Содержание
1. О RIMA.
2. Введение.
3. Цели.
4. Фундаментальные основы теплопереноса.
4.1. Теплопередача.
4.2. Конвекция.
4.3. Излучение.
5. Потребность в изоляции.
6. Отражающая изоляция.
6.1. Концепция отражающей изоляции.
6.2. Понятие системы отражающей изоляции.
6.3. Типы материалов отражающей изоляции.
6.4. Применение материалов отражающей изоляции.
6.5. Монтаж систем отражающей изоляции.
7. Теплоизоляция.
7.1. Физика теплоизоляции.
7.2. Системы лучевого барьера (RBS).
7.3. Типы материалов лучевого барьера.
7.4. Монтаж теплоизоляции.
7.4.1. Чердаки.
7.4.2. Стены.
7.4.3. Межэтажные перекрытия.
8. Покрытия для изоляции лучевой энергии внутри помещений (IRCC).
8.1. Определение IRCC.
8.2. Физика IRCC.
8.3. Определение системы покрытий для изоляции лучевой энергии (IRCCS).
8.4. Преимущества IRCC.
8.5. Методы установки IRCC.
8.6. Типичные применения IRCC.
8.6.1. Под крышу.
8.6.2. Внутренняя сторона стены.
8.6.3. Внешняя сторона стены.
8.6.4. Другие виды применения - Строительство.
8.7. Другие возможные виды использования IRCC.
9. Глоссарий терминов.
10. Сссылки.
10.1. Обзоры.
10.2. Технические издания.
10.3. Документы.
10.4. ASTM стандарты.
О RIMA
Ассоциация изготовителей отражающей изоляции ("RIMA") - единственная торговая ассоциация, представляющая отражающую изоляцию, теплоизоляцию и теплоизоляционные покрытия. Деятельность RIMA управляется коллегией кандидатов от различных отраслей промышленности, которые участвуют на национальных и местных уровнях в законодательных и правительственных организациях.
RIMA стремится к дальнейшему пониманию и распространению отражающей изоляции, теплоизоляции и теплоизоляционных покрытий. Ниже перечислены издания и информационные бюллетени, которые публикуют многочисленные материалы, написанные членами RIMA:
Builders Magazine, Journal of Light Construction, Popular Mechanics, Popular Science, Architecture Magazine, RSI, Energy Design Update, Contractor’s Guide, Practical Homeowner, Rural Builder, Frame Builder Professional, Metal Construction News, Metal Architecture.
RIMA также представляет техническую документацию на различных конференциях и симпозиумах, проводимых Министерством энергетики, ASHRAE, TVA, ASTM, и Oak Ridge National Laboratory. Члены RIMA встречаются два раза в год на собраниях комитета ASTM C-16, чтобы обсудить текущие технические проблемы и установить стандарты, которые позволяют лучше использовать отражающую изоляцию, теплоизоляционные покрытия, теплоотражающие продукты. Членами RIMA являются представителями различных сфер, инженеры, ученые, производители, торговые организации.
Данный материал – «Настольная книга RIMA» - ставит целью донести в простой форме основные принципы теплопередачи и концепции отражающей изоляции и теплоизоляции.
ВВЕДЕНИЕ
Ключевым моментом в поддержании комфортной температуры в помещении является уменьшение потерь тепла из помещения зимой и снижение притока тепла в помещение летом.
Тепло в замкнутом пространстве распространяется посредством излучения, конвекции и теплопередачи. Цель всей теплоизоляции и лучевых барьеров состоит в том, чтобы уменьшить теплопотери тем самым уменьшить нагрузку на устройства охлаждения и нагревания. Отражающая изоляция, теплоизоляционные покрытия, и лучевые барьеры - изделия, которые выполняют эту функцию, сокращая теплопередачу, таким образом, сокращая потребность в охлаждении и нагреве.
ЦЕЛИ
Затронуть тему передачи тепла, с акцентом на теплоизлучении.
Объяснить основные принципы отражающей изоляции и тепловых барьеров.
Разъяснить различия между этими двумя технологиями: отражающей изоляции и лучистый барьер.
Обеспечить доступную информацию об эффективном использовании отражающей изоляции и теплоизоляции.
Данное руководство не ставит целью быть исключительным источником, а стремится дать основную информацию по отражающей изоляции. Существует большое количество авторитетных публикаций об отражающих технологиях и изделиях. Они внесены в список в пункте 10 – «Дополнения», и рекомендуются для дополнительной информации. Наша цель в данном пункте состоит в том, чтобы сообщить в легкодоступной форме, достоинства отражающих изделий, представленных членами RIMA.
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Теплопередача - прямой тепловой поток через материал, являющийся следствием физического контакта. Передача тепла вызвана молекулярным движением, в котором молекулы передают их энергию смежным молекулам и тем самым увеличивают их температуру. Типичным примером теплопередачи является тепло, переданное от горячего кофе, через чашку, к руке, держащей чашку. Другой пример, как показано выше - содержимое чайника кипит от высокой температуры, переданной от горелки к чайнику. Также, кочерга становится горячей от контакта с горячими углями.
Передача тепла описывается фундаментальным уравнением, в соответствии с законом Фурье:
( Плотность теплового потока ) = k (коэффициент теплопроводности) * (градиент температуры Т)
Коэффициент k называется тепловой проводимостью (теплnтеуопроводностью) и является характеристикой материала, через который проходит тепловой поток, и она изменяется в зависимости от агрегатного состояния вещества и не не зависит от grad T. Теплопроводность типичного здания и материалов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Теплопроводность материалов.
Материал
|
k (Btu/(h.ft2) (°F/ft)
|
Btu *in/ft2*h*°F
|
Опилки
|
0.41
|
2.4
|
Деревянная стружка
|
0.41
|
2.4
|
Изоляция
|
Стандартное стекловолокно
|
0.313
|
3.2
|
Высокопрочное стекловолокно
|
0.263
|
3.8
|
Наполнитель из стекловолокна
|
0.400
|
2.5
|
Наполнитель из мин. ваты
|
0.357
|
2.8
|
Наполнитель из целлюлозы
|
0.270
|
3.7
|
Штампованный полистирол
|
0.263
|
3.8
|
Экструдированный полистирол
|
0.208
|
4.8
|
Газы
|
Воздух
|
0.181
|
5.52
|
Углекислый газ
|
0.113
|
8.85
|
Гелий
|
1.031
|
0.97
|
Метан
|
0.234
|
4.27
|
Жидкости
|
Этиленгликоль
|
1.80
|
0.56
|
Бензин
|
0.94
|
1.06
|
Вода
|
4.19
|
0.24
|
Металлы
|
Аллюминий
|
1404
|
0.0007
|
Медь
|
2636
|
0.0004
|
Железо
|
468
|
0.0021
|
Свинец
|
241
|
0.0041
|
Различные стройматериалы
|
Акустическая плитка
|
0.40
|
2.5
|
Асфальт
|
0.43
|
2.3
|
Плита (D=140 pcf)
|
9.70
|
0.1
|
Хлопок (D=6 pcf)
|
0.42
|
2.4
|
Стекло
|
9.70
|
0.1
|
Грунт (D=130 pcf)
|
3.60
|
0.3
|
Ель
|
0.76
|
1.3
|
Дуб
|
1.18
|
0.8
|
Сосна
|
1.04
|
1.0
|
Фанера
|
0.83
|
1.2
|
КОНВЕКЦИЯ
Конвекция - перемещение тепла в жидкости или воздухе, вызванное движением нагретого воздуха или жидкости. В помещении, теплые воздушные потоки поднимаются, а холодный воздух опускается, создавая замкнутый круг конвекции - это называется свободной конвекцией. Конвекция может также быть вызвана механически (принудительная конвекция) - вентилятором или ветром.
|
Типичные примеры конвекции:
Теплый воздух, поднимающийся от решетки (принудительная конвекция).
Теплый воздух исходит от всей поверхности радиатора (после нагрева воздуха от контакта с радиатором (теплопередача)).
Теплый воздух выходит из трубы (свободная конвекция).
|
При перемещении тепла через твердое тело в воздух, было замечено, что перемещение тепла в воздух происходило не только за счет теплопередачи. Напротив, это произошло частично посредством излучения и частично свободной конвекции. Имеется разница температур между твердотельным источником тепла и средней температурой воздуха. При этом, сопротивление при передаче тепла, не может быть вычислено только через теплопроводность воздуха. Вместо этого, сопротивление должно быть определено экспериментально, измерением поверхностной температуры тела, температуры воздуха, тепла, переданного от тела к воздуху. Вычисленное сопротивление - комбинированное сопротивление трех составляющих - теплопередачи, свободной конвекции, и излучения. Это сопротивление, обозначается символом "R", имеет единицы измерения (hr ft2 °F/Btu) и обычно используется для указания тепловых характеристик материалов изоляции.
ИЗЛУЧЕНИЕ
|
Есть два термина с которыми обычно сталкиваются при обсуждении излучения тепла:
Лучеиспускательная способность (или коэффициент излучения), связанна со способность поверхности материала испускать лучистую энергию. Все материалы имеют коэффициент излучения в пределах от ноля до единицы. Чем ниже коэффициент излучения материала, тем меньше оно излучает. Алюминиевая фольга имеет очень низкий коэффициент излучения, что объясняет ее использование в отражающей изоляции.
Отражательная способность (или коэффициент отражения), связанна с долей поступающей лучистой энергии, которая отражена от поверхности. Коэффициент отражения и коэффициент излучения связаны - и низкий коэффициент излучения показателен для высоко отражающей поверхности. Например, алюминий с коэф. излучения 0.03 имеет коэффициент отражения 0.97
|
Коэффициент излучения различных поверхностей внесена в список в табл. 2.
Таблица 2. Коэффициент излучения материалов.
Материал
|
Коэффициент излучения
|
Асфальт
|
0.90-0.98
|
Алюминиевая фольга
|
0.03-0.05
|
Кирпич
|
0.93
|
Плита
|
0.85-0.95
|
Оргстекло / Целлюлоза
|
0.8-0.90
|
Стекло
|
0.95
|
Железо (полированное)
|
0.06
|
Железо (ржавое)
|
0.85
|
Известняк
|
0.36-0.90
|
Мрамор
|
0.93
|
Краска: белая глянцевая
|
0.80
|
Краска: белая эмаль
|
0.91
|
Краска: черная глянцевая
|
0.80
|
Краска: черная эмаль
|
0.91
|
Бумага
|
0.92
|
Штукатурка
|
0.91
|
Серебро
|
0.02
|
Сталь (мягкая)
|
0.12
|
Дерево
|
0.90
|
ПОТРЕБНОСТЬ В ИЗОЛЯЦИИ
Правильно установленная изоляция уменьшает передачу тепла через здание. В любом месте, где есть разница температур, создается естественный поток тепла от более теплого места к более прохладному месту. Чтобы поддерживать комфорт в зимнее время, потеря тепла должна компенсироваться системой нагрева; и летом, полученное тепло должно быть удалено системой охлаждения. Статистика показывает, что от 50 % до 70 % энергии, используемой в среднестатистическом доме в Соединенных Штатах и Канаде, идет на нагревание и охлаждение. Это не может не наводить на мысль об использовании тепловой изоляции для уменьшения потребления энергии, и в тоже время увеличении комфорта и экономии денег. Кроме этого, уменьшение потребления твердого топлива и других видов энергии, снижает нагрузку на нашу экосистему.
Подводя итоги - теплоизоляция здания, а также кондиционируемых зон дает следующие преимущества:
Обеспечивает гораздо больший комфорт и эффективность здания, устраняя эффекты конденсации влаги и сквозняков. Это ведет к более низким затратам на обслуживание и увеличению долговечности эксплуатации здания.
Уменьшает затраты энергии, снижая этим расходы на отопление или кондиционирование.
Выгодно с точки зрения экономики, окружающей среды и сохранения энергии. Это доказано многочисленными исследованиями, поддержанными Министерством энергетики.
Движение тепла через щели в стенах, между крышей и чердаком, посредством излучения, теплопередачи и конвекции с излучением - основные виды потерь тепла. Отражающая изоляция - эффективный барьер против излучения тепла, потому что она отражает почти все инфракрасное излучение, попадающее на ее поверхность. А за счет герметичной поверхности, отражающая изоляция также уменьшает передачу тепла конвекцией. Массовая изоляция, такая как стекловолокно, целлюлоза или асбест, прежде всего, замедляет поток тепла, устраняя конвекцию. Отражающая же изоляция обеспечивает значительное сокращение излучения тепла, а также конвекции.
КОНЦЕПЦИЯ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Различные типы изоляционных изделий уменьшают тепло, передаваемое посредством теплопроводности, конвекции и излучения, в различной степени. В результате, каждый тип обеспечивает различную тепловую защиту и соответствующие "R" значения. Первичная функция отражающей изоляции - уменьшить передачу излучения тепла внутри открытых площадей, что является существенным вкладом в излишний нагрев летом и потерю тепла зимой. Металлическая фольга с низкой лучеиспускательной способностью (обычно алюминий) на поверхности изделия блокирует до 97 % излучения, и как следствие существенную часть передачи тепла.
Есть много типов материалов, которые уменьшают нагревание и потерю тепла. Некоторые материалы обеспечивают большее сопротивление, чем другие, в зависимости от способа передачи тепла: конвекция, проводимость, или излучение. Большинство материалов изоляции работает на принципе воздушного барьера - газ является хорошим изолятором тепла. Массовая изоляция, подобно стекловолокну, пене, и целлюлозе использует слои стеклянных волокон, пластмассы, и деревянного волокна соответственно, чтобы уменьшить конвекцию и тем самым уменьшить передачу тепла. Эти материалы также уменьшают передачу тепла теплопроводностью из-за присутствия в них воздушных пузырьков. (Однако, эти изделия, подобно большинству строительных материалов, имеют очень высокие показатели передачи излученного тепла.) Эффект теплового отражения попал в поле зрения общественности благодаря окнам повышенной эффективности, которые были названы термином "Изделие с Низкой эмиссионостью (Low E)". Это величина - коэффициент излучения, изменяется "E" в пределах от 0 до 1 (чем ниже значение "E", тем выше эффективность). Большинство строительных материалов, включая стекловолокно, пены и целлюлозу имеют значение "E" более 0.70. Отражающая изоляция обычно имеет значение "E" 0.03. Поэтому отражающая изоляция превосходит другие типы изоляционных материалов по сокращению потока излученного тепла. Термин "отражающая", в отражающей изоляции, употребляется несколько не правильно, потому что алюминий работает либо на отражение тепла (коэфф. отражения 0.97) или, не излучает тепло (коэфф. излучения 0.03). Но при заявлении того или иного показателя - коэфф. отражения или коэфф. излучения - эффективность (передачи тепла) одинаковая. Когда отражающая изоляция установлена в пустотах здания, она удерживает воздух (подобно другим изоляционным материалам) и поэтому уменьшает поток тепла конвекцией, таким образом, устраняя оба способа потери тепла. Во всех случаях отражающий материал должен быть смежен с воздушным пространством. Иначе алюминий, например зажатый между двумя листами фанеры, будет прекрасно проводить тепло не являясь отражающей изоляцией.
ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ (RIS)
Система отражающей изоляции обычно формируется слоями алюминия или материалов с низким коэфф. излучения и прилегающих воздушных пространств, которые в свою очередь обеспечивают высокоотражающие или низкоизлучающие полости, смежные с нагретой областью. Некоторые системы отражающей изоляции также используют другие слои материалов типа бумаги или пластмассы, чтобы формировать дополнительные приложенные воздушные полости. Производительность системы определяется коэффициентом излучения материала, чем ниже тем лучше, и размера прилегающих воздушных пространств. Чем меньше воздушное пространство, тем меньшее количество тепла передается конвекцией. Поэтому, чтобы уменьшить поток тепла посредством конвекции, отражающая изоляция, с ее многократными слоями алюминия и воздушной прослойки, помещается в пустоты здания, (обрешеченная кирпичная кладка, стыки полов, стыки потолка, и т.д.) чтобы разделить большую полость на меньшие воздушные пространства. Эти меньшие, изолированные воздушные пространства уменьшают конвекционный поток тепла. Подобно другой изоляции, отражающая изоляция помечена R - индексом, которым обозначают тепловые качества материала.
Отражающая изоляция отличается от обычной массовой изоляции следующим:
Отражающая изоляция имеет очень низкий коэфф. излучения " E - коэффициент " (обычно 0.03 по сравнению с 0.90 для большинства типов изоляции) таким образом значительно уменьшают передачу излученного тепла.
Отражающая изоляция не имеет существенной массы, чтобы поглощать и сохранять тепло.
Отражающая изоляция, в большинстве случаев, имеет более низкую передачу влажности и нормы влагопоглощения.
Отражающая изоляция изолирует воздух слоями алюминия, бумаги и/или пластмассы в противоположность массовой изоляции, которая использует стекловолокно, частицы пены, или измельченную бумагу.
Отражающая изоляция не раздражают кожу, глаза, или горло и не содержит никакие вещества, которые источают газ.
Изменение в тепловых качествах из-за уплотнения или поглощения влажности - обычное явление для массовой изоляции, но не для отражающей изоляции.
ТИПЫ МАТЕРИАЛОВ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Отражающая изоляция эффективно использовалась в течение десятилетий и доступна во всем мире. Ниже описаны основные типы отражающей изоляции, доступные в настоящее время:
Слой или слои алюминиевой фольги, отделенные слоем или слоями вспененного полиэтилена или пенопласта.
Многократные слои алюминия, крафт-бумаги и/или пластмассы с выемками и фланцами по краю для более легкой установки.
Отдельный слой алюминиевой фольги, прикатанный к крафт-бумажному или пластмассовому материалу.
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Материалы отражающей изоляции предназначены для установки между панелями, или на обрешетку и как следствие, применимы к незаконченным стенам, этажам, и потолкам. Применение отражающей изоляции распространяется на многие коммерческие, сельскохозяйственные и индустриальные области, например панельные деревянные крыши, основания зданий, сараев и другие деревянные структуры. Некоторые области применения перечислены ниже:
Жилые конструкции, новые и модифицируемые.
Стены, основания, этажи, потолки, крыши, и наклонные плоскости.
Коммерческие конструкции, новые и модифицируемые.
Стены, этажи, основания, потолки, крыши, и наклонные плоскости.
Заводские конструкции, новые и модифицируемые.
Стены, этажи, крыши, и наклонные плоскости.
Другие конструкции, новые и модифицируемые.
Чехлы водонагревателей, неотапливаемые склады, птичники и здания для домашнего скота, навесы для оборудования, изоляция труб и вспомогательного оборудования.
Стропила чердака
Типичное применение отражающей изоляции
 
Установка отражающей изоляции в типичном подвальном помещении
МОНТАЖ СИСТЕМ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Системы отражающей изоляции обязательно включают в себя прилегающие воздушные пространства, как часть системы. Эти воздушные пространства могут быть включены в систему при производстве либо при установке. В любом случае, заявленная производительность изоляции достигается только после того, как изделие правильно установлено. Заявленные значения R не будут достигнуты, если изделие не установлено согласно инструкции производителя. Тепловая производительность системы отражающей изоляции изменяется с размером и количеством отражающих областей в полости здания. Наиболее эффективные системы содержат от одного до пяти прилегающих воздушных полостей, как показано на схематичном рисунке ниже.
Схематичное применение отражающей изоляции, установленной между обрешеткой.
 
Воздушные пространства в типичной системе отражающей изоляции.
Есть другие выгодные основания для использования отражающей изоляции. Вообще, эти изделия имеют очень низкую проводимость пара и воздуха. Когда система установлена должным образом, с надежно заклеенными швами, она становится эффективной преградой пару и барьером воздуху и радону.
Так как материалы отражающей изоляции - эффективный барьер для пара, нужно заботиться о том, чтобы они были установлены правильно. Правильная установка зависит от климатических условий и источников влажности. Соответствующая установка подразумевает, что все стыки и швы плотно состыкованы и склеены или заклеены сверху клеящейся лентой. Это уменьшит возможность конденсации влаги в пределах воздушной полости и улучшит ее эффективность.
ФИЗИКА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
"Лучевой барьер" является отражающей/низко-излучающей поверхностью, на поверхности или около компонента здания, который перехватывает поток лучевой энергии по направлению к зданию и от здания.
Лучевой барьер может быть изготовлен из ламинированной алюминиевой фольги, пластиковой пленки, покрытой алюминием, или из другого низкоэммисионного покрытия. Единственное требование - его поверхность должна иметь низкую излучающую и высокую отражающую способность в инфракрасной полосе спектра.
Листы алюминиевой фольги, которые обычно вставляются позади радиаторов в старых зданиях блокирует передачу излученного тепла от радиатора до внешней стены. Невидимое стеклянное покрытие, в окнах с низким E - также лучевой барьер.
Должно быть ясно, что, хотя лучевой барьер уменьшает потерю тепла и поток через оболочку здания, он, сам по себе, не является изоляцией и не имеет никакого собственного R - значения.
СИСТЕМЫ ЛУЧЕВОГО БАРЬЕРА (RBS)
"Система Лучевого барьера" (RBS) - это секция здания, которая включает в себя лучевой барьер с прилегающим к нему воздушным пространством. Чердак с лучевым барьером поверх массовой изоляции на полу, или под крышей - RBS. Вентиляционный кожух с лучевым барьером на поверхности и воздухом внутри - также является RBS.
Различие между лучевым барьером, как "материалом", и лучевым барьером - "системой" не просто академическое. На чердаке, на эффективность лучевого барьера значительно воздействует объем вентиляции чердака. Вентилируемый чердак с лучевым барьером сильно отличается от невентилируемого чердака с тем же самым лучевым барьером.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: общепринятое определение системы лучевого барьера гласит, что отражающий материал соприкасается с открытым воздушным пространством. Идея состоит в том, что лучевой барьер, примыкающий к замкнутому пространству, становится "отражающей изоляцией" с измеримым значением R.
ТИПЫ МАТЕРИАЛОВ ЛУЧЕВОГО БАРЬЕРА
Используются несколько типов отражающих материалов. Хотя они все имеют схожие поверхностные свойства (и следовательно схожую производительность), различия в материалах есть результат существенных различий относительно прочности, долговечности, горючести и водо- и паропроницаемости.
Большинство коммерчески доступных изделий делятся на три главных категории:
Фольгированые ламинаты – фольга прикатанная к крафт-бумаге, пластиковым пленкам, или к ДСП/фанере кровельного покрытия.
Алюминизированные (металлизированные) пластиковые пленки - тонкий слой алюминиевых частиц, осаженных на пленке через вакуумный процесс.
Отражающие Краски/Покрытия - жидкости, которые уменьшают коэффициент излучения поверхности, на которую они нанесены.
МОНТАЖ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
|
