Введение

Радиационный барьер – это тип строительного материала, отражающий тепловое излучение и снижающий теплопередачу. Поскольку тепловая энергия передается также посредством теплопроводности и конвекции, помимо излучения, радиационные барьеры часто дополняют теплоизоляцией, замедляющей теплопередачу посредством теплопроводности или конвекции. Радиационный барьер отражает тепловое излучение (лучистое тепло), предотвращая его передачу с одной стороны барьера на другую благодаря отражающей поверхности с низкой излучательной способностью. В строительстве такая поверхность обычно представляет собой очень тонкую, зеркальную алюминиевую фольгу. Фольга может быть покрыта для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям или к истиранию. Радиационный барьер может быть односторонним или двусторонним. Односторонний радиационный барьер может крепиться к изоляционным материалам, таким как полиизоцианурат, жесткий пенополистирол, пузырчатая изоляция или ориентированно-стружечная плита (OSB). Отражающую ленту можно приклеивать к полосам радиационного барьера для создания сплошного пароизоляционного слоя, либо радиационный барьер можно перфорировать для обеспечения паропроницаемости.

Отражаемость и эмиссивность

Все существующие материалы излучают энергию в виде теплового излучения вследствие своей температуры. Количество излучаемой энергии зависит от температуры поверхности и свойства, называемого излучательной способностью (также называемой "эмитантностью"). Излучательная способность выражается числом от нуля до единицы на заданной длине волны. Чем выше излучательная способность, тем больше излучается энергии на этой длине волны. Связанным свойством материала является отражательная способность (также называемая "отражательностью"). Это мера того, какая часть энергии отражается материалом на заданной длине волны. Отражательная способность также выражается числом от 0 до 1 (или в процентах от 0 до 100). При заданной длине волны и угле падения значения излучательной и отражательной способности в сумме равны 1 согласно закону Кирхгофа. Материалы для радиационных барьеров должны обладать низкой излучательной способностью (обычно 0,1 или меньше) на длинах волн, в диапазоне которых они должны функционировать. Для типичных строительных материалов эти длины волн находятся в среднем и длинноволновом инфракрасном спектре, в диапазоне 3–15 микрометров. Радиационные барьеры могут обладать как высокой, так и низкой визуальной отражательной способностью. Хотя отражательная и излучательная способности должны в сумме давать 1 при заданной длине волны, отражательная способность в одном диапазоне длин волн (видимом) и излучательная способность в другом диапазоне длин волн (тепловом) не обязательно должны в сумме давать 1. Следовательно, возможно создание визуально тёмных поверхностей с низкой тепловой излучательной способностью. Для эффективной работы радиационные барьеры должны быть обращены в открытое пространство (например, воздух или вакуум), через которое в противном случае происходило бы излучение.

История

В 1860 году французский ученый Жан-Клод Эжен Пекле экспериментировал с изолирующим эффектом металлов с высокой и низкой излучательной способностью, обращенных к воздушным зазорам. Пекле исследовал широкий спектр металлов, от олова до чугуна, и пришел к выводу, что ни цвет, ни визуальная отражающая способность не являются значимыми определяющими факторами в эффективности материалов. Пекле рассчитал снижение тепловых единиц (BTU) для поверхностей с высокой и низкой излучательной способностью, обращенных в различные воздушные зазоры, и обнаружил преимущества радиационного барьера в снижении теплопередачи. В 1925 году два немецких предпринимателя Шмидт и Дайкерхофф подали заявки на патенты на отражающие поверхности для использования в качестве строительной изоляции, поскольку недавные технологические усовершенствования сделали коммерчески доступной алюминиевую фольгу с низкой излучательной способностью. Это послужило отправной точкой для радиационных барьеров и отражающей изоляции по всему миру, и в течение следующих 15 лет миллионы квадратных футов радиационных барьеров были установлены только в США. Металлизированная пленка использовалась для защиты космических аппаратов, оборудования и астронавтов от теплового излучения или для сохранения тепла при экстремальных колебаниях температуры в космосе. Теплопередача в космосе происходит исключительно посредством излучения, поэтому радиационный барьер гораздо эффективнее, чем на Земле, где от 5% до 45% теплопередачи может происходить посредством конвекции и теплопроводности, даже при использовании эффективного радиационного барьера. Радиационный барьер.

Очистка окон

Стекло окон может быть покрыто для достижения низкой излучательной способности, или "низкоэмиссионного" (low-e) стекла. В некоторых окнах используется ламинированная полиэфирная пленка, при этом как минимум один слой металлизирован с помощью процесса, называемого магнетронным распылением. Магнетронное распыление происходит, когда металл, чаще всего алюминий, испаряется, и полиэфирная пленка пропускается через этот пар. Этот процесс можно регулировать для контроля количества металла, которое в конечном итоге покрывает поверхность пленки. Эти металлизированные пленки наносятся на одну или несколько поверхностей стекла для сопротивления передаче теплового излучения, однако пленки настолько тонкие, что пропускают видимый свет. Поскольку тонкие покрытия хрупкие и могут быть повреждены при контакте с воздухом и влагой, производители обычно используют многокамерные стеклопакеты. Хотя пленки обычно наносятся на стекло в процессе производства, некоторые пленки могут быть доступны для самостоятельного нанесения домовладельцами. Ожидается, что пленки, нанесенные домовладельцами, прослужат 10–15 лет.

Крыши и чердаки

Когда солнечная энергия падает на крышу, нагревая кровельный материал (шингл, черепицу или кровельные листы) и обрешетку крыши посредством теплопроводности, это заставляет нижнюю сторону крыши и стропильную систему излучать тепло вниз через пространство под крышей (чердак / потолочную полость) к полу чердака / верхней поверхности потолка. Когда радиационный барьер размещается между кровельным материалом и изоляцией на полу чердака, большая часть тепла, излучаемого горячей крышей, отражается обратно к крыше, а низкая излучательная способность нижней стороны радиационного барьера означает, что очень мало тепла излучается вниз. Это делает верхнюю поверхность изоляции прохладнее, чем она была бы без радиационного барьера, и, следовательно, уменьшает количество тепла, проходящего через изоляцию в помещения внизу. Это отличается от стратегии "холодной крыши", которая отражает солнечную энергию до нагрева крыши, но оба способа направлены на снижение теплового излучения. Согласно исследованию Флоридского центра солнечной энергетики, белая черепица или белая металлическая "холодная крыша" могут превосходить традиционную черную шингльную крышу с радиационным барьером на чердаке, но черная шингльная крыша с радиационным барьером превзошла красную черепичную "холодную крышу". Для установки радиационного барьера под металлической или черепичной крышей радиационный барьер (блестящей стороной вниз) НЕ следует прикреплять непосредственно к обрешетке крыши, поскольку большая площадь контакта снижает эффективность металлической поверхности как низкоизлучателя. Можно установить вертикальные рейки (или обрешетку) поверх обрешетки, а затем уложить OSB с радиационным барьером поверх реек. Рейки обеспечивают больше воздушного пространства, чем конструкция без них. Если воздушное пространство отсутствует или слишком мало, тепло будет проводиться от радиационного барьера к несущей конструкции, что приведет к нежелательному инфракрасному излучению в нижних областях. Следует помнить, что древесина является плохим изолятором и поэтому проводит тепло от радиационного барьера к нижним поверхностям древесины, где она, в свою очередь, излучает тепло в виде инфракрасного излучения. Согласно Департаменту энергетики США, "отражающая изоляция и продукты радиационного барьера должны иметь воздушное пространство, прилегающее к отражающему материалу, чтобы быть эффективными". Наиболее распространенное применение радиационного барьера – это облицовка чердаков. Для традиционной крыши из шингла/черепицы/металла радиационные барьеры можно устанавливать под стропилами или фермами и под обрешеткой крыши. При этом методе листы радиационного барьера драпируются под стропилами или фермами, создавая небольшое воздушное пространство сверху, при этом радиационный барьер обращен в сторону всего внутреннего пространства чердака. Отражающий фольгированный ламинат – это продукт, обычно используемый в качестве листа радиационного барьера. Другой способ применения радиационного барьера к крыше при новом строительстве – использовать радиационный барьер, предварительно ламинированный на панели OSB или обрешетку крыши. Производители этого метода установки часто рекламируют экономию трудозатрат при использовании продукта, который служит и кровельным покрытием, и радиационным барьером одновременно. Для установки радиационного барьера в существующем чердаке радиационный барьер можно прикрепить скобами к нижней стороне стропил крыши. Этот метод обеспечивает те же преимущества, что и драпированный метод, поскольку создается двойное воздушное пространство. Однако важно, чтобы вентиляционные отверстия оставались открытыми, чтобы предотвратить скопление влаги на чердаке. В целом, предпочтительно устанавливать радиационный барьер блестящей стороной вниз к нижней стороне крыши с воздушным пространством, обращенным вниз; таким образом, пыль не снизит его эффективность, как это было бы в случае с барьером блестящей стороной вверх. Последний способ установки радиационного барьера на чердаке – уложить его поверх изоляции на полу чердака. Хотя этот метод может быть более эффективным зимой, есть несколько потенциальных проблем с этим применением. По данным Департамента энергетики США, дома с системой кондиционирования воздуха, расположенной на чердаке, в самых жарких климатических зонах, например, на юге США, могут получить наибольшую выгоду от применения радиационных барьеров, с ежегодной экономией на коммунальных платежах до 150 долларов, в то время как дома в более умеренном климате, например, в Балтиморе, могут сэкономить примерно половину от этой суммы. С другой стороны, если на чердаке нет воздуховодов или воздухообрабатывающих устройств, годовая экономия может быть еще меньше, от 12 долларов в Майами до 5 долларов в Балтиморе. Тем не менее, радиационный барьер все равно может помочь повысить комфорт и снизить пиковую нагрузку на кондиционер.

Температура пояса

Одно из распространенных заблуждений относительно радиационных барьеров заключается в том, что тепло, отраженное от барьера обратно на кровлю, может привести к повышению температуры кровли и, возможно, повреждению кровельного покрытия. Испытания, проведенные Флоридским центром солнечной энергетики.

Накопление пыли на чердаке

При установке радиационного барьера поверх утеплителя на чердачном перекрытии возможно накопление пыли на верхней стороне. На то, как накапливается пыль и, следовательно, на конечную эффективность радиационного барьера на чердаке, влияют многие факторы, такие как размер частиц пыли, состав пыли и объем вентиляции на чердаке. В исследовании, проведенном Управлением долины Теннесси (TVA) https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase 4716.pdf, механически нанесли небольшое количество пыли на радиационный барьер и не выявили существенного влияния на его характеристики. Однако TVA ссылается на более раннее исследование, в котором указывалось, что радиационный барьер может собирать настолько много пыли, что его отражающая способность может снизиться почти вдвое. Утверждение о том, что двусторонний радиационный барьер на чердачном перекрытии не подвержен проблеме накопления пыли, не соответствует действительности. В исследовании TVA как Министерство энергетики США (DOE, Управление энергоэффективности и возобновляемой энергии), так и Министерство природных ресурсов Канады (NRCAN) заявляют, что данные системы не рекомендуются для использования в холодных или очень холодных климатических зонах.

Канада

Канада считается страной с холодным климатом, поэтому эти продукты не демонстрируют заявленной эффективности. Несмотря на то, что они часто рекламируются как обладающие очень высокими показателями теплоизоляции, не существует конкретного стандарта для продуктов радиационной изоляции, поэтому следует с осторожностью относиться к опубликованным отзывам и заявлениям производителей о тепловых характеристиках. Исследования показали, что теплоизоляционная способность отражающей пузырчатой фольги и радиационных барьеров может варьироваться от RSI 0 (R 0) до RSI 0,62 (R 3,5) на единицу толщины материала. Исследование, проведенное CMHC (Canada Mortgage & Housing Corporation) в четырех домах в Париже, провинция Онтарио, показало, что эффективность пузырчатой фольги была сопоставима с неизолированным полом. Также был проведен анализ экономической эффективности, который показал соотношение затрат и выгод в размере 12–13 долларов США на кубический метр RSI. Фактическая теплоизоляционная способность зависит от количества смежных воздушных прослоек, слоев фольги и места их установки. Если фольга ламинирована на жесткий пенополистирол, общая теплоизоляционная способность определяется путем сложения RSI пенополистирола, RSI воздушной прослойки и RSI фольги. Если воздушная прослойка или пузырчатый слой отсутствуют, значение RSI пленки равно нулю.