5.4 Внешняя непрерывная изоляция (CI) стен | Молот и рука

В холодную погоду дутая парка удерживает тепло вашего тела. Изоляция делает то же самое для дома. Чем толще изоляция, тем лучше она снижает поток тепла изнутри дома наружу зимой и снаружи внутрь летом.

Тепловой барьер дома должен состоять из непрерывного слоя изоляции со всех сторон, включая самый нижний пол, внешние стены, потолок или крышу.

Удвоение толщины изоляции удвоит R-значение изоляции, сократив тепловые потери наполовину. Это правило применяется каждый раз, когда слой изоляции удваивается по толщине. Однако годовая экономия энергии за счет удвоения изоляции с R-10 до R-20 будет значительно больше, чем энергия, сэкономленная за счет удвоения изоляции с R-20 до R-40, из-за закона убывающей отдачи. В некоторых случаях, например, на чердаке, стоит уложить больше изоляции, потому что там много места. Гораздо дороже утеплить внешние стены.

It takes more than just insulation to slow heat

Остановка утечек воздуха так же важна, как и, может быть, даже важнее, чем добавление изоляции. Если строители не предотвратят утечку воздуха через стены и потолки, изоляция сама по себе не принесет много пользы. Мало того, что сквозняки неудобны, воздух, проходящий через изолированные полости, может снизить эффективность изоляции на целых 50%.

Some insulation types make good air barriers, and some don’t. In all cases, it’s best to keep the insulation tight to the air barrier.

ТЕПЛОВОЙ МОСТ ЭТО ПРОВОДИМОСТЬ В ДЕЙСТВИИ

When there is no insulation in a roof or wall, the framing is the most insulated part of the assembly. It has the highest R-value. Softwood lumber has an R-value of 1.25 per inch, so a 2×6 stud has an R-value of almost 7. As soon as you put insulation between the studs or rafters above R-7, however, the framing becomes the weak thermal link. If the framing cavities are filled with closed-cell spray foam insulation, the insulation has an R-value of about 36. At that point, the studs or rafters become a glaring weakness in the design.

Ученые-строители называют это явление «тепловым мостом», потому что стойки или стропила соединяют пространство между внутренней и внешней частью тепловой оболочки.

Если вы посмотрите на это, тепловые мосты иногда можно увидеть как внутри, так и снаружи.

Внутри это может вызвать проблему, называемую ореолом или холодными полосами за гипсокартоном зимой. Эти холодные полосы могут способствовать образованию конденсата, что приводит к скоплению частиц пыли на гипсокартоне; со временем могут образоваться видимые вертикальные полосы. Снаружи вы можете увидеть эффект теплового моста в узорах таяния снега на крышах и узорах высыхания на стенах.

Непрерывный слой жесткой пены, установленный на внутренней или внешней стороне стены или крыши, резко уменьшает тепловые мосты через каркас.

R-VALUE MEASURES HOW WELL INSULATION WORKS

Тепло течет от горячего к холодному; его нельзя остановить, но можно замедлить

Если мы измерим скорость, с которой тепло проходит через строительный материал или сборку здания, например, стену или крышу, мы можем рассчитать число (значение R), указывающее на его изоляционную способность. Чем выше значение R материала, тем лучше материал сопротивляется тепловому потоку за счет теплопроводности, конвекции и излучения (описано выше). Производители изоляции сообщают о значениях R, определенных в ходе испытаний в соответствии со стандартами ASTM (например, ASTM C518).

Common insulation types and their R-values

Residential insulation materials have R-values that range from about 3 to 7 per inch. The amount of insulation installed in any given building assembly depends on the climate, the part of the house being insulated, the project budget, and local code requirements.

• Войлок и одеяла: от R-3.1 до R-4.1 за дюйм.
• Вдуваемая и насыпная изоляция: от R-2.6 до R-4.2 на дюйм.
• Rigid foam: R-3.6 to R-6.8 per in.
• Closed-cell spray foam: R-6 to R-6.8 per in.
• Распыляемая пена с открытыми порами: от R-3.5 до R-3.6 на дюйм.

Green homes go beyond code minimum

Министерство энергетики США разработало список рекомендуемых уровней изоляции для различных климатических зон. Климатические зоны представлены на карте (кликните для увеличения).

Дополнительные сведения о климатических зонах см. в разделе Все о климатических зонах.

Дома, отапливаемые природным газом, мазутом или электрическим тепловым насосом, должны использовать значения R, установленные Министерством энергетики и перечисленные ниже, в качестве основы. Поскольку электрическое отопление относительно дорого, дома с электрическим обогревом требуют большей изоляции, чем показано в таблице ниже.

В некоторых частях страны минимальные требования к изоляции уже (или вскоре могут) превзойти эти рекомендации Министерства энергетики США. Например, Международный жилищный кодекс 2009 года требует, чтобы строители с холодным климатом включали как минимум изоляцию стен R-20 и изоляцию стен подвала R-15.

DOE recommended R-values for various parts of a house

In any case, green builders almost always exceed minimum code requirements for insulation thickness. Many energy consultants, including Betsy Pettit and Joseph Lstiburek, now recommend that cold-climate homes include R-60 ceilings, R-40 above-grade walls, R-20 basement walls, and R-10 basement slabs.

Некоторые строители идут дальше; например, дом в Иллинойсе, спроектированный в соответствии со строгим немецким стандартом Passivhaus, утеплен почти до R-60 со всех сторон — даже под плитой.

AIR AND MOISTURE ARE PART OF THE PICTURE

Insulation can’t work in a wind tunnel

No matter what type of insulation you choose, it will perform poorly if installed in a house that is riddled with air leaks. Because many types of insulation (like loose fill and batts) work by trapping air, leaky walls, roofs, and floors mean poor thermal performance. For this reason, building scientists are fanatical about air-sealing. To get the most out of batts and blown insulation, every house needs an air barrier adjacent to or contiguous with the insulation layer.

Some types of insulation are fairly effective at stopping air infiltration. For example, when rigid foam is used as wall sheathing, it can be an effective barrier, as long as the seams are taped. Spray polyurethane foam creates a very effective air barrier.

But neither rigid foam nor spray foam addresses air leaks at the seams where different components meet, such as under the bottom plates of walls. An air barrier is only effective if all of these seams and intersections are addressed with gaskets, glues, or sealants.

Из всех доступных изоляционных материалов стекловолоконные плиты являются наиболее проницаемыми для утечки воздуха – настолько проницаемыми, что стекловолокно используется для изготовления воздушных фильтров для печей. Поскольку стекловолокно не ограничивает поток воздуха, его часто выделяют и высмеивают из-за его плохих характеристик.

На самом деле, большая часть критики изоляции из стекловолокна необоснованна. Пока стекловолокно установлено в доме с достаточным воздушным барьером, оно будет работать хорошо. Стекловолокно лучше всего работает при установке в полость каркаса (например, в стойку или пролет балки) с воздушным барьером со всех шести сторон.

Детали установки высококачественных плит из стекловолокна были включены в рекомендации по установке изоляции, установленные оценщиками домов из Сети энергетических услуг для жилых помещений (RESNET).

Для каждого места в доме всегда есть несколько способов создать эффективную воздушную преграду. Однако не все методы одинаково легко достижимы. Во многих местах, в том числе в области краевых балок, напыление пенополиуретана настолько быстрее, чем альтернативные методы, что его использование стало почти универсальным среди строителей высокоэффективных домов.

Влага может накапливаться в воздухе

There’s another benefit to stopping air: less moisture in roofs and walls. That’s because most moisture problems in walls and roofs are caused by moisture transported by air. Vapor diffusion is a much smaller problem.

Moisture can accumulate in a wall or ceiling when warm, humid interior air leaks through cracks in the shell. When this exfiltrating air encounters a cold surface—for example, OSB wall sheathing—the moisture in the air can condense into liquid and puddle in the wall cavity. The same thing can happen in summer, when warm, humid outdoor air leaks through cracks in the wall. If the home is air-conditioned, the moisture in this infiltrating air can condense when it reaches any cool surface—drywall, ductwork, etc. The best way to limit this type of moisture migration is to install an effective air barrier. If air isn’t leaking through cracks in a home’s walls and ceilings, the problem is nipped in the bud.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

Прекрасное Домостроение

Environmental Building News:

Окриджская национальная лаборатория:

ORNL Whole Wall R-Value Calculator измеряет энергетические последствия типа каркаса, интервалов и тепловых мостов.

Журнал «Домашняя энергия»:

R-значения стены, которые говорят все как есть — дополнительная информация о R-значениях всей стены.

Дома Энергетической Звезды:

Thermal Bypass Checklist — Air-barrier requirements for fiberglass-batt jobs are also included.

Советник по экологическому строительству:

С высоты птичьего полета

Exterior insulation works like a warm coat. Обмотать наружные стены и крышу дома пеной — это простой способ обеспечить непрерывность изоляции. Дополнительные преимущества внешней изоляции включают гораздо более плотный дом и меньше тепловых мостов.
Image Credits: Ty Keltner, Cold Climate Housing Research Center

Heat always moves from warm to cold

Most places in North America aren’t a comfortable 67°F to 78°F. To stay comfortable, we heat and cool our houses. Insulation slows the flow of heat into or out of a house.

Хотя тепло может двигаться тремя путями (теплопроводность, конвекция и излучение), оно редко движется только одним из них. За исключением космоса, все три механизма работают вместе в разной степени.

Различные изоляционные материалы по-разному замедляют эти механизмы теплового потока.

См. ниже:

кондукция

**Wood is a better insulator than nothing at all.** Snow melts off the uninsulated rafter bays more quickly than directly above the wooden trusses, which have an R-value around 1.1 per inch, or R-4 for a 2×4 top chord.
Кредиты изображений: Дэн Моррисон

Тепло проходит через материалы путем теплопроводности

Теплопроводность — это поток тепловой энергии при прямом контакте, через один материал или через соприкасающиеся материалы.

Вещества, которые легко проводят тепло, называются проводниками, а вещества, которые плохо проводят тепло, называются изоляторами. Металл — хороший проводник; пена хороший изолятор. Дерево находится где-то посередине.

Конвекция

**Теплый воздух поднимается вверх, холодный воздух опускается.** Поскольку стены и окна обычно холоднее, чем середина комнаты, они создают конвективные петли, которые могут ощущаться как сквозняк. То же самое может произойти и внутри полости стены. **Нажмите на рисунок, чтобы увеличить**

Конвекция – это движение воздуха (или другой жидкости) в ответ на тепло.

Когда воздух или жидкость нагреваются, они расширяются и поэтому становятся менее плотными, поэтому поднимаются. Поднимающийся теплый воздух вытесняет более холодный воздух, который опускается. Когда движение постоянно, это называется конвективной петлей.

Дровяные печи и окна создают конвективные петли, нагревая или охлаждая (соответственно) ближайший к ним воздух.

Even in homes with airtight walls and ceilings, convective loops can feel like a cool draft and be uncomfortable to the people in the room.

Конвективные петли могут возникать и внутри плохо изолированных полостей стен, ухудшая характеристики изоляции.

излучения

Солнечная радиация. Солнечное тепло излучается через космический вакуум и согревает землю.
Кредиты изображений: Freerangestock

Радиация нагревает предметы, а не воздух

Излучение — это передача тепла электромагнитными волнами, которые проходят через вакуум (например, пространство) или воздух.

Излучение не может пройти через твердый объект, такой как фанерная обшивка крыши. Когда солнце светит на битумную черепицу, тепло передается на фанерную обшивку за счет теплопроводности. После того, как фанера была прогрета теплопроводностью, она может излучать тепло на чердак.

Излучающие барьеры — это материалы (например, алюминиевая фольга) с низкоэмиссионной (low-e) поверхностью. Несмотря на то, что лучистые барьеры имеют несколько применений в жилищном строительстве — иногда они интегрируются с обшивкой крыши — они редко бывают рентабельными по сравнению с обычными вариантами изоляции.

RELATED ENCYCLOPEDIA ARTICLES

ДРУГИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Insulation can stop air

Some insulation types act as air barriers, while others act like air filters. If you choose an insulation that doesn’t stop air flow, it’s important to install an adjacent air barrier material.

От лучшего к худшему при остановке воздушного потока:

SHOULD INSULATION STOP VAPOR?

Паропроницаемость может быть хорошей или плохой вещью – замедлители парообразования замедляют смачивание, но они также замедляют высыхание, что может быть более важным. Если вы проектируете крышу, стену или пол с учетом этих концепций, практически любой тип изоляции может работать. Подробнее о дизайне корпуса.

От наименьшей до наибольшей паропроницаемости:

Closed-cell spray foam

Напыляемая пена с открытыми порами

Дополнительную информацию о пароизоляции см.

Для получения дополнительной информации о паропроницаемости изоляционных материалов см. Таблицу свойств строительных материалов на сайте BuildingScience.com.

ИЗОЛЯЦИЯ СНАРУЖИ КОРОБКИ

Although residential wall insulation is traditionally installed in stud cavities, the best place to locate wall insulation is outside the frame. This exterior insulation reduces the thermal-bridging effect that studs have in a wall, because each piece of framing can act as a thermal bridge through the cavity insulation. These thermal bridges seriously degrade the performance of the wall.

The thermal-bridging effect can be partially addressed by using rigid foam sheathing—usually 1 in. or 2 in. of XPS or polyisocyanurate. Even better are wall designs that place all the insulation—6 in. to 10 in. of rigid foam—outside the framing.

When insulation is outside the frame, framing materials stay warm and dry. When stud bays are not filled with insulation, the work of electricians and plumbers is greatly simplified.

Houses with foam sheathing should not include an interior polyethylene vapor retarder.

Best Practices Manual

Непрерывная внешняя изоляция подобна зимнему свитеру, укутывающему здание. Это также является ключевым компонентом в создании оболочки здания без тепловых мостов. Тепловые мосты — это отверстия в изоляционном слое здания, такие как, например, деревянные стойки каркасной стены, которые позволяют теплу выходить, а холоду проникать через ограждающие конструкции здания. В узлах с высокими эксплуатационными характеристиками тепловые мосты могут быть источником огромных потерь энергии и риска образования конденсата.

By insulating around would-be thermal bridges, continuous exterior insulation establishes a thermal break between these building components and the exterior environment. As with insulation in general, as we introduce exterior insulation we need to understand and detail for the effects this insulation will have on moisture movement through the overall assembly.

Foil-Faced Polyisocyanurate (Polyiso)

• Exterior surface may be used as a WRB, with manufacturer approval.
• Install tape at seams per manufacturer specification.

1. Must use J-Roller on tape with good detailing to eliminate ‘Fish-Mouthing.’

Пенополистирол (EPS)

• Рекомендуется использовать несколько слоев со смещенными швами, чтобы компенсировать усадку продукта.
• Хотя внешняя поверхность может использоваться в качестве WRB, мы не рекомендуем это делать.

1. Установите ленту на швы в соответствии со спецификацией производителя.
2. Must use J-Roller on tape with good detailing to eliminate ‘Fish-Mouthing.’

Экструдированный полистирол (XPS)

• Limit use of this product as the material has a high Global Warming Potential.
• Exterior surface may be used as a WRB.

1. Установите ленту на швы в соответствии со спецификацией производителя.
2. Must use J-Roller on tape with good detailing to eliminate ‘Fish-Mouthing.’

Жесткая пенная изоляция

• For cutting, use knives and (for EPS and XPS) “hot wire” devices; minimize use of saws to limit dust for site cleanliness, carpenter health, and to prevent tool damage.
• If thicker than 2,” install in multiple layers with staggered seams to prevent thermal bypass.
• Крепление: обратитесь к спецификациям производителя или структурным архитектурным чертежам.

Когда обшивка экрана от дождя должна быть установлена ​​поверх жесткой изоляции

1. Install first layer of rigid insulation with limited number of nails or screws with washers.
2. Install second layer of rigid insulation with limited number of nails or screws with washers.
3. Закрепите обрешетку шурупами; расстояние и размер крепежа должны определяться весом материала сайдинга и расстоянием между обшивкой.

Минеральная вата, также известная как «Rockwool», и инструкции по укладке

• WRB должен быть размещен и полностью интегрирован в конструкцию стены.
• Внешние оклады должны быть установлены, чтобы свести к минимуму тепловые мосты (расположение задней дамбы на внешней поверхности первого слоя изоляции).
• Свести к минимуму нарезку продукта; при необходимости используйте специальные ножи из минеральной ваты.

Этапы укладки обрешетки на минеральную вату:

1. Install first layer of mineral wool with limited number of nails or screws with washers.
2. Установите второй слой минеральной ваты с ограниченным количеством гвоздей или шурупов с шайбами.
3. Align vertical edges of exterior layer to ensure coverage by furring and prevent puckering.
4. Закрепите обшивку шурупами: расстояние и размер крепежа определяются весом материала сайдинга и расстоянием между обшивкой. Обратитесь к производителю, архитектурным или структурным спецификациям.