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Comprendere il Bridging termico in costruzione d'acciaio a freddo
L'acciaio a forma di freddo (CFS) è diventato un pilastro del moderno impianto di illuminazione grazie al suo elevato rapporto resistenza-peso, alla stabilità dimensionale e alla resistenza all'umidità, al fuoco e ai parassiti. La sua adozione in edifici commerciali, multifamiliari e istituzionali continua a crescere. Tuttavia, una sfida persistente che colpisce direttamente un edificio & rsquo; l'uso di energia operativa è
I dettagli di connessione utilizzati per aderire ai membri CFS sono spesso trascurati durante la modellazione energetica o le recensioni di progettazione di buste. Tuttavia questi collegamenti — se si tratta di clip strutturali, giunti di traccia a zero, canali di collegamento o bracing— può mitigare o esacerbare l'efficienza termica.
La scienza del flusso di calore attraverso connessioni in acciaio
Il trasferimento di calore nelle buste di costruzione avviene attraverso tre meccanismi: conduzione, convezione e radiazione. Per i gruppi CFS, la conduzione attraverso i membri dell'acciaio è la preoccupazione principale. Un tipico assemblaggio di parete CFS ha una cavità riempita di isolamento, e le borchie stesse sono separate dalla guaina interna ed esterna di copertura da bordo di gesso o altre finiture.
La gravità della separazione termica dipende dalla ] conducibilità termica del materiale, la area trasversale[] del ponte, e la differenza di temperatura []] si può ridurre notevolmente i dettagli del taglio [[[FLT-5]]]] attraverso l'assemblaggio.
I ricercatori del Laboratorio Nazionale di Ridge Oak e di altre istituzioni hanno quantificati questi effetti utilizzando test di hot-box protetti e analisi di elementi finiti. Il loro lavoro mostra che la trasmissione lineare ] (Psi-valore) di una connessione può essere alta come 0,04 a 0,10 W/(m·K) per giunzioni non trattate, mentre le aziende termiche di 60 sono in grado di ridurre i dati di taglio che
Tipi di connessione CFS Dettagli e loro prestazioni termiche
Collegamenti a bullone e a vite
Le connessioni a bullone e arrotolate sono il metodo più comune per unire i membri CFS. In una tipica parete incorniciata, le viti penetrano nella flangia e tracciano il web o la flangia. Poiché la vite stessa è in acciaio conduttivo, crea un piccolo punto di ponte termico. Tuttavia, l'impatto complessivo di una singola vite è minimo quando considerato in isolamento. Il problema si pone quando più viti vengono utilizzate lungo una linea continua in acciaio, come un binario, come un binario che si tratti di una lunghezza densa, un', un', un', un', un', un', un'altra, un'altra, un', un', un', un'altra, un', un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra, un'altra,
Per affrontare questo problema, i progettisti possono utilizzare ] rondelle termiche] in nylon o in fibra di vetro. Questi componenti aumentano la resistenza termica al punto di penetrazione. Mentre il miglioramento per vite è piccolo, l'effetto cumulativo attraverso un grande assemblaggio può essere significativo.
Collegamenti saldati
I collegamenti saldati sono meno comuni nel concomitanza CFS in campo, ma appaiono in pannelli prefabbricati e truffe pesanti. Una saldatura crea un legame metallurgico continuo tra due pezzi di acciaio, che è un ponte termico quasi perfetto. I giunti saldati possono condurre il calore ancora più efficiente di quelli bulloni perché non c'è spazio esterno o guarnizione.
Una strategia è quella di progettare il collegamento in modo tale che la saldatura venga posta al di fuori della busta termica primaria e ad esempio, sul lato esterno di un angolo di scaffale che viene fissato a una colonna attraverso uno spacer isolato. Il contatto in acciaio-acciaio attraverso la saldatura è poi all'esterno, mentre il lato bullone ha una rottura termica.
Clip e connettori con interruzioni termiche integrate
I connettori CFS pregiati con interruzioni termiche integrate sono ora ampiamente disponibili. Questi prodotti sono tipicamente costituiti da una clip in acciaio attaccata a un blocco o pad non conduttivo (comunemente in polietilene ad alto peso molecolare, polimero rinforzato in fibra di vetro o nylon). La clip collega il membro strutturale principale ad un componente secondario & mdash; per esempio, un angolo di scaffale esterno che supporta un impiatore di mattoni.
I test di settore del Consorzio ]Cold-Formed Steel Research Consortium] e altri hanno dimostrato che questi clip possono ridurre la trasmissione lineare di una connessione del 70% rispetto ad una staffa in acciaio solido. Inoltre, molti di questi prodotti sono dotati di guarnizioni integrate per la tenuta dell'aria, che si rivolgono sia alla perdita d'aria che alla saldatura termica simultaneamente.
Tracce e canali continui vs. Discontinui
Una fonte importante di collegamento termico nelle pareti CFS è la parte superiore e inferiore che scorre continuamente lungo il pavimento e il soffitto. Queste tracce sono spesso in acciaio pesante e possono agire come un bus di calore, trasferendo calore interno al bordo esterno della parete. Per combattere questo, i progettisti hanno sviluppato sistemi di traccia discontinua dove la pista è tagliata in segmenti più brevi, con ogni segmento di rottura rigida
Un altro approccio è quello di utilizzare un binario che permette di muoversi verticalmente (per il movimento differenziale tra i piani) mentre la pista stessa è termicamente rotta con un inserto in polimero rinforzato a fibra. Questi sistemi sono particolarmente comuni in edifici multi-story dove la funzione di stack-up del movimento deve essere alloggiata senza compromettere la copertura termica.
Collegamento per il collegamento a bordo e il supporto
I muri esterni CFS spesso richiedono un collegamento orizzontale o diagonale per resistere ai carichi sismici e a vento. I canali di collegamento tradizionali funzionano continuamente attraverso le scanalature in borchie, creando un altro lungo percorso in acciaio attraverso la cavità isolata. Questo può essere un significativo ponte termico, soprattutto nelle pareti con borchie profonde (ad esempio, 8 pollici o 10 pollici profondità).
Per le pareti di taglio che richiedono pannelli di lamiera d'acciaio solidi (ad esempio, fogli di acciaio 18-ga o 16-ga attaccati a borchie), il pannello stesso è una grande, superficie conduttiva continua. In tali casi, l'unico modo per mitigare il bordo termico è quello di posizionare il pannello di taglio sul lato caldo dell'isolamento o di avvolgerlo con isolamento esterno continuo di spessore sufficiente per ridurre la perdita di calore attraverso l'acciaio.
Strategie di progettazione per l'ottimizzazione dell'efficienza energetica attraverso la connessione Dettagli
1. Implementazione Insulation continua (ci) sull'esterno
Uno dei modi più efficaci per mitigare il collegamento termico da qualsiasi dettaglio di connessione è quello di posizionare l'isolamento continuo all'esterno del concomitamento CFS. Questo strato agisce come una rottura termica per tutti gli elementi in acciaio che penetrano nella cavità robusta. Lo spessore del ci è tipicamente determinato dalla zona climatica e dal valore R‐5 complessivo richiesto.
Quando ci viene utilizzato, l'impatto termico delle connessioni diventa meno critico perché l'isolamento copre le punte d'acciaio. Tuttavia, clip o staffe che attaccano il rivestimento o l'impiallacciatura ancora penetrano lo strato ci. In questo caso, il dettaglio di connessione deve essere progettato per ridurre al minimo l'area di penetrazione.
2. Incorpora i sistemi di barre dell'aria ai punti di connessione
I raggi tra i membri dell'acciaio, specialmente nelle sovrapposizioni o negli attacchi di clip, possono permettere l'aria condizionata di sfuggire e di infiltrarsi in aria condizionata. Specificare un fluid-applied o la barriera di aria a membrana] che si estende sulle flange di connessione ed è sigillato all'interfaccia di isolamento è essenziale.
La lastra di tenuta dell'aria alla base della parete dove la pista inferiore incontra la la lastra del pavimento è un'altra posizione critica. Il divario tra la pista e la lastra dovrebbe essere riempito con un nastro di schiuma compressa o un sigillante elastomerico che fornisce anche un certo valore isolante.
3. Utilizzare l'ottimizzazione strutturale per ridurre la densità d'acciaio
Il minor numero di elementi in acciaio che penetrano nel piano di isolamento, il più basso è il collegamento termico efficace. Un modo per ridurre la densità di acciaio è quello di aumentare la spaziatura a robustezza[ da 16 pollici al centro a 24 pollici, utilizzando acciaio ad alta portata per mantenere la capacità strutturale.
Un'altra strategia emergente è ]composito design[[] dove le borchie in acciaio sono utilizzate in combinazione con materiali di guaina strutturale (ad esempio, OSB o compensato con cinghie in acciaio) per ridurre il numero di componenti in acciaio.
4. Specificare i sistemi di connessione a due fasi
Per esempio, una clip in acciaio si attacca alla struttura principale utilizzando un bullone con una manica di nylon che impedisce il contatto in acciaio-acciaio al foro. Poi, una staffa secondaria tiene il rivestimento o l'isolamento, ed è collegata al primo clip attraverso uno stallo polimerico. Questi sistemi possono raggiungere valori Psi molto bassi mentre ancora i carichi di trasferimento possono dominare ponti termici di notevole valore.
I produttori europei hanno portato lo sviluppo di tali sistemi e molti sono ora disponibili in Nord America. Il costo in anticipo è superiore a una semplice staffa in acciaio, ma il risparmio energetico rispetto alla vita degli edifici & rsquo; la vita, soprattutto nei climi più freddi, può fornire un rapido rientro.
Realizzazione pratica e conformità al codice
La maggior parte delle strategie sopra descritte possono essere implementate modificando i dettagli standard esistenti. Ad esempio, la sostituzione di un angolo di acciaio continuo con una serie di clip termicamente rotte è un piccolo cambiamento nei disegni del negozio ma produce un miglioramento misurabile nel valore R-value. Analogamente, specificare una traccia scanalata con un inserto di rottura termica piuttosto che una traccia standard aggiunge un costo minimo.
Per verificare le prestazioni, i team di progetto dovrebbero richiedere rapporti di test termici dai produttori di connessione. Molte aziende forniscono valori Psi derivati da modelli di elementi finiti o da test di hot-box sorvegliati. Questi valori possono essere collegati a un software di simulazione energetica di costruzione intera (ad esempio, EnergyPlus, IESVE, o WUFI) per confrontare l'impatto energetico dei dettagli di connessione alternativi.
È anche importante coordinare con l'ingegnere strutturale per garantire che i materiali di rottura termica scelti abbiano una resistenza e una rigidità adeguate. I materiali polimerici possono strisciare sotto carico sostenuto o ammorbidire a temperature elevate, quindi il design strutturale dovrebbe tenere conto di questi fattori. I produttori forniscono curve di protezione del carico e valutazioni della temperatura che dovrebbero essere esaminate.
Conclusione: Il ruolo dei dettagli di connessione in buste ad alta efficienza
L'efficienza energetica di un edificio in acciaio a forma di freddo non è determinata esclusivamente dal valore R dell'isolamento o dalla tenuta dell'involucro. I dettagli di connessione tra i componenti in acciaio svolgono un ruolo altrettanto critico controllando il collegamento termico alle interfacce dove il flusso termico è più intenso.
L'industria dell'edilizia si sta muovendo verso standard di prestazioni più elevate e i dettagli di connessione non sono più un ripensamento. Sono parte integrante del design della busta termica. Architetti, ingegneri e appaltatori che investono il tempo nell'ottimizzazione di questi collegamenti non solo raggiungeranno le bollette di energia più basse e le emissioni di carbonio ridotte, ma creeranno anche edifici più resistenti, confortevoli e durevoli.
Per ulteriori letture sulle prestazioni termiche dei gruppi CFS, consultare la nota tecnica SFIA “Minimizzare il Bridging termico nelle pareti in acciaio a freddo ” e il manuale dei fondamenti ASHRAE, capitolo 27.