Tepelný most - Thermal bridge

Distribuce teploty v tepelném mostě
Tento tepelný snímek ukazuje tepelné přemostění výškové budovy (Aqua v Chicago )

A tepelný most, také nazývaný a studený most, tepelný mostnebo tepelný bypass, je oblast nebo součást objektu, která má vyšší tepelná vodivost než okolní materiály,[1] vytvoření cesty nejmenšího odporu pro přenos tepla.[2] Výsledkem tepelných mostů je celkové snížení teplotní odolnost objektu. Termín je často diskutován v kontextu budovy tepelná obálka kde tepelné mosty vedou k přenosu tepla do nebo z upraveného prostoru.

Tepelné mosty v budovách mohou ovlivnit množství energie potřebné k vytápění a chlazení prostoru, způsobit kondenzaci (vlhkost) v plášti budovy,[3] a vést k tepelnému nepohodlí. V chladnějších klimatech (například ve Velké Británii) mohou tepelné tepelné mosty vést k dalším tepelným ztrátám a ke zmírnění vyžadují další energii.

Existují strategie pro omezení nebo prevenci tepelných mostů, jako je omezení počtu stavebních prvků, které se rozprostírají od nepodmíněného do upraveného prostoru, a použití souvislých izolačních materiálů k vytvoření tepelné přestávky.

Pojem

Tepelný most na křižovatce. Teplo se pohybuje od konstrukce podlahy skrz zeď, protože nedochází k tepelnému zlomu.

K přenosu tepla dochází třemi mechanismy: proudění, záření, a vedení.[4] Příkladem přenosu tepla vedením je tepelný most. Rychlost přenosu tepla závisí na tepelné vodivosti materiálu a teplotním rozdílu na obou stranách tepelného mostu. Pokud je přítomen teplotní rozdíl, bude tok tepla sledovat cestu nejmenšího odporu materiálem s nejvyšší tepelnou vodivostí a nejnižším tepelným odporem; tato cesta je tepelný most.[5] Tepelné přemostění popisuje situaci v budově, kde existuje přímé spojení mezi vnějškem a vnitřkem prostřednictvím jednoho nebo více prvků, které mají vyšší tepelnou vodivost než zbytek pláště budovy.

Identifikace tepelných mostů

Geodetické stavby pro tepelné mosty se provádějí pasivně infračervená termografie (IRT) podle Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO). Infračervená termografie budov může umožňovat tepelné podpisy, které indikují úniky tepla. IRT detekuje tepelné abnormality spojené s pohybem tekutin stavebními prvky a zdůrazňuje rozdíly v tepelných vlastnostech materiálů, které odpovídajícím způsobem způsobují významnou změnu teploty. Efekt vrženého stínu, situace, kdy okolní prostředí vrhá stín na fasádu budovy, může vést k možným problémům s přesností měření prostřednictvím nekonzistentního vystavení slunečnímu záření fasády. K řešení tohoto problému lze použít alternativní analytickou metodu, Iterativní filtrování (IF).

Při všech termografických inspekcích budov je interpretace termického obrazu prováděna lidským operátorem, což zahrnuje vysokou úroveň subjektivity a odborných znalostí operátora. Přístupy k automatizované analýze, jako např Laserové skenování technologie mohou poskytovat termální zobrazování na trojrozměrném CAD modelovat povrchy a metrické informace k termografickým analýzám.[6] Údaje o povrchové teplotě ve 3D modelech mohou identifikovat a měřit tepelné nepravidelnosti tepelných mostů a úniky izolace. Termální zobrazování lze získat také pomocí bezpilotní prostředky (UAV), fúze tepelných dat z více kamer a platforem. UAV používá infračervenou kameru ke generování obrazu tepelného pole zaznamenaných hodnot teploty, kde každý pixel představuje radiační energii vyzařovanou povrchem budovy.[7]

Tepelné přemostění ve stavebnictví

Tepelné přemostění se často používá ve vztahu k tepelnému obalu budovy, což je vrstva systému zastřešení budovy, která odolává toku tepla mezi vnitřním kondicionovaným prostředím a vnějším nepodmíněným prostředím. Teplo se bude přenášet tepelnou obálkou budovy různými rychlostmi v závislosti na materiálech přítomných v celé obálce. Přenos tepla bude větší v místech tepelného mostu, než kde existuje izolace, protože je zde menší tepelný odpor.[8] V zimě, kdy je vnější teplota obvykle nižší než vnitřní teplota, teplo proudí ven a bude proudit většími rychlostmi tepelnými mosty. V místě tepelného mostu bude povrchová teplota na vnitřní straně obvodového pláště budovy nižší než okolní oblast. V létě, kdy je vnější teplota obvykle vyšší než vnitřní teplota, proudí teplo dovnitř a vyšší rychlostí tepelnými mosty.[9] To způsobí zimní tepelné ztráty a letní tepelné zisky pro upravené prostory v budovách.[10]

Přes požadavky na izolaci stanovené různými národními předpisy zůstává tepelné přemostění v plášti budovy slabým místem ve stavebním průmyslu. Kromě toho v mnoha zemích implementují postupy navrhování budov dílčí měření izolace předpokládané předpisy.[11] Výsledkem je, že tepelné ztráty jsou v praxi větší, než se předpokládá ve fázi návrhu.

Sestavu, jako je vnější stěna nebo izolovaný strop, obecně klasifikuje a U-faktor ve W / m2· K, která odráží celkovou rychlost přenosu tepla na jednotku plochy pro všechny materiály v sestavě, nejen izolační vrstvu. Přenos tepla tepelnými mosty snižuje celkový tepelný odpor sestavy, což vede ke zvýšení U-faktoru.[12]

Tepelné mosty se mohou vyskytovat na několika místech uvnitř pláště budovy; nejčastěji se vyskytují na spojích mezi dvěma nebo více stavebními prvky. Mezi běžné lokality patří:

  • Spoje od podlahy ke zdi nebo z balkonu na stěnu, včetně spojů mezi deskou a podlahou beton balkony nebo venkovní terasy, které rozšiřují podlahová deska skrz plášť budovy
  • Spoje střecha / strop - stěna, zejména tam, kde nemusí být dosaženo plné hloubky izolace stropu
  • Spoje od okna ke zdi[13]
  • Spoje od dveří ke zdi[13]
  • Spoje od stěny ke stěně[13]
  • Dřevěné, ocelové nebo betonové prvky, jako jsou sloupky a trámy, zabudované do vnější stěny, stropu nebo střechy[14]
  • Zapuštěná svítidla, která procházejí izolovanými stropy
  • Okna a dveře, zejména komponenty rámů
  • Místa se mezerami nebo špatně instalovanou izolací
  • Kovové vazby ve zdech zdiva[14]

Konstrukční prvky zůstávají slabým bodem ve výstavbě, což obvykle vede k tepelným mostům, které mají za následek vysoké tepelné ztráty a nízké povrchové teploty v místnosti.

Zděné budovy

Zatímco tepelné mosty existují v různých typech zastřešení budov, zděné stěny zaznamenat významně zvýšené U-faktory způsobené tepelnými mosty. Porovnávání tepelné vodivosti mezi různými stavebními materiály umožňuje posouzení výkonu ve srovnání s jinými konstrukčními možnostmi. Cihlové materiály, které se obvykle používají pro fasádní pláště, mají obvykle vyšší tepelnou vodivost než dřevo, v závislosti na hustotě cihel a typu dřeva.[15] Beton, který lze použít na podlahy a hranové nosníky ve zděných budovách, je běžným tepelným mostem, zejména v rozích. V závislosti na fyzickém složení betonu může být tepelná vodivost vyšší než tepelná vodivost cihelných materiálů.[15] Kromě přenosu tepla, pokud není vnitřní prostředí dostatečně odvětráno, může tepelné přemostění způsobit, že cihlový materiál absorbuje dešťovou vodu a vlhkost do stěny, což může mít za následek růst plísní a zhoršení materiálu pláště budovy.

Opona

Podobně jako zděné stěny, opláštění může dojít k významnému zvýšení U-faktorů v důsledku tepelného přemostění. Rámy obvodových plášťů jsou často konstruovány z vysoce vodivého hliníku, který má typickou tepelnou vodivost nad 200 W / m · K. Pro srovnání, pruty jsou obvykle mezi 0,68 a 1,25 W / m · K.[15] Hliníkový rám pro většinu konstrukcí obvodových plášťů sahá od exteriéru budovy až do interiéru a vytváří tepelné mosty.[16]

Dopady tepelného přemostění

Tepelné přemostění může mít za následek zvýšenou energii potřebnou k vytápění nebo chlazení upraveného prostoru v důsledku zimních tepelných ztrát a letních tepelných zisků. V interiérech v blízkosti tepelných mostů mohou cestující pociťovat tepelné nepohodlí z důvodu rozdílu teplot.[17] Navíc, když je teplotní rozdíl mezi vnitřním a venkovním prostorem velký a uvnitř je teplý a vlhký vzduch, jako jsou podmínky v zimě, existuje riziko kondenzace v plášti budovy v důsledku nižší teploty na povrchu interiéru na místech tepelného mostu.[17] Kondenzace může v konečném důsledku vést k růstu plísní s následnou špatnou kvalitou vnitřního vzduchu a degradací izolace, což snižuje izolační výkon a způsobuje nekonzistentní fungování izolace v celém tepelném obalu[18]

Metody návrhu pro snížení tepelných mostů

Existuje několik metod, u nichž bylo prokázáno, že snižují nebo vylučují tepelné přemostění v závislosti na příčině, umístění a typu konstrukce. Cílem těchto metod je buď vytvořit a tepelná přestávka kde by se stavební komponenta rozpínala z exteriéru do interiéru, nebo aby se snížil počet stavebních komponent z exteriéru do interiéru. Mezi tyto strategie patří:

  • Kontinuální termální izolace vrstva v tepelné obálce, například s izolací desky z tvrdé pěny[5]
  • Lapování izolace tam, kde není možná přímá kontinuita
  • Zdvojené a střídavé sestavy stěn[19]
  • Strukturální izolované panely (SIP) a Izolační betonové formy (ICF)[19]
  • Snížení faktoru rámování vyloučením zbytečných členů rámování, například u pokročilého rámování[19]
  • Zvýšené patní vazníky na spojích od stěny ke střeše pro zvýšení hloubky izolace
  • Kvalitní izolační instalace bez dutin nebo stlačené izolace
  • Instalace dvojitých nebo trojitých okenních oken s plynovou výplní a vrstvou s nízkou emisivitou[20]
  • Instalace oken s tepelně rozbitými rámy z materiálu s nízkou vodivostí[20]

Analytické metody a výzvy

Vzhledem k jejich významným dopadům na přenos tepla je pro odhad celkové spotřeby energie důležité správné modelování dopadů tepelných mostů. Tepelné mosty jsou charakterizovány vícerozměrným přenosem tepla, a proto je nelze adekvátně aproximovat jednorozměrnými (1D) modely výpočtu v ustáleném stavu, které se obvykle používají k odhadu tepelného výkonu budov ve většině nástrojů pro simulaci energetické účinnosti budov.[21] Rovnoměrné modely přenosu tepla jsou založeny na jednoduchém tepelném toku, kdy je teplo poháněno teplotním rozdílem, který v čase nemění, takže tok tepla je vždy v jednom směru. Tento typ 1D modelu může podstatně podceňovat přenos tepla přes obal, když jsou přítomny tepelné mosty, což má za následek nižší předpokládané využití energie budovy.[22]

Aktuálně dostupná řešení jsou umožnění dvourozměrného (2D) a trojrozměrného (3D) přenosu tepla v modelovacím softwaru nebo častěji použití metody, která převádí vícerozměrný přenos tepla do ekvivalentní 1D komponenty pro použití v stavební simulační software. Této druhé metody lze dosáhnout pomocí metody ekvivalentní stěny, ve které je složitá dynamická sestava, jako je zeď s tepelným mostem, reprezentována 1D vícevrstvou sestavou, která má ekvivalentní tepelné vlastnosti.[23]

Viz také

Reference

  1. ^ Binggeli, C. (2010). Stavební systémy pro návrháře interiérů. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
  2. ^ Gorse, Christopher A. a David Johnston (2012). "Tepelný most", v Oxfordský slovník stavebnictví, zeměměřičství a stavebnictví. 3. vyd. Oxford: Oxford UP, 2012, s. 440-441. Tisk.
  3. ^ Arena, Lois (červenec 2016). „Stavební směrnice pro stěny vysoké hodnoty bez tuhé vnější izolace“ (PDF). NREL.gov. Golden, CO: Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL).
  4. ^ Kaviany, Massoud (2011). Základy přenosu tepla: principy, materiály a aplikace. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN  978-1107012400.
  5. ^ A b „Definice a účinky tepelných mostů []“. passipedia.org. Citováno 2017-11-05.
  6. ^ Previtali, Mattia; Barazzetti, Luigi; Roncoroni, Fabio (24. – 27. Června 2013). "Správa prostorových dat pro energeticky efektivní dovybavení obálek". Výpočetní věda a její aplikace - ICCSA 2013. Přednášky z informatiky. 7971: 608–621. doi:10.1007/978-3-642-39637-3_48. ISBN  978-3-642-39636-6.CS1 maint: formát data (odkaz)
  7. ^ Garrido, I .; Lagüela, S .; Arias, P .; Balado, J. (1. ledna 2018). "Tepelná analýza pro automatickou detekci a charakterizaci tepelných mostů v budovách". Energie a budovy. 158: 1358–1367. doi:10.1016 / j.enbuild.2017.11.031. hdl:11093/1459.
  8. ^ „RR-0901: Tepelná metrika pro vysoce výkonné zdi - omezení hodnoty R“. Building Science Corporation. Citováno 2017-11-19.
  9. ^ Grondzik, Walter; Kwok, Alison (2014). Mechanická a elektrická zařízení pro budovy. John Wiley & Sons. ISBN  978-0470195659.
  10. ^ Larbi, A. Ben (2005). "Statistické modelování přenosu tepla pro tepelné mosty budov". Energie a budovy. 37 (9): 945–951. doi:10.1016 / j.enbuild.2004.12.013.
  11. ^ THEODOSIOU, T. G a A. M PAPADOPOULOS. 2008. „Dopad tepelných mostů na energetickou poptávku budov s konstrukcemi z dvojitých cihel.“ Energie a budovy, č. 11: 2083.
  12. ^ Kossecka, E.; Kosny, J. (2016-09-16). "Ekvivalentní stěna jako dynamický model komplexní tepelné struktury". Journal of Thermal Insulation and Building Envelopes. 20 (3): 249–268. doi:10.1177/109719639702000306. S2CID  108777777.
  13. ^ A b C Christian, Jeffery; Kosny, Jan (prosinec 1995). „Směrem k národnímu štítku s neprůhlednou stěnou“. Sborník Tepelné chování vnějších obálek VI, ASHRAE.
  14. ^ A b Allen, E. a J. Lano, Základy pozemního stavitelství: materiály a metody. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 2009.
  15. ^ A b C Americká společnost pro vytápění, chlazení a klimatizaci (ASHRAE) (2017). Příručka ASHRAE 2017: Základy. Atlanta, GA: ASHRAE. ISBN  978-1939200570.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  16. ^ Totten, Paul E .; O’Brien, Sean M. (2008). "Účinky tepelného přemostění za podmínek rozhraní". Věda a technologie budování skříní.
  17. ^ A b Ge, Hua; McClung, Victoria Ruth; Zhang, Shenshu (2013). „Dopad balkonových tepelných mostů na celkový tepelný výkon vícebytových obytných budov: případová studie“. Energie a budovy. 60: 163–173. doi:10.1016 / j.enbuild.2013.01.004.
  18. ^ Matilainen, Miimu; Jarek, Kurnitski (2002). "Vlhkostní podmínky ve vysoce izolovaných venkovních větraných prostorech s plazením v chladném podnebí". Energie a budovy. 35 (2): 175–187. doi:10.1016 / S0378-7788 (02) 00029-4.
  19. ^ A b C Kalifornská energetická komise (CEC) (2015). Příručka o shodě s obytnými normami pro normy energetické účinnosti budov z roku 2016. Kalifornská energetická komise.
  20. ^ A b Gustavsen, Arild; Grynning, Steinar; Arasteh, Dariush; Jelle, Bjørn Petter; Goudey, Howdy (2011). "Klíčové prvky a výkonnostní cíle materiálu pro vysoce izolační okenní rámy". Energie a budovy. 43 (10): 2583–2594. doi:10.1016 / j.enbuild.2011.05.010. OSTI  1051278.
  21. ^ Martin, K .; Erkoreka, A .; Flores, I .; Odriozola, M .; Sala, J. M. (2011). "Problémy při výpočtu tepelných mostů v dynamických podmínkách". Energie a budovy. 43 (2–3): 529–535. doi:10.1016 / j.enbuild.2010.10.018.
  22. ^ Mao, Guofeng; Johanneson, Gudni (1997). "Dynamický výpočet tepelných mostů". Energie a budovy. 26 (3): 233–240. doi:10.1016 / s0378-7788 (97) 00005-4.
  23. ^ Kossecka, E .; Kosny, J. (leden 1997). "Ekvivalentní stěna jako dynamický model komplexní tepelné struktury". J. Therm. Insul. Stavět. Obálky. 20 (3): 249–268. doi:10.1177/109719639702000306. S2CID  108777777.

externí odkazy