K-Wert, U-Wert, R-Wert, C-Wert

In den meisten Anwendungen ist das Hauptmerkmal eines Wärmedämmmaterials seine Fähigkeit, den Wärmeaustausch zwischen einer Oberfläche und der Umgebung oder zwischen einer Oberfläche und einer anderen Oberfläche zu reduzieren. Dies wird als niedriger Wert für die Wärmeleitfähigkeit bezeichnet. Im Allgemeinen gilt, je niedriger die Wärmeleitfähigkeit eines Materials ist, desto größer ist seine Fähigkeit, für eine gegebene Materialdicke und eine Reihe von Bedingungen zu isolieren.

Wenn es wirklich so einfach ist, warum gibt es dann so viele verschiedene Begriffe wie K-Wert, U-Wert, R-Wert und C-Wert? Hier eine Übersicht mit relativ einfachen Definitionen.

K-Wert

K-Wert ist einfach eine Abkürzung für Wärmeleitfähigkeit. Der ASTM-Standard C168 definiert den Begriff in Bezug auf die Terminologie wie folgt:

Wärmeleitfähigkeit, n: Die zeitliche Rate des stationären Wärmeflusses durch eine Flächeneinheit eines homogenen Materials, induziert durch einen Temperaturgradienten in einer Richtung senkrecht zu dieser Flächeneinheit.

Diese Definition ist wirklich nicht so komplex. Schauen wir uns Satz für Satz genauer an.Die Zeitrate des Wärmestroms kann mit der Wasserdurchflussrate verglichen werden, z. B. Wasser, das mit so vielen Gallonen pro Minute durch einen Duschkopf fließt. Es ist die Energiemenge, die im Allgemeinen in den Vereinigten Staaten in Btus gemessen wird und in einem bestimmten Zeitraum über eine Oberfläche fließt, normalerweise in Stunden gemessen. Daher wird die Geschwindigkeit des Wärmeflusses in Einheiten von Btus pro Stunde ausgedrückt.Steady state bedeutet einfach, dass die Bedingungen stabil sind, da Wasser mit konstanter Geschwindigkeit aus einem Duschkopf fließt.Homogenes Material bezieht sich einfach auf ein Material, nicht zwei oder drei, das eine konsistente Zusammensetzung hat. Mit anderen Worten, es gibt nur eine Art von Isolierung, im Gegensatz zu einer Schicht eines Typs und einer zweiten Schicht eines zweiten Typs. Ebenfalls, für die Zwecke dieser Diskussion, Es gibt keine Schweißstifte oder Schrauben, oder irgendein strukturelles Metall, das durch die Isolierung verläuft; und es gibt keine Lücken.

Was ist mit einer Flächeneinheit? Dies bezieht sich auf eine Standardquerschnittsfläche. Für den Wärmefluss in den Vereinigten Staaten wird im Allgemeinen ein Quadratfuß als Flächeneinheit verwendet. Also, wir haben Einheiten in Btus pro Stunde, pro Quadratfuß Fläche (um zu visualisieren, Bild Wasser fließt mit einer Anzahl von Gallonen pro Minute, schlagen eine 1 ft x 1 ft Board).

Schließlich gibt es die Phrase durch einen Einheitstemperaturgradienten. Wenn zwei Gegenstände die gleiche Temperatur haben und so zusammengebracht werden, dass sie sich berühren, fließt keine Wärme von einem zum anderen, da sie die gleiche Temperatur haben. Um einen Wärmefluss durch Leitung von einem Objekt zum anderen zu haben, wo sich beide berühren, muss es eine Temperaturdifferenz oder einen Temperaturgradienten geben. Sobald zwischen zwei sich berührenden Objekten ein Temperaturgradient besteht, beginnt Wärme zu fließen. Wenn zwischen diesen beiden Objekten eine Wärmedämmung vorhanden ist, fließt die Wärme mit geringerer Geschwindigkeit.

An diesem Punkt haben wir die Wärmeflussrate pro Flächeneinheit, pro Grad Temperaturdifferenz mit Einheiten von Btus pro Stunde, pro Quadratfuß, pro Grad F.

Die Wärmeleitfähigkeit ist unabhängig von der Materialdicke. Theoretisch ist jede Isolationsschicht dieselbe wie die benachbarte. Die Scheiben sollten eine Standarddicke haben. In den Vereinigten Staaten werden Einheiten von Zoll typischerweise für die Dicke der Wärmedämmung verwendet. Wir müssen also in Btus des Wärmeflusses denken, für einen Zoll Materialdicke, pro Stunde, pro Quadratfuß Fläche, pro Grad F Temperaturdifferenz. Nachdem wir die ASTM C168-Definition für die Wärmeleitfähigkeit auseinandergenommen haben, haben wir Einheiten von Btu-Zoll / Stunde pro Quadratfuß pro Grad F. Dies ist dasselbe wie der Begriff K-Wert.

C-Wert

C-Wert ist einfach die Abkürzung für Wärmeleitfähigkeit. Bei einer Art Wärmedämmung hängt der C-Wert von der Dicke des Materials ab; Der K-Wert hängt im Allgemeinen nicht von der Dicke ab (es gibt einige Ausnahmen, die nicht in den Anwendungsbereich dieses Artikels fallen). Wie definiert ASTM C168 Wärmeleitfähigkeit?

Leitwert, thermisch, n: Die zeitliche Rate des stationären Wärmeflusses durch eine Flächeneinheit eines Materials oder einer Konstruktion, die durch eine Temperaturdifferenz zwischen den Körperoberflächen induziert wird.

ASTM C168 gibt dann eine einfache Gleichung und Einheiten. In den Zoll-Pfund-Einheiten, die in den Vereinigten Staaten verwendet werden, sind diese Einheiten Btus / Stunde pro Quadratfuß pro Grad F Temperaturdifferenz.

Die Wörter sind denen in der Definition für Wärmeleitfähigkeit ziemlich ähnlich. Was fehlt, sind die Zolleinheiten im Zähler, da der C-Wert für eine 2 Zoll dicke Dämmplatte halb so hoch ist wie für dieselbe 1 Zoll dicke Dämmplatte. Je dicker die Isolierung ist, desto niedriger ist ihr C-Wert.

Gleichung 1:C-Wert = K-Wert / Dicke

R-Wert

Typischerweise wird dieser Begriff verwendet, um die maximale Leistungsbewertung der Gebäudedämmung zu beschreiben, die man auf einem Holzplatz kaufen kann. Es wird weniger häufig für die mechanische Isolierung verwendet, aber es ist immer noch ein nützlicher Begriff zu verstehen. Seine offizielle Bezeichnung ist Wärmewiderstand. So definiert es ASTM C168:

Widerstand, thermisch, n: die Größe, die durch die Temperaturdifferenz im stationären Zustand zwischen zwei definierten Oberflächen eines Materials oder einer Konstruktion bestimmt wird, die einen Einheitswärmestrom durch eine Einheitsfläche induziert.

ASTM C168 liefert dann eine Gleichung, gefolgt von typischen Einheiten. In den Zoll-Pfund-Einheiten, Der Wärmewiderstand wird in Grad F mal Quadratfuß Fläche mal Stunden Zeit pro Btus Wärmefluss gemessen.

Die meisten Menschen wissen, dass für ein bestimmtes Isolationsmaterial der R-Wert umso größer ist, je dicker es ist. Für eine bestimmte Art von Dämmplatte hat beispielsweise eine 2 Zoll dicke Platte den doppelten R-Wert der 1 Zoll dicken Platte.

Gleichung 2:R-Wert = 1 / C-Wert

Wenn der C-Wert 0,5 ist, dann ist der R-Wert 2,0. Man kann es aus der Gleichung für den C-Wert in Gleichung 1 oben berechnen:

Gleichung 3:R-Wert = Dicke / K-Wert

Wenn also die Dicke 1 Zoll beträgt und der K-Wert 0,25 beträgt, ist der R-Wert 1 geteilt durch 0.25 oder 4 (Weglassen der Einheiten der Kürze halber).

U-Wert

Schließlich gibt es den U-Wert, der offiziell als Wärmedurchlässigkeit bezeichnet wird. Dies ist eher ein technischer Begriff, der verwendet wird, um die thermische Leistung eines Systems im Gegensatz zu einem homogenen Material zu bezeichnen. Die ASTM C168-Definition lautet wie folgt:

Transmission, thermal, n: Die Wärmeübertragung in Zeiteinheit durch die Flächeneinheit einer Materialkonstruktion und die Grenzluftfilme, induziert durch die Temperaturdifferenz zwischen den Umgebungen auf jeder Seite.

Es gibt ein paar neue Begriffe: die Grenze Luftfilme und zwischen den Umgebungen auf jeder Seite. Die vorherigen Definitionen bezogen sich nicht auf Umgebungen.

Der beste Weg, die Wärmedurchlässigkeit oder den U-Wert zu veranschaulichen, ist ein Beispiel. Betrachten Sie die Wand eines typischen isolierten Hauses mit nominalen 2 x 4 Brettern (die tatsächlich etwa 1-1 / 2 Zoll x 3-1 / 2 Zoll messen), im Abstand von 16 Zoll in der Mitte, vertikal verlaufend. Man könnte 3/8-Zoll-dicke Gipswandplatte auf der Innenseite der Wand sehen, mit einer Kunststofffolie Dampfsperre die Gipswandplatte von den Holzbolzen zu trennen. Fiberglas-Batts füllen möglicherweise die 3-1 / 2-Zoll-breiten Räume zwischen den 2 x 4 Bolzen. Auf der Außenseite der Stollen befinden sich möglicherweise 1/2 Zoll dicke Polystyrol-Dämmplatten, die mit einer Holzaußenverkleidung bedeckt sind. In diesem Beispiel werden Türen und Fenster sowie der K-Wert und die Dicke der als Dampfsperre verwendeten Kunststofffolie ignoriert.

Die Berechnung des U-Wertes der Wand ist komplex genug, um den Rahmen dieses Artikels zu sprengen, aber die folgenden Werte müssen bekannt oder zumindest geschätzt sein, damit der Wärmedurchgangsgrad berechnet werden kann: *

• C-Wert des Raumluftfilms
• K-Wert der 3/8-Zoll-Gipswandplatte
• K-Wert der 3-1/ 2-Zoll-breiten Holzbolzen
• Abstand zwischen den Bolzen (in diesem Fall 16 Zoll)
• K-Wert der Glasfaserisolationslatten sowie deren Dicke (3-1/ 2 Zoll dick)
• Breite der Glasfaserisolationslatten (16 Zoll minus die 1-1/2 Zoll Dicke der Holzbolzen = 14-1/ 2 Zoll)
• K-Wert der Polystyrolplatten und ihrer Dicke (1/2 Zoll)
• K-Wert und Dicke der Holzverkleidungsmaterialien
• C-Wert der Außenluft film

Je niedriger der U-Wert ist, desto niedriger ist die Wärmeflussrate für einen bestimmten Satz von Bedingungen. Ein gut isoliertes Gebäudewandsystem hat einen viel niedrigeren U-Wert oder Wärmedurchgangsgrad als ein nicht isoliertes oder schlecht isoliertes System.

Um den U-Wert eines mechanischen Isolationssystems genau zu bestimmen, muss der Wärmeübergang durch die homogene Isolierung sowie durch etwaige Durchbrüche und Dehnungsfugen mit einem anderen Isolationsmaterial berücksichtigt werden. Es gibt auch den Außenluftfilm und gelegentlich einen Innenluftfilm.

In Wirklichkeit werden viele inhomogene Anteile typischerweise nicht berücksichtigt. Die Standard-Wärmeleitfähigkeitsprüfverfahren behandeln das Material typischerweise als homogen. In realen Anwendungen gibt es Fugen und manchmal Risse in starren Materialien. Diese Inkonsistenzen machen den U-Wert größer, als wenn sich die Isolierung als homogenes Material verhält.

Die Konzepte von K-Wert, C-Wert, R-Wert und U-Wert können in den folgenden Regeln zusammengefasst werden:

• Je besser ein System isoliert ist, desto niedriger ist sein U-Wert.
• Je höher die Leistung einer Isolierung ist, desto größer ist ihr R-Wert und desto niedriger ihr C-Wert.
• Je niedriger der K-Wert eines bestimmten Isolationsmaterials ist, desto größer ist sein Isolationswert für eine bestimmte Dicke und gegebene Bedingungen.

Dies sind die Eigenschaften, von denen die Anwender der Wärmedämmung für Energieeinsparungen, Prozesskontrolle, Personenschutz und Kondensationskontrolle abhängen.

* Werte für alle oben genannten finden Sie im ASHRAE Handbook of Fundamentals, Kapitel 25: „Thermal and Water Vapor Transmission Data.“ In den Kapiteln 23 bis 26 desselben ASHRAE-Handbuchs wird auch die Berechnung des U-Wertes der Wand erörtert.