Сияющий барьер - Radiant barrier
Лучистой барьер представляет собой тип строительного материала , который отражает тепловое излучение и уменьшает передачу тепла . Поскольку тепловая энергия также передается за счет теплопроводности и конвекции , помимо излучения, лучистые барьеры часто дополняются теплоизоляцией, которая замедляет теплопередачу за счет теплопроводности или конвекции.
Излучающий барьер отражает тепловое излучение (лучистое тепло), предотвращая передачу с одной стороны барьера на другую из-за отражающей поверхности с низким коэффициентом излучения . В строительстве эта поверхность обычно представляет собой очень тонкую, похожую на зеркало алюминиевую фольгу. На фольгу может быть нанесено покрытие для защиты от элементов или для устойчивости к истиранию. Лучистая преграда может быть одно- или двухсторонней. Односторонний излучающий барьер может быть прикреплен к изоляционным материалам , таким как полиизоцианурат , жесткий пенопласт, пузырчатая изоляция или ориентированно-стружечная плита (OSB). Светоотражающая лента может быть приклеена к полосам излучающего барьера, чтобы сделать ее непрерывной пароизоляцией, или, в качестве альтернативы, излучающий барьер может быть перфорирован для пропускания пара.
Отражательная способность и излучательная способность
Все существующие материалы испускают или излучают энергию тепловым излучением в результате своей температуры. Количество излучаемой энергии зависит от температуры поверхности и свойства, называемого излучательной способностью (также называемой « излучательной способностью »). Коэффициент излучения выражается числом от нуля (0) до единицы (1) на данной длине волны. Чем выше коэффициент излучения, тем больше излучаемое излучение на этой длине волны. Связанное с этим свойство материала - это отражательная способность (также называемая «отражательной способностью»). Это мера того, сколько энергии отражается материалом на данной длине волны. Отражательная способность также выражается числом от 0 до 1 (или в процентах от 0 до 100). При данной длине волны и угле падения значения излучательной способности и отражательной способности в сумме равны 1 по закону Кирхгофа .
Материалы радиационного барьера должны иметь низкий коэффициент излучения (обычно 0,1 или меньше) на длинах волн, на которых они, как ожидается, будут работать. Для типичных строительных материалов длины волн находятся в среднем и длинном инфракрасном спектре , в диапазоне от 3 до 15 микрометров.
Излучающие барьеры могут иметь или не обладать высокой визуальной отражающей способностью. В то время как коэффициент отражения и коэффициент излучения должны быть в сумме равными 1 на данной длине волны, коэффициент отражения на одном наборе длин волн (видимый) и коэффициент излучения на другом наборе длин волн (термический) не обязательно суммируются с 1. Таким образом, можно создать видимый темный цвет. поверхности с низким коэффициентом теплового излучения.
Для правильной работы излучающие барьеры должны быть обращены к открытому пространству (например, воздуху или вакууму), через которое в противном случае могло бы проходить излучение.
История
В 1860 году французский ученый Жан Клод Эжен Пекле экспериментировал с изоляционным эффектом металлов с высокой и низкой эмиссией, обращенных к воздушным пространствам. Пекле экспериментировал с широким спектром металлов, от олова до чугуна, и пришел к выводу, что ни цвет, ни визуальное отражение не являются значимыми определяющими факторами в характеристиках материалов. Пекле рассчитал снижение в БТЕ для поверхностей с высоким и низким излучением, обращенных в различные воздушные пространства, и обнаружил преимущества лучистого барьера в снижении передачи тепла.
В 1925 году два немецких предпринимателя Шмидт и Дайкерхофф подали заявку на патенты на отражающие поверхности для использования в качестве изоляции зданий, потому что недавние усовершенствования технологии позволили алюминиевой фольге с низким коэффициентом излучения стать коммерчески жизнеспособной. Это стало стартовой площадкой для создания излучающего барьера и отражающей изоляции по всему миру, и в течение следующих 15 лет только в США были установлены миллионы квадратных футов излучающего барьера. В течение 30 лет лучистый барьер делал себе имя и был включен в проекты Массачусетского технологического института в Принстоне и в резиденцию Фрэнка Синатры в Палм-Спрингс, Калифорния.
Приложения
Исследование космоса
Для программы Apollo НАСА помогло разработать тонкую алюминиевую фольгу, которая отражала 95% лучистого тепла. Металлизированная пленка использовалась для защиты космических кораблей, оборудования и космонавтов от теплового излучения или для сохранения тепла при экстремальных колебаниях температуры в космосе. Алюминий был покрыт вакуумом до тонкой пленки и нанесен на основу десантных аппаратов Apollo. Он также использовался во многих других проектах НАСА, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба и Skylab . В космическом вакууме , где температура может колебаться от -400 до 250 ° F (от -240 до 120 ° C), передача тепла происходит только за счет излучения, поэтому лучистый барьер намного эффективнее, чем на Земле, где 5% до 45% теплопередачи все еще может происходить за счет конвекции и теплопроводности, даже если установлен эффективный излучающий барьер. Радиантный барьер является сертифицированным космическим фондом космических технологий (TM). Радиантный барьер был занесен в Зал славы космической техники в 1996 году.
Текстиль
С 1970-х годов листы металлизированного полиэстера, называемые космическими одеялами, стали коммерчески доступны в качестве средства для предотвращения переохлаждения и других травм в холодную погоду. Благодаря своей прочности и легкому весу эти одеяла популярны для выживания и оказания первой помощи. После марафона можно увидеть толпы людей, закутанных в светоотражающую металлизированную пленку, особенно при очень низких температурах, например, во время ежегодного марафона в Нью-Йорке, который проходит осенью.
Обработка окон
Стекло окон может иметь покрытие для достижения низкого коэффициента излучения или «low-e». В некоторых окнах используется многослойная полиэфирная пленка, где по крайней мере один слой металлизирован с помощью процесса, называемого напылением . Распыление происходит, когда металл, чаще всего алюминий, испаряется и через него пропускается полиэфирная пленка. Этот процесс можно регулировать, чтобы контролировать количество металла, который в конечном итоге покрывает поверхность пленки.
Эти металлизированные пленки наносятся на одну или несколько поверхностей стекла, чтобы противостоять передаче лучистого тепла, однако пленки настолько тонкие, что пропускают видимый свет. Поскольку тонкие покрытия хрупкие и могут быть повреждены под воздействием воздуха и влаги, производители обычно используют окна с несколькими стеклами. Хотя пленки обычно наносят на стекло во время производства, некоторые домовладельцы могут сами нанести некоторые пленки. Срок службы оконных пленок домовладельцев обычно составляет 10–15 лет.
Строительство
Крыши и чердаки
Когда лучистая солнечная энергия попадает на крышу, нагревая кровельный материал (черепицу, черепицу или кровельные листы) и обшивку крыши за счет теплопроводности, это заставляет нижнюю сторону поверхности крыши и каркас крыши излучать тепло вниз через пространство крыши (чердак / потолок). полость) в сторону мансардного этажа / верхней поверхности потолка. Когда на чердачном этаже между кровельным материалом и изоляцией помещается излучающий барьер, большая часть тепла, излучаемого горячей кровлей, отражается обратно в сторону крыши, а низкая излучательная способность нижней стороны излучающего барьера означает очень мало излучаемого тепла. испускается вниз. Это делает верхнюю поверхность изоляции более прохладной, чем она была бы без излучающего барьера, и, таким образом, снижает количество тепла, которое проходит через изоляцию в расположенные ниже помещения.
Это отличается от стратегии холодной крыши, которая отражает солнечную энергию до того, как она нагреет крышу, но и то, и другое являются средствами уменьшения лучистого тепла. Согласно исследованию Центра солнечной энергии Флориды, холодная крыша из белой черепицы или белого металла может превзойти традиционную черную черепичную крышу с излучающим барьером на чердаке, но черная черепичная крыша с излучающим барьером превзошла холодную крышу из красной черепицы.
При установке излучающего барьера под металлической или черепичной крышей излучающий барьер (блестящей стороной вниз) НЕ следует наносить непосредственно на кровельную обшивку, поскольку большая площадь контакта снижает эффективность металлической поверхности как источника излучения с низким уровнем излучения. Поверх указанной обшивки могут быть прикреплены вертикальные рейки (также известные как обрешетки); тогда поверх обрешетки можно положить OSB с лучистым барьером. Обрешетка обеспечивает больше места для воздуха, чем конструкция без обрешетки. Если воздушное пространство отсутствует или слишком мало, тепло будет проводиться от лучистого барьера в основание, что приведет к нежелательному ИК-ливню на нижних участках. Напомним, что древесина является плохим изолятором и поэтому проводит тепло от радиационного барьера к нижним поверхностям указанной древесины, где она, в свою очередь, отводит тепло, испуская ИК-излучение. По данным Министерства энергетики США, «для обеспечения эффективности светоотражающая изоляция и излучающие барьеры должны иметь воздушное пространство, прилегающее к световозвращающему материалу».
Наиболее распространенное применение лучистого барьера - это облицовка чердаков. Для традиционной черепичной / черепичной / железной кровли излучающие барьеры могут быть применены под стропилами или фермами и под настилом крыши. При этом методе нанесения излучающие барьерные листы задрапированы под стропилами, образуя небольшое воздушное пространство наверху с излучающим барьером, обращенным ко всему внутреннему чердачному пространству внизу. Светоотражающий ламинат из фольги - это продукт, обычно используемый в качестве барьерного листа для лучистого излучения.
Другой метод применения излучающего барьера на крыше в новом строительстве - это использование излучающего барьера, который предварительно ламинирован на панели OSB или кровельную обшивку. Производители этого метода установки часто рекламируют экономию трудозатрат при использовании продукта, который одновременно служит настилом крыши и лучистым барьером.
Чтобы установить излучающий барьер на существующем чердаке, излучающий барьер может быть прикреплен скобами к нижней стороне стропил крыши. Этот метод предлагает те же преимущества, что и метод драпировки, за счет наличия двойных воздушных пространств. Однако важно, чтобы вентиляционные отверстия оставались открытыми, чтобы влага не попадала на чердак. В общем, предпочтительно, чтобы излучающий барьер был прикреплен БЛЕСТЯЩЕЙ СТОРОНОЙ ВНИЗ к нижней стороне крыши с воздушным пространством, обращенным вниз; таким образом, пыль не победит его, как это было бы в случае с барьером С БЛЕСТЯЩЕЙ СТОРОНОЙ ВВЕРХ.
Последний метод установки лучистого барьера на чердаке - это укладывать его поверх утеплителя на чердаке. Хотя этот метод может быть более эффективным зимой, в этом случае есть несколько потенциальных проблем, которые Министерство энергетики США и Международная ассоциация производителей светоотражающей изоляции считают необходимым решить. Во-первых, здесь всегда следует использовать воздухопроницаемый лучистый барьер. Обычно это достигается за счет небольших отверстий в фольге радиационного барьера. Скорость паропроницаемости излучающего барьера должна составлять не менее 5 пермь, как измерено с помощью ASTM E96 , и влажность изоляции должна быть проверена перед установкой. Во- вторых, продукт должен соответствовать требуемой распространение пламени, который включает в себя ASTM E84 с ASTM E2599 методом. Наконец, этот метод позволяет пыли накапливаться на верхней поверхности излучающего барьера, потенциально снижая эффективность со временем.
Экономия энергии
Согласно исследованию 2010 года, проведенному в рамках Программы исследований ограждающих конструкций Национальной лаборатории Ок-Ридж, дома с воздуховодами для кондиционирования воздуха, работающие на чердаках в самых жарких климатических зонах, таких как Глубокий Юг США , могли бы получить наибольшую выгоду от вмешательства излучающего барьера. , с ежегодной экономией на счетах за коммунальные услуги до 150 долларов, в то время как дома в более мягком климате, например, в Балтиморе, могут сэкономить примерно половину от их южных соседей. С другой стороны, если на чердаке нет воздуховодов или воздухообрабатывающих устройств, годовая экономия может быть намного меньше: примерно от 12 долларов в Майами до 5 долларов в Балтиморе. Тем не менее, лучистый барьер все же может помочь улучшить комфорт и снизить пиковую нагрузку на кондиционирование воздуха.
Температура черепицы
Одно из распространенных заблуждений относительно излучающего барьера состоит в том, что тепло, отражающееся от излучающего барьера обратно на крышу, может повысить температуру крыши и, возможно, повредить черепицу. Тестирование производительности, проведенное Флоридским центром солнечной энергии, показало, что повышение температуры в самое жаркое время дня не превышало 5 градусов по Фаренгейту. Фактически, это исследование показало, что лучистый барьер может снизить температуру крыши после захода солнца. вниз, потому что это предотвратило потерю тепла через крышу. RIMA International написала технический документ по этому поводу, в который вошли заявления, полученные от крупных производителей кровли, и ни один из них не сказал, что излучающий барьер каким-либо образом повлияет на гарантию на черепицу.
Накопление пыли на чердаке
При укладке излучающего барьера поверх изоляции на чердачном этаже возможно скопление пыли на верхней стороне. Многие факторы, такие как размер частиц пыли, состав пыли и количество вентиляции на чердаке, влияют на то, как накапливается пыль и, таким образом, на конечные характеристики лучистого барьера на чердаке. Исследование, проведенное Управлением долины Теннесси, механически нанесло небольшое количество пыли на излучающий барьер и не обнаружило значительного эффекта при тестировании производительности. Тем не менее, TVA сослался на предыдущее исследование, в котором говорилось, что радиационный барьер может собирать столько пыли, что его отражательная способность может быть уменьшена почти вдвое. Неправда, что двусторонний лучистый барьер на чердачном этаже невосприимчив к пыли. В исследовании TVA также тестировались двусторонний излучающий барьер с черным пластиком, задрапированный сверху, чтобы имитировать сильное скопление пыли, а также односторонний излучающий барьер с плотной крафт-бумагой сверху. Испытание показало, что излучающий барьер не работает, и небольшие воздушные пространства, образованные между выступами изоляции, недостаточны для блокировки лучистого тепла.
Стены
Сияющий барьер можно использовать как вентилируемую обшивку снаружи стены. На обшивку нанесены полосы для создания вентилируемого воздушного пространства между излучающим барьером и сайдингом, а сверху и снизу используются вентиляционные отверстия, позволяющие конвективному теплу естественным образом подниматься на чердак. Если снаружи используется кирпич, то уже может быть вентилируемое воздушное пространство, и полосы для обшивки не нужны. Обертывание дома излучающим барьером может привести к снижению требований к тоннажу системы кондиционирования воздуха на 10–20% и сэкономить как энергию, так и затраты на строительство.
Полы
Отражающая фольга, изоляция из пузырчатой фольги и излучающие барьеры известны своей способностью отражать нежелательное солнечное излучение в жарком климате при правильном применении. Светоотражающая пленка изготавливается из алюминиевой фольги с различными подложками, такими как рубероид, крафт-бумага, пластиковая пленка, полиэтиленовые пузыри или картон. Светоотражающая пузырчатая фольга - это в основном пластиковая пузырчатая пленка с отражающим слоем фольги и относится к классу изоляционных материалов, известных как излучающая фольга. Отражающая изоляция из пузырьков / фольги - это в первую очередь излучающие барьеры, а системы светоотражающей изоляции работают за счет уменьшения притока лучистого тепла. Чтобы быть эффективной, отражающая поверхность должна быть обращена в воздушное пространство, также накопление пыли на отражающей поверхности снизит ее отражающую способность. Излучающий барьер следует устанавливать таким образом, чтобы свести к минимуму накопление пыли на отражающей поверхности.
Излучающие барьеры более эффективны в жарком климате, чем в более холодном / холодном климате (особенно когда каналы охлаждающего воздуха расположены на чердаке). Когда солнце нагревает крышу, это в первую очередь солнечная лучистая энергия, которая делает крышу горячей. Большая часть этого тепла проходит через кровельные материалы к чердачной стороне крыши. Затем горячий кровельный материал излучает полученную тепловую энергию на более прохладные поверхности чердака, включая воздуховоды и чердачный этаж. Излучающий барьер уменьшает лучистую теплопередачу от нижней стороны крыши к другим поверхностям чердака. Некоторые исследования показывают, что излучающие барьеры могут снизить затраты на охлаждение на 5-10% при использовании в теплом солнечном климате. Уменьшение притока тепла может даже позволить использовать меньшую систему кондиционирования воздуха. Однако в прохладном климате обычно более рентабельно установить дополнительную теплоизоляцию, чем добавить излучающий барьер.
Как Министерство энергетики США (DOE, Департамент энергоэффективности и возобновляемых источников энергии), так и Министерство природных ресурсов (NRCAN) заявляют, что эти системы не рекомендуются для холодного или очень холодного климата.
Канада
Считается, что в Канаде холодный климат, поэтому эти продукты не работают так, как рекламируются. Хотя они часто продаются как предлагающие очень высокие изоляционные свойства, для излучающих изоляционных материалов нет специального стандарта, поэтому будьте осторожны с опубликованными отзывами и заявлениями производителей о тепловых характеристиках. Исследования показали, что изоляционная способность отражающей пузырчатой фольги и излучающих барьеров может варьироваться от RSI 0 (R-0) до RSI 0,62 (R-3,5) на толщину материала. Исследование, проведенное CMHC (Canada Mortgage & Housing Corporation) на четырех домах в Париже, ON, показало, что характеристики пузырчатой фольги аналогичны неизолированному полу. Он также выполнил анализ затрат и выгод, и соотношение затрат и результатов составило от 12 до 13 долларов на кубический метр RSI.
Эффективная изоляционная способность зависит от количества прилегающих мертвых воздушных пространств, слоев фольги и места их установки. Если фольга ламинирована с изоляцией из жесткого пенопласта, общий коэффициент теплоизоляции получается путем прибавления RSI пенопластовой изоляции к RSI мертвого воздушного пространства и фольги. Если нет воздушного пространства или прозрачного пузырькового слоя, значение RSI пленки равно нулю.