R-значение (изоляция)

Аэрогель - чрезвычайно хороший теплоизолятор, который при давлении в одну десятую атмосферы имеет R-значение R-20 на дюйм толщины ^[1] по сравнению с R-3,5 / дюйм для одеяла из стекловолокна. ^[2]

Установлена ​​облицованная изоляция из стекловолокна с видимым значением R (R-21) ^[3]

В контексте строительства и строительства , ^[4] R-значение является мерой того , насколько хорошо двумерный барьера, такими как слой изоляции, окно или полной стена или потолок, сопротивляется проводящий ^[5] потока тепла. R-значение - это разница температур на единицу теплового потока, необходимая для поддержания одной единицы теплового потока между более теплой поверхностью и более холодной поверхностью барьера в установившихся условиях.

R-значение является строительной промышленности термин ^[4] для термического сопротивления «на единицу площади.» ^[6] Иногда обозначается как значение RSI, если используются (метрические) единицы СИ . ^[7] R-значение может быть дано для материала (например , для полиэтиленовой пены), или для сборки материалов (например , стена или окно). В случае материалов это часто выражается через R-значение на единицу длины (например, на дюйм или метр толщины). Значения R складываются для слоев материалов, и чем выше значение R, тем лучше производительность.

U-фактор , или U-значение является общий коэффициент теплопередачи , который описывает , насколько хорошо проводит ток строительного элемента нагрева или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр структуры , разделенной на разность температур по всей структуре . ^[8] Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев компонентов, например, из которых состоят стены / полы / крыши и т. Д. Он измеряет скорость теплопередачи через элемент здания на заданной площади при стандартных условиях. Обычный стандарт - разница температур 24 ° C (43 ° F), влажность 50% без ветра ^[9] (меньший коэффициент Uлучше при уменьшении теплопередачи). Выражается в ваттах на метр в квадрате кельвина (Вт / м ² K). Это означает, что чем выше значение U, тем хуже тепловые характеристики ограждающей конструкции. Низкое значение U обычно указывает на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку это способ прогнозирования сложного поведения всего строительного элемента, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

Определение значения R [ править ]

${\ displaystyle R _ {\ text {val}} = {\ frac {\ Delta T} {\ phi _ {q}}}}$

куда:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$( K ⋅ м ² / Вт ) - значение R,
• ${\ displaystyle \ Delta T}$ (K) - разница температур между более теплой и холодной поверхностью барьера,
• ${\ displaystyle \ phi _ {q}}$(Вт / м ² ) - тепловой поток через преграду.

Значение R на единицу открытой поверхности барьера измеряет абсолютное термическое сопротивление барьера. ^[10]

${\ displaystyle {\ frac {R _ {\ text {val}}} {A}} = R}$

куда:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$R-значение (K⋅W ⁻¹ ⋅m ² )
• ${\ displaystyle A}$площадь открытой поверхности барьера (м ² )
• ${\ displaystyle R}$- абсолютное тепловое сопротивление (КВт ⁻¹ )

Абсолютное тепловое сопротивление , , квантифицирует разность температур на единицу теплового потока , необходимый для поддержания одной единицы скорости теплового потока. Иногда возникает путаница, потому что в некоторых публикациях термин термическое сопротивление используется для обозначения разности температур на единицу теплового потока , а в других публикациях термин термическое сопротивление используется для обозначения разности температур на единицу расхода теплового потока. Дальнейшая путаница возникает из-за того, что в некоторых публикациях символ R используется для обозначения разности температур на единицу теплового потока, а в других публикациях символ R используется для обозначения разности температур на единицу расхода теплового потока. В этой статье используется термин${\ displaystyle R}$абсолютное тепловое сопротивление для разницы температур на единицу расхода тепла и использует термин R-значение для разницы температур на единицу теплового потока.

В любом случае, чем больше значение R, тем больше сопротивление и, следовательно, лучше теплоизоляционные свойства барьера. R-значения используются при описании эффективности изоляционного материала и при анализе теплового потока через узлы (например, стены, крыши и окна) в стационарных условиях. ^[10] Тепловой поток через барьер обусловлен разницей температур между двумя сторонами барьера, и значение R количественно определяет, насколько эффективно объект сопротивляется этому движению: ^{[11] [12]} Разница температур, деленная на значение R и затем умноженное на площадь открытой поверхности барьера дает общую скорость теплового потока через барьер, измеряемую в ваттах или дюймах.БТЕ в час.

${\displaystyle \phi ={\frac {\Delta T\cdot A}{R_{\text{val}}}}}$

куда:

• ${\displaystyle R_{\text{val}}}$R-значение (K⋅m ² / W),
• ${\displaystyle \Delta T}$ - разница температур (K) между более теплой поверхностью и более холодной поверхностью барьера,
• ${\displaystyle A}$- площадь открытой поверхности (м ² ) барьера,
• ${\displaystyle \phi }$ - скорость теплового потока (Вт) через преграду.

Пока задействованные материалы представляют собой плотные твердые тела, находящиеся в прямом взаимном контакте, ^[13] значения R являются аддитивными; например, общее значение R барьера, состоящего из нескольких слоев материала, является суммой значений R отдельных слоев. ^{[10] [14]}

Значение RSI [ править ]

Обратите внимание, что R-значение - это термин ^[4] в строительной отрасли для обозначения того, что в других контекстах называется « термическое сопротивление » «для единицы площади». ^[6] Иногда обозначается как значение RSI, если используются (метрические) единицы СИ . ^{[7] [15]} R-значение может быть дано для материала (например , для полиэтиленовой пены), или для сборки материалов (например , стена или окно). В случае материалов это часто выражается через R-значение на единицу длины (например, на дюйм толщины). Последнее может вводить в заблуждениев случае теплоизоляции зданий с низкой плотностью, для которых значения R не суммируются: их значение R на дюйм не является постоянным по мере того, как материал становится толще, а обычно уменьшается. ^[13]

Единицы R-значения (см. Ниже ) обычно явно не указываются, поэтому важно решить из контекста, какие единицы используются: R-значение, выраженное в единицах IP (дюйм-фунт) ^[16] , примерно В 5,68 раза больше, чем при выражении в единицах СИ ^[17], так что, например, окно, которое является R-2 в единицах IP, имеет RSI 0,35 (поскольку 2 / 5,68 = 0,35). Для значений R нет разницы между обычными единицами измерения США и имперскими единицами . Что касается того, как сообщаются значения R, все следующее означает одно и то же: «это окно R-2»; ^[18] «это окно R2 »; ^{[19] [7]}«это окно имеет R-значение 2»; ^[18] «это окно с R = 2» ^[20] (и аналогично с RSI-значениями, которые также включают возможность «это окно обеспечивает RSI 0,35 сопротивления тепловому потоку» ^{[21] [7]} ).

Видимое значение R [ править ]

Чем больше материал по своей природе способен проводить тепло, что определяется его теплопроводностью , тем ниже его R-значение. С другой стороны, чем толще материал, тем выше его коэффициент R. Иногда процессы теплопередачи, отличные от теплопроводности (а именно, конвекция и излучение ), вносят значительный вклад в теплопередачу внутри материала. В таких случаях полезно ввести «кажущуюся теплопроводность», которая отражает эффекты всех трех видов процессов, и определить значение R в более общем плане как толщину образца, деленную на его кажущуюся теплопроводность.. Некоторые уравнения, связывающие это обобщенное значение R, также известное как кажущееся значение R , с другими величинами:

${\displaystyle R_{\text{val}}^{\prime }={\frac {\Delta x}{k^{\prime }}}={\frac {1}{U_{\text{val}}}}=\Delta x\times r^{\prime }}$

куда:

• ${\displaystyle R_{\text{val}}^{\prime }}$- кажущееся значение R ( K / W ) по толщине образца,
• ${\displaystyle \Delta x}$- толщина ( м ) образца (измеренная на пути, параллельном тепловому потоку),
• ${\displaystyle k^{\prime }}$является очевидным , теплопроводность материала ( Вт / ( K ⋅ м )),
• ${\displaystyle U_{\text{val}}}$это коэффициент теплопередачи или « U-значение » материала ( Вт / К ),
• ${\displaystyle r^{\prime }={k^{\prime }}^{-1}}$- кажущееся тепловое сопротивление материала ( К ⋅ м / Вт ).

Очевидно R-значение квантифицирует физическую величину , называемую термическим insulance .

Однако за это обобщение приходится платить, потому что значения R, которые включают непроводящие процессы, могут больше не быть аддитивными и могут иметь значительную температурную зависимость. В частности, для рыхлого или пористого материала значение R на дюйм обычно зависит от толщины, почти всегда так, что оно уменьшается с увеличением толщины ^[13] ( полиизоцианурат («полиизо») является исключением; его значение R / дюйм увеличивается с толщиной ^[22] ). По аналогичным причинам значение R на дюйм также зависит от температуры материала, обычно увеличиваясь с понижением температуры (полиизо снова является исключением); номинально стекловолоконный войлок R-13 может быть R-14 при -12 ° C (10 ° F) и R-12 при 43 ° C (109 ° F).^[23] Тем не менее, в строительстве принято рассматривать значения R как независимые от температуры. ^[24] Обратите вниманиечто R-значение не может объяснить радиационные или конвективные процессы при материале поверхности , что может быть важным фактором для некоторых применений. ^{[ необходима цитата ]}

Значение R является обратной величиной коэффициента теплопередачи ( U-фактора ) материала или сборки. Строительная промышленность США предпочитает использовать R-значения, потому что они являются аддитивными и потому что большие значения означают лучшую изоляцию, что не относится к U-факторам. ^[4]

U-фактор / U-значение [ править ]

U-фактор , или U-значение является общий коэффициент теплопередачи , который описывает , насколько хорошо проводит ток строительного элемента нагрева или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр структуры , разделенной на разность температур по всей структуре . ^[8] Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев компонентов, например, из которых состоят стены / полы / крыши и т. Д. Он измеряет скорость теплопередачи через элемент здания на заданной площади при стандартных условиях. Обычным стандартом является температурный градиент 24 ° C (75,2 ° F), влажность 50% без ветра ^[9] (меньший коэффициент Uлучше при уменьшении теплопередачи). Выражается в ваттах на метр в квадрате кельвина (Вт / м ² K). Это означает, что чем выше значение U, тем хуже тепловые характеристики ограждающей конструкции. Низкое значение U обычно указывает на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку это способ прогнозирования сложного поведения всего строительного элемента, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

В большинстве стран свойства конкретных материалов (таких как изоляция) обозначаются теплопроводностью , иногда называемой значением k или лямбда-значением (строчная λ). Теплопроводность (значение k) - это способность материала проводить тепло; следовательно, чем ниже значение k, тем лучше материал для изоляции. Пенополистирол (EPS) имеет коэффициент k около 0,033 Вт / (м⋅К). ^[25] Для сравнения, изоляция из пенопласта имеет коэффициент k около 0,018 Вт / (м⋅K), ^[26]в то время как древесина варьируется от 0,15 до 0,75 Вт / (м⋅К), а сталь имеет значение k примерно 50,0 Вт / (м⋅К). Эти цифры варьируются от продукта к продукту, поэтому Великобритания и ЕС установили стандарт 90/90, что означает, что 90% продукта будет соответствовать заявленному значению k с уровнем достоверности 90%, если указанная цифра указана. как лямбда-значение 90/90.

U - это величина, обратная R ^{[27], в} единицах СИ - Вт / (м ² ⋅K), а в американских единицах - БТЕ / (ч⋅ ° F⋅ фут ² ).

${\displaystyle U={\frac {1}{R}}={\frac {{\dot {Q}}_{A}}{\Delta T}}={\frac {k}{L}}}$

где - тепловой поток , - разница температур в материале, k - коэффициент теплопроводности материала, а L - его толщина. В некоторых контекстах U называют удельной поверхностной проводимостью. ^[28]${\displaystyle {\dot {Q}}_{A}}$${\displaystyle \Delta T}$

См. Также: tog (единица измерения) или общий тепловой класс (где 1 tog = 0,1 м ² · K / Вт), используемый для оценки пухового одеяла .

Термин U-фактор обычно используется в США и Канаде для выражения теплового потока через целые сборки (например, крыши, стены и окна ^[29] ). Например, энергетические коды, такие как ASHRAE 90.1 и IECC, предписывают U-значения. Однако на практике значение R широко используется для описания термического сопротивления изоляционных материалов, слоев и большинства других частей ограждающих конструкций здания (стен, полов, крыш). В других регионах мира коэффициент теплопередачи / коэффициент теплопередачи чаще используется для элементов ограждения всего здания, включая окна, двери, стены, крышу и плиты грунта. ^[30]

Единицы: метрическая (СИ) и дюйм-фунт (IP) [ править ]

Единица измерения R-значения в системе СИ (метрическая) -

кельвин квадратный метр на ватт (К · м ² / Вт или, что равно, ° C · м ² / Вт),

тогда как единица измерения IP (дюйм-фунт)

градус Фаренгейта, квадратный фут- час на британскую тепловую единицу (° F⋅ft ² ⋅h / BTU). ^[16]

Для значений R нет разницы между обычными и британскими единицами измерения в США , поэтому в обеих единицах используется одна и та же единица IP.

В некоторых источниках используется «RSI», когда речь идет о значениях R в единицах СИ. ^{[7] [15]}

Значения R, выраженные в единицах IP, примерно в 5,68 раз больше, чем значения R, выраженные в единицах СИ. ^[17] Например, окно, которое является R-2 в системе IP, составляет около RSI 0,35, поскольку 2 / 5,68 ≈ 0,35.

В странах, где обычно используется система СИ, значения R также обычно указываются в единицах СИ. Сюда входят Великобритания, Австралия и Новая Зеландия.

Значения IP обычно указываются в США и Канаде, хотя в Канаде обычно указываются значения IP и RSI. ^[31]

Поскольку единицы измерения обычно не указываются явно, необходимо решить из контекста, какие единицы используются. В этом отношении полезно иметь в виду, что значения IP R в 5,68 раз больше, чем соответствующие значения SI R.

Точнее, ^{[32] [33]}

Значение R (в IP) = значение RSI (в СИ) × 5,678263337

Значение RSI (в СИ) = значение R (в IP) × 0,1761101838

Различные типы изоляции [ править ]

Правительство Австралии поясняет, что требуемые общие значения R для строительной ткани варьируются в зависимости от климатической зоны. «К таким материалам относятся газобетонные блоки, пустотелые блоки из пенополистирола, тюки соломы и листы экструдированного полистирола». ^[34]

В Германии после принятия в 2009 г. (10 октября) закона Energieeinsparverordnung (EnEv) об энергосбережении, все новые здания должны демонстрировать способность оставаться в определенных границах значения U для каждого конкретного строительного материала. Кроме того, EnEv описывает максимальный коэффициент для каждого нового материала, если детали заменяются или добавляются к стоящим конструкциям. ^[35]

Министерство энергетики США рекомендовало R-значения для определенных областей США на основе общих местных затрат на энергию для отопления и охлаждения, а также климата области. Существует четыре типа изоляции: рулонные и ватные, насыпной, жесткий пенопласт и пенопласт. Рулоны и войлоки обычно представляют собой гибкие изоляторы, состоящие из волокон, таких как стекловолокно. Изоляция с неплотным заполнением состоит из рыхлых волокон или гранул, и ее следует выдувать в пространство. Жесткая пена дороже волокна, но обычно имеет более высокое значение R на единицу толщины. Изоляцию из пенопласта можно раздувать на небольшие участки, чтобы контролировать утечки воздуха, например, вокруг окон, или можно использовать для изоляции всего дома. ^[36]

Толщина [ править ]

Увеличение толщины изоляционного слоя увеличивает тепловое сопротивление. Например, удвоение толщины ватина из стекловолокна удвоит его R-значение, возможно, от 2,0 м ² K / Вт для 110 мм толщины до 4,0 м ² K / Вт для 220 мм толщины. Передача тепла через изолирующий слой аналогична добавлению сопротивления в последовательную цепь с фиксированным напряжением. Однако это справедливо только приблизительно, потому что эффективная теплопроводность некоторых изоляционных материалов зависит от толщины. Добавление материалов для изоляции изоляции, таких как гипсокартон и сайдинг, обеспечивает дополнительную, но обычно гораздо меньшую R-ценность.

Факторы [ править ]

При использовании значений R для расчета теплопотерь для конкретной стены учитывается множество факторов. R-значения производителя применимы только к правильно установленной изоляции. Сжатие двух слоев ватина до толщины, предназначенной для одного слоя, увеличит, но не вдвое, R-значение. (Другими словами, сжатие войлока из стекловолокна снижает коэффициент сопротивления войлока, но увеличивает коэффициент сопротивления на дюйм.) Другой важный фактор, который следует учитывать, - это то, что стойки и окна обеспечивают параллельный путь теплопроводности, на который не влияет коэффициент сопротивления изоляции. -ценить. Практическое значение этого состоит в том, что можно удвоить R-значение изоляции, установленной между элементами каркаса, и добиться снижения потерь тепла менее чем на 50 процентов. При установке между стойками стены,даже безупречная изоляция стен устраняет только теплопроводность через изоляцию, но не влияет на теплопотери через такие материалы, как стеклянные окна и стойки. Изоляция, установленная между стойками, может уменьшить, но обычно не устраняет потери тепла из-за утечки воздуха через ограждающую конструкцию здания. Установка сплошного слоя изоляции из жесткого пенопласта на внешней стороне обшивки стены прервет тепловые мосты через стойки, а также снизит скорость утечки воздуха.Установка сплошного слоя изоляции из жесткого пенопласта на внешней стороне обшивки стены нарушит тепловые мосты через стойки, а также снизит скорость утечки воздуха.Установка сплошного слоя изоляции из жесткого пенопласта на внешней стороне обшивки стены нарушит тепловые мосты через стойки, а также снизит скорость утечки воздуха.

Основная роль [ править ]

Значение R является мерой способности образца изоляции снижать скорость теплового потока при определенных условиях испытания. Основным режимом передачи тепла, которому препятствует изоляция, является теплопроводность, но изоляция также снижает потери тепла всеми тремя режимами теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Основные потери тепла через неизолированное заполненное воздухом пространство - это естественная конвекция., что происходит из-за изменения плотности воздуха с температурой. Изоляция значительно замедляет естественную конвекцию, делая теплопроводность основным способом передачи тепла. Пористая изоляция достигает этого за счет улавливания воздуха, что устраняет значительные конвективные потери тепла, оставляя только теплопроводность и незначительную передачу излучения. Основная роль такой изоляции состоит в том, чтобы обеспечить теплопроводность изоляции такой же, как у застойного воздуха. Однако это не может быть реализовано полностью, поскольку стекловата или пена, необходимые для предотвращения конвекции, увеличивают теплопроводность по сравнению с теплопроводностью неподвижного воздуха. Незначительная радиационная теплопередача достигается за счет наличия большого количества поверхностей, прерывающих «чистый обзор» между внутренней и внешней поверхностями изоляции, например, видимый свет не может проходить через пористые материалы.Такие многочисленные поверхности изобилуют ватином и пористой пеной. Излучение также сводится к минимуму за счет внешних поверхностей с низким коэффициентом излучения (высокой отражающей способности), таких как алюминиевая фольга. Более низкая теплопроводность или более высокие значения R могут быть достигнуты путем замены воздуха аргоном, когда это практически возможно, например, в специальной пенопластовой изоляции с закрытыми порами, потому чтоаргон имеет более низкую теплопроводность, чем воздух.

Общие [ править ]

Передача тепла через изолирующий слой аналогична электрическому сопротивлению.. Теплопередачи можно рассчитать, подумав о последовательном сопротивлении с фиксированным потенциалом, за исключением того, что сопротивления - это тепловые сопротивления, а потенциал - это разница температур от одной стороны материала к другой. Сопротивление каждого материала теплопередаче зависит от удельного теплового сопротивления [R-value] / [единицы толщины], которое является свойством материала (см. Таблицу ниже), и толщины этого слоя. Тепловой барьер, состоящий из нескольких слоев, будет иметь несколько терморезисторов аналогично цепям, каждый из которых включен последовательно. Аналогично набору резисторов, подключенных параллельно, хорошо изолированная стена с плохо изолированным окном позволит пропорционально большему количеству тепла проходить через окно (с низким сопротивлением R), а дополнительная изоляция в стене лишь минимально улучшит общее сопротивление R- ценить. В качестве таких,наименее хорошо изолированная часть стены будет играть наибольшую роль в теплопередаче относительно ее размера, подобно тому, как большая часть тока протекает через резистор с наименьшим сопротивлением в параллельном массиве. Следовательно, обеспечение того, чтобы окна, служебные разрывы (вокруг проводов / труб), двери и другие разрывы в стене были хорошо загерметизированы и изолированы, часто является наиболее экономически эффективным способом улучшить изоляцию конструкции, если стены достаточно изолированы.и другие разрывы в стене хорошо загерметизированы, и изоляция часто является наиболее экономически эффективным способом улучшить изоляцию конструкции, если стены достаточно изолированы.и другие разрывы в стене хорошо загерметизированы, и изоляция часто является наиболее экономически эффективным способом улучшить изоляцию конструкции, если стены достаточно изолированы.

Подобно сопротивлению в электрических цепях, увеличение физической длины (для изоляции, толщины) резистивного элемента, такого как, например, графит, увеличивает сопротивление линейно; удвоение толщины слоя означает удвоение значения R и половину теплопередачи; четырехместные, четвертные; На практике эта линейная зависимость не всегда сохраняется для сжимаемых материалов, таких как стекловата и ватин, термические свойства которых меняются при сжатии. Так, например, если один слой стекловолоконной изоляции на чердаке обеспечивает тепловое сопротивление R-20, добавление второго слоя не обязательно удвоит тепловое сопротивление, потому что первый слой будет сжиматься под весом второго.

Расчет теплопотерь [ править ]

Чтобы найти средние потери тепла на единицу площади, просто разделите разницу температур на значение R для слоя.

Если температура в доме 20 ° C, а в полости крыши 10 ° C, то разница температур составляет 10 ° C (или 10 K). Если предположить, что потолок изолирован по RSI 2.0 (R = 2 м ² K / Вт), потери энергии будут составлять 10 K / (2 K⋅m ² / Вт) = 5 Вт на каждый квадратный метр потолка. Используемое здесь значение RSI относится к фактическому изолирующему слою (а не на единицу толщины изоляции).

Отношения [ править ]

Толщина [ править ]

Значение R не следует путать с внутренним свойством удельного теплового сопротивления и его обратной теплопроводностью . Единица измерения удельного теплового сопротивления в системе СИ - Км / Вт. Теплопроводность предполагает, что теплопередача материала линейно связана с его толщиной.

Несколько слоев [ править ]

При расчете R-значения многослойной установки добавляются R-значения отдельных слоев: ^[37]

R-значение _{(наружная воздушная пленка)} + R-ценность _{(кирпич)} + R-ценность _{(обшивка)} + R-ценность _{(изоляция)} + R-ценность _{(гипсокартон)} + R-ценность _{(внутренняя воздушная пленка)} = R-ценность _{( всего)} .

Чтобы учесть другие компоненты в стене, такие как каркас, сначала вычислите значение U (= 1 / значение R) каждого компонента, а затем средневзвешенное значение U, взвешенное по площади. Среднее значение R будет 1 / (это среднее значение U). Например, если 10% площади составляет 4 дюйма мягкой древесины (значение R 5,6), а 90% - 2 дюйма аэрогеля диоксида кремния (значение R 20), взвешенное по площади значение U будет 0,1 / 5,6 + 0,9 /. 20 = 0,0629, а взвешенное значение R составляет 1 / 0,0629 = 15,9.

Противоречие [ править ]

Теплопроводность в сравнении с кажущейся теплопроводностью [ править ]

Теплопроводность обычно определяется как скорость теплопроводности материала на единицу площади на единицу толщины на единицу разности температур (ΔT). Обратной величиной проводимости является удельное сопротивление (или R на единицу толщины). Теплопроводность - это скорость теплового потока через единицу площади при установленной толщине и любом заданном ΔT.

Экспериментально теплопроводность измеряется путем помещения материала в контакт между двумя проводящими пластинами и измерения потока энергии, необходимого для поддержания определенного температурного градиента.

По большей части проверка сопротивления изоляции выполняется при постоянной температуре, обычно около 21 ° C (70 ° F), без движения окружающего воздуха. Поскольку это идеальные условия, указанное значение R для изоляции почти наверняка будет выше, чем оно было бы при фактическом использовании, потому что большинство ситуаций с изоляцией находятся в других условиях.

Определение значения R на основе кажущейся теплопроводности было предложено в документе C168, опубликованном Американским обществом испытаний и материалов. Это описывает передачу тепла всеми тремя механизмами - теплопроводностью, излучением и конвекцией.

В ходе пересмотра правил Федеральной торговой комиссии США о рекламе R-значений ^[38], демонстрирующих сложность вопросов, между представителями различных сегментов изоляционной промышленности США продолжаются споры.

Температура поверхности в зависимости от режима теплопередачи [ править ]

У использования одной лабораторной модели для одновременной оценки свойств материала по сопротивлению кондуктивному, радиационному и конвективному нагреву есть недостатки. Температура поверхности меняется в зависимости от режима теплопередачи.

Если предположить идеальную теплопередачу между воздухом с каждой стороны и поверхностью изоляции, температура поверхности изолятора будет равна температуре воздуха с каждой стороны.

В ответ на тепловое излучение температура поверхности зависит от коэффициента теплового излучения материала. Поверхности с низким коэффициентом излучения, такие как блестящая металлическая фольга, уменьшают передачу тепла за счет излучения.

Конвекция изменяет скорость теплопередачи между воздухом и поверхностью изолятора в зависимости от характеристик потока воздуха (или другой жидкости), контактирующего с ним.

При нескольких режимах теплопередачи конечная температура поверхности (и, следовательно, наблюдаемый поток энергии и расчетное значение R) будет зависеть от относительных вкладов излучения, проводимости и конвекции, даже если общий вклад энергии останется прежним.

Это важный фактор при строительстве зданий, поскольку тепловая энергия поступает в разных формах и пропорциях. Доля радиационных и кондуктивных источников тепла также меняется в течение года, и оба они вносят важный вклад в тепловой комфорт.

В жаркое время года в качестве источника поступления тепла преобладает солнечная радиация. Согласно закону Стефана – Больцмана , радиационная теплопередача связана с четвертой степенью абсолютной температуры (измеряется в градусах Кельвина : T [K] = T[° C] + 273,16). Следовательно, такая передача наиболее значима, когда целью является охлаждение (то есть когда солнечное излучение создает очень теплые поверхности). С другой стороны, кондуктивный и конвективный режимы потери тепла играют более важную роль в более прохладные месяцы. При таких более низких температурах окружающей среды традиционные волокнистые, пластиковые и целлюлозные изоляционные материалы играют, безусловно, основную роль: компонент радиационной теплопередачи имеет гораздо меньшее значение, а основной вклад радиационного барьера заключается в его превосходной герметичности. Вкратце: требования к теплоизоляции излучающего барьера оправданы при высоких температурах, как правило, при минимизации теплопередачи в летнее время; но эти претензии неоправданны в традиционных зимних (теплых) условиях.

Ограничения R-значений при оценке лучистых барьеров [ править ]

В отличие от объемных изоляторов, лучистые барьеры плохо сопротивляются проводимому теплу. Такие материалы, как отражающая фольга, обладают высокой теплопроводностью и плохо работают как проводящий изолятор. Излучательные барьеры замедляют передачу тепла двумя способами: отражая лучистую энергию от облучаемой поверхности и уменьшая излучение с противоположной стороны.

Вопрос о том, как количественно оценить производительность других систем, таких как излучающие барьеры, привел к спорам и путанице в строительной отрасли с использованием значений R или «эквивалентных значений R» для продуктов, которые имеют совершенно разные системы подавления теплопередачи. (В США Правило R-значения федерального правительства устанавливает юридическое определение R-значения строительного материала; термин «эквивалентное R-значение» не имеет юридического определения и поэтому не имеет смысла.) Согласно действующим стандартам, R -значения наиболее достоверно указаны для объемных изоляционных материалов. Все продукты, указанные в конце, являются их примерами.

Расчет эффективности лучистых барьеров сложнее. При наличии хорошего излучающего барьера большая часть теплового потока идет за счет конвекции, которая зависит от многих факторов, помимо самого излучающего барьера. Хотя излучающие барьеры имеют высокую отражательную способность (и низкую излучательную способность ) в диапазоне электромагнитных спектров (включая видимый и УФ-свет), их тепловые преимущества в основном связаны с их излучательной способностью в инфракрасном диапазоне. Значения коэффициента излучения ^[39] являются подходящей метрикой для излучающих барьеров. Их эффективность при использовании для противодействия тепловыделению в ограниченных приложениях установлена ^[40], даже несмотря на то, что значение R не описывает их адекватно.

Ухудшение [ править ]

Старение изоляции [ править ]

R-ценность продуктов может со временем ухудшиться. Например, уплотнение рыхлой целлюлозы с наполнителем создает пустоты, которые снижают общую производительность; этого можно избежать, плотно упаковав начальную установку. Некоторые типы вспененной изоляции, такие как полиуретан и полиизоцианурат, продуваются тяжелыми газами, такими как хлорфторуглероды.(CFC) или гидрохлорфторуглероды (HFC). Однако со временем небольшое количество этих газов диффундирует из пены и заменяется воздухом, что снижает эффективную R-ценность продукта. Существуют и другие пены, которые не претерпевают значительных изменений при старении, потому что они продуваются водой или имеют открытые ячейки и не содержат захваченных CFC или HFC (например, пены низкой плотности на полфунта). Для некоторых марок двадцатилетние испытания не показали усадки или снижения изоляционных свойств. ^{[ необходима цитата ]}

Это вызвало разногласия по поводу того, как оценивать изоляцию этих продуктов. Многие производители оценивают R-значение во время производства; критики утверждают, что более справедливой оценкой будет его устоявшаяся стоимость. ^{[ необходима цитата ]} Производство пеноматериалов ^{[ когда? ]} принял метод LTTR (долгосрочное термическое сопротивление) ^[41], который оценивает R-значение на основе 15-летнего средневзвешенного значения. Однако LTTR фактически обеспечивает только восьмилетнее значение R, что меньше масштаба здания, срок службы которого может составлять от 50 до 100 лет.

Проникновение [ править ]

Правильное внимание к мерам по герметизации воздуха и учет механизмов парообмена важны для оптимального функционирования объемных изоляторов. Проникновение воздуха может привести к конвективной теплопередаче или образованию конденсата, что может ухудшить характеристики изоляции.

Одним из основных достоинств изоляции из распыляемой пены является ее способность создавать воздухонепроницаемое (а в некоторых случаях и водонепроницаемое) уплотнение непосредственно против основания, чтобы уменьшить нежелательные эффекты утечки воздуха.

Измерения R-value на месте [ править ]

Ухудшение значений R является особенно серьезной проблемой при определении энергоэффективности существующего здания. Значения R, определенные до строительства, могут сильно отличаться от фактических значений, особенно в старых или исторических зданиях. Это сильно влияет на анализ энергоэффективности. Поэтому для получения надежных данных R-значения часто определяются путем измерения U-значения в конкретном месте (на месте). Для этого есть несколько потенциальных методов, каждый со своими определенными компромиссами: термография, множественные измерения температуры и метод теплового потока. ^[42]

Термография [ править ]

Термография применяется в строительном секторе для оценки качества теплоизоляции помещения или здания. С помощью термографической камеры можно идентифицировать тепловые мосты и части неоднородной изоляции. Однако он не дает никаких количественных данных. Этот метод можно использовать только для аппроксимации значения U или обратного значения R.

Множественные измерения температуры [ править ]

Этот подход основан на трех или более измерениях температуры внутри и снаружи строительного элемента. Синхронизируя эти измерения и делая некоторые основные предположения, можно косвенно рассчитать тепловой поток и, таким образом, получить коэффициент теплопроводности строительного элемента. Для получения надежных результатов должны быть выполнены следующие требования:

• Разница между внутренней и внешней температурой, идеальная> 15 K
• Постоянные условия
• Без солнечного излучения
• Нет радиационного тепла рядом с измерениями

Метод теплового потока [ править ]

R-значение строительного элемента может быть определено с помощью датчика теплового потока в сочетании с двумя датчиками температуры. ^[43] Измеряя тепло, протекающее через строительный элемент, и комбинируя его с внутренней и внешней температурой, можно точно определить R-значение. Для получения надежного результата в соответствии с нормами ISO 9869 требуется измерение, которое длится не менее 72 часов с разницей температур не менее 5 ° C, но меньшая продолжительность измерения также дает надежную индикацию значения R. Ход измерения можно наблюдать на портативном компьютере с помощью соответствующего программного обеспечения, а полученные данные использовать для дальнейших расчетов. Измерительные устройства для таких измерений теплового потока предлагают такие компании, как FluxTeq, ^[44] Альборн, greenTEG и Hukseflux.

Размещение датчика теплового потока либо на внутренней, либо на внешней поверхности строительного элемента позволяет определять тепловой поток через датчик теплового потока как репрезентативное значение теплового потока через строительный элемент. Тепловой поток через датчик теплового потока является скоростью теплового потока через датчик теплового потока , деленную на площади поверхности датчика теплового потока. Размещение датчиков температуры на внутренней и внешней поверхностях строительного элемента позволяет определять температуру внутренней поверхности, температуру внешней поверхности и разницу температур между ними. В некоторых случаях сам датчик теплового потока может служить одним из датчиков температуры. Значение R для строительного элемента - это разница температур между двумя датчиками температуры, деленная на тепловой поток через датчик теплового потока . Математическая формула:

${\displaystyle R_{\text{val}}={\frac {\Delta T}{\phi _{q}}}={\frac {T_{o}-T_{i}}{q/A}}}$

куда:

• ${\displaystyle R_{\text{val}}}$R-значение ( K ⋅ W ⁻¹ ⋅ m ² ),
• ${\displaystyle \phi _{q}}$- тепловой поток ( Вт ⋅ м ⁻² ),
• ${\displaystyle A}$- площадь поверхности датчика теплового потока ( м ² ),
• ${\displaystyle q}$- скорость теплового потока ( Вт ),
• ${\displaystyle T_{i}}$- температура внутренней поверхности ( К ),
• ${\displaystyle T_{o}}$- температура внешней поверхности ( К ), а
• ${\displaystyle \Delta T}$это разница температур ( K ) между внутренней и внешней поверхностями.

Значение U можно также рассчитать, взяв обратную величину R-значения. То есть,

${\displaystyle U_{\text{val}}={\frac {1}{R_{\text{val}}}}.}$

где U-значение ( Вт ⋅ м ⁻² ⋅ K ⁻¹ ).${\displaystyle U_{\text{val}}}$

Полученные значения R и U могут быть точными в той степени, в которой тепловой поток через датчик теплового потока равен тепловому потоку через строительный элемент. Запись всех доступных данных позволяет изучить зависимость R-value и U-value от таких факторов, как внутренняя температура, наружная температура или положение датчика теплового потока . В той степени, в которой все процессы теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение) вносят вклад в измерения, полученное значение R представляет собой кажущееся значение R.

Примеры значений [ править ]

Примеры и перспективы в этой статье относятся в первую очередь к Северной Америке и не отражают общемировой взгляд на предмет . Вы можете улучшить эту статью , обсудить проблему на странице обсуждения или, при необходимости, создать новую статью . ( Январь 2010 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Панели с вакуумной изоляцией имеют наивысшее значение R, приблизительно R-45 (в американских единицах) на дюйм; Аэрогель имеет следующее по величине R-значение (от R-10 до R-30 на дюйм), за ним следуют полиуретановые (PUR) и фенольные пенопласты с R-7 на дюйм. За ними следуют полиизоцианурат (PIR) с R-5,8, пропитанный графитом пенополистирол с R-5 и пенополистирол (EPS) с R-4 на дюйм. Сыпучая целлюлоза, стекловолокно (как выдувное, так и в войлоках) и минеральная вата (как выдувное, так и в войлоках) - все имеют R-значение примерно от R-2,5 до R-4 на дюйм.

Толщина тюков соломы составляет примерно от R-2,38 до 2,68 на дюйм, в зависимости от ориентации тюков ^[45] . Однако типичные дома из тюков соломы имеют очень толстые стены и, следовательно, хорошо изолированы. Снег составляет примерно R-1 на дюйм. Кирпич имеет очень плохую изоляционную способность - всего лишь R-0,2 на дюйм; однако у него относительно хорошая тепловая масса .

Обратите внимание, что во всех приведенных выше примерах используется определение R-value в США (не в системе СИ).

Типичные значения R [ править ]

Типичные значения R для поверхностей [ править ]

Неотражающие поверхностные значения R для воздушных пленок [ править ]

При определении общего теплового сопротивления строительной конструкции, такой как стена или крыша, изолирующий эффект поверхностной воздушной пленки добавляется к тепловому сопротивлению других материалов.

^[66]

На практике вышеуказанные значения поверхности используются для полов, потолков и стен в здании, но не точны для закрытых воздушных полостей, например, между стеклами. На эффективное тепловое сопротивление замкнутой воздушной полости сильно влияет лучистая теплопередача и расстояние между двумя поверхностями. См. В разделе « Изолированное остекление» сравнение значений R для окон с некоторыми эффективными значениями R, которые включают воздушную полость.

Сияющие барьеры [ править ]

Правило R-Value в США [ править ]

Федеральная торговая комиссия (FTC) регулирует требования о R-значения , чтобы защитить потребителей от обманных и вводящих в заблуждение рекламных утверждений. Он выпустил Правило R-Value. ^[69]

Основная цель правила состоит в том, чтобы гарантировать, что рынок домашней изоляции предоставит потребителю эту важную информацию перед покупкой. Эта информация дает потребителям возможность сравнить относительную эффективность изоляции, выбрать продукт с наибольшей эффективностью и потенциалом экономии энергии, сделать рентабельную покупку и рассмотреть основные переменные, ограничивающие эффективность изоляции и реализацию заявленной экономии энергии.

Правило требует, чтобы конкретная информация о R-ценности изделий для утепления домов была раскрыта в определенных рекламных объявлениях и в местах продажи. Цель требования о раскрытии R-ценности для рекламы - предотвратить введение потребителей в заблуждение определенными утверждениями, имеющими отношение к изолирующей ценности. В момент транзакции некоторые потребители смогут получить необходимую информацию о R-значении на этикетке на упаковке изоляции. Однако, поскольку данные показывают, что упаковки часто недоступны для проверки перед покупкой, во многих случаях потребителям не будет доступна маркированная информация. В результате Правило требует, чтобы потребители были доступны для ознакомления перед покупкой.

Толщина [ править ]

Правило R-значения определяет: ^[70]

См. Также [ править ]

• Утепление здания
• Строительные изоляционные материалы
• Конденсация
• Крутые крыши
• Теплопередача
• Passivhaus
• Пассивный солнечный дизайн
• Температура солнечного воздуха
• Суперизоляция
• Тепловой мост
• Тепловой комфорт
• Теплопроводность
• Термическая масса
• Коэффициент теплопередачи
• Tog (единица)

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Таблица R-значений изоляции в InspectApedia включает цитаты из первоисточников
• Информация о расчетах, значениях и взаимосвязях соответствующих терминов теплопередачи и сопротивления
• Таблица R-значений американских строительных материалов
• Работа с R-значениями
• Значение R изоляции объяснено