本系列播客来自为期两天的“建筑科学基础”课程，由建筑科学公司的Joe Lstiburek博士和John Straube博士授课。
有关参加现场课程的信息，请访问BuildingScienceSeminars.com
更多的建筑科学
在上一集中，约翰博士谈到热量是如何在家中传播的
以及为什么辐射屏障在外太空比在地球上更有效。
在这一集中，约翰博士谈论绝缘史，如何不同的材料工作以及他们有意义的地方。
成绩单
绝热材料的历史是由结构工程的历史产生的。现在，我是一个正在恢复的结构工程师，这可能是我喜欢这样想的原因。
但在过去，我们没有优秀的结构工程师，要建造一栋房子，你必须使用大量的材料，而且必须坚固。你不能在里面装很多窗户，而且必须很厚。你得到了很好的r值，因为你用了很多。当我们有了更聪明的结构工程师，他们能够将材料层变薄，直到有了4英寸厚3000 psi的混凝土墙，你可以用它建造10层楼高的建筑。4英寸混凝土的r值是多少?的利息。然后我们更进一步:我们能够将4英寸的混凝土浓缩成每20英尺的钢柱。如果你看一下混凝土的r值，它是0.07每英寸，所以4英寸等于四分之一r。
原木和土坯有很好的r值
但是，如果你有一块钢铁......让我们说你的i-beam上有一个1英寸的钢法兰;R值约为0.004。当你开始在r-values中发表零任何东西时，你知道你是一个失败者。因此，这些材料中没有一个实际上有希望的希望。只有当您进入此范围时才知道，您知道，具有12英寸直径的LOGS-R-10的10英寸厚的原木舱。这并不是那么糟糕。它实际上符合舒适要求[和]避免表面凝结。人们说，“哦，你不能住在小木屋里。那没钱。“嗯，这比你的标准窗帘墙好三倍，它没有任何太阳能增益问题。
但是我们已经被宣传洗脑了，他们说绝缘材料是你从“家庭专制者”(Home专制者)那里买的一袋东西，我们忘记了10英寸的木头或12英寸的土坯——实际上不是一个坏产品，因为它是连续的，它是固体的。这就是它有效的原因。这面墙的r值很差，有那么多石头。但这面墙，是铝制的，它的r值是0.001每英寸，那么，这些建筑的热工性能有问题，这有什么好惊讶的吗?或者能源消耗数字没有下降?
绝缘也会影响我们的时尚选择
现在，我们显然需要的是——我们到了关键时刻，之前的油价是133.69美元/桶——我们需要更多的流量控制。人们会想在绝缘方面做一些更聪明的事情。(他们也会想要更换这些令人难以置信的愚蠢灯泡，但我相信他们很快就会这么做。)还有更多的环境问题，气候变化，更严格的舒适标准。人们过去常常忍受冬天寒冷的地方，夏天炎热的地方。我们被宠坏了，会说:“不，我想要一个更舒适的环境。”因此，可容忍的温度范围已经大大缩小了。事实上，欧洲人以此取笑北美人。他们说:“这有什么大不了的?你为什么不夏天穿短袖衬衫，冬天穿开衫呢?” We actually do the opposite. I don’t know about you, but in my office I actually have to wear thin shirts in the wintertime, because otherwise I sweat. And in the summertime I have to take a fleece to school, because if I wear my shorts and a T-shirt, well, I’ll freeze to death in my air-conditioned office. So, we actually flip it around completely. That might come to an end soon.
人们没有意识到的另一件事是，当我们的钢单层玻璃窗上有冷凝物时，它会滴到砖上——所以，太棒了。现在，当我们有冷凝时，它滴在纸面石膏上，我们就有了模具。霉菌杀死婴儿。人们拉下火警警报尖叫着跑出大楼因为他们的石膏板上有霉菌。这改变了业主对冷凝的担忧。以前大家都说"忍着点"现在就像是，“哦，这是个问题。”不管对错，这就是他们的反应。
玻璃纤维和未来的绝缘
那么，让我们来看看一些隔热材料，我们必须帮助我们控制热流。首先，接受绝缘材料的密度问题;湿度、空气容量、温差——所有这些都很重要。隔热层和里面的空气的结合就是r值。空气大约是每英寸R-6。关键是我怎么让空气保持静止?玻璃纤维是一种胜利，因为想想他们所做的。他们用了一种材料，玻璃是一种可怕的绝缘体。但如果你把它做得很蓬松，那么它就不再是玻璃纤维了，它只是阻止空气对流的东西，你实际上得到了不错的r值，r -3.5每英寸，R-4每英寸，尽管仍然是R-6，嗯，玻璃纤维并不完美。提高每英寸r值R-6的唯一方法是使用气体填充物，比如氯氟烃和戊烯，在过去，还有氯氟烃、氟利昂等等。 That would give us slightly higher R-values.
我将在....上介绍一些未来的产品真空板:这是一款来自德国的产品，我想它叫porextherm，在真空板的两侧各有两层3/8英寸的聚苯乙烯。它基本上是用来做保温瓶的。你会得到大约每英寸20到-30的r值，这取决于产品。不坏。现在，它每r值的成本大约是使用喷涂聚氨酯泡沫绝缘材料的10到50倍。但至少你能做到。如果你真的有弗兰克·盖里(Frank Gehry)那样的预算，你可以把钱都花在荒谬的绝缘材料上。不是所有人都有这样的选择。纳米凝胶和气凝胶现在也可以以可怕的价格在市场上买到，可以让你的R-12到-20每英寸。 So, we can do it, but it’s unlikely we’re going to do it.
实际上，这些东西的应用非常有趣。您想将一些冷冻海鲜从新加坡发货到伦敦，这是一个14小时的航班。正常方式是将一个制冷单元放入容器中，将鱼放在那里，并将其送到伦敦。但是，这种制冷装置重量是1000磅。从新加坡飞往伦敦的1000磅售价10,000美元。所以，你所做的是使用100磅的超级，将20磅的干冰扔进40英尺的容器中，你将它飞到伦敦，并在第一次飞行中拯救900磅900磅的运费和9000美元。因此，那些人真的关心体积限制的绝缘产品。在建筑物中，你只是让你的墙更厚。克服它。像深窗台一样的人; they like that happy, comfortable feeling.
多少绝缘是足够的?
在我们大部分的绝缘体内部都有传导，对流和辐射。理想情况下，如果我们有闭孔泡沫绝缘——实际上，大多数开孔泡沫也一样——我们就能抑制所有对流;没有空气流通通过它。这就是为什么所有泡沫绝缘材料的r值都更高的原因之一;它很简单。但我们还是要处理传导和辐射问题。在非常低的密度下，你无法得到很好的r值。因为那里的物质非常少，你会得到大量的辐射，对流循环开始形成。当你添加更多的纤维，更多的空气流动和辐射阻碍物，材料的密度就会上升。大多数玻璃纤维绝缘材料的重量在0.7到1.1磅/立方英尺之间，这是最经济的。 But you can get higher-density fiberglass; rockwool is typically a higher-density product, and with that you can get R-4.1, 4.2, 4.3 per inch.
那么，要达到R-20需要多少绝缘?R-20是一块试金石。4英寸的挤压聚苯乙烯——蓝色的，粉色的，这种颜色不会影响热传导——4英寸就可以了，不管产品是什么。绝缘不良，大约6英寸。锯末，大约8英寸。锯末曾经是一种非常流行的绝缘产品，但它不再有一个标准，因为实际上没有人有意生产它。如果它没有一个标准，它就不能被代码接受，因此，它很快就不再被使用了。所以在五六十年代，人们停止使用锯末，尽管8英寸相当于R-8;这是一个很好的系统。但既然没有人在上面赚钱，我们当然不能再买了。 Softwood, you’d need about 18 inches or so to get to R-20. It’s pretty hard these days to get buildings made out of 18 inches of solid wood, so that’s not a popular solution. Adobe, 2 feet. There are a lot of older buildings in Santa Fe, New Mexico, which have walls that are this thick of adobe, and they are getting about R-20. And they perform really well.
污垢不是很好的绝缘材料
然后我们有松散的干沙，我把它包括在这个图中是为了提醒人们，绿色的屋顶——他们把山羊放在上面的地方——并没有从泥土中获得任何隔热价值。如果污垢是很好的绝缘材料，他们可能会在家得宝(Home Depot)的绝缘通道上出售污垢。但他们没有。他们在园艺区卖，因为泥土的r值真的很低。这大概是我能找到的最好的了，4英尺的干沙。如果你能真正地种植土壤并保持足够的湿度来种植植物，你需要大约6英尺。所以，你不会把灰尘放在那里隔热;你会把土放在上面种植物。所以你才把它放在那里。
21日的评论
绝缘
关于纤维素的任何意见 - 吹干或喷涂湿润？那里有很多不同的纤维素装置。在某些地方还有时尚对待牛仔布？
纤维素
纤维素绝缘是一种可靠的产品。就像所有人一样，你可以把事情搞砸，我们学过很多把事情搞砸的方法，以及如何避免问题，大约在我在小学学习如何做分数的时候。密集的填充物可以很好地填补所有的空隙，它的高密度(超过3.5 pcf)有助于减缓空气泄漏。从任何角度看，它都不是一个空气屏障，但它肯定会减缓气流。湿喷雾密度较小，可喷洒到开放的空腔中，以填充所有的空腔和周围的障碍物。你必须注意天气和施工周期，不要过度润湿产品以控制湿度。对于小型项目和定制住宅来说并不难。我们在牛仔布绝缘方面的经验相当令人失望:差的阁楼(没有蓬松)和质量差。我确信它可以可靠地工作，尽管我不确定为什么有人会努力使用牛仔裤的目的与所有好的绝缘产品。我提到过纤维素是完全回收的吗? Does not burn? Has a long track record of success? I am afraid most people specifying denim insulation are more worried about looking like they are being green rather than being green.
打开细胞泡沫
谢谢你的文章，约翰。
你写过闭孔泡沫(和大多数开孔泡沫)在对流抑制方面做得很好。什么时候开孔泡沫不抑制空气流动?我读到过，开孔泡沫塑料不是机械设计成空气屏障，但它在这方面的工作是有效的，所以它是一个接受的应用。你能不能再进一步谈谈这个话题，因为我发现它与事实相关，开孔泡沫正在获得大量的势头，这些天比闭孔泡沫更划算。
谢谢,
杰米凯德
榆树能源集团
绝缘……聚苯乙烯/ blueboard等等
1934年砖砌家，空腔墙，建时无保温，空腔墙保温后来加了，屋顶上还有2英寸的玻璃纤维。
我正在为平屋顶添加8英寸的聚苯乙烯板隔热层，下面的房间非常耗电，在冬天不可能保持22摄氏度，当这个隔热层安装好后，我希望能减少80%以上的热量损失。
在干墙下拆下聚片蒸气滞后器？
我们住在美国东北部奥马哈市一栋建于20世纪70年代的房子里。现有的建筑包括雪松壁板，刨花板护套，2 × 4螺柱，电池绝缘和在干墙下的聚片蒸汽缓凝剂。
我们将尽快拆除壁板，护套和搭配绝缘。
我们正在寻找以下内容：Hardie Fiber Cement Lap壁板（Backprimed），家庭光滑（垂直通道的尼龙矩阵，创建通风的Rainscren），Tyvek，Huberwood Advantech外墙护套和Johns Manville甲醛免费玻璃纤维未漂流的玻璃纤维绝缘。
我们有两个问题:
1.我们是否应该在壁腔暴露时，在螺柱之间切出聚片阻汽器?
2.这些建议的墙壁组件组件是否会成功地一起工作？
我们最关心的是模具和霉菌。我们对两者都过敏。我们希望完成一次并将其正确完成。
回复劳拉·昆克尔
劳拉遇险人员,
遗憾的是，你正计划进行大规模(而且昂贵)的改造项目来升级你的墙壁，但你没有计划显著改善隔热。这是一个每50年才出现一次的机会。
你是否撕开聚乙烯真的不重要。无论哪种方式，你的家都会运转良好。但你的墙会漏出很多热量。你应该认真考虑在你的螺柱或护套的外部安装2至6英寸的硬质泡沫板;这将切断热桥通过您的支柱和显著提高您的墙壁的热性能。
纵切聚
分切聚几乎不会增加向内的蒸汽驱动，但可以增加总成的漏气。把它留在原位，除非你用额外的泡沫护套隔热墙壁。更换壁板与75年以上的产品，如哈迪和不添加甚至只是1.5英寸的泡沫是一个真正的浪费机会。1.5 polyiso的额外成本约为1美元/平方英尺，但减少了热流通过你的墙壁约一半，同时增加了耐久性(如果可以，去除聚)。
吹着棉絮和岩棉
嗨约翰（和马丁），
我在华盛顿的圣胡安群岛有一家设计/建造公司。去年夏天，我本来想去西雅图上约翰的建筑科学课，但那周我去了马萨诸塞州看望家人。我希望你明年还能在这里开设课程。
我有几个绝缘材料的问题:
你喜欢炸球吗?我所在区域的所有安装人员似乎都更喜欢它们而不是纤维素。由于担心干燥，没有人会湿喷纤维素。在你看来，就性能和寿命而言，它们是相当相似的产品吗?
2)我现在正在做一个项目，二楼有2x6框架和木地板系统。在窗户周围的墙壁和木托梁下有相当数量的木材，即使框架是2英尺的中心。我对提高我的项目的性能非常感兴趣，并且在过去的一年里对建筑科学进行了研究，我想在我还能做到的时候，尝试提高我已经设计好的建筑的性能。我想到的是应用一层2x2来覆盖我的墙壁，除了角落和窗户等，主要水平运行，然后使用吹入电池系统。在我看来，这将显著减少热桥，但不会花费更多。这似乎是一个合理的方法来改善一个2x6框墙?对我来说，这是有道理的。
我担心的一个问题是，我已经安装了带有双层玻璃、低e和氩气填充的杰尔文金属覆木窗户，这些窗户被广泛地放置在建筑中，以供观景和照明，是否会让这种额外的绝缘变得毫无意义。如果窗户没有得到改善，那么改善墙体性能是否仍然有重要的价值?这种三层玻璃窗确实要贵一些，但如果它们能给世界带来改变的话，我会鼓励人们考虑使用它们。
我不喜欢用泡沫。我不喜欢剪它。我不喜欢木蚁喜欢在里面筑巢。我不喜欢它排放废气，而且制造成本似乎很高。我知道它的性能很好，并且已经在无通风的屋顶、楼板下和重建中使用了很多次。约翰，你认为硬质岩棉可以替代泡沫塑料尤其是用于外墙和无通风屋顶?你认为它可能是泡沫的有效替代品吗?你有没有想过，尽管泡沫容易获得，r值高，但它的寿命或制造的负面影响?
谢谢你的想法。明年请一定要回到西北太平洋。
毛茸茸的墙壁
我的意思是在我的墙上放2x2的皮毛，而不是在外面。(我的建筑实际上是护套和侧面。)
泡沫密封性
所有目前可用的喷雾泡沫都足够密封，可以作为空气屏障系统的一部分。开放细胞和封闭细胞在这方面都很出色。最小厚度是一个问题，也是一个实用性问题。我的目标是1.5“封闭单元，但1”可以，开放单元，我规格3“但2”可以。
回应克里斯·莫里斯
克里斯,
许多建筑商按照你的建议在墙上安装室内水平绑带。它有很多好处。
为了获得最高的好处，您希望确保在安装分区墙壁之前安装了内部水平捆绑 - 因此您可以在隔墙和外墙之间的交叉处捕获热桥接。
缺点:
你失去了内部空间。
2.该系统没有解决边缘托梁的热桥接问题。
我没听过"吹入式蝙蝠"这个词，但我猜你说的是吹入式玻璃纤维。(这个系统没有球棒。)我认为吹入玻璃纤维是玻璃纤维的一大进步，是一种完全可以接受的墙体保温方法。迈克尔·钱德勒经常使用这个系统。
克里斯·莫里斯
1.我喜欢吹入或喷入所有类型的绝缘材料:它填充所有的缝隙和空隙以及电线周围等。纤维素就是其中一种，但如果你使用潮湿的喷雾，它可能很难在你的气候秋天冬天的天气变干。在你的夏天，一两天就会干的。纤维素可以用，如果你把它网起来，然后吹进去。但现在有喷雾玻璃纤维和网状玻璃纤维。两者的效果都很好，我对我见过的喷雾玻璃纤维印象深刻。
2.对于你们的气候来说，这些窗户是很好的。太多的人总是不好的。增加墙壁确实有帮助，但记住:气密性至少和绝缘一样重要
3.岩棉可以用作包层，但没有泡沫支撑包层的强度。我们正在测试它，并提出细节，允许它的使用，但现在你需要自己试验。
在墙的内部加毛是改善墙的一种方法。挑战在于，它会使外壳冷却，从而增加冷凝的风险，降低干燥的速度。除此之外，很难给出普遍的答案。外部的隔热层使你更安全，而内部的隔热层则不那么安全。空气密封和改善外部雨水控制。
吹制玻璃纤维和罗氏双密度板绝缘
谢谢你的回复。事实上，“在棉絮中吹”是在玻璃纤维中吹。我不知道为什么这里叫它，但确实是。
我感兴趣的岩棉板绝缘作为泡沫的替代品是ROXUL TopRock®DD和ROXUL TopRock®DD Plus。Roxul将其作为一种商用屋顶隔热材料出售，覆盖在膜屋顶之下。它被描述为一种刚性，双密度矿棉板绝缘与刚性顶层耐久性和增强强度。它的链接是http://www.roxul.com/roofing/products/roxul+toprock%C2%AE+dd+plus
我对这样的产品很感兴趣，因为它可以用来与外部绝缘，同时水蒸气可以渗透到外部。我的预感是，它比泡沫(尤其是聚iso和膨胀聚苯乙烯)更惰性，也更耐用。最后是发泡剂的问题。我听说在岩棉绝缘中可能有少量尿素甲醛作为粘结剂，这可能会给一些人带来麻烦，但至少它会在外面。
还有一种产品叫Roxul排水板，我认为这是一个相当有趣的替代挤塑基墙。http://www.roxul.com/commercial/products/roxul +drainboard%c2%ae.你有这方面的经验吗?
关键在于，这些产品似乎比泡沫板要难得多。对我来说，他们似乎具有潜在的优越感，也许值得努力去获得并尝试。我很好奇这些是不是你看到的，正在测试的产品?
谢谢。
第二个回应是克里斯·莫里斯
克里斯莫里斯，
如果你在GBA网站上搜索“Roxul”，你会收到很多信息。以下是我们提到的罗旭尔矿棉:
//m.etiketa4.com/product-guide/prod/drainboard
//m.etiketa4.com/product-guide/prod/roxul-mineral-wool-insulation-batts
//m.etiketa4.com/product-guide/prod/cavityrock
https://www.greenbuildingadadadisor.com/product-guide/prod/mineral-wool- ulsulation.
//m.etiketa4.com/community/forum/green-products-and-materials/15419/material-resource-listings-or-sharing-green-produ
水分含量如何影响开孔泡沫r值
给我们1975年的房子做绝缘升级。第一个计划的项目是用开孔泡沫塑料对屋顶的下面进行隔热。在对项目做出最终决定之前，寻找水分含量的增加如何影响性能/ r值的信息。中西部地区的真实r值是什么?
此外，研究了屋顶的推荐厚度，发现在中西部地区(6区)使用开孔泡沫塑料的最大厚度约为5英寸，然而，这与具有更高总R值的建筑规范不相符。
承包商报告说，5英寸的开放式电池可以减少92 - 96%的能量转移。5英寸是一个好的成本/效益数字吗?
此外，计划喷洒屋顶椽子以最小化热桥接。
承包商只会在屋顶上喷出开放式电池泡沫，以便快速检测和纠正任何未来的屋顶泄漏。与仔细电池与据说可以隐藏几年的泄漏，允许重大驳斥。
谢谢你的评论，他们有太多的知识需要提供，关于绝缘/能量转移如何在整个房子工作。
期待您的评论。
Les Otte
退休工程师
回应Les Otte
莱斯,
许多喷雾泡沫制造商还没有获得超出一定厚度的泡沫的代码批准或火灾测试批准。在您调查的泡沫的情况下，似乎是5英寸。五英寸的开孔泡沫具有约R-18的R值。
在你所在的气候区，国际居住守则要求最低上限R-49。这需要13又1/2英寸的开孔泡沫——而不是5英寸。
如果天花板只有R-18绝缘，那么热量通过该组件的速度比通过R-49绝缘组件的速度高2.7倍。如果你把隔热层的厚度增加一倍，热量就会减半。用5英寸的泡沫材料，你只能得到天花板所需隔热材料的1/3。
马丁斯的回答引出了一个后续问题
马丁，谢谢你的回复，我想问个问题。
也许我是错误的，但是我认为用下列方式来加热/冷却一个家庭所需要的能源，导致了下面的问题。通过增加额外的绝缘厚度来减少家庭加热/冷却所需的能源并不是一个线性条件。更具体地说，例如在热箱测试中，10英寸的绝缘可以减少X的能耗，而将绝缘材料翻倍至20英寸并不能减少2倍的能耗。相反，它会减少2x。随着绝缘厚度的增加，能源使用量的减少是否呈指数函数增长，这意味着每增加一英寸的绝缘对减少能源使用量的好处较小?
如果这是正确的，他们的公式是什么?
谢谢,
Les Otte
回应Les Otte
Les Otte，
绝缘r值与热流之间的关系是线性的，而不是几何或指数关系。如果将r值加倍，热量损失就减少了一半。
然而，当你继续加倍绝缘时，每加倍一次所节省的能量明显减少，而绝缘的成本却增加了。因此，“我应该安装多少绝缘?”这个问题基本上是一个经济学问题，而不是物理学问题。
我认为绝缘的规范要求是任何房子的最低热性能。如果与最低代码要求相比，您将绝缘的数量增加一倍，那么您将减少一半的热量损失。只有你能决定这种经济投资是否明智。这取决于你在房子里住多久，当前的能源价格，以及你对未来能源价格的预期。
整个家热阻
马丁再次感谢你的回复。
还在考虑如何改造我们70年代的砖房。很快会做红外线分析和吹门测试。同样，我们计划的第一部分是屋顶区域。我们的新家和楼上/二楼的空气处理器位于三楼阁楼的非绝缘部分。需要它在条件区域。我们看到四种意见:1)将空气处理器移到阁楼的空调部分，同时在阁楼地板上增加显著的额外绝缘;2).空气处理箱内带有硬质泡沫保温材料以及阁楼地板的显著额外保温材料:4)在椽子和屋顶甲板下侧喷洒开孔泡沫保温材料。任何想法吗?
我们目前正在考虑喷雾泡沫的选择。意识到需要考虑的几个因素:空气渗透-减少到最小的实际;热桥控，我们目前可以使用;湿度控制-家里似乎相当干燥，将使用湿度控制机制保持低;最后是附加绝缘的r值。我试图评估的是所有这些因素如何结合并与总的/总的房屋r价值相关。你的网站是优秀的，并为我提供了一些热桥效应的估计。
在考虑所有因素的情况下，仍在评估5英寸开孔喷雾泡沫与可用选项相比如何。在路易斯维尔地区，承包商在新家使用这种方法，效果很好，例如，低能源账单。我们意识到新的建筑，比我们所能做的只有内部改造更具有整体性。我会再和他们谈谈，确认他们使用的屋顶r值。
我们的目标是对屋顶区域进行改造，使其成为我们未来其他家庭能源改进的基础。窗户、门、墙壁和地下室)。
再次感谢你的建议。
Les Otte
对Les Otte的最新回应
莱斯,
如果没有实地考察，你是不可能想出能源改造工作的项目范围的。
如果你不确定如何进行，我强烈建议你雇佣一个家庭绩效承包商或家庭评估者——最好是通过RESNET或BPI认证的人——来执行家庭能源审计。审计的结果将是一份优先推荐的能源改造措施清单。
此外，我希望你能负担得起安装R-18以上的屋顶隔热材料(5英寸开孔泡沫材料)。这并不是太多。
subslab热体制
是否有关于“浮板”结构下建立的稳态热状态的文献?我特别想知道在不同的点上什么是最佳的绝缘厚度。假设板的中心，至少在技术上可以更薄而不影响热损失目标，这是正确的吗?我注意到被动式建筑标准使用了大约14英寸的硬泡沫，连续的!
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