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建筑科学

热泵和小木屋

一个令人信服的论据,支持用新技术改造旧的住房风格

我祖父母的小屋,大约在1984年

在我最美好的童年记忆中,有一次是全家去怀俄明州比格霍恩山(bighhorn Mountains)祖父的避暑小屋。这是一座低矮的单层建筑,用粗原木搭在花岗岩鹅卵石的地基上。原来的房间是一个可在里面用餐的厨房和家庭娱乐室,它的中心是一个巨大的开放式壁炉。一开始是一个门廊,后来被围成了睡觉的地方,用窗帘隔开了床。一个小的附加部分容纳了一个带自来水的半浴室,尽管使用后面的外屋总是感觉更真实。

对于一个20世纪70年代在新泽西郊区长大的孩子来说,去小屋旅行就像是走进了一个失落的世界。白天,我们在云峰荒野的山脚下徒步,钓虹鳟鱼,做木制玩具。晚上,我们用长柄礼花器在壁炉里烤玉米,然后早早就寝。即使是在8月,夜晚也很冷。大火熄灭后,我们钻进睡袋里。

关于热泵的争论

小木屋因其美丽、质朴的魅力,以及唤起一种更简单、更慢的时光的能力,在北美很受欢迎。它们通常位于远离天然气管道的农村地区,在那里它们依赖于一些组合材料,如软木、颗粒、丙烷和电阻来加热。对于想要降低取暖成本、减少碳排放,或者只是想摆脱生火的劳动和麻烦的客舱居民来说,空气源热泵是一个有吸引力的选择。

小木屋占地面积小,形状紧凑,是热泵技术的理想选择。小木屋通常具有开放式的平面设计,有一个通向阁楼的高天花板大房间。这些特点使它可以用一个或两个无导管的迷你裂缝头服务大多数生活空间。

一直用木头取暖的房主通常习惯了他们房间内的温度变化,可能已经在浴室、卧室或办公室等小房间使用电阻加热器,而这些房间离火炉较远。小电阻加热器的使用与单头或双头热泵设计很好地吻合。这种方法通常比在较小的房间中增加热泵头更有效、更经济。

需要考虑的一些缺点

但是小木屋也给热泵的应用带来了一些挑战。其中一组问题涉及到正确计算加热需求——以及在较小程度上计算冷却需求。在许多小木屋中,漏气是热量损失的最大单一组成部分。因为漏风的情况变化无常,而且可能很高,所以在计算热负荷时,使用风机门读数而不是定性评级是至关重要的。一些较老的小木屋是我见过最漏水的建筑之一。但我也测试过符合当前密闭性标准的新木屋。如果你不测试,你就不知道。由训练有素的建筑分析师进行的吹风机门测试和红外扫描将提供这一关键数据,也可能发现一些成本效益高的空气密封机会。有针对性的空气密封范围甚至可以使用更小,更便宜的热泵。

小木屋特有的一组漏风问题涉及到墙壁本身。窗台梁是老房子常见的漏水部位;如果我们把小木屋想象成一幢由窗台梁堆叠而成的房子,我们就开始看到问题的严重性了。当构成舱室的原木下沉、收缩和膨胀时,水平接缝和角落会出现新的缝隙;保持原木墙壁的缝隙是一项持续的任务。几年前,我和一对年轻夫妇一起工作,他们刚买了一间自己建造的小木屋,木屋的原木之间有太多的裂缝。他们自己负责把房子里的每条缝都填塞好。经过几十个小时的工作和几十根棕色填塞管,他们的漏气率下降了超过三分之一,并显著改善了舒适度。现代套件风格的原木住宅结合了垫圈和半榫槽铣削,有助于消除原木之间的泄漏。

处理漏气

红外摄像机的阅读

水平节点和角落的漏气在红外扫描中显示得很清楚,特别是当鼓风机门运行时。

大的漏风也可能发生在屋顶-墙壁交界处。在老木屋中,这个区域尤其容易漏水,因为粗糙的椽子搭在粗糙的原木上,形成了一系列不规则的开口。空隙通常被玻璃纤维填充,这是一种无效的空气屏障。一个更好的解决办法是用坚硬的材料和膨胀泡沫来密封开口。在许多小木屋中,这个细节仍然暴露在生活空间中,需要整齐地填塞或用木装饰覆盖。

屋顶组件本身也可能是空气泄漏的主要来源。特别是,一个透气的内部表面的组合,如舌形槽镶板和一个透气的绝缘材料,如玻璃纤维,可以导致高率的外流,因为温暖的空气上升,并找到它的方式从屋顶的缝隙。如果天花板组件包含一个适当详细的空气屏障或空气不渗透绝缘体,如闭孔泡沫,这些泄漏将大大减少。

地下室或爬行空间的空气密封机会取决于建筑的年代和风格。带有粗糙窗台梁和堆叠石墙的小屋可能需要大量的工作,而浇筑混凝土或块状地基的小屋可能只需要针对性的措施。与任何其他类型的房屋一样,适当地封装和调节舱室的通风爬行空间将大大改善舒适度、效率和湿度控制。

其他热损失来源

除了漏气,热损失的另一个来源是通过固体材料,如原木本身的传导。一个8。厚原木墙的r值约为11,所以它每平方英尺传递的热量几乎是原来的两倍。Ft.作为完全绝缘的2×6墙。(高质量的原木墙使它们的热性能略好于r值单独显示的值。)提高原木墙r值的选择是昂贵的,而且它们可能会牺牲原木小屋最初吸引房主的美学特征(见焦点问答:修理漏水的木屋).在大多数情况下,将重点放在减少漏气和保持原木壁r值“原样”是有意义的。

在原木房屋中安装热泵

在安装的时候,一个挑战是把室内的头挂在不平整的墙上。为了正确排放冷凝水,封头需要安装水平和垂直。高壁头通常有一个钢制安装支架,用螺丝固定在墙上;头部本身挂在支架顶部的贴片上,并夹在底部的小贴片上。如果安装支架没有拧紧,或者它扭曲了,以至于底部的夹子无法啮合,通常安静的机组可能会发出响声。

我们尝试在安装板后面直接使用垫片,但这种方法过于挑剔,可能会在单元的亮白色与深色木材形成对比的地方留下难看的缝隙。另一种方法是固定一块橱柜级的3/4英寸。将胶合板安装到原木墙上,根据需要使用垫片使其垂直,然后将安装支架安装到胶合板上。胶合板可以被染色以匹配原木,或者切割成无导管头部的轮廓,或者稍微大一点的画框与装饰。低墙或“地板”单元直接连接到墙壁没有支架也可以受益于胶合板背板。

Minisplit头
染色胶合板背板可用于提供一个平坦的,垂直的表面安装室内头。

与其他房屋类型一样,小木屋的高墙头应该安装至少6英寸。在天花板以下,以确保充足的气流和混合。在拱形房间里,尤其是在暖气占主导地位的气候条件下,头不应该贴在墙上太高。的东北能效伙伴关系建议高墙头排出的空气不超过地面以上8英尺。当供暖是主要目标时,低壁机组也是一个很好的选择。

建筑的复杂性

第三个挑战是在厚墙和复杂的角落工作。钻穿圆木墙进行管道和电气连接会增加安装时间。安装人员应该确保带一个坚固的绳索钻头,一个锋利的自进钻头和钻头延伸器。(热心的帮手也不会造成伤害!)为了确保适当的冷凝水排水,墙渗透需要向下倾斜到外部。排水管道应该始终至少下降1/4英寸。每英尺水平运行。对于用柔性软管穿墙,我更喜欢更陡的斜度,大约3/4英寸。为1。在一个8。墙。

围绕小木屋复杂的角落细节布置外部线条是一项耗时的任务。如果线路组需要封闭在塑料线路组盖,客舱的角落将需要多个90°孔和可能的一些灵活的配件。出于这个原因,我更喜欢,只要可能,把室外机放在房子的同一侧的室内头或线路设置通过地下室或爬行空间。

我也尽量避免把室外机放在屋顶的滴水管线下。雨水和融雪滴到机组上可能会导致结冰和除霜循环的问题;大雪从金属屋顶上滑落可能会造成物理损伤。由于这些原因,我更喜欢把室外机放在山墙的末端或在保护性的悬垂下。当这两种选择都不可能时,我推荐售后雪盾。

我有时会回想起大角山的小木屋,它如何塑造了我的个人审美和环境意识。那些神奇的日子让我开始了一条曲折的道路,先是通向生态,然后是能源效率,最近是热泵和电气化。我知道很多人对小木屋也有同样的感受。当我们寻找方法使这种受人喜爱的住房风格符合气候目标和现代人对便利性的期望时,空气源热泵可以发挥重要作用。

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乔恩·哈罗德是舒适的地球该公司的使命是以对人类和地球有意义的方式减少建筑能源使用。Jon拥有建筑性能研究所的多个认证,并发表了大量关于能源效率和绿色建筑的文章。图片由作者提供。

3评论

  1. 罗伯特·斯文本科技大学||#1

    我想知道在小木屋里使用特技飞机怎么样?

    1. 乔恩·哈罗德||# 2

      这是一个有趣的想法!我对“飞行母舰”感兴趣已经有一段时间了,但我还没有真正参与过使用它的项目。我对Aeroseal有限的经验是,这是一个了不起的产品。

  2. 大卫•马丁||# 3

    正如这篇文章所指出的,要确定一个老木屋的热负荷是很困难的。如果你不能得到鼓风机测试或准确测量绝缘,一个简单的选择是测量需要多少热量来维持温度。如果你有电加热,你的公用事业通常会告诉你一天用了多少电。如果是一个寒冷的日子,你没有其他大的电力负荷,你可能会认为90%的电力都是热的。将当天的平均温度与当地设计负荷进行比较,可以使你非常接近你需要从热泵获得的热量。对吧?

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