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建筑科学

正确使用板边绝缘

这些热能模型揭示了阻止热损失的最有效方法

楼板周边保温,或楼板边缘保温,是最常被滥用的施工细节之一。如果安装得当,这种绝缘材料可以显著提高能源效率,也许更重要的是,居住者的舒适度。不幸的是,要获得正确的绝缘细节可能很复杂。建筑师和工程师努力寻找更简单的方法,但他们提出的细节往往是完全无效的。

如何不安装板边保温

上述细节的安装过程很容易,这可能是它们经常被使用的原因。它们不需要绝缘保护或奇特的混凝土形式。问题是它们完全无用——你可以很容易地在图中看到冬季热量损失的位置。这三种方法都不能提供可测量的绝缘值。当能源评级员和检查员看到这样的应用时,他们应该将其评级为完全没有绝缘的平板。

建筑规范怎么说的

2018年《国际住宅规范》(IRC)第N1102.2.10节和《2018年国际建筑规范》(IBC)第C402.2.5节包含关于板边绝缘安装的具体要求。下面是它的内容:

N1102.2.10 (R402.2.10)平铺板地板。

地板表面低于标高12英寸(305毫米)的平板地板应按照表N1102.1.2进行绝缘。隔热层应从基础墙外部或内部的板顶向下延伸。位于地坪以下的绝缘应按照表N1102.1.2所规定的距离,通过垂直绝缘、板下延伸的绝缘或从建筑物外延伸的绝缘的任何组合进行延伸。远离建筑物的绝缘应由路面或不少于10英寸(254毫米)的土壤保护。外墙和内层板边缘之间的绝热层的上边缘允许与外墙以45度角(0.79 rad)切割。在建筑官员指定的有非常严重的白蚁侵扰的司法管辖区,不需要板边绝缘。

自2006年以来,这种语言一直没有改变。

热能模型的颜色/温度图例

温度的横截面

下图是一个未隔热板边缘的横截面,2×6墙与R-19腔绝缘,底板安装与板边缘齐平(更多关于这一点)。颜色代表不同的温度,正如你在上面的图例中看到的。这些图像是用劳伦斯伯克利国家实验室的软件制作的小卡.它计算稳态传热和由此产生的温度分布的一个组件使用有限元分析。

室外温度为25华氏度,室内温度为70华氏度,房屋内底板与楼板相遇的区域仅为44华氏度。

乍一看,这证明了适当的板边绝缘的重要性。人们常常错误地认为,像混凝土这样坚固厚实的材料一定能很好地抵御自然灾害;这与热流无关。它需要整整一英尺(12英寸)的固体混凝土才能达到R-1。土壤也好不到哪里去。相比之下,实木每英寸约为R-1。

这张图显示了前面说明的错误方法之一。如您所见,前两个模型几乎完全相同。内部角落仍然只有44华氏度。

有一条距离里面只有六英寸的小路,从墙的底部穿过混凝土。这产生的r值只有0.5。与2×6墙的R-19绝缘形成对比。如此集中的热损失区域是板式建筑业主的主要舒适度问题。

这张图片显示了热流的强度。

不难看出为什么能源法规认为信封的这个问题区域具有如此高的优先级。然而,简单地满足IRC要求可能不是获得高效平板的最具成本效益的途径。

气候区4的规范批准的板边绝缘细节。

在气候区4 (CZ-4), IRC规定R-10板边绝缘深度为2英尺(从板的顶部向下测量)。IRC还允许您将泡沫顶部边缘倒角至45°以提供排水,尽管这在一定程度上降低了效果。墙内的温度现在是54华氏度,舒适了一些。

一个更简单的选择

如果构建器使用Performance或ERI路径来遵从IRC而不是指定的代码,是否有更简单的替代方法可以提供可接受的结果?下一个例子显示了隔热层从平板顶部向下延伸12英寸。

悬挑底板的连续性,在绝缘提高性能。

如果您使用2x10秒来形成板,形式可以升高,保温材料可以简单地放置在形式之前放置混凝土。沟底处不放置额外的绝缘材料。两英寸的泡沫相当坚固,可以在不增加更高形状的情况下抑制混凝土的重量。

上图还显示了2×6墙的悬臂,使护套的表面与泡沫的表面齐平,从而避免倒角。人们可以看到,仅仅12英寸的泡沫提供的结果是优越的代码规定的方法倒角泡沫。现在里面的角落是57华氏度,迄今为止最好的表现。许多能源评级者使用的软件证实了这一结果。如果将规定的两英尺泡沫(如上图所示)与CZ-4中的一英尺泡沫进行比较,结果在96%以内。让你的评级人在你的计划上试试。

热流模型,只有1英尺厚的板边绝缘。

另一个经常被忽视的细节是整个建筑围护结构必须是绝缘的。这包括房子和任何附属车库之间的分离(无论车库是否绝缘)。这就需要使用一个单独的倾倒车库与板边缘绝缘放置之间。如果内部板和车库板都要承受在基础上,中间的泡沫将击中基础的顶部。当只用一英尺的泡沫时,这是没有问题的。车库的地板也可以放低几英寸。

能源成本影响

那么这些不同的方法对能源效率的影响是什么呢?快速眼动/设计软件被用来模拟堪萨斯城(CZ-4)一个1835平方英尺的平板牧场主的年度能源消耗。唯一的影响是供暖成本。结果如下表所示。四英尺的泡沫被包括进来,以证明随着深度的增加,冲击会减少。即将到来的2021年IRC可能会规定CZ-4的4英尺。REM/Design和Therm的结果明显一致,只要能够经济有效地完成,这些显著的数字就证明了增加板边绝缘的额外成本是合理的。但是,最深刻的改进还是舒适。所以1英尺的板边每年可以节省137美元。但更重要的是,这节省了总供暖成本的40%,从而大大提高了舒适性。

外保温保护

应该清楚的是,人们不能简单地将泡沫绝缘材料暴露在可能遇到的严酷条件下,比如太阳的紫外线辐射和电动除草机的攻击。以下是IRC对保护板边绝缘的看法:

N1101.11.1裸露基础绝缘的保护。
地下室外墙、爬行空间外墙和地板楼周边的保温层应采用刚性、不透明和耐候的保护覆盖层,以防止保温层的热性能下降。防护罩应覆盖外露的外部绝缘,并在标高以下延伸不少于6英寸(153毫米)。

IRC呼吁在板边绝缘上安装“坚硬、不透明和耐气候的保护层”。

通常使用钣金闪光来提供保护,尽管它很难应用,也很难使金属上有许多可见的凹痕和皱纹。经常与潮湿的土壤接触也大大缩短了均匀镀锌钣金的寿命。可以使用不锈钢,但成本很可能高得令人望而却步。有些人会在泡沫上涂上一层灰泥,但在除草机的存在下,它的耐久性会受到质疑。另一种技术是使用纤维增强水泥板,在墙下涂上灰泥涂层和金属闪光。

三元乙丙橡胶膜是一种耐用的替代板边绝缘保护。

更好的替代品是三元乙丙橡胶。三元乙丙橡胶是一种合成橡胶,通常用于商用屋顶。在它的薄片形式,它最接近于一个厚轮胎内胎。成本低,耐候性强,使用寿命长。使用的典型厚度是45密耳。

许多承包商已经使用三元乙丙橡胶作为墙壁、门廊和露台之间的接触点。DIY商店出售的厚度为15毫米,可以用作池塘衬垫。它很容易作画,而且不受杂草修剪器的影响。床单可以铺在新板子上,切成条状。使用喷雾,接触水泥将条状材料粘在泡沫板和板的顶部。接头可以用专门设计的粘合剂焊接。将这种材料折叠在板的顶部,可以阻止白蚁穿过泡沫。

底线

平板边缘隔热的重要性乍一看似乎违反直觉,但来自Therm的图像生动地证实了在极端条件下热量的传递。重要的是要理解,板边绝缘的影响随着深度的增加而减少,绝缘暴露在室外空气的上部是最关键的。适当的绝缘保护是必须的,必须特别注意避免白蚁的隐蔽入侵。

有许多关于板边绝缘的技术没有在这里介绍。每一种都有自己独特的挑战。本文的目标是通过提供一种具有成本效益、简单且持久的替代方案,在各种位置提供良好的性能,从而鼓励对外壳的这一重要部分进行适当的绝缘。这包括有条件的空间和附加的车库、门廊和露台之间。


-Neal Ezell是第三代住宅承包商,拥有工程物理学学士学位。在Ezell-Morgan建设在堪萨斯州的劳伦斯,尼尔和他的兄弟布莱恩建造了具有成本效益的房屋,在HERS量表上的评分一直在50分左右。插图和照片由作者提供。

33的评论

  1. 罗伯特Opaluch||# 1

    这些热损失图形对理解热损失模式非常有帮助!

    我用铝闪光与烤搪瓷完成覆盖板边缘泡沫绝缘。它不会像钢一样生锈,更容易弯曲,可以防止杂草修剪,价格便宜,普遍可用,而且是预先加工好的。(无论如何,你不应该在你的地基旁边种植植物,以至于必须在那里使用除草机!也不应该让水分积聚在你的基础和壁板附近!)

    如果你在使用低于等级的外墙保温材料,很有可能你也在使用高于等级的外墙保温材料。墙体护套,任何外墙保温,雨幕和壁板都将在基础或板边以上提供一定的深度,使其更容易安装板边保温而不变细,或添加更多的外部保温。

    如果你正在建造R-25到R-40外墙,你的楼板边缘隔热层应该超过1英寸厚的R-4。

    其中一个问题是防止白蚁或其他昆虫钻到木板边缘的绝缘材料或覆盖物后面,然后在不被发现的情况下爬到墙壁上。如果在混凝土墙或板边没有外部绝缘或其他覆盖物,你可以注意到白蚁在表面建造的隧道。铜挡板或铜网(与混凝土密封)可用于木钉墙下的白蚁屏障,以防止昆虫入侵。铜对白蚁也是有毒的。如果采用板边或外基础保温,在混凝土墙体或板边外保温内有哪些标准的防虫方法?

  2. C L||#2

    正如罗伯特所指出的,在这个国家的许多地方,目前解决方案的障碍是防范白蚁。与白蚁造成的结构破坏相比,一些能量损失是两害相权取其轻。

    EPDM涂层对我来说是一种新技术。也许它可以结合使用一个屏障,如Polyguards Term barrier,这是一个剥和粘的解决方案。如果在模板剥离后,将术语屏障应用于刚性绝缘材料的外部,并在板上重叠,延伸到底板的内部,这可能会创建一个有效的白蚁屏障。然而,“期限障碍”不应该长时间暴露在光线下。装帧和护套完成后,EPDM层可应用于护套下部8",向下延伸至覆盖,并粘附在Term屏障上。有人做过这样的细节吗?

  3. 专家成员
    阿曼德科博||# 3

    看看Energy Edge吧。https://www.eeform.com/

    1. 约翰•克拉克||# 6

      这很有趣。我想知道他们的隔热板产品在与混凝土板本身接触的金属板数量下表现如何。也许在温带气候(CZ 3-4),这不是什么大问题,因为温带气候以加热为主?

    2. 乔•马丁||# 17

      谢谢,阿曼德。我今天在Energy Edge检查了一下,结果发现他们使用的绝缘材料是我长期以来最喜欢的材料之一——用硼酸浸渍的EPS。98%四水合八酸二钠(DOT)可以抵抗白蚁的渗透。这种产品在全国范围内生产,名为Performguardhttps://www.achfoam.com/Technical/Termite-Resistant-EPS-Tech-Data.aspx
      是我唯一可以信任的泡沫之一。另一种是欧文斯康宁的泡沫玻璃,抗压强度高于EPS。https://www.foamglas.com/en
      此外,关键是要保护木材,所以用Timbor或Bora-care(对哺乳动物无毒)对框架和护套进行健康处理,让我大多数晚上都能睡得着……

    3. 专家成员
      阿曼德科博||# 18

      Tom comtom是一个来自堪萨斯州威奇托市的好人。他是一名注册建筑师,希望我们的行业做得更好。很久以前我就把他介绍给GBA了。我希望人们真的能看看他的解决方案。

      1. 乔•马丁||# 19

        我唯一的问题是关于聚氯乙烯形式的房子EPS。我想它对紫外线是稳定的,但PVC会随着温度的变化而明显膨胀,所以在一个炎热的八月下午,我们会在这种形式中看到什么样的运动。有这方面的经验吗?

        1. 查尔斯•坎贝尔||# 21

          我希望是玻璃纤维而不是PVC的形式,无论是热稳定性和不可燃性。

        2. 专家成员
          阿曼德科博||# 23

          联系他们,让他们知道你们对他们产品的看法。也许你有一个好主意,他们会听你的,或者他们会很好地解释他们是如何做事的。

          1. 乔•马丁||# 27

            刚收到Energy Edge的样品。产品看起来简单,坚固,逻辑设计为闪烁。应该工作,节省时间,金钱,和长期的能量损失。我想我们会在下一个项目中尝试一下。玻璃纤维拉挤代替PVC可能是一种改进,可能是一种升级的替代方案,取决于项目需要。但是这个产品现在就在这里,可以使用了。

      2. 专家成员
        阿曼德科博||# 20

        乔——我觉得你最好由汤姆自己来回答。给他打个电话,他很平易近人。

        1. 乔•马丁||# 28

          罗杰。谢谢。

      3. 专家成员
        删除||# 22

        “删除”

  4. 专家成员
    Kohta上野||# 4

    只是为了确保没有人在这个讨论中重新发明轮子,GBA有一篇关于保护暴露在以上等级的基础绝缘的优秀文章。十年前(?!?!?)....时间过得真快。

    如何完成外墙基础保温
    有很多选择可以覆盖以上等级的硬质泡沫绝缘材料,包括一种可能会让你大吃一惊的材料

    //m.etiketa4.com/article/how-to-finish-exterior-foundation-insulation

    此外,如果你浇筑的是厚壁板,而不是整体板,你可以选择将绝缘材料“隐藏”在混凝土中:

    BSI-059: Slab Happy
    https://www.buildingscience.com/documents/insights/bsi-059-slab-happy

    当然,您也会冒着漏掉本专栏中所描述的关键绝缘部件的风险。我做了一个调查,建筑商省略了小的平板边缘部分……结果是楼板边缘变冷,高湿单元楼板凝结。

    1. 伊桑福利||# 5

      看到真实世界的失败例子总是很有趣,谢谢分享。

    2. 约翰•克拉克||# 7

      卡尔·塞维利亚(Carl Seville)在他位于白蚁多发的亚特兰大大都会(Metro-Atlanta)的家上浇筑石板时,采用了向内的方法。

      //m.etiketa4.com/article/movin-on-up

      当然,回填板更贵,所以只能在定制房屋上看到它。

      1. 专家成员
        卡尔塞维利亚||# 11

        我还在整个平板以及基础和外部护套底部之间安装了一个Term屏障。白蚁在乔治亚州很讨厌。

    3. Stephen Sheehy||# 24

      Kohta:你能解释一下为什么你右边的图显示了在地基墙内部,在石板下面有垂直的泡沫吗?石板不是已经隔热了吗?

  5. 乔恩·R||# 8

    你能提供THERM文件吗?

    热桥接(即冷点)+1,产生冷凝/潮湿风险。

  6. Lanark_Design_Build||# 9

    这是一个重要的细节,也是我们使用ICF解决的问题(我们正在渥太华省西部地区建造)。
    我们使用8“ICF块,切出该块的内表面的一部分,因此使用ICF作为我们的周长形式(不需要移除,不需要从一个工作到另一个工作……)与大多数ICF一样,它快速、容易安装,容易接受钢筋等。额外的钢筋将ICF部分的混凝土绑在ICF内部的加厚边缘上,这样就有了一个非常容易组装的隔热板边缘。这种方法也使得详细描述次级板绝缘和蒸汽屏障变得容易。确切的细节可能因工作而异,这取决于我们是否还详细说明了氡气,是否有地暖等。

    下面是一个简单的例子:

    文件格式
    1. 乔恩·R||# 10

      工程师是否同意在加厚边缘中间的一块泡沫没有显著的结构效果?

      1. 专家成员
        迈克尔·玛蒂||# 16

        在我看来,LBD的设计在结构上与ICF的单浇板周长墙相同,而没有ICF内部的倾斜混凝土段。我也不喜欢,因为单倒的风险开裂,但我喜欢它时,板倒分开。

  7. 查尔斯•坎贝尔||# 12

    我不知道三元乙丙橡胶是一种有效的白蚁屏障。这让我想知道其他的柔性材料也可能有效。

    1. C L||# 26

      读到这篇文章我也很惊讶,所以我谷歌了一下,找到了一个路易斯安那州立大学的网站,上面写着“……薄膜并不是可靠的屏障,因为众所周知,台湾地下白蚁会啃噬许多它们不吃的非纤维素材料,包括泡沫绝缘材料、灰浆、塑料、橡胶和其他材料。”[https://www.lsuagcenter.com/topics/family_home/home/lahouse/my_house/building%20a%20high%20performance%20home/hazard%20resistant/termite-resistance-one-line-of-defense-isnt-enough]

      了解这篇GBA文章的作者如何将三元乙丙橡胶作为白蚁屏障的更多信息将是有趣和有用的。

      1. 查尔斯•坎贝尔||# 29

        既然它们能咬碎灰泥,那它们就不能咬碎混凝土吗?看来金属是唯一安全的材料。或者是玻璃纤维。

        1. 安东尼奥·贝当古||# 33

          它们不会咬穿混凝土,但它们可以穿过混凝土中经常出现的小得惊人的收缩裂缝。

  8. Lanark_Design_Build||# 13

    是的,我们已经详细检查过了,并盖了章。承重墙主要承载在8英寸增强ICF核心和水平钢筋pcs之上。24“o.c.提供一个连接两个部分的混凝土分开。我们有时也会将内面切割得比图纸中显示的更深,所以在这一点上有超过4英寸的深度。

    去年冬天,我们做了一项这样的工作,将周边与内部混凝土板分开浇筑,这使我们能够抬高墙壁(车库风格),然后加热内部,并在次板细节和电气/管道粗制完成后浇筑混凝土。

    我们还在一个2层楼的建筑中使用了这个细节,ICF轴承直接位于基岩上。那所房子是11年前建造的,我最近又回到了那里。楼板表面是成品地板(地板内加热),没有裂缝,墙壁或任何形式的支撑都没有问题……

    在所有此类板级建筑中,次板颗粒的准备和压实是至关重要的,必须仔细进行。

    1. 乔恩·R||# 15

      承重墙主要承载在8”加强ICF和…

      由于房屋的重量主要由8英寸eps/土壤承重,我预计楼板会在ICF泡沫之上开裂,然后随着钢筋的生效而稳定下来。也许上面有把锯子?

      我同意坐在基岩(和一些土壤)上是稳定的,即使是小的8英寸承载区域。

  9. Neal这时警报声响起||# 14

    这里有很多精彩的评论。当你看有关节能的DIY节目时,他们不先告诉你它们在哪里,我总是很恼火。当我去度假的时候,我的家人讨厌它,顺便说一句,我总是喜欢去看看当地的一些建筑,看看他们是如何在不同的气候下做事的。不管你来自哪里,每个人都认为他们的气候条件很恶劣。我无法想象在安大略建一个家。我肯定会雇佣拉纳克。超酷的帖子。

    我没有展示的一个细节是我们定制的带有辐射热的房屋。我们在边缘上做1英尺,然后把剩下的3英尺折叠在基础上,向内延伸,总共有4英尺的周长绝缘。然后我们在整个地板上铺上泡沫,这样结构的所有部分都在泡沫上。对于单层,我们使用25磅的泡沫。2层我们用40层(是的,它是由工程师盖章的)。我自己的家就是这样的。7年过去了,没有问题。只要确保你的负荷只有三分之一到四分之一的泡沫评级,以允许蠕变。我们的辐射只包括4-5个循环周围使用一个组合锅炉。足够冬天给家里供暖了不管我用不用迷你劈柴。 Our winter design temp is 9 degrees F.

  10. 托德开创||# 25

    很棒的文章,也是我公司特别感兴趣的文章之一。我们一直将我们的板基础建造为“stemwall板”,并将其绝缘,如Kohta的帖子中所示的建筑科学公司的细节所示。南卡罗来纳州的白蚁很饿,出于对堪萨斯州使用的三元乙丙橡胶层的好奇,我打电话给我的白蚁专家,问他这种想法是否有效。他的回答是:“在堪萨斯州,是的。”他接着说,他在南卡罗来纳州看到过白蚁吃穿和他拇指一样厚的聚合物密封胶材料。
    那么,人们所见过的保护周边泡沫顶部的最好产品是什么呢?这种泡沫就像混凝土“伸缩缝”,围绕着平板的周边和框架墙的下方。我们处理所有的墙壁3'垂直从砖石接触Boracare。

    我试着查看polyguard的Term Barrier页面,但是他们的页面正在重建中。

  11. Neal这时警报声响起||# 30

    我没有意识到白蚁会主导这场讨论。在堪萨斯州,我们没有台湾白蚁,只有地下白蚁。我不是昆虫学家,但我很难相信有什么东西能咬碎45毫升的三元乙丙橡胶。一群狼是没有机会的。这个屏障的想法是为白蚁开辟路径,它们必须在EPDM的外面建造一个隧道,这样它们就可以被看到。不知道白蚁的逻辑是什么,但这似乎比咀嚼厚橡胶要简单得多。如果白蚁是一个很大的问题,我认为预处理是必须的。

  12. Corkydork||# 31

    我想知道1500万对这个申请是否足够?还是需要4500万美元?这能不能同时用作窗台封条?

  13. 安东尼奥·贝当古||# 32

    就像“解决方案”经常发生的情况一样,一个学科中一个问题的解决方案会给另一个学科带来问题,前进一步,后退一步。
    悬垂的底板2英寸肯定不适用于2x4的墙壁,谢天谢地,这已经不常用了。使用2x6框架是可能的,但在高地震和大风区会引起结构工程问题。它迫使工作人员在严格的公差下放置地脚螺栓,并在螺栓、压紧物和板坯边缘之间留下非常小的边缘距离。
    它能奏效吗?当然,但“解决方案”必须是全面的。它必须适用于所有涉及的学科,而不仅仅是一门学科。
    此外,该方案还需要考虑到不同的条件,例如车库板和房屋条件空间中相邻板之间需要热中断。
    其他人已经指出了白蚁问题。

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