Сәулелік тосқауыл: Ыстықтан қорғау материалы

Кіріспе

Радиациялық кедергі – жылу сәулесін кері шағылыстырып, жылу беруді азайтатын құрылыс материалының бір түрі. Жылу энергиясы сәулеленумен қатар, өткізгіштік және конвекция арқылы да берілетіндіктен, радиациялық кедергілер көбінесе жылу өткізгіштік немесе конвекция арқылы жылу беруді баяулататын жылу оқшаулағыштармен бірге қолданылады. Радиациялық кедергі жылу сәулесін (радиациялық жылуды) шағылыстырады, шағылыстыратын және төмен эмиссиялық бетінің арқасында кедергінің бір жағынан екінші жағына жылудың өтуіне кедергі келтіреді. Құрылыста мұндай бет әдетте өте жұқа, айнадай алюминий фольгасы болып табылады. Фольга элементтерге немесе тозуға төзімділік үшін жабыла алады. Радиациялық кедергі бір немесе екі жақты болуы мүмкін. Бір жақты радиациялық кедергі полиизоцианурат, қатаң көбік, көпіршікті оқшаулау немесе бағытталған талшықты тақта (OSB) сияқты оқшаулағыш материалдарға бекітілуі мүмкін. Шағылыстырушы лентаны радиациялық кедергі жолақтарына жабыстырып, оны үздіріссіз бу кедергісіне айналдыруға болады, немесе керісінше, будың өтуі үшін радиациялық кедергі тесіктелген болуы мүмкін.

Жарық шашыру және сәуле шығару

Барлық материалдар температурасына байланысты жылу сәулесін шығарады немесе эмиссиялайды. Сәулеленген энергияның мөлшері беткі температураға және эмиссивтілік деп аталатын қасиетке (сонымен қатар "эмитенция" деп те аталады) байланысты. Эмиссивтілік белгілі бір толқын ұзындығында нөл мен бір арасындағы сан ретінде беріледі. Эмиссивтілік неғұрлым жоғары болса, сол толқын ұзындығында эмиссияланған сәуле де соғұрлым жоғары болады. Материалдың осымен байланысты қасиеті – шағылыстырылу (немесе "рефлективтілік"). Бұл материалдың белгілі бір толқын ұзындығында қанша энергияны шағылыстыратынының өлшемі. Шағылыстырылу да 0 мен 1 арасындағы сан ретінде (немесе 0 мен 100 арасындағы пайыздық көрсеткіш) беріледі. Кирхгоф заңы бойынша, белгілі бір толқын ұзындығы мен түсу бұрышында эмиссивтілік пен шағылыстырылу мәндерінің қосындысы 1-ге тең. Радиациялық кедергі материалдарының жұмыс істеуі күтілетін толқын ұзындығында төмен эмиссивтілікке (әдетте 0,1 немесе одан да төмен) ие болуы керек. Типтік құрылыс материалдары үшін толқын ұзындығы 3-15 микрометр аралығындағы орта және ұзақ инфрақызыл спектрде болады. Радиациялық кедергілер жоғары көрінетін шағылыстыруға ие болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін. Шағылыстырылу мен эмиссивтілік белгілі бір толқын ұзындығында 1-ге тең болуы керек, бірақ шағылыстырылудың бір толқын ұзындығында (көрінетін) және эмиссивтіліктің басқа толқын ұзындығында (жылулық) қосындысы 1-ге тең болуы міндетті емес. Сондықтан, төмен жылулық эмиссивтілігі бар қара түсті беттерді жасауға болады. Радиациялық кедергілердің тиімді жұмыс істеуі үшін олар ашық кеңістікке (мысалы, ауа немесе вакуумға) қарауы керек, әйтпесе сәулелену болады.

Тарих

1860 жылы француз ғалымы Жан-Клод Эжен Пекле ауа кеңістігіне қаратылған жоғары және төмен эмиссиялық қасиеттері бар металдардың жылу оқшаулағыш әсерін зерттеді. Пекле қалайдан бастап, шойынға дейінгі металдардың алуан түрлерін сынап көрді және материалдардың тиімділігін анықтауда түс пен көзге көрінетін шағылыстыру маңызды факторлар емес деген қорытындыға келді. Пекле әртүрлі ауа кеңістіктеріне қаратылған жоғары және төмен эмиссиялық беттер үшін BTU есебін жасап, жылу беруді азайтудағы сәулелі кедергінің пайдасын анықтады. 1925 жылы екі неміс кәсіпкері Шмидт пен Дайкерхофф ғимараттарды оқшаулау үшін жарық шағылыстыратын беттерге патент алды, себебі технологияның жаңа жетістіктері төмен эмиссиялық алюминий фольгасын коммерциялық тұрғыдан қолдануға мүмкіндік берді. Бұл сәулелі кедергілер мен жарық шағылыстыратын оқшаулаудың бүкіл әлемде дамуына бастама берді, және келесі 15 жылдың ішінде АҚШ-та ғана миллиондаған шаршы фут сәулелі кедергі орнатылды. Металданған пленка ғарыш кемелерін, жабдықтарды және астронавттарды жылу сәулесінен қорғауға немесе ғарыштағы температураның күрт өзгеруі кезінде жылуды сақтауға пайдаланылды. Жылу беру тек сәулелену арқылы жүзеге асса, сәулелі кедергі Жердегіден гөрі әлдеқайда тиімді, себебі Жерде жылу берудің 5%-дан 45%-ға дейін конвекция және өткізгіштік арқылы жүруі мүмкін, тіпті тиімді сәулелі кедергі қолданылған жағдайда да. Сәулелі кедергі.

Терезелерді өңдеу

Терезе шынысын төмен эмиссиялық қасиетке немесе "төмен e" қасиетке ие ету үшін жабуға болады. Кейбір терезелерде кемінде бір қабаты металлданған ламинатталған полиэстерленген пленка қолданылады. Пыпырылу процесі металлдың, көбінесе алюминийдің, булануы және полиэстерленген пленканың осы бу арқылы өтуі кезінде пайда болады. Бұл процесті пленка бетін жабатын металл мөлшерін бақылау үшін реттеуге болады. Бұл металлданған пленкалар шынының бір немесе бірнеше бетіне сәулелі жылудың берілуіне қарсы тұру үшін жабыстырылады, бірақ пленкалар соншалықты жұқа болғандықтан, көрінетін жарықты өткізеді. Жұқа жабындардың нашар болуы мүмкін екендігіне және ауа мен ылғалға ұшырағанда зақымдануы мүмкін екендігіне байланысты, өндірушілер көбінесе көп қабатты терезелерді пайдаланады. Пленкалар әдетте өндіріс кезінде шыныға жабыстырылады, бірақ кейбір пленкаларды үй иелері өздері жабыстыруға болады. Үй иелері қолданған терезе пленкаларының қызмет ету мерзімі әдетте 10–15 жылды құрайды деп күтіледі.

Шатырлар мен төбелер

Күн сәулесі шатырға түсіп, шатыр материалдарын (шатыр қабыршақтары, плиткалары немесе төбе табақтарын) және шатыр қаптамасын өткізгіштік арқылы қыздырады. Бұл шатырдың төменгі жағы мен шатыр конструкциясының жылуды сәулелену арқылы төбе кеңістігіне (мансарда / төбе қуысы) қарай, мансарда еденіне / жоғарғы төбе бетіне дейін таралуына себеп болады. Шатыр материалы мен мансарда еденіндегі жылу оқшаулағышы арасына сәулелі тосқауыл орнатылғанда, ыстық шатырдан сәулеленген жылудың көп бөлігі шатырға кері шағылысады және сәулелі тосқауылдың төменгі жағының төмен эмиссиялық қасиеті жылудың өте аз бөлігінің төмен қарай сәулеленуіне әкеледі. Бұл жылу оқшаулағышының жоғарғы бетін сәулелі тосқауылсыз болғаннан салқын етеді, соның салдарынан жылудың оқшаулағыш арқылы төмендегі бөлмелерге өтуі азаяды. Бұл күн энергиясын шатырды қыздыру алдында шағылыстыратын салқын шатыр стратегиясынан өзгеше, бірақ екеуі де сәулелі жылуды азайтуға бағытталған шаралар. Флорида Күн Энергиясы Орталығының зерттеуіне сәйкес, ақ плиткалы немесе ақ металл салқын шатыр, мансардада сәулелі тосқауыл бар қара шиферлі шатырдан жақсы нәтиже береді, бірақ сәулелі тосқауыл бар қара шиферлі шатыр қызыл плиткалы салқын шатырдан артық тиімді. Металл немесе плиткалы шатыр астына сәулелі тосқауыл орнату үшін, сәулелі тосқауылдың (жарық жағы төмен қаратылып) шатыр қаптамасына тікелей жабыстырылмауы керек, себебі үлкен жанасу ауданы металл беттің төмен эмиссиялық қасиетін төмендетеді. Шатыр қаптамасының үстіне тік брустар (немесе жарғыш жолақтар) орнатылуы мүмкін, содан кейін брустардың үстіне сәулелі тосқауыл бар OSB панельдері қойылуы мүмкін. Брустар брустарсыз салысқанда көбірек ауа кеңістігін қамтамасыз етеді. Егер ауа кеңістігі болмаса немесе тым кішкентай болса, жылу сәулелі тосқауылдан төменгі конструкцияға өтеді, нәтижесінде төменгі аймақтардағы жағымсыз инфрақызыл сәуле пайда болады. Ағаш нашар оқшаулағыш екенін есіңізде ұстаңыз, сондықтан ол жылуды сәулелі тосқауылдан ағаштың төменгі бетіне өткізеді, онда ол өз кезегінде инфрақызыл сәуле шығару арқылы жылуды шашады. АҚШ Энергетика министрлігінің мәліметінше, "Сәулелі оқшаулау және сәулелі тосқауыл өнімдері тиімді болуы үшін сәулелі материалға жақын ауа кеңістігі болуы керек".

When radiant solar energy strikes a roof, heating the roofing material (shingles, tiles or roofing sheets) and roof sheathing by conduction, it causes the underside of the roof surface and the roof framing to radiate heat downward through the roof space (attic / ceiling cavity) toward the attic floor / upper ceiling surface. When a radiant barrier is placed between the roofing material and the insulation on the attic floor, much of the heat radiated from the hot roof is reflected back toward the roof and the low emissivity of the underside of the radiant barrier means that very little radiant heat is emitted downwards. This makes the top surface of the insulation cooler than it would have been without a radiant barrier and thus reduces the amount of heat that moves through the insulation into the rooms below. This is different from the cool roof strategy which reflects solar energy before it heats the roof, but both are means of reducing radiant heat. According to a study by Florida Solar Energy Center, a white tile or white metal cool roof can outperform traditional black shingle roof with a radiant barrier in the attic, but the black shingle roof with radiant barrier outperformed the red tile cool roof. For installing a radiant barrier under a metal or tile roof, the radiant barrier (shiny side down) should NOT be applied directly over the roof sheathing, because high contact area reduces the efficacy of the metallic surface as low emitter. Vertical battens (aka firring strips) may be applied atop said sheathing; then OSB with radiant barrier may be put atop the battens. The battens allow more air space than construction without battens. If an air space is not present or is too small, heat will conduct from the radiant barrier, into substructure, resulting in unwanted IR shower on lower regions. Wood, be reminded, is a poor insulator and therefore conducts heat from the radiant barrier to lower surfaces of said wood, where it, in turn, sheds heat by emitting IR radiation. According to the US Department of Energy, “Reflective insulation and radiant barrier products must have an air space adjacent to the reflective material to be effective.”

Сәулелі тосқауылдың ең көп қолданылатын жері – мансардалар. Дәстүрлі шиферлік/плиткалық/темір шатыр үшін сәулелі тосқауылдар бөренелер немесе конструкциялар астына және шатыр қаптамасының астына орнатылуы мүмкін. Бұл әдісте сәулелі тосқауыл қабаттары бөренелердің немесе конструкциялардың астына жабылады, жоғарыда шағын ауа кеңістігі жасалады, ал сәулелі тосқауыл төмендегі мансарда кеңістігіне қарай беткейімен орналасады. Жарық сәулесін шағылыстыратын ламинат – сәулелі тосқауыл қабаты ретінде қолданылатын өнім. Жаңа құрылыстағы шатырға сәулелі тосқауылдарды орнатудың тағы бір әдісі – OSB панельдеріне немесе шатыр қаптамасына алдын ала ламинатталған сәулелі тосқауылдарды қолдану. Бұл әдісті қолданушы өндірушілер бір мезгілде шатыр қаптамасы және сәулелі тосқауыл ретінде қызмет ететін өнімді пайдалану арқылы еңбек шығындарын үнемдеуді ұсынады. Бар мансардаға сәулелі тосқауыл орнату үшін, сәулелі тосқауыл шатыр бөренелерінің төменгі жағына тікелей бекітілуі мүмкін. Бұл әдіс ауа кеңістігін қамтамасыз ету тұрғысынан жабылатын әдіспен бірдей артықшылықтарды ұсынады. Алайда, ылғалдың мансардада тұтқындалып қалуына жол бермеу үшін желдеткіштер ашық күйде қалуын қамтамасыз ету қажет. Жалпы, сәулелі тосқауылды шатырдың төменгі жағына, жарық жағы төмен қаратылып, ауа кеңістігімен орнату ұсынылады, осылайша шаң оның тиімділігін төмендетпейді, егер жарық жағы жоғары қаратылса, ондай жағдай туындауы мүмкін. Мансардаға сәулелі тосқауыл орнатудың соңғы әдісі – оны мансарда еденіндегі жылу оқшаулағышының үстіне жабу. Бұл әдіс қыста тиімдірек болуы мүмкін, бірақ бұл қолданбаның кейбір әлеуетті мәселелері бар, АҚШ Энергетика министрлігінің мәліметінше, ең ыстық климаттық аймақтардағы, мысалы АҚШ-тың оңтүстігіндегі, ауа баптау жүйесі бар үйлер сәулелі тосқауыл шараларынан ең көп пайда көреді, жылдық коммуналдық төлемдер бойынша 150 долларға дейін үнемдеуге мүмкіндік бар, ал климаты жұмсақ аймақтардағы үйлер, мысалы Балтимор, оңтүстік көршілерінен шамамен жартысына дейін үнемдеуі мүмкін. Ал егер мансардада ауа жүйесі немесе ауа өңдегіші болмаса, жылдық үнемдеу тіпті аз болуы мүмкін, Майамиде 12 доллардан Балтиморда 5 долларға дейін. Дегенмен, сәулелі тосқауыл жайлылықты арттыруға және ауа баптау жүктемесінің ең жоғары деңгейін азайтуға көмектеседі.

The most common application for a radiant barrier is as a facing for attics. For a traditional shingle/tile/iron roof, radiant barriers may be applied beneath the rafters or trusses and under the roof decking. This application method has the radiant barrier sheets draped beneath the trusses of rafters, creating a small air space above with the radiant barrier facing into the entire interior attic space below. Reflective foil laminate is a product commonly used as the radiant barrier sheet. Another method of applying radiant barrier to the roof in new construction is to use a radiant barrier that is pre laminated to OSB panels or roof sheathing. Manufacturers of this installation method often tout the savings in labor costs in using a product that serves as roof decking and radiant barrier in one. To apply radiant barrier in an existing attic, a radiant barrier may be stapled to the underside of the roof rafters. This method offers the same benefits as the draped method in that dual air spaces are provided. However, it is essential that the vents be allowed to remain open to prevent moisture from being trapped in the attic. In general, it is preferred to have the radiant barrier applied SHINY SIDE DOWN to the underside of the roof with an air space facing down; thus dust won't defeat it, as would be the case of a SHINY SIDE UP barrier. The final method of installing a radiant barrier in an attic is to lay it over the top of the insulation on the attic floor. While this method can be more effective in the winter there are a few potential concerns with this application, which the US Department of Energy homes with air conditioning duct work in the attic in the hottest climate zones, such as in the US Deep South, could benefit the most from radiant barrier interventions, with annual utility bill savings up to $150, whereas homes in milder climates, e. g., Baltimore, could see savings about half those of their southern neighbors. On the other hand, if there are no ducts or air handlers in the attic, the annual savings could be even much less, from about $12 in Miami to $5 in Baltimore. Nevertheless, a radiant barrier may still help to improve comfort and to reduce the peak air conditioning load.

Шеңбер температурасы

Жарық кедергісі туралы жиі кездесетін жаңылыс пікір – жарық кедергісінен кері шағылысқан жылу шатырдың температурасын арттырып, мүмкін шатыр жапқыштарына зиян келтіруі мүмкін. Флорида Күн энергетикалық орталығының сынақ нәтижелері көрсеткендей.

Шатырдағы шаң жиналуы

Күмбез еденінің жылу оқшаулағысына сәулелі кедергіні жапқан кезде, оның үстіңгі бетінде шаң жиналуы мүмкін. Шаң бөлшектерінің мөлшері, шаңның құрамы және шатырдағы желдетудің деңгейі сияқты көптеген факторлар шаңның жиналу әсерін анықтайды, соның салдарынан шатырдағы сәулелі кедергінің тиімділігіне де әсер етеді. Теннесси аймағының жүргізген зерттеуі (https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase_4716.pdf) сәулелі кедергіге аз мөлшерде шаңды механикалық түрде жағып, тиімділігін сынағанда едәуір әсерін байқамады. Дегенмен, TVA бұрынғы зерттеуге сілтеме жасады, онда сәулелі кедергі соншалықты көп шаң жинауы мүмкін екендігі айтылды, оның шағылысу қабілеті жартысына жуық төмендеуі мүмкін. Күмбездегі екі жақты сәулелі кедергі шаң жиналу мәселесіне төзімді деген пікір дұрыс емес. TVA зерттеуіне сәйкес, Америка Құрама Штаттарының Энергетика департаменті (DOE, Энергия тиімділігі және жаңаруға қабілетті энергия департаменті) және Табиғи ресурстар министрлігі (NRCAN) бұл жүйелерді суық немесе өте суық климатта қолдану ұсынылмайды.

Канада

Канада суық климатты ел ретінде танылады, сондықтан бұл өнімдер жарнамаланғандай тиімді жұмыс істемейді. Олар көбінесе өте жоғары жылу оқшаулау қасиеттерін ұсынады деп сатылады, бірақ сәулелі жылу оқшаулау өнімдері үшін белгілі бір стандарт жоқ. Сондықтан, жарияланған клиенттердің пікірлеріне және өндірушілердің жылу өнімділігі туралы мәлімдемелеріне күдікпен қараңыз. Зерттеулер көрсеткендей, көпіршікті қабатты және сәулелі кедергі жасайтын оқшаулау материалдарының жылу оқшаулау көрсеткіші материалдың қалыңдығына байланысты RSI 0 (R 0) -ден RSI 0,62 (R 3,5) дейін өзгеруі мүмкін. CMHC (Канаданың ипотекалық және тұрғын үй корпорациясы) Париждегі төрт үйде жүргізген зерттеуде, бұл материалдың жұмысы оқшауланбаған еденмен шамалас екені анықталды. Сондай-ақ, шығын-пайда талдауы жүргізілді, онда RSI бір текше метріне шығын-пайда арақатынасы 12-13 долларға тең болды. Тиімді жылу оқшаулау көрсеткіші іргелес ауа қуыстарының санына, фольга қабаттарына және олардың орналасқан жеріне байланысты. Егер фольга қатаң көбік оқшаулағышына жабыстырылған болса, жалпы жылу оқшаулау көрсеткіші көбік оқшаулағышының RSI көрсеткішіне, ауа қуысының және фольганың RSI көрсеткіштерін қосу арқылы есептеледі. Егер ауа қуысы немесе көпіршік қабаты болмаса, пленканың RSI көрсеткіші нөлге тең болады.