Polyiso绝缘解释

通过托马斯J泰勒博士10-07-2020
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隔热是商用屋面组件的重要组成部分。本文的目的是考察影响热阻的因素,即聚醚的r值。在过去几十年里,随着建筑能源预算的重要性增加,对长期r值和气候(即温度)影响的预测一直具有重大意义。最近关于设计人员应该使用什么r值和环境温度的重要性的讨论被回顾和讨论。



  • 聚iso泡沫塑料是当今最常见的绝缘材料,因为它具有每英寸高的r值、防火性能和耐溶剂性。

  • 与透气隔热材料相比,Polyiso可阻止空气流动,降低冷凝风险。

  • Polyiso的最大价值是在夏季空调使用量最高的几个月。在同等Btu的基础上,电力成本是天然气成本的四倍。这使得空调的影响大于冬季供暖。


介绍


在降水期间防止水侵入建筑环境一直被视为屋顶的基本功能。然而,减少通过建筑围护结构的热流是一项非常重要的次要功能。保持室内热舒适一直是住宅建筑的一个重要组成部分,但直到20世纪70年代初,由于需要降低建筑能源成本,在商业建筑中使用隔热钢屋顶板才变得司空见惯。


聚异氰脲酸酯隔热材料,通常被称为polyiso,与一些竞争材料相比,由于其成本效益(即每绝缘单位的成本)、效率(即每单位厚度的绝缘值)和防火性,已被证明是受欢迎的。Polyiso最近在商业屋顶隔热材料市场上占据了75%以上的份额。然而,随着polyiso越来越流行,人们也有兴趣了解这种材料更精确的绝缘价值。随着能源成本的上升,准确地指定采暖、通风和空调设备(HVAC)变得更加重要。此外,建筑完工后,业主/居住者能够从预算的角度更好地预测未来的能源成本是很重要的。


Polyiso是如何制作的


对于任何泡沫绝缘材料,这一过程都是从塑料或聚合物前驱体材料处于液相开始的。气体发泡剂通过某种形式的注入或通过化学反应来生成聚合物基体。最初,发泡剂以极细的分散剂的形式存在。在聚异构体的情况下,戊烷被用作发泡剂,在基体的后续发展过程中,热量被释放出来。热量使分散的戊烷膨胀,形成气体细胞。这些细胞的生长最终导致细胞撞击,整个过程如图所示:



当电池撞击时,表面张力会导致两个电池之间的材料变薄,多个电池之间的材料变厚。这将导致所谓的单元窗口和struts,如下所示:



窗和支柱的特性,如厚度、尺寸和数量,随吹气成分的变化而影响泡沫的整体热阻。


polyiso的主要特点是:;



  • 这些单元格的关闭率为99%。这意味着水分不会在polyiso内凝结,并限制了携带水分的空气向上通过车顶总成的扩散。

  • 细胞材料,即聚合物,占总泡沫体积的5%以下。当说运输polyiso就像运输空气时,那是因为95%的重量是细胞内的气体。

  • 这种材料是热固性的——在火灾情况下,它不会融化,然后通过屋顶甲板上的开口滴落下来。此外,它不像聚苯乙烯等其他泡沫塑料受溶剂的影响。


Polyiso如何绝缘


热可以通过三种方式通过泡沫材料传播,即传导、对流和辐射,如下图所示;



传导-闭孔泡沫,如polyiso,由聚合物孔和这些孔中的气体组成。



  • 泡孔材料,即聚合物,占总泡沫体积的5%以下,因此,该材料的热传导只占总传热的很小一部分。此外,沿着聚合物从热侧到冷侧的路径是曲折的。制造商致力于降低泡沫密度,聚合物导电性通常可以忽略不计。

  • 细胞内的气体混合物占泡沫总体积的95%以上。气相基本上占了所有通过聚iso的热传导。用来制造泡沫的发泡剂将具有一定的导电性,然而随着时间的推移,发泡剂可能扩散出泡沫,空气可能扩散进来。气体在聚苯乙烯泡沫塑料中的扩散速度要慢于其他聚合物泡沫塑料,例如聚苯乙烯泡沫塑料。


对流是由于气体和液体等流体中的分子从热表面向冷表面的大量运动而产生的热传递。在polyiso等泡沫中,泡孔太小,任何对流都不会发生。此外,每个单元之间的温差太小,不会引起对流。


辐射-热能从热表面辐射出来,并被材料吸收,这取决于材料的不透明度和厚度。Polyiso不能完全阻挡热辐射;细胞壁被认为太薄而不能吸收热辐射,然而细胞支柱被认为能吸收并再辐射热能。制造商的目标是制造小电池,即单位体积的电池更多,以更有效地阻挡热辐射。


隔热对屋顶的好处


隔热层对进出建筑物的热流有两个主要影响。



  • 在夏季,从太阳向下进入建筑物的热量减少。类似地,反射膜也可以减少热量,但可以通过反射来减少热量。在冬季,隔热减少了建筑物的热流,从而降低了供暖成本。

  • 隔热层延缓了热量进出建筑物的速度。Polyiso有“热惯性”,不像反光膜那样有这种效应。

    • 对于像办公室这样的建筑来说,这种延迟效应是隔热的一个非常重要的好处。这意味着一天中较少的时间需要通过屋顶的热通量来进行最大的空调工作。




热阻规范


Polyiso是生产符合ASTM C1289标准规范的表面刚性多孔聚异氰脲酸酯隔热板。C1289规定了不同产品厚度在平均温度75°F下的热阻,并要求在40°F和110°F下的值可根据要求提供。


制造商公布的r值的重要特征是;



  • 这些值是一个温度范围内的平均值。测试方法要求绝缘试件有一个冷热侧,两者之间的距离至少为40°F。大多数著名的测试实验室使用50°F的精度差。因此,75°F发布的值实际上是50到100°F范围内的平均r值。

  • 考虑到气体的扩散和空气进入泡沫,数值是基于预测的“长期热阻”或ltr,由快速老化的泡沫薄片获得。

  • 从2003年开始,聚异氰脲酸酯绝缘制造商协会(PIMA)建立了第三方认证程序,独立验证ltr值。这被称为皮马质量标志™ 程序. LTTR值被视为建筑设计专业人员使用的“标记R值”。

  • 标签r值表示15年时间加权平均值。它们可以帮助专业设计人员评估建筑的能源效率,而不必担心长期的性能损失,这是考虑到价值。


标签r值的验证


皮马质量标志™ 该计划要求参与的制造商满足以下不同产品厚度的R值。


由PIMA QualityMark™计划建立的最小LTTR r值


PIMA QualityMark™计划要求每个制造工厂提交LTTR值的年度验证。在验证期间,独立的第三方代表访问每个工厂,并选择至少5个板进行测试。整个过程由FM Global管理。2015年PIMA QualityMark验证测试的结果总结如下:


2015年PIMA质量标志验证测试结果


在平均75°F的温度下,对每种厚度共33个样品进行了测试。这些从第三方独立程序获得的值令人放心,特别是考虑到所涉及的大量样本(33个样本× 5个样本= 165次试验)。PIMA质量标志计划的存在是为了确保成员制造商有责任生产符合公开标签价值的产品。


热阻和温度


如前所述,ASTM polyiso规范要求必须公布75°F下的温度值,并根据要求提供40°F和110°F下的温度值。假设室内设计温度为68°F,ASHRAE气候区冬季和夏季条件下的平均参考温度如下所示:


ASHRAE气候带温度



  • 从数据中可以清楚地看出,报告的平均温度为75°F的R值适用于夏季,在许多情况下,适用于冬季。

  • 在评估冬季供暖要求时,为ASHRAE气候区6和7设计屋顶的建筑设计专业人员可能需要使用平均温度为40°F时报告的R值。


此外,电力成本大约是天然气成本的四倍在英国热量单位能量等效的基础上. 当指定隔热时,如果使用气体热,则夏季空调成本可能占主导地位,75°F平均温度下的R值可能是最重要的。


“热阻规则”


虽然了解材料的R值对于暖通空调规范制定者和建筑业主/占用人来说对商业建筑市场很重要,但业主和个人消费者通常无法核实有关热阻的索赔。20世纪70年代能源危机之后,欺诈性的R值主张变得如此普遍,以至于美国国会通过了一项消费者保护法作为回应热阻的规则“.R值规则”要求家用绝缘材料制造商、专业安装商、新房销售商和零售商根据标准测试结果提供R值信息。”


Polyiso在许多公寓和高层公寓建筑的住宅墙体系统和屋顶组件中用作连续隔热材料。polyiso制造商无法区分住宅和商业应用产品。因此,在实践中,R值规则涵盖了所有polyiso,这意味着标记的R值在法律上是可执行的。


结论



  1. polyiso的导热性,与大多数其他泡沫一样,主要由细胞气体的导热性决定。

  2. 与普遍理解相反,R值被报告为整个温度范围内的平均值,并不代表精确温度下的值。例如,在75°F下报告的R值通常在50至100°F范围内测量,并应记录为平均R值。

  3. 建议建筑设计师和技术人员使用平均温度为75°F的标签r值。对于ASHRAE气候区6和7的项目,根据建筑的几何形状和当地的能源成本,可以使用40°f的值。


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