K-waarde, U-waarde, R-waarde, C-waarde

in de meeste toepassingen is het primaire kenmerk van een thermisch isolatiemateriaal het vermogen om de warmte-uitwisseling tussen een oppervlak en de omgeving, of tussen het ene oppervlak en een ander oppervlak, te verminderen. Dit staat bekend als het hebben van een lage waarde voor thermische geleidbaarheid. Over het algemeen, hoe lager de thermische geleidbaarheid van een materiaal, hoe groter zijn vermogen om te isoleren voor een bepaalde materiaaldikte en reeks voorwaarden.

als het echt zo eenvoudig is, waarom zijn er dan zoveel verschillende termen, zoals K-waarde, U-waarde, R-waarde en C-waarde? Hier is een overzicht met relatief eenvoudige definities.

K-waarde

K-waarde is gewoon een afkorting voor thermische geleidbaarheid. De ASTM-norm C168 definieert de term als volgt:

warmtegeleidingsvermogen, n: de tijdssnelheid van de warmtestroom in steady state door een eenheidsoppervlak van een homogeen materiaal, geïnduceerd door een eenheidstemperatuur-gradiënt in een richting loodrecht op dat eenheidsoppervlak.

deze definitie is echt niet zo complex. Laten we eens een kijkje nemen, zin voor zin.

Tijdssnelheid van de warmtestroom kan worden vergeleken met waterdebiet, bijvoorbeeld water dat met zoveel gallons per minuut door een douchekop stroomt. Het is de hoeveelheid energie, meestal gemeten in de Verenigde Staten in BTU ‘ s, stroomt over een oppervlak in een bepaalde periode, meestal gemeten in uren. Daarom wordt de tijdssnelheid van de warmtestroom uitgedrukt in eenheden van BTU ‘ s per uur.

Steady state betekent gewoon dat de omstandigheden stabiel zijn, als water dat met een constante snelheid uit een douchekop stroomt.

homogeen materiaal verwijst gewoon naar één materiaal, niet naar twee of drie, dat een consistente samenstelling heeft. Met andere woorden, er is slechts één type isolatie, in tegenstelling tot één laag van één type en een tweede laag van een tweede type. Ook, voor de doeleinden van deze discussie, zijn er geen Las pennen of schroeven, of een structurele metaal die door de isolatie; en er zijn geen gaten.

hoe zit het met een oppervlakte-eenheid? Dit verwijst naar een standaard dwarsdoorsnede gebied. Voor warmtestroom in de Verenigde Staten, wordt een vierkante voet over het algemeen gebruikt als de eenheid oppervlakte. Dus, we hebben eenheden in BTU ‘ s per uur, per vierkante meter oppervlakte (om te visualiseren, beeld water stroomt op een aantal gallons per minuut, het raken van een 1 ft x 1 ft board).

tenslotte is er de zin met een eenheidstemperatuur-gradiënt. Als twee items dezelfde temperatuur hebben en bij elkaar worden gebracht zodat ze elkaar raken, zal er geen warmte van de ene naar de andere stromen omdat ze dezelfde temperatuur hebben. Om warmtestroom door geleiding van het ene object naar het andere te hebben, waar beide elkaar raken, moet er een temperatuurverschil of gradiënt zijn. Zodra er een temperatuurgradiënt is tussen twee aanraakobjecten, zal de warmte beginnen te stromen. Als er thermische isolatie tussen deze twee objecten, warmte zal stromen in een lager tempo.

Op dit punt hebben we de snelheid van de warmtestroom per oppervlakte-eenheid, per graad temperatuurverschil met eenheden van BTU ‘ s per uur, per vierkante voet, per graad F.

thermische geleidbaarheid is onafhankelijk van de dikte van het materiaal. In theorie is elke plak isolatie hetzelfde als de naburige plak. De plakjes moeten van enige standaarddikte zijn. In de Verenigde Staten worden eenheden van inches meestal gebruikt voor de dikte van thermische isolatie. We moeten dus denken in termen van BTU ‘ s van warmtestroom, voor een inch materiaaldikte, per uur, per vierkante voet oppervlakte, per graad F van temperatuurverschil.

na het uit elkaar halen van de ASTM C168 definitie voor thermische geleidbaarheid, hebben we eenheden van Btu-inch/uur per vierkante voet per graad F. Dit is hetzelfde als de term K-waarde.

C-waarde

C-waarde is gewoon een afkorting voor warmtegeleiding. Voor een type thermische isolatie is de C-waarde afhankelijk van de dikte van het materiaal; De K-waarde is in het algemeen niet afhankelijk van de dikte (er zijn een paar uitzonderingen die niet onder dit artikel vallen). Hoe definieert ASTM C168 thermische geleidbaarheid?

geleidbaarheid, thermisch, n: de tijdssnelheid van de stationaire warmtestroom door een eenheidsoppervlak van een materiaal of constructie, geïnduceerd door een eenheidstemperatuurverschil tussen de oppervlakken van het lichaam.

ASTM C168 geeft dan een eenvoudige vergelijking en eenheden. In de inch-Pond eenheden gebruikt in de Verenigde Staten, die eenheden zijn Btus/uur per vierkante voet per graad F van temperatuurverschil.

De woorden zijn vrij vergelijkbaar met die in de definitie voor warmtegeleidbaarheid. Wat ontbreekt is de inch eenheden in de teller, omdat de C-waarde voor een 2-inch-dikke isolatieplaat is de helft van de waarde als het is voor hetzelfde materiaal 1-inch-dikke isolatieplaat. Hoe dikker de isolatie, hoe lager de C-waarde.

vergelijking 1:C-value = K-value/thickness

R-value

Deze term wordt meestal gebruikt om de geëtiketteerde performance rating van isolatie van gebouwen te beschrijven die men in een Houtwerf kan kopen. Het wordt minder vaak gebruikt voor mechanische isolatie, maar het is nog steeds een nuttige term om te begrijpen. De officiële benaming is thermische weerstand. Dit is hoe ASTM C168 het definieert:

weerstand, thermisch, n: de hoeveelheid die wordt bepaald door het temperatuurverschil bij steady-state tussen twee gedefinieerde oppervlakken van een materiaal of constructie die een eenheidswarmtestroom door een eenheidsoppervlak induceert.

ASTM C168 geeft vervolgens een vergelijking, gevolgd door typische eenheden. In de inch-Pond eenheden, thermische weerstand wordt gemeten in graden F keer vierkante voet van het gebied keer uren van de tijd per BTU van warmtestroom.

De meeste mensen weten dat Voor een bepaald isolatiemateriaal, hoe dikker het is, hoe groter de R-waarde is. Bijvoorbeeld, voor een bepaald type isolatieplaat, zal een 2-inch-dikke raad tweemaal de R-waarde van de 1-inch-dikke raad hebben.

vergelijking 2:R-waarde = 1 / C-waarde

als de C-waarde 0,5 is, dan is de R-waarde 2,0. Men kan het berekenen uit de vergelijking voor C-waarde in vergelijking 1 hierboven:

vergelijking 3: R-waarde = dikte / K-waarde

dus, als de dikte 1 inch is, en de K-waarde 0,25 is, dan is de R-waarde 1 gedeeld door 0.25, of 4 (zonder de eenheden voor beknoptheid).

U-waarde

ten slotte is er U-waarde, officieel bekend als thermische transmissie. Dit is meer een technische term die wordt gebruikt om de thermische prestaties van een systeem aan te duiden in tegenstelling tot een homogeen materiaal. De definitie van ASTM C168 is als volgt:

transmissie, thermische, n: de warmteoverdracht in eenheidstijd door eenheidsoppervlakte van een materiaalconstructie en de grensluchtfilms, geïnduceerd door eenheidstemperatuurverschil tussen de omgevingen aan beide zijden.

Er zijn een paar nieuwe termen: de grensluchtfilms en tussen de omgevingen aan elke zijde. De vorige definities hadden geen betrekking op omgevingen.

de beste manier om thermische transmissie of U-waarde te illustreren is door middel van een voorbeeld. Denk aan de muur van een typische geïsoleerde huis met nominale 2 x 4 planken (die eigenlijk ongeveer 1-1/2 inch x 3-1/2 inch), afstand 16 inch op het midden, verticaal uitgevoerd. Men zou kunnen zien 3/8-inch-dikke gipsplaat aan de binnenkant van de muur, met een plastic film damp barrière scheiden van de gipsplaat van het hout studs. Glasvezel batts kunnen worden het vullen van de 3-1 / 2-inch – brede ruimten tussen de 2 x 4 noppen. Aan de buitenkant van de studs, kunnen er 1/2-inch-dikke polystyreen isolatieplaten bedekt met exterieur hout mantel. Dit voorbeeld zal negeren deuren en ramen, evenals de K-waarde en de dikte van de plastic plaat gebruikt als de dampscherm.

de berekening van de U-waarde van de wand is complex genoeg om buiten het toepassingsgebied van dit artikel te vallen, maar de volgende waarden moeten bekend zijn of ten minste geschat voor de te berekenen thermische doorlaatbaarheid: *

• C-waarde van de binnenlucht film
• K-waarde van de 3/8-inch gips wand-raad
• K-waarde van de 3-1/2-inch-breed hout studs
• de Afstand tussen de bouten (16 inch, in dit geval)
• K-waarde van de glasvezel isolatie batts, evenals hun dikte (3-1/2 centimeter dik)
• Breedte van de glasvezel batts (16 inch minus de 1-1/2 inch dikte van het hout studs = 14-1/2 inches)
• K-waarde van de polystyreen platen en de dikte (1/2 inch)
• K-waarde en dikte van het hout gevelbeplating materialen
• C-waarde van de buitenlucht film

hoe lager de U-waarde, hoe lager de warmtestroomsnelheid voor een bepaalde reeks omstandigheden. Een goed geïsoleerd bouwmuursysteem heeft een veel lagere u-waarde, of thermische transmissie, dan een Niet-geïsoleerd of slecht geïsoleerd systeem.

om de U-waarde van een mechanisch Isolatiesysteem nauwkeurig te bepalen, moet rekening worden gehouden met warmteoverdracht door de homogene isolatie en door eventuele breuken en uitzettingsgaten met een ander isolatiemateriaal. Er is ook de buitenluchtfilm en af en toe een binnenluchtfilm.

in werkelijkheid zijn veel niet-homogene delen meestal niet verantwoord. De standaard procedures voor de thermische geleidbaarheid behandelen het materiaal doorgaans als homogeen. In echte toepassingen zijn er voegen en soms scheuren in stijve materialen. Deze inconsistenties maken de U-waarde groter dan wanneer de isolatie zich als homogeen materiaal gedroeg.

de begrippen K-waarde, c-waarde, R-waarde en U-waarde kunnen in de volgende regels worden samengevat:

• hoe beter een systeem geïsoleerd is, hoe lager de U-waarde.
• hoe groter de prestaties van een isolatiestuk, hoe groter de R-waarde en hoe lager de C-waarde.
• hoe lager de K-waarde van een bepaald isolatiemateriaal, hoe groter de isolatiewaarde voor een bepaalde dikte en onder bepaalde omstandigheden.

Dit zijn de eigenschappen waarvan gebruikers van thermische isolatie afhankelijk zijn voor energiebesparing, procesbeheersing, personeelsbescherming en condensatiecontrole.

* waarden voor al het bovenstaande zijn te vinden in het ASHRAE Handbook of Fundamentals, hoofdstuk 25: “Thermal and Water Vapor Transmission Data.”Hoofdstukken 23 tot en met 26 van hetzelfde ASHRAE handboek bespreken ook de berekening van de U-waarde van de muur.

Figuur 2

relatie tussen R-waarde en K-waarde

Figuur 4

Dit cijfer, plaat #26 van de Midwest Insulation Contractors Association (MICA) National Commercial and Industrial Insulation Standards (1999), geeft een idee waarom een Isolatiesysteem niet zo goed zal presteren als men zou aannemen met behulp van continue, homogene isolatie.