R-value (изоляция)

редактировать

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

Установленная облицованная изоляция из стекловолокна с видимым значением R-значения (R-21)

В контексте здания и строительства, R-значение является мерой того, насколько хорошо двухмерный барьер, такой как слой изоляции, окно или целая стена или потолок, выдерживает проводящий поток 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 стационарных условиях.

R-значение - это термин строительной индустрии для термического сопротивления «на единицу площади». Иногда его обозначают как значение RSI, если используются единицы измерения SI (метрические). Значение R может быть задано для материала (например, для пенополиэтилена ) или для набора материалов (например, стены или окна). 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-value - это общий коэффициент теплопередачи, который описывает, насколько хорошо строительный элемент проводит тепло или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр конструкции, деленной на разницу температур в конструкции. 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 разница температур 24 ° C (43 ° F), влажность 50% без ветра (меньший U-фактор лучше снижает теплопередачу). Он выражается в ваттах на метр в квадрате кельвина (Вт / м⋅К). 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.

Содержание

1 Определение значения R
2 Значение RSI
3 Кажущееся значение R
4 Коэффициент U / значение U
5 Единицы измерения: метрическая система (СИ) против дюймов -фунт (IP)
6 Различные типы изоляции
7 Толщина
8 Факторы
9 Основная роль
10 Общие
11 Расчет теплопотерь
12 Взаимосвязи
- 12.1 Толщина
- 12.2 Несколько слоев
13 Противоречие
- 13.1 Зависимость теплопроводности от кажущейся теплопроводности
- 13.2 Зависимость температуры поверхности от режима теплопередачи
- 13.3 Ограничения значений R при оценке лучистых барьеров
14 Износ
- 14.1 Старение изоляции
- 14.2 Инфильтрация
15 Измерения R-значения на месте
- 15.1 Термография
- 15.2 Многократные измерения температуры
- 15.3 Метод теплового потока
16 Примеры значений
- 16.1 Типичные значения R
- 16.2 Типичные значения R для поверхностей
  - 16.2.1 Значения R для неотражающей поверхности для воздушных пленок
  - 16.2.2 Излучающие барьеры
- 16.3 Правило значения R в США
  - 16.3.1 Толщина
17 См. также
18 Ссылки
19 Внешние ссылки

Определение значения R

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

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

где:

$R val {\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ (K ⋅m /W ) - значение R,
$Δ T {\ displaystyle \ Delta T}$ $\ Delta T$ (K) - разница температур между более теплой поверхностью и более холодной поверхностью барьера,
$ϕ q {\ displaystyle \ phi _ {q}}$ ${\ displaystyle \ phi _ {q}}$ (Вт / м) представляет собой тепловой поток через барьер.

Значение R на единицу открытой площади поверхности барьера измеряет абсолютное тепловое сопротивление барьера.

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

{\ displaystyle {\ гидроразрыва {R _ {\ текст {val}}} {A}} = R}

где:

$R val {\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ - значение R (кВт · м)
$A {\ displaystyle A}$ $A$ - площадь открытой поверхности барьера (м)
$R {\ displaystyle R}$ $R$ - абсолютное тепловое сопротивление (кВт · Вт)

Абсолютное тепловое сопротивление, $R {\ displaystyle R}$ $R$ , количественно определяет разница температур на единицу скорости теплового потока, необходимой 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, но 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 «абсолютное тепловое сопротивление» для обозначения разности температур на единицу расхода тепла и термин «R-значение» для обозначения разности 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. Тепловой поток через барьер управляется разницей температур между двумя сторонами барьера, и значение R количественно определяет, насколько эффективно объект сопротивляется этому движению: разница температур, деленная на значение R, а затем умноженная на площадь открытой поверхности барьер дает общую скорость теплового потока через барьер, измеряемую в ваттах или в БТЕ в час.

ϕ = Δ T ⋅ AR val {\ displaystyle \ phi = {\ frac {\ Delta T \ cdot A} {R _ {\ text {val}}}}}

{\ displaystyle \ phi = {\ frac {\ Delta T \ cdot A} {R _ {\ text {val}}}}}

где:

$R val { \ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ - значение R (км / Вт),
$Δ T {\ displaystyle \ Delta T}$ $\ Delta T$ - это разница температур (K) между более теплой и более холодной поверхностью барьера,
$A {\ displaystyle A}$ $A$ - площадь открытой поверхности (м) барьера,
$ϕ {\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ - скорость теплового потока (Вт) через барьер.

Пока задействованные материалы представляют собой плотные твердые тела, находящиеся в прямом взаимном контакте, значения R являются аддитивными; например, общее значение R барьера, состоящего из нескольких слоев материала, представляет собой сумму значений R отдельных слоев.

Значение RSI

Обратите внимание, что значение R это термин строительная промышленность для обозначения того, что в других контекстах называется «термическое сопротивление » «для единицы площади». Иногда его обозначают как значение RSI, если используются единицы измерения SI (метрические). Значение R может быть задано для материала (например, для пенополиэтилена ) или для набора материалов (например, стены или окна). В случае материалов это часто выражается через R-значение на единицу длины (например, на дюйм толщины). Последнее может быть вводящим в заблуждение в случае теплоизоляции зданий с низкой плотностью, для которых R-значения не являются суммируемыми: их R-значение на дюйм не является постоянным по мере того, как материал становится толще, а обычно уменьшается..

Единицы R-значения (см. ниже ) обычно явно не указываются, поэтому важно решить из контекста, какие единицы используются: выраженное R-значение в единицах IP (дюйм-фунт) примерно в 5,68 раз больше, чем при выражении в единицах СИ, так что, например, окно, которое равно 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 R-значения, все следующее означает одно и то же: «это окно R-2»; "это окно R2"; «это окно имеет R-значение 2»; «это окно с R = 2» (и аналогично со значениями RSI, которые также включают возможность «это окно обеспечивает RSI 0,35 сопротивления тепловому потоку»).

Кажущееся значение R

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 теплопередача процессы, отличные от проводимости (а именно, конвекция и излучение ), вносят значительный вклад в теплопередачу внутри материал. В таких случаях полезно ввести «кажущуюся теплопроводность», которая учитывает эффекты всех трех видов процессов, и определить значение R в более общем виде как толщину образца, деленную на его кажущуюся термическую проводимость. Некоторые уравнения, связывающие это обобщенное значение R, также известное как кажущееся значение R, с другими величинами:

R val ′ = Δ xk ′ = 1 U val = Δ x × r ′ { \ displaystyle R _ {\ text {val}} ^ {\ prime} = {\ frac {\ Delta x} {k ^ {\ prime}}} = {\ frac {1} {U _ {\ text {val}}} } = \ Delta x \ times r ^ {\ prime}}

{\ displaystyle R _ {\ text { val}} ^ {\ prime} = {\ frac {\ Delta x} {k ^ {\ prime}}} = {\ frac {1} {U _ {\ text {val}}}} = \ Delta x \ times г ^ {\ prime}}

где:

$R val ′ {\ displaystyle R _ {\ text {val}} ^ {\ prime}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {val}} ^ {\ prime}}$ - это кажущееся значение R (K /W ) по толщине образца,
$Δ x {\ displaystyle \ Delta x}$ $\ Delta x$ - толщина (м ) образца ( измеряется на пути, параллельном тепловому потоку),
$k ′ {\ displaystyle k ^ {\ prime}}$ ${\ displaystyle k ^ {\ prime}}$ - кажущаяся теплопроводность материала (W /(K ·m )),
$U val {\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$ - коэффициент теплопередачи или «значение U » материала (W /K ),
$r ′ = K ′ - 1 {\ displaystyle r ^ {\ prime} = {k ^ {\ prime}} ^ {- 1}}$ ${\ displaystyle r ^ {\ prime} = {k ^ {\ prime}} ^ {- 1}}$ - кажущееся тепловое сопротивление материала (K ·m /W ).

An кажущееся значение R определяет физический Это называется теплоизоляцией.

Однако за это обобщение приходится платить, потому что значения R, которые включают непроводящие процессы, больше не могут 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 (полиизоцианурат («полиизо») является исключением; его R -значение / дюйм увеличивается с толщиной). По аналогичным причинам значение R на дюйм также зависит от температуры материала, обычно увеличиваясь с понижением температуры (полиизо снова является исключением); номинально R-13 стекловолокно может быть R-14 при -12 ° C (10 ° F) и R-12 при 43 ° C (109 ° F). Тем не менее, в строительстве принято рассматривать значения R как независимые от температуры. Обратите внимание, что значение R может не учитывать радиационные или конвективные процессы на поверхности материала, что может быть важным фактором для некоторых приложений.

Значение R является обратной величиной коэффициент теплопередачи (U-фактор ) материала или сборки. Однако строительная промышленность США предпочитает использовать значения R, потому что они являются аддитивными и поскольку большие значения означают лучшую изоляцию, ни одно из этих значений не верно для U-факторов.

U-фактор / U-значение

U-фактор или U-значение - это общий коэффициент теплопередачи, который описывает, насколько хорошо строительный элемент проводит тепло, или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр структура, деленная на разницу температур в структуре. 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% при отсутствии ветра (меньший коэффициент U лучше снижает теплопередачу). Он выражается в ваттах на метр в квадрате кельвина (Вт / м⋅К). 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 значением лямбда (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⋅K). Для сравнения, изоляция из пенопласта имеет значение k около 0,018 Вт / (м⋅K), в то время как древесина варьируется от 0,15 до 0,75 Вт / (м⋅K), 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 с единицей СИ, равной Вт / (м⋅K), и единицей США в BTU / (ч⋅ ° F⋅ft)

U = 1 R = Q ˙ A Δ T = К L {\ Displaystyle U = {\ frac {1} {R}} = {\ frac {{\ dot {Q}} _ {A}} {\ Delta T}} = {\ frac {k} {L }}}

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

где $Q ˙ A {\ displaystyle {\ dot {Q}} _ {A}}$ ${\ точка {Q}} _ {A}$ - тепловой поток, $Δ T {\ displaystyle \ Delta T}$ $\ Delta T$ - это разница температур в материале, k - коэффициент теплопроводности материала, а L - его толщина. В некоторых случаях U обозначается как удельная поверхностная проводимость.

См. Также: tog (единица) или термический общий класс (где 1 tog = 0,1 м · K / Вт), используется для рейтинга одеяла.

Термин U-фактор обычно используется в США и Канаде для выражения теплового потока через целые сборки (например, крыши, стены и окна). 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 чаще всего используют коэффициент теплопередачи / коэффициент теплопередачи для элементов всего ограждения здания, включая окна, двери, стены, крышу и плиты грунта.

Единицы: метрические (СИ) против дюймов -фунт (IP)

Единица СИ (метрическая) для R-значения:

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

, тогда как единица измерения IP (дюйм-фунт) составляет

градус Фаренгейта квадратный фут час на британская тепловая единица (° F · фут · ч / БТЕ).

Для значений R нет разницы между обычными единицами измерения США и британские единицы, поэтому в обоих используется одна и та же единица IP.

В некоторых источниках используется «RSI», когда речь идет о значениях R в единицах СИ.

Значения R, выраженные в единицах I-P, примерно в 5,68 раз больше, чем значения R, выраженные в единицах СИ. Например, окно R-2 в системе I-P составляет около 0,35 RSI, 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 Соединенных Штатах и Канаде, хотя в Канаде обычно указываются значения IP и RSI.

Поскольку единицы измерения обычно не указываются явно, нужно выбирать из контекста какие единицы используются. В этом отношении полезно иметь в виду, что значения I-P R в 5,68 раз больше, чем соответствующие значения SI R.

Точнее,

R-значение (в IP) = RSI-value (в SI) × 5.678263337

RSI-value (в SI) = R-значение (в IP) x 0,1761101838

Различные типы изоляции

Правительство Австралии объясняет, что требуемые общие R-значения 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».

В Германии после принятия в 2009 году (10 октября) закона Energieeinsparverordnung (EnEv) об экономии энергии 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.

Министерство энергетики США рекомендовало R-значения для данных областей США на основе общей местной энергии затраты на отопление и охлаждение, а также климат местности. Существует четыре типа изоляции: рулонные и ватные, насыпной, жесткий пенопласт и пенопласт. Рулоны и войлоки обычно представляют собой гибкие изоляторы, состоящие из волокон, например стекловолокна. Изоляция с неплотным заполнением состоит из волокон или гранул, которые необходимо выдуть в пространство. Жесткая пена дороже волокна, но обычно имеет более высокое значение R на единицу толщины. Пенопластовую изоляцию можно раздувать на небольшие участки, чтобы контролировать утечки воздуха, например, вокруг окон, или можно использовать для изоляции всего дома.

Толщина

Увеличение толщины слоя изоляционный слой увеличивает тепловое сопротивление. Например, удвоение толщины ватина из стекловолокна удвоит его значение R, возможно, от 2,0 м⋅К / Вт для толщины 110 мм до 4,0 м⋅К / Вт для толщины 220 мм. 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 дополнительное, но обычно гораздо меньшее R-значение.

Факторы

Есть много факторов, которые вступают в игру при использовании значений R для расчета теплопотерь для конкретной стены. R-значения производителя применимы только к правильно установленной изоляции. Сжатие двух слоев ватина до толщины, предназначенной для одного слоя, увеличит, но не вдвое, значение R. (Другими словами, сжатие войлока из стекловолокна снижает коэффициент сопротивления войлока, но увеличивает коэффициент сопротивления на дюйм.) Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является то, что стойки и окна обеспечивают параллельный путь теплопроводности, на который не влияет коэффициент сопротивления изоляции. -ценность. 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 идеальная изоляция стен устраняет только теплопроводность через изоляцию, но не влияет на теплопроводность таких материалов, 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 непрерывного слоя изоляции из жесткого пенопласта на внешней стороне обшивки стены прервет тепловые мосты через стойки, а также снизит скорость утечки воздуха.

Основная роль

R-значение 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. Первичные потери тепла через неизолированное пространство, заполненное воздухом, составляют естественная конвекция, которая возникает из-за изменений плотности воздуха в зависимости от температуры. Изоляция значительно замедляет естественную конвекцию, делая теплопроводность основным способом передачи тепла. Пористая изоляция обеспечивает это за счет улавливания воздуха, что устраняет значительную конвективную потерю тепла, оставляя только теплопроводность и незначительную передачу излучения. Основная роль такой изоляции - обеспечить теплопроводность изоляции застойного воздуха. Однако это не может быть реализовано полностью, потому что стекловата или пена, необходимые для предотвращения конвекции, увеличивают теплопроводность по сравнению с теплопроводностью неподвижного воздуха. Незначительная радиационная теплопередача достигается за счет наличия множества поверхностей, которые прерывают «четкий обзор» между внутренней и внешней поверхностями изоляции, например, видимый свет не проходит через пористые материалы. На таких множественных поверхностях много ватина и пористой пены. Излучение также сводится к минимуму за счет внешних поверхностей с низким коэффициентом излучения (с высокой отражающей способностью), 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, поскольку аргон имеет более низкую теплопроводность, чем воздух.

Общие положения

Теплопередача через изолирующий слой аналогична электрическому сопротивлению. Теплопередачи можно определить, 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 термического 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, как и схемы, 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 сопротивления), а дополнительная изоляция в стене лишь минимально улучшит общий коэффициент сопротивления изоляции. ценность. Таким образом, 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 экономичным 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 R-значения 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, поскольку первый слой будет сжиматься под весом второго.

Расчет потерь тепла

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

Если температура внутри дома 20 ° C, а полость крыши 10 ° C, то разница температур составляет 10 ° C (или 10 K). Предполагая, что потолок изолирован по RSI 2.0 (R = 2 м⋅К / Вт), энергия будет потеряна со скоростью 10 К / (2 К · м / Вт) = 5 Вт на каждый квадратный метр потолка. Используемое здесь значение RSI относится к фактическому изоляционному слою (а не на единицу толщины изоляции).

Взаимосвязи

Толщина

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

Несколько слоев

При вычислении R-значения многослойной установки добавляются R-значения отдельных слоев:

R-value (внешний воздух пленка) + R-ценность (кирпич) + R-ценность (оболочка) + R-ценность (изоляция) + R-ценность (гипсокартон) + R-значение (внутренняя воздушная пленка) = R-value (всего).

Чтобы учесть другие компоненты в стене, такие как каркас, сначала рассчитайте U-значение (= 1 / R-значение) каждого компонента, затем средневзвешенное U-значение. 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 кремнеземного аэрогеля (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

Зависимость теплопроводности от кажущейся теплопроводности

Теплопроводность обычно определяется как скорость теплопроводности через материал 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 испытание сопротивления изоляции проводится 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 очевидного теплопроводность была предложена в документе C168, опубликованном Американским обществом испытаний и материалов. Это описывает передачу тепла всеми тремя механизмами: теплопроводностью, излучением и конвекцией.

Споры продолжаются между представителями различных сегментов изоляционной промышленности США во время пересмотра правил Федеральной торговой комиссии США о рекламе значений R, иллюстрирующих сложность проблем.

Температура поверхности в зависимости от режима теплопередачи

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

Если мы предположим идеализированную 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 термической излучательной способности 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 относительного вклада излучения, проводимости и конвекции., хотя общий вклад энергии остается прежним.

Это важный фактор при строительстве зданий, потому что 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 солнечная радиация преобладает как источник тепла. Согласно закону Стефана – Больцмана, радиационная теплопередача связана с четвертой степенью абсолютной температуры (измеряется в кельвинах : 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, пластмассовые 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, обычно при минимизации теплопередачи летом; но эти претензии не оправдываются в традиционных зимних (теплых) условиях.

Ограничения значений R при оценке излучающих барьеров

В отличие от объемных изоляторов, излучающие барьеры плохо сопротивляются проводимому теплу. Такие материалы, как отражающая фольга, обладают высокой теплопроводностью и плохо действуют 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 индустрии с использованием значений R или «эквивалентных значений R» для продуктов, которые имеют совершенно разные системы ингибирования 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.) В соответствии с действующими стандартами, R -значения наиболее достоверно указаны для объемных изоляционных материалов. Все продукты, указанные в конце, являются их примерами.

Расчет характеристик излучающих барьеров более сложен. При наличии хорошего излучающего барьера большая часть теплового потока идет за счет конвекции, которая зависит от многих факторов, помимо самого излучающего барьера. Хотя лучистые 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. красный диапазон. Значения коэффициента излучения являются подходящей метрикой для излучающих барьеров. Их эффективность, когда они используются для противодействия нагреву в ограниченных областях применения, установлена, даже несмотря на то, что значение R не полностью описывает их.

Износ

Старение изоляции

R-значения продуктов могут со временем ухудшаться. Например, уплотнение рыхлой целлюлозы с наполнителем создает пустоты, которые снижают общую производительность; этого можно избежать, плотно упаковав начальную установку. Некоторые типы изоляции из пены, 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.

Это привело к спорам о том, как оценивать изоляцию этих продуктов. Многие производители оценивают R-значение во время производства; критики утверждают, что более справедливой оценкой будет его установленная стоимость. Производство пеноматериалов приняло метод LTTR (долгосрочного термического сопротивления), который оценивает R-значение на основе средневзвешенного значения за 15 лет. Однако LTTR фактически обеспечивает только восьмилетнее значение R, что меньше по размеру здания, срок службы которого может составлять от 50 до 100 лет.

Инфильтрация

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

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

Измерения на месте R-значения

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

Термография

Термография применяется в строительном секторе для оценки качество 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.

Установка для измерения теплового потока

Результаты измерения теплового потока

Многократные измерения температуры

Этот подход основан на трех или более измерениях температуры внутри и снаружи элемента здания. Синхронизируя эти измерения и делая некоторые основные предположения, можно косвенно рассчитать тепловой поток и, таким образом, получить коэффициент теплопередачи 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
Без излучения Измерение тепла поблизости

Метод теплового потока

R-значение элемента здания может быть определено с помощью датчика теплового потока в сочетании с двумя датчиками температуры. Измеряя тепло, протекающее через строительный элемент, и комбинируя его с внутренней и внешней температурой, можно точно определить R-значение. В соответствии с нормами ISO 9869 для получения надежного результата требуется измерение, которое длится не менее 72 часов с разницей температур не менее 5 ° C, но более короткие измерения также дают надежную индикацию значения R. Ход измерения можно наблюдать на ноутбуке через соответствующее программное обеспечение, а полученные данные можно использовать для дальнейшего расчеты. Измерительные устройства для таких измерений теплового потока предлагают такие компании, как FluxTeq, Ahlborn, greenTEG и Hukseflux.

Размещение датчика теплового потока на внутренней или внешней поверхности строительного элемента позволяет определять тепловой поток через датчик теплового потока как типичное значение для теплового потока через строительный элемент. тепловой поток через датчик теплового потока представляет собой скорость теплового потока через датчик теплового потока, деленную на площадь поверхности датчик 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:

R val = Δ T ϕ q = T o - T iq / A {\ displaystyle R _ {\ text {val}} = {\ frac {\ Delta T} {\ phi _ {q} }} = {\ frac {T_ {o} -T_ {i}} {q / A}}}

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

где:

$R val {\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$ - значение R (K ⋅W ⋅m ),
$ϕ q {\ displaystyle \ phi _ {q}}$ ${\ displaystyle \ phi _ {q}}$ - тепловой поток (W ⋅m ),
$A {\ displaystyle A}$ $A$ - площадь поверхности датчика теплового потока, (m ),
$q {\ displaystyle q}$ $q$ - скорость теплового потока (W ),
$T i {\ displaystyle T_ {i}}$ $T_{i}$ - температура внутренней поверхности (K ),
$T o {\ displaystyle T_ {o}}$ $T_ {o}$ - температура внешней поверхности (K ), и
$Δ T {\ displaystyle \ Delta T}$ $\ Delta T$ - разница температур (K ) между внутренней и внешней поверхностями.

Значение U также можно рассчитать, взяв величина, обратная значению R. То есть

U val = 1 R val. {\ displaystyle U _ {\ text {val}} = {\ frac {1} {R _ {\ text {val}}}}. }

{\ displaystyle U _ {\ text {val}} = {\ frac {1} {R_ {\ te xt {val}}}}.}

где $U val {\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$ ${\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$ - значение U (W ⋅m ⋅K ).

Полученные значения R и U могут быть точными до такой степени, что 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) влияют на измерения, полученное значение R представляет собой кажущееся значение R.

Примерные значения

Панели с вакуумной изоляцией имеют наивысшее значение R, приблизительно R-45 (в единицах США) на дюйм; аэрогель имеет следующее по величине значение R (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 они имеют R-значение примерно от R-2,5 до R-4 на дюйм.

Тюки соломы имеют производительность около R-1,5 на дюйм. 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 он имеет относительно хорошую тепловую массу.

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

Типичные значения R

Значения RSI и значения R для различных материалов, нормированные на толщину в один дюйм (25,4 мм). На практике значения будут получены с использованием различных методов и толщины. Типичные значения являются приблизительными, основанными на среднем значении имеющихся цифр. В последнем столбце приведены значения RSI, нормированные на толщину метра. При нажатии на столбец значений RSI выполняется сортировка по среднему значению диапазона, а при нажатии на столбец значений R выполняется сортировка по наименьшему значению.
Материал	значение RSI (м · K /W )	значение R (фут · ° F · h /BTU )	значение RSI (м · K /W ) (на метр)
Панель с вакуумной изоляцией	5,28–8,8	14–66	208–346
Кремнезем аэрогель	1,76	10,3	69
Жесткая панель из полиуретана (расширенная CFC / HCFC) начальная	1,23–1,41	7–8	48–56
Жесткий полиуретан панель (CFC / HCFC расширенная) в возрасте 5–10 лет	1.10	6.25	43
Жесткая полиуретановая панель (пентан расширенная) начальная	1.20	6.8	47
Полиуретановая жесткая панель (вспененный пентан) в возрасте 5–10 лет	0.97	5.5	38
Жесткая панель из полиуретана с фольгированным покрытием (вспененный пентан)	1,1–1,2		45–48
Жесткая панель с покрытием из фольги полиизоцианурат вспененный пентан) исходный	1,20	6,8	55
Покрытый фольгой полиизоцианурат жесткая панель (вспененный пентаном) в возрасте 5–10 лет	0,97	5,5	38
P олизоцианурат аэрозольная пена	0,76–1,46	4,3–8,3	30–57
пенополиуретан с закрытыми порами	0,97– 1,14	5,5–6,5	38–45
Фенольная аэрозольная пена	0,85–1,23	4,8–7	33 –48
Тинсулейт утеплитель для одежды	0,28–0,51	1,6–2,9	11–20
Карбамидоформальдегидные панели	0,88–1,06	5–6	35–42
Сухие стены	0,15	.9	6,2
Пена мочевины	0,92	5,25	36,4
Экструдированный пенополистирол (XPS) высокой плотности	0,88–0,95	5–5,4	26 –40
Пенополистирол	0,88	5,00	35
Жесткая фенольная панель	0,70–0,88	4 –5	28–35
карбамидоформальдегид пена	0,70–0,81	4–4,6	28–32
Войлок из стекловолокна высокой плотности	0,63–0,88	3,6–5	25–35
Экструдированный пенополистирол (XPS) низкой плотности	0,63–0,82	3,6–4,7	25–32
Icynene насыпной (заливной)	0,70	4	28
Формованный пенополистирол (EPS) высокой плотности	0,70	4,2	22–32
Пена для дома	0,69	3,9	27,0
Рис корпуса	0,50	3,0	24
стекловолокно	0,55–0,76	3,1–4,3	22–30
Хлопковые войлоки (изоляция Blue Jean)	0,65	3,7	26
Формованный пенополистирол (EPS) низкой плотности	0,65	3,85	26
Айсининовый спрей	0,63	3,6	25
Открытые ячейки полиуретан аэрозольная пена	0,63	3,6	25
Картон	0,52–0,7	3–4	20–28
Войлок из каменной и шлаковой ваты	0,52–0,68	3–3,85	20–27
Целлюлоза с сыпучим наполнителем	0,52–0,67	3–3,8	20–26
Целлюлоза для влажного распыления	0,52–0,67	3–3,8	20–26
Каменная и шлаковая вата сыпучая	0,44–0,65	2,5–3,7	17–26
Стекловолокно с сыпучим наполнителем	0,44–0,65	2,5–3,7	17–26
Полиэтилен пена	0,52	3	20
Цементная пена	0,35–0,69	2–3,9	14–27
Перлит насыпной	0,48	2,7	19
Деревянные панели, такие как обшивка	0,44	2,5	17 (9)
Жесткая панель из стекловолокна	0,44	2,5	17
Вермикулит насыпной	0,38–0,42	2,13–2,4	15–17
Вермикулит	0,38	2,13	16–17
Тюки соломы	0,26	1,45	16–22
Papercrete		2,6–3,2	18–22
Хвойная древесина (большая часть)	0,25	1,41	7,7
Древесная щепа и другие сыпучие древесные продукты	0,18	1	7,1
Ячеистый бетон (влажность 5%)	0,18	1	7,1
Снег	0,18	1	7,1
Твердая древесина (большая часть)	0,12	0,71	5,5
руб. ick	0.030	0.2	1.3–1.8
Стекло	0.025	0,14	0,98
Заливной бетон	0,014	0,08	0,43–0,87

Типичные значения R для поверхностей

Значения R для неотражающей поверхности для воздушные пленки

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

Положение поверхности	Направление теплопередачи	RСША (час · фут · ° F / британских тепловых единиц)	RSI(К · м / Вт)
Горизонтальное (например, плоский потолок)	вверх (например, зимой)	0,61	0,11
по горизонтали (например, плоский потолок)	вниз (например, лето)	0,92	0,16
Вертикально (например, стена)	Горизонтально	0,68	0,12
Наружная поверхность, любое положение, движущийся воздух 6,7 м / с (зима)	В любом направлении	0,17	0,030
Наружная поверхность, любое положение, движущийся воздух 3,4 м / с (лето)	В любом направлении	0,25	0,044

На практике вышеуказанные значения поверхности используются для полов, потолков и стен в здании, но не подходят для замкнутых воздушных полостей, например, между стеклами. На эффективное тепловое сопротивление замкнутой воздушной полости сильно влияют лучистая теплопередача и расстояние между двумя поверхностями. См. изоляционное остекление для сравнения значений R для окон с некоторыми эффективными значениями R, которые включают воздушную полость.

Излучающие барьеры

Материал	Кажущееся значение R (мин.)	Кажущееся значение R (макс.)	Ссылка
Светоотражающая изоляция	Ноль (для сборки без прилегающего воздушного пространства.)	R-10.7 (теплопередача вниз), R-6.7 (теплопередача горизонтальная), R-5 (теплопередача вверх) Спросите тесты R-value от производителя для вашей конкретной сборки.

Правило R-Value в США

Федеральная торговая комиссия (FTC) регулирует заявления о R-ценностях для защиты потребителей от ложных и вводящих в заблуждение рекламных заявлений. Он выпустил правило R-Value.

Основная цель правила - 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 изоляции домов была раскрыта в определенных рекламных объявлениях и в местах продажи. Цель требования о раскрытии R-ценности для рекламы - предотвратить введение потребителей в заблуждение некоторыми 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

Правило R-значения указывает:

На этикетках, информационных бюллетенях, объявлениях или других рекламных материалах не указывайте R-значение для одного дюйма или "R". -значение на дюйм вашего продукта. Есть два исключения:

a. Вы можете сделать это, если предложите использовать изделие толщиной в один дюйм.

b. Вы можете сделать это, если фактические результаты испытаний покажут, что R-значения на дюйм вашего продукта не падают по мере того, как он становится толще.

Вы можете указать диапазон значений R на дюйм. Если вы это сделаете, вы должны точно сказать, насколько значение R падает с увеличением толщины. Вы также должны добавить следующее утверждение: «Значение R на дюйм этой изоляции зависит от толщины. Чем толще изоляция, тем ниже значение R на дюйм».

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки