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知識問答

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輕型木結構的保溫隔熱性能咋樣?

引言

俗話說:“一個人的家就是他的城堡”,不過說實話,舊時的城堡又冷又漏風?,F今的家居則是舒適的港灣,具備高效運轉的中央采暖系統和保溫隔熱效果良好的建筑圍護結構。冬季,我們靠房子的墻體和屋頂保暖,酷暑炎夏,則靠他們隔熱。如今人們在買房時需要的是能夠節能,并具有很高的保溫隔熱性能的房子??紤]到能耗的成本和環境影響,“減少能耗”已成為人們追求的目標。

 

保溫性能

在溫和的氣候條件下,幾乎百分之二十的總能耗用于住宅采暖、制冷和照明。

 

熱傳遞的定義

熱始終從溫暖的區域向寒冷的區域移動。冬季,熱從屋內通過建筑物圍護結構流向屋外,夏季,則從屋外流向屋內。我們不可能完全阻止熱流出入建筑物,但可以綜合采用阻止熱流動的各種材料,最大限度#降低熱流動。熱傳遞方式有以下幾種:

1.傳導是在固體材料分子受到材料一側熱源的激發時發生的。這些分子將能量(熱)傳送到材料的冷側。傳導主要通過建筑物的基礎和框架構件發生。熱流速率取決于所用的材料。

2.對流是指空氣流動,空氣受熱后變稀上升,冷空氣被吸入來填補熱空氣移動后所出現的空間。

3.輻射是在一個物體通過釋放熱波向另一個物體傳熱時發生的。例如,太陽產生輻射能,為地球供熱。輻射可影響建筑物的表面溫度,但主要通過玻璃門窗影響采暖條件。

4.氣流可攜帶熱空氣或冷空氣,這取決于建筑物的內外的壓差以及建筑物圍護結構的漏氣狀況。雖然漏氣有時可導致對流,但也能直接通過小孔進入墻體和屋頂。這可能會將水蒸汽帶入墻體的空腔,導致冷凝。

這四種傳熱傳遞方式都會對建筑物造成影響。但在建筑結構緊密的建筑物中,熱損失大多通過建筑構件的傳導而發生。要最大限度地提高能效,建筑的構件必須采用能阻止熱傳導的框架材料設計,并且必須包括連續氣密層、隔熱材料和防潮層,以防止通過建筑物圍護結構發生空氣泄漏。

 

氣密層是指限制空氣進出建筑物圍護結構的一層膜,目的是控制由于不受控制的空氣泄漏而發生的熱損失,同時也可確保不會講多余潮氣帶入墻體或屋頂的孔隙。

在一般框架結構中,在管線、通風口和管道穿過外墻和天花板的地方,可能會發生空氣泄漏。所采用的氣密層必須堅固耐用,連續包繞整個建筑物圍護結構,而且還應正確施工,以便抵抗因風、換氣和空氣運動而產生的壓差。例如,將0.15毫米的聚乙烯薄膜放置在框架結構內側,堵住縫隙,用石膏板緊固到位,即構成氣密層。

在較冷的氣候條件下,可以同時使用內部的聚乙烯薄膜和外部的“墻衣”薄膜。這是因為,聚乙烯氣密層也是一種蒸汽阻隔層,而外部“墻衣”材料同時也是一種防潮層。在寒冷的條件下,蒸汽阻隔層設在阻熱層的溫暖的一層,防止蒸汽通過內墻或天花板飾面擴散,然后再墻體或天花板構件中冷凝。

在比較寒冷的氣候條件下,由于聚乙烯膜會留住墻體構件內的潮氣,所以不應用于房屋外部。而“墻衣”型材料并不是一種蒸汽阻隔層,因而可適用于房屋外部。

放置在墻體、屋頂或地板空腔內的隔熱材料可減低從熱區域向冷區域的熱傳遞速率。其效能基礎是降低通過材料中氣孔而發生的熱傳導,并且通過保持氣孔微小來減少對流。普通隔熱材料可采用各類材質制造,其中包括礦物質或玻璃纖維以及膨脹發泡材料。

防潮層是放置在外墻面板上的一層薄膜,可充當保護圍護結構免受風雨雪侵襲的第一道防線。在某些情況下,這還包括“墻衣”型薄膜或用作氣密層的其他材料,但這種薄膜必須連續覆蓋在墻體上,而且孔隙周圍須安裝防水板,以確保排水暢通。

若采用保溫隔熱性能差的構件,其顯而易見的后果就是為建筑物采暖和制冷所需的能耗增加。除對環境的不利影響外,增加能耗也增加了建筑物業主在建筑物使用壽命內所需持續負擔的成本。因此必須運用恰當的設計手段,來提高建筑物的能效和耐久性。

 

木材:天然絕熱材料

由于木材的蜂窩狀結構具有數以百萬計的小氣孔,所以木材是一種天然隔熱材料。因為材料的熱傳導性隨其相對密度的增加而增加,所以木材的保溫性能優于密度高的材料。

針葉材的保溫性能是相同厚度的玻璃纖維棉隔熱層的一半,但卻是混凝土和磚石的10倍左右,實心鋼材的400倍。然而,盡管木材的隔熱性能在主要框架結構材料中時最好的,木結構技術確是基于包括墻體、屋蓋、樓蓋結構中有效隔熱材料共同作用的結果。

 

節能與輕型木結構建筑

建筑物節能包含兩個方面:實體能耗和運行能耗。

實體能耗

建筑物的“實體能耗”是指在原料獲取、加工、制造、運往現場和建筑施工中所消耗的能源。初始實體能耗由兩部分組成:一是直接能耗,即建造建筑產品并將其運到施工現場以及建造房屋時所使用的能耗;二是間接能耗,即加工、運輸、轉換燃料和能源并將其交付到使用點所耗用的能源。

建筑物種的循環實體能耗表示,在建筑物使用壽命周期內用于維護、修理、修復、翻新或更換各種材料、部件或系統時所消耗的不可再生能源。

運行能耗

通過降低建筑物的運行能耗來滿足節能之需,這一點已成為全世界的共識。

通過采用隔熱性和氣密性很高的建筑物圍護結構系統、高性能窗戶、高能效采暖、制冷和水暖設備、低能照明和節能家用電器,可以大大提高住宅和商業建筑的運行能效。

增強建筑物基礎、墻體和頂蓋以及隔熱門窗的保溫性能,也有利于大大降低建筑物的運行能耗。但是,這些都要求采用更多具有較高實體能耗的材料。

 

低保溫性能的效應

鋼墻骨柱墻體上的鬼印記

鬼印記是出現在外墻內側框架上方的難看的垂直印記。它產生的原因是朝哥哥方向不斷運動的浮塵粉粒從暖空氣中吸收能量的速度高于從冷墻吸收能量的速度。因此,塵粒就被推向冷墻表面。

在木結構墻體等表面溫度均勻的墻體上,由于塵埃在墻體表面上均勻散開,因此,粉塵聚集不明顯。但在帶冷點的墻體上,比如鋼結構墻體,粉塵在較冷區域的集聚速度較快,因而會出現明顯的鬼印記。

每當墻體表面溫差超過1.8℃時,就會出現鬼印記,并且,當鋼墻骨柱比墻體空腔的溫度低4.5℃以上時,就會出現嚴重的變色現象。

室內空氣質量

霉菌是多數家庭的主要室內污染物。在濕度較大的房屋內,局部的冷表面可在經歷最初數月寒冷之后,造成嚴重的霉變問題。減少冷點的辦法是在鋼結構構件的外部放置隔熱材料,以減少霉變的可能ing,從而降低對健康的不利影響。

建筑成本的提高

鋼結構需要在外部增加發泡保溫層,才能達到句結構系統所能達到的熱阻值。另外,門窗邊框等需要加長,這同樣也提高了成本。

能源要求和環境成本的提高

鋼框架的保溫性能較低,導致建筑物采暖和制冷所需要的能耗增加。由此所造成的環境影響則轉化為必須由社會承擔的成本。這種成本通過各種形式體現出來,如空氣污染加劇、二氧化碳排放量增加,以及對不可再生礦物燃料用量增加。

使用發泡保溫板來提高鋼結構構件保溫性能的做法也增加了其環境成本。發泡保溫板采用不可再生的礦物燃料制成。在制造某些類型的發泡板過程中,會產生氫氟碳,這會引起臭氧耗竭,而且能耗很大。例如,生產100平方米的25毫米硬質發泡保溫板,即覆蓋120平方米的平方所需的發泡保溫材料,大約需要耗電1600千瓦時(度)。

 

木結構和鋼結構系統保溫性能的總結

1.對純墻的實驗室研究表明,鋼結構墻體的保溫性能顯著低于木結構墻體;

2.實測研究表明,鋼結構房屋的保溫性能低于實驗室試驗的預期結構;

3.通過計算機建模表明,與門窗和角落等形成交接的建筑結構特征,對鋼結構墻體保溫性能的負面影響大于類似的木結構的墻體,這也是實驗室研究和實測研究存在差異的原因;

4.鋼結構需要在框架外部增加額外的隔熱層,才能達到木結構構件所能達到的熱阻值。

鋼結構房屋如不采用額外的保溫層,則采暖和制冷費用都要增加,墻壁上會出現鬼印記,室內空氣質量也會由于霉變加劇而變化。

 

與鋼材和混凝土相比,木材由于其獨特的蜂窩結構而具有出色的隔熱性能能。因此,在建筑圍護結構設計中,木結構經由熱傳導而損失的熱量低于其他建筑材料。

還有,當木結構與適當的施工技術及包括保溫層、氣密層和防潮層等材料相結合使用時,空氣泄漏現象可降至最低,從而減低房屋在壽命周期內的凈能耗。

此外,木材是唯一可再生的建筑材料,木材產品的生產可減少對工業能耗的要求,減少對地球環境的影響。同時,輕型木結構建筑也很堅固、安全、保溫隔熱性能好,具有很好的成本效益。


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