最大化热控制的设计策略
不同季节的温度变化对建筑的能源使用和居住者的舒适度有显著影响。这使得热控制的概念成为设计过程中非常重要的一部分，其目标是拥有一个更热效率的建筑。了解热传递以及如何使用某些建筑材料来阻止热传递是实现这一目标的第一步。
传热
进出热流是决定建筑舒适度和运营成本的一个重要因素。热有从高温地区向低温地区流动的自然趋势。温差越大，流经组件的热量就越多。例如，一个加热的建筑物在冬天会把热量流失到更冷的外部。而且，在夏天，空调建筑会从它非常温暖的外部吸收热量。
通过墙体的传热速率取决于两个因素——内外温差和墙体材料的组成。有些材料，如玻璃、混凝土和所有金属，能很好地传递热量，被称为导体。其他材料，如玻璃纤维和泡沫护套，被称为具有高抗热流的绝缘体。
热量通过三种不同的方式进出建筑物——传导、对流和辐射。在建筑中，这些传热方式都同时发生，在建筑的热平衡中起着重要作用。
传导可能是最广为人知和最容易理解的传热模式。当一种材料将高温区域与低温区域(如墙壁)分开时，就会发生这种现象。
对流是第二常见的传热方式，它是液体或气体在表面移动的结果，例如风吹在建筑物上。对流有两种类型——强迫对流和自然对流。自然对流发生时，液体或气体的运动是由密度的差异造成的，而在强迫对流中，液体或气体的运动是由外力引起的。
辐射指从一个温度较高的物体(如太阳)向另一个温度较低的物体(如人体)传递不可见的电磁波。
为了使建筑更节能、更舒适，建筑和设计专业人员需要阻止这些传热模式。虽然不可能完全停止这些过程，但可以通过在它们的路径上设置障碍来显著地减慢它们的速度。这被称为“断开热桥”。
断热桥接
热桥是在隔热效果差的建筑中为热量传递提供顺畅的路径，通常由混凝土和金属建造，外部和外墙之间的热流阻力不足。减缓热传递的最好方法是在导体之间放置绝缘体。商用保温由空腔保温和绝缘护套两部分组成，空腔保温在墙体空腔内部占据空间，而绝缘护套则安装在外墙之上。有多种材料可用于制造腔体绝缘，包括玻璃纤维，矿物棉，纤维素，开孔和闭孔泡沫塑料，反射绝缘和辐射屏障。然而，护套通常由膨胀聚苯乙烯、挤压聚苯乙烯、聚异氰脲酸酯(ISO板)或玻璃纤维板制成。在选择保温材料之前，最好先检查其热性能等级。
绝缘热性能等级
如前所述，绝缘材料和建筑围护结构系统的特点是抗热流。材料的性能可根据热导率(k)、热导率(C)和热阻(r值)来评定。
当测量建筑材料的热性能时，标准是ASTM C518，其中热流仪器测量均匀材料的传热，如绝缘材料。材料的一些性能，包括热阻、电导和导电性，可以从温度、热流通量、面积和厚度数据确定。另一个标准，ASTM C1363热箱，测量建筑围护结构组件的热性能。测量包括结构部件的热桥效应，以及绝缘空腔。
为了计算绝缘建筑围护结构组件的热流，美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)设计了三种不同复杂度的方法。第一个也是最简单的是等温平面法。当横截面有连续的、均匀的层时使用。第二种方法是平行路径流动法，当截面具有结构和空腔面积，且组件具有相似的热阻时使用。第三种方法，改进的区域方法，用于钢框架组件。这些组件具有结构和空腔区域的截面。
计算热流可以像等温平面法一样，在具有均匀层的系统中增加热阻一样简单，也可以像改进的区域法一样复杂。大多数建筑和设计专业人员可以自己用等温平面法进行计算，但由于修正的区域法的复杂性，最好使用免费的在线计算器由橡树岭国家实验室提供。这将有助于确保准确性。
结构部件具有高导电性，并能形成热桥。例如，金属的导热是大多数建筑材料的300到1000倍。金属螺柱在框架腔内的热冲击大于螺柱的实际表面积，因此金属对传热的影响与其物理尺寸不成比例。因此，选择合适的绝缘组件是至关重要的。
绝缘组件的类型
绝缘组件与应用的匹配取决于建筑外墙所使用的材料。外墙通常是混凝土砌块或倾斜向上，金属，幕墙(无腔)或砖石立面(砖，砌块或混凝土面板与绝缘腔)。
混凝土砌块和倾斜墙
绝缘护套可以安装在混凝土砌块和倾斜墙的内部或外部。这种建筑常用的保温材料是泡沫塑料保温板。护套的位置取决于气候和护套材料的类型。
内部非承重钢框架组件可以支持腔体绝缘。由于厚混凝土具有绝缘价值，由于混凝土的质量效应，许多建筑规范降低了绝缘要求。但是，为了达到最高水平的能源效率，通常建议超过规范要求。
型双
EIFS(外部绝缘和饰面系统)类似于传统的灰泥。在安装EIFS时，重要的是要遵循制造商的安装说明，这样水分就不会侵入EIFS后面的窗户、门和其他开窗处，在那里它可能被困住。
钢螺柱腔墙
最常见的墙组件是钢螺柱腔墙，包括砖石立面。为了提高热性能和加强在寒冷气候下的腔体冷凝控制，设计者可以:指定外部绝缘护套，提高腔体表面温度，同时提高能源效率;结合外部空气屏障，它也作为风屏障，以减少空气泄漏;或指定内部空气屏障，如“智能”，透气的蒸汽缓速器，以减少潜在的对流循环和增加干燥能力。
砌体立面后面的防水屏障、通风和排水空间将降低基质材料的饱和度，促进干燥。这种外墙配置是一种具有成本效益的方式，在管理水分的同时实现热性能。
金属建筑
金属建筑有自己的一套安装和合规建议。关于ASHRAE 90.1的权威出版物可从北美绝缘制造商协会(NAIMA)获得。你可以在网上找到它www.naima.org．NAIMA在金属建筑中使用的柔性玻璃纤维隔热参考标准202-96提供了金属建筑屋顶系统和墙体系统的热性能信息。r值和u值数据列于螺旋式屋顶和具有不同腔r值和紧固件间距的侧壁。
有关更多能源效率信息，请参阅ASHRAE 90.1，“低层住宅建筑除外的建筑能源标准”，该标准提供了最低绝缘r值，并提供了整体建筑能源效率的指导方针。
一个可持续发展的未来
可持续建筑设计运动的主要目标之一是生产更节能、更健康、更耐用的建筑。这样的建筑可能会为居住者提供更愉快的工作环境，并使建筑所有者的操作更高效和经济。遵循这些热控制设计指南是实现这一目标的重要一步。
有用的资源
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