Чем брус отличается от профилированного бруса: Отличие профилированного бруса от клееного бруса

Отличие профилированного бруса от клееного бруса

При строительстве каркасного дома или брусового дома часто выбирают между профилированным и клееным брусом. Чем отличается профилированный брус от клееного бруса? Давайте разбираться.

Профилированный или клееный брус: плюсы и минусы

Профилированный брус — это балка, которую вырезали из цельного деревянного массива. На брусе делают насечки — профиль. Профиль обеспечивает стыковку бруса.

Клееный брус — балка из склеенных деревянных пластин. Эти пластины называются ламелями.

Какой брус лучше: профилированный или клееный? И у того, и у другого вида — свои плюсы и минусы.

Плюсы профилированного бруса

• в его составе нет химических добавок;
• в брусе сохранена естественная структура дерева. Это обеспечивает хороший воздухообмен между улицей и внутренними помещениями;
• в обработанном профилированном брусе не заведутся жучки и не вырастет плесень;
• он дешевле, чем клееный брус.

Минусы профилированного бруса:

• ограничения в размерах. Максимальная длина — 6 метров. Максимальные размеры сечения: 200*200 мм;
• он усаживается, поэтому перед дальнейшими строительными работами делают перерыв;
• не такой прочный, как клееный брус.

Плюсы клееного бруса:

• дома из клееного бруса прочнее домов из других видов бруса;
• клееный брус горит хуже других видов бруса. Если на клееный брус попадет искра, пожар начнется не сразу или не начнется вообще;
• больше свободы при выборе размеров. Максимальная длина — 18 метров, максимальные размеры сечения: 275*275 мм;
• клееный брус иногда изготавливают из ламелей разной древесины. Например, ламели в центре сделаны из сосны, а внешние — из дуба. Цена при этом ниже, чем у бруса, сделанного только из дуба;
• усадки почти нет. Можно не ждать, когда дом усядет, и не делать перерывы в строительстве;
• жучки и плесень не заведутся: клееный брус обработан от грибка и насекомых.

Минусы клееного бруса:

• самый дорогой из всех видов бруса;
• наличие клея в составе. Считается, что это неэкологично и вредно для здоровья;
• плохой воздухообмен.

Что лучше: профилированный брус или клееный?

Мы рассмотрели профилированный брус и клееный брус. Их разница обусловлена способом их производства.

В целом, отличия профилированного бруса от клееного бруса подчеркивают преимущества клееного бруса. Он почти не усаживается, плохо горит и более прочный. Он лучше профилированного во всем, кроме цены и воздухообмена между домом и улицей. Но даже эти минусы не критичны. Профилированный брус содержать дороже: его надо постоянно обрабатывать, поэтому низкая цена — не совсем плюс. И потом, дом из клееного бруса тоже дышит, хоть и не так хорошо.

Присутствие в клееном брусе клея некоторыми рассматривается как недостаток. Из-за клея этот брус считают неэкологичным. Рассмотрим это возражение подробнее.

Разные производители используют разные клеи. Безопасный клей — класса FC0, опасный — FC2. Так, если в клееном брусе применяется безопасный клей, то брус можно считать экологичным. Также, профилированный брус обрабатывают огнебиозащитой, а это тоже химия. Поэтому испарения химических веществ присутствуют и при использовании других видов бруса.

Поэтому, когда рассматриваете проекты домов из бруса, выбирайте клееный брус.

Что выбрать для дома — профилированный брус или обычный?

Желание застройщиков построить деревянный загородный дом обусловлено рядом объективных факторов, но самая главная причина – такая постройка отличается экологичностью и обеспечивает комфортное проживание. С развитием технологии производства бруса как стройматериала для возведения таких домов повысился спрос, как на обычный, так и на профилированный брус. В этой статье мы попробуем сравнить основные характеристики этих материалов, выделить их достоинства и недостатки.

Сравниваем цельный и профилированный брус

• цельный брус получают из бревен путем четырехсторонней окантовки бревен. Т.е. спиливают четыре стороны и получают материал правильной формы. Как правило, сушка материала не проводится – поставляется так, как есть. Оттого и цена на него минимальная;
• профилированный брус получают аналогично, но при этом материалу задают определенную геометрию, обеспечивающую соединение элементов «шип-паз». Различают профилированный брус естественной влажности и высушенный. В первом случае его стоимость практически не отличается от стоимости на цельный брус, но и показатели качества соответствующие. Лучше всего использовать сухой материал, тогда усушка и усадка будет проходить по прогнозируемому сценарию

Ниже мы представили небольшую таблицу, в которой сравнили оба эти материала, выделив их преимущества и недостатки.

Сопоставляем свойства обычного и профилированного бруса

Характеристики	Цельный	Профилированный
Эстетичность	+ При соблюдении технологии строительства можно получить уютный дачный дом – Для придания дому завершенного аккуратного вида, его стены в обязательном порядке нужно отделывать	+ Если использовать качественный профилированный брус, то можно построить по–настоящему красивый дом, не требующий серьезной отделки – Далеко не все производители гарантируют высокое качество такой продукции
Экологичность	+ Экологичный – Возможно поражение грибком из–за влажности бруса	+ Экологически чистый – Для придания дополнительных свойств может обрабатываться специальными химическими составами
Сохранение тепла в доме	+ Деревянный дом с одинаковой толщиной стен – Швы между венцами необходимо тщательно утеплять, что негативно сказывается на внешнем виде дома без отделки	+ Расход теплоизоляции минимальный. Дом получается теплым и комфортным для постоянного проживания. Утеплитель не заметен – Некоторые производители не соблюдают технологию сушки бруса, поэтому со временем в материале могут появиться трещины, что отразится на его теплоизоляционных характеристиках
Усадка и усушка	+ Никаких – В течение первых двух лет после строительства возможно появление трещин и существенная усадка дома ввиду усушки материала	+ Вследствие усушки и усадки нет необходимости в серьезных отделочных работах – Отделочные работы можно осуществлять только спустя год после строительства дома. Материал может треснуть
Долговечность	+ Может служить десятилетиями – Долговечность определяется качеством отделочных работ, выбором утеплителя для швов, обработкой древесины спецсоставами, т.е. зависит от целого ряда факторов	+ Дом из профилированного бруса меньше подвержен воздействию влаги (межвенцовые швы лучше защищены), что положительно влияет на его долговечность – Как и любой древесный материал, требует ухода
Цена вопроса	+ Доступная стоимость. Если рассматривать брус естественной влажности, то его цена ниже, чем на любой другой тип бруса – Дом, построенный из такого стройматериала, требует дополнительных вложений	+ Правильная геометрия позволяет упростить строительство дома и сократить связанные с этим расходы – Стоимость выше, чем для обычного бруса. Причем цена на материал во многом зависит от того, был ли он просушен или нет

Очевидно, что профилированный брус имеет серьезные преимущества перед обычным – его производство и геометрию обоснованно считают более совершенными. Однако при его покупке необходимо уделять повышенное внимание не только внешнему виду материала, но и его влажности, от которой зависит поведение деревянного дома в процессе эксплуатации.

Загрузка…

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Чем отличается профилированный брус от обычного?

Технология работы с брусом хорошо отработана. На сегодняшний день, вы легко можете заказать дом из профилированного бруса, который будет возведен буквально за несколько недель. Сделать это можно, например, в компании «Экодомпром», специализирующей на строительстве домов и нежилых помещений (бань) из бруса. В ее активе уже более 1000 готовых проектов различной степени сложности.

Брус является более простой и удобной альтернативой бревенчатым материалам. Конструкция из бруса может быть и теряет немного в эстетике, но это компенсируется массой других преимуществ. Однако брус может быть разным. В частности, в отдельную категорию выделяют профилированный брус.

Что же в нем особого?

От обычного бруса, профилированное изделие отличается более сложной геометрией профиля. Если простой брус – это квадрат или прямоугольник в сечении, то профилированный имеет так же пазы и гребни, обеспечивающие лучшую стыковку бруса и повышающие общую надежность конструкции из него.

Отметим, что профилированный брус экологически безопасен и обладает всеми стандартными плюсами древесины: эстетика, низкая теплопроводность, надежность и долговечность.

Минутку, так что насчет отличий?

Разложим все по порядку:

1. Теплопроводность.

За счет более плотного и надежного прилегания профилированных брусьев друг к другу, расход теплоизоляционного материала сокращается. В некоторых случаях, можно вообще не использовать межвенцовый уплотнитель. При этом показатель теплоизоляции выше, чем у конструкций на основе обычного бруса.

Соединение бруса по типу «паз-гребень» обеспечивает не только надежное соединение, но и исключает продувания, что повышает энергетическую эффективность домов и бань.

2. Усадка.

Одна из самых серьезных проблем для конструкций из натурального дерева. Однако, любой брус в принципе имеет меньшие показатели усадки, чем бревна, а профилированный брус еще чуть меньше, чем простой.

3. Отделка.

За счет того же более плотного прилегания материала, дом или баня из профилированного бруса не нуждаются ни в наружной ни во внутренней отделке (что не мешает вам ее сделать, если хотите). Причина – отсутствие щелей и зазоров между брусом.

4. Долговечность.

Дома из профилированного материала менее подвержены негативному воздействию влаги за счет лучшей защиты межвенцовых швов. Кроме того, общая надежность конструкции из профилированного бруса выше. И первое, и второе – способствуют более продолжительному сроку эксплуатации по сравнению с домами из простого бруса.

5. Цена.

Здесь все немного сложнее. Цена непосредственно профилированного бруса выше, чем цена простого (в некоторых случаях она может быть выше в 3 раза, хотя более распространенный коэффициент – 1,5). Но, за счет технологичности профиля, ход строительных работ существенно упрощается и ускоряется, что приводит к общей экономии на строительстве.

В итоге, если учесть низкую потребность в отделке и более длительный срок эксплуатации, конечная стоимость дома из профилированного бруса может оказаться равной, а то и меньше стоимости дома из обычного бруса.

Отметим, что цена бруса сильно зависит от качества просушки. Например, брус естественной влажности будет раза в 2 дешевле, чем сухой брус.

Вывод: если вы готовы к заметному увеличению расходов на этапе приобретения материалов, то профилированный предпочтительнее.

Что лучше обычный брус или профилированный

Один стеновой материал называют «мохнатым», бюджетным. Его выбирают за демократичную цену, берут под отделку. Такой брус считается общестроительным. Второй вариант не нуждается в отделке. Изначально приемлемо выглядит. Имеет ветровой замок (профиль), избавляющий от конопатки. В 2 раза дороже стоит.

Многие выбирают простой вариант из-за умеренных первоначальных вложений в строительство. И когда внешняя / внутренняя отделка для экономии планируется своими силами. Облагораживать, утеплять простой брус придется и захочется. По итоговой стоимости строительства, бюджетный поначалу вариант, может сравняться с брусом профилированным. Понадобятся: двухсторонняя прострожка или шлифовка после высыхания дерева + снятие фасок, через год-полтора конопатка (лучше после включения отопления). Схожие сюрпризы поджидают, когда вместо массива запроектирована каркасная перегородка с монтажом «когда-нибудь потом».

Прежде чем дом заказывать полезно знать: ширина бруса для ПМЖ не должна быть меньше 200мм (обычный брус) и 190мм (профилированный). Если взять 150 или 140 соответственно, дополнительное утепление потребуется. Что такое утепление бруса? Пароизоляция + базальтовая минвата + гидроветрозащита + наружная отделка на каркасе. Утеплять брус можно только снаружи, изнутри опасно для долговечности стен дома. Так же кирпичом обложить можно. Усложняется монтаж окон и дверей. Придется решать чем, из-за сокращения длины ската, лучше подшить крышу. Практичнее сразу вложиться в материал большего сечения.

Утепление изнутри не делается по нескольким причинам. Пароизоляция с утеплителем становятся преградой для накопления тепла деревянными стенами, они перестают отдавать тепло во внутренние помещения. Брус будет температуры окружающей среды изнутри / снаружи. При внутренней обшивке точка выпадания росы окажется на ближайшей поверхности бруса, начнется гниение. Если с обеих сторон утеплить с мембранами — дерево задохнется, испортится. Надо учитывать еще естественное оттаивание брусовых стен с выходом во все стороны влаги. От нее утеплитель защищает ветрогидрозащитная мембрана, толку от сырого утеплителя мало.

Если изначально планируется отделка + утепление, смысла в массиве дерева нет. Проще построить каркасный дом, как в термосе в нем жить впоследствии. Когда приходится выбирать между обычным брусом / брусом с профилем, существенные преимущества второго варианта надо учесть. Профилированный вариант при высыхании крутит и выгибает меньше (мешает профиль), внутренняя отделка не требуются, дорогостоящая конопатка не возможна (не требуется). Дополнительное утепление с отделкой толстого бруса может понадобиться только как решение, компенсирующее недостатки строительства. Выбирайте тщательно Подрядчика.

Если нравятся толстые брусовые стены, но дорого, а надо чтобы в доме было реально тепло, присмотритесь к технологии двойного бруса. Берется профилированный стеновой материал меньшего сечения и делается так называемый двойной контур. Два ряда бруса, между ними минвата. Из плюсов: никакого вентилируемого фасада, остается симпатичным деревянным облик снаружи / изнутри. Желание реализовать скрытую электропроводку в деревянном доме, скрыть разводку коммуникаций проблем не вызывает.

Эволюция простого бруса в строну профилированного была продиктована недостатками: внешний вид; отсутствие ветрового замка и препятствия смещению рядов относительно друг друга; намокание открытого межвенцового утеплителя, необходимость в конопатке. Но, это не вершина прогресса, если материал естественной влажности. По итоговому внешнему виду камерная сушка, после отделки, позволяет профилированный брус сравнивать с клееным.

Брус строганный и профилированный | Статьи «Рифт Дом»

Строганный и профилированный брус сегодня становятся одними из самых востребованных материалов для строительства загородных домов. Какими достоинствами и недостатками обладают та и другая разновидности бруса? Что нужно учитывать, используя для строительства этот материал? Расскажем об этом в нашей статье.

Прежде всего поговорим о том, что же собой представляют строганный и профилированный брус. Главная отличительная особенность строганного бруса — это его естественная влажность. На нижней и верхней поверхностях бруса располагаются шипы и пазы, обеспечивающие наиболее плотное соединение стыков. К преимуществам этой разновидности бруса относится ее доступность — строганый брус в широком ассортименте размеров предлагают многие фирмы, к тому же он относительно недорого стоит. В отличие от бревна, у строганного бруса есть по крайней мере одна ровно струганная сторона, что позволяет несколько минимизировать количество и ширину трещин, неизбежно появляющихся при усадке (с последними борются, обрабатывая стыки срубов вспененным полипропиленом). Еще одно достоинство — дом из строганного бруса при желании можно сравнительно легко построить.

Однако еще до строительства строганный брус пытается «вывернуться», что становится причиной появления неравномерных зазоров между венцами. По этой причине не рекомендуется заказывать сборный конструктор будущего дома — еще в процессе доставки брус может так «вывернуть», что собрать из него дом будет затруднительно. Нужно учитывать также достаточно высокую величину усадки — первый этаж «садится» на 10-15 см. После высыхания дом из строганного бруса следует обязательно проконопатить, а если вы захотите покрасить его стены, то учитывайте, что в первые год-два после строительства для этих целей допустимо использовать только «дышащие» краски.

По сравнению со строганным, профилированный брус стоит дороже. Более высокая стоимость оправдана такими значительными преимуществами этого материала, как минимальная величина усадки (4-8 см для первого этажа), а также практически полное отсутствие трещин и деформаций в ее процессе. Материал для строительства будущего дома можно заказывать как в виде конструктора, так и погонажем. Дома из профилированного бруса не нуждаются в дополнительной конопатке, к тому же благодаря абсолютной герметичности стен их можно не обшивать снаружи. Однако к сборке дома из профилированного бруса нужно подходить очень тщательно, особенно в «чашках»: несмотря на мнимую простоту этой работы, на деле она не так легка, как кажется.

Кроме того, при строительстве домов как из строганного, так и из профилированного бруса необходимо учитывать общие недостатки этих материалов, принимая меры по их устранению. Прежде всего, это относится к невысокой пожаробезопасности бруса. Увеличить огнестойкость можно, обработав брус специальными составами, однако это негативно отразится на экологичности дома, в то же время не сделав его абсолютно огнеупорным. Другим вариантом повышения сопротивляемости огню является устройство кирпичной облицовки, но и такое решение имеет свои минусы: повышение стоимости строительства и риск начала гниения древесины в результате ее намокания из-за капиллярной влаги или конденсата.

Наконец, брус, как и любая древесина, разрушается под влиянием атмосферных явлений и биологических факторов, поэтому для продления срока службы дома из бруса важно обработать его поверхность защитными составами, устроить наружный водовод и постоянно контролировать целостность кровли и внутренних коммуникаций.

Какой профилированный брус лучше — как выбрать

Мы, как профессиональные производители, заявляем, что лучший профилированный брус — не тот, из которого строителям легче строить, как это часто преподносится, а тот, который имеет лучшие эксплуатационные характеристики.

Если отдавать приоритет облегчению труда строителя, то выбор однозначен: профилированный брус естественной влажности, не имеющего шипов-пазов, т.н.»финский профиль». Если акцент сделать на облегчении производственного процесса и, следовательно, повышении прибыли завода, то получим профилированный брус с прямой чашкой, произведенный без ГОСТов и Технических Условий. Такой брус может оказаться изготовленным из низкокачественной древесины, быть геометрически неточным. На самом деле, единственно верный критерий — интересы будущего хозяина дома, потребителя. И в этом случае все становится на свои места: нужен брус, обеспечивающий наилучшие потребительские характеристики. Такие, как удержание тепла в эксплуатируемом доме, сопротивляемость геометрическим отклонениям конструкции при усадке, сохранение эстетичного вида самого бруса при эксплуатации, сопротивляемость биопоражениям и тому подобное.

Для ответа на вопрос «Как выбрать лучший профилированный брус» необходимо знать соответствующие признаки и критерии. Они следующие:

1. Производитель должен руководствоваться принятыми на предприятии Техническими Условиями на производимую продукцию. Узнайте, существуют ли таковые у производителя, предоставляет ли он потребителю возможность с ними ознакомиться. В Технических Условиях описаны конкретные показатели (геометрические отклонения, пороки и т.п.) профилированного бруса. Идеально, если эти Технические Условия будут «лучше» ГОСТа 8486-86 «Пиломатериалы хвойных пород» или максимально приближены к нему в требованиях.
2. Профилированный брус должен быть произведен из хвойных пород деревьев (ель, сосна), произрастающих на незаболоченной местности в холодном климате (Коми округ, север Урала, Пермского края и Архангельской области, Дальний Восток и т.д.). Применение профилированного бруса из лиственницы рекомендуется только в 1-2х нижних венцах, больше подверженных гниению. Использование лиственницы в остальных венцах дома нецелесообразно, так как лиственница держит тепло хуже, чем ель или сосна, а стоит существенно дороже.
3. Заготовка исходного сырья, транспортировка и производство профилированного бруса должны производиться при низких, идеально — отрицательных температурах. (См. статью «Преимущества строительства из зимнего леса»).
4. Производитель должен иметь многолетний опыт работы, идеально — иметь и опыт строительства. Косвенным указанием на невысокое качество профилированного бруса является нежелание производителя продолжать договорные отношения после отгрузки, «отсыл» покупателя для строительства к другим юридическим лицам.
5. Чаши на профилированном брусе должны быть нарезаны в производственных условиях способом «лабиринтного замка», «со смещением». Такие чаши менее продуваемы, в отличие от «прямых» чаш. Точная нарезка чаш фрезами на современных станках также способствует уменьшению продувания, в отличие от до сих пор встречающегося «метода» нарезки чаш в ручную, бензопилой.
6. Оптимальным сечением бруса является 150*200мм (140*190 на выходе после сушки и строгания). Толщина деревянной брусовой стены 200мм наиболее популярна для круглогодичного проживания в средних широтах России. Уменьшение толщины экономически не выгодно, так как существенно повышаются затраты на отопление, увеличение толщины не повредит, если есть деньги, но и не принесет должного эффекта, так как 60% тепла из дома все равно уходит через окна, двери, крышу, пол, щели, вентиляцию. Высота бруса 150мм дает меньшее отклонение стен от вертикали (в отличие от высоты 200,250) при кручении бруса во время строительства, а незначительное кручение есть всегда. Использование такого бруса создает меньшие щели в стене (закрученный брус легче раскручивается под тяжестью дома при усадке). Размер трещин (количество, толщина) в брусе 150*200 значительно (в 1.5-2 раза) меньше, чем в брусе 200*200. 1м3 бруса 150*200 стоит на 10% меньше 1м3 бруса 200*200, при той же толщине стены.
7. Профилированный брус камерной сушки предпочтительнее бруса естественной влажности, так как меньше подвержен гниению, более ровный (в станке обрабатывается высушенная деталь, неровности сострагиваются при обработке, несушеный «крутит» после станка). После сушильных камер самый деформированный при сушке, с самыми большими трещинами брус отбраковывается. Если брус не сушился в камере, такой брус попадет на стройку и «вывернется» в стене. Покупка профилированного бруса «естественной сушки» у производителей, не обладающих сушильными камерами (а таких большинство) является, как правило, рекламным трюком и не решает проблему использования сырого бруса в достаточной степени. Подробнее о сухом брусе можете прочитать в статье «сухой пиломатериал».
8. Опытный производитель перед сушкой бруса делает компенсационные пропилы на верхней и нижней сторонах бруса (скрываемых во время строительства). 80% трещин возникает при сушке бруса в камере именно в этих, предпочтительных, местах. Наличие таких пропилов — признак грамотно сделанного профилированного бруса.
9. Не считайте основным критерием качества бруса отсутствие трещин в момент его приобретения. Трещины возникнут позже. Их количество и размер зависят от сечения, наличия пропилов, вида профиля. При возникновении боковых трещин в профилированном брусе наиболее препятствует их раскрытию профиль следующего вида: Благодаря тому, что высота крайних шипов на 2мм больше, чем высота центрального шипа, вес конструкции дома перераспределяется на наружные (боковые) поверхности бруса. Волокна древесины видимой поверхности бруса сжимаются, препятствуя раскрытию трещин. Благодаря нагружению наружных сторон бруса, провоцируется раскрытие основной трещины сверху, снимается напряжение, трещины на боковых поверхностях возникают лишь в незначительных количествах, верхние шипы у профилированного бруса в собранном доме раздвигаются в стороны и соединение «шип-паз» заклинивается, герметизируясь.
10. Наличие в профилированном брусе системы «шип-паз», в отличие от безшипового профиля препятствует горизонтальному изгибу брусьев в собранной стене, выкручиванию бруса.
11. Расстояние между шипами профилированного бруса должно быть меньше ширины джутовой ленты, применяемой в качестве уплотнителя. Это необходимо для того, чтобы лента не лежала между шипами, а пережималась при вхождении шипа в паз, герметизируя соединение, препятствуя продуванию.
12. Общая ровность стен и всей конструкции зависит от геометрической точности, «одинаковости» профилированного бруса. Идентичный друг другу профилированный изготавливается на 4-х сторонних профилирующих станках. В таких станках профилирование двух сторон бруса и строгание двух других сторон происходит одновременно, за один проход. Профилирование бруса на односторонних станках приводит к большим погрешностям в соосности профиля, толщине и высоте бруса.
13. Неизменность профиля на протяжении всего производственного цикла возможна лишь при применении производителем «одноразовых» фрез со сменными наборными ножами. Применение производителем более дешевых затачиваемых фрез снижает точность и взаимозаменяемость бруса, произведенного в разные смены. Узнайте у производителя этот важный момент.
14. Идеальный профилированный брус должен быть обработан защитным составом (био-, огне-) методом полного погружения на стадии производства (до начала хранения и транспортировки).
15. Качество острожки характеризуется не только гладкостью поверхности, необходимо обратить внимание на наличие локальных непростроганных участков. Строганная поверхность предварительно высушенного бруса при прочих равных более чистая, чем у несушеного.
16. Показателем хорошего качества продукта является открытость производителя. Узнайте о возможности посетить производство, посмотреть объекты — строящиеся, эксплуатируемые, выполненные из его продукции. Разговоры об отсутствии такой возможности должны насторожить.
17. На предприятии-производителе должна быть налажена многоступенчатая (после каждого этапа работ) система контроля качества. При желании это можно выяснить — добросовестный производитель не препятствует желанию покупателя ознакомиться с процессом производства.
18. И последний пункт. Если информации оказалось много, Вы можете не заучивать все вышеперечисленные пункты, Вам будет достаточно одного. Лучший профилированный брус производится в ПСК «Русский лес», г. Пермь (технологии производства).

Позвоните прямо сейчас:
+7 (342) 230-81-71
код города обязателен
Напишите нам письмо: [email protected]
Задайте Ваши вопросы и получите исчерпывающую консультацию.

Что лучше: профилированный или обрезной брус?

Для тех, кто решился на строительство теплого, экологически чистого дома или красивой беседки, возникает вопрос, что лучше выбрать профилированный или обрезной брус? Может показаться, что правило выбора простое, если денег не много, то использовать обрезной пиломатериал, а если финансы позволяют, то применять профилированный, поскольку он красивее. Но все намного сложнее, для правильного выбора надо знать основные характеристики.

Внешние характеристики

Обрезной вид бруса может быть квадратным или прямоугольным, в зависимости от размеров. Такое изделие имеет минимальную степень обработки и визуально не очень привлекателен, в отличие от профилированного аналога. За счет этого любая постройка нуждается в дополнительной обработке и отделке.

Профилированный пиломатериал проходит больший технологический процесс в ходе изготовления, за счет чего красивее и эстетичней. У него ровные и аккуратные поверхности, есть система крепежа, что позволяет соорудить постройку, как конструктор. Стены из такого материала можно не облицовывать, поскольку они будут и так красивыми.

Экологичность

Если сравнивать материалы по экологическим параметрам, то материалы почти не уступают друг другу:

1. Они сделаны из натурального сырья (дерева).
2. Брус чистый, без дополнительных примесей.
3. Строения будут дышать, и создавать полезный климат внутри.

Но оба вида могут подвергаться грибку, производители рекомендуют проводить дополнительные пропитки для улучшения защитных свойств. Кроме того, обрезной вариант может быть повышенной влажности, что в результате приведет к деформации и усадке.

Теплоэффективность

Любое дерево по своим свойствам обладает низкой теплопроводностью, за счет чего в помещении из пиломатериалов сохраняется тепло, позволяя экономить на отоплении в зимнее время. У профилированного вида есть «тепловой замок», за счет которого проводится соединение. Это позволяет придать плотное прилегание частей, что улучшает теплоизоляцию. Расходы на утепление потребуются минимальные, но некоторые производители не придерживаются правил сушки, поэтому с годами возможно появление трещин, что снижает теплоизоляционные свойства.

Обрезной вид пиломатериалов не имеет замка для крепежа, за счет чего через швы может выходить тепло и проникать холод. Их надо дополнительно утеплять, что может негативно сказываться на визуальном качестве постройки.

Усадка, сушка и долговечность

Профилированный брус легче, хорошо просушен, за счет чего усадка минимальная и равномерная, кроме того, все это проявляется на протяжении первых 6 месяцев. В данном случае у обрезного материала достоинств нет, он дает больше усадку, она неравномерная и длительность ее составляет несколько лет. Поэтому через пару лет возможно появление трещин и других деформаций.

В домах из бруса не рекомендуется сразу проводить отделочные работы, лучше выполнять их через время, когда постройка будет выстоянная и дерево усядется. Срок службы построек составляет 15-30 лет, в зависимости от используемых правил в ходе работы, а также от материалов что применялись. Но есть некоторые особенности:

1. Дома из профилированного материала не так подвергаются влаге и другим природным факторам, а швы лучшее защищены, что увеличивает срок эксплуатации.
2.  Для обоих видов потребует дополнительных уход, с годами надо покрывать дерево защитными средствами или проводить их обновление. Для этого используют пропитки, лаки, краски.

Что касается стоимости, то обрезной вариант будет дешевле, особенно если покупать дерево естественной влажности, но дом из такого сырья требует дополнительных затрат. Выбирая профилированный пиломатериал можно полить идеальную ровность, сокращаются затраты на дополнительную обработку и сохраняется время. Конечно, стоимость выше и зависит от степени сушки.

Профилированный брус лучше, у него больше достоинств, поэтому по возможности надо отдавать предпочтение именно ему. Во время покупки стоимость будет высокой, но это окупается в ходе строительства и отделочных работ.

пиломатериалов и пиломатериалов — в чем разница?

Когда делается ссылка на древесину или изделия из нее, неизбежно упоминаются термины «пиломатериалы» и «древесина». Но эти термины иногда могут вызвать путаницу. Хотя они часто используются как синонимы, существуют определенные различия в значении этих терминов. Еще одна сложность связана с региональными различиями. В некоторых частях мира эти термины могут иметь разное значение.

В этой статье мы кратко опишем и сопоставим эти два знакомых термина.

Что такое древесина?

В одном значении этого слова термин «древесина» относится к древесине, которую еще предстоит заготавливать — это означает, что она все еще имеет форму нетронутого вертикального дерева, корни которого уходят в землю. После того, как дерево было срублено и удалено из его корневой структуры, начинается преобразование в другие обработанные формы деревянных изделий.

Второе значение термина «древесина» относится к форме древесины, которая все еще сохраняет свою первоначальную кору.Бывают случаи, когда для эстетики дизайна желательно сохранить древесину как можно ближе к ее первоначальному состоянию и внешнему виду. Таким образом, пиломатериалы в этом случае также могут сохранять больше вариаций в размере, отражающих характер их роста, вместо того, чтобы быть распиленными до определенных размеров.

И все же есть еще один оттенок слова «древесина», который приближает его к пиломатериалам — это определение древесины по ее размерным характеристикам. Согласно одному из таких определений, древесина должна иметь размеры не менее 5 дюймов, в отличие от пиломатериалов меньшего размера.Примером того, где это может применяться, является конструкция деревянного каркаса для использования в домах с деревянным каркасом, для которого характерно использование этих больших балок и столбов, которые называются деревянными.

Есть и другие варианты использования термина «древесина». Это часто применяется, когда речь идет о судостроении, где древесина для лодок — это обычное выражение для материала, используемого при строительстве деревянных лодок, включая твердую древесину, такую ​​как тик. Древесина также может подвергаться дополнительным процессам креозота или химической обработки для сохранения их способности выдерживать воздействие окружающей среды и предотвращения гниения.Обычно эти методы используются для изготовления деревянных шпал для железных дорог или для наружных работ из древесины в ландшафтной древесине.

Есть также региональное различие. В таких странах, как Великобритания, Австралия и Новая Зеландия, термин «древесина» обычно используется для описания пиломатериалов, которые в США и Канаде называются пиломатериалами.

Что такое пиломатериалы?

«Пиломатериалы» описывает изделия из обработанной древесины, которые обычно используются в жилищном строительстве и знакомы потребителям.Термин «размерная древесина» отражает производство этих продуктов стандартных размеров, которые упрощают их использование при проектировании и строительстве и сокращают время, необходимое для выполнения обрамления.

Пиломатериалы могут быть необработанными или обработанными, причем последняя является наиболее распространенной формой, доступной в различных хвойных породах, таких как пиломатериалы из сосны, пиломатериалы из пихты и пиломатериалы из ели. Грубые пиломатериалы обычно используются в производстве мебели и корпусов, где требуется дополнительная обрезка по размеру, в то время как готовые пиломатериалы являются стандартом для строительных проектов.

В некоторых случаях номинальная прочность или доступные размеры пиломатериалов недостаточны для применения. В этих случаях для удовлетворения потребности может использоваться инженерная древесина, продукт из инженерной древесины. Эти продукты объединяют древесные отходы, такие как волокна и частицы, или целые плиты вместе с использованием связующих или адгезивов, чтобы сформировать композитный материал, физические и механические свойства которого превосходят традиционные пиленые деревянные балки. Эти инженерные изделия используются, например, в качестве опорных балок и балок и являются заменой конструкционной древесины более дорогим альтернативам, таким как сталь.Они позволяют создавать балки и тому подобное с размерами, которые естественным образом не могут быть получены из источников древесины, и позволяют разработать продукт, который компенсирует недостатки, обусловленные направлением волокон древесины.

Помимо общего строительства, к другим распространенным применениям пиломатериалов относятся строительство доков, лодок и судостроение, изготовление ящиков и ящиков, строительство мостов, ландшафтное использование, строительство поддонов, а также использование в парках и для отдыха (устойчивое к погодным условиям).

Сводка

Хотя в некоторых регионах мира термины древесина и пиломатериалы являются синонимами, есть несколько различий, которые отделяют их друг от друга.Древесина в целом считается менее обработанной древесной продукцией и может также относиться к неповрежденным деревьям, которые не были спилены, в то время как под пиломатериалом обычно понимается древесина, обрезанная до стандартных размеров и продаваемая на коммерческой основе для использования в строительстве.

Чтобы изучить другие темы, обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. https: // лесоводство.ru / article / article / whats-a-timber-frame

Прочие изделия из пиломатериалов

Больше от Plant & Facility Equipment

Государство древесины в Нью-Йорке

Таня Лути — специалист по древесине и вице-президент нашего офиса в Нью-Йорке. Она также является членом комитета по строительному кодексу Нью-Йорка, который консультирует Департамент строительства по вопросам внесения изменений в строительные нормы города.

Недавно мы поговорили с Таней, чтобы понять, как древесина может быть лучше интегрирована в строительный материал в Нью-Йорке, и поговорили о кодексах, а также о проблемах и преимуществах древесины.

Каковы действующие нормы и правила для древесины как строительного материала?

С точки зрения высоты строительный кодекс Нью-Йорка разрешает возгорание конструкции (включая древесину) для определенных помещений высотой до 7 этажей и на высоте 85 футов над уровнем земли при условии, что внешние стены негорючие, а здание полностью обсыпано.

Хотя вся древесина является горючей, существует важное различие между огнестойкостью незащищенных легких каркасных конструкций и массивных деревянных конструкций.Под воздействием огня большие поперечные сечения древесины образуют обугленный слой, который изолирует древесину в центре, что позволяет внутренней части секции сохранять свою несущую способность. Такое поведение обугленных материалов приводит к получению гораздо более огнестойкой конструкции, чем конструкция, построенная из небольших кусков пиломатериалов.

Кодекс города Нью-Йорка признает такое поведение косвенно через положения о тяжелой древесине (конструкция типа IV), которая определяет минимальные размеры древесины для внутренних структурных элементов вместо расчетного рейтинга огнестойкости.Эти положения основаны на историческом деревянно-каркасном строительстве, которое было распространено в конце 19 гг. И начале 20 ^гг. вв. У нас есть несколько замечательных сохранившихся примеров этих построек, разбросанных по всему городу, например, исторические лофты из кирпича и дерева в ДУМБО.

Пример исторического деревянного каркаса по адресу Плимут, 168. Исходное изображение можно найти здесь.

Однако эти исторические положения кодекса не всегда подходят для современного массового деревянного строительства.Например, сегодня у нас есть целый новый ассортимент спроектированных массовых деревянных изделий, некоторые из которых еще не признаны в кодексе Нью-Йорка. Перекрестно-клееная древесина (CLT) является наиболее ярким примером. Добавление положений CLT в кодекс было важным усилием в этой последней редакции кодекса, которая, как мы надеемся, будет принята городским советом в конце этого года. Мы немного отстаем от других юрисдикций, поскольку наш текущий кодекс основан на версии Международного строительного кодекса (IBC) 2009 года, но CLT был включен в IBC в 2015 году.

Как насчет других изменений кода, которые могут быть отложены в будущем?

Версия IBC 2021 года вводит новые типы массовых деревянных конструкций и пересматривает ограничения по высоте и площади, позволяя строить деревянные здания до 18 этажей (хотя на этой высоте они должны быть полностью заключены в негорючие покрытия, такие как гипсокартон). Новый кодекс города Нью-Йорка, который должен выйти в ближайшее время, будет основан на комбинации версий IBC 2015 и 2018 годов, поэтому эти предлагаемые изменения пределов высоты не будут рассматриваться для города Нью-Йорка до следующего цикла кодекса.

Учитывая ваш опыт в процессе пересмотра кодекса, видели ли вы проблемы, характерные для древесины?

Современная массовая древесина находится в невыгодном положении, потому что она «созревает» в то время, когда у нас очень строгие строительные нормы и правила. Сталь и железобетон — зрелые отрасли, и большинство людей в мире строительства (проектировщики, подрядчики, девелоперы, должностные лица кодекса) знакомы с ними и чувствуют себя комфортно с ними. Возвращаясь еще дальше назад, подумайте о готических соборах по всей Европе, построенных из неармированной каменной кладки.Тогда не было строительных норм и правил; люди разобрались, что делать, методом проб и ошибок. Сегодня это явно неприемлемо, потому что ошибка может привести к гибели людей. Однако нам все еще нужен способ, позволяющий людям (безопасно) делать то, чего никогда раньше не делали, иначе мы никогда не будем вводить новшества. Мы уже знаем, насколько сложно внедрять инновации в этой отрасли: производительность труда в строительстве снизилась на с конца 1960-х годов на .

Изображение c / o McKinsey Company можно найти здесь.

Мы постоянно слышим, что древесина в Нью-Йорке растет и становится модной. Какие есть текущие проекты?

Девелопер Flank недавно завершил два проекта по производству массивной древесины смешанного назначения в Вильямсбурге, Бруклин: 320 и 360 Wythe. Я знаю два жилых проекта на стадии завершения или близких к завершению, а также другие, которые находятся на разных стадиях процесса получения разрешения.

Красивый агрегат на 360 Wythe.

В дополнение к проектам, которые строятся, на чертежных досках было множество других, которые либо не были реализованы, либо в настоящее время приостановлены, но демонстрируют, как древесина захватывает воображение дизайнерского сообщества.Самым известным, вероятно, является предложение SHoP Architects о 10-этажном здании по адресу 475 West 18 ^th Street, которое является одним из победителей конкурса высотных деревянных домов Министерства сельского хозяйства США в 2015 году. Мне также понравилось исследование MGA, в котором описывается, как построить Эмпайр-стейт-билдинг из массивной древесины. Наша группа по облицовке зданий участвует в разработке Red Hook, которая в настоящее время приостановлена ​​на этапе проектирования, но была спроектирована как массовая древесина, поэтому мы надеемся, что этот проект вернется в действие.

Из некоторых из этих ранних проектов ясно, что древесина становится предпочтительным строительным материалом.Каковы некоторые из причин этого?

Нет единственной причины; привлекательность древесины зависит от того, где вы сидите.

Термин «устойчивость» сейчас присутствует повсюду, и, как и многие часто используемые слова, им иногда злоупотребляют. Но не нужно прищуриваться или преувеличивать правду, чтобы утверждать, что древесина является по-настоящему экологичным строительным материалом.

Раньше, когда мы говорили об углеродном следе, наша отрасль в основном была сосредоточена на производственном углероде.Мы добились огромных успехов, и теперь пора подумать о воплощенном углероде столь же серьезно. Это особенно верно, если учесть, что преимущества сокращения воплощенного углерода реализуются сразу, а не распределяются на десятилетия, как эксплуатационный углерод. Как показала нам наука о климате, нам нужно нанести удар , а теперь , прежде чем ущерб станет необратимым.

Деревья улавливают углерод из атмосферы, и мы можем удерживать этот углерод взаперти на десятилетия или даже столетия, используя древесину в наших зданиях.Это особенно верно, если мы используем древесину для замены более углеродоемких материалов, таких как бетон, либо в качестве замены оптом, либо частично за счет использования гибридных и композитных систем. Устойчивые методы ведения лесного хозяйства являются здесь ключевыми, и мы знаем, как управлять здоровыми лесами при выборочной лесозаготовке, чтобы у нас также была процветающая промышленность по производству изделий из древесины.

В частности, в Нью-Йорке мы по-прежнему больше сосредоточены на эксплуатационной энергии (вспомните Местный закон 97, который является основополагающим законодательным актом, но все еще не касается воплощенного углерода).Из-за отсутствия руководства на федеральном уровне города и штаты находятся в лучшем положении, чтобы осветить путь.

Интересно. Несомненно, есть аргументы в пользу того, что древесина как строительный материал может создавать более экологичную окружающую среду. А как насчет хорошего самочувствия?

Отличный вопрос. Мы начинаем уделять больше внимания благополучию и влиянию биофильного дизайна, который объединяет людей и природу в искусственной среде. Наука все еще находится на начальной стадии, но у нас есть доказательства того, что воздействие природных материалов, таких как дерево, оказывает на нас физическое воздействие: снижение стресса, лучшая способность концентрироваться, улучшение сна.

Я думаю, что жители Нью-Йорка, в частности, понимают ценность зеленых насаждений — каким был бы Манхэттен без Центрального парка? — но я нахожу иронию в том, что мы не всегда устанавливаем связь между внешним и внутренним пространством. Парки — это здорово, но факт остается фактом: 80-90% времени мы проводим в помещении. Почему бы не привнести часть этого духа в дизайн нашего здания, а также в наши пейзажи?

Центр живой планеты WWF Великобритании. Кредит изображения: Архитекторы Хопкинса найдены здесь.

Хороший момент — мы много времени проводим в зданиях.Давайте посмотрим на преимущества древесины с точки зрения строительства. Какие здесь преимущества?

Если вы подойдете к этому с точки зрения доллара и цента, древесина может предложить целый ряд других преимуществ. Каждый раз, когда вы строите на бедных почвах или добавляете этажи к существующему зданию, легкий вес древесины может сэкономить на затратах на фундамент и усиление существующих конструкций.

Здесь, в Нью-Йорке, где у нас есть огромный перечень существующих зданий и большая часть «хороших» земель уже застроена, есть много возможностей.И, говоря о том, насколько нам здесь мало места, высокий уровень заводских сборок, используемых при производстве современной массивной древесины, означает, что большая часть деятельности может быть перенесена с рабочей площадки на завод, где легче контролировать качество и обеспечивать более безопасные условия для рабочие. Это также сокращает время строительства на месте, что означает экономию общих условий для подрядчика, а также экономию финансовых затрат для владельца.

И, наконец, для каждого жителя Нью-Йорка, который был доведен до грани безумия из-за шума, доносящегося с соседней строительной площадки, массовое строительство деревянных домов происходит невероятно тихо: эти работы означают, что меньше грузовиков ездит по местности на велосипеде, и большая часть установки происходит с кран и несколько ручных электроинструментов.

Как мы можем улучшить код с точки зрения кода, чтобы строить больше из древесины и воспользоваться некоторыми из перечисленных вами преимуществ?

Я считаю невероятно важным, чтобы у нас был научно обоснованный диалог с чиновниками, занимающимися строительством и пожарными.

Многие конструкции деревянных домов открывают новые горизонты, а это означает, что они не укладываются в рамки предписаний. В Нью-Йорке нам нужно будет превысить текущие ограничения по высоте древесины, чтобы по-настоящему воспользоваться преимуществом «золотой середины» массивной древесины, которая, я думаю, находится в диапазоне от 8 до 15 этажей.

В Entuitive мы твердо верим в инженерные качества, и массовая древесина не исключение: мы должны использовать подход, основанный на производительности. Это означает количественную оценку того, что означает «производительность», особенно с точки зрения безопасности жизни, и соблюдение единых стандартов независимо от того, из какого материала мы строим. Существует тенденция к тому, чтобы древесина соответствовала более высоким стандартам, чем сталь или бетон, потому что она незнакома, а это ошибочный подход, поскольку каждый материал имеет свои риски и преимущества.

Можем ли мы чему-нибудь научиться из более ранних недавних усилий с точки зрения доставки древесины в Интернет в Нью-Йорке?

Хотя мы понимаем, что массовая древесина ведет себя совсем не так, как деревянные здания с легким каркасом, мы все же должны признать, что мы все еще имеем дело с горючим материалом. Я думаю, что раннее массовое движение лесопромышленников не позаботилось о том, чтобы привлечь к разговору должностных лиц, занимающихся кодексом и увольнением, и это было ошибкой.

Сейчас я вижу, что, возможно, в результате этого недосмотра, люди реагируют на идею массовых деревянных зданий в густонаселенной городской среде с большим количеством эмоций и небольшим количеством данных.Я понимаю эти эмоции: если не стоит переживать по поводу безопасности сотрудников службы экстренного реагирования, то я не знаю, что именно.

Однако я много думал о совете, который недавно получил от друга. «Сначала узнайте факты», — сказал он мне. «Тогда ты сможешь стать эмоциональным». И это действительно все, о чем я прошу. Давайте удостоверимся, что мы имеем дело с фактами. У нас есть много данных исследований, которые проводились во всем мире: испытания на огнестойкость, испытания на долговечность, даже испытания на взрыв. По-прежнему необходимы дополнительные исследования, но у нас есть прочная основа для работы, если мы хотим использовать подход, основанный на производительности.

Как цели устойчивого развития участвуют в разговоре? Помогают ли устойчивые преимущества древесины продвигать повестку дня в области древесины?

Я бы предложил квалифицированное «да»… с оговоркой, потому что большая часть нашей отрасли, а также наши местные кодексы и законы еще не рассматривают воплощенный углерод значимым образом, и именно в этом отношении экологичность древесины действительно выделяет ее. Многие массовые проекты в области деревообработки не проходят мимо чертежных досок, потому что смета затрат оказывается слишком высокой по сравнению со сталью или бетонными альтернативами.Отчасти причина в том, что мы не оплачиваем истинную стоимость материалов с высоким содержанием заключенного углерода.

Часто бывает трудно сделать выбор, который лучше для окружающей среды, когда воздействие на наши кошельки мгновенно, а воздействие на планету далеко. Это немного похоже на покупку экологически чистых продуктов: вы делаете выбор в продуктовом магазине, где вы, возможно, не заметите разницы между типичным продуктом и его органически выращенным аналогом, но вы определенно заметите разницу в стоимости.Вы не обязательно понимаете, что получаете за эти дополнительные доллары, если только вы не являетесь высокообразованным потребителем.

Таня, большое спасибо за то, что уделили время и поделились своими мыслями. Какие-нибудь напутствия или мудрости для нашей аудитории?

Я бы не хотел заканчиваться на заметке о том, что деревянные здания обязательно дороги, поэтому я хочу снова надеть дизайнерскую шляпу и сказать, что если у вас есть правильная команда и правильный подход, эти здания могут быть еще и экономичными. чтобы быть красивым и устойчивым.Нам нужно подходить к этим проектам с точки зрения «древесина в первую очередь». Другими словами, не стоит просто брать последнюю бетонную или стальную конструкцию и пытаться превратить ее в массивную деревянную конструкцию. Используйте сильные стороны (и ограничения) древесины с самого начала, чтобы принимать фундаментальные решения о таких вещах, как масса, решетки колонн, высота от пола до пола, боковые системы. Примите ограничения, а не пытайтесь с ними бороться!

Если вы хотите поговорить с Таней, чтобы обсудить статью, вы можете связаться с ней здесь.

Профиль вида: Canebrake / Timber Rattlesnake (Crotalus horridus)

Описание: Деревянные гремучие змеи, которых на Прибрежной равнине на юго-востоке называют гремучими змеями, представляют собой большие змеи с тяжелым телом и характерными погремушками на конце хвоста. Взрослые колеблются от 30-60 дюймов (76-152 см), рекордная длина превышает 6 футов (183 см). Тростниковые тормоза обычно серые и могут даже иметь розовый оттенок и розоватую, желтую, оранжевую или коричневую полосу, идущую по длине спины.Деревянные погремушки обычно более коричневые или желтоватые и даже могут быть черными. Обе формы имеют сплошные черные хвосты, которые кажутся почти бархатными, и черные шевроны на спине и боках с острием (V), направленным вперед. Младенцы — это миниатюры взрослых, но обычно они светло-серого цвета и при рождении имеют только одну пуговицу (погремушку) на кончике хвоста. Самцы становятся крупнее самок.

Ареал и среда обитания: Древесные и тростниковые гремучие змеи широко распространены в восточной части Соединенных Штатов, но на большей части Флориды этот вид отсутствует.Эта змея встречается в самых разных наземных средах обитания, включая низинные заросли тростника, высокие районы вокруг болот и поймы рек, лиственные и сосновые леса, горные районы и сельские среды обитания в сельскохозяйственных районах. Обычно их количество сокращается в высоко урбанизированных районах или районах жилищной застройки.

Привычки: Гремучие змеи древесные и тростниковые становятся активными над землей к концу весны, и их можно периодически замечать до наступления холодов поздней осенью.Canebrakes активны как днем, так и ночью, но большую часть времени проводят, свернувшись в засаду, чтобы поймать добычу.

Эти гремучие змеи впадают в спячку в холодную погоду. Деревянные погремушки собираются в берлогах в горных районах, в то время как тростниковые тростники часто зимуют одни в пнях или под почвенным покровом. В молодости они едят в основном мелких грызунов, а крупные особи убивают и едят белок и кроликов. Самки обычно не достигают зрелости, по крайней мере, в возрасте 5 лет и обычно ждут не менее 2 или 3 лет между пометами.Живые детеныши рождаются в конце лета или в начале осени, примерно во время ухаживания и спаривания. Крупных самцов гремучих змей-тростниковых часто можно увидеть в конце лета или в начале осени в поисках партнера. Несмотря на то, что они достигают больших размеров, большинство особей послушны при встрече в дикой природе и часто остаются свернутыми или растянутыми, не двигаясь. Однако в случае угрозы они без колебаний нанесут серьезный укус.

Статус сохранения: Гремучие змеи древесные и тростниковые не охраняются в южных штатах, и этот вид не считается находящимся в серьезной опасности, но популяции неуклонно сокращаются по всему географическому ареалу, в первую очередь из-за разрушения среды обитания и другой деятельности человека.В некоторых районах северо-востока количество гремучих змей резко сократилось, и они находятся под защитой в нескольких северных штатах. Строительство дорог, пересекающих миграционный ареал этого вида, также представляет угрозу, поскольку некоторые люди перемещаются на большие расстояния и часто становятся смертельным исходом на дорогах. Кроме того, гремучие змеи, живущие в общинах, становятся особенно уязвимыми для преследований со стороны людей.

Соответствующие ссылки:

Эндрюс, К. М. и Дж. У. Гиббонс.2005. Как шоссе влияют на движение змей? Поведенческие реакции на дороги и транспортные средства. Copeia 2005: 771-781.

Гиббонс, Дж. У. 1972. Размножение, рост и половой диморфизм у тростниковой гремучей змеи ( Crotalus horridus atricaudatus ). Copeia 1972: 222-226.

Аккаунт Автор: Ребекка Тейлор — отредактировал Дж. У. Гиббонс

Центр CE — Охватывая век древесины

Следующая статья адаптирована из Руководства по проектированию ограждающих конструкций из массивной древесины VaproShield с разрешения автора и правообладателя RDH Building Science, Inc.См. Исходный опубликованный контент, включая Пределы ответственности и Отказ от гарантий, по адресу https://vaproshield.com/mass-timber.

В связи с проблемами изменения климата и устойчивыми тенденциями в дизайне конструкционная древесина медленно, но верно набирает обороты. Фактически, ожидается, что мировой рынок поперечно-клееной древесины (CLT) будет расти со средним годовым темпом роста примерно на 9,1 процента в течение следующих пяти лет и достигнет 980 миллионов долларов к 2024 году, заявляет исследовательская фирма из Селбивилля, штат Делавэр. Исследование рынка в отчете «Доля рынка кросс-ламинированной древесины».

Все изображения, рисунки и детали любезно предоставлены VaproShield и RDH Building Science

«Это начало века древесины», — заявляет Эндрю Во, RIBA, основатель и директор Waugh Thistelton Architects, Лондон, в статье Dezeen , посвященной этой отмеченной тенденции. «Строительство из дерева происходит очень быстро, очень точно, а также создает удивительно красивые пространства».

Во утверждает, что конструкция из CLT может быть построена на 50 процентов быстрее, чем бетонное здание, требует меньшего количества доставок на объект и обеспечивает более приятную среду для строителей.

Архитектор Алекс де Рийке, чья лондонская фирма dRMM спроектировала несколько десятков зданий CLT, соглашается, говоря: «CLT — это будущее строительства. Древесина — это новый бетон ».

В видеоотчете Economist под названием «Деревянные небоскребы могут быть будущим для городов» Майкл Рэймидж, доктор философии, директор Центра инноваций в области природных материалов Кембриджского университета, даже заходит так далеко, что говорит: «Я думаю очень реалистично думать, что в ближайшие годы кто-то построит деревянный небоскреб.За деревянными небоскребами будущее городов. Существует большой нереализованный потенциал для использования древесины в очень больших масштабах ».

Хотя тенденция строительства CLT сильнее за рубежом, Северная Америка присоединяется к строительству завода по производству древесины площадью 250 000 квадратных футов в Спокан-Вэлли, штат Вашингтон, и еще одного завода CLT площадью 227 000 квадратных футов, строящегося в Дотане, Алабама.

Потенциал этого достаточно нового возобновляемого типа здания впечатляет, но он сопряжен с уникальным набором проблем, связанных с ограждением здания.

Поскольку древесина чувствительна к влаге, она медленно сохнет при намокании из-за ее гигроскопической массы. Кроме того, продолжительное смачивание может привести к изменению размеров, повреждению влаги и росту микробов. В результате важно, чтобы изделия из CLT оставались сухими во время строительства и в течение всего срока службы здания. Скорость, с которой могут быть установлены панели CLT, также создает уникальные полевые проблемы, когда панели CLT подвергаются воздействию элементов в течение периодов времени в ожидании укрытия.

Заполняя эту уникальную нишу, предлагая водонепроницаемые (WRB) и воздушно-барьерные (AB) мембраны и подкровельное покрытие, очень немногие технологии идеально подходят для решения задач, характерных для массового деревянного строительства.

Одной из таких технологий являются паропроницаемые листовые мембраны, которые одновременно управляют инфильтрацией воды в объеме, обеспечивая при этом ускоренную сушку нижележащих материалов. В качестве самоклеящейся WRB, которая приклеивается непосредственно к деревянному основанию, грунтовки не требуются, поэтому установка мембраны может продолжаться одновременно с процессом монтажа панели CLT.Эта технология также подходит для предварительного нанесения WRB / AB, используя преимущества процесса предварительной сборки, присущего конструкции панелей CLT, а также контроль качества и защиту от атмосферных воздействий, которые может обеспечить заводское производство.

Рисунок 1-2

В Первом технологическом кредитном союзе, разработанном Hawker Architects, в Пало-Альто, Калифорния, перекрестно-клееный деревянный пол (CLT) поддерживается деревянно-клееной структурой.

Массовая древесина

Прежде чем углубляться в подробности того, как правильно детализировать корпус CLT, будет полезно немного узнать об этом новом строительном материале.

Современные массивные деревянные дома строятся из конструкционных деревянных изделий, часто изготавливаемых из многослойных пиломатериалов, соединенных в виде сплошных панелей, балок или колонн. Формируя секции из цельной древесины, массивная древесина отличается от традиционной легкой конструкции с деревянным каркасом, которая долгое время доминировала на рынке малоэтажного жилищного строительства в Северной Америке.

Среди массовых древесных материалов, известных своими устойчивыми и возобновляемыми свойствами, CLT является наиболее популярным.Эти панели обладают прочностью, жесткостью и стабильностью размеров, что делает их идеальными для полов, стен и крыш. Потенциал панелизации CLT также позволяет оптимизировать процесс строительства и значительно сократить график строительства при меньшем использовании рабочей силы.

Ряд других изделий из древесины массового производства, широко используемых в Северной Америке, предлагает те же преимущества, что и CLT. Они включают в себя брус, клееный гвоздями (NLT), брус, клееный шпонками (DLT), кросс-клееный брус (ICLT), клееный брус (GLT), вертикально клееный брус (LVL) и пиломатериал из клееного бруса (LSL). .В одном здании можно использовать несколько массовых деревянных изделий. Например, на рис. 1-2 показан пример пола из CLT, поддерживаемого структурой GLT.

В то время как основное внимание в этом курсе уделяется проектированию ограждающих конструкций зданий из CLT, большая часть информации применима и к другим типам массовых деревянных изделий.

Этот курс охватывает передовой опыт проектирования и строительства высокоэффективных стеновых и кровельных конструкций из CLT с использованием подходящих паропроницаемых мембран WRB и AB, подкровельных покрытий и аксессуаров для гидроизоляции в умеренном и холодном климате Северной Америки, включая Международный кодекс энергосбережения. (IECC) Климатические зоны с 4 по 8.Хотя сборки CLT в более теплом климате не рассматриваются, эти ограждающие конструкции для зданий могут по-прежнему обеспечивать решения для успешной конструкции корпуса в этих регионах. Конечно, эти продукты также могут использоваться со многими другими формами массивной древесины, деревянным каркасом и традиционными методами строительства, следуя аналогичным методам монтажа и детализации.

Конструкция ограждения здания CLT

Ограждение здания, также известное как оболочка здания, отделяет внутренние пространства здания от внешней среды.В контексте массивной деревянной конструкции из CLT ограждение может состоять из вертикальных панелей на внешних стенах и горизонтально уложенных или наклонных панелей на крыше. Внутренние полы также могут быть построены из CLT или других массовых деревянных панелей. Внутренняя массивная деревянная конструкция может быть выполнена из GLT, LVL или аналогичных конструктивно спроектированных деревянных изделий в виде стоек и балок. Конечно, не все массовые деревянные проекты должны быть построены исключительно из деревянных изделий, и возможны многие гибридные конструкционные комбинации, такие как конструкционный бетонный или стальной сердечник с корпусом из CLT или массивная деревянная конструкция с более традиционным каркасным стеновым ограждением. как показано на рисунке 2-2.

Проект: First Tech Credit Union, архитектор: Hacker Architects

В течение всего срока службы ограждение здания подвергается воздействию окружающей среды в виде воды, воздуха, тепла и водяного пара в дополнение к другим нагрузкам, таким как огонь, дым, свет, звук и насекомые. Корпус должен также противодействовать боковым ветровым нагрузкам и обеспечивать поддержку собственного веса и других вертикальных нагрузок, если он несущий. Эти нагрузки передаются обратно на основную конструкцию здания.Продуманная конструкция ограждения здания учитывает все нагрузки, оказываемые на ограждение в течение срока его службы, но в этом курсе основное внимание будет уделено управлению нагрузками воды, воздуха, тепла и водяного пара, действующими на ограждение.

В то время как панели CLT могут быть спроектированы с учетом ожидаемых структурных нагрузок, одна только CLT не способна адекватно контролировать воздух, воду, тепло и водяной пар. Таким образом, CLT должен полагаться на сборку материалов и других компонентов, чтобы соответствовать ожиданиям здания.Производительность может иметь множество значений, но в контексте этого курса он демонстрирует ограждение здания, которое будет эффективно управлять водой (как жидкостью, так и паром), уменьшать потребность здания в энергии для отопления и охлаждения и сводить к минимуму непреднамеренный обмен воздуха. между внутренней и внешней средой.

Соображения по конструкции и характеристикам корпусов CLT отличаются от более традиционных легких или массивных корпусов из бетона. CLT обладает уникальными физическими свойствами, включая чувствительность к влаге, относительно высокую способность удерживать влагу и относительно низкую паропроницаемость.

Экологические нагрузки

Наружная среда будет варьироваться в зависимости от климата и местных условий, а внутренняя среда будет отличаться в зависимости от использования здания и поведения людей. Таким образом, климат, микроклимат, условия площадки, а также использование и эксплуатация здания являются важными факторами при оценке нагрузок окружающей среды, действующих на ограждение. Жидкая вода — преимущественно дождевая вода, но также таяние снега и сток — обычно является наиболее серьезной нагрузкой на окружающую среду.Другие нагрузки окружающей среды — воздух, тепло и водяной пар — вызваны различиями между внутренними и внешними условиями.

Вода

Из-за повышенной чувствительности к влаге воздействие дождевой воды является серьезной проблемой для деревянных изделий.

Если вода контактирует с поверхностями CLT в течение длительного периода, особенно если она подвергается воздействию торца древесины, деревянная панель может впитывать воду, увеличивая ее влажность. Дерево расширяется и сжимается при изменении содержания влаги, поэтому намокание CLT приведет к изменению размеров, потенциально открывая зазоры между слоями и поверхностями панелей, что может отрицательно повлиять на эстетические качества и долговременные характеристики CLT.Когда размерные изменения происходят слишком быстро, это также может привести к потере поверхности CLT или появлению трещин, которые могут позволить воде проникнуть дальше в панель или вызвать визуальные нарушения, если они будут видны. Продолжительное воздействие влаги может также вызвать гниение, рост микробов, коррозию металлических крепежных элементов и соединений и возможное повреждение внутренней отделки, если панель предназначена для обнажения. Ограничение воздействия воды на CLT как во время строительства, так и при эксплуатации здания может снизить эти риски.

В Северной Америке количество годовых осадков может варьироваться от небольшого количества осадков в пустыне и засушливом климате до более экстремальных уровней в прибрежных регионах. Уровень осадков может быть увеличен из-за высокой скорости ветра, приводящей к ветровому дождю (например, проливному дождю). Скорость ветра обычно увеличивается с высотой; таким образом, более высокие деревянные здания, ставшие возможными благодаря CLT и другим массовым инновациям в древесине, вероятно, будут испытывать большую водную нагрузку, чем традиционные конструкции с деревянным каркасом.

Время выпадения дождя может иметь такое же значение, как и его количество.Это связано с тем, что сезонное распределение осадков может повлиять на возможность высыхания помещения после увлажнения. Например, сильный дождь, сопровождаемый более низкими температурами и / или высоким уровнем влажности, не дает возможности для высыхания. Это соображение может оказать значительное влияние на панели CLT, которые могли быть возведены, но еще не были должным образом защищены от влаги на этапе строительства.

В то время как элементы облицовки стен и отделки крыши при установке наклонной крыши являются причиной утечки жидкости, ожидается, что вода будет обходить эти элементы в какой-то момент в течение срока службы здания из-за естественного износа материалов или дефектов конструкции.

Кроме того, некоторые системы облицовки и отделки спроектированы прерывистым образом, например системы облицовки с открытыми швами. В результате требуется WRB или кровельная мембрана / подкладка для защиты CLT, конструкции и внутренней отделки от проникновения воды. Ряд продуктов разработан для выполнения этой функции, препятствуя проникновению воды в объеме, при этом некоторые продукты также обладают повышенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и высоким температурам.

Тарифы на древесину снижены по-разному в Канаде, США.С.

Рабочие лесопилки WynnWood на юго-востоке Британской Колумбии покупают пакеты чипсов и хот-догов на ближайшей заправке. Владелец Бетти Энн Гордон стоит у стойки и обзванивает людей.

Как и у многих здесь, бизнес Гордона зависит от мельницы. А сейчас есть некоторая неопределенность. «Никто не знает… что будет дальше», — сказала она.

Это потому, что между США и Канадой назревает торговая война из-за древесины.Новые тарифы на древесину могут спасти предприятия в США, но за счет рабочих мест в Канаде. В мае на семи лесопильных заводах, принадлежащих Resolute Forest Products в Квебеке, были сокращены смены, от которых пострадали более 1000 рабочих. А в Британской Колумбии — крупном мировом экспортере пиломатериалов хвойных пород — лесопилки и лесозаготовители готовятся к большему.

В апреле администрация Трампа ввела тарифы на хвойные пиломатериалы, переправляемые через границу, в результате чего древесина стала дороже до 24 процентов. Это что-то U.Производители пиломатериалов из Южной Кореи просят, и это проверка торговой политики Трампа «Америка прежде всего». Но это также может стоить Британской Колумбии более 1000 рабочих мест в лесозаготовительной отрасли.

«Ваше правительство пытается создать рабочие места, мое правительство пытается создать рабочие места», — сказал Рон Тойота, мэр Крестона, Британская Колумбия, в десяти минутах езды к северу от границы с США. «Если мы все пытаемся создать одну и ту же работу… кто-то выигрывает, а кто-то проигрывает».

И Канада устраивает драку. Ему угрожают запретить или обложить налогом U.S. товары, поступающие через границу, включая поставки угля через морской порт Ванкувера. Этот порт — жизненный путь для Cloud Peak Energy, одного из крупнейших производителей угля в США

.

Канада также предложила пакеты помощи для оказания помощи работникам лесного хозяйства и компаниям, пострадавшим от выполнения своих обязанностей.

Увольнения пиломатериалов в Канаде не новость. Когда в 2000 году истек срок торгового соглашения с США, Канада потеряла 20 000 рабочих мест в лесозаготовительной отрасли. С тех пор некоторые из крупнейших производителей пиломатериалов в стране хеджировали свои ставки от возможных тарифов, покупая лесопилки в таких штатах, как Южная Каролина и Джорджия, где производимые ими пиломатериалы не будут облагаться пошлинами.Гарри Нельсон, профессор лесного хозяйства в Университете Британской Колумбии, сказал, что эти более крупные компании также могут получить выгоду, потому что они владеют множеством заводов.

«Так что, если им придется сократить производство, они могут по крайней мере закрыть, может быть, один из своих заводов, но при этом сохранить работу других заводов», — сказал Нельсон.

Но не каждая лесозаготовительная компания обладает такой гибкостью, — говорит он. «Это не вариант для небольшой компании, у которой может быть только один комбинат».

И вот эти маленькие семейные фабрики пострадают.

«Им больше всего терять», — сказала Таня Уолл, местный политик из Крестона.

Она также работает на небольшой семейной фабрике и сказала, что эти пошлины могут снизить размер прибыли и в конечном итоге потребовать денег и рабочих мест. Деньги и рабочие места, которые нужны США.

Канада воспользовалась торговой сделкой с истекшим сроком действия в 2015 году и продала пиломатериалы здесь, в США, по неоправданно низким ценам, что нанесло ущерб предприятиям по всей стране, говорит Горди Сандерс, управляющий ресурсами Pyramid Mountain Lumber в Сили-Лейк, штат Монтана.

«Небольшие семейные фабрики в США … пострадали в финансовом отношении», — сказал Сандерс.

Произошли увольнения, сокращения смен и закрытие заводов. Новые обязанности, по словам Сандерса, могут помочь даже в игре и в конечном итоге сэкономить некоторые рабочие места в лесной промышленности в США

.

«Это проливает немного света в конце туннеля», — сказал он.

Но тот же свет тускнеет для лесозаготовительных работ в Канаде.

«Мне не нравится это слышать», — сказал Стив Джонсон, менеджер по продажам Pyramid Mountain Lumber в Монтане.«Я не люблю слышать, как кто-то теряет работу, но мы были в какой-то мере в одной лодке перед обязанностями … но мы также должны быть конкурентоспособными друг с другом».

Ожидается, что администрация Трампа объявит о втором раунде пошлин на канадские пиломатериалы хвойных пород, что может стоить еще большего количества рабочих мест к северу от границы.

границ | Проектирование массивных деревянных панелей в качестве теплообменников (динамическая изоляция)

1. Введение

На строительство зданий приходится 28% выбросов парниковых газов (ПГ), в то время как 11% выбросов связаны со строительной деятельностью, в основном с производством строительных материалов, таких как цемент и сталь (Международное энергетическое агентство и Программа ООН по окружающей среде, 2018 г. ).В ближайшие десятилетия рост и урбанизация мирового населения создаст огромный спрос на новые здания и инфраструктуру. Таким образом, «воплощенные» выбросы в строительном секторе должны резко возрасти, так же как и глобальные выбросы должны резко сократиться (Röck et al., 2020). Возможно ли превратить эту потенциальную угрозу для глобальной климатической системы в мощное средство смягчения последствий изменения климата?

1.1. Утилизация углерода

Существует растущая вероятность того, что для достижения климатических целей потребуются методы удаления углерода, также известные как «отрицательные выбросы».Ученые и практики начали анализировать потенциал новых зданий как глобального поглотителя углерода (Чуркина и др., 2020; Hoxha и др., 2020; Помпони и др., 2020). Существует ряд материалов, которые могут хранить C или CO ₂ , включая древесину, бетон, бамбук, коноплю и солому. Бетон традиционно является источником выбросов CO ₂ из-за интенсивного производственного процесса, но может реабсорбировать значительное количество углерода в течение длительного срока службы (Cao et al., 2020). Последние достижения в области производства — адаптация процесса отверждения к поглощению большего количества углерода или минерализация CO ₂ от производства в дымоходе для использования в качестве заполнителя — открывают возможности для использования углерода в бетонной промышленности после карбонизации на протяжении всего срока службы (Monkman and MacDonald, 2017; Habert et al., 2020). Между тем, биогенные материалы, такие как древесина и бамбук, растут путем фотосинтеза, улавливая углерод в своей биомассе. Собранные продукты биомассы могут обеспечивать отрицательные выбросы в течение жизненного цикла, если леса или посевы хорошо управляются и продукты являются достаточно долгоживущими по сравнению с их циклом роста биомассы (Guest et al., 2013; Levasseur et al., 2013). Композиты, такие как растительный бетон — бетоны, в которых в качестве связующих используются такие быстрорастущие культуры, как конопля или солома, — потенциально могут использовать влияние накопления как биогенного поглощения углерода, так и карбонизации (Pittau et al., 2018). Согласно недавнему анализу, древесина и бетон могут хранить ~ 0,5 Гт CO ₂ в год при условии надлежащей координации их производственных циклов (Hepburn et al., 2019). Эти потенциальные количества ставят новые здания в один ряд с другими лидерами в использовании атмосферного углерода в техносфере.

Если здания могут работать вместе с лесами в качестве глобального поглотителя углерода, то интеграция проектирования может многократно увеличить потенциал сокращения выбросов. Например, если массивные деревянные конструкции могут активно создавать внутренний климат, используя только низкопотенциальное тепло, потребность в дополнительных материалах и механических системах будет меньше. Показатель умножения сокращений выбросов ПГ за счет функционального замещения известен как «фактор замещения» (Smyth et al., 2018; Seppälä et al., 2019; Hurmekoski et al., 2020).Однако для того, чтобы использование CO ₂ полностью раскрыло свой потенциал, материалы, накапливающие углерод, должны делать больше, чем заменять обычные материалы по частям. Материалы должны выполнять как можно больше функций, чтобы они могли заменить целые системы с интенсивным выбросом вредных веществ.

1,2. Радикальная интеграция

Какие достижения в области материаловедения могут обеспечить такую ​​радикальную интеграцию? «Разработанные пористые среды» — это материалы, имеющие внутреннюю и внешнюю форму для обмена теплом и массой (Bejan et al., 2004). Подобно «Архитектурным материалам» (Estrin et al., 2019) и «Формоактивным структурам» (Wu et al., 2020), инновационный аспект заключается в том, как морфология материала управляет потоком энергии. Применение этих новых методов может стать ключом к совершенствованию строительных материалов, хранящих углерод. Не только для улучшения их структурных характеристик, но и для интеграции функций охлаждения и вентиляции, поэтому дополнительные материалы и механические системы не требуются.

Одним из примеров является проектирование массивных деревянных панелей в качестве теплообменников или «дышащих стен».«Принцип состоит в том, чтобы ввести воздушные каналы в твердое тело и оптимизировать их размер и расстояние, чтобы исходящая проводимость нагревала входящий воздух. Этот метод может сделать изоляцию и облицовочные материалы ненужными, помогая упростить системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Рисунок 1 объясняет концепцию теплообмена и принцип оптимизации геометрии. В недавнем исследовании использовались физические эксперименты для проверки корреляции для оптимизации теплообменных материалов (Craig and Grinham, 2017). Корреляция дизайна была первоначально разработана другими исследователями (Kim et al., 2007) для экстремальных температурных условий, но результаты исследования 2017 года показывают, что он работает и для строительных материалов в умеренных условиях. Этот документ является продолжением их работы. В нем рассматривается, как применить соотношение и принципы проектирования к массовым деревянным панелям. «Массовая древесина» относится к изделиям из инженерной древесины, ламинированным из более мелких плит в структурные компоненты, такие как клееные балки (клееный брус) или панели из поперечно-клееной древесины (CLT).

Рисунок 1 . Как оптимизировать размер и расстояние между каналами, чтобы спроектировать массивную деревянную панель в качестве теплообменника.Расчетные корреляции (уравнения 1–14) были первоначально разработаны для аэрокосмических приложений (Kim et al., 2007), но было показано, что они работают для строительных материалов (Craig and Grinham, 2017). Это исследование применяет их к массивной древесине.

1,3. Динамическая изоляция

Использование конструкционного материала в качестве теплообменника делает его разновидностью технологии динамической изоляции (DI). DI начинался как новая стратегия вентиляции сельскохозяйственных зданий в холодном климате. Инженеры описали, как всасывать свежий воздух через слой волокнистой изоляции, уменьшая потери проводимости и одновременно нагревая воздух (Bartussek, 1981).В начале девяностых исследователи установили DI в жилом доме в Японии и сообщили о 50% -ном сокращении потерь тепловой оболочки (Dalehaug et al., 1993). Вскоре последовали два значительных прогресса в теории DI. Была разработана простая аналитическая модель для описания устойчивого теплообмена в DI, когда известны температура внутренней поверхности или скорость поверхностной конвекции (Taylor et al., 1996, 1998; Taylor and Imbabi, 1997, 1999, 2000). Подробная аналитическая модель была также разработана, чтобы учесть эффекты аккумулирования тепла и показать влияние периодических изменений во внешней среде (Krarti, 1994).

В последние годы возобновился интерес к теории, измерению и проектированию систем DI. Группа из Миланского политехнического университета описала микроскопические эффекты теплообмена в волокнистой изоляции и разработала прибор для тестирования панелей с диэлектриком (Alongi and Mazzarella, 2015a, b). Они использовали устройство для проверки поведения теплообмена в установившихся и периодических условиях по сравнению с простыми и подробными аналитическими моделями (Alongi et al., 2017a, b, 2020). Группа из Университета Хуачжун разработала конечно-разностную модель и аппарат для тестирования DI (Wang et al., 2018; Zhang et al., 2019а, б). Их работа показывает, как уменьшить рост оболочки летом, вытесняя отработанный воздух через изоляцию. Многие сотрудники разработали стратегии управления DI и определили потенциальную экономию энергии для «переключаемых» значений U в различных контекстах (Park et al., 2015; Menyhart and Krarti, 2017; Shekar and Krarti, 2017; Rupp and Krarti, 2019). ; Даббаг и Крарти, 2020; Дехва и Крарти, 2020). Вместо использования пористого материала в качестве теплообменника они разработали перегородки, которые можно открывать или закрывать, чтобы контролировать конвекцию внутри герметичной панели.

1,4. Почему Вуд?

Было показано, как ввести воздушные каналы в стандартные строительные материалы и оптимизировать их для теплообмена (Craig and Grinham, 2017). Эта новая возможность предлагает другой способ строительства, более подходящий для задач удаления углерода. Вместо того, чтобы строить конструкцию и облицовывать ее слоями специальных материалов, возможно, удастся объединить все основные функции в одном материале. Но какой материал? Как уже говорилось, такие материалы, как древесина, бетон, бамбук, солома и конопля, могут накапливать углерод в глобальном масштабе (Hepburn et al., 2019; Чуркина и др., 2020). Древесина и бетон — единственные, которые сегодня широко используются в строительной отрасли, но в каждом случае необходимо преодолеть серьезные проблемы. Например, биогенные материалы должны быть достаточно долгоживущими по сравнению с ростом их биомассы, чтобы увеличивать накопление углерода в строительном секторе, не нанося ущерба лесам или запасам углерода насаждениям (Guest et al., 2013; Pingoud et al., 2018). Лесам требуются десятилетия, чтобы отрасти, в то время как для таких культур, как бамбук, конопля и солома, период ротации может составлять всего 1 год.Однако эти быстрорастущие материалы требуют более интенсивного производства и дополнительных материалов, чтобы превратить их в монолитный материал, пригодный для предлагаемого метода теплообмена. Между тем, бетон требует значительных изменений в процессах отверждения и производства, чтобы сократить выбросы от колыбели до ворот, но сохраняет карбонаты в течение десятилетий или столетий, в то время как биогенные материалы, такие как древесина, подвержены риску высвобождения в поздний срок.

Несмотря на препятствия, цепочки поставок и жизненные циклы продуктов для всех инженерных материалов нуждаются в коренном пересмотре, и в обеих областях необходимо провести важные исследования.Отрасли, вероятно, потребуются технологии как биогенного хранения углерода, так и технологии декарбонизации в бетонной промышленности, чтобы иметь шанс обратить вспять тенденцию к увеличению выбросов в ближайшие десятилетия. Основное внимание в этом исследовании уделяется древесине, поскольку она уже широко используется, а ее тепловые свойства делают ее идеально подходящей для предлагаемого метода теплообмена. На рисунке 2 сравнивается устойчивый теплообмен двух панелей, одной деревянной и одной бетонной. Оба они оптимальны, рассчитаны на одинаковую относительную скорость теплообмена.Однако бетонная панель нецелесообразна, потому что абсолютные требования к нагреву и тепловые потери слишком высоки. Причина в теплопроводности бетона, которая в 10 раз выше, чем у дерева (см. Рисунок 6 в разделе 4). Низкая теплопроводность древесины делает ее уникальной по сравнению с другими конструкционными материалами. Он не только может накапливать углерод и поддерживать здание, но также может соответствовать строгим стандартам по потерям проводимости без чрезмерной вентиляции или перегрева.

Рисунок 2 .Принцип теплообмена, показанный на рисунке 1, изображен в виде санки: U ₀ представляет потери тепла по базовой линии, U ₁ общий теплообмен, U ₂ приток тепла при вентиляции и U ₃ кондуктивные потери тепла. Древесина имеет более низкую теплопроводность, чем бетон, поэтому можно уменьшить потери теплопроводности ( U ₃ ) без чрезмерной вентиляции ( U ₂ ) или перегрева ( U ₁ ), что делает ее более подходящей. к этому приложению.

1,5. Граничные условия

Один давний вопрос в исследованиях DI с пористыми материалами — какие граничные условия использовать при моделировании. Полевые эксперименты показали, что температура на внутренней поверхности ниже прогнозируемой, что отрицательно сказывается на тепловом комфорте и экономии энергии (Dalehaug et al., 1993).

Как ведет себя конвективная пограничная пленка на внутренней поверхности? Этот вопрос важен для исследования DI, потому что пористые материалы должны получать тепло из комнаты, прежде чем они смогут обменять его с входящим воздухом.Используя визуализацию Шлирена, исследователи обнаружили, что пористые материалы теряют тепловой контакт с комнатным воздухом, когда входящий воздух поднимает граничную пленку с внутренней поверхности (Craig and Grinham, 2017). Они также обнаружили тонкие эффекты на внешней поверхности. Конвекционная теплопередача была увеличена в несколько раз, а тепло в граничной пленке засасывалось обратно в материал. Они пришли к выводу, что существует возможность рекуперации тепла на внешней поверхности, и что лучше всего нагревать внутреннюю поверхность путем прямого контакта.

Следуя этой рекомендации, тестовые панели в настоящем исследовании нагреваются непосредственно на внутренней поверхности. Не требуется много обогрева. Например, для примера деревянной панели на Рисунке 2 требуется только U1 = 2 (Вт / м2 · К), что находится в диапазоне стандартных полов с подогревом. В настоящем исследовании использовался электрический резистивный нагрев, поскольку это было практично с учетом имеющихся ресурсов. Специальная гидравлическая панель была изготовлена ​​для нагрева испытательных панелей в исследовании Шлирена. Стандартные капиллярные трубки также подходят для прямого контактного нагрева.Для будущих применений предпочтительнее гидравлические контуры. Технологии обогрева или охлаждения, в которых используются большие теплообменные поверхности внутри помещений, называются излучающими системами или термоактивными поверхностями (TAS) (Moe, 2010; Rhee and Kim, 2015; Rhee et al., 2017). Большой TAS с водяным контуром, подключенным к тепловому насосу с низким подъемом, может использовать небольшие перепады температур от возобновляемых поглотителей и источников, таких как солнечная, геотермальная и инфракрасная область неба (Meggers et al., 2012 ; Лим, 2019).

1.6. Естественная вентиляция

Если гидронные поверхности идеально подходят для мономатериальных теплообменных оболочек, есть ли другие возможности для интеграции функций HVAC? Естественная вентиляция играет важную роль в минимизации инфраструктуры HVAC и ее выбросов в течение жизненного цикла (Kiamili et al., 2020). Значительные успехи были достигнуты в понимании жидкостной механики выталкивающей вентиляции, которая управляется теплом, а не ветром. Например, прорыв произошел в 2009 году, когда исследователи охарактеризовали автоматический механизм рекуперации тепла, известный как «естественное перемешивание» (Woods et al., 2009). Когда теплый воздух поднимается и выходит, свежий воздух заменяет его, попадая через то же отверстие. Выходящий воздух предварительно нагревает входящий воздух в состоянии динамического равновесия.

Некоторые исследователи изучили возможность сочетания DI с естественной вентиляцией (Etheridge and Zhang, 1998; Ascione et al., 2015; Park et al., 2016). Связь может быть усилена за счет использования мономатериальных теплообменных оболочек (то есть «дышащих стенок»). Используя эффект плавучести, все тепло- и воздухообмены можно контролировать с помощью встроенной гидравлической поверхности.На рисунке 3 показаны две возможности. С левой стороны плавучесть обеспечивает вентиляцию, но на выходе нет рекуперации тепла. Справа показана гипотеза о том, как восстановить вентиляцию на выходе с помощью двойной оболочки. В этой статье не рассматриваются естественные контуры рекуперации тепла. Тем не менее, он делает первый шаг, показывая, что возможно соединить дышащие стены с выталкивающей вентиляцией в идеальных условиях.

Рисунок 3 . Умозрительные схемы, подсказывающие, как соединить «дышащие стены» с вытяжной вентиляцией. (Слева) Плавучесть обеспечивает вентиляцию, но нет рекуперации тепла на выходе. (справа) Гипотеза о том, как восстановить вентиляцию на выходе с помощью двойной оболочки.

1,7. Outlook

В данной статье представлены результаты трех экспериментов, которые характеризуют поведение массивных деревянных панелей, оптимизированных в качестве теплообменников. Предоставляется приложение, чтобы читатели могли самостоятельно оценить возможные варианты дизайна (Craig and Fortin, 2020). В первом эксперименте измеряется устойчивое состояние панели, подвергшейся ступенчатому изменению нагрева.Во втором эксперименте измеряются изменения теплообмена из-за изменения температуры. Последний эксперимент показывает, что можно втягивать вентиляцию через панели, используя тепловую плавучесть вместо вентилятора, при сохранении ожидаемой скорости теплообмена.

2. Теория

2.1. Устойчивый теплообмен

На рис. 1 показан принцип оптимизации параллельных каналов в твердом материале для «встречного» теплообмена. Для этого сценария были разработаны две численные корреляции (Kim et al., 2007). Обе корреляции были экспериментально подтверждены (Craig and Grinham, 2017). Первая корреляция дает оптимальное расстояние между каналами:

HoptL = 3,22 Be − 1/3 Φ − 0,85 (kka) 0,17 (1)

, где H _opt — оптимизированное расстояние между каналами, L — толщина панели, k — теплопроводность материала панели, а k _a — теплопроводность воздух. Число Беджана, Be , определяется как:

. Be = ΔP L2μα (2)

, где Δ P — расчетное давление, μ — динамическая вязкость воздуха, а α — коэффициент температуропроводности воздуха.Пустотная доля панели Φ определяется как:

Φ = π D24 h3 (3)

, где D — диаметр каналов. Геометрия показана на рисунке 4.

Рисунок 4 . Определение геометрии панели.

Вторая корреляция предсказывает общую (нормализованную) теплопередачу через оптимальную конструкцию:

NTU = 0,41Be1 / 3 Φ0,6 (kka) -0,65 (4)

Количество тепловых единиц, NTU , представляет собой отношение общего коэффициента теплопередачи во время теплообмена, U ₁ , к базовому условию при отсутствии теплообмена U ₀ :

NTU = U1U0 = q1 ″ / (Ts-Te) k / L (5)

, где q1 ″ — тепловой поток на нагретой внутренней поверхности, T _s — температура нагретой внутренней поверхности, а T _e — температура наружного воздуха (который входит по каналам).Во время ощутимого устойчивого теплообмена поверхностный тепловой поток (q1 ″) частично передается входящему воздуху (q2 ″), а оставшаяся часть (q3 ″) теряется во внешнюю среду из-за теплопроводности:

q1 ″ = q2 ″ + q3 ″ (6)

Рисунок 2 иллюстрирует этот баланс теплообмена, который также может быть определен в терминах коэффициентов теплопередачи:

где:

U1 = q1 ″ (Ts-Te) = NTU U0 (8) U2 = q2 ″ (Ts-Te) = ε NTU U0 (9) U3 = q3 ″ (Ts-Te) = (1-ε) NTU U0 (10)

и ε — эффективность теплообмена:

Эти определения ε и NTU действительны до тех пор, пока поверхностный тепловой поток (q1 ″) или температура поверхности ( T _s ) постоянны и однородны.Интегрированная гидроника может точно аппроксимировать оба граничных условия (Craig and Grinham, 2017). В любом случае ε эквивалентно относительному увеличению температуры поступающего воздуха:

ε = Ти-ТэЦ-Те (12)

, где T _i — температура входящего воздуха в момент, когда он покидает каналы и попадает во внутреннее пространство. Обратите внимание, что при ε → 1, T _i → T _s .

В соответствии с соглашением в литературе по динамической изоляции, U ₃ в уравнении (10) может называться «динамическим значением U ». Однако важно подчеркнуть баланс, выраженный в уравнении (7) и проиллюстрированный на рисунке 2. То есть достижение низких значений для U ₃ не должно происходить за счет чрезмерной вентиляции ( U ₂ ) или перегрев ( U ₁ ). Расход воздуха на единицу площади панели определяется как:

. u = D2 Φ ΔP32 мкл (13)

и имеет единицы м / с или м ³ / м ² / с .Наконец, есть важный предел размера, на который следует обратить внимание:

Уравнения (1) и (4) недействительны, если этот предел превышен. Панель слишком тонкая относительно расстояния между каналами. Физически недостаточно места для того, чтобы тепло могло отклоняться к каналам, как показано на правой стороне рисунка 1 (тепло распространяется только на более низкие температуры, поэтому « изгиб » потока более чем на 90 ° будет противоречить второму закону термодинамика).

Приведенные выше уравнения описывают устойчивый теплообмен в оптимизированных панелях.Каковы последствия проектирования для массивной древесины? На рисунке 5 показан снимок экрана приложения, которое можно загрузить бесплатно и которое решает приведенные выше уравнения, чтобы помочь оценить варианты оптимизации массовых деревянных панелей в качестве теплообменников (Craig and Fortin, 2020). В приложении есть четыре управляющих параметра. Дизайнеры могут выбирать значения для каждого параметра из указанного диапазона (эти диапазоны легко настроить, изменив исходный код):

• Теплопроводность к ( Вт / м · К ) основного материала.Диапазон 0,1 < k <0,4 был выбран для охвата большинства пород древесины хвойных и лиственных пород, независимо от ориентации волокон (см. Рисунок 6).

• Коэффициент теплопроводности, то есть U3 (Вт / м2 · К), «динамическое значение U ». Этот широкий диапазон был выбран для того, чтобы исследователи могли оценивать различные конструкции, выбирая между стандартами U в разных странах или высокопроизводительными стандартами, такими как Passivhaus .

• Коэффициент нагрева поверхности U1 (Вт / м2 · K) (который можно регулировать с помощью встроенного жидкостного нагрева).Диапазон 1 < U ₁ <4 намеренно занижен, как и у стандартных полов с подогревом. (Напомним, что иметь низкие потери проводимости бессмысленно, если для достижения этой цели требуется слишком много тепла)

• Расчетное давление △ P ( Па ), которое прикладывается к панели посредством всасывания. Диапазон 2 <△ P <8 был выбран потому, что эти давления можно поддерживать механически с помощью вентилятора или естественным образом с использованием тепловой плавучести (эффект суммирования).

Рисунок 5 . Скриншот приложения, написанного для партнера по этой статье, которое можно бесплатно загрузить здесь (Craig and Fortin, 2020). Он решает уравнения (1) — (14), показывающие, как оптимизировать массовые деревянные панели в качестве теплообменников.

Рисунок 6 . Измерения тепловых свойств сосны южной желтой: проводимость ( k) , коэффициент диффузии (α) и объемная теплоемкость (ρ c ). Измерения проводились на радиальных и поперечных образцах.Данные нанесены на график вместе с другими древесными материалами и строительными материалами для справки. Образцы сосны были испытаны в комнатных условиях (T = 23 C и относительная влажность 49%).

В таблице 1 сравниваются три возможных проекта теплообменных массивных деревянных панелей, рассчитанных с помощью приложения. Во всех трех гипотетических случаях достигается одно и то же низкое «динамическое значение U », U3 = 0,2 Вт / м2 · К, что находится в диапазоне значений U , установленных строгими правилами энергоэффективности. Различия между вариантами дизайна связаны с панельным отоплением, которое изменяется с небольшими приращениями (U1 = 2,3,4 Вт / м2 · K).Панели становятся тоньше по мере увеличения нагрева поверхности ( L ≈ 23, 18, 15 см ). Обратите внимание, что эта толщина находится в диапазоне стандартных толщин для панелей CLT. Другое изменение касается расхода воздуха на единицу площади панели, который увеличивается ( u ≈ 10, 14, 16 l / s / м ² ) по мере того, как панели становятся тоньше. Эти показатели означают, что примерно один квадратный метр панели удовлетворяет потребности одного человека в вентиляции. Для контекста международные стандарты рекомендуют скорость вентиляции ~ 10 л / с на человека в офисной среде, хотя неблагоприятные последствия для здоровья или производительности были задокументированы, когда скорость вентиляции достигает 25 л / с на человека (Carrer et al., 2015).

Таблица 1 . Три примерных варианта деревянных теплообменных панелей, каждый из которых оптимизирован для U3 = 0,2 Вт / м2 · K.

Прилагаемое приложение показывает, что относительно высокая скорость вентиляции (5 < u <20 л / с / м ² ) необходима для обеспечения эффективности теплообмена (ε> 0,6), что приводит к низкому нагреву -коэффициенты потерь (0,1

Поскольку панели требуют относительно высокой скорости вентиляции, они лучше всего подходят для относительно больших зданий с высокой посещаемостью. Рассмотрим кубическое здание квадратной длины x = 12 м . Он террасированный, поэтому видны только два фасада. Интенсивность вентиляции на единицу площади панели составляет u = 0,01 м ³ / с / м ² (т.е.е., 10 л / с / м ² ). Количество воздухообменов в час составляет N = 3, 600 · u · 2 x ² / x ³ = 7200 u / x . Если панели занимают 100% площади фасада, N = 6. Если панели занимают 50% площади фасада, N = 3 и так далее.

2.2. Переходный теплообмен

Работа деревянных панелей при устойчивом теплообмене является многообещающей, но сколько времени требуется для достижения устойчивого состояния и как суточные колебания внешней температуры влияют на теплообмен?

Модель 1994 года, описывающая переходное поведение динамической изоляции, недавно была проверена в контролируемых периодических условиях (Krarti, 1994; Alongi et al., 2020). Однако эта модель предназначена для теплообмена в одном пространственном измерении. Он подходит для волокнистых изоляционных материалов или изоляционных материалов с открытыми порами в противофлюсе, но не применяется к материалам, где поток проводимости изменяется в двух или трех пространственных измерениях, как показано на Рисунке 1. Основа принципа «дышащей стены», показанного на На рисунке 1 показано исследование, показывающее, как оптимизировать параллельные каналы для устойчивого теплообмена в экстремальных тепловых условиях (Kim et al., 2007). Эти исследователи расширили свою работу, оптимизируя древовидные каналы в установившемся состоянии, а затем охарактеризовав переходную реакцию на внезапное нагревание (Kim et al., 2008, 2009). Однако их переходный анализ применим только к древовидным каналам.

2.2.1. Время до устойчивого состояния

Похоже, что в литературе нет модели для описания переходного встречного теплообмена в панели с параллельными каналами. Вместо этого тепловой отклик можно аппроксимировать как функцию числа Фурье:

Fo = α tLc2 (15)

, где α — коэффициент температуропроводности материала, t — время в секундах, а L _c — характерная длина, определяемая как отношение объема твердого тела к открытой площади поверхности, которая для геометрия, определенная на рисунке 4, составляет:

Lc = (h3-π D24) L 2 (h3-π D24) + π D L (16)

Число Фурье — это мера времени без единиц измерения.Это соотношение, где 1 означает, что тепло проникло на всю глубину объекта. Тепловая реакция «дышащей стены» на скачкообразное изменение температуры поверхности или теплового потока поверхности теперь может быть охарактеризована как:

NTU (t) = (a1 NTU + a2Fo) LLc (17)

, где NTU — расчетное значение в установившемся режиме, определенное уравнением (4), а a ₁ и a ₂ — эмпирические коэффициенты. Напомним, что трехмерная эволюция теплового потока через материал неизвестна.Следовательно, оба коэффициента действуют как поправочные коэффициенты для эффектов формы. На графике NTU ( t ) по сравнению с Fo , a ₁ контролирует положение кривой (и, следовательно, величину теплопередачи), тогда как a ₂ контролирует кривизну. Стандартные аналитические растворы служат полезным ориентиром для калибровки (Bart and Hanjalić, 2003; Incropera et al., 2007). Плоская стена — это сплошная стена, подверженная нагреву с обеих поверхностей.При поверхностном обогреве с постоянным тепловым потоком:

А при панельном обогреве с постоянной температурой:

, где a ₁ = 0 для обоих условий. Таким образом, мы предполагаем, что при ступенчатом изменении нагрева поверхности общий теплоперенос через «дышащую стену» будет развиваться аналогично плоской стенке той же характерной длины с небольшими различиями из-за формы. эффекты.

2.2.2. Периодический теплообмен

Что делать, если внешняя температура периодически меняется в течение суточного цикла? Когда применяется постоянная температура поверхности или поверхностный тепловой поток, и по прошествии достаточного времени для достижения устойчивого состояния квази общий (нормализованный) теплоперенос должен периодически колебаться вокруг среднего стационарного значения.Поведение должно приближаться к полубесконечному твердому телу, но, опять же, с различиями из-за эффектов формы (Bart and Hanjalić, 2003; Incropera et al., 2007):

NTU (t) = NTU + a1 Lcω / α sin (ωt + π / 4) (20)

, где ω — угловая частота (2π / 86400). Здесь коэффициент a ₁ калибруется для величины колебаний. Мы предполагаем, что значение для a ₁ будет одинаковым в обоих уравнениях (17) и (20).

2.3. Теплообмен с вытяжной вентиляцией

Рассмотрим здание в левой части рисунка 3, работающее в устойчивом состоянии и без людей.Только встроенный TAS (термоактивная поверхность) обогревает комнату. Других явных тепловыделений или скрытых эффектов теплопередачи нет. Часть тепла от TAS передается в комнату, а остальное теряется в окружающую среду за счет теплопроводности:

, где q ₀ — общий нагрев от (с обеих сторон) TAS, q _hx — общий теплообмен в комнату, а q _cl — это полная потеря проводимости через оболочку.Теплообмен от ТАС к помещению ( q _hx ) происходит двумя способами. Во-первых, за счет передачи поступающему воздуху через теплообменную панель. Во-вторых, при прямом контакте с комнатным воздухом через открытую поверхность:

qhx = q1 ″ A1 ε + h A1 (Ts-Tii) (22)

Новые термины: A ₁ , h и T _ii — это общая площадь интегрированного TAS, средний коэффициент теплопередачи между нагретой поверхностью и воздухом в помещении, а также температура внутреннего воздуха соответственно.Для простоты предположим, что теплообмен внутри комнаты незначителен, а внутренний воздух хорошо перемешан.

Потери проводимости ( q _cl ) также возникают двумя способами. Во-первых, через заднюю часть теплообменных панелей, а во-вторых, через части оболочки здания, не участвующие в теплообмене:

qcl = q1 ″ A1 (1-ε) + UA (Tii-Te) (23)

Термин UA — это полная проводимость ( Вт, / K ) ограждающей конструкции здания, которая не участвует в теплообмене.Тепло, содержащееся в вентиляционном потоке, теперь можно определить как:

Q ρcp (Tii-Te) = q0 — qcl (24)

, где ρ c _p — объемная теплоемкость воздуха, а Q — интенсивность вентиляции за счет разницы температур внутри / снаружи:

Q = A * (г ZTii-TeTe) 12 (25)

, где г, — сила тяжести Земли, Z — это изменение высоты между входом и выходом потока (например, от середины теплообменной панели до верха дымохода) и A ^* — комбинированная эффективная вентиляционная площадь (Acred, 2014)

А * = (12c12A12 + 12c22A22) -12 (26)

, который возникает из определения объемной скорости:

, где A ₁ и A ₂ — физические площади входа и выхода, а c ₁ и c ₂ — соответствующие коэффициенты расхода соответственно.Для теплообменных панелей A ₁ — это общая площадь поверхности, а коэффициент расхода равен:

. c1 = (△ Pρu2 / 2) -12 (28)

Переставив уравнение (13), перепад давления в теплообменнике можно определить как:

△ P = 32 мкл uD2 Φ (29)

Для простоты предположим, что перепад давления по высоте панели одинаков. На рисунке 3 показано более реалистичное изменение давления из-за плавучести. Подстановка уравнения (29) в уравнение (28) дает:

c1 = (64 L μD2 u ρ Φ) -12 (30)

Наконец, коэффициент расхода для выпускного отверстия, если предположить, что он имеет острую кромку, можно приблизительно оценить как (Acred, 2014)

Следующие уравнения описывают существенные особенности тепловой связи между «дышащими стенками» и вытяжной вентиляцией.Забегая вперед, в разделе 4.3 представлены результаты экспериментального устройства, предназначенного для демонстрации этой связи в действии. Теплообменная панель устанавливается горизонтально на уровне пола, поэтому давление по поверхности панели равномерное, а внутренний воздух хорошо перемешивается. Следует подчеркнуть, что это идеализированные обстоятельства. Возможна горизонтальная установка, но в будущем более вероятны вертикальные или наклонные оболочки. Если панель расположена вертикально, давление на ней будет изменяться с высотой, равно как и скорость и теплообмен.Внутренний воздух может расслаиваться ниже верхней части панели, в зависимости от высоты дымохода относительно верхней части панели. В этом случае будет отток через верхние каналы. Все эти эффекты были специально разработаны на основе эксперимента, описанного в 4.3, чтобы проверить основные элементы тепловой связи.

Аппарат имеет высоту комнаты (для создания разумного давления в дымовой трубе) и имеет размеры, как тонкий дымоход. Следовательно, вместо сжатия потока на выходе необходимо вычислить потери на трение на боковых стенках.После преобразования коэффициентов трения в коэффициенты расхода (Jones et al., 2016), если поток ламинарный, то:

, а если поток турбулентный, то:

c2 = 10,079 Re − 0,25 (33)

, где число Рейнольдса потока:

3. Материалы и методы

Были спроектированы и выполнены эксперименты для проверки эффективности теплообмена в установившихся и переходных условиях, а также когда вентиляция приводится в действие плавучестью, а не вентилятором. Первый эксперимент измеряет теплообмен в установившемся режиме и время достижения установившегося состояния, когда панели подвергаются ступенчатому изменению нагрева.Во втором эксперименте измеряется, как теплообмен периодически изменяется при ежедневных изменениях внешней температуры. В последнем эксперименте измеряется внутренняя температура и скорость потока внутри прокси-здания, когда вентиляция через испытательную панель приводится в действие тепловой плавучестью, а не вентилятором.

3.1. Тестовые панели

Были изготовлены две испытательные панели, одна из цельной древесины, другая из акрила. Для деревянного панно была выбрана южная желтая сосна. Акрил был выбран в качестве контроля, потому что он имеет такие же тепловые свойства, что и древесина, за исключением того, что тепловые свойства изотропны, а не анизотропны, и он не впитывает влагу.Панели имели размеры 12 дюймов × 16 дюймов (30,48 × 40,64 см) с площадью теплообмена 12 дюймов × 12 дюймов (30,48 × 30,48 см) и толщиной 2 дюйма (5,08 см). Обе панели были оптимизированы для расчетного давления 3 Па. В таблице 2 приведены свойства каждой панели, и они показаны рядом на рисунке 7.

Таблица 2 . Параметры конструкции тестовой панели.

Рисунок 7 . Экспериментальная установка для вентиляции с приводом от вентилятора. Этот прибор использовался для первого и второго экспериментов (см. Раздел 3.2), измерение (1) стационарного поведения панели, подвергшейся ступенчатому изменению нагрева и (2) периодических изменений теплообмена из-за изменения внешней температуры.

3.1.1. Тепловые свойства

Свойства материала, необходимые для прогнозирования установившейся и переходной проводимости, включают теплопроводность k ( Вт, / м K ), температуропроводность α ( м ² / с ) и объемную теплоемкость ρ . c ( Дж / м ³ · К ).Для древесины эти свойства зависят от породы, направления и места измерения, а также от условий окружающей среды. Для измерения тепловых свойств южной желтой сосны использовали измерительное устройство (анализатор теплопроводности C-Therm) и метод источника переходной плоскости (ASTM D7984). Образцы были приготовлены из той же партии, что и испытательная панель, и разрезаны в радиальном и поперечном направлениях к волокнам. Было приготовлено по пять образцов каждого направления зерен, каждый испытан по десять раз.Результаты показаны на Рисунке 6 в сравнении с другими породами древесины и строительными материалами.

3.1.2. Датчики

Датчики

FluxTeq Ultra 09 (85 × 95 мм) использовались для измерения теплового потока и температуры на обеих поверхностях тестовых панелей. «Внутренний» датчик теплового потока был помещен в выемку с выемкой так, чтобы TAS (см. Раздел 3.1.3) прилегал к поверхности заподлицо. Размер датчиков теплового потока определял расстояние между каналами в панелях. Температуру воздуха измеряли с помощью термопар Omega Type T.Температура T _e была измерена путем размещения наконечников двух термопар над центром двух каналов с последующим усреднением. Это измерение было близко сравнимо с измерением температуры вне испытательного бокса. Измерения регистрировались с использованием регистратора данных GL240. Небольшой канал сделал невозможным измерение T _и с помощью термопар. При размещении над каналом TAS воздействовал на термопару, и вставка термопары в канал блокировала поток.

3.1.3. Термоактивная поверхность

Поверхностный нагреватель, называемый здесь термически-активной поверхностью (TAS), был изготовлен с использованием нагревательных проводов электрического сопротивления. Матрица из 26 Ga нихрома 60 была установлена ​​на алюминиевом листе толщиной 0,063 дюйма, в котором просверлены отверстия, соответствующие каналам в испытательной панели. Проволочная решетка была намотана вокруг секций из ПТФЭ стержня 1/2 дюйма высотой 1/4 дюйма. Стержни были прикреплены к алюминиевой пластине с шагом 1 дюйм, чтобы создать расстояние между проволоками 1/2 дюйма. Проволока была электрически изолирована от алюминия листом полиэфирной пленки с клейкой основой.Покрытая алюминием полиэфирная пленка была закреплена на проволочной сетке с помощью аэрозольного клея. TAS был разделен на две параллельные цепи и был подключен к регулируемому источнику питания Extech 600 Вт.

3.2. Аппарат с вентилятором

Это устройство позволяло всасывать воздух через испытательную панель при постоянном давлении. Испытательная камера была сделана из деревянных рам, собранных с натянутым на них тонким прозрачным пластиковым листом (см. Рис. 7). Использовались тонкие листы, поэтому камера была герметичной, но не накапливала тепло.Стыки камеры были заделаны герметиком и слоем ленты. К одному концу коробки прикрепляли деревянную раму с непрерывным уплотнительным кольцом, которое прижималось к краю испытательной панели. Стержни с резьбой, по одному в каждом углу, проходили через панель. Для крепления панели к раме и сжатия прокладки использовались резиновые шайбы и гайки. На другом конце коробки был установлен кусок жесткой изоляционной панели размером 2 дюйма с отверстием для установки откалиброванного вентилятора серии RetroTec 5000. Вентилятор снижает давление внутри коробки, имитируя интерьер здания.Перепад давления контролировали и отслеживали с помощью расходомера RetroTec DM32 и набора трубок Пито. TAS наносили на поверхность панели, обращенную внутрь камеры, и управляли регулируемым источником питания Extech 600 Вт.

3.2.1. Устойчивый теплообмен, время до установившегося состояния

Испытания проводились при расчетном давлении (3 Па) и увеличивающемся приращении давления (5, 7, 9 Па). Устойчивое состояние было определено как точка, когда тепловой поток (q1 ″) достиг ± 5% от заданного теплового потока.Для каждого давления был проведен цикл из трех испытаний с использованием расчетного теплового потока (то есть теплового потока, оптимизированного для 3 Па). Затем был проведен еще один цикл из трех испытаний для каждого давления, на этот раз постепенно увеличивая тепловой поток, как если бы панель была оптимизирована для этого давления. Разница между обоими методами была незначительной, и результаты всех раундов были объединены для расчета стандартной ошибки.

3.2.2. Периодический теплообмен

В этом эксперименте использовалось то же оборудование, что и в стационарном эксперименте.Тест проводился на открытом воздухе в затененном месте. Постоянное давление ( P = 3 Па ) поддерживалось на протяжении всего эксперимента, который длился 5 дней. Также поддерживалась постоянная электрическая мощность TAS, так что средний тепловой поток находился в пределах ± 5% от расчетного теплового потока.

3.3. Аппарат с приводом от плавучести

Отдельная камера, выступающая в качестве прокси-здания, была изготовлена ​​для испытания муфты с вытяжной вентиляцией. Теплообменная панель была установлена ​​горизонтально на уровне пола, чтобы обеспечить равномерное давление на поверхности TAS и хорошее перемешивание внутреннего воздуха (как описано в разделе 2.3, если бы панель была вертикальной, давление на ней изменялось бы с высотой, как и скорость и теплообмен, и возник бы риск обратного потока, если бы внутренний воздух расслаивался; эти эффекты будут изучены в будущих исследованиях). Аппарат имел высоту 8 футов (2,44 м), высоту помещения, для создания приемлемого давления в дымовой трубе. Камера была тонкой с конусом, похожим на дымоход, чтобы избежать обменных потоков наверху. Камера была покрыта войлоком и жесткой изоляцией (см. Рис. 8). Испытательная панель была установлена ​​на дне камеры так, чтобы ТАС была обращена внутрь.Слой ленты был наложен на стык между камерой и панелью для создания герметичного уплотнения. Верхнее отверстие камеры было 2 на 2 дюйма (5 × 5 см). Вся сборка была установлена ​​на ножках, которые удерживали дно камеры 2 ′ (60 см) от земли. Термопары были расположены в тех же местах над каналами, что и эксперимент с вентилятором, и с равными интервалами внутри дымохода. Датчики перепада давления Sensirion SDP800 были прикреплены к трубке Пито для измерения скорости воздуха на выходе.Испытания проводились путем постепенного увеличения мощности нагрева ТАС. Перед проведением измерений панели позволили достичь установившегося состояния (определяемого в этом исследовании, когда тепловой поток достигает ± 5% от расчетного теплового потока).

Рисунок 8 . Экспериментальная установка для вентиляции, управляемой плавучестью. Этот прибор использовался в третьем эксперименте (см. Раздел 3.3), измеряя внутреннюю температуру и скорость потока в прокси-здании, когда вентиляция через испытательную панель приводится в действие тепловой плавучестью, а не вентилятором.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Устойчивый теплообмен

На рис. 9 показаны общие нормализованные результаты теплопередачи для обеих панелей. Черные пунктирные линии представляют собой уравнение (4), а заштрихованные маркеры показывают измерения при расчетном давлении, а именно 3 Па. Слева направо незатененные маркеры показывают измерения при нерасчетном давлении, а именно 5, 7 и 9. Па. Таблицы 3, 4 суммируют результаты в терминах U ₁ , NTU и ε.

Рисунок 9 .Измерения устойчивого теплообмена для акрила (слева) и сосны (справа). Данные нанесены на график относительно прогнозируемого теплообмена по уравнению (4) при расчетном (заполнено) и нерасчетном давлении (открыто). Вторичные пунктирные линии показывают новые корреляции (уравнения 35, 36) для теплообмена для всего диапазона давлений.

Таблица 3 . Замеры для устойчивого теплообмена, сосновая панель.

Таблица 4 . Замеры для устойчивого теплообмена, акриловая панель.

Обратите внимание, что «расчетное давление» — это давление, для которого оптимизирована данная панель. Уравнение (1) показывает, как оптимизировать геометрию панели при расчетном давлении. Уравнение (4) предсказывает общую (нормализованную) теплопередачу оптимизированной панели при расчетном давлении. Его можно использовать для прогнозирования производительности при гибком изменении технических характеристик (например, теплопроводности, толщины панели) после указания расчетного давления, как показано в прилагаемом приложении (Craig and Fortin, 2020).

Таблица 3 показывает, что нормализованная теплопередача при расчетном давлении составила NTU = 1,47 ± 0,05 для деревянной испытательной панели по сравнению с прогнозируемым значением NTU = 1,53 ± 0,03. Для «контрольной» тестовой панели согласие было еще более тесным (см. Таблицу 4). Точное соответствие между прогнозами и измерениями при расчетном давлении расширяет результаты недавней экспериментальной проверки (Craig and Grinham, 2017) и подчеркивает надежный характер исходных корреляций.Эти корреляции были разработаны для экстремальных тепловых условий (Kim et al., 2007), поэтому примечательно, что они так точно переносятся на строительные материалы в условиях окружающей среды. Анизотропия текстуры древесины не оказала существенного влияния на результаты при расчетном давлении, вызывая лишь небольшое снижение общей теплопередачи. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, существует ли способ использования текстуры древесины для повышения эффективности теплообмена.

Уравнение (4) предсказывает только теплопередачу при расчетном давлении.Поэтому неудивительно, что измерения при 5, 7 и 9 Па отклоняются от уравнения (4). Производительность для всего диапазона давлений коррелировала для акриловой панели следующим образом:

NTU акрил = 1,12 NTU 0,44 (35)

, а для сосновой панели:

NTUpine = 1,37 NTU 0,15 (36)

Где NTU — полная теплопередача при расчетном давлении, определяемом уравнением (4). Коррелирующие коэффициенты и показатели в уравнениях (35) и (36) были найдены автоматически с помощью функции LinearModelFit в системе Mathematica.Коэффициент детерминации (R ² ) был> 0,999 для обеих моделей линейной подгонки. В следующих экспериментах уравнение (36) используется для прогнозирования устойчивой теплопередачи испытательной панели при нерасчетных давлениях (давлениях, для которых панель не была оптимизирована).

Уравнения (35) и (36) имеют разные наклоны (показатели степени). Поэтому кажется, что анизотропия действительно играет роль в ограничении общей теплопередачи при нерасчетных давлениях. Пологий наклон для NTU, как видно из уравнения (36), подразумевает значение U с двумя состояниями.То есть значение U , которое не сильно зависит от давления, но которое переключает между расчетными значениями U ₀ и U ₃ .

Общая теплопередача ( U ₁ , q1 ″, NTU) ведет себя так, как ожидалось. Однако таблицы 3, 4 показывают несоответствие между предсказаниями и измерениями ε. Какое объяснение? Он помогает рассмотреть методы измерения эффективности теплообмена, которых существует четыре. Первый метод — измерить его косвенно, измерив NTU:

.

Этот метод делает предположение о том, как ведет себя эффективность теплообмена, на основе стандартной теории теплообменников.Второй метод измеряет отношение исходящей проводимости к общей теплопередаче:

ε = 1-U3U1 = 1-q3 ″ q1 ″ (38)

Это прямое измерение, которое использовалось в настоящем исследовании. Чтобы подтвердить это измерение, необходимо отслеживать теплообмен с вентиляционным потоком, который можно измерить напрямую двумя способами. Либо:

ε = U2U1 = q2 ″ q1 ″ (39)

или:

ε = Ти-ТэЦ-Те (40)

Оба метода требуют точного измерения T _i , поскольку q2 ″ = u ρc (Ti-Te).Однако было невозможно измерить T _i с помощью существующего прибора. Малый диаметр каналов означал, что термопара либо блокировала канал, либо находилась под воздействием TAS (см. Раздел 3.1.2). Следовательно, хотя этот эксперимент подтверждает общую теплопередачу, необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, какая часть тепла передается входящей вентиляции. Вопреки здравому смыслу, тепло, исходящее от внешней поверхности, не может полностью передаваться окружающей среде.Оптическое отображение Шлирена показало, что во время всасывания конвекция на внешней поверхности усиливается, а граничная пленка втягивается в каналы (Craig and Grinham, 2017). Следовательно, более высокие, чем ожидалось, значения для q3 ″ и U ₃ могут быть признаком рекуперации тепла в действии, а не увеличения потерь. В дальнейших исследованиях для измерения T _i можно использовать такой метод, как Фоново-ориентированный Шлирен, поэтому измерения эффективности теплообмена можно триангулировать, а влияние рекуперации тепла внешней пленки может быть определенный.

4.2. Переходный теплообмен

4.2.1. Время до устойчивого состояния

На рисунке 10 показано, как теплообмен развивается при ступенчатом изменении нагрева поверхности. Данные взяты из сосновой панели, усредненные по трем испытаниям при расчетном давлении (3 Па). Электрическая мощность нагрева поверхности была постоянной на протяжении всего эксперимента. Левый график показывает общую теплопередачу ( NTU ( t )), правый график показывает эффективность теплообмена (ε). Оба графика отслеживают изменение числа Фурье, определяемого уравнением (15), относительного показателя того, как проводимость развивается внутри объекта с течением времени.Характерная длина панели составляла L _c = 0,021, рассчитанная с использованием уравнения (16). Эксперименты длились чуть более 240 мин. Следовательно, Fo = 1 означает ~ 1 час. Это также знаменует важный порог: время, когда тепло предположительно проникает на всю глубину объекта.

Рисунок 10 . Испытательная панель из сосны, время достижения устойчивого теплообмена в зависимости от числа Фурье. Fo = 1 составляет ~ 1 час. Измерения общего теплообмена (NTU) и эффективности теплообмена (ε) сравниваются с эталонными прогнозами для плоской стенки (уравнения 17–19).

На поверхности испытательной панели тепловой поток q1 ″ достигал ± 5% от прогнозируемой скорости через ~ 110 мин, когда Fo ~ 1,8. (После этого данные использовались для измерения устойчивого теплообмена, см. Раздел 4.1). Fo ~ 1.8 знаменует собой еще один важный момент, когда данные выходят за рамки тестов, обозначенных черными пунктирными линиями. Эти эталоны представляют собой передачу тепла через плоскую стенку той же характерной длины во время ступенчатого изменения нагрева, с постоянной температурой или постоянным тепловым потоком, приложенным к обеим поверхностям (см. Уравнения 17–19).Как и предполагалось, до достижения установившегося состояния теплопередача развивается аналогично плоской стенке той же характерной длины с небольшими различиями из-за эффектов формы. Данные для NTU ( т ) хорошо коррелируют с уравнением (17), когда:

и:

, когда уравнение (36) заменяет уравнение (4). Напомним, что a ₁ управляет положением кривой, описанной уравнением (17), а a ₂ контролирует кривизну.Необходимы дальнейшие исследования, чтобы установить, в какой степени эти коэффициенты формы для переходной проводимости изменяются в зависимости от размеров панели, если вообще изменяются. Физические эксперименты или анализ методом конечных элементов — подходящие способы решения этого вопроса.

Правый график показывает, как эффективность теплообмена изменяется со временем согласно двум методам ее измерения. Как уже говорилось, остается вопрос относительно фактической эффективности теплообмена и дополнительных измерений, необходимых для ее подтверждения.Кривая отклонения на правом графике фиг. 10 может отражать улучшенную теплопередачу на внешней поверхности из-за всасывания. Кроме того, рекуперация тепла на внешней поверхности из-за засасывания пограничной пленки в каналы может компенсировать отклонение между двумя кривыми. Короче говоря, хотя U ₃ и q3 ″ больше, чем ожидалось, значительная часть этого тепла, вероятно, рекуперируется, а не теряется во внешнюю среду.

4.2.2. Периодический теплообмен

Панель из сосны была испытана в тени на открытом воздухе с использованием того же устройства с вентилятором, что и в предыдущих экспериментах.Постоянное давление (3 Па) и постоянная электрическая мощность для нагрева применялись в течение 3 дней. Цель эксперимента состояла в том, чтобы увидеть, будет ли общая (нормализованная) теплопередача периодически изменяться около установившегося значения, как предсказывается уравнением (20). На рисунке 11 показаны результаты. График (a) показывает изменение температур ( T _e , T _s , T _s — T _e ) во времени, пока график (б) показано изменение коэффициентов теплопередачи ( U ₁ , U ₃ ).Обратите внимание, что базовое значение U составляет U ₀ = k / L = 2,95 (см. Таблицу 2).

Рисунок 11 . Периодический теплообмен в уличных условиях для испытательной панели из сосны. (A) Температуры. (B) Коэффициенты теплопередачи. (C) Общая (нормализованная) теплопередача. (D) Эффективность теплообмена.

Графики (a) и (b) включены для справки, но графики (c) и (d) представляют собой результаты, представляющие общий интерес, поскольку образцы для NTU (t) и ε должны быть воспроизведены в разных климатических условиях с разными дизайнами панелей. .Общая (нормализованная) теплопередача действительно вела себя так, как предсказано уравнением (20), несмотря на воздействие легкого бриза и нормальных изменений внешней температуры (то есть изменений, которые не были идеально синусоидальными). Уравнение (20) включает коэффициент a ₁ , который учитывает эффекты формы и калибрует величину теплопередачи. Здесь использовалось значение a ₁ , определенное в предыдущем эксперименте, уравнение (41). Тот факт, что a ₁ одинаковы в обоих экспериментах, предполагает, что это допустимый коэффициент формы для переходной проводимости (Bart and Hanjalić, 2003).Если это правда, это не изменится значительно, если размеры панели будут отличаться (хотя и оптимизированы).

Предыдущие два эксперимента выявили несоответствие между двумя методами измерения ε (см. Таблицу 3 и Рисунок 10B). Это несоответствие усиливается на Рисунке 11D. Сигнал данных от метода измерения 2 (уравнение 38) ниже и более изменчив, чем метод измерения 1 (уравнение 37). На рисунке 11 метод измерения 2, показанный на графике (d), накладывает сигналы для U ₁ и U ₃ , показанных на графике (b).Напомним, что более высокие, чем ожидалось, значения для U ₃ не обязательно приводят к большим потерям. Как обсуждалось, необходимы дальнейшие исследования для измерения теплопередачи к вентиляционному потоку (уравнения 39 и 40), чтобы можно было полностью определить граничные эффекты на внешней поверхности и их влияние на ε.

4.3. Теплообмен с вытяжной вентиляцией

Отдельная камера, выступающая в качестве прокси-здания, была изготовлена ​​для испытания сцепки с выталкивающей вентиляцией в установившемся режиме.На рисунке 12 представлены результаты. График (a) показывает относительную температуру внутри помещения ( T _ii — T _e ) как функцию общего нагрева от TAS ( q ₀ ). График (b) показывает скорость выталкивающей вентиляции (Q), а также как функцию общего нагрева от TAS. На графиках показаны две прогнозируемые кривые, представляющие ламинарный (синий) или полностью турбулентный (красный) поток. Эти прогнозы были сделаны путем численного решения системы уравнений из раздела 2.3, где уравнения (32) и (33) оценивают коэффициент расхода дымохода в соответствии с любым режимом потока.

Рисунок 12 . Испытательная панель из сосны, теплообменник сцепления с вытяжной вентиляцией. (A) Температура внутри помещения (относительно наружного воздуха) и (B) расход вентиляции в зависимости от увеличения тепловложения.

По мере увеличения обогрева ( q ₀ ), также увеличивается скорость выталкивающей вентиляции (Q) и средняя температура внутри ( T _ii ).Большинство точек попадают в заштрихованную область, подтверждая теорию, описанную в разделе 2.3. Эти результаты являются дополнительным подтверждением того, что ожидаемые скорости теплообмена имеют место.

Обратите внимание, что погрешность измерения температуры больше, чем для вентиляции. Скорость вентиляции измерялась в самом узком месте дымохода, чуть ниже его вершины, где поток сходился перед выходом. Измерения температуры проводились в нескольких точках вверх по дымоходу и усреднялись.Изменение температуры с высотой было незначительным, но датчики действительно испытывали турбулентность.

Этот эксперимент демонстрирует, что можно втягивать вентиляцию через панели, используя тепловую плавучесть вместо вентилятора, при сохранении ожидаемых скоростей теплообмена и давления. Следует подчеркнуть, что это идеализированные обстоятельства. Возможна горизонтальная установка, но в будущем более вероятны вертикальные или наклонные оболочки. Если бы панель была вертикальной, давление на ней изменялось бы с высотой, равно как и скорость и теплообмен.Внутренний воздух может расслаиваться ниже верхней части панели (в зависимости от высоты дымохода относительно верхней части панели). В этом случае был бы отток через верхние каналы. Все эти эффекты были специально разработаны вне эксперимента, чтобы подтвердить основные элементы тепловой связи. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, что происходит, когда панели расположены вертикально (или наклонно), а не горизонтально. Также необходимы дальнейшие исследования, чтобы увидеть, есть ли способы естественной рекуперации тепла из вентиляции.В правой части рисунка 3 показана одна возможная конфигурация.

5. Заключение

Общая тема заключается в том, как радикально упростить проектирование деревянных зданий, чтобы снизить объемные и эксплуатационные выбросы углерода и облегчить хранение углерода в глобальном масштабе. Наше исследование было сосредоточено на том, как оптимизировать каналы в массивных деревянных панелях, чтобы они обменивались теплом с входящим воздухом. Анализ и эксперименты показывают, что можно достичь низких тепловых потерь (0,1 0,6), что, в свою очередь, требует относительно высокой скорости вентиляции (5

Мы предоставили приложение, чтобы коллеги-исследователи могли оценить влияние различных параметров на оптимальную геометрию и теоретические характеристики деревянных панелей при устойчивом теплообмене. Можно быстро увидеть, как теплопроводность, расчетное давление, внутренний тепловой поток и целевое значение U влияют на эффективность теплообмена и скорость вентиляции, а также на толщину панели, размер и расстояние между каналами. .

Мы провели эксперимент, чтобы проверить общую теплопередачу при установившемся теплообмене, измерить эффективность теплообмена и изолировать влияние анизотропии из-за структуры волокон в древесине. Нормализованная теплопередача при расчетном давлении составила NTU = 1,47 ± 0,05 по сравнению с прогнозируемым значением NTU = 1,53 ± 0,03. Следовательно, анизотропия древесины не оказала существенного влияния на общую теплопередачу при расчетном давлении. Расчетный теплообмен при расчетном давлении составил ε = 0.78 ± 0,01 по сравнению с косвенным измерением ε = 0,62 ± 0,02. В будущих экспериментах потребуется изолировать эффекты внешнего пограничного слоя, чтобы правильно измерить эффективность теплообмена.

Затем мы использовали те же экспериментальные данные, чтобы охарактеризовать переходную реакцию испытательной панели на скачкообразное изменение температуры. Мы обнаружили, что общая теплопередача происходит через плоскую стенку эквивалентной характеристической толщины, переходя в стационарное состояние, когда Fo ≈ 2.Затем мы протестировали устройство на открытом воздухе, чтобы охарактеризовать теплопередачу в ответ на естественные колебания внешней температуры, применяя постоянный нагрев поверхности и давление. Общая теплопередача периодически изменялась около среднего значения — расчетного значения в установившемся режиме. Простая модель, описывающая периодические колебания, которая включала эмпирический коэффициент формы, полученный в эксперименте со ступенчатым изменением, учитывала теплопередачу с точностью до R ² = 0,9953 ± 0,0023.

Наконец, мы показали, что возможно соединить дышащие стены с вытяжной вентиляцией.Образец для испытаний устанавливали горизонтально на дне дымохода. Аппарат был сконструирован таким образом, чтобы внутренний воздух оставался хорошо перемешанным. Хотя это представляло идеализированные условия, это позволило нам подтвердить ключевые отношения тепловой связи, как выражено системой уравнений в разделе 2.3. Измерения внутренней температуры и скорости вентиляции находились в пределах прогнозируемых пределов в зависимости от ламинарного или турбулентного потока. Согласно этим результатам, скорость теплообмена через панель произошла, как и ожидалось.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные во время и / или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны в репозитории Scholars Portal Dataverse, https://doi.org/10.5683/SP2/DCEJJR.

Авторские взносы

SC: концептуализация, методология, программное обеспечение, формальный анализ, ресурсы, курирование данных, написание — первоначальный черновик и написание — просмотр и редактирование. AH, KF, PR и JE: программное обеспечение, формальный анализ, расследование, курирование данных, написание — исходный черновик, написание — просмотр и редактирование, визуализация и администрирование проекта.AF: надзор, ресурсы, администрирование проекта, получение финансирования и написание — проверка и редактирование. ДК и КМ: надзор и написание — просмотр и редактирование. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Финансирование. Это исследование было поддержано подарочным фондом Rural Studio (http://ruralstudio.org/give/) и инициативой McGill Sustainability Systems Initiative (MSSI).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить весь персонал и преподавателей сельской студии Обернского университета, особенно Стивена Лонга, за предоставленные ресурсы и среду, которые сделали это исследование возможным. Также спасибо доктору Дэниелу Харрису и доктору Чандону Рою, которые помогли с тестированием тепловых свойств. Наконец, спасибо Инициативе устойчивого лесного хозяйства за интерес и поддержку.

Список литературы

Acred, A. (2014). Естественная вентиляция в многоэтажных зданиях: предварительный проект. (докторская диссертация), Имперский колледж Лондона.

Google Scholar

Алонги А., Анджелотти А. и Маццарелла Л. (2017a). Аналитическое моделирование «дышащих стен»: экспериментальная проверка на лабораторном стенде с двойным вентилируемым тепловым боксом. Энергетика . 140, 36–47. DOI: 10.1016 / j.egypro.2017.11.121

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алонги А., Анджелотти А. и Маццарелла Л. (2017b). Экспериментальное исследование стационарного поведения дыхательных стенок с помощью нового лабораторного оборудования. Сборка. Окружающая среда . 123, 415–426. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2017.07.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алонги А., Анджелотти А. и Маццарелла Л. (2020). Экспериментальная проверка устойчивой периодической аналитической модели для дыхательных стен. Сборка. Окружающая среда . 168: 106509. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2019.106509

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алонги А. и Маццарелла Л. (2015a). Характеристика волокнистых изоляционных материалов при их применении в технологии динамической изоляции. Энергетика . 78, 537–542. DOI: 10.1016 / j.egypro.2015.11.732

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Алонги А. и Маццарелла Л. (2015b). Термобокс с двойной вентиляцией: лабораторный прибор для тестирования технологий воздухопроницаемых ограждающих конструкций. Энергетика . 78, 1543–1548. DOI: 10.1016 / j.egypro.2015.11.198

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ascione, F., Bianco, N., Stasio, C.D., Mauro, G.M., и Vanoli, G.П. (2015). Динамическая изоляция оболочки здания: численное моделирование в переходных условиях и связь с ночным естественным охлаждением. Заявл. Therm. Eng . 84, 1–14. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2015.03.039

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барт, Г. К. Дж., И Ханьялич, К. (2003). Оценка коэффициента формы для переходной проводимости. Внутр. Дж. Рефриг . 26, 360–367. DOI: 10.1016 / S0140-7007 (02) 00079-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бартуссек, Х.(1981). Porenluftung, eine zugfreie Stalluftung. DLZ 32, 48–58.

Google Scholar

Бежан А., Динсер И., Лоренте С., Мигель А. и Рейс Х. (2004). Пористые и сложные структуры течения в современных технологиях . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer-Verlag.

Google Scholar

Цао, З., Майерс, Р. Дж., Луптон, Р. К., Дуан, Х., Сакки, Р., Чжоу, Н. и др. (2020). Эффект губки и возможности сокращения выбросов углерода в глобальном цементном цикле. Nat. Коммуна . 11: 3777. DOI: 10.1038 / s41467-020-17583-w

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Carrer, P., Wargocki, P., Fanetti, A., Bischof, W., Fernandes, E. D. O., Hartmann, T., et al. (2015). Что в научной литературе говорится о взаимосвязи вентиляции и здоровья в общественных и жилых зданиях? Сборка. Окружающая среда . 94, 273–286. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2015.08.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чуркина, Г., Органски А., Рейер К. П. О., Рафф А., Винке К., Лю З. и др. (2020). Здания как глобальный поглотитель углерода. Nat. Выдержать . 3, 269–276. DOI: 10.1038 / s41893-019-0462-4

CrossRef Полный текст

Крейг, С., и Гринхэм, Дж. (2017). Дышащие стены: конструкция из пористых материалов для теплообмена и децентрализованной вентиляции. Энергетическая сборка . 149, 246–259. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2017.05.036

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даббаг, М., и Крарти, М. (2020). Оценка эффективности системы динамической изоляции, подходящей для изменяемой оболочки здания. Энергетическая сборка . 222: 110025. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2020.110025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Далехауг А., Фукусима А. и Йошинори Х. (1993). Динамическая изоляция в стене: изоляция, вентиляция, энергосбережение . Собрание отчетов Архитектурного института Японии, № 66, 261–264.

Google Scholar

Дехва, А.Х.А., и Крарти, М. (2020). Влияние переключаемой изоляции крыши на энергоэффективность жилых домов в США. Сборка. Окружающая среда . 177: 106882. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2020.106882

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эстрин Ю., Бреше Ю., Данлоп Дж. И Фратцл П. (ред.). (2019). Архитектурные материалы в природе и технике: Архиматы . Чам: Издательство Springer International.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Этеридж, Д.У. и Чжан Дж. Дж. (1998). Динамическая изоляция и естественная вентиляция: технико-экономическое обоснование. Сборка. Серв. Англ. Res. Технол . 19, 203–212. DOI: 10.1177 / 014362449801

3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гость, Г., Керубини, Ф. и Стрёмман, А. Х. (2013). Потенциал глобального потепления выбросов углекислого газа из биомассы, хранящейся в антропосфере и используемой для биоэнергетики в конце жизни. J. Ind. Ecol . 17, 20–30. DOI: 10.1111 / j.1530-9290.2012.00507.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Habert, G., Miller, S. A., John, V. M., Provis, J. L., Favier, A., Horvath, A., et al. (2020). Воздействие на окружающую среду и стратегии обезуглероживания в цементной и бетонной промышленности. Nat. Rev. Earth Environ . 1, 559–573. DOI: 10.1038 / s43017-020-0093-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хепберн, К., Адлен, Э., Беддингтон, Дж., Картер, Э. А., Фасс, С., Доуэлл, Н. М. и др.(2019). Технологические и экономические перспективы утилизации и удаления CO ₂ . Природа 575, 87–97. DOI: 10.1038 / s41586-019-1681-6

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ходжа Э., Пассер А., Сааде М. Р. М., Триго Д., Шаттлворт А., Питтау Ф. и др. (2020). Биогенный углерод в зданиях: критический обзор методов LCA. Сборка. Города 1, 504–524. DOI: 10.5334 / bc.46

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хурмекоски, Э., Myllyviita, T., Seppälä, J., Heinonen, T., Kilpeläinen, A., Pukkala, T., et al. (2020). Влияние структурных изменений в деревообрабатывающей промышленности на чистые выбросы углерода в Финляндии. J. Ind. Ecol . 24, 899–912. DOI: 10.1111 / jiec.12981

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Incropera, F., DeWitt, D., Bergman, T. L., and Lavine, A. S. (2007). Основы тепломассообмена . Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья.

Google Scholar

Джонс, Б.М., Кук, М. Дж., Фицджеральд, С. Д., и Иддон, К. Р. (2016). Обзор терминологии в области вентиляционных отверстий. Энергетическая сборка . 118, 249–258. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2016.02.053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Киамили К., Холлберг А. и Хаберт Г. (2020). Детальная оценка воплощенного углерода систем HVAC для нового офисного здания на основе BIM. Устойчивое развитие 12: 3372. DOI: 10.3390 / su12083372

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, С., Лоренте, С., Бежан, А. (2007). Васкуляризированные материалы с нагревом с одной стороны и нагнетанием охлаждающей жидкости с другой стороны. Внутр. J. Тепломассообмен 50, 3498–3506. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2007.01.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким С., Лоренте С. и Бежан А. (2008). Васкуляризация дендритов для противодействия интенсивному нагреву сбоку. Внутр. J. Тепломассообмен 51, 5877–5886. DOI: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2008.04.063

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким С., Лоренте С. и Бежан А. (2009). Преходящее поведение васкуляризированных стенок при внезапном нагревании. Внутр. J. Therm. Sci . 48, 2046–2052. DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2009.03.019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Левассер А., Лесаж П., Маргни М. и Самсон Р. (2013). Биогенный углерод и временное хранение решаются с помощью динамической оценки жизненного цикла. Дж.Инд. Ecol . 17, 117–128. DOI: 10.1111 / j.1530-9290.2012.00503.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Меггерс, Ф., Риттер, В., Гоффин, П., Бетчманн, М., и Лейбундгут, Х. (2012). Внедрение низкоэксергетических строительных систем. Энергия 41, 48–55. DOI: 10.1016 / j.energy.2011.07.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Менихарт, К., и Крарти, М. (2017). Возможная экономия энергии за счет использования динамических изоляционных материалов для жилых домов в США. Сборка. Окружающая среда . 114, 203–218. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2016.12.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мо, К. (2010). Термически активные поверхности в архитектуре . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Princeton Architectural Press.

Google Scholar

Монкман, С., и Макдональд, М. (2017). Об использовании углекислого газа как средстве повышения устойчивости товарного бетона. J. Clean. Прод . 167, 365–375. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2017.08.194

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, Б., Срубар, В. В., и Крарти, М. (2015). Анализ энергоэффективности ограждающих конструкций с переменным тепловым сопротивлением в жилых домах. Энергетическая сборка . 103, 317–325. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2015.06.061

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пак, К.-С., Ким, С.-В., и Юн, С.-Х. (2016). Применение дышащих архитектурных элементов для естественной вентиляции пассивного солнечного дома. Энергия 9: 214. DOI: 10.3390 / en

14

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пингоуд, К., Экхольм, Т., Сиеванен, Р., Хуусконен, С., и Хайнинен, Дж. (2018). Компромисс между запасами углерода в лесах и урожайностью в устойчивом состоянии — многокритериальный анализ. J. Environ. Manag . 210, 96–103. DOI: 10.1016 / j.jenvman.2017.12.076

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pittau, F., Krause, F., Lumia, G., and Habert, G.(2018). Быстрорастущие материалы на биологической основе как возможность для хранения углерода в наружных стенах. Сборка. Окружающая среда . 129, 117–129. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2017.12.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Помпони, Ф., Харт, Дж., Арехарт, Дж. Х. и Д’Амико, Б. (2020). Здания как глобальный поглотитель углерода? Проверка на реальность пределов осуществимости. One Earth 3, 157–161. DOI: 10.1016 / j.oneear.2020.07.018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ри, ​​К.-N., И Ким, К. В. (2015). 50-летний обзор фундаментальных и прикладных исследований в области систем лучистого отопления и охлаждения для искусственной среды. Сборка. Окружающая среда . 91, 166–190. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2015.03.040

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ри, ​​К.-Н., Олесен, Б. В., и Ким, К. В. (2017). Десять вопросов о системах лучистого отопления и охлаждения. Сборка. Окружающая среда . 112, 367–381. DOI: 10.1016 / j.buildenv.2016.11.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рек, М., Сааде, М. Р. М., Балукци, М., Расмуссен, Ф. Н., Биргисдоттир, Х., Фришкнехт, Р. и др. (2020). Воплощенные выбросы парниковых газов от зданий — скрытая проблема для эффективного смягчения последствий изменения климата. Заявл. Энергия 258: 114107. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2019.114107

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рупп, С., и Крарти, М. (2019). Анализ многоступенчатых стратегий управления системами динамической изоляции. Энергетическая сборка . 204: 109459. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2019.109459

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сеппяля, Дж., Хейнонен, Т., Пуккала, Т., Килпеляйнен, А., Маттила, Т., Мюллювиита, Т., и др. (2019). Влияние увеличения объемов заготовки и использования древесины на требуемые коэффициенты вытеснения парниковых газов древесными продуктами и топливом. J. Environ. Manag . 247, 580–587. DOI: 10.1016 / j.jenvman.2019.06.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шекар В. и Крарти М.(2017). Стратегии контроля динамических изоляционных материалов, применяемых в коммерческих зданиях. Энергетическая сборка . 154, 305–320. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2017.08.084

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, К. Э., Смайли, Б. П., Маньян, М., Бердси, Р., Дуган, А. Дж., Ольгин, М. и др. (2018). Смягчение последствий изменения климата в лесном секторе Канады: пространственно конкретное тематическое исследование для двух регионов. Управление балансом углерода . 13:11. DOI: 10.1186 / s13021-018-0099-z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тейлор, Б.Дж., Коуторн, Д. А., и Имбаби, М. С. (1996). Аналитическое исследование стационарного поведения динамических и диффузионных ограждающих конструкций зданий. Сборка. Окружающая среда . 31, 519–525. DOI: 10.1016 / 0360-1323 (96) 00022-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тейлор, Б. Дж., И Имбаби, М. С. (1997). Влияние термического сопротивления воздушной пленки на поведение динамической изоляции. Сборка. Окружающая среда . 32, 397–404. DOI: 10.1016 / S0360-1323 (97) 00012-7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тейлор, Б.Дж. И Имбаби М. С. (1999). Динамическая изоляция в многоэтажных домах. Сборка. Серв. Англ. Res. Технол . 20, 179–184. DOI: 10.1177 / 014362449

0403

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тейлор, Б. Дж., И Имбаби, М. С. (2000). «Экологический дизайн с использованием динамической изоляции», ASHRAE Transactions . 106, 15–28.

Google Scholar

Тейлор Б. Дж., Вебстер Р. и Имбаби М. С. (1998). Оболочка здания как воздушный фильтр. Сборка. Окружающая среда . 34, 353–361. DOI: 10.1016 / S0360-1323 (98) 00017-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Дж., Ду, К., Чжан, К., Сюй, X., и Ганг, В. (2018). Механизм и предварительный анализ эффективности изоляции вытяжного воздуха ограждающей стены здания. Энергетическая сборка . 173, 516–529. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2018.05.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вудс, А. В., Фицджеральд, С., и Ливермор, С. (2009).Сравнение требований к предварительному подогреву в зимнее время для естественной вытеснительной и естественной смешанной вентиляции. Энергетическая сборка . 41, 1306–1312. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2009.07.030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, Х., Лью, А., Меле, Т. В., и Блок, П. (2020). Анализ и оптимизация сводчатого перекрытия с ребрами жесткости для обеспечения динамических характеристик. Eng. Struct . 213: 110577. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2020.110577

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, К., Ганг, В., Сюй, X., Ли, Л., и Ван, Дж. (2019a). Моделирование, экспериментальные испытания и проектирование активной воздухопроницаемой стены с использованием низкокачественного отработанного воздуха. Заявл. Энергия 240, 730–743. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2019.02.087

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан К., Ван Дж., Ли Л. и Ганг В. (2019b). Динамические тепловые характеристики и параметрический анализ ограждающих конструкций здания с рекуперацией тепла на основе воздухопроницаемых пористых материалов. Энергия 189: 116361.DOI: 10.1016 / j.energy.2019.116361

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Номенклатура

Профиль компании: Инспекция лесоматериалов

Штаб-квартира

TP в Пичтри-Сити, GAP, более 50 лет обслуживающая лесопромышленную отрасль, компания Timber Products Inspection (TP) предлагает разнообразный набор качественных услуг, направленных на обеспечение успеха вашего бизнеса.

TP начала свою деятельность в 1969 году как компания, в которой работали два человека, и с тех пор превратилась в крупнейшее аккредитованное агентство ALSC по программам аудита пиломатериалов, обработки древесины, WPM и древесных гранул.В настоящее время TP обслуживает клиентов в 16 странах и обрабатывает более 20 различных изделий из дерева. С профессиональными представителями, готовыми обслужить вас, услуги TP по контролю качества вселяют уверенность в успех вашего бизнеса.

Кроме того, TP предлагает лабораторные испытания для анализа топлива из твердой биомассы, защиты окружающей среды и защиты древесины, а также физических свойств пиломатериалов. TP также предлагает квалифицированный опыт архитекторам, инженерам, должностным лицам строительных норм, подрядчикам, частным лицам, юристам и коммунальным службам.

TP предлагает инновационные и технологические решения, которые продвигают ваш бизнес вперед: от профессиональных полевых проверок до углубленных лабораторных испытаний.

В компетенцию

ТП входят:

Услуги по сортировке и инспекции

• Кросс-клееный брус
• Конструкционные изделия из дерева
• Конструкционные изделия из дерева
• Экспортная деревянная упаковка
• Сертификат лесного хозяйства
• Клееный брус / на пальцах
• Сертификат KD из твердой древесины
• Бревенчатый дом Услуги
• Услуги лесопилки
• Гарантия качества поддонов
• Панели и фанера
• Пиломатериалы хвойных пород
• Специализированные программы аудита
• Пиломатериалы временные
• Обработанная древесина
• Ферма
• Столбы и траверсы для вспомогательного оборудования
• Аудит древесных гранул

Инженерные услуги

• Проекты жилых и коммерческих зданий

Услуги лабораторных исследований

• Аналитические и экологические испытания
• Тестирование твердой биомассы
• Физические испытания пиломатериалов

Услуги по обучению

• Сухая печь
• Грейдер
• Настройка и устранение неисправностей строгального станка
• Управление качеством

Компания TP со штаб-квартирой в Пичтри-Сити, штат Джорджия, также имеет офисы в Коньерсе, штат Миннесота, Фармингтон, штат Миссури, Труссвилл, штат Флорида, Ванкувер, штат Вашингтон, и Лэнгли, Британская Колумбия, Канада.