Termal köprü - Thermal bridge

Bir termal köprüde sıcaklık dağılımı
Bu termik görüntü gösterir, bir yüksek binanın bir termal köprü ( Aqua içinde Chicago )

Bir ısı köprüsü da adlandırılan, soğuk köprüsü , ısı köprüsü , ya da ısı baypas , bir alan ya da daha yüksek olan bir nesnenin bir bileşeni olan ısı iletkenliği en az direnç bir yol oluşturma çevreleyen malzeme daha ısı transferi . Termal köprüler , nesnenin termal direncinde genel bir azalmaya neden olur . Terim, termal köprülerin koşullandırılmış alana veya dışarıya ısı transferiyle sonuçlandığı bir binanın termal zarfı bağlamında sıklıkla tartışılır .

Binalardaki termal köprüler, bir alanı ısıtmak ve soğutmak için gereken enerji miktarını etkileyebilir, bina zarfında yoğuşmaya (nem) neden olabilir ve termal rahatsızlığa neden olabilir. Daha soğuk iklimlerde (Birleşik Krallık gibi), termal ısı köprüleri ek ısı kayıplarına neden olabilir ve hafifletmek için ek enerji gerektirebilir.

Koşulsuzdan koşullu alana uzanan bina elemanlarının sayısını sınırlamak ve termal kırılmalar oluşturmak için sürekli yalıtım malzemeleri uygulamak gibi termal köprülemeyi azaltmak veya önlemek için stratejiler vardır .

Konsept

Kavşakta termal köprü. Isı, ısıl kırılma olmadığı için zemin yapısından duvardan geçer.

Isı transferi üç mekanizma aracılığıyla gerçekleşir: konveksiyon , radyasyon ve iletim . Termal köprü, iletim yoluyla ısı aktarımına bir örnektir. Isı transfer hızı, malzemenin termal iletkenliğine ve termal köprünün her iki tarafında yaşanan sıcaklık farkına bağlıdır. Bir sıcaklık farkı olduğunda, ısı akışı en yüksek ısıl iletkenliğe ve en düşük ısıl dirence sahip malzeme boyunca en az direnç yolunu izleyecektir; bu yol bir termal köprüdür. Termal köprüleme, binanın geri kalanından daha yüksek bir termal iletkenliğe sahip bir veya daha fazla eleman aracılığıyla dış ve iç arasında doğrudan bir bağlantının olduğu bir binada bir durumu tanımlar.

Termal Köprülerin Tanımlanması

Binaların termal köprüler için incelenmesi, Uluslararası Standardizasyon Örgütü'ne (ISO) göre pasif kızılötesi termografi (IRT) kullanılarak gerçekleştirilir . Binaların Kızılötesi Termografisi, ısı sızıntılarını gösteren termal imzalara izin verebilir. IRT, sıvıların yapı elemanları boyunca hareketine bağlı termal anormallikleri tespit ederek, malzemelerin termal özelliklerindeki ve buna bağlı olarak sıcaklıkta büyük bir değişikliğe neden olan varyasyonları vurgular. Çevreleyen ortamın binanın cephesine gölge düşürdüğü bir durum olan gölge etkisi, tutarsız cephe güneşine maruz kalma nedeniyle ölçümlerde olası doğruluk sorunlarına yol açabilir. Bu sorunu çözmek için alternatif bir analiz yöntemi olan Yinelemeli Filtreleme (IF) kullanılabilir.

Tüm termografik bina incelemelerinde, bir insan operatör tarafından yapılırsa, operatörün yüksek düzeyde öznelliği ve uzmanlığını içeren termal görüntü yorumu. Lazer tarama teknolojileri gibi otomatik analiz yaklaşımları, 3 boyutlu CAD modeli yüzeylerinde termal görüntüleme ve termografik analizlere metrik bilgi sağlayabilir . 3D modellerdeki yüzey sıcaklığı verileri, termal köprülerin termal düzensizliklerini ve yalıtım sızıntılarını tanımlayabilir ve ölçebilir. Termal görüntüleme, insansız hava araçları (İHA) kullanılarak, birden fazla kamera ve platformdan gelen termal verileri birleştirerek de elde edilebilir. İHA, her pikselin bina yüzeyinden yayılan radyatif enerjiyi temsil ettiği kaydedilen sıcaklık değerlerinin termal alan görüntüsünü oluşturmak için bir kızılötesi kamera kullanır.

İnşaatta Termal Köprüleme

Sıklıkla, termal köprüleme, bir binanın termal zarfına atıfta bulunur; bu, iç şartlandırılmış ortam ile şartlandırılmamış dış ortam arasındaki ısı akışına direnç gösteren bir bina çevreleme sistemi tabakasıdır. Isı, bir binanın termal zarfından, zarf boyunca bulunan malzemelere bağlı olarak farklı oranlarda aktarılacaktır. Daha az ısıl direnç olduğundan ısı transferi, ısı köprüsü konumlarında yalıtımın bulunduğu yerlere göre daha büyük olacaktır. Kışın, dış sıcaklığın tipik olarak iç sıcaklıktan daha düşük olduğu zamanlarda, ısı dışarıya doğru akar ve termal köprülerden daha yüksek hızlarda akacaktır. Bir termal köprü konumunda, bina zarfının içindeki yüzey sıcaklığı çevredeki alandan daha düşük olacaktır. Yaz aylarında, dış sıcaklık tipik olarak iç sıcaklıktan daha yüksek olduğunda, ısı içeri doğru ve termal köprülerden daha yüksek hızlarda akar. Bu, kışın ısı kayıplarına ve binalardaki şartlandırılmış alanlar için yaz aylarında ısı kazanımlarına neden olur.

Çeşitli ulusal düzenlemelerde belirtilen yalıtım gerekliliklerine rağmen, bir binanın zarfındaki termal köprüleme, inşaat sektöründe zayıf bir nokta olmaya devam etmektedir. Ayrıca, birçok ülkede bina tasarım uygulamaları, yönetmeliklerle öngörülen kısmi yalıtım ölçümlerini uygulamaktadır. Sonuç olarak, uygulamada tasarım aşamasında beklenen termal kayıplar daha büyüktür.

Bir dış duvar ya da yalıtılmış tavan gibi bir tertibat, örneğin, genel olarak, bir göre sınıflandırılır U faktörü W / m 2 · K, bu tertibat bir içinde tüm malzemeler için birim alan başına ısı transferi genel oranı, sadece izolasyon yansıtır katman. Termal köprüler yoluyla ısı transferi, bir montajın toplam termal direncini azaltır ve bu da U faktörünün artmasına neden olur.

Termal köprüler, bir bina zarfı içindeki çeşitli yerlerde meydana gelebilir; en yaygın olarak, iki veya daha fazla yapı elemanı arasındaki kavşaklarda meydana gelirler. Ortak yerler şunları içerir:

  • Zemin levhasını bina zarfının içinden uzatan döşeme ve beton balkonlar veya açık hava terasları dahil olmak üzere zeminden duvara veya balkondan duvara bağlantılar
  • Özellikle tam tavan yalıtım derinliklerinin elde edilemediği durumlarda, çatı / tavandan duvara birleşim yerleri
  • Pencereden duvara kavşaklar
  • Kapıdan duvara kavşaklar
  • Duvardan duvara kavşaklar
  • Dış duvara, tavana veya çatı konstrüksiyonuna dahil edilen saplamalar ve kirişler gibi ahşap, çelik veya beton elemanlar
  • Yalıtımlı tavanlara nüfuz eden gömme armatürler
  • Pencereler ve kapılar, özellikle çerçeve bileşenleri
  • İzolasyonda boşluklar bulunan veya kötü yerleştirilmiş alanlar
  • Duvar boşluğu duvarlarında metal bağlar

Yapısal elemanlar, inşaatta zayıf bir nokta olarak kalır ve genellikle bir odada yüksek ısı kaybına ve düşük yüzey sıcaklıklarına neden olan termal köprülere yol açar.

Yığma Yapılar

Çeşitli bina muhafazalarında termal köprüler bulunurken, duvar duvarları termal köprülerin neden olduğu önemli ölçüde artan U faktörleri yaşar. Farklı yapı malzemeleri arasındaki termal iletkenliklerin karşılaştırılması , diğer tasarım seçeneklerine göre performansın değerlendirilmesine izin verir. Genellikle cephe muhafazaları için kullanılan tuğla malzemeler, tuğla yoğunluğuna ve ahşap türüne bağlı olarak tipik olarak ahşaptan daha yüksek termal iletkenliklere sahiptir. Yığma yapılarda döşeme ve kenar kirişlerinde kullanılabilen beton, özellikle köşelerde yaygın olan ısı köprüleridir. Betonun fiziksel yapısına bağlı olarak, ısıl iletkenlik tuğla malzemelerinkinden daha büyük olabilir. Isı transferine ek olarak, iç ortam yeterince havalandırılmazsa, termal köprüleme, tuğla malzemenin yağmur suyunu ve nemi duvar içine çekmesine neden olabilir, bu da küf oluşumuna ve bina kabuğu malzemesinin bozulmasına neden olabilir.

Perde duvar

Yığma duvarlara benzer şekilde, perde duvarlar , termal köprüleme nedeniyle önemli ölçüde artan U faktörleri yaşayabilir. Perde duvar çerçeveleri genellikle, tipik ısıl iletkenliği 200 W / m · K'nın üzerinde olan yüksek iletken alüminyumdan yapılır. Karşılaştırıldığında, ahşap çerçeve elemanları tipik olarak 0.68 ile 1.25 W / m · K arasındadır. Çoğu giydirme cephe konstrüksiyonu için alüminyum çerçeve, binanın dışından iç kısmına kadar uzanarak termal köprüler oluşturur.

Termal Köprülemenin Etkileri

Termal köprüleme, kışın ısı kaybı ve yazın ısı kazanımı nedeniyle koşullandırılmış bir alanı ısıtmak veya soğutmak için gereken enerjinin artmasına neden olabilir. Termal köprülerin yakınındaki iç mekanlarda, bina sakinleri sıcaklık farkından dolayı termal rahatsızlık yaşayabilir. Ayrıca iç ve dış mekan arasındaki sıcaklık farkının büyük olması ve kışın yaşanan şartlar gibi içeride sıcak ve nemli hava olması durumunda, iç yüzeydeki daha soğuk sıcaklıktan dolayı bina zarfında yoğuşma riski vardır. termal köprü konumlarında. Yoğuşma, sonuçta küf büyümesine ve sonuçta zayıf iç hava kalitesi ve yalıtımın bozulmasına neden olarak yalıtım performansını düşürerek yalıtımın termal zarf boyunca tutarsız bir şekilde çalışmasına neden olabilir.

Termal Köprüleri Azaltmak için Tasarım Yöntemleri

Nedene, konuma ve yapı tipine bağlı olarak termal köprülemeyi azalttığı veya ortadan kaldırdığı kanıtlanmış birkaç yöntem vardır. Bu yöntemlerin amacı, bir bina bileşeninin aksi takdirde dıştan içe uzanacağı bir termal kırılma oluşturmak veya dıştan içe uzanan yapı bileşenlerinin sayısını azaltmaktır. Bu stratejiler şunları içerir:

  • Sert köpük levha yalıtımı gibi termal zarfta sürekli bir ısı yalıtım katmanı
  • Doğrudan sürekliliğin mümkün olmadığı yerlerde yalıtımın alıştırılması
  • Çift ve kademeli duvar montajları
  • Yapısal Yalıtımlı Paneller (SIP'ler) ve Yalıtım Beton Formları (ICF'ler)
  • Gelişmiş çerçeveleme ile uygulananlar gibi gereksiz çerçeveleme üyelerini ortadan kaldırarak çerçeveleme faktörünü azaltma
  • Yalıtım derinliğini artırmak için duvardan tavana bağlantılarda yükseltilmiş topuk kafesleri
  • Boşluk veya sıkıştırılmış yalıtım olmadan kaliteli yalıtım kurulumu
  • Gaz dolgulu ve düşük emisyonlu kaplamalı çift veya üç bölmeli pencerelerin montajı
  • Düşük iletkenlikli malzemeden yapılmış termal olarak kırılmış çerçeveli pencerelerin montajı

Analiz Yöntemleri ve Zorluklar

Isı transferi üzerindeki önemli etkileri nedeniyle, termal köprülerin etkilerinin doğru bir şekilde modellenmesi, genel enerji kullanımını tahmin etmek için önemlidir. Termal köprüler, çok boyutlu ısı transferi ile karakterize edilir ve bu nedenle, çoğu bina enerji simülasyon aracında tipik olarak binaların termal performansını tahmin etmek için kullanılan sabit durumdaki tek boyutlu (1D) hesaplama modelleriyle yeterince yaklaştırılamazlar. Kararlı hal ısı transferi modelleri, ısının zamanla dalgalanmayan bir sıcaklık farkı tarafından yönlendirildiği ve böylece ısı akışının her zaman tek yönde olduğu basit ısı akışına dayanır. Bu tip 1D modeli, termal köprüler mevcut olduğunda zarf boyunca ısı transferini önemli ölçüde olduğundan daha az tahmin edebilir ve bu da daha düşük tahmin edilen bina enerji kullanımı ile sonuçlanır.

Şu anda mevcut çözümler, modelleme yazılımında iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) ısı transferi yeteneklerini etkinleştirmek veya daha yaygın olarak, çok boyutlu ısı transferini eşdeğer bir 1D bileşene çeviren bir yöntemi kullanmaktır. bina simülasyon yazılımı. Bu ikinci yöntem, termal köprülü bir duvar gibi karmaşık bir dinamik montajın, eşdeğer termal özelliklere sahip bir 1D çok katmanlı montaj ile temsil edildiği eşdeğer duvar yöntemi ile gerçekleştirilebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar