Тепловой мост - Thermal bridge

Распределение температуры в тепловом мосту
На этом тепловом изображении показан тепловой мост высотного здания ( Aqua в Чикаго ).

Теплового моста , также называемый холодный мост , тепловой мостик , или теплового байпаса , представляет собой область или компонент объекта , который имеет более высокую теплопроводность , чем окружающие материалы, создавая путь наименьшего сопротивления для передачи тепла . 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 влиять на количество энергии, необходимое для обогрева и охлаждения помещения, вызывать конденсацию (влагу) внутри оболочки здания и приводить к тепловому дискомфорту. В более холодном климате (например, в Великобритании) тепловые мосты тепла могут привести к дополнительным потерям тепла и потребовать дополнительной энергии для их смягчения.

Существуют стратегии уменьшения или предотвращения образования тепловых мостов, такие как ограничение количества элементов здания, которые простираются от безусловного до кондиционируемого пространства, и применение непрерывных изоляционных материалов для создания тепловых разрывов .

Концепция

Тепловой мост на стыке. Тепло уходит от конструкции пола через стену, потому что термического разрыва нет.

Передача тепла происходит за счет трех механизмов: конвекции , излучения и теплопроводности . Тепловой мост - это пример теплопроводности. Скорость теплопередачи зависит от теплопроводности материала и разницы температур по обе стороны от теплового моста. При наличии разницы температур тепловой поток будет следовать по пути наименьшего сопротивления через материал с наибольшей теплопроводностью и наименьшим тепловым сопротивлением; этот путь представляет собой тепловой мост. Тепловые мосты описывают 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.

Определение тепловых мостов

Обследование зданий на предмет наличия тепловых мостов выполняется с помощью пассивной инфракрасной термографии (IRT) в соответствии с Международной организацией по стандартизации (ISO). Инфракрасная термография зданий может позволить получить тепловые сигнатуры, указывающие на утечки тепла. IRT обнаруживает тепловые аномалии, связанные с движением жидкостей через элементы здания, выделяя изменения тепловых свойств материалов, которые, соответственно, вызывают значительное изменение температуры. Эффект падающей тени, когда окружающая среда отбрасывает тень на фасад здания, может привести к потенциальным проблемам с точностью измерений из-за непостоянного воздействия солнца на фасад. Для решения этой проблемы можно использовать альтернативный метод анализа, итеративную фильтрацию (IF).

Во всех термографических обследованиях зданий интерпретация теплового изображения выполняется человеком-оператором, что требует высокого уровня субъективности и компетентности оператора. Подходы к автоматизированному анализу, такие как технологии лазерного сканирования, могут обеспечить получение тепловизионных изображений на трехмерных поверхностях моделей САПР и метрическую информацию для термографического анализа. Данные о температуре поверхности в 3D-моделях позволяют идентифицировать и измерять тепловые неоднородности тепловых мостов и утечки изоляции. Тепловизионное изображение 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.

Тепловые мосты в строительстве

Часто тепловой мост используется применительно к тепловой оболочке здания, которая представляет собой слой системы ограждающих конструкций здания, который препятствует тепловому потоку между внутренней кондиционированной средой и внешней безусловной 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 есть изоляция, потому что там меньшее тепловое сопротивление. Зимой, когда внешняя температура обычно ниже, чем внутренняя температура, тепло течет наружу и будет проходить с большей скоростью через тепловые мостики. В месте расположения теплового моста температура поверхности внутри ограждающей конструкции здания будет ниже, чем в окружающей среде. Летом, когда внешняя температура обычно выше, чем внутренняя температура, тепло течет внутрь и с большей скоростью через тепловые мостики. Это приводит к потерям тепла зимой и увеличению тепла летом в кондиционируемых помещениях в зданиях.

Несмотря на требования к изоляции, установленные различными национальными нормативами, тепловые мосты в оболочке здания остаются слабым местом в строительной отрасли. Более того, во многих странах практика проектирования зданий предусматривает частичные измерения изоляции, предусмотренные нормативными актами. В результате тепловые потери на практике выше, чем ожидается на стадии проектирования.

Сборка, такая как внешняя стена или утепленный потолок, обычно классифицируется по коэффициенту U в Вт / м 2 · К, который отражает общую скорость теплопередачи на единицу площади для всех материалов в сборке, а не только изоляции. слой. Передача тепла через тепловые мостики снижает общее тепловое сопротивление сборки, что приводит к увеличению U-фактора.

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

  • Примыкания пола к стене или балкона к стене, в том числе перекрытия плит и бетонных балконов или открытых патио, которые расширяют плиту перекрытия через ограждающую конструкцию здания.
  • Примыкания крыши / потолка к стене, особенно там, где невозможно обеспечить полную глубину теплоизоляции потолка.
  • Примыкания окна к стене
  • Примыкания двери к стене
  • Примыкания стены к стене
  • Деревянные, стальные или бетонные элементы, такие как стойки и балки, встроенные в наружную стену, потолок или конструкцию крыши.
  • Встраиваемые светильники в изолированные потолки
  • Окна и двери, особенно компоненты рам
  • Участки с зазорами или плохо установленная изоляция
  • Металлические стяжки в стенах полостей кладки

Конструкционные элементы остаются слабым местом конструкции, обычно приводя к тепловым мостам, что приводит к большим потерям тепла и низким температурам поверхности в помещении.

Каменные Здания

В то время как тепловые мосты существуют в различных типах ограждающих конструкций, каменные стены испытывают значительно повышенный U-фактор, вызванный тепловыми мостами. Сравнение теплопроводности различных строительных материалов позволяет оценить производительность по сравнению с другими вариантами дизайна. Кирпичные материалы, которые обычно используются для облицовки фасадов, обычно имеют более высокую теплопроводность, чем древесина, в зависимости от плотности кирпича и породы дерева. Бетон, который можно использовать для полов и краевых балок в кирпичных зданиях, является обычным мостом холода, особенно в углах. В зависимости от физического состава бетона теплопроводность может быть больше, чем у кирпичных материалов. В дополнение к теплопередаче, если внутренняя среда не вентилируется должным образом, тепловые мосты могут привести к тому, что кирпичный материал впитает дождевую воду и влагу в стену, что может привести к росту плесени и порче материала оболочки здания.

Ненесущая стена

Подобно каменным стенам, навесные стены могут испытывать значительное увеличение U-фактора из-за тепловых мостиков. Каркасы навесных стен часто изготавливаются из алюминия с высокой проводимостью, который имеет типичную теплопроводность более 200 Вт / м · К. Для сравнения: элементы деревянного каркаса обычно составляют от 0,68 до 1,25 Вт / м · К. Алюминиевая рама для большинства конструкций навесных стен простирается от внешней части здания до внутренней, создавая тепловые мосты.

Воздействие теплового моста

Тепловые мосты могут привести к увеличению энергии, необходимой для обогрева или охлаждения кондиционируемого помещения из-за потери тепла зимой и увеличения тепла летом. Во внутренних помещениях возле тепловых мостов пассажиры могут испытывать тепловой дискомфорт из-за разницы температур. Кроме того, когда разница температур между внутренним и внешним пространством велика и в помещении теплый и влажный воздух, например, в условиях зимы, существует риск конденсации влаги в оболочке здания из-за более низкой температуры на внутренней поверхности. в местах тепловых мостов. Конденсация может в конечном итоге привести к росту плесени с последующим ухудшением качества воздуха в помещении и деградации изоляции, снижая эффективность изоляции и вызывая непостоянную работу изоляции по всей тепловой оболочке.

Методы проектирования для уменьшения тепловых мостов

Доказано, что существует несколько методов уменьшения или устранения тепловых мостов в зависимости от причины, местоположения и типа конструкции. Цель этих методов состоит в том, чтобы либо создать тепловой разрыв, в котором компонент здания в противном случае простирался бы от внешнего до внутреннего, либо уменьшить количество компонентов здания, простирающихся от внешнего к внутреннему. Эти стратегии включают:

  • Сплошной теплоизоляционный слой в тепловой оболочке, например, с изоляцией из жесткого пенопласта.
  • Притирка изоляции там, где прямая непрерывность невозможна
  • Монтаж двойных и шахматных стен
  • Структурные изолированные панели (SIP) и изоляционные бетонные формы (ICF)
  • Снижение коэффициента кадрирования за счет исключения ненужных элементов кадрирования, например, реализовано с расширенным кадрированием
  • Фермы с приподнятым каблуком в местах соединения стены с крышей для увеличения глубины изоляции
  • Монтаж качественной изоляции без пустот и сжатой изоляции
  • Установка стеклопакетов с газовым наполнителем и низкоэмиссионным покрытием.
  • Установка окон с термически разбитыми рамами из материала с низкой проводимостью

Методы анализа и проблемы

Из-за их значительного воздействия на теплопередачу правильное моделирование воздействия тепловых мостов важно для оценки общего использования энергии. Тепловые мосты характеризуются многомерной теплопередачей, и поэтому они не могут быть адекватно аппроксимированы стационарными одномерными (1D) моделями расчета, обычно используемыми для оценки тепловых характеристик зданий в большинстве инструментов моделирования энергопотребления зданий. Модели стационарной теплопередачи основаны на простом тепловом потоке, где тепло управляется разницей температур, которая не колеблется во времени, так что тепловой поток всегда идет в одном направлении. Этот тип одномерной модели может существенно недооценивать теплопередачу через оболочку при наличии тепловых мостов, что приводит к более низкому прогнозируемому энергопотреблению здания.

Доступные в настоящее время решения заключаются в том, чтобы включить возможности двумерной (2D) и трехмерной (3D) теплопередачи в программном обеспечении для моделирования или, что более часто, 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 тепловым мостом, представлена ​​одномерной многослойной сборкой, которая имеет эквивалентные тепловые характеристики.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки