K-arvo, U-arvo, R-arvo, C-arvo

useimmissa sovelluksissa, ensisijainen ominaisuus lämmöneristys materiaali on sen kyky vähentää lämmönvaihtoa pinnan ja ympäristön, tai yhden pinnan ja toisen pinnan välillä. Tämä tunnetaan ottaa alhainen arvo lämmönjohtavuus. Yleensä alempi materiaalin lämmönjohtavuus, sitä suurempi sen kyky eristää tietyn materiaalin paksuus ja joukko ehtoja.

Jos se on todella noin yksinkertainen, niin miksi on niin monia erilaisia termejä, kuten K-arvo, U-arvo, R-arvo ja C-arvo? Tässä on yleiskatsaus suhteellisen yksinkertaisiin määritelmiin.

K-arvo

k-arvo on yksinkertaisesti lyhenne lämmönjohtavuudesta. ASTM-standardi C168 määrittelee termistön osalta termin seuraavasti:

lämmönjohtavuus, n: tasaisen tilan lämmön virtaus homogeenisen materiaalin pinta-alan läpi yksikkölämpötilagradientin indusoimana kohtisuoraan kyseiseen yksikköalaan nähden.

Tämä määritelmä ei todellakaan ole kovin monimutkainen. Katsotaan tarkemmin, lause lauseelta.

lämpövirran Aikanopeutta voidaan verrata veden virtausnopeuteen, esimerkiksi suihkupään läpi virtaavaan veteen niin monta gallonaa minuutissa. Se on Yhdysvalloissa yleensä BTU: ssa mitattu energiamäärä, joka virtaa pinnan poikki tiettynä ajanjaksona, yleensä mitattuna tunteina. Näin ollen lämpövirran aikanopeus ilmaistaan yksikköinä BTU / tunti.

vakaa tila tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että olosuhteet ovat vakaat, koska vettä virtaa suihkupäästä tasaisella nopeudella.

homogeenisella materiaalilla tarkoitetaan vain yhtä ainesta, ei kahta tai kolmea, jonka koostumus on kauttaaltaan Yhdenmukainen. Toisin sanoen, on olemassa vain yksi tyyppi eristys, toisin kuin yksi kerros yhden tyypin ja toinen kerros toisen tyypin. Tässä keskustelussa ei myöskään ole hitsaustappeja tai ruuveja tai mitään eristeen läpi kulkevaa rakennemetallia,eikä aukkoja ole.

entä yksikköalueen läpi? Tämä viittaa vakiomuotoiseen poikkipinta-alaan. Yhdysvalloissa lämpövirtauksen yksikköalana käytetään yleensä neliöjalkaa. Niin, meillä on yksiköitä Btus tunnissa, per neliöjalkaa pinta-ala (visualisoida, kuva vesi virtaa noin määrä gallonaa minuutissa, lyömällä 1 ft x 1 ft aluksella).

lopuksi lauseke on yksikön lämpötilagradientti. Jos kahdella esineellä on sama lämpötila ja ne tuodaan yhteen niin, että ne koskettavat, lämpöä ei virtaa yhdestä toiseen, koska niillä on sama lämpötila. Jotta lämpövirtaus johtuisi kohteesta toiseen, jossa molemmat koskettavat, täytyy olla lämpötilaero eli gradientti. Heti kun kahden koskettavan kohteen välillä on lämpötilagradientti, alkaa lämpöä virrata. Jos näiden kahden kohteen välillä on lämpöeristys, lämpöä virtaa vähemmän.

tässä vaiheessa meillä on lämpövirran nopeus pinta-alayksikköä kohti, asteen lämpötilaero BTU: n yksikköjen kanssa tunnissa, neliöjalkaa kohti, astetta F.

lämmönjohtavuus on riippumaton materiaalin paksuudesta. Teoriassa jokainen eristeen siivu on sama kuin sen naapurisiivu. Viipaleiden tulee olla jonkin verran vakiopaksuisia. Yhdysvalloissa lämpöeristyksen paksuuteen käytetään tyypillisesti tuumayksiköitä. Joten meidän täytyy ajatella kannalta Btus lämmön virtaus, tuuman materiaalin paksuus, tunnissa, neliöjalka pinta-ala, asteessa F lämpötilaero.

poimittuamme ASTM C168: n määritelmän lämmönjohtavuudelle, meillä on yksiköt BTU-tuuma / tunti neliöjalkaa kohti astetta F. Tämä on sama kuin termi K-arvo.

C-arvo

c-arvo on yksinkertaisesti lyhenne termisestä konduktanssista. Lämpöeristetyypissä C-arvo riippuu materiaalin paksuudesta; K-arvo ei yleensä riipu paksuudesta (on muutamia poikkeuksia, jotka eivät kuulu tämän artikkelin soveltamisalaan). Miten ASTM C168 määrittelee termisen konduktanssin?

konduktanssi, terminen, n: kappaleen pintojen välisestä lämpötilaerosta aiheutuva tasaisen tilan lämmön virtaus materiaalin tai rakenteen pinta-alan läpi.

ASTM C168 antaa sitten yksinkertaisen yhtälön ja yksiköitä. Yhdysvalloissa käytetyissä tuuman-paunan yksiköissä Nämä yksiköt ovat BTU / tunti neliöjalkaa kohti lämpötilaeron F astetta kohti.

sanat ovat melko samanlaisia kuin lämmönjohtavuuden määritelmässä. Osoittajan tuumayksiköt puuttuvat, koska 2 tuuman paksuisen eristyslevyn C-arvo on puolet siitä, mitä se on saman materiaalin 1 tuuman paksuiselle eristyslevylle. Mitä paksumpi eristys, sitä pienempi sen C-arvo.

yhtälö 1:C-arvo = K-arvo / paksuus

R-arvo

tyypillisesti tätä termiä käytetään kuvaamaan sahatavarasta ostettavan rakennuseristyksen merkittyä suorituskykyluokkaa. Sitä käytetään harvemmin mekaanisiin eristeisiin, mutta se on silti hyödyllinen termi ymmärtää. Sen virallinen nimitys on lämpövastus. Näin ASTM C168 määrittelee sen:

Resistance, thermal, n: määrä, joka määritetään sellaisen materiaalin tai rakenteen kahden määritellyn pinnan vakiotilaisella lämpötilaerolla, joka indusoi yksikkölämpövirran pinta-alan läpi.

ASTM C168 antaa sitten yhtälön, jota seuraavat tyypilliset yksiköt. Tuumakilon yksiköissä lämpövastus mitataan asteina F kertaa neliöjalka pinta-alaa kertaa tuntia aikaa Lämpövirtauksen BTU: ta kohti.

useimmat ihmiset tietävät, että mitä paksumpaa eristemateriaali on, sitä suurempi on R-arvo. Esimerkiksi tietyntyyppiselle eristyslevylle 2 tuuman paksuisella laudalla on kaksinkertainen R-arvo 1 tuuman paksuiseen levyyn verrattuna.

yhtälö 2:R-arvo = 1/C-arvo

Jos C-arvo on 0,5, niin R-arvo on 2,0. Sen voi laskea yllä olevan yhtälön 1 C-arvon yhtälöstä:

yhtälö 3:R-arvo = paksuus/K-arvo

näin ollen, jos paksuus on 1 tuumaa ja K-arvo on 0,25, R-arvo on 1 jaettuna 0: lla.25 tai 4 (jätetään yksiköt lyhyeksi).

U-arvo

lopuksi on U-arvo, joka tunnetaan virallisesti termisen läpäisevyyden nimellä. Tämä on enemmänkin insinööritermi, jota käytetään kuvaamaan systeemin lämpötehoa homogeenisen materiaalin sijaan. ASTM C168: n määritelmä on seuraava:

läpäisevyys, lämpö, n: lämmönsiirto aikayksikössä materiaalirakenteen pinta-alayksikön läpi ja rajailmakalvot, jotka indusoituvat yksikkölämpötilaerosta ympäristöjen välillä kummallakin puolella.

on olemassa muutamia uusia termejä: raja-ilmakalvot ja ympäristöjen välillä kummallakin puolella. Aiemmat määritelmät eivät viitanneet ympäristöihin.

paras tapa havainnollistaa lämmönläpäisevyyttä eli U-arvoa on esimerkin kautta. Harkitse seinään tyypillinen eristetty talo nimellinen 2 x 4 levyt (jotka todella mitata noin 1-1/2 tuumaa x 3-1/2 tuumaa), välein 16 tuumaa keskellä, käynnissä pystysuoraan. Seinän sisäpuolella voi nähdä 3/8 tuuman paksuisen kipsiseinälevyn, jossa on muovikalvo-höyrysulku erottamassa kipsiseinälevyn puunapeista. Lasikuitu batts voi täyttää 3-1 / 2 tuumaa leveä väli 2 x 4 nastojen. Nastarenkaiden ulkopuolella saattoi olla 1/2 tuuman paksuisia polystyreenieristyslevyjä, jotka oli päällystetty ulkoverhoilulla. Tämä esimerkki sivuuttaa ovet ja ikkunat sekä K-arvo ja paksuus muovilevyn käytetään höyrysulku.

seinän U-arvon laskeminen on sen verran monimutkaista, ettei se kuulu tämän artiklan soveltamisalaan, mutta sen lämmönläpäisevyyden laskemiseksi on tunnettava tai ainakin estimoitava seuraavat arvot: *

• sisäilmakalvon C-arvo
• 3/8-tuumaisen kipsiseinälevyn K-arvo
• 3-1/2-tuumaisten puuntappien K-arvo
• väli (16 tuumaa, tässä tapauksessa)
• k-arvo lasikuitueristepatojen paksuus (3-1/2 tuumaa paksu)
• lasikuitupatojen leveys (16 tuumaa miinus puunastojen 1-1/2 tuuman paksuus = 14-1/2 tuumaa)
• polystyreenilevyjen K-arvo ja niiden paksuus (1/2 tuumaa)
• k-arvo ja puisten sivuraitemateriaalien paksuus
• C-ulkoilman arvo filmi

mitä pienempi U-arvo on, sitä pienempi on lämpövirran nopeus tietyssä olosuhteissa. Hyvin eristetyllä rakennuksen seinäjärjestelmällä on paljon pienempi U-arvo eli lämmönläpäisevyys kuin eristämättömällä tai huonosti eristetyllä järjestelmällä.

jotta mekaanisen eristysjärjestelmän U-arvo voidaan määrittää tarkasti, on otettava huomioon lämmön siirtyminen homogeenisen eristeen läpi sekä eri eristemateriaalilla varustettujen halkeamien ja laajennusaukkojen kautta. On myös ulkoilmafilmi ja satunnaisesti sisäilmafilmi.

todellisuudessa monet epäyhtenäiset osat ovat tyypillisesti kateissa. Standardissa lämmönjohtavuustesteissä materiaalia käsitellään tyypillisesti homogeenisena. Todellisissa sovelluksissa jäykissä materiaaleissa on liitoksia ja joskus halkeamia. Nämä epäjohdonmukaisuudet tekevät U-arvosta suuremman kuin jos eristys käyttäytyisi homogeenisena materiaalina.

käsitteet K-arvo, C-arvo, R-arvo ja U-arvo voidaan tiivistää seuraaviin sääntöihin:

• mitä paremmin eristetty järjestelmä, sitä pienempi sen U-arvo.
• mitä suurempi eristyskappaleen suorituskyky on, sitä suurempi on sen R-arvo ja pienempi sen C-arvo.
• mitä pienempi on tietyn eristemateriaalin K-arvo, sitä suurempi on sen eristysarvo tietylle paksuudelle ja määrätyille olosuhteille.

nämä ovat ominaisuuksia, joista lämpöeristeen käyttäjät ovat riippuvaisia energiansäästössä, prosessinohjauksessa, henkilöstön suojauksessa ja kondensaationsäädössä.

* kaikkien edellä mainittujen arvot löytyvät ASHRAE Handbook of Fundamentals-teoksen luvusta 25: ”Thermal and Water Vapor Transmission Data.”Saman ASHRAE-käsikirjan luvuissa 23-26 käsitellään myös muurin U-arvon laskemista.

kuva 2

R-arvon ja K-arvon suhde

kuva 3

lämmönsiirto rakennuksen kuoren läpi on todellisuudessa seinän tai katon U-arvon funktio, ei vain lämmöneristyksen R-arvo.