Тепловой мост

Тепловой мост , также называемый мостом холода , тепловым мостом или тепловым обходом , представляет собой область или компонент объекта, который имеет более высокую теплопроводность, чем окружающие материалы. ^{[ 1 ]} создавая путь наименьшего сопротивления для теплопередачи . ^{[ 2 ]} Тепловые мосты приводят к общему снижению теплового сопротивления объекта. Этот термин часто обсуждается в контексте тепловой оболочки здания , где тепловые мосты приводят к передаче тепла в кондиционируемое пространство или из него.

Тепловые мосты в зданиях могут повлиять на количество энергии, необходимой для обогрева и охлаждения помещения, вызвать конденсацию (влажность) внутри ограждающих конструкций здания, ^{[ 3 ]} и привести к термическому дискомфорту. В более холодном климате (например, в Великобритании) тепловые мостики могут привести к дополнительным потерям тепла и потребовать дополнительной энергии для их смягчения.

Существуют стратегии по уменьшению или предотвращению образования тепловых мостов, такие как ограничение количества элементов здания, которые простираются от некондиционируемого к кондиционируемому пространству, и применение непрерывных изоляционных материалов для создания тепловых разрывов .

Концепция

Передача тепла происходит посредством трех механизмов: конвекции , излучения и проводимости . ^{[ 4 ]} Тепловой мост является примером передачи тепла посредством проводимости. Скорость теплопередачи зависит от теплопроводности материала и разницы температур по обе стороны теплового моста. При наличии разницы температур тепловой поток будет идти по пути наименьшего сопротивления через материал с наибольшей теплопроводностью и наименьшим термическим сопротивлением; этот путь представляет собой тепловой мост. ^{[ 5 ]} Тепловой мост описывает ситуацию в здании, где существует прямая связь между внешней и внутренней частью через один или несколько элементов, которые обладают более высокой теплопроводностью, чем остальная часть оболочки здания.

Выявление тепловых мостов

Обследование зданий на предмет тепловых мостов проводится с использованием пассивной инфракрасной термографии (IRT) согласно Международной организации по стандартизации (ISO). Инфракрасная термография зданий может выявить тепловые сигнатуры, указывающие на утечки тепла. IRT обнаруживает температурные аномалии, связанные с движением жидкостей через элементы здания, подчеркивая изменения тепловых свойств материалов, которые, соответственно, вызывают серьезные изменения температуры. Эффект падающей тени, ситуация, когда окружающая среда отбрасывает тень на фасад здания, может привести к потенциальным проблемам с точностью измерений из-за непостоянного воздействия солнечных лучей на фасад. Для решения этой проблемы можно использовать альтернативный метод анализа — итеративную фильтрацию (IF).

При всех термографических обследованиях зданий интерпретация теплового изображения выполняется человеком-оператором, что требует высокого уровня субъективности и опыта оператора. Подходы к автоматизированному анализу, такие как технологии лазерного сканирования, могут обеспечить тепловизионное изображение на поверхностях трехмерных моделей CAD и метрическую информацию для термографического анализа. ^{[ 6 ]} Данные о температуре поверхности в 3D-моделях позволяют выявить и измерить температурные неравномерности, мосты холода и утечки изоляции. Тепловидение также можно получить с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), объединяя тепловые данные с нескольких камер и платформ. БПЛА использует инфракрасную камеру для создания изображения теплового поля с записанными значениями температуры, где каждый пиксель представляет собой энергию излучения, излучаемую поверхностью здания. ^{[ 7 ]}

Тепловые мосты в строительстве

Часто тепловые мосты используются в отношении тепловой оболочки здания, которая представляет собой слой системы ограждения здания, который противостоит тепловому потоку между внутренней кондиционируемой средой и внешней некондиционированной средой. Тепло будет передаваться через тепловую оболочку здания с разной скоростью в зависимости от материалов, присутствующих в оболочке. Теплопередача будет выше в местах тепловых мостов, чем там, где имеется изоляция, поскольку тепловое сопротивление меньше. ^{[ 8 ]} Зимой, когда внешняя температура обычно ниже внутренней, тепло уходит наружу и с большей скоростью проходит через тепловые мосты. В месте расположения теплового моста температура поверхности внутри ограждающей конструкции здания будет ниже, чем в окружающей среде. Летом, когда внешняя температура обычно выше внутренней, тепло течет внутрь с большей скоростью через тепловые мосты. ^{[ 9 ]} Это приводит к потерям тепла зимой и притоку тепла летом в кондиционируемых помещениях зданий. ^{[ 10 ]}

Несмотря на требования к изоляции, установленные различными национальными правилами, тепловые мосты в ограждающих конструкциях зданий остаются слабым местом в строительной отрасли. Более того, во многих странах при проектировании зданий применяются частичные измерения изоляции, предусмотренные правилами. ^{[ 11 ]} В результате тепловые потери на практике оказываются выше, чем предполагалось на этапе проектирования.

Такая конструкция, как наружная стена или изолированный потолок, обычно классифицируется по коэффициенту U в Вт/м. ²·K, который отражает общую скорость теплопередачи на единицу площади для всех материалов в сборке, а не только для изоляционного слоя. Передача тепла через тепловые мосты снижает общее тепловое сопротивление сборки, что приводит к увеличению коэффициента U. ^{[ 12 ]}

Тепловые мосты могут возникать в нескольких местах внутри оболочки здания; чаще всего они возникают на стыках двух или более элементов здания. Общие места включают в себя:

Примыкания пола к стене или балкона к стене, включая плиты на уровне пола и бетонные балконы или открытые патио, которые расширяют плиту перекрытия через ограждающую конструкцию здания.
Примыкания крыши/потолка к стене, особенно там, где невозможно обеспечить полную изоляцию потолка.
Примыкание окна к стене ^{[ 13 ]}
Примыкание двери к стене ^{[ 13 ]}
Стыки между стенами ^{[ 13 ]}
Деревянные, стальные или бетонные элементы, такие как стойки и балки, встроенные в конструкцию наружных стен, потолка или крыши. ^{[ 14 ]}
Встраиваемые светильники, проникающие в изолированные потолки
Окна и двери, особенно детали рам
Области с зазорами или плохо установленной изоляцией
Металлические связи в каменных полых стенах ^{[ 14 ]}

Структурные элементы остаются слабым местом в конструкции, что обычно приводит к образованию тепловых мостов, которые приводят к высоким потерям тепла и низкой температуре поверхности в помещении.

Каменные Здания

Хотя тепловые мосты существуют в различных типах ограждений зданий, каменные стены испытывают значительно повышенный U-фактор, вызванный тепловыми мостами. Сравнение теплопроводности различных строительных материалов позволяет оценить их эффективность по сравнению с другими вариантами проектирования. Кирпичные материалы, которые обычно используются для фасадных ограждений, обычно имеют более высокую теплопроводность, чем древесина, в зависимости от плотности кирпича и породы древесины. ^{[ 15 ]} Бетон, который можно использовать для полов и краевых балок в каменных зданиях, является распространенным мостиком холода, особенно по углам. В зависимости от физического состава бетона теплопроводность может быть больше, чем у кирпичных материалов. ^{[ 15 ]} Помимо теплопередачи, если внутренняя среда не вентилируется должным образом, тепловые мосты могут привести к впитыванию кирпичным материалом дождевой воды и влаги в стену, что может привести к росту плесени и порче материала ограждающей конструкции.

Навесная стена

Подобно каменным стенам, навесные стены могут испытывать значительно повышенный коэффициент U из-за тепловых мостов. Каркасы навесных стен часто изготавливаются из алюминия с высокой проводимостью, типичная теплопроводность которого превышает 200 Вт/м·К. Для сравнения, показатели деревянных каркасных элементов обычно составляют от 0,68 до 1,25 Вт/м·К. ^{[ 15 ]} Алюминиевый каркас большинства конструкций навесных стен простирается от внешней части здания внутрь, создавая мосты холода. ^{[ 16 ]}

Воздействие тепловых мостиков

Тепловые мостики могут привести к увеличению энергии, необходимой для обогрева или охлаждения кондиционируемого помещения из-за потерь тепла зимой и притока тепла летом. Во внутренних помещениях вблизи тепловых мостов пассажиры могут испытывать тепловой дискомфорт из-за разницы температур. ^{[ 17 ]} Кроме того, когда разница температур между внутренним и наружным пространством велика и в помещении теплый и влажный воздух, как, например, зимой, существует риск образования конденсата в ограждающих конструкциях здания из-за более низкой температуры на внутренней поверхности. в местах тепловых мостов. ^{[ 17 ]} Конденсация может в конечном итоге привести к росту плесени с последующим ухудшением качества воздуха в помещении и ухудшением изоляции, что снижает эффективность изоляции и приводит к нестабильной работе изоляции по всей тепловой оболочке. ^{[ 18 ]}

Методы проектирования для уменьшения тепловых мостов

Доказано, что существует несколько методов уменьшения или устранения тепловых мостов в зависимости от причины, местоположения и типа конструкции. Целью этих методов является либо создание теплового разрыва там, где в противном случае компонент здания будет простираться от внешнего вида к внутреннему, либо уменьшить количество компонентов здания, простирающихся от внешнего к внутреннему. Эти стратегии включают в себя:

Сплошной теплоизоляционный слой в тепловой оболочке, например, с изоляцией из жесткого пенопласта. ^{[ 5 ]}
Притирка изоляции там, где прямая непрерывность невозможна.
Двойные и шахматные конструкции стен ^{[ 19 ]}
Структурно-изолированные панели (SIP) и изоляционные бетонные опалубки (ICF) ^{[ 19 ]}
Снижение коэффициента кадрирования за счет исключения ненужных элементов кадрирования, например, реализованных с помощью расширенного кадрирования. ^{[ 19 ]}
Приподнятые пяточные фермы на стыках стены и крыши для увеличения глубины изоляции.
Качественный монтаж утеплителя без пустот и сжатой изоляции
Установка двойных или тройных окон с газозаполнителем и низкоэмиссионным покрытием. ^{[ 20 ]}
Установка окон с терморазрывными рамами из материала с низкой проводимостью. ^{[ 20 ]}

Методы анализа и проблемы

Из-за их значительного влияния на теплообмен правильное моделирование воздействия тепловых мостов важно для оценки общего энергопотребления. Тепловые мосты характеризуются многомерной теплопередачей, и поэтому они не могут быть адекватно аппроксимированы стационарными одномерными (1D) моделями расчета, которые обычно используются для оценки тепловых характеристик зданий в большинстве инструментов моделирования энергопотребления зданий. ^{[ 21 ]} Модели стационарной теплопередачи основаны на простом тепловом потоке, где тепло создается за счет разницы температур, которая не колеблется во времени, поэтому тепловой поток всегда направлен в одном направлении. Этот тип 1D-модели может существенно недооценивать теплопередачу через оболочку при наличии тепловых мостов, что приводит к снижению прогнозируемого энергопотребления здания. ^{[ 22 ]}

Доступные в настоящее время решения заключаются в том, чтобы обеспечить возможности двумерной (2D) и трехмерной (3D) теплопередачи в программном обеспечении для моделирования или, что чаще, использовать метод, который преобразует многомерную теплопередачу в эквивалентный одномерный компонент для использования в программное обеспечение для моделирования зданий. Этот последний метод может быть реализован с помощью метода эквивалентной стены, в котором сложная динамическая сборка, такая как стена с термическим мостом, представлена одномерной многослойной сборкой, имеющей эквивалентные тепловые характеристики. ^{[ 23 ]}

См. также

Ссылки

^ Бинггели, К. (2010). Строительные системы для дизайнеров интерьера . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons.
^ Горс, Кристофер А. и Дэвид Джонстон (2012). «Термальный мост» в Оксфордском словаре строительства, геодезии и гражданского строительства . 3-е изд. Оксфорд: Oxford UP, 2012, стр. 440–441. Распечатать.
^ Арена, Лоис (июль 2016 г.). «Инструкции по строительству стен с высоким коэффициентом теплопередачи без внешней жесткой изоляции» (PDF) . NREL.gov . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).
^ Кавиани, Масуд (2011). Основы теплопередачи: принципы, материалы и применение . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1107012400 .
^ Jump up to: ^а ^б «Определение и последствия тепловых мостов [ ]» . passipedia.org . Проверено 5 ноября 2017 г.
^ Превитали, Маттиа; Баразцетти, Луиджи; Ронкорони, Фабио (24–27 июня 2013 г.). «Управление пространственными данными для модернизации энергоэффективных конвертов». Вычислительная наука и ее приложения – ICCSA 2013 . Конспекты лекций по информатике. Том. 7971. стр. 608–621. дои : 10.1007/978-3-642-39637-3_48 . ISBN 978-3-642-39636-6 .
^ Гарридо, И.; Лагуэла, С.; Ариас, П.; Баладо, Дж. (1 января 2018 г.). «Термический анализ для автоматического обнаружения и определения характеристик тепловых мостов в зданиях». Энергия и здания . 158 : 1358–1367. дои : 10.1016/j.enbuild.2017.11.031 . hdl : 11093/1459 .
^ «RR-0901: Тепловые показатели для высокоэффективных стен — ограничения значения R» . Строительная научная корпорация . Проверено 19 ноября 2017 г.
^ Грондзик, Уолтер; Квок, Элисон (2014). Механическое и электрическое оборудование для зданий . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0470195659 .
^ Ларби, А. Бен (2005). «Статистическое моделирование теплопередачи тепловых мостов зданий». Энергия и здания . 37 (9): 945–951. дои : 10.1016/j.enbuild.2004.12.013 .
^ ТЕОДОСИУ, Т.Г. и А.М. ПАПАДОПУЛОС. 2008. «Влияние тепловых мостов на энергопотребление зданий с конструкциями из двойных кирпичных стен». Энергия и здания, вып. 11:2083.
^ Косецка, Э .; Косни, Дж. (16 сентября 2016 г.). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой конструкции». Журнал теплоизоляции и строительных ограждающих конструкций . 20 (3): 249–268. дои : 10.1177/109719639702000306 . S2CID 108777777 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Кристиан, Джеффри; Косни, Ян (декабрь 1995 г.). «На пути к национальной маркировке непрозрачных стен». Труды по термическим характеристикам внешних конвертов VI, ASHRAE .
^ Jump up to: ^а ^б Аллен Э. и Дж. Лано, Основы строительства зданий: материалы и методы . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. 2009.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (ASHRAE) (2017). Справочник ASHRAE, 2017 г.: Основы . Атланта, Джорджия: ASHRAE. ISBN 978-1939200570 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Тоттен, Пол Э.; О'Брайен, Шон М. (2008). «Эффекты тепловых мостиков в условиях раздела границ». Наука и технологии в области строительства корпусов .
^ Jump up to: ^а ^б Ге, Хуа; МакКлунг, Виктория Рут; Чжан, Шэньшу (2013). «Влияние балконных тепловых мостов на общие тепловые характеристики многоквартирных жилых домов: практический пример». Энергия и здания . 60 : 163–173. дои : 10.1016/j.enbuild.2013.01.004 .
^ Матилайнен, Мииму; Ярек, Курницкий (2002). «Влажность в хорошо изолированных наружных вентилируемых подвалах в холодном климате». Энергия и здания . 35 (2): 175–187. дои : 10.1016/S0378-7788(02)00029-4 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) (2015 г.). Руководство по соблюдению жилыми помещениями стандартов энергоэффективности зданий 2016 года . Калифорнийская энергетическая комиссия.
^ Jump up to: ^а ^б Густавсен, Арильд; Гриннинг, Стейнар; Арасте, Дариуш; Йелле, Бьёрн Петтер; Гуди, Привет (2011). «Ключевые элементы и целевые показатели материалов для оконных рам с высокими изоляционными свойствами». Энергия и здания . 43 (10): 2583–2594. дои : 10.1016/j.enbuild.2011.05.010 . ОСТИ 1051278 . S2CID 72987269 .
^ Мартин, К.; Эркорека, А.; Флорес, И.; Одриозола, М.; Сала, Дж. М. (2011). «Проблемы расчета тепловых мостов в динамических условиях». Энергия и здания . 43 (2–3): 529–535. дои : 10.1016/j.enbuild.2010.10.018 .
^ Мао, Гофэн; Йоханнесон, Гудни (1997). «Динамический расчет тепловых мостов». Энергия и здания . 26 (3): 233–240. дои : 10.1016/s0378-7788(97)00005-4 .
^ Косецка, Э.; Косни, Дж. (январь 1997 г.). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой конструкции». Дж. Терм. Инсул. Строить. Конверты . 20 (3): 249–268. дои : 10.1177/109719639702000306 . S2CID 108777777 .

Внешние ссылки

[Binggeli-1] Бинггели, К. (2010). Строительные системы для дизайнеров интерьера . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons.

[oxford-2] Горс, Кристофер А. и Дэвид Джонстон (2012). «Термальный мост» в Оксфордском словаре строительства, геодезии и гражданского строительства . 3-е изд. Оксфорд: Oxford UP, 2012, стр. 440–441. Распечатать.

[:1-3] Арена, Лоис (июль 2016 г.). «Инструкции по строительству стен с высоким коэффициентом теплопередачи без внешней жесткой изоляции» (PDF) . NREL.gov . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).

[4] Кавиани, Масуд (2011). Основы теплопередачи: принципы, материалы и применение . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1107012400 .

[:0-5] Jump up to: ^а ^б «Определение и последствия тепловых мостов [ ]» . passipedia.org . Проверено 5 ноября 2017 г.

[6] Превитали, Маттиа; Баразцетти, Луиджи; Ронкорони, Фабио (24–27 июня 2013 г.). «Управление пространственными данными для модернизации энергоэффективных конвертов». Вычислительная наука и ее приложения – ICCSA 2013 . Конспекты лекций по информатике. Том. 7971. стр. 608–621. дои : 10.1007/978-3-642-39637-3_48 . ISBN 978-3-642-39636-6 .

[7] Гарридо, И.; Лагуэла, С.; Ариас, П.; Баладо, Дж. (1 января 2018 г.). «Термический анализ для автоматического обнаружения и определения характеристик тепловых мостов в зданиях». Энергия и здания . 158 : 1358–1367. дои : 10.1016/j.enbuild.2017.11.031 . hdl : 11093/1459 .

[8] «RR-0901: Тепловые показатели для высокоэффективных стен — ограничения значения R» . Строительная научная корпорация . Проверено 19 ноября 2017 г.

[9] Грондзик, Уолтер; Квок, Элисон (2014). Механическое и электрическое оборудование для зданий . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0470195659 .

[:2-10] Ларби, А. Бен (2005). «Статистическое моделирование теплопередачи тепловых мостов зданий». Энергия и здания . 37 (9): 945–951. дои : 10.1016/j.enbuild.2004.12.013 .

[11] ТЕОДОСИУ, Т.Г. и А.М. ПАПАДОПУЛОС. 2008. «Влияние тепловых мостов на энергопотребление зданий с конструкциями из двойных кирпичных стен». Энергия и здания, вып. 11:2083.

[12] Косецка, Э .; Косни, Дж. (16 сентября 2016 г.). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой конструкции». Журнал теплоизоляции и строительных ограждающих конструкций . 20 (3): 249–268. дои : 10.1177/109719639702000306 . S2CID 108777777 .

[:6-13] Jump up to: ^а ^б ^с Кристиан, Джеффри; Косни, Ян (декабрь 1995 г.). «На пути к национальной маркировке непрозрачных стен». Труды по термическим характеристикам внешних конвертов VI, ASHRAE .

[Allen-14] Jump up to: ^а ^б Аллен Э. и Дж. Лано, Основы строительства зданий: материалы и методы . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. 2009.

[:5-15] Jump up to: ^а ^б ^с Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc. (ASHRAE) (2017). Справочник ASHRAE, 2017 г.: Основы . Атланта, Джорджия: ASHRAE. ISBN 978-1939200570 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[Totten-16] Тоттен, Пол Э.; О'Брайен, Шон М. (2008). «Эффекты тепловых мостиков в условиях раздела границ». Наука и технологии в области строительства корпусов .

[:3-17] Jump up to: ^а ^б Ге, Хуа; МакКлунг, Виктория Рут; Чжан, Шэньшу (2013). «Влияние балконных тепловых мостов на общие тепловые характеристики многоквартирных жилых домов: практический пример». Энергия и здания . 60 : 163–173. дои : 10.1016/j.enbuild.2013.01.004 .

[Miimu-18] Матилайнен, Мииму; Ярек, Курницкий (2002). «Влажность в хорошо изолированных наружных вентилируемых подвалах в холодном климате». Энергия и здания . 35 (2): 175–187. дои : 10.1016/S0378-7788(02)00029-4 .

[:4-19] Jump up to: ^а ^б ^с Калифорнийская энергетическая комиссия (CEC) (2015 г.). Руководство по соблюдению жилыми помещениями стандартов энергоэффективности зданий 2016 года . Калифорнийская энергетическая комиссия.

[:7-20] Jump up to: ^а ^б Густавсен, Арильд; Гриннинг, Стейнар; Арасте, Дариуш; Йелле, Бьёрн Петтер; Гуди, Привет (2011). «Ключевые элементы и целевые показатели материалов для оконных рам с высокими изоляционными свойствами». Энергия и здания . 43 (10): 2583–2594. дои : 10.1016/j.enbuild.2011.05.010 . ОСТИ 1051278 . S2CID 72987269 .

[21] Мартин, К.; Эркорека, А.; Флорес, И.; Одриозола, М.; Сала, Дж. М. (2011). «Проблемы расчета тепловых мостов в динамических условиях». Энергия и здания . 43 (2–3): 529–535. дои : 10.1016/j.enbuild.2010.10.018 .

[22] Мао, Гофэн; Йоханнесон, Гудни (1997). «Динамический расчет тепловых мостов». Энергия и здания . 26 (3): 233–240. дои : 10.1016/s0378-7788(97)00005-4 .

[23] Косецка, Э.; Косни, Дж. (январь 1997 г.). «Эквивалентная стена как динамическая модель сложной тепловой конструкции». Дж. Терм. Инсул. Строить. Конверты . 20 (3): 249–268. дои : 10.1177/109719639702000306 . S2CID 108777777 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]