projektowanie budynków WikiShare your construction industry knowledgewww.designingbuildings.co.uk

• 1 Wprowadzenie
• 2 Jak działa izolacja
  • 2.1 promieniowanie
  • 2.2 przewodzenie
  • 2.3 konwekcja
• 3 Wydajność
  • 3.1 przewodność cieplna
  • 3.2 odporność termiczna
  • 3.3 wartość U
• 4 produkty Open cell
• 5 Produkty Closed cell
• 6 Instalacja a wydajność
• 7 zrównoważony rozwój
• 8 wnioski
• 9 powiązane artykuły na temat projektowania budynków Wiki
• 10 referencje zewnętrzne

wprowadzenie

produkty izolacyjne znacznie się rozwinęły wraz z postępem technologicznym. Ustawodawstwo pełniło rolę katalizatora rozwoju, począwszy od podstawowych wymogów wynikających z przepisów budowlanych Część L, aż po zgodność z rządowymi celami redukcji emisji dwutlenku węgla, dzięki zaawansowanym programom, takim jak Code for Sustainable Homes i BREEAM.

produkty izolacyjne różnią się pod względem koloru, wykończenia powierzchni i tekstury, składu rdzenia i, co ważne, wydajności. Specyfikacja materiałów izolujących jest decyzją opartą na nauce, ale udana Specyfikacja opiera się na zrozumieniu specyfikacji nie tylko wydajności matematycznej, ale także czynników peryferyjnych, które mogą wpływać na ostateczną instalację.

Specyfikacja produktów izolacyjnych często opiera się na minimalnym wymogu przepisów budowlanych Ad (zatwierdzony dokument) Część L i ich związku z danymi dotyczącymi wydajności producentów, i zasugerowano, że prawodawstwo napędza produkcję szeregu produktów, które „po prostu działają”, prezentując niewielką widoczną różnicę między nimi.

aby jednak prawidłowo określić izolację, specyfikator musi zrozumieć przyczyny jej działania i zastosować odpowiednią technologię do każdego szczegółu konstrukcji. W pełniejszym zrozumieniu procesów, które sprawiają, że izolacja działa, a nawet czynników, które powstrzymują ją przed działaniem, specyfikatorzy będą w znacznie silniejszej pozycji, aby określić właściwy materiał do prawidłowego zastosowania.

zainstalowana wydajność produktu izolacyjnego zależy nie tylko od właściwości użytkowych i przestrzegania przez wykonawców wymagań producentów i ogólnych najlepszych praktyk w zakresie wykonania, ale także od przydatności określonego izolatora do zainstalowanego miejsca.

jak działa izolacja

produkty izolacyjne są zaprojektowane tak, aby utrudniać przenoszenie ciepła przez sam materiał . Istnieją trzy metody wymiany ciepła: promieniowanie, przewodzenie i konwekcja.

promieniowanie

każdy obiekt, którego temperatura jest wyższa niż otaczające go powierzchnie, straci energię w wyniku wymiany promieniowania netto. Promieniowanie cieplne może poruszać się tylko w liniach prostych. Wprowadzić obiekt stały między punktami A i B, a nie będą już bezpośrednio wymieniać promieniowania cieplnego. Promieniowanie jest jedynym mechanizmem wymiany ciepła, który przekracza próżnię.

przewodzenie

przewodzenie zależy od kontaktu fizycznego. Jeśli nie ma kontaktu, przewodzenie nie może nastąpić. Kontakt między dwiema substancjami o różnej temperaturze powoduje wymianę ciepła z wyższej temperatury do substancji o niższej temperaturze. Im większa różnica temperatur, tym szybsza wymiana ciepła.

konwekcja

konwekcja to przekazywanie energii przez płyny (gazy i ciecze). To właśnie ta metoda odgrywa największą rolę w wyzwalaniu i przekazywaniu ciepła w budynkach. Najczęstsze rozprzestrzenianie się tego efektu jest od ciała stałego do gazu, tj. obiektu do powietrza, a następnie z powrotem, zazwyczaj gdy powietrze spotyka się z zewnętrzną tkaniną budynku.

proces ten jest faktycznie inicjowany przez transfer energii spowodowany przewodzeniem i jest skomplikowany przez poziom pary wodnej, która jest wspierana przez powietrze. Cząsteczki wody magazynują ciepło przekazane im przez przewodzenie z ciepłych powierzchni. Para wodna i powietrze nie mogą być oddzielone jako gazy. Ulegną one rozpadowi dopiero po osiągnięciu prężności pary nasyconej, tzn. ilość wody (choć w postaci pary) przekracza poziom ciepła dostępnego do utrzymania jej w postaci gazu (pary) i w związku z tym ulega kondensacji.

kondensacja powoduje uwolnienie tego utajonego ciepła; stosunek temperatury do pary wodnej zmienia się, a gdy zmieni się wystarczająco daleko, proces rozpocznie się ponownie. Systemy pogodowe na świecie mają bardzo podobny cykl.

gdyby powietrze mogło być nieruchome i suche, sprawdziłoby się jako wysoce wydajny izolator. Jeśli jednak powietrze jest ogrzewane, jego struktura molekularna rozszerza się i staje się mniej gęsta w stosunku do otaczającego go powietrza, a tym samym wzrasta. W miarę oddalania się od źródła ciepła zaczyna się ochładzać. Cząsteczki kurczą się, zwiększają gęstość i opadają. Cząsteczki powietrza są w stałym stanie strumienia, zależnym od temperatury otoczenia i zakłóceń z dowolnego punktu lub źródeł ciepła tła.

ten proces „konwekcji” wymiany ciepła jest skomplikowany przez fakt, że powietrze ostygnie z szybkością zależną od nasycenia parą wodną. Im większe nasycenie, tym wolniejsze chłodzenie.

wydajność

materiały izolacyjne ograniczają przepływ energii (ciepła) między dwoma ciałami, które nie są w tej samej temperaturze. Większa izolacyjność jest bezpośrednio związana z przewodnością cieplną izolatora. Oznacza to, że szybkość, z jaką stała ilość energii przenosi się przez znaną grubość materiału.

bezpośrednią odwrotnością (odwrotnością) tej miary jest opór cieplny materiału, który mierzy zdolność materiału do odpornego na przenoszenie ciepła.

przewodność cieplna

przewodność cieplna, często określana jako wartość ” K ” lub ” λ ” (lambda), jest stałą dla dowolnego materiału i jest mierzona w W/mK (waty na kelwin metr). Im wyższa wartość λ, tym lepsza przewodność cieplna. Dobre izolatory będą miały jak najniższą wartość. Stal i beton mają bardzo wysoką przewodność cieplną, a zatem bardzo niską odporność termiczną. To czyni je biednymi izolatorami.

wartość λ dla dowolnego materiału stanie się wyższa wraz ze wzrostem temperatury. Chociaż wzrost temperatury będzie musiał być znaczący, aby tak się stało, a warianty temperatury w większości budynków są na ogół w granicach tolerancji, które sprawiłyby, że każda zmiana wartości lambda byłaby nieistotna.

odporność termiczna

odporność termiczna, zwana wartością ” R ” materiału, jest produktem przewodności cieplnej i grubości. Wartość R jest obliczana na podstawie grubości materiału podzielonej przez jego przewodność cieplną i wyrażona w jednostkach m2K / W (metr kwadratowy kelwinów na wat). Im większa grubość materiału, tym większy opór cieplny.

wartość U

pod względem konstrukcyjnym, podczas gdy wartość U może być obliczona i przypisana do pojedynczej grubości dowolnego materiału, bardziej Zwykle oblicza się ją jako produkt wynikający z montażu różnych materiałów w dowolnej formie konstrukcji. Jest to miara przenikania ciepła przez wstępnie określoną powierzchnię tkaniny budowlanej-jest to 1 sq. m.

pomiary jednostkowe wynoszą zatem W / m2K (waty na metr kwadratowy Kelvina) i opisują przenikanie ciepła, w watach, przez metr kwadratowy elementu budynku (takiego jak ściana, podłoga lub dach). Służy to do obliczenia wymiany ciepła lub straty przez tkaninę budowlaną. Na przykład, gdyby ściana miała wartość U 1 W / m2K – przy różnicy temperatur 10°, na każdy metr kwadratowy powierzchni ściany wystąpiłaby strata ciepła wynosząca 10 watów.

produkty z otwartych komórek

izolacja z otwartych komórek obejmuje produkty takie jak izolacja z wełny mineralnej i owczej. Ekspandowany polistyren (EPS) izolanty są technicznie „zamknięte komórki” w swojej strukturze, ale ich wydajność jest zbliżona do materiału z otwartą komórką ze względu na łączenie całej struktury kieszeni powietrznych, które otaczają wydmuchiwane kulki komórkowe, które są istotą jego kompozycji.

poniższa grafika przedstawia obraz rdzenia przekroju typowego produktu z wełny szklanej pokrytego reprezentacją milionów (na metr kwadratowy) kieszeni powietrznych „otwartych komórek”, które powstają podczas produkcji. W tym samym czasie, gdy proces wytwarzania wpycha powietrze do rdzenia włókien szklanych, aktywowany jest wcześniej wprowadzony środek wiążący, tworząc matrycę blokującą kompozycję. Powoduje to „obciążenie sprężynowe”, które jest związane z izolacją z wełny mineralnej, umożliwiając jej odzyskanie kształtu i grubości po ściśnięciu.

otwartokomórkowy charakter matrycy pozwoli na migrację powietrza przez jej rdzeń, ale trasa jest kręta, a więc straty ciepła spowodowane konwekcją są minimalne. Zasadą działania jest tworzenie tak małych kieszeni powietrznych, że ruch powietrza jest doprowadzany do Wirtualnego, ale nie całkowitego, zatrzymania.

materiał będzie w stanie emitować tylko ciepło, które jest w stanie wchłonąć. Nici szklane i ich spoiwo są słabymi przewodnikami ciepła, więc straty ciepła w wyniku promieniowania są uważane za nieistotne.

suche powietrze jest dobrym gazem izolacyjnym. Tak więc w przypadku produktów z otwartymi komórkami, jeśli można zapobiec zanieczyszczeniu powietrza rdzeniowego przez parę wodną (za pomocą barier kontroli pary), bardzo małe kieszenie powietrzne znacznie ograniczą ruch powietrza.

produkty z zamkniętymi komórkami

izolacje z zamkniętymi komórkami obejmują produkty takie jak polistyren ekstrudowany i chemiczne płyty piankowe. Technologia zamkniętych komórek wykorzystuje kontrolowane wprowadzanie gazów (środków porotwórczych) podczas produkcji, które tworzą znacznie gęstszą matrycę pojedynczych komórek niż wełna szklana lub EPS. Komórki powstają jako pęcherzyki gazu, którego przewodność cieplna jest znacznie mniejsza niż powietrza. Połącz to z niezdolnością pary wodnej do łatwego zanieczyszczania komórek, co zapewnia znacznie wyższą wydajność izolanta. (NB: Matryca niektórych chemicznych pianek izolacyjnych może być podatna na rozkład w czasie przez obecność wody lub pary wodnej.)

ściany komórkowe są niezwykle cienkie, co ogranicza przewodzenie, ale są gazoszczelne. Gęsta kompozycja komórkowa dodatkowo ogranicza potencjał ruchu gazu, ponieważ może poruszać się tylko w granicach komórki zawierającej, a nie między komórkami. Tak jak w przypadku materiałów o otwartych komórkach, na proces wymiany ciepła z ciepłych do chłodnych stron wpływa połączenie przewodnictwa przez ściany komórkowe i ograniczona konwekcja przez gaz komórkowy.

wydajność materiału jest bardzo wysoka i skuteczna w obszarze nieprzerwanej płyty, ale jest znacznie zmniejszona przez słabą jakość wykonania w cięciu i łączeniu płyt.

aby poprawić długoterminową wydajność, producenci w szczególności pokrywają produkty z płyt piankowych błyszczącą warstwą folii. Działa to w celu zminimalizowania zanieczyszczenia przez parę wodną, działając jako bariera dla pary, jednocześnie odbijając energię promieniowania z powrotem do budynku. Oklejanie płyt foliowych za pomocą taśmy foliowej może poprawić kontrolę pary, chociaż będzie miało niewielki wpływ na źle skonstruowane połączenie, które nie jest konsekwentnie szczelne.

Instalacja a wydajność

producenci izolacji produkują literaturę techniczną i promocyjną zawierającą szeroki zakres danych, które mogą być mylące, a nie wszyscy producenci prezentują swoje wyniki w ten sam sposób.

pomiary wydajności są zwykle oparte na wynikach testów laboratoryjnych. Takie wyniki są powszechnie akceptowane przez projektantów budynków i organy ustawodawcze, takie jak organy nadzoru budowlanego.

jednak nie jest to to samo, co test na miejscu. Żadne dwie sytuacje „na miejscu” nie zapewnią dokładnie takich samych warunków, więc badania można przeprowadzić tylko w celu porównania różnych produktów izolacyjnych przy użyciu dokładnie tych samych warunków. W rezultacie producenci ilustrują wydajność w literaturze handlowej i technicznej, opisując idealną instalację, w której połączenia są perfekcyjnie wykonane, izolacja jest jednolicie ciągła,a wszystkie tolerancje są doskonałe. Każdy, kto był na placu budowy, będzie wiedział, że to nie odzwierciedla rzeczywistości.

Diktat polega na przestrzeganiu „złotej zasady”, zgodnie z którą koszt proponowanych środków oszczędzania energii nie może przekraczać przewidywanych oszczędności wynikających z wykorzystania mniejszej ilości energii. W praktyce, aby to zapewnić, rzeczoznawcy Zielonego porozumienia (GDAs) przyjmują bardzo konserwatywną linię w zakresie przewidywanych oszczędności, a przewidywane oszczędności obejmujące obliczenia zużycia izolacji na poziomie 75% danych dotyczących wydajności producenta.

ponadto, podczas gdy producenci koncentrują się na wydajności produktu, mogą zwrócić uwagę na inne kluczowe kwestie, które bezpośrednio wpływają na wydajność, takie jak specyfikacja właściwego produktu izolacyjnego w obszarach budynków, które mogą generować zimne i potencjalnie wilgotne środowisko, na przykład pustki pod podłogą.

izolacja i woda nie mieszają się. Wszystkie rodzaje produktów izolacyjnych będą miały wpływ w zakresie od nieistotnych (takich jak polistyren ekstrudowany (XPS)), do poważnie uszkodzonych (takich jak izolatory z wełny). Stopień kompromisu będzie związany ze stopniem zanieczyszczenia. Tak więc każde środowisko, w którym para wodna może istnieć bez zagrożenia szybkiego i całkowitego odparowania lub obecności fizycznych kropel wody, zmniejszy wydajność izolacji. Po przedostaniu się do matrycy izolatora woda będzie przewodzić energię, którą izolacja stara się zawrzeć. Im większa kropla wody, tym większe przewodzenie.

na przykład, gdy wełna szklana jest instalowana w pełnej ścianie wnęki, jeśli jedna ze stron wnęki murowanej była narażona na deszcz bezpośrednio przed instalacją izolatora, nastąpi zmniejszenie potencjalnej wydajności izolacji ukończonej ściany wnęki. Jeśli izolacja została dopuszczona do zamoczenia, wydajność może również stać się negatywna.

zrównoważony rozwój

dzisiejsi specjaliści od środowiska budowlanego znajdują się pod coraz większą presją; być bardziej ekologicznym, projektować środowisko o niższej emisji dwutlenku węgla i dążyć do większego zrównoważonego rozwoju. Najwięksi producenci izolacji wprowadzili znaczące środki w celu:

• zmniejsz zależność od surowców.
• Recykling przed i po produkcji.
• Ogranicz pakowanie i upewnij się, że opakowanie pozostaje nadające się do recyklingu.
• zmniejszenie zużycia energii w produkcji i transporcie.
• miej politykę zero odpadów na składowiskach.

producenci wprowadzają swoje produkty na rynek jako „zrównoważone”, zakładając, że ich produkty izolacyjne pozwolą zaoszczędzić znacznie więcej energii/węgla w całym okresie eksploatacji instalacji, niż ma to koszt produkcji.

podsumowanie

Materiały izolacyjne są zależne od ich nieodłącznego składu molekularnego, aby zminimalizować trzy formy wymiany ciepła-promieniowanie, przewodzenie i konwekcja. Największe straty ciepła budynku wynikają z ruchu powietrza. Każde poruszające się ciało powietrza wydobywa ciepło z obiektu lub powierzchni, nad którą przechodzi. Straty ciepła są proporcjonalne do prędkości poruszającego się powietrza, ilości wody i różnicy temperatur między źródłem ciepła a powietrzem.

im szybszy jest ruch powietrza nad źródłem ciepła, tym szybciej następuje wymiana ciepła. Obecność kropelek wody będzie działać jako czynnik przyspieszający ten proces, chociaż kontrola Nasycenia parą wodną będzie zwykle konieczna, aby uniknąć problemów spowodowanych kondensacją.

kondensacja może być kontrolowana w dużym stopniu poprzez zapewnienie, że para wodna w powietrzu jest zawarta w ciepłym środowisku wewnętrznym. Teoretycznym rozwiązaniem są warstwy kontroli pary po ciepłej stronie izolacji, skutecznie uszczelniające obwiednię przed migracją powietrza między strefą ciepłą i chłodniejszą.

obecna technologia materiałów i starannie monitorowane wykonanie w montażu tych materiałów, może osiągnąć prawie zerowy wyciek powietrza przez izolowaną kopertę, i rzeczywiście projekt Passivhaus jest zależny od tego, przy użyciu kontrolowanej wentylacji w celu usunięcia zanieczyszczonego powietrza, zasady projektowania, które są zależne od wykonania, aby odnieść sukces.

adresując komórkową konstrukcję dedykowanych materiałów izolacyjnych, nieodłącznym celem jest zapobieganie przemieszczaniu się gazów w obrębie matrycy rdzenia izolacyjnego, w ten sposób zmniejszona zostanie również utrata ciepła wynikająca z tego ruchu.

chociaż produkty izolacyjne typu „open cell”, takie jak wełna, umożliwiają znacznie większą migrację powietrza przez nie, co ogranicza ich wydajność, ich elastyczna konstrukcja daje znacznie większą przewagę w zakresie kontroli jakości wykonania instalacji. Ze względu na charakter materiału, łączenie daje bardzo podobny wynik do samego materiału. Podczas gdy sztywne produkty z płyt niosą uciążliwą karę premii za instalację, aby osiągnąć standardy precyzji łączenia przez producenta „test laboratoryjny”.

materiały izolacyjne o bardziej gęstej, samodzielnej kompozycji komórkowej zapewnią niższą przewodność cieplną (wartość λ), a tym samym wyższą Rezystywność cieplną (wartość R), aby przewyższyć „otwarte komórki” materiały, które polegają na utrzymaniu suchego powietrza w rdzeniach w celu uzyskania najwyższej wydajności.

dostępne są spienione produkty o otwartych komórkach, które ze względu na skład matrycy rdzenia mają wyższą przewodność cieplną niż ich kuzyni z zamkniętych komórek, ale mają zalety z większą elastycznością w dostosowywaniu się do ruchu budynku, a jakiekolwiek pogorszenie ścian komórkowych nie spowoduje wyzwolenia zawartości gazu.

przy określaniu produktów izolacyjnych projektant budynku powinien wziąć pod uwagę potencjalne zanieczyszczenie wody, możliwość migracji gazu w obrębie matrycy rdzenia i wynikający z tego kompromis w wydajności, który mógłby się pogorszyć w ciągu całego okresu eksploatacji budynku, niewidoczny i niezauważony.

na rynku dostępne są bardziej wydajne technologie z „aerożelami” i „panelami ewakuowanymi”, ale wydajność zależy od tych samych zasad wymiany ciepła i na razie ma ograniczoną niszę specyfikacji, pozostając w dużej mierze kosztowym dla zdecydowanej większości zastosowań.

autorem tego artykułu był Mark Wilson MCIAT, a prawa autorskie zostały przeniesione na Henry Stewart Publications w celu publikacji. W czerwcu 2013 roku został laureatem konkursu na artykuł Chartered Institute of Building.

dłuższa wersja artykułu została po raz pierwszy opublikowana w Journal of Building Survey, Appraisal & Valuation, Volume 2 Number 1, April 2013, published by Henry Stewart Publications, London.

powiązane artykuły na temat projektowania budynków Wiki

• zatwierdzony dokument D.
• izolacja Aerożelowa dla budynków.
• Izolacja BREEAM.
• przepisy budowlane.
• izolacja ścian wnękowych
• Izolacja Celotex RS5000 PIR.
• kod dla zrównoważonych domów.
• kondensacja.
• konwencje do obliczeń wartości U (wydanie z 2006 r.) BR 443.
• projektowanie niezamierzonych konsekwencji przy stosowaniu izolacji ścian litych FB 79.
• podkład pod podłogę z butelki szklanej.
• wzmocnienie cieplne.
• straty ciepła.
• wymiana ciepła.
• Hempcrete.
• Izolacja podłóg parterowych.
• materiały do zmiany fazy.
• pianka poliuretanowa w izolowanych konstrukcyjnie panelach i konstrukcjach kompozytowych.
• Solidna izolacja ścian.
• izolacja akustyczna.
• rynek izolacji budowlanych.
• komfort termiczny.
• przezroczysta izolacja.
• rodzaje izolacji.
• wartość U.
• konwencje wartości U w praktyce: przykłady z wykorzystaniem BR 443.