stringtranslate.com

Значение R (изоляция)

Установленная облицованная стекловолоконная теплоизоляция с видимым значением R (R-21) [1]

Значение R (в К ⋅ м 2 / Вт ) является мерой того, насколько хорошо двумерный барьер, такой как слой изоляции , окно или целая стена или потолок, сопротивляется кондуктивному [2] потоку тепла в контексте строительства . [3] Значение R представляет собой разницу температур на единицу теплового потока , необходимую для поддержания одной единицы теплового потока между более теплой поверхностью и более холодной поверхностью барьера в стационарных условиях. Таким образом, эта мера одинаково актуальна для снижения счетов за электроэнергию для отопления зимой, для охлаждения летом и для общего комфорта.

Значение R — это термин строительной промышленности [3] для теплового сопротивления «на единицу площади». [4] Иногда его обозначают как значение RSI, если используются единицы СИ . [5] Значение R может быть дано для материала (например, для вспененного полиэтилена ) или для сборки материалов (например, стены или окна). В случае материалов оно часто выражается в терминах значения R на метр. Значения R являются аддитивными для слоев материалов, и чем выше значение R, тем лучше эксплуатационные характеристики.

Коэффициент теплопередачи (U-фактор) или значение U (в Вт / (м2 ⋅К )) — это общий коэффициент теплопередачи , который можно найти, взяв обратную величину R-значения. Это свойство, которое описывает, насколько хорошо строительные элементы проводят тепло на единицу площади при градиенте температуры. [6] Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев материалов, таких как те, которые составляют ограждающую конструкцию здания . Он выражается в ваттах на квадратный метр Кельвина. Чем выше значение U, тем ниже способность ограждающей конструкции здания противостоять теплопередаче. Низкое значение U или, наоборот, высокое значение R обычно указывают на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку это способ прогнозирования составного поведения всего строительного элемента, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

Определение R-значения

Это касается технической/конструктивной ценности.

где:

Значение R на единицу площади открытой поверхности барьера измеряет абсолютное тепловое сопротивление барьера. [7]

где:

Абсолютное тепловое сопротивление , , количественно определяет разницу температур на единицу скорости теплового потока , необходимую для поддержания одной единицы скорости теплового потока. Иногда возникает путаница, поскольку в некоторых публикациях термин тепловое сопротивление используется для разницы температур на единицу теплового потока , но в других публикациях термин тепловое сопротивление используется для разницы температур на единицу скорости теплового потока. Дальнейшая путаница возникает, поскольку в некоторых публикациях используется символ R для обозначения разницы температур на единицу теплового потока, но в других публикациях символ R используется для обозначения разницы температур на единицу скорости теплового потока. В этой статье используется термин абсолютное тепловое сопротивление для разницы температур на единицу скорости теплового потока и используется термин R-value для разницы температур на единицу теплового потока.

В любом случае, чем больше значение R, тем больше сопротивление и, следовательно, тем лучше теплоизоляционные свойства барьера. Значения R используются для описания эффективности изоляционного материала и для анализа теплового потока через конструкции (такие как стены, крыши и окна) в стационарных условиях. [7] Тепловой поток через барьер обусловлен разницей температур между двумя сторонами барьера, а значение R количественно определяет, насколько эффективно объект сопротивляется этому движению: [8] [9] Разница температур, деленная на значение R и затем умноженная на открытую площадь поверхности барьера, дает общую скорость теплового потока через барьер, измеряемую в ваттах или в БТЕ в час.

где:

Пока задействованные материалы представляют собой плотные твердые тела, находящиеся в непосредственном взаимном контакте, [10] значения R являются аддитивными; например, общее значение R барьера, состоящего из нескольких слоев материала, представляет собой сумму значений R отдельных слоев . [7] [11]

Например, зимой может быть 2 °C снаружи и 20 °C внутри, что составляет разницу температур в 18 °C или 18 K. Если материал имеет значение R 4, он потеряет 0,25 Вт/(°C⋅м 2 ). При площади 100 м 2 тепловая энергия теряется 0,25 Вт/(K⋅м 2 ) × 18 °C × 100 м 2 = 450 Вт. Будут и другие потери через пол, окна, вентиляционные щели и т. д. Но только для этого материала уходит 450 Вт, и их можно заменить нагревателем мощностью 450 Вт внутри, чтобы поддерживать внутреннюю температуру.

Использование, ед.

Обратите внимание, что значение R является термином строительной отрасли [3] для того, что в других контекстах называется « тепловым сопротивлением » «для единицы площади». [4] Иногда его обозначают как значение RSI, если используются единицы СИ (метрические). [5] [12]

Значение R может быть дано для материала (например, для вспененного полиэтилена ) или для сборки материалов (например, стены или окна). В случае материалов оно часто выражается в терминах значения R на единицу длины (например, на дюйм толщины). Последнее может быть обманчивым в случае теплоизоляции зданий с низкой плотностью, для которых значения R не являются аддитивными: их значение R на дюйм не является постоянным по мере увеличения толщины материала, а, скорее, обычно уменьшается. [10]

Единицы измерения R-значения (см. ниже) обычно явно не указываются, поэтому важно определить из контекста, какие единицы используются: значение R, выраженное в единицах IP (дюйм-фунт) [13] , примерно в 5,68 раз больше, чем выраженное в единицах СИ, [14], так что, например, окно, которое имеет R-2 в единицах IP, имеет RSI 0,35 (поскольку 2/5,68 = 0,35). Для значений R нет разницы между общепринятыми единицами США и имперскими единицами .

Все нижеследующее означает одно и то же: «это окно R-2»; [15] «это окно R2»; [16] [5] «это окно имеет значение R 2»; [15] «это окно с R = 2» [17] (и аналогично со значениями RSI, которые также включают возможность «это окно обеспечивает RSI 0,35 сопротивления тепловому потоку» [18] [5] ).

Кажущееся значение R

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

где:

Кажущееся значение R количественно характеризует физическую величину, называемую теплоизоляцией .

Однако это обобщение имеет свою цену, поскольку значения R, включающие 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 [10] ( полиизоцианурат (в просторечии, полиизо ) является исключением; его значение R/дюйм увеличивается с толщиной [19] ). По аналогичным причинам значение R на дюйм также зависит от температуры материала, обычно увеличиваясь с уменьшением температуры (полиизоцианурат снова является исключением); номинально R-13 стекловолоконный мат может иметь R-14 при −12 °C (10 °F) и R-12 при 43 °C (109 °F). [20] Тем не менее, в строительстве принято рассматривать значения R как не зависящие от температуры. [21] Обратите внимание, что значение R может не учитывать радиационные или конвективные процессы на поверхности материала , которые могут быть важным фактором для некоторых приложений. [ необходима ссылка ]

Значение R является обратной величиной коэффициента теплопередачи (U-фактора) материала или сборки. Однако строительная промышленность США предпочитает использовать значения R, поскольку они являются аддитивными и поскольку большие значения означают лучшую изоляцию, ни одно из которых не относится к U-факторам. [3]

U-фактор/U-значение

Коэффициент теплопередачи (U-factor) или значение U — это общий коэффициент теплопередачи , который описывает, насколько хорошо элемент здания проводит тепло или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр конструкции, деленная на разницу температур по всей конструкции. [6] Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев компонентов, таких как те, которые составляют стены/полы/крыши и т. д. Он выражается в ваттах на квадратный метр Кельвина Вт/(м2 ⋅К ). Это означает, что чем выше значение U, тем хуже тепловые характеристики оболочки здания. Низкое значение U обычно указывает на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку это способ прогнозирования составного поведения всего элемента здания, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

В большинстве стран свойства конкретных материалов (например, изоляции) обозначаются теплопроводностью , иногда называемой k-значением или лямбда-значением (строчная буква λ). Теплопроводность (k-значение) — это способность материала проводить тепло; следовательно, чем ниже k-значение, тем лучше материал подходит для изоляции. Пенополистирол (EPS) имеет k-значение около 0,033 Вт/(м⋅К). [22] Для сравнения, изоляция из фенольной пены имеет k-значение около 0,018 Вт/(м⋅К), [23] в то время как древесина варьируется от 0,15 до 0,75 Вт/(м⋅К), а сталь имеет k-значение около 50,0 Вт/(м⋅К). Эти цифры различаются от продукта к продукту, поэтому Великобритания и ЕС установили стандарт 90/90, который означает, что 90% продукта будут соответствовать указанному значению k с уровнем достоверности 90%, если указанное число указано как значение лямбда 90/90.

U — это величина, обратная R [24] с единицами СИ Вт/(м 2 ⋅К) и единицами США БТЕ/(ч⋅°F⋅фут 2 ).

где - тепловой поток , - разность температур по всему материалу, k - коэффициент теплопроводности материала, а L - его толщина. В некоторых контекстах U называют удельной поверхностной проводимостью. [25]

Термин U-фактор обычно используется в США и Канаде для выражения теплового потока через целые конструкции (такие как крыши, стены и окна [26] ). Например, энергетические кодексы, такие как ASHRAE 90.1 и IECC, предписывают U-значения. Однако R-значение широко используется на практике для описания теплового сопротивления изоляционных изделий, слоев и большинства других частей ограждения здания (стен, полов, крыш). В других регионах мира чаще используют U-значение/U-фактор для элементов всего ограждения здания, включая окна, двери, стены, крышу и фундаментные плиты. [27]

Единицы измерения: метрическая (СИ) и дюйм-фунт (ИП)

Единицей измерения R в системе СИ (метрической) является
      кельвин на квадратный метр на ватт (К⋅м 2 /Вт или, что то же самое, °C⋅м 2 /Вт),

в то время как единица IP (дюйм-фунт) — это
      градус Фаренгейта в квадратном футе в час на британскую тепловую единицу (°F⋅фут 2 ⋅ч/БТЕ). [13]

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

Некоторые источники используют «RSI» при ссылке на значения R в единицах СИ. [5] [12]

Значения R, выраженные в единицах IP, примерно в 5,68 раз больше значений R, выраженных в единицах СИ. [14] Например, окно, которое равно R-2 в системе IP, имеет RSI около 0,35, поскольку 2/5,68 ≈ 0,35.

В странах, где широко используется система СИ, значения R также обычно указываются в единицах СИ. К ним относятся Великобритания, Австралия и Новая Зеландия.

Значения IP обычно указываются в Соединенных Штатах и ​​Канаде, хотя в Канаде обычно указываются как значения IP, так и значения RSI. [28]

Поскольку единицы измерения обычно не указываются явно, необходимо решить из контекста, какие единицы используются. В этой связи полезно иметь в виду, что значения R IP в 5,68 раза больше соответствующих значений R SI.

Точнее, [29] [30]


      Значение R (в IP) ≈ Значение RSI (в SI) × 5,678263
      Значение RSI (в SI) ≈ Значение R (в IP) × 0,1761102

Различные типы изоляции

Правительство Австралии поясняет, что требуемые общие значения R для строительной конструкции различаются в зависимости от климатической зоны. «К таким материалам относятся блоки из ячеистого бетона, пустотелые блоки из вспененного полистирола, соломенные тюки и листы из экструдированного полистирола». [31]

В Германии после принятия в 2009 году (10 октября) закона Energieeinsparverordnung (EnEv) относительно энергосбережения 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 части заменяются или добавляются к существующим конструкциям. [32]

Министерство энергетики США рекомендовало значения R для определенных областей США на основе общих местных затрат на энергию для отопления и охлаждения, а также климата области. Существует четыре типа изоляции: рулоны и ваты, насыпная, жесткая пена и вспененная на месте. Рулоны и ваты, как правило, являются гибкими изоляторами, которые поставляются в виде волокон, таких как стекловолокно. Насыпная изоляция поступает в виде свободных волокон или гранул и должна быть задута в пространство. Жесткая пена дороже волокна, но, как правило, имеет более высокое значение R на единицу толщины. Изоляция вспененной на месте может быть задута в небольшие области для контроля утечек воздуха, например, вокруг окон, или может использоваться для изоляции всего дома. [33]

Толщина

Увеличение толщины изоляционного слоя увеличивает тепловое сопротивление. Например, удвоение толщины стекловолоконной ваты удвоит ее значение R, возможно, с 2,0 м 2 ⋅К/Вт для толщины 110 мм до 4,0 м 2 ⋅К/Вт для толщины 220 мм. Передача тепла через изоляционный слой аналогична добавлению сопротивления в последовательную цепь с фиксированным напряжением. Однако это выполняется лишь приблизительно, поскольку эффективная теплопроводность некоторых изоляционных материалов зависит от толщины. Добавление материалов для изоляции, таких как гипсокартон и сайдинг, обеспечивает дополнительное, но обычно гораздо меньшее значение R.

Факторы

При использовании значений R для расчета теплопотерь для конкретной стены учитывается множество факторов. Значения R производителя применяются только к правильно установленной изоляции. Сжатие двух слоев ватина до толщины, предназначенной для одного слоя, увеличит, но не удвоит значение R. (Другими словами, сжатие стекловолоконной ваты уменьшает значение R ваты, но увеличивает значение R на дюйм.) Другим важным фактором, который следует учитывать, является то, что стойки и окна обеспечивают параллельный путь теплопроводности, на который не влияет значение R изоляции. Практическим следствием этого является то, что можно удвоить значение R изоляции, установленной между элементами каркаса, и добиться существенно меньшего, чем 50-процентного снижения теплопотерь. При установке между стойками стены даже идеальная изоляция стены только устраняет 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 жесткой пенопластовой изоляции на внешней стороне обшивки стены прекратит возникновение тепловых мостиков через стойки, а также снизит скорость утечки воздуха.

Основная роль

Значение R является мерой способности образца изоляции снижать скорость теплового потока при определенных условиях испытаний. Основным режимом теплопередачи, которому препятствует изоляция, является теплопроводность, но изоляция также снижает потери тепла всеми тремя режимами теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Первичная потеря тепла через неизолированное заполненное воздухом пространство — естественная конвекция , которая происходит из-за изменений плотности воздуха в зависимости от температуры. Изоляция значительно замедляет естественную конвекцию, делая теплопроводность основным режимом теплопередачи. Пористая изоляция достигает этого, удерживая воздух, так что значительная конвективная потеря тепла устраняется, оставляя только теплопроводность и незначительную передачу излучения. Основная роль такой изоляции — сделать теплопроводность изоляции такой же, как у запертого, застоявшегося воздуха. Однако это не может быть реализовано в полной мере, поскольку стекловата или пена, необходимые для предотвращения конвекции, увеличивают теплопроводность по сравнению с теплопроводностью неподвижного воздуха. Незначительная лучистая теплопередача достигается за счет того, что множество поверхностей прерывают «ясный обзор» между внутренними и внешними поверхностями изоляции, например, видимый свет прерывается от прохождения через пористые материалы. Такие множественные поверхности в изобилии присутствуют в вате и пористой пене. Излучение также минимизируется за счет низкой излучательной способности (высокоотражающей) внешних поверхностей, таких как алюминиевая фольга. Более низкая теплопроводность или более высокие значения R могут быть достигнуты путем замены воздуха аргоном, когда это практично, например, в специальной пенной изоляции с закрытыми порами, поскольку аргон имеет более низкую теплопроводность, чем воздух.

Общий

Передача тепла через изолирующий слой аналогична электрическому сопротивлению . Передачу тепла можно рассчитать, представив сопротивление последовательно с фиксированным потенциалом, за исключением того, что сопротивления являются тепловыми сопротивлениями, а потенциал — разницей температур с одной стороны материала на другую. Сопротивление каждого материала передаче тепла зависит от удельного теплового сопротивления [значение R]/[толщина единицы], которое является свойством материала (см. таблицу ниже) и толщины этого слоя. Тепловой барьер , состоящий из нескольких слоев, будет иметь несколько тепловых резисторов в аналогичных цепях, каждый из которых соединен последовательно. Аналогично набору параллельных резисторов, хорошо изолированная стена с плохо изолированным окном позволит пропорционально большему количеству тепла проходить через окно (с низким сопротивлением), а дополнительная изоляция в стене лишь минимально улучшит общее значение R. Таким образом, наименее хорошо изолированная часть стены будет играть наибольшую роль в передаче тепла относительно ее размера, подобно тому, как большая часть тока протекает через резистор с самым низким сопротивлением в параллельной решетке. Поэтому обеспечение того, чтобы окна, технологические отверстия (вокруг проводов/труб), двери и другие отверстия в стене были хорошо герметизированы и изолированы, часто является наиболее экономически эффективным способом улучшения изоляции конструкции, если стены достаточно изолированы.

Подобно сопротивлению в электрических цепях, увеличение физической длины (для изоляции, толщины) резистивного элемента, например, графита, линейно увеличивает сопротивление; удвоение толщины слоя означает удвоение значения R и половину теплопередачи; учетверение, четверть и т. д. На практике эта линейная зависимость не всегда выполняется для сжимаемых материалов, таких как стекловата и хлопковый ватин, тепловые свойства которых изменяются 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 сжат под весом второго.

Расчет теплопотерь

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

Если температура внутри дома составляет 20 °C, а в полости крыши — 10 °C, то разница температур составляет 10 °C (или 10 K). Если предположить, что потолок изолирован до RSI 2,0 (R = 2 м 2 ⋅K/Вт), энергия будет теряться со скоростью 10 K / (2 K⋅m 2 /W) = 5 Вт на каждый квадратный метр (Вт/м 2 ) потолка. Значение RSI, используемое здесь, относится к фактическому изоляционному слою (а не к единице толщины изоляции).

Отношения

Толщина

Значение R не следует путать с внутренним свойством теплового сопротивления и его обратным свойством — теплопроводностью . Единица СИ теплового сопротивления — К⋅м/Вт. Теплопроводность предполагает, что теплопередача материала линейно связана с его толщиной.

Несколько слоев

При расчете R-значения многослойной установки R-значения отдельных слоев складываются: [34]


      Коэффициент теплопередачи (наружная воздушная пленка) + коэффициент теплопередачи (кирпич) + коэффициент теплопередачи (обшивка) + коэффициент теплопередачи (изоляция) + коэффициент теплопередачи (гипсокартон) + коэффициент теплопередачи (внутренняя воздушная пленка) = коэффициент теплопередачи (общий) .

Чтобы учесть другие компоненты стены, такие как каркас, сначала вычислите значение U (= 1/R-value) каждого компонента, затем средневзвешенное по площади значение U. Среднее значение R равно 1/(среднее значение U). Например, если 10% площади — это 4 дюйма мягкой древесины (R-value 5,6), а 90% — это 2 дюйма аэрогеля силиката (R-value 20), средневзвешенное по площади значение U равно 0,1/5,6 + 0,9/20 ≈ 0,0629, а средневзвешенное значение R равно 1/0,0629 ≈ 15,9.

Противоречие

Теплопроводность против кажущейся теплопроводности

Теплопроводность традиционно определяется как скорость теплопроводности через материал на единицу площади на единицу толщины на единицу разницы температур (Δ T ). Обратной величиной теплопроводности является удельное сопротивление (или R на единицу толщины). Теплопроводность — это скорость теплового потока через единицу площади при установленной толщине и любом заданном Δ T.

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

В большинстве случаев тестирование R-значения изоляции проводится при постоянной температуре, обычно около 70 °F (21 °C) без движения окружающего воздуха. Поскольку это идеальные условия, указанное R-значение для изоляции почти наверняка будет выше, чем оно было бы при фактическом использовании, поскольку большинство ситуаций с изоляцией происходят в других условиях

Определение R-value, основанное на кажущейся теплопроводности, было предложено в документе C168, опубликованном Американским обществом по испытаниям и материалам. Оно описывает тепло, передаваемое всеми тремя механизмами — проводимостью, излучением и конвекцией.

Среди представителей различных сегментов изоляционной промышленности США продолжаются дебаты в ходе пересмотра правил Федеральной торговой комиссии США относительно рекламы значений R [35], что иллюстрирует сложность этих вопросов.

Температура поверхности в зависимости от способа теплопередачи

Существуют недостатки в использовании одной лабораторной модели для одновременной оценки свойств материала, чтобы противостоять кондуктивному, излучаемому и конвективному нагреву. Температура поверхности меняется в зависимости от способа теплопередачи.

Если предположить идеализированный теплообмен между воздухом с каждой стороны и поверхностью изоляции, то температура поверхности изолятора будет равна температуре воздуха с каждой стороны.

В ответ на тепловое излучение температура поверхности зависит от теплоизлучательной способности материала. Поверхности с низкой теплоизлучательной способностью, такие как блестящая металлическая фольга, уменьшат теплопередачу излучением.

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

При наличии нескольких режимов теплопередачи конечная температура поверхности (и, следовательно, наблюдаемый поток энергии и расчетное значение R) будут зависеть от относительного вклада излучения, проводимости и конвекции, даже если общий вклад энергии останется прежним.

Это важный фактор в строительстве зданий, поскольку тепловая энергия поступает в разных формах и пропорциях. Вклад лучистых и кондуктивных источников тепла также меняется в течение года, и оба они являются важными факторами теплового комфорта

В жаркое время года источником тепла является солнечное излучение. Согласно закону Стефана-Больцмана , лучистый перенос тепла связан с четвертой степенью абсолютной температуры (измеряемой в кельвинах : T [K] = T [°C] + 273,16). Поэтому такой перенос наиболее существенен, когда целью является охлаждение (т. е. когда солнечное излучение создает очень теплые поверхности). С другой стороны, кондуктивные и конвективные режимы потери тепла играют более существенную роль в более прохладные месяцы. При таких низких температурах окружающей среды традиционная волокнистая, пластиковая и целлюлозная изоляция играет, безусловно, главную роль: компонент лучистого переноса тепла имеет гораздо меньшее значение, а основной вклад радиационного барьера заключается в его превосходной воздухонепроницаемости. Подводя итог: заявления об изоляции лучистого барьера оправданы при высоких температурах, как правило, при минимизации летней теплопередачи; но эти заявления не оправданы в традиционных зимних (сохраняющих тепло) условиях.

Ограничения значений R при оценке теплоотражающих барьеров

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

Вопрос о том, как количественно оценить производительность других систем, таких как тепловые барьеры, привел к спорам и путанице в строительной отрасли 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 для значения R строительного материала; термин «эквивалентное значение R» не имеет юридического определения и, следовательно, не имеет смысла.) Согласно действующим стандартам, значения R наиболее надежно указываются для объемных изоляционных материалов. Все продукты, указанные в конце, являются примерами таковых.

Расчет производительности излучающих барьеров более сложен. При наличии хорошего излучающего барьера большая часть теплового потока происходит 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 излучательной способности [36] являются подходящей метрикой для излучающих барьеров. Их эффективность при использовании для сопротивления накоплению тепла в ограниченных приложениях установлена ​​[37] , хотя значение R не описывает их адекватно.

Ухудшение

Старение изоляции

Хотя исследований по долгосрочному ухудшению R-значения в изоляции недостаточно, недавние [ когда? ] исследования показывают, что R-значения продуктов могут ухудшаться с течением времени. Например, уплотнение целлюлозы с насыпным заполнением создает пустоты, которые снижают общую производительность; этого можно избежать, плотно упаковав при первоначальной установке. Некоторые типы пенной изоляции, такие как полиуретан и полиизоцианурат, выдуваются в форму с помощью тяжелых газов, таких как хлорфторуглероды (ХФУ) или гидрохлорфторуглероды (ГФУ). Однако со временем эти газы диффундируют из пены и заменяются воздухом, тем самым снижая эффективное R-значение продукта. Существуют другие пены, которые не изменяются значительно со временем, поскольку они выдуваются водой или являются открытоячеистыми и не содержат захваченных ХФУ или ГФУ (например, полуфунтовые пены низкой плотности). Для некоторых марок двадцатилетние испытания не показали усадки или снижения изоляционных свойств. [ необходима цитата ]

Это привело к спорам о том, как оценивать изоляцию этих продуктов. Многие производители оценивают значение R на момент производства; критики утверждают, что более справедливой оценкой было бы его установленное значение. [ необходима цитата ] Индустрия пенопласта [ когда? ] приняла метод долгосрочного термического сопротивления (LTTR), [38] который оценивает значение R на основе 15-летнего средневзвешенного значения. Однако LTTR фактически обеспечивает только восьмилетнее значение R, что мало в масштабах здания, срок службы которого может составлять от 50 до 100 лет.

Исследования были проведены Центром инженерных исследований и разработок армии США по долгосрочному разрушению изоляционных материалов. Значения по разрушению были получены в результате краткосрочных лабораторных испытаний материалов, подвергавшихся воздействию различных температурных и влажностных условий. Результаты показывают, что поглощение влаги и потеря вспенивающего агента (в распыляемой полиуретановой пене с закрытыми ячейками) были основными причинами потери R-значения. Стекловолокно и экструдированный полистирол сохранили более 97% своих первоначальных значений R, в то время как аэрогели и полиуретан с закрытыми ячейками показали снижение на 15% и 27,5% соответственно. Результаты показывают, что закон экспоненциального затухания с течением времени применяется к значениям R для полиуретанов с закрытыми ячейками и аэрогелевых одеял. [39]

Проникновение

Правильное внимание к мерам герметизации воздуха и учет механизмов переноса пара важны для оптимального функционирования объемных изоляторов. Инфильтрация воздуха может привести к конвективному переносу тепла или образованию конденсата, оба из которых могут ухудшить эксплуатационные характеристики изоляции.

Одной из основных ценностей изоляции из распыляемой пены является ее способность создавать герметичное (а в некоторых случаях и водонепроницаемое) уплотнение непосредственно на подложке для снижения нежелательных последствий утечки воздуха. Для снижения или устранения инфильтрации также используются другие строительные технологии, такие как методы герметизации воздуха.

Измерения R-значения на месте

Ухудшение значений R является особенно серьезной проблемой при определении энергоэффективности существующего здания. Особенно в старых или исторических зданиях значения R, определенные до строительства, могут сильно отличаться от фактических значений. Это сильно влияет на анализ энергоэффективности. Поэтому для получения надежных данных значения R часто определяются с помощью измерений значений U в определенном месте (in situ). Для этого существует несколько потенциальных методов, каждый из которых имеет свои определенные компромиссы: термография, множественные измерения температуры и метод теплового потока. [6]

Термография

Термография применяется в строительном секторе для оценки качества теплоизоляции помещения или здания. С помощью термографической камеры можно определить тепловые мосты и неоднородные части изоляции. Однако она не дает 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 значение U элемента здания. Для получения надежных результатов необходимо выполнить следующие требования:

Метод теплового потока

Значение R элемента здания можно определить, используя датчик теплового потока в сочетании с двумя датчиками температуры. [40] Измеряя тепло, которое протекает через элемент здания, и комбинируя это с внутренней и наружной температурой, можно точно определить значение R. 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 более короткие промежутки времени измерения также дают надежное указание на значение R. Ход измерения можно просматривать на ноутбуке с помощью соответствующего программного обеспечения, а полученные данные можно использовать для дальнейших расчетов. Измерительные приборы для таких измерений теплового потока предлагаются такими компаниями, как FluxTeq, [41] Ahlborn, greenTEG и Hukseflux.

Размещение датчика теплового потока на внутренней или внешней поверхности строительного элемента позволяет определить тепловой поток через датчик теплового потока как репрезентативное значение теплового потока через строительный элемент. Тепловой поток через датчик теплового потока представляет собой скорость теплового потока через датчик теплового потока, деленную на площадь поверхности датчика теплового потока . Размещение датчиков температуры на внутренней и внешней поверхностях строительного элемента позволяет определить 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 представляет собой разницу температур между двумя датчиками температуры, деленную на тепловой поток через датчик теплового потока . Математическая формула имеет вид:

где:

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

где — значение U ( Вт ⋅ м −2 ⋅ К −1 ).

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

Примеры значений

Панели с вакуумной изоляцией имеют самое высокое значение R, приблизительно R-45 (в единицах США) на дюйм; аэрогель имеет следующее по величине значение R (примерно от R-10 до R-30 на дюйм), за ним следуют полиуретановая (PUR) и фенольная пена с R-7 на дюйм. За ними следуют полиизоцианурат (PIR) с R-5,8, пропитанный графитом вспененный полистирол с R-5 и вспененный полистирол (EPS) с R-4 на дюйм. Свободная целлюлоза, стекловолокно (как выдувное, так и в виде войлока) и минеральная вата (как выдувное, так и в виде войлока) имеют значение R примерно от R-2,5 до R-4 на дюйм.

Соломенные тюки имеют показатель R-2,38–2,68 на дюйм в зависимости от ориентации тюков. [42] Однако типичные дома из соломенных тюков имеют очень толстые стены и, таким образом, 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 для значения R используется определение, принятое в США (не в системе СИ).

Аэрогель является чрезвычайно хорошим теплоизолятором, который при давлении в одну десятую атмосферы имеет значение R-40/м, [43] по сравнению с R-3,5/м для стекловолоконного одеяла. [44]

Типичные значения R

Это список изоляционных материалов, используемых во всем мире.

Типичные значения R для различных материалов и конструкций приведены в качестве приближений, основанных на среднем значении доступных значений, и отсортированы по наименьшему значению. Значение R на расстоянии 1 м дает значения R, нормализованные к толщине 1 метр (3 фута 3 дюйма), и сортируется по медианному значению диапазона.

Типичные значения R для поверхностей

Неотражающие поверхности R-значения для воздушных пленок

При определении общего теплового сопротивления строительной конструкции, такой как стена или крыша, изолирующий эффект поверхностной воздушной пленки добавляется к тепловому сопротивлению других материалов. [64]

На практике указанные выше значения поверхности используются для полов, потолков и стен в здании, но не являются точными для закрытых воздушных полостей, таких как между стеклами. Эффективное тепловое сопротивление закрытой воздушной полости сильно зависит от лучистого теплообмена и расстояния между двумя поверхностями. См. раздел изолированное остекление для сравнения значений R для окон, с некоторыми эффективными значениями R, которые включают воздушную полость.

Лучистые барьеры

Правило R-значенияв США

Федеральная торговая комиссия (FTC) регулирует заявления о R-значениях для защиты потребителей от обманчивых и вводящих в заблуждение рекламных заявлений. Она выпустила Правило R-значения. [67]

Основная цель правила — гарантировать, что рынок изоляции для дома предоставит потребителю эту важную информацию перед покупкой. Эта информация дает потребителям возможность сравнить относительную эффективность изоляции, выбрать продукт с наибольшей эффективностью и потенциалом для экономии энергии, сделать экономически выгодную покупку и учесть основные переменные, ограничивающие эффективность изоляции и реализацию заявленной экономии энергии.

Правило предписывает, чтобы конкретная информация о значении R для изоляционных материалов для дома была раскрыта в определенных рекламных объявлениях и в точке продажи. Целью требования о раскрытии значения R для рекламы является предотвращение введения потребителей в заблуждение определенными утверждениями, которые имеют отношение к изоляционным свойствам. В момент совершения сделки некоторые потребители смогут получить необходимую информацию о значении R из этикетки на упаковке изоляционного материала. Однако, поскольку доказательства показывают, что упаковки часто недоступны для осмотра перед покупкой, во многих случаях потребителям не будет доступна никакая маркированная информация. В результате Правило требует, чтобы информационный листок был доступен потребителям для осмотра перед совершением покупки.

Толщина

Правило R-значения определяет: [68]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Министерство энергетики США, Стекловолоконная изоляционная вата с облицовкой может быть прикреплена скобами к поверхностям стоек или слегка вставлена, но избегайте сжатия ваты, Министерство энергетики США , получено 5 февраля 2018 г.
  2. ^ Rabl, Ari; Curtiss, Peter (2005). "9.6 Принципы расчета нагрузки". В Kreith, Frank; Goswami, D. Yogi (ред.). CRC Handbook of Mechanical Engineering (второе изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . ISBN 0-8493-0866-6.
  3. ^ abcd Эллис, Уэйн (1988). "Приложение: Обновление терминологии: Символы означают конкретные термины". В Strehlow, Richard Alan (ред.). Стандартизация технической терминологии: принципы и практика . Том второй. Филадельфия, Пенсильвания: ASTM . стр. 97. ISBN 0-8031-1183-5.
  4. ^ ab Rathore, MM; Kapuno, R. (2011). Engineering Heat Transfer (2-е изд.). Садбери, Массачусетс: Jones & Bartlett Learning . стр. 22. ISBN 978-0-7637-7752-4.
  5. ^ abcde Фенна, Дональд (2002). Словарь весов, мер и единиц. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press . ISBN 019-860522-6.
  6. ^ abc "gSKIN® Application Note: U-Value Measurement Case Study" (PDF) . greenTEG . Получено 2024-05-13 .
  7. ^ abc Kośny, Jan; Yarbrough, David W. (2017). "4.10 Тепловые мосты в строительных конструкциях". В Chhabra, Ray P. (ред.). CRC Handbook of Thermal Engineering (второе изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . ISBN 978-1498715270.
  8. ^ Крайдер, Ян Ф.; Кертисс, Питер С.; Рабл, Ари (2010). Отопление и охлаждение зданий: проектирование для эффективности (пересмотренное второе издание). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . стр. 28. ISBN 978-1-4398-8250-4.
  9. ^ Чен, К. Джулиан (2011). Физика солнечной энергии (Иллюстрированное издание). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . стр. 276. ISBN 978-0-470-64780-6.
  10. ^ abc Krause, Carolyn (лето 1980 г.). «Перспектива энергоэффективных зданий». Обзор Национальной лаборатории Оук-Ридж . 13 (3): 6.
  11. ^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (2013). «Контроль тепла, воздуха и влажности в строительных конструкциях — основы». Справочник ASHRAE 2013 года . Т. «Основы» (ред. SI). Атланта, Джорджия: ASHRAE . стр. 25.5–25.6. ISBN 978-1-936504-46-6.
  12. ^ ab Harvey, LD Danny (2006). Справочник по зданиям с низким потреблением энергии и системам районного энергоснабжения: основы, методы и примеры. Лондон, Великобритания: Earthscan , издательство Routledge , издательство Taylor & Francis . стр. 39. ISBN 978-184407-243-9.
  13. ^ ab Lechner, Norbert (2015). Отопление, охлаждение, освещение: устойчивые методы проектирования для архитекторов (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . стр. 683–685. ISBN 978-1-118-58242-8.
  14. ^ ab Harvey, LD Danny (2006). Справочник по зданиям с низким потреблением энергии и системам централизованного энергоснабжения: основы, методы и примеры. Лондон, Великобритания: Earthscan , издательство Routledge , издательство Taylor & Francis . стр. 40. ISBN 978-184407-243-9.
  15. ^ ab Lechner, Norbert (2015). Отопление, охлаждение, освещение: устойчивые методы проектирования для архитекторов (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . стр. 508. ISBN 978-1-118-58242-8.
  16. ^ Харви, Л. Д. Дэнни (2006). Справочник по зданиям с низким потреблением энергии и системам районного энергоснабжения: основы, методы и примеры. Лондон, Великобритания: Earthscan , издательство Routledge , издательство Taylor & Francis . стр. 40. ISBN 978-184407-243-9.
  17. ^ Международный совет по кодексам (2010). Жилищный кодекс штата Нью-Йорк (ред. 2010 г.). Вашингтон, округ Колумбия: Международный совет по кодексам . ISBN 978-1609830014.
  18. ^ Харви, Л. Д. Дэнни (2006). Справочник по зданиям с низким потреблением энергии и системам районного энергоснабжения: основы, методы и примеры. Лондон, Великобритания: Earthscan , издательство Routledge , издательство Taylor & Francis . стр. 51. ISBN 978-184407-243-9.
  19. ^ Ассоциация производителей полиизоциануратной изоляции (PIMA), LTTR/QualityMark, Ассоциация производителей полиизоциануратной изоляции (PIMA) , получено 5 февраля 2018 г.
  20. Бейлс, Эллисон (24 апреля 2013 г.), Большие новости: R-значение изоляции не является константой, Energy Vanguard , получено 5 февраля 2018 г.
  21. Building Science Corporation (23 января 2013 г.), RR-0002: The Thermal Metric Project, Building Science Corporation , получено 5 февраля 2018 г.
  22. ^ "Пены". www.isover.com .
  23. ^ "Европейская ассоциация фенольной пены: Свойства фенольной пены". Архивировано из оригинала 2016-05-23.
  24. ^ "Индикаторы качества изоляции: коэффициент теплопередачи (U) и коэффициент сопротивления теплопередаче (R)" (PDF) . Коэффициент теплопередачи (U) и физика здания . greenTEG. 2016-03-17 . Получено 2016-03-17 .
  25. ^ МакКвистон, Фэй К.; Паркер, Джеральд Д.; Спитлер, Джеффри Д. (2005). Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: анализ и проектирование (шестое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . ISBN 978-0-471-47015-1.
  26. ^ «Эффективная совместная работа Windows».
  27. ^ "Public Codes Cyberregs". Архивировано из оригинала 2016-03-04.
  28. ^ Канадская ипотечная и жилищная корпорация (CMHC) (2018), Утепление вашего дома, Канадская ипотечная и жилищная корпорация (CMHC) , получено 5 февраля 2018 г.
  29. ^ Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (2013). «Единицы измерения и преобразования». Справочник ASHRAE 2013 года . Том. Основы (ред. SI). Атланта, Джорджия: ASHRAE . стр. 38.1. ISBN 978-1-936504-46-6.
  30. ^ Кардарелли, Франсуа (1999). Научный перевод единиц: практическое руководство по метризации (второе изд.). Лондон, Великобритания: Springer Science+Business Media . стр. 308. ISBN 978-1-4471-0805-4.
  31. ^ «Изоляция | YourHome». www.yourhome.gov.au .
  32. ^ "Bundesgesetzblatt" (PDF) . www.bgbl.de.
  33. ^ «Изоляция». Министерство энергетики США. USA.gov. Октябрь 2010 г. 14 ноября 2010 г.
  34. ^ "Insulation Fact Sheet". Архивировано из оригинала 2007-01-12 . Получено 2007-01-10 .
  35. ^ "Информация для потребителей". Информация для потребителей .
  36. ^ "FAQ - EOI". www.electro-optical.com .
  37. ^ "FSEC-CR-1231-01-ES". www.fsec.ucf.edu .
  38. ^ "Тепловое сопротивление и изоляция полиизо" Архивировано 09.06.2012 в Wayback Machine Джоном Клинтоном, журнал Professional Roofing , февраль 2002 г.
  39. ^ Стивенсон, Л. Д.; Хеффрон, Эндрю; Менерт, Бренда Б. (2015-05-01). «Прогнозирование долгосрочной деградации изоляционных материалов». Defense Technical Information Center. Архивировано из оригинала 29 сентября 2021 г. . Получено 29 сентября 2021 г. .PDF
  40. ^ "U-value and building physics". greenTEG . Получено 2016-03-17 .
  41. ^ "Тепловой мониторинг зданий". FluxTeq . Получено 2016-06-15 .
  42. ^ ab "R-Value of Straw Bales Lower Than Previously Reported – EBN: 7:9" . Buildinggreen.com. 1 сентября 1998 г. Получено 03.10.2018 г.
  43. ^ Кан, Джеффри (1991), Исследования аэрогелей в LBL: от лаборатории к рынку, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли , получено 4 марта 2021 г.
  44. ^ Лехнер, Норберт (2015). Отопление, охлаждение, освещение: устойчивые методы проектирования для архитекторов (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley . стр. 676. ISBN 978-1-118-58242-8.
  45. ^ "Вакуумные изоляционные панели Panasonic U-Vacua". b2b-api.panasonic.eu . Архивировано из оригинала 15 февраля 2020 г.
  46. ^ "Spaceloft Insulation Data Sheet" (PDF) . starch.dk . Архивировано из оригинала (PDF) 18 октября 2012 г.
  47. ^ abcdef Energy Saving Trust. "CE71 – Таблица изоляционных материалов – тепловые свойства и экологические рейтинги". Energysavingtrust.org.uk . Получено 23.02.2014 .
  48. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-10-21 . Получено 2014-10-14 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  49. ^ "Таблица значений R, значения изоляции для выбранных материалов". coloradoenergy.org .
  50. ^ abcd Ристинен, Роберт А. и Джек Дж. Краушар. Энергия и окружающая среда. 2-е изд. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
  51. ^ ab "The Icynene Insulation System". 12 июня 2008 г. Архивировано из оригинала 12 июня 2008 г. Получено 9 августа 2009 г.
  52. ^ "Рисовая шелуха в строительстве – Appropedia: The Sustainable wiki". Appropedia. 2013-02-23 . Получено 2014-02-23 .
  53. ^ "Продукты | Изоляция Johns Manville". Jminsulation.com.au. Архивировано из оригинала 2014-02-26 . Получено 2014-02-23 .
  54. ^ "Зеленые строительные материалы, зеленые продукты". Greendepot.com . Получено 24 февраля 2019 .
  55. ^ "Что такое Green Living?". Архивировано из оригинала 29 сентября 2008 г. Получено 8 мая 2009 г.
  56. ^ "спецификации овечьей шерсти" (PDF) .
  57. ^ "Портфолио изоляционных материалов из распыляемой пены | Icynene". Архивировано из оригинала 2014-07-23 . Получено 2014-07-17 .
  58. ^ ab "ICC Legacy Report ER-2833 – Cocoon Thermal and Sound Insulation Products". ICC Evaluation Services, Inc. Получено 23.02.2014 .
  59. ^ abc "Buildings Energy Data Book". Buildingsdatabook.eren.doe.gov. Архивировано из оригинала 2014-02-27 . Получено 2014-02-23 .
  60. ^ abcde Брайан Андерсон (2006). "Условные обозначения для расчетов U-значения" (PDF) . Bre.co.uk . Получено 2014-02-23 .
  61. ^ "Evergreen Insulation - Типы изоляции и R-Values". 27 июля 2013 г. Получено 27 августа 2021 г.
  62. ^ "Отчет о тепловых испытаниях бумажного бетона (включая R-Value)" (PDF) . masongreenstar.com . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-07-07 . Получено 2014-07-21 .
  63. ^ ab "Дизайн и реконструкция дома | Министерство энергетики". Energysavers.gov . Получено 23.02.2014 .
  64. ^ 2009 ASHRAE Handbook – Fundamentals (ред. I–P). Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). 2009. ISBN 978-1-61583-001-5. Получено 2023-01-03 .
  65. ^ Письмо FTC, Относительно отражающей изоляции, используемой под плитой, где нет воздушного пространства
  66. ^ Отчет ICC ES, Отчет ICC ES ESR-1236 Защита от тепла и влаги - ICC Evaluation Services, Inc.
  67. ^ «Правило R-Value». 26 июля 2013 г.
  68. ^ "Электронный кодекс федеральных правил (eCFR)". Электронный кодекс федеральных правил (eCFR) .

Внешние ссылки