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熱橋

熱橋，舊稱為冷橋。熱橋用於描述一個區域或一種材料，它的導熱性能高於周邊區域，從而為熱傳遞提供了一個熱阻最小的通道。[1][2]因此，高溫一側的熱量幾乎全部由這個區域傳向低溫一側。熱橋的存在降低了整個界面的平均熱阻。根據熱橋成因的不同，可將其分為幾何熱橋（構件相對其他區域較薄）和材料熱橋（使用了導熱能力較好的材料），但在實踐中這兩種熱橋通常同時發揮作用。

這張熱成像照片顯示了一棟高層建築表皮的熱橋現象（Auqa，芝加哥）

熱橋的名字是一種形象的描述，周圍熱阻較高的區域就像一條河流，人群很難輕易跨越；而熱橋就像河上的一座橋一般，為人們跨越河流提供了便利。假如高溫熱庫和低溫熱庫的界面上存在一個熱橋，那麼大多數熱量都傾向於從熱橋處散失。

熱橋的概念通常用來描述建築表皮的構造。當建築表面存在熱橋時，熱量就更容易流入或流出建築內部，從而使得建築內部的溫度更易受到室外溫度的影響，因此也會加大空調系統的負荷。同時，熱橋也可能導致建築的某些表面溫度過低，造成結露等風險[3]，從而引起滲水、保溫材料濡濕等後果。總之，建築中的熱橋現象對人在建築環境中的熱舒適通常存在明顯的負面影響。

熱橋現象可以通過一些設計策略或施工工藝等方法緩解或消除，這種方法被稱為斷（熱）橋設計或斷（熱）橋構造。

概念

熱傳遞的方式有三種：熱傳導、熱對流、熱輻射[4]，而熱橋是一種熱傳導的現象。熱傳導的效率取決於兩個因素：介質本身的導熱能力，以及介質兩側的溫度差。當某個界面兩側存在溫差時，熱量會沿着熱阻最小（導熱能力最好）的路徑傳輸，這條路徑便是熱橋。[5]在建築中，熱橋是指外圍護結構中熱阻顯著小於其他區域的構造區域。

 
交接處的熱橋。即使周圍都有保溫層，熱量依然會從牆板交接處的熱橋處流失。

確定熱橋位置

根據國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）的規定，熱橋現象應通過紅外熱成像的方式確定。在熱成像圖像中，成像顏色顯著不同的區域，通常是存在熱橋的位置。然而這種方法也存在一些誤差，如當建築表面存在遮陽現象時，陰影下的熱成像溫度就會低於其他區域，造成誤判。因此，想要準確定位熱橋，可能還需要一些其他分析手段，如「迭代濾波算法」（英語：Iterative Filtering）（Iterative Filtering，IF）等。

在熱橋定位的工作中，操作者的經驗和主觀感受會顯著影響定位的結果。因此，激光掃描等定量分析方式也被引入工作流中，[6]提供更精確、更客觀的結果；而無人機熱成像分析等大規模數據採集的方法也開始得到使用。[7]

建築中的熱橋

建築內部的熱量或冷量（可看作一種負的熱量）會持續從室內環境通過建築表皮，向室外環境流失。由於建築表皮各處構造不同，而不同材料也有着不同的熱阻，因此熱量穿過表皮不同區域的能力也有所不同。熱橋概念用於描述建築表皮中傳熱能力最強的區域，其熱阻相對於周邊界面更小。存在熱橋現象的建築表皮，會讓建築在夏天製冷、冬天制熱時消耗更多的能量。[8]如今，各國的建築法規都規定了建築圍護結構中典型截面的保溫性能，但對於熱橋現象的規定卻要弱很多。[9]此外，在設計保溫構造時，通常只會關注某個特定表面的保溫能力，而忽視了各界面之間交接處的影響。因此，建築的實際保溫性能通常會低於設計值。通常將整個圍護結構的導熱能力以U值（單位W/m2·K）表示。如果圍護結構存在熱橋，那麼其整體的U值便會升高。[10]

建築中的熱橋可能存在於任何位置，但通常都位於各界面的交接處。常見的熱橋位置有：

  • 外牆-地板的交接處，或牆-陽台的交接處等各種將地板延伸至外牆以外的構造；
  • 外牆-屋頂的交接處，尤其在屋檐處因轉角構造無法保證保溫層厚度時；
  • 門窗構件和外牆洞口的交接處；[11]
  • 外牆與外牆的交接處；[11]
  • 鋼、木、混凝土等構件，如節點處的釘子、墊塊等；
  • 穿透屋頂保溫層的嵌入式燈具；
  • 門、窗框；
  • 未填滿保溫、或留有空隙的區域；
  • 空心砌體牆的金屬拉杆。[12]

相關條目

參考資料

  1. ^ Lindahl, Wesley E. Book Review: Levy, R. (2008). Yours for the Asking: An Indispensable Guide to Fundraising and Management. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 210 pp., $29.95. Burton, T. (2008). Naming Rights. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 256 pp., $45.00. Nonprofit and Voluntary Sector Quarterly. 2009-09-21, 38 (5): 921–922 [2021-05-06]. ISSN 0899-7640. doi:10.1177/0899764008330585. （原始內容存檔於2023-08-26）. 
  2. ^ Duckett, Bob. A Dictionary of Construction, Surveying and Civil Engineering2012350Christopher Gorse, David Johnston, and Martin Pritchard. A Dictionary of Construction, Surveying and Civil Engineering. Oxford: Oxford University Press 2012. viii+497 pp., ISBN 9780199534463 £12.99 $21.95 Oxford Paperback Reference. Reference Reviews. 2012-10-19, 26 (8): 37–38. ISSN 0950-4125. doi:10.1108/09504121211278296. 
  3. ^ Arena, Lois B. Construction Guidelines for High R-Value Walls without Exterior Rigid Insulation. 2016-07-13. 
  4. ^ Kaviany, Massoud. Essentials of Heat Transfer: Principles, Materials, and Applications. New York, NY: Cambridge University Press. 2011. ISBN 978-1107012400. 
  5. ^ Definition and effects of thermal bridges [ ]. passipedia.org. [2021-05-06]. （原始內容存檔於2021-05-11）. 
  6. ^ Previtali, Mattia; Barazzetti, Luigi; Roncoroni, Fabio. Spatial Data Management for Energy Efficient Envelope Retrofitting. Lecture Notes in Computer Science. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 2013: 608–621. ISBN 978-3-642-39636-6. 
  7. ^ Thermal-based analysis for the automatic detection and characterization of thermal bridges in buildings. Energy and Buildings. 2018-01-01, 158: 1358–1367 [2021-05-06]. ISSN 0378-7788. doi:10.1016/j.enbuild.2017.11.031. （原始內容存檔於2021-05-06） （英語）. 
  8. ^ Statistical modelling of heat transfer for thermal bridges of buildings. Energy and Buildings. 2005-09-01, 37 (9): 945–951 [2021-05-06]. ISSN 0378-7788. doi:10.1016/j.enbuild.2004.12.013. （原始內容存檔於2021-05-06） （英語）. 
  9. ^ Theodosiou, T.G.; Papadopoulos, A.M. The impact of thermal bridges on the energy demand of buildings with double brick wall constructions. Energy and Buildings. 2008-01, 40 (11): 2083–2089. ISSN 0378-7788. doi:10.1016/j.enbuild.2008.06.006. 
  10. ^ Kossecka, E.; Kosny, J. Equivalent Wall as a Dynamic Model of a Complex Thermal Structure. Journal of Thermal Insulation and Building Envelopes. 1997-01-01, 20 (3): 249–268. ISSN 1065-2744. doi:10.1177/109719639702000306 （英語）. 
  11. ^ 11.0 11.1 Christian, Jeffery; Kosny, Jan (December 1995). "Toward a National Opaque Wall Rating Label". Proceedings Thermal Performance of the Exterior Envelopes VI, ASHRAE.
  12. ^ Allen, E. and J. Lano, Fundamentals of Building Construction: materials and methods. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. 2009.

外部連結

 
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