetrin läpi tapahtuvaa lämmönsiirtoa watteina. Tämän avulla lasketaan lämmönsiirto eli häviö rakennuskankaan kautta. Jos esimerkiksi seinän U-arvo olisi 1 W/m2K — lämpötilaeron ollessa 10°, olisi lämpöhäviö 10 wattia jokaista seinän pinta-alan neliömetriä kohti.

Avosolueristys

Avosolueristys sisältää muun muassa kivennäis-ja lampaanvillaeristeet. Paisutettu polystyreeni (EPS) – eristeet ovat rakenteeltaan teknisesti ”suljettuja soluja”, mutta niiden suorituskyky on verrattavissa avoimeen solumateriaaliin, koska ne yhdistävät toisiinsa puhallettuja soluhelmiä ympäröivät ilmataskut, jotka ovat sen koostumuksen ydin.

alla olevassa grafiikassa on tyypillisen lasivillatuotteen poikkileikkauskuva, jonka päällä on kuva miljoonista Ja taas miljoonista (neliömetrillä) ”avoimista kennotaskuista”, jotka syntyvät valmistuksen aikana. Samalla kun valmistusprosessi pakottaa ilman lasikuitujen ytimeen, aiemmin käyttöön otettu sidosaine aktivoituu muodostamaan matriisin, joka lukitsee koostumuksen yhteen. Näin saadaan aikaan mineraalivillaeristeeseen liittyvä ”jousikuormitus”, jolloin se saa puristuksen jälkeen muotonsa ja paksuutensa takaisin.

matriisin avoin soluluonne mahdollistaa ilman siirtymisen sen ytimen läpi, mutta reitti on mutkikas ja siksi konvektion aiheuttama lämpöhäviö on minimaalinen. Periaatteena toiminnassa on niin pienten ilmataskujen muodostuminen, että ilman liike saadaan virtuaaliseen, mutta ei täydelliseen pysähdykseen.

materiaali pystyy säteilemään vain sellaista lämpöä,jota se pystyy absorboimaan. Lasisäikeet ja niiden sideaineet ovat huonoja lämmönjohtimia, joten säteilyn aiheuttama lämpöhäviö katsotaan mitättömäksi.

kuiva ilma on hyvä eristekaasu. Joten avoimilla solutuotteilla, jos vesihöyryn aiheuttama ydinilman saastuminen voidaan estää (höyrynsäätöesteillä), erittäin pienet ilmataskut rajoittavat merkittävästi ilman liikettä.

suljettujen solujen tuotteita

suljettujen solujen eristeitä ovat tuotteet kuten suulakepuristettu polystyreeni ja kemialliset vaahtolevyt. Suljetuissa kennoissa hyödynnetään valmistuksen aikana hallittua kaasujen (puhallusaineiden) käyttöönottoa, jotka muodostavat yksittäisten kennojen paljon tiheämmän matriisin kuin lasivilla tai EPS. Kennot muodostuvat kaasukuplina, joiden lämmönjohtavuus on huomattavasti pienempi kuin ilman. Kun tämä yhdistetään vesihöyryn kykenemättömyyteen saastuttaa solut helposti,saadaan aikaan huomattavasti tehokkaampi eriste. (HUOM.: Joidenkin kemiallisten vaahtoeristeiden matriisi voi hajota herkästi ajan myötä veden tai vesihöyryn vaikutuksesta.)

soluseinät ovat erittäin ohuita, mikä rajoittaa johtumista, mutta ovat kaasutiiviitä. Tiheä solukoostumus rajoittaa kaasun liikkumismahdollisuuksia entisestään, sillä se voi liikkua vain sen sisältävän solun rajojen sisällä eikä solujen välillä. Kuten avoimilla solumateriaaleilla, lämmönsiirtoprosessiin lämpimiltä ja viileiltä puolilta vaikuttaa soluseinien kautta tapahtuva johtuminen ja solukaasun kautta tapahtuva rajoitettu konvektio.

materiaalin hyötysuhde on hyvin korkea ja tehokas katkeamattoman kartongin pinta-alalla, mutta sitä heikentää merkittävästi huono työstö kartongin leikkauksessa ja liitoksessa.

pitkäjänteisyyden parantamiseksi valmistajat pyrkivät erityisesti kasvovaahtokartonkituotteisiin, joissa on kiiltävä foliokerros. Näin minimoidaan vesihöyryn aiheuttama kontaminaatio toimimalla höyrynesteenä ja heijastamalla samalla säteilyenergiaa takaisin rakennukseen. Kalvopäällysteisen levyn teippaus folionauhalla voi parantaa höyryn hallintaa, vaikka sillä on vain vähän vaikutusta huonosti rakennettuun saumaan, joka ei ole jatkuvasti tiukka.

asennus vs suorituskyky

Eristysvalmistajat tuottavat teknistä ja myynninedistämiskirjallisuutta, joka sisältää laajan valikoiman lukuja, jotka voivat olla hämmentäviä, eivätkä kaikki valmistajat esitä suorituskykyään samalla tavalla.

Suoritusmittarit perustuvat yleensä laboratoriokokeiden tuloksiin. Rakennussuunnittelijat ja lainsäädäntöelimet, kuten rakennusvalvontaviranomaiset, hyväksyvät tällaiset tulokset kautta linjan.

tämä ei kuitenkaan ole sama kuin paikan päällä tehtävä testi. Mikään kaksi ”paikan päällä” – tilannetta ei tarjoa täsmälleen samoja olosuhteita, joten testejä voidaan suorittaa vain eri eristystuotteiden vertailemiseksi käyttäen täsmälleen samoja olosuhteita. Tämän seurauksena valmistajat havainnollistavat suorituskykyä myynti-ja teknisessä kirjallisuudessa kuvaamalla täydellisen asennuksen, jossa liitokset on täydellisesti tehty, eristys on tasaisen jatkuvaa ja kaikki toleranssit ovat millimetrin täydellisiä. Jokainen rakennustyömaalla käynyt tietää, ettei tämä vastaa todellisuutta.

tätä tarkoitusta varten asiantuntijat voivat ottaa huomioon Green Deal-arviointien täytäntöönpanon. Tässä asiassa on noudatettava ”kultaista sääntöä”, jonka mukaan ehdotettujen energiansäästötoimenpiteiden kustannukset eivät saa ylittää ennakoituja säästöjä, jotka aiheutuvat siitä, että energiaa käytetään vähemmän. Käytännössä tämän varmistamiseksi Green Deal Assessors (Gdas) noudattaa hyvin varovaista linjaa ennustetuista säästöistä ja ennustetuista säästöistä, joihin sisältyy eristyskäyttölaskelmia, jotka ovat 75 prosenttia valmistajan suorituskykytiedoista.

lisäksi valmistajat voivat keskittyä tuotteen suorituskykyyn, mutta ne voivat käsitellä muita keskeisiä seikkoja, jotka vaikuttavat suoraan suorituskykyyn, kuten oikean eristystuotteen määrittelyä rakennusalueilla, jotka todennäköisesti aiheuttavat kylmän ja mahdollisesti kostean ympäristön, esimerkiksi lattian alla olevat tyhjät tilat.

eristys ja vesi eivät sekoitu. Kaikki eristys tuotetyypit vaikuttavat alueella mitättömän, (kuten suulakepuristettua polystyreeniä (XPS)), vakavasti vaarantunut (kuten villa insulants). Kompromissiaste liittyy saastumisasteeseen. Joten mikä tahansa ympäristö, jossa vesihöyryä voi esiintyä ilman vaaraa nopeasta ja täydellisestä haihtumisesta tai fyysisten vesipisaroiden olemassaolosta, vähentää eristyskykyä. Eristeen matriisin sisällä vesi johtaa energiaa, jota eriste yrittää sisältää. Mitä suurempi vesipisara, sitä suurempi johtuminen.

esimerkiksi jos lasivillaa asennetaan täytettyyn onteloseinään, jos yksi muuratuista ontelon sivuista on altistunut sateelle juuri ennen eristysaineen asentamista, valmiin onteloseinän mahdollinen eristyskyky heikkenee. Jos eristeen on annettu kastua läpi, suorituskyky voi hyvinkin muuttua negatiiviseksi.

kestävyys

nykypäivän rakennetun ympäristön määrittelyyn kohdistuu yhä suurempia paineita; olla vihreämpi, luoda vähemmän hiilidioksidipäästöjä aiheuttava ympäristö ja siirtyä kohti parempaa kestävyyttä. Suuret eristevalmistajat ovat ottaneet käyttöön merkittäviä toimenpiteitä:

• vähennä riippuvuutta raaka-aineista.
• Kierrätä ennen ja jälkeen valmistuksen.
• vähennä pakkaamista ja varmista, että pakkaus pysyy kierrätettävänä.
• vähentää energian käyttöä tuotannossa ja liikenteessä.
• ei jätettä kaatopaikalle-politiikkaa.

valmistajat markkinoivat tuotteitaan ”kestävinä” sillä edellytyksellä, että niiden eristeet säästävät laitoksen elinkaaren aikana paljon enemmän energiaa/hiiltä kuin sen valmistaminen on maksanut.

johtopäätös

eristemateriaalit ovat riippuvaisia niiden luontaisesta molekyylirakenteesta, jotta voidaan minimoida lämmönsiirron kolme muotoa-säteily, johtuminen ja konvektio. Suurimmat rakennusten lämpöhäviöt syntyvät ilman liikkeistä. Mikä tahansa liikkuva ilmarunko ottaa lämpöä kohteesta tai pinnasta, jonka yli se kulkee. Lämpöhäviö on verrannollinen liikkuvan ilman nopeuteen, läsnä olevan veden määrään sekä lämmönlähteen ja ilman väliseen lämpötilaeroon.

mitä nopeammin ilma liikkuu lämmönlähteen yllä, sitä nopeammin lämmönsiirto tapahtuu. Vesipisarat toimivat prosessin kiihdyttimenä, vaikka vesihöyryn kyllästymistä on yleensä valvottava tiivistymisen aiheuttamien ongelmien välttämiseksi.

tiivistymistä voidaan suuressa määrin hillitä varmistamalla, että ilman vesihöyry pysyy lämpimässä sisäympäristössä. Höyrynohjauskerrokset eristeen lämpimällä puolella, jotka tehokkaasti tiivistävät kuoren ilmansiirtoon lämpimien ja viileämpien vyöhykkeiden välillä, ovat teoreettinen ratkaisu.

nykyinen materiaaliteknologia ja huolellisesti valvottu valmistustapa näiden materiaalien kokoamisessa voivat saavuttaa lähes nollan ilmavuodon eristetyn kuoren läpi, ja Passivhaus-suunnittelu on riippuvainen tästä, kun taas saastuneen ilman poistoon käytetään valvottua ilmanvaihtoa, suunnitteluperiaatteet, jotka ovat riippuvaisia valmistustavasta onnistuakseen.

erityisten eristysmateriaalien solurakenteessa tavoitteena on estää kaasujen liikkuminen eristyksen ydinmatriisissa, jolloin myös tästä liikkeestä aiheutuva lämmönhukka vähenee.

vaikka ”avoimen kennon” eristeet, kuten villa, mahdollistavat paljon suuremman ilman siirtymisen niiden läpi ja tämä rajoittaa niiden suorituskykyä, niiden joustava rakenne antaa paljon suuremman edun asennustyön laadunvalvonnassa. Materiaalin luonteesta johtuen saumaus tuottaa hyvin samanlaisen tuloksen kuin itse materiaali. Kun taas jäykät levytuotteet aiheuttavat työlään asennuspalkkion, jotta voidaan saavuttaa valmistajan ”lab test” – tarkkuusvaatimukset saumaukselle.

eristemateriaalit, joilla on tiheämpi, itsenäinen solukoostumus, antavat alhaisemman lämmönjohtavuuden (λ-arvo) ja siten suuremman lämmönvastuksen (R-arvo) suoriutuakseen ”avoimista solumateriaaleista”, joiden lopullinen suorituskyky perustuu kuivan ilman ylläpitämiseen ytimissään.

saatavilla on avoimia soluvaahtotuotteita, joilla on ydinmatriisikoostumuksensa vuoksi suurempi lämmönjohtavuus kuin suljetuilla soluserkuillaan, mutta joiden etuna on suurempi joustavuus rakennusliikkeen mukautumisessa, eikä soluseinien huononeminen johda kaasupitoisuuden vapautumiseen.

eritellessään eristystuotteita rakennuksen suunnittelijan olisi otettava huomioon veden mahdollinen saastuminen ja kaasun siirtymisen mahdollisuus ydinmatriisissa ja siitä johtuva suorituskyvyn heikentyminen, joka voi heikentyä entisestään rakennuksen elinkaaren aikana, näkymättömänä ja valvomattomana.

markkinoilla on paremmin toimivia tekniikoita, joissa käytetään ”aerogeleita” ja ”evakuoituja paneeleita”, mutta suorituskyky riippuu samoista lämmönsiirron periaatteista, ja tällä hetkellä sen spesifikaatio on rajallinen, ja se on edelleen suurelta osin kustannustehokas suurimmassa osassa sovelluksia.

tämän artikkelin on alun perin kirjoittanut Mark Wilson MCIAT, ja tekijänoikeudet on siirretty Henry Stewart Publicationsille julkaisutoimintaa varten. Se voitti Chartered Institute of Building-supported article competition-kilpailun kesäkuussa 2013.

pidempi versio artikkelista julkaistiin ensimmäisen kerran Journal of Building Survey, Appraisal & Valuation, Volume 2 Number 1, huhtikuu 2013, julkaisijana Henry Stewart Publications, Lontoo.

aiheeseen liittyviä artikkeleita rakennusten suunnittelusta Wiki

• Accredited construction details ACDs.
• hyväksytty asiakirja D.
• rakennusten Aerogeelieristys.
• BREEAM-eristys.
• rakennusmääräykset.
• Onteloseinän eristys
• Celotex RS5000 PIR-eristys.
• Code for sustainable homes.
• tiivistyminen.
• johtuminen.
• Conventions for U-value calculations (2006 edition) BR 443.
• tahattomien seurausten Suunnittelu, kun käytetään umpiseinäeristystä FB 79.
• lasipullon pohjustus.
• Heat gain.
• lämpöhäviö.
• lämmönsiirto.
• Hempcrete.
• Kosteus.
• pohjakerroksien eristys.
• Faasimuutosmateriaalit.
• Polyuretaanisuihkuvaahto rakenteellisesti eristetyissä paneeleissa ja komposiittirakenteissa.
• kiinteä seinäeristys.
• Äänieristys.
• rakennuseristemarkkinat.
• Lämpömukavuus.
• läpinäkyvä eristys.
• eristetyypit.
• U-arvo.
• U-arvon konventiot käytännössä: toimivat esimerkit käyttäen BR 443: a.