העברה חמה בבניית Envelopes: התנהגות, הדבקה וקרינה

הבנה של העברת חום בבניית Envelopes: מדריך מקיף להתנהלות, קונפורציה וקרינה

המעטפה הבניין משמשת כמכשול הקריטי בין חללים פנימיים ממוזגים לסביבה החיצונית, משחק תפקיד בסיסי בקביעת יעילות האנרגיה של המבנה, נוחות הדיירים וביצועים הכוללים.הביצועים התרמיים של מעטפות בנייה הם הנכס התרמי והפיזי החשוב ביותר המשפיע על ביצועי האנרגיה.הבנת שלושת ההתנהגויות העיקריות של העברת חום - מוליכים, נפיחות וקרינה - חיוני עבור אדריכלים, מהנדסים, בניה, ובעלי בניין, המבקשים למזער אנרגיה ולהפחית את רמת יעילות תוך כדי למזער את האנרגיה.

מדריך מקיף זה חוקר כל מצב של העברת חום בפירוט, בחינת המנגנונים שלהם, ההשלכות על עיצוב בנייה, אסטרטגיות מעשיות עבור אופטימיזציה של ביצועים תרמיים. על ידי שליטה מושגים בסיסיים אלה, אנשי בניין יכולים לקבל החלטות מושכלות על בחירת חומרים, טכניקות בנייה, אסטרטגיות עיצוב שמובילות לביצועי בניין מעולים.

The Building Envelope: Foundation of thermal Performance

המעטפה הבניין יכולה להישבר לשלושה חלקים עיקריים: הגג, הקירות והבסיס.חלקים אלה יכולים להיראות כחתיכות קטנות יותר שעובדות יחד כדי לתמוך במבנה הבניין, עם כל חלק משחק תפקיד במתן התמיכה הכוללת. מחסום מתאים יספק התנגדות נגד הרוח, המים, החום, האור והרעש, ויהיה מסוגל לעמוד בתנאי אקלים שונים.

המעטפה מורכבת מחומרים שונים כגון זכוכית, עץ, יבש, veneer ואחרים, מסודרים בסדרה של שכבות מורכבות ברמה מבנית, עם כל אחד מהחומרים האלה המציגים תכונות תרמיות ייחודיות שיש לשקול בעת תכנון המבנה היעיל ביותר באנרגיה.האינטראקציה בין החומרים האלה ושלושת מצבי העברת חום קובעת את הביצועים התרמיים הכוללים של הבניין.

מעטפה בנייה תסווג לעתים קרובות כ"אט" או "לווז" בהתאם לביצועו, עם מעטפות בנייה רופפת המאפשרות העברת אוויר לא מוסדרת, אשר יכול לשפר את איכות האוויר הפנימית ולבטל את הצורך באוורור מכני נוסף, אבל גם תוצאות בטיוטות מוגברות וחוסר נוחות עקב קשיים בהפחתת טמפרטורה פנימית עקבית.

המונחים: Heat transfer Through Solid Materials

התנהגות מייצגת את העברת האנרגיה התרמית באמצעות חומרים מוצקים באמצעות מגע מולקולרי ישיר.כאשר מולקולות באזור חם יותר של חומר רוטט עם אנרגיה גדולה יותר, הם מתנגשים עם מולקולות צמודות, העברת אנרגיה קינטית דרך החומר.תהליך זה נמשך עד שיווי משקל תרמי מגיע או עד מקור החום הוסר.בבנינות, התנהגות היא אולי הצורה הפשוטה ביותר של העברת חום להבנה וזיהוי, אך עדיין זה נשאר אחד של התורמים המשמעותיים ביותר להפסדים אנרגיה.

Thermal Conductivity: The Foundation of Conductive Heat Transfer

התכונות התרמיות של חומר בניין מוערכות על ידי קביעת מוליכות תרמית שלה, המתייחסת ישירות ליכולת החומר להעביר חום ביעילות.ההתנהגות הירומית, הידוע גם בשם Lambda (התעלם מהסמל היווני λ), היא מידת מידת זרימת החום בקלות באמצעות סוג מסוים של חומר, עצמאי עובי החומר המדובר.

ככל שההתנהגות התרמית של חומר, כך יהיה טוב יותר הביצועים התרמיים (כלומר החום איטי יותר יעבור על פני חומר), והוא נמדד בוואטס למלר קלווין (W/mK) חומרים בעלי ערך מוליכות תרמית גבוהה יקדמו את העברת החום ויאפשרו חום לעבור במהירות דרכם, בעוד אידיאלי, מעטפה בניין צריכה לכלול בעיקר חומרים עם ערכים נמוכים מאוד.

חומרי בניין שונים מציגים ערכי מוליכות תרמיים שונים מאוד.התפשטות פוליסטרון (EPS) יש ערך k-ערך של סביב 0.033 W /(m ⁇ K), קצף פנוולי יש ערך של סביב 0.018 W /(m ⁇ K), בעוד עץ משתנה בין 0.15 ל-0.5 W/(m ⁇ K), ופלדה יש ערך של בערך 50.0 / mK) לכן הוא חומר קריטי של עיצוב.

ל- Concrete יש מוליכות תרמית נמוכה של בערך 0.8 W/(m/K) והוא נועד לשלוט בהעברת לחות ואנרגיה תרמית בתוך החלל הפנימי, הבנה של ערכים אלה מאפשרת למעצבים לבחור חומרים מתאימים ליישומים ספציפיים ולתנאי אקלים.

R-Value and Thermal Resistance

ערך R הוא מדד של התנגדות תרמית, במיוחד איך מחסום דו-ממדי, כגון שכבת בידוד, חלון או קיר שלם או תקרה, מתנגד לזרימה המוליכים של חום, בהקשר של בנייה, עם ערכי R גבוהים יותר מצביעים על צפיפות גבוהה יותר של חומר מסולף. An insulating של התנגדות של חומר לתפקוד חום נמדד או מדורג במונחים של עמידות תרמית או הערך שלו, בהתאם ליעילות גבוהה יותר, בהתאם ליעילותו של R-R.

R-Value הוא מדד ההתנגדות של חומר לזרימת חום בעובי מסוים, עם יותר התנגדות משמעות מספר גבוה יותר, ו לחשב חומרים R-value, אתה צריך לחלק את עובי החומר (ב מטרים) על ידי מוליכות תרמית (ב W/mK) חישוב פשוט זה מספק דרך מעשית להשוות חומרים שונים של בידוד ועובי.

ערכי R הם תוספת של שכבות של חומרים, כלומר מעצבים יכולים לחשב את ההתנגדות התרמית הכוללת של הרכבה רב שכבתית על ידי פשוט הוספת ערכי R של כל שכבה בודדים.כאשר חישוב הערך R של התקנה רב שכבתית, להוסיף את ערכי R-value של השכבות הבודדות, כמו התקנת יותר בידוד בבית שלך מגביר את הערך R- ואת ההתנגדות לזרימה עם הגדלת עוביים באופן כללי.

U-Value ו- Thermal Transmittance

המשדר התרמית, המכונה בדרך כלל כערך U, מייצגת את שיעור העברת החום דרך המעטפה הבניין מחולק על ידי הבדל הטמפרטורה על פני המבנה כולו, הוא יחסית לערך R, אשר מציין את יעילות החומר להתנגד להעברת חום, וערך נמוך יותר U-ערך מציין ביצועים תרמיים טובים יותר של המעטפה.

U-factor או U-value הוא מקדם העברת חום הכולל המתאר כמה טוב אלמנט בניין פועל חום או שיעור העברת חום (בוואט) דרך אחד מרובע של מבנה מחולק על ידי ההבדל בטמפרטורה על פני המבנה, אשר בא לידי ביטוי באטים לכל מטר מרובע vin W / (m2K). זה אומר כי גבוה יותר הערך של U-U-value גרוע יותר הביצועים התרמית של מבנה נמוך, בדרך כלל עם רמות של Uulation נמוך של מבנה.

הערך U הוא מדד של כמה חום הוא אבוד דרך עובי נתון של חומר מסוים, אבל כולל את שלוש הדרכים העיקריות שבהן חום נע, והוא מחושב על ידי לקיחת ה הדדיות של R-Value ולאחר מכן הוספת convection והפסדי חום קרינה.זה הופך את U-ערך מדד מקיף יותר להערכת ביצועים כלליים מאשר R-value לבד.

גורמים המשפיעים על העברת חום התנהגותית

מספר גורמים מרכזיים משפיעים על קצב העברת חום התנהגותית באמצעות רכיבי בניין:

(FLT:0)Material Type ו- Thermal Conductivity:BuildFLT 1 כפי שנדון, חומרים שונים בעלי יכולות שונות לחלוטין לנהל חום. Metals הם מוליכים מצוינים, בעוד חומרים כמו בידוד קצף, סיבים וצמר מינרלים הם מנצחים עניים, מה שהופך אותם אידיאלי עבור insulation יישומים.
(FLT:0) תותבות אוויריות: FLT:1R-value הוא פרופורציה ישירה עובי החומרי ובאופן יחסי ביחס לעיסוקים התרמיים שלו.שכבות בידוד ת'דר מספקות התנגדות גדולה יותר לזרימת חום, אם כי שיקולים מעשיים וכלכליים מגבילים את מידת הכדאיות העבה יכולה להיות ביישומים של עולם אמת.
ההבדל בין שני הצדדים של טמפרטורה: FLT:1 שיעור העברת חום התנהגותית הוא פרופורציה ישירות ההבדל הטמפרטורה בין שני הצדדים של חומר.
(FLT:0)Moisture contentve: 1FLT:1 הערך הרב של רוב הבשילונות גם תלוי טמפרטורה, הזדקנות, וצטברות לחות.מים הוא מנצח מצוין של חום, כך לחות חודר לתוך חומרי בידוד יכול להפחית באופן דרמטי את יעילותם.
איכות ההכללה:0 (Insulation) 1 (FLT:1 Insulation) אשר דחוס לא תספק את מלוא הדירוג R-value.

Thermal Bridging: A Critical Conduction Challenge

התכתול הצחיח מתרחש כאשר חומרים מוליכים יוצרים מסלולים לחימום כדי לעקוף בידוד, באופן משמעותי להפחית את הביצועים התרמיים הכולל של אסיפות בנייה.הערך הכולל של קיר או תקרה יהיה קצת שונה מהערך הרב של בידוד עצמו כי חום זורם יותר בקלות באמצעות אדנים, ג'יפים, וחומרים אחרים בניין, בתופעה ידועה בשם גלימה תרמית.

סטוד וחלונות מספקים נתיב מוליכים חום מקביל שאינו מושפע מהערך הרב-ערך של בידוד, עם השכפול המעשי כי ניתן להכפיל את הערך של ה-R של בידוד המותקן בין חברים מכוונים ולהגיע באופן משמעותי פחות מ-50 אחוזים באובדן חום, כמו גם בידוד קיר מושלם מבטל התנהגות באמצעות בידוד לא מושפעת את המשקפיים, אך לא מושפע באופן משמעותי מההפסדים כמו חלונות זכוכית.

תרמוגרפיה אינפרא אדום (IRT) מזהה קרינה אינפרא אדום (IR) הנפלט על ידי אובייקטים כדי לדמיין וריאציות טמפרטורה, הדגשת אזורים של אובדן חום, גשרים תרמיים, ומחסור ב בידוד.טכנולוגיה זו הפכה כלי בלתי יקר לזיהוי גשרים תרמיים במבנים הקיימים ואמת בנייה נאותה בבנייה חדשים.

אסטרטגיות ל-Minimize מוליכים חום

אנשי מקצוע מבני בניין יכולים להשתמש באסטרטגיות רבות כדי להפחית את אובדן החום המוליכים ולקבל דרך המעטפות הבנייה:

(FLT:0Select High-Performance Insulation Materials:FLT) 1:1 בחר חומרים בידוד עם ערכים מוליכות תרמית נמוכה המתאים לאזור האקלים וליישום.אפשרויות מודרניות כוללות קצף, לוחות קצף קשיחים, צמר מינרלים וחומרים מתקדמים כמו לוחות מאוישים ואקום.
(FLT:0) Insease Agileness:cioFLT:1 ; היכן שמרחב ותקציב מאפשרים, עובי בידוד מוגבר מספק שיפורים פרופורציונליים בהתנגדות תרמית, אם כי ירידה חוזרת להתרחש בסופו של דבר.
(FLT:0) שילוב ההפסקה ה"הארמאלית": קיד 1 (FLT:1) התקנת שכבה רציפה של בידוד קצף נוקשה בצד החיצוני של הקיר שהיא מתחתנת יפריעו לגישור תרמי דרך הניסים תוך צמצום קצב הדליפה האווירית.השברים הקרים במסגרות החלון, מסגרות, וחיבורים מבניים מונעים דרך חומרים מוליכים גבוה.
(FLT:0)עיצוב רב-לייר אסמבלאס: אנדרל 1 (בבניינים אמיתיים חומה מורכבת משכבות חומרים שונות, עם ההתנגדות התרמית הכוללת של הקיר כולו מחושבת על ידי הוספת ההתנגדות התרמית של כל שכבה נפרדת.
(FLT:0) צמצום החדירה: FLT:1 כל חדירה דרך המעטפה הבניין - בין אם עבור מערכות חשמל, צנרת או HVAC - יוצר גשרים תרמיים פוטנציאליים.
(FLT:0) טכניקות בנייה מתקדמות: FLT:1 טכניקות כמו קירות כפולים, לוחות מבודדים מבניים (SIPs), וצורות קונקרטיות מבודדות (ICFs) יכולות להפחית באופן דרמטי את התכתות התרמית התרמית בהשוואה לבנייה קונבנציונלית.

העברה חמה דרך תנועת פלויד

הדבקה כוללת העברת חום באמצעות התנועה של נוזלים - כולל גם נוזלים וגם גזים.בב המעטפות בנייה, העברת חום אחידה מתרחשת בעיקר באמצעות תנועה אווירית, הן בתוך חללי בנייה והן על פני משטחים פנימיים וחיצוניים.בניגוד להתנהלות, הדורש מגע ישיר בין חומרים, הדבקה מסתמכת על התנועה הגדולה של נוזל כדי להעביר אנרגיה תרמית ממקום אחד למשנהו.

הבנה של מנגנונים חמים משותפים להעברת מכניזם

העברה חום אחידה מתרחשת כאשר נוזל (אוויר קטי בבנייה יישומים) מגיע במגע עם משטח בטמפרטורה שונה.נוזל סופג או משחרר חום על פני השטח, ולאחר מכן עובר משם, נושאת את האנרגיה התרמית עם זה.תהליך זה יכול להתרחש באופן טבעי בשל הבדלים צפיפות הנגרמת על ידי וריאציות טמפרטורה, או זה יכול להיות מאולץ באמצעות אמצעים מכניים.

ההדבקה תשנה את קצב העברת החום בין האוויר לבין פני השטח של המבודד, בהתאם למאפיינים של האוויר (או נוזל אחר) במגע עם זה.קצב העברת חום אחיד תלוי במספר גורמים, כולל הבדל הטמפרטורה בין פני השטח לבין הנוזל, מהירות התנועה הנוזלית, תכונות הנוזל עצמו, ואת הגיאומטריה של פני השטח.

סוגים של הדבקה בבנייה

מעטפות בנייה חווים שני סוגים עיקריים של העברת חום משותפת:

(FLT:0) רצף טבעי: FLT:1 זה קורה כאשר הבדלים בטמפרטורה בתוך נוזל יוצר וריאציות צפיפות שגורמים לנוזל לנוע.אוויר Warmer הוא פחות צפוף וצומח, בעוד אוויר קריר יותר הוא צפוף ורד, יצירת דפוסי מחזור טבעיים.בבניינים, נפיחות טבעית מתרחשת בתוך חללים, סביב חלונות, ובמקומות בין בנייה של חומרים.
(FLT:0) Powerd Convection:FLT:1 זה כרוך באמצעים מכניים כדי להעביר אוויר, כגון מעריצים, מערכות HVAC, או לחץ רוח על בניית חיצוניות. הדבקה כפויה בדרך כלל תוצאות בשיעורים גבוהים יותר של העברת חום מאשר זיהום טבעי כי המהירות הנוזלית היא גדולה יותר.

חדירה אווירית וחדירה

אחד המנגנונים המשמעותיים ביותר להעברת חום בבנייני הוא דליפה אווירית - התנועה הבלתי מבוקרת של אוויר באמצעות סדקים, פערים ופתחים אחרים במעטפת הבניין.זה כולל גם חדירה (אוויר מחוץ לדלת הכניסה לבניין) וניתוק (באוויר נמלט אל מחוץ לבחוץ).

מעטפות בנייה רופפות מאפשרות העברת אוויר לא מוסדרת, אשר גורמת בטיוטות מוגברת וחוסר נוחות עקב קשיים בקביעת טמפרטורה מקורה עקבית, עם יותר זרימת אוויר משמעות יותר גזי חממה מזיקים משוחררים כי מערכות מכניות צריכות אנרגיה נוספת לפעול, מבנה לא יעיל גורם עלייה משמעותית בהוצאות האנרגיה עבור בעלי בתים כאשר מרחיבים את הטמפרטורה של בניין.

בידוד המותקן בין הניסים עשוי להפחית, אך בדרך כלל אינו מבטל, אובדן חום עקב דליפות אוויר דרך המעטפה הבניין.זה מדגיש את החשיבות הקריטית של חותם אוויר כמשלים ל בידוד.אפילו בידוד הטוב ביותר לא יכול לבצע ביעילות אם האוויר עובר בחופשיות וסביבה.

דליפת אוויר יכולה להתרחש דרך מסלולים רבים של בנייה, כולל:

גפר סביב חלונות ודלתות
חתונות לחנויות חשמל, מתגים ומתקנים
משותף בין חומרי בניין שונים
סדקים בקירות הבסיס וסדקים
פתחים סביב חדירה HVAC
דלתות אטטיות ודלתות גישה
רים ג'ויג'סטים ולהקת ג'יי
צ'ימי ופורש חדירה

העברת חום יעילה

קצב העברת חום אחידה על פני השטח הבניין הוא לכמת באמצעות קידוד חום משותף (convective transfer coefficients).באמצעות ניסויים, העברת חום אחיד על פני השטח הפנימיים ועל פני השטח החיצוניים נמדדת, עם ערכים אופייניים להיות hin= 1 W- m-2 ⁇ K עבור משטחים פנימיים ו hout = 5 W-2K עבור משטחים חיצוניים.

פני השטח הפנימיים בדרך כלל חווים מזהמים נמוכים יותר של העברת חום עקב קטיפה אווירית נמוכה יותר, בעוד משטחים חיצוניים חשופים רוח לחוות הרבה יותר חסכוניים יותר.זו הסיבה לכך צמרון רוח הוא גורם חשוב כל כך בבניית אובדן חום - מהירות רוח גבוהה יותר להגביר את הפחתת חום חום קומפקטי, עלייה של אובדן חום ממשטחים חיצוניים.

ההשפעה של הדבקה על בניית ביצועים

העברת חום קולקטיבית משפיעה באופן משמעותי על בניית צריכת אנרגיה ונוחות של הדיירים בכמה דרכים:

(FLT:0) הוסיפוי ו- Cooling Loads:FLT 1 כוחות דליפת אוויר HVAC לעבוד קשה יותר כדי לשמור על טמפרטורות פנימיות הרצויות, להגדיל באופן ישיר את צריכת האנרגיה ואת עלויות התפעול.
(FLT:0) טוהר יעילות בידוד: זרם 1 (FLT:1) התנועה האווירית באמצעות בידוד יכול להפחית באופן דרמטי את ערכי R היעיל שלה. Fibrous insulation חומרים כמו סיבים ו cellulose רגישים במיוחד לשחיקה אווירית, שבו התנועה האווירית דרך החומר נושאת חום עם זה.
(FLT:0) בעיות של Moistureuremia: FLT:1 דליפות אוויר לעתים קרובות נושאת לחות עם זה.כאשר אוויר חם, מחום לתוך חללי בניין קר, condensation יכול להתרחש, המוביל לתבנית, השפלה חומרית, והורדת ביצועים בידוד.
בעיות של LT:0 (בעיות:0) בעיות: ⁇ 1:1 ; ד"ר פיפטים מן דליפת אוויר ליצור תנאים לא נוחים עבור הדיירים, גם כאשר הטמפרטורה הממוצעת של החדר בטווחים מקובלים.
(FLT:0) חששות איכות אוויר פנימית: FLT:1 בעוד כמה חילופי אוויר הוא הכרחי עבור איכות אוויר מקורה טובה, דליפת אוויר לא מבוקרת יכול להציג את המזהירים, האלרגנים, ו contaminants בחוץ.

אסטרטגיות להורדת חום Convective Heat Transfer

שליטה יעילה על העברת חום convective דורשת גישה מקיפה לניהול אווירי ואוורור:

(FLT:0) יש לזהות מחסום אוויר רציף: ראט'ר 1 (עיצוב) ולבנות מחסום אוויר מתמשך לאורך המעטפה הבניין.
(FLT:0) ,Seal All החדירה:FLT:1 השתמש בחתימות מתאימות, כרטיסי גז ומזג אוויריים מתועדים כדי לאטום את כל החדירה דרך המעטפה הבניין.
(FLT:0)Install High-Quality Windows and Doors: FLT:1 בחר חלונות ודלתות עם דירוגים דליפות אוויר טוב ולהבטיח שהם מותקנים כראוי עם הבזק הולם וחותמת.
(FLT:0)Use Air-Impermeable Insulation היכן מתאים: veFLT:1 ביישומים מסוימים, חומרי בידוד אוויריים קשים כמו קצף תרסיס סגור או לוחות קצף קשיח יכול לשרת מטרות כפולות כמו בידוד ומחסום אוויר.
(FLT:0)Conduct Blower Door Testing:FreaLT:1) השתמש בבדיקת דלת מפוצץ במהלך הבנייה ולאחר השלמת זיהוי וזיהוי דליפת אוויר.כלי אבחון זה יכול למקם אזורים בעייתיים הדורשים חתימה נוספת.
(FLT:0)Implement Controlled Ventilation: ההרחבה 1 (FLT:1) במקום להסתמך על דליפת אוויר עבור ventilation, להתקין מערכות אורור מכניות המספקות החלפת אוויר מבוקרת, מסונן.
(FLT:0) עיצוב ללחץ הרוח: 1 באזורים עם חשיפה רוח גבוהה, עיצוב המעטפה הבניין לעמוד בהבדלים בלחץ הרוח שיכולים להניע דליפות אוויר.זה עשוי לכלול תמיכה מבנית נוספת ועוד פרטים חזקים יותר אוויר.
(FLT:0)Exdress Stack Effect: 1 In highבניינים, אסטרטגיות עיצוב למזער את אפקט ערימה, כגון תאוליזציה, בקרה לעיתונות, וחותמת פירים אנכיים.

קרינה: העברה חמה דרך גלי אלקטרומגנטיים

העברת חום רדיטיבית שונה ביסודה מהתנהגות וזיהום כי זה לא דורש מדיום לחום לנסוע. במקום זאת, קרינה תרמית מועברת דרך גלים אלקטרומגנטיים, בעיקר בספקטרום אינפרא אדום. כל אובייקטים עם טמפרטורה מעל אפס מוחלט פולטים קרינה תרמית, וכמות הקרינה פולטת עלייה דרמטית עם טמפרטורה.

יסודות קרינה תרמית

קרינה תרמית עוקבת אחר כמה עקרונות פיזיים חשובים השולטים בהתנהגותו בבניית יישומים.חוק סטפאן-בולצמן קובע כי האנרגיה הכוללת המוקרן לכל שטח פני השטח של יחידה היא ביחס לכוח הרביעי של הטמפרטורה המוחלטת.זה אומר שאפילו הבדלים בטמפרטורות קטנות יכולים לגרום להעברת חום משמעותית, במיוחד בטמפרטורות גבוהות יותר.

בתגובה לקרינה תרמית, טמפרטורת פני השטח תלויה בשאילות התרמית של החומר, עם משטחים נמוכים כגון מפלי מתכת מבריקה הפחתת העברת חום על ידי קרינה.הרישיות היא מדד של האופן שבו משטח פולט קרינה תרמית בהשוואה לגוף שחור אידיאלי, עם ערכים החל מ 0 (משקל מושלם) ל-1 (פלט מושלם).

עם מצבי מרובות של העברת חום, טמפרטורת פני השטח הסופי (ולכן שטף האנרגיה המצפונת וערך R מחושב) יהיה תלוי בתרומות היחסיות של קרינה, התנהגות, וזיהום, למרות שתרומת האנרגיה הכוללת נשארת זהה. אינטראקציה זו בין מצבי העברת חום שונים עושה בנייה מורכבת ודורשת שיקול זהיר של כל המנגנונים.

קרינה סולארית ובניית Envelopes

קרינה השמש מייצגת את המקור המשמעותי ביותר של רווח חום רדיואקטיבי עבור מבנים.השמש פולטת קרינה אלקטרומגנטית על פני ספקטרום רחב, עם רוב האנרגיה באורכי גל גלויים וקרובים.כאשר קרינה זו מכהת משטחים בנייה, ניתן לשחזר, נספג, או להעביר, בהתאם למאפיינים של החומרים.

בשנים האחרונות, מבנים בעלי מבנה, רווחי השמש הם תרומה גדולה יותר לאיזון החום העולמי.זה הופך את ניהול הקרינה הסולארית חשובה יותר ויותר כמו מעטפות בנייה להיות יעילה יותר תרמי.

סולרי חום מקבל דרך גליאזינג

חלונות ואזורים אחרים זוהרים הם הנתיבים העיקריים לקרינת השמש להיכנס לבניינים.החום הסולארי מרוויח coefficient (SHGC) לכמת כמה קרינה סולארית עוברת דרך החלון כמו חום.ערכים נע בין 0 ל-1, עם ערכים נמוכים יותר המציינים פחות עלייה חמה של חום השמש.באקלים מבוזר, חלונות נמוך SHGC יכולים להפחית משמעותית את העומסים, בעוד שמזג אווירי אקלים מחוסם, גבוה יותר, יכול לספק חזיתות חום גבוהות יותר.

הנטייה של בוהק יש השפעה דרמטית על רווח חום השמש.חלונות צפופים דרומה (בצפון המיספרה) לקבל את הקרינה הסולארית ביותר בחודשי החורף כאשר השמש נמוכה יותר בשמים, מה שהופך אותם אידיאליים לחימום השמש פסיבי.מזרח וחלונות הפונה מערב מקבלים קרינה סולארית אינטנסיבית בשעות הבוקר והשעות בהתאמה, אשר יכול להוביל להתחממות יתר וזוהר בעיות צפון-אוויר מינימליות מקבלות ישירות מקורות קרינה סולארית.

אפשרויות ל-Opaque Surfaces

רכיבי בניין Opaque בנייה - קירות, גגות ומשטחים אחרים - גם סופגים קרינה סולארית, אשר מגבירה את טמפרטורת פני השטח שלהם ומניעה העברת חום התנהגותית לתוך הבניין.התרסה השמש של פני השטח קובע כמה קרינה השמש מתרחשת נספגת לעומת משתקפת.משטחים בצבע כהה יש אבסורד גבוה סולרי (לעתים קרובות 0.95), בעוד צבע בהיר או רפלק יש משטחים נמוכים ל-0.

משטחי גג חשובים במיוחד משום שהם מקבלים בדרך כלל את הקרינה הסולארית האינטנסיבית ביותר, במיוחד בחודשי הקיץ כאשר השמש גבוהה בשמים.גגות אפלות יכולות להגיע לטמפרטורות פני השטח של 150-190 מעלות צלזיוס (65-88 מעלות צלזיוס) בימי קיץ שמש, בעוד גגות לבנים או רפלקטיביים יכולים להגיע רק ל-100-120 מעלות צלזיוס) בתנאים אלה.

Nocturnal Radiative Cooling

בשעות הלילה, משטחי בנייה פולטים קרינה תרמית לשמיים. בלילות ברורים, אובדן חום רדיואקטיבי זה יכול להיות משמעותי, כמו משטחים ביעילות "לראות" את הטמפרטורה הקרה של החלל החיצוני ולא את טמפרטורת האוויר המתפתלת. תופעה זו, המכונה קירור נוקלרלי, עלולה לגרום משטחים בנייה לרדת מתחת לטמפרטורה האוויר המבולחת.

בעוד קירור קורנל זוהר מגביר עומסי חימום במהלך מזג אוויר קר, זה יכול להיות מועיל באקלים חם שבו זה עוזר בניינים מגניבים באופן טבעי. כמה עיצובים מתקדמים בנייה משלבים חומרים ומערכות שנועדו במיוחד לשפר את קירור הרדיואקטיבי לשמים הלילה כמו אסטרטגיה קירור פסיבית.

חומרים נמוכים-עצמים ו-Cotings

חומרים וציפויים נמוכים (low-e) נועדו להפחית את העברת החום הרדיונית על ידי לשקף קרינה תרמית במקום לספוג או פולטים אותו.חומרים אלה מורכבים בדרך כלל ציפוי מתכתי או מתכתי שהם מאוד רפלקטיבי בספקטרום אינפרא אדום, בעוד נשארים שקופה יחסית או נייטרלית בספקטרום הנראה לעין.

מחסומים רדנט הם חומרים רפלקטיביים מאוד כי מחדש חום קורנר במקום לספוג אותו, צמצום עומסי קירור, וככזה, מחסום קורניר אין ערך R-value.

(FLT:0)Low-E Window Coatings: ההרחבה 1 (Applied to Window Glass, ציפויים נמוכים-e להפחית את העברת החום הרדיונית דרך חלונות תוך שמירה על שידור אור גלוי. סוגים שונים של ציפוי נמוך-e הם אופטימיזציה לאקלים שונים - חלקם בעיקר להפחית את אובדן החום בחורף, בעוד אחרים להפחית בעיקר את רווח חום בקיץ.
(FLT:0) גדרות הרדאר באטטיקה: ⁇ 1 (איור 1) חומרים הרהורים המותקנים באטים יכולים להפחית באופן משמעותי את העברת החום הרדיואקטיבית משטחי גג חמים אל הרצפה האטית, צמצום עומסי קירור באקלים חם.
מערכות בידוד (FLT:0) Reflective Insulation Systems: ⁇ F1 , Multi-layer מערכות בידוד רפלקטיביות משתמשות במרחבי אוויר המובלים על ידי משטחים נמוכים של הרשאות כדי להפחית את העברת החום הרדיואקטיבית על פני חללים.

אסטרטגיות לניהול העברת חום רדיטיבית

ניהול יעיל של העברת חום רדיואקטיבי דורש אסטרטגיות ספציפיות אקלים אשר מאזן חימום וקירור הצרכים:

(FLT:0) אופטימיזציה של בחירת חלונות ומיקום: קיד 1 (ראה: ⁇ ) בחר חלונות עם ערכי SHGC מתאימים לאקלים ולנטייה. באקלים מעורב, לשקול מפרטים שונים של חלונות עבור אוריינטציות שונות.מקסים דרומה הפונה לאקלים מחוסם חימום עבור רווח סולארי פסיבי, תוך צמצום מזרח וממערבי לצמצום חום לא רצוי.
(FLT:0) מכשירים חיצוניים של שינג: FIRLT:1 , מכשירים גילוח קבוע או אופרות כמו overhangs, awnings, lorings, ו-fins יכולים לחסום קרינה סולארית ישירה לפני שהוא מגיע לחלונות וחומות.
(FLT:0) חומרים הרהורים הרהורים: FIRLT:1 באקלים מבוזר, לציין חומרי גג מגניב עם רפה גבוהה פולטות תרמית גבוהה.חומרים אלה יכולים להפחית את טמפרטורות פני השטח על פני הגג על ידי 50-60 °F (28-3 ° C) בהשוואה לגגות חשוכות קונבנציונליות.
(FLT:0) מתפתלים רפלקטיביים לוולס:FLT 1: קיר חיצוני בצבע אור או רפלקטיבי מסתיים להפחית את רווח החום הסולארי דרך קירות.זה חשוב במיוחד לקירות עם מסה תרמית נמוכה להגיב במהירות לחימום השמש.
(FLT:0) שילוב של המיסה המילולית: ⁇ 1 חומרים עם מסה תרמית גבוהה (כמו בטון, לבנים או אבן) יכול לספוג קרינה סולארית במהלך היום ולהשחרר אותה לאט לאורך זמן.כאשר מתוכנן כראוי, מסה תרמית יכול להתנדנדנד טמפרטורה מתונה ולהפחית עומסי חימום וקירור שיא.בניגוד לחומרי בניין מסורתיים אשר מאחסנים אנרגיה תרמית בצורה יעילה יותר מאשר בשלב קבוע של טמפרטורה, המאפשרת חום וטמפרטורות קבוע יותר מאשר חומרים.
(FLT:0) Install Internal Shading:FLT:1 בעוד פחות יעיל מאשר גילוח חיצוני, טיפולים בחלון פנים כמו עיוור, גוונים, ו וילונות יכולים להפחית את רווח חום השמש ולספק שליטה זוהרת.
(FLT:0) עיצוב נוף לשליטה השמש: 1FLT:1 עצים משופכים על הדרום, מזרח ומערב צדי בניינים מספקים צל במהלך הקיץ, ומאפשרים עלייה חמה בחורף לאחר שהעצים אוורגים בצד הצפוני יכולים לספק הגנה על רוח ללא חסימת השמש מועילה.
(FLT:0) בניית אוריינטציה: FLT:1 מבני אוריינט כדי לייעל חשיפה סולארית המבוססת על אקלים.באקלים מומנו חימום, מבנים לאורך ציר מזרח-מערב כדי למקסם את פני השטח דרומה.
(FLT:0) שפע של טכנולוגיות מתקדמות לגלאזינג: ההרחבה 1 (חכם) נחשבת לחלונות אלקטרו-כרומוזומיים (חכמים) שיכולים להתאים באופן דינמי את הטון שלהם בהתבסס על תנאי השמש, או חלונות תרמוכרומטיים אשר באופן אוטומטי כהים כאשר הם מחוממים על ידי קרינה סולארית.

גישה משולבת לניהול העברת חום

ערך BEP רואה אלמנטים נוספים של העברת חום המשפיעים על הביקוש לאנרגיה של הבניין בגלל עומס חיצוני ופנים (סולאר) תרמי: העברה חום התנהגותית וקרינה, וחדירה אווירית.זה מדגיש את החשיבות של בהתחשב בכל שלוש הצורות של העברת חום בו זמנית במקום בבידוד.

ביצוע שלם של ביצועים

המעטפת הבניין יעילה של ביצועים (BECOP) היא מדד מקיף המערכת את הביצועים התרמיים של מעטפות בנייה על ידי השוואתם למערכת אידיאלית, הבטחת הסתברות על פני סוגי בנייה ואזורי אקלים, ולוכדת את ההשפעה המשולבת של ההתנגדות התרמית, אזור האקלים, ורווחי חום פנימיים. פרמטרים הוליסטיים כאלה חשובים יותר ויותר להערכת וביצועי בנייה.

מדדים מסורתיים כמו R-value ו- U-value, תוך שימושי, רק לכידת חום התנהגותי. ביצועי בניין מקיף דורש שיקול של כל מצבי העברת חום, דליפות אוויר, אפקטים מסיביים תרמיים, ואת האופי הדינמי של מצבים בעולם האמיתי כולל קרינה סולארית, רוח ותנודות טמפרטורה.

אסטרטגיות עיצוב אקלים-Specific Design

עיצוב המעטפה של בניין אופטימי משתנה באופן משמעותי על בסיס האקלים.משרד האנרגיה של ארה"ב, בניית קודי אנרגיה ו- ENERGY STAR® כל ממליצים על בידוד בית R-ערכים המבוססים על מפת אזורי אקלים, עם המליץ על R-value עבור חלקים שונים של בית בתוך כל אזור אקלים, מונע על ידי חימום ימים וימי קירור.

אקלים קר לפני הפחתת אובדן חום באמצעות רמות בידוד גבוהות, אוויר מעולה חותם, וגשר תרמי מדמיצה.רווח סולארי עוברי דרך חלונות דרומה מוצפים יכול להתחיל עומסי חימום. אקלים חם להתמקד בצמצום רווח חום באמצעות משטחים רפלקטיביים, גילוח, ובחירה מתאימה של אקלים מעורב.

פיתוח טכנולוגיות Envelope Technologies

טכנולוגיות מתפתחות ממשיכות להרחיב את האפשרויות לניהול העברת חום במעטפות בנייה:

חומרים אלה יכולים לספוג ולשחרר חום מאוחר במהלך מעברי שלב, המאפשר אחסון אנרגיה תרמית ותקנה טמפרטורה.קירות PCM מציגים עיכוב של שעתיים בהעברת חום ולהפחית תנודות טמפרטורה חיצונית.אפקט מסה תרמי זה יכול להפחית משמעותית את עומסי חימום קירור.
(FLT:0) מערכות בידוד אינמיות: ⁇ F1) The TABE הפחיתה משמעותית את עומס הקירור על ידי יותר מ -80%, ואת עומס החימום על ידי יותר מ -60% כאשר מחוברים לרחצה במים מוסדרים.
(FLT:0)Vacuum Insulation Panels:BuildFLT:1 ;Vcuum insulated לוחות יש מוליכות תרמית של 0.008 W/mK (כל כך אלה הם הטובים ביותר, אבל יקר מאוד!), בעוד יקר, חומרים אלה אולטרה ביצועים גבוהים יכול להשיג ערכי R יוצאי דופן עובי מינימלי.
(FLT:0) מבניין חכמים Envelopes:FLT:1 אינטגרציה של חיישנים, בקרה וחומרים מגיבים מאפשר בנייה של מעטפות להסתגל לשינויים בתנאים, אופטימיזציה של ביצועים לאורך כל היום ולאורך עונות.

תפקיד בניית הוועדה והבדיקה

באופן מדויק מדידת ביצועי הבנייה בפועל תהיה צעד משמעותי לקראת ביצוע החוזה, אם כי שיטות תחת דיקור יש יתרונות תפעוליים אבל לבוא עם מגבלות נוספות עקב יכולת מזג האוויר ותנאי הדיקור, אשר לא ניתן להתעלם מהם.

פיזור ביצועי המעטפה של בנייה באמצעות בדיקות וגיוס חיוני כדי להבטיח כי ביצועים מעוצבים מושגים בפועל. שיטות בדיקות מפתח כוללות:

בדיקה אחרונה ב-13 ביולי 2008. ^ "FLT:1 Quantifies Airדליage Rate"
(FLT:0) infrared Thermography:FLT:1 ויזואליזציה דפוסי טמפרטורה לזהות גשרים תרמיים, פגמים בזרימה אווירית
(ב) ויקרא י"א): "ה' (ב')" (ב')" (ב') ,"ב') ,"ה', ב') ,"מ"ד, ב')"מ',"מ"ד,"ב"ב"ב"ב"ב"ה', "ה'"ב"ב"ב"ב"ה'"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ה'"ה'"ב"ה'"ב"ה'"ב"ב"ה'"ב"ב"ב"ה'"ב"ה'"ב"ב"ה'"ה'"ב"ב"ב"ב"ב"ה'"ה'"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ב"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ב"ה'"ה'"ב"ה'"ה'"ב"ב"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ה'"ב"ב"ב"ה'"ה'"ה'"ה
(FLT:0) ניטור אנרגיה של בניה: FIRLT:1 עוקב אחר צריכת האנרגיה בפועל כדי לאמת תחזיות ביצועים

שיקולים כלכליים וסביבתיים

ה-EPA מעריך כי בעלי בתים יכולים לחסוך בממוצע 15% על עלויות חימום וקירור (או ממוצע של 11% על עלויות האנרגיה הכוללות) על ידי הוספת בידוד באטטיקה, קומות על פני שטחי זחילה ומרתפים, כמו גם אווירי חותם.חיסכון אלה מצטבר על פני החיים של הבניין, לעתים קרובות לספק החזרים מצוינים על ההשקעה לשיפורים קטנים.

הגדלת חשבונות אנרגיה עבור יותר מ-30% מסך צריכת האנרגיה הכוללת של בנייה, במיוחד באזורים קרים.בניינים למגורים לצרוך 22 אחוזים של אנרגיה סופית גלובלית, ואת החום שאבד על ידי המעטפה החיצונית יכול לקחת בחשבון עבור מחצית מהאנרגיה הנצרכים. סטטיסטיקות אלה מדגישות את החשיבות הקריטית של בניית ביצועי המעטפה עבור יעילות האנרגיה הכוללת.

מעבר לחיסכון בעלויות האנרגיה הישירות, ביצועים משופרים של מעטפה בנייה מספקים יתרונות נוספים:

(FLT:0)Enhanced Occupant Comfort:cioFLT:1) שליטה טובה יותר על תוצאות העברת חום בטמפרטורות פנימיות יציבות יותר, טיוטות מופחתות, ושיפור נוחות תרמית
(FLT:0) אספקת גודל ציוד HVAC: ההרחבה 1 (FLT:1) עומסי חימום וקירור נמוכים מאפשרים ציוד קטן יותר, יקר פחות HVAC
(FLT:0) שיפור איכות האוויר: ⁇ 1) אוויר מתאים עם אוורור מבוקר מספק איכות אוויר מקורה טובה יותר מאשר עפעפיים דליפות
(ב) ⁇ :0) ,התמדה של דוריות: 1 טוב יותר לשלוט על לחות דרך עיצוב המעטפה הנכון מרחיב את בניית החיים ולהפחית את עלויות תחזוקה
(FLT:0) היתרונות של אנרגיה מופחתת (FLT:1) מתרגמים ישירות להורדת פליטת גזי חממה והשפעה סביבתית
(FLT:0) ערך הנכס המשוחרר: FLT:1 מבנים יעילים באנרגיה לשלוט במחירי פרימיום בשווקים הנדל"ן

הוראות יישום מעשי

יישום מוצלח של אסטרטגיות ניהול חום דורש תשומת לב לאורך תהליך העיצוב והבנייה:

שלב עיצוב

לבצע ניתוח אקלים כדי להבין עומסי חימום וקירור
הקמת מטרות ביצועים ברורות עבור המעטפה של הבניין
פיתוח מודל באמצעות תוכנת סימולציה אנרגיה
פרטים מפורטים כל האספקטות המעטפות עם תשומת לב לגשרים תרמיים ולנחת אוויר
ציין חומרים ומערכות מתאימים לאקלים ולתקציב
עיצוב עבור בנייה כדי להבטיח כי פרטים ניתן לבצע כראוי

שלב בנייה

לספק תקשורת ברורה של דרישות ביצועים קטנים קבלנים
ביצוע בדיקות קבועות כדי לאמת התקנה נכונה
לבצע בדיקות ביניים (כגון בדיקות דלת מכופות) כדי לזהות ולתקן בעיות מוקדם
מסמך תנאים בנויים ליחס עתידי
מערכות המעטפות של הוועדה כדי לאמת את הביצועים

תפעול ותחזוקה

מעקב אחר יצירת אנרגיה כדי לזהות השפלה לאורך זמן
לשמור על מערכות מעטפות כולל חותמות, מזג אוויר, וציפויים
בעיות לחות לטפל במהירות כדי למנוע נזק בידוד
שקול שדרוגים במעטפה במהלך שיפוץ כדי לשפר את הביצועים

עיצוב עתידי בבניית Envelope

שיפור יעילות האנרגיה של מבנים הוא מרכיב חשוב של המאמץ לטפל בהתחממות הגלובלית.כפי ששינויים האקלים חששות גוברים ועלויות האנרגיה עולה, ביצועי המעטפה הבניין יהפכו קריטיים יותר ויותר.

(FLT:0) בניין האנרגיה של Net-Zero:FIRLT:1 , Achieving net-zero ביצועים אנרגיה דורש ביצועים קטנים יוצאי דופן כדי למזער עומסי אנרגיה לפני הוספת ייצור אנרגיה מתחדשת
(FLT:0) העברת בית וסטנדרטים גבוהים:FLT ( 1:1 VOuntary Standards) כמו בית עוברי דוחים ביצועים קטנים לרמות חדשות, מה שמוכיח מבחינה טכנית הוא אפשרי.
(FLT:0) נחשבות פחמן מתואמות: FLT:1 Beyond אנרגיה מבצעית, פחמן מגולם של חומרי המעטפה מקבל תשומת לב מוגברת, מניע עניין בחומרים פחמן נמוכים ו בידוד מבוסס ביולוגית
(FLT:0) עמידות והתאמה: פיסות בניין 1FIRLT 1 חייבות יותר ויותר להתמודד עם עמידות לאירועים קיצוניים במזג אוויר ולשינוי תנאי אקלים
(FLT:0) אינטגרציה עם אנרגיה מתחדשת: אנדרל 1 (BlotLT:1) בניין פוטו-וולטאיקים (BIPV) וטכנולוגיות אחרות מטשטשות את הקו בין המעטפה לבין הדור האנרגטי.
(FLT:0)igitalization ובניינים חכמים: חיישנים, בקרות וניתוח נתונים מאפשרים ניהול מעטפה מתוחכמת יותר ואופטימיזציה של ביצועים

מסקנה

הבנה וניהול של שלושת מצבי העברת חום - מוליכים, הדבקה וקרינה - היא יסוד לתכנון המעטפות בנייה ביצועים גבוהים.כל מצב פועל על פי עקרונות פיזיים שונים ודורש אסטרטגיות ספציפיות לשליטה.עם זאת, מצבים אלה אינם פועלים בבידוד; הם אינטראקציה בדרכים מורכבות שיש לשקול באופן הוליסטי.

ביצוע באמצעות חומרי בניין ניתן לשלוט באמצעות בחירה חומרית מתאימה, עובי בידוד הולם, וחיסול של גשרים תרמיים.קונבנס, במיוחד באמצעות דליפת אוויר, דורש אסטרטגיות חותם אוויר מקיף ואוורור מבוקר. קרינה, במיוחד ממקורות סולאריים, דורש בחירה ממזג אוויר-אפטרופית, אסטרטגיות מבהיל, וטיפולי פני השטח.

מעצבים מבני בניין מומלץ לבחור את החומרים הנכונים לשלוט באופן טבעי על תנועת חום, חיסול הצורך במערכות חימום מכניות יקרות וקירור, עם הרכיבים שנבחרו לעבוד יחד כדי למלא ארבע משימות חיוניות: מתן תמיכה מבנית, ניהול לחות, regulating טמפרטורה, ושליטה בזרימת אוויר, עם שלושת המאפיינים האחרונים שיש השפעה גדולה ביותר על ביצוע אנרגיה בית יעילה, נוחה, בת קיימא.

כאשר קודי בנייה הופכים להיות יותר מחמירים ויעילות אנרגיה עולים, החשיבות של עיצוב מעטפה בניין מעולה רק להגדיל. אסטרטגיות ועקרונות המתוארים במדריך זה לספק בסיס ליצירת מבנים נוח, יעיל, יציב ואחראי לסביבה. על ידי התבוננות בזהירות בכל ההיבטים של העברת חום במהלך תכנון והבטחת יישום איכות במהלך הבנייה, בניית אנשי מקצוע יכול ליצור המעטפות כי ביצועים יוצאי דופן לאורך כל חייהם.

העתיד של עיצוב בנייה הוא בגישות משולבות, מבוססות ביצועים המייעלות את כל ההיבטים של ניהול העברת חום.עם המשך החדשנות בחומרים, טכנולוגיות ושיטות עיצוב, מעטפות בנייה ימשיכו להתפתח, המציעות רמות גדולות יותר של ביצועים וקיימות.עבור אדריכלים, מהנדסים, בנינים, ובניה מחויבים למצוינות, לשלוט ביסודות של העברת חום בתוך המעטפות הוא בסיס חיוני להצלחה.

(ב) לקבלת מידע נוסף על בניית מדע ויעילות אנרגיה, בקר ב-FLT:0U) מחלקת משאבי האנרגיה של האנרגיה ב-InsulationFLT:1 ו-FLT:2Buildings JournalFLT:3 עבור המחקר האחרון על ביצועים תרמיים, ניתן למצוא הדרכה טכנית נוספת באמצעות ארגונים כמו FLT:4 האגודה האמריקנית של HeLT, Refrigerererating ו- Air-Conating מהנדסים (FASHing: FASHing: FASHing the 7) ו-FLT5Building the Science (Building the 7FLT5Building the Association)