K-Value, U-Value, R-Value, C-Value

w większości zastosowań podstawową cechą materiału termoizolacyjnego jest jego zdolność do zmniejszenia wymiany ciepła między powierzchnią a środowiskiem lub między jedną powierzchnią a drugą powierzchnią. Jest to znane jako mające niską wartość przewodności cieplnej. Ogólnie rzecz biorąc, im niższa przewodność cieplna materiału, tym większa jego zdolność do izolacji dla danej grubości materiału i zestawu warunków.

Jeśli to naprawdę takie proste, to dlaczego istnieje tak wiele różnych terminów, takich jak wartość K, wartość U, wartość R i wartość C? Oto przegląd ze stosunkowo prostymi definicjami.

wartość K

wartość K jest po prostu skrótem przewodności cieplnej. Norma ASTM C168, zgodnie z terminologią, definiuje termin w następujący sposób:

przewodność cieplna, n: Szybkość czasu przepływu ciepła w stanie ustalonym przez obszar jednostkowy jednorodnego materiału wywołanego jednostkowym gradientem temperatury w kierunku prostopadłym do tego obszaru jednostkowego.

ta definicja nie jest tak złożona. Przyjrzyjmy się bliżej, zdanie po zdaniu.

szybkość przepływu ciepła można porównać do szybkości przepływu wody, np. woda przepływająca przez głowicę prysznicową przy tak wielu galonach na minutę. Jest to ilość energii, zwykle mierzona w Stanach Zjednoczonych w Btus, przepływająca przez powierzchnię w określonym okresie czasu, zwykle mierzona w godzinach. Stąd szybkość przepływu ciepła wyrażana jest w jednostkach BTU na godzinę.

stan stacjonarny oznacza po prostu, że warunki są stałe, jak woda wypływająca z głowicy prysznicowej ze stałą prędkością.

jednorodny materiał odnosi się po prostu do jednego materiału, a nie dwóch lub trzech, który ma spójny skład w całym. Innymi słowy, istnieje tylko jeden rodzaj izolacji, w przeciwieństwie do jednej warstwy jednego typu i drugiej warstwy drugiego typu. Ponadto, dla celów tej dyskusji, nie ma kołków spawalniczych lub śrub, ani żadnego metalu strukturalnego przechodzącego przez izolację; i nie ma przerw.

a co z obszarem jednostki? Odnosi się to do Standardowej powierzchni przekroju. W przypadku przepływu ciepła w Stanach Zjednoczonych, stopa kwadratowa jest zwykle używana jako powierzchnia jednostkowa. Mamy więc jednostki w BTU na godzinę, na metr kwadratowy powierzchni (aby zobrazować, obraz wody przepływającej z pewną liczbą galonów na minutę, uderzając w planszę 1 ft x 1 ft).

wreszcie jest zdanie o jednostkowym gradiencie temperatury. Jeśli dwa elementy mają tę samą temperaturę i są połączone tak, że dotykają się, żadne ciepło nie przepłynie z jednego do drugiego, ponieważ mają tę samą temperaturę. Aby mieć przepływ ciepła przez przewodzenie od jednego obiektu do drugiego, gdzie oba się dotykają, musi istnieć różnica temperatur lub gradient. Gdy tylko między dwoma dotykającymi się obiektami pojawi się gradient temperatury, zacznie płynąć ciepło. Jeśli istnieje izolacja termiczna między tymi dwoma obiektami, ciepło będzie płynąć w mniejszym tempie.

w tym momencie mamy szybkość przepływu ciepła na jednostkę powierzchni, na stopień różnicy temperatur z jednostkami BTU na godzinę, na stopę kwadratową, na stopień F.

przewodność cieplna jest niezależna od grubości materiału. Teoretycznie każdy kawałek izolacji jest taki sam jak jego sąsiedni kawałek. Plastry powinny mieć standardową grubość. W Stanach Zjednoczonych jednostki cali są zwykle używane do grubości izolacji termicznej. Więc musimy myśleć w kategoriach BTU przepływu ciepła, dla cala grubości materiału, na godzinę, na metr kwadratowy powierzchni, na stopień F różnicy temperatur.

Po wybraniu definicji ASTM C168 dla przewodności cieplnej, mamy jednostki Btu-cal/godzinę na stopę kwadratową na stopień F. Jest to takie samo jak termin wartość K.

wartość C

wartość C jest po prostu skrótem przewodności cieplnej. W przypadku rodzaju izolacji termicznej wartość C zależy od grubości materiału; wartość K na ogół nie zależy od grubości (istnieje kilka wyjątków, które nie wchodzą w zakres tego artykułu). Jak ASTM C168 definiuje przewodność cieplną?

przewodność cieplna, N: czas przepływu ciepła w stanie ustalonym przez obszar jednostkowy materiału lub konstrukcji wywołany różnicą temperatur między powierzchniami ciała.

ASTM C168 następnie daje proste równanie i jednostki. W jednostkach cala funta stosowanych w Stanach Zjednoczonych, jednostki te są Btus / godzinę na stopę kwadratową na stopień f różnicy temperatur.

słowa są dość podobne do tych w definicji przewodności cieplnej. Brakuje jednostek calowych w liczniku, ponieważ wartość C dla płyty izolacyjnej o grubości 2 cali jest o połowę mniejsza niż dla tej samej płyty izolacyjnej o grubości 1 cala. Im grubsza izolacja, tym niższa wartość C.

:C-value = K-value / thickness

r-value

zazwyczaj termin ten jest używany do opisania oznaczonej oceny wydajności izolacji budowlanej, którą można kupić w tartaku. Jest on używany rzadziej do izolacji mechanicznej, ale nadal jest użytecznym terminem do zrozumienia. Jego oficjalna nazwa to odporność termiczna. Tak definiuje to ASTM C168:

Rezystancja, termiczna, n: ilość określona przez różnicę temperatur w stanie ustalonym między dwiema określonymi powierzchniami materiału lub konstrukcji, które indukują jednostkowy przepływ ciepła przez obszar jednostki.

ASTM C168 następnie przedstawia równanie, a następnie typowe jednostki. W jednostkach calowych, Opór Cieplny jest mierzony w stopniach F razy stóp kwadratowych powierzchni razy godzin czasu na Btus przepływu ciepła.

większość ludzi wie, że dla danego materiału izolacyjnego im jest grubszy,tym większa jest wartość R. Na przykład w przypadku określonego rodzaju płyty izolacyjnej płyta o grubości 2 cale będzie miała dwukrotnie wartość R niż płyta o grubości 1 cala.

równanie 2:R-value = 1/C-value

Jeśli wartość C wynosi 0,5, to wartość R wynosi 2,0. Można to obliczyć z równania dla wartości C w powyższym równaniu 1:

równanie 3:R-value = thickness / K-value

zatem, jeśli grubość wynosi 1 cal, a wartość K wynosi 0,25, to wartość R jest dzielona przez 0.25, lub 4 (pomijając jednostki dla zwięzłości).

wartość U

wreszcie istnieje wartość U, znana oficjalnie jako przepuszczalność cieplna. Jest to bardziej termin techniczny używany do określenia wydajności cieplnej systemu w przeciwieństwie do jednorodnego materiału. Definicja ASTM C168 jest następująca:

przepuszczalność, termiczna, n: przepuszczalność ciepła w czasie jednostkowym przez obszar jednostkowy konstrukcji materiałowej i graniczne filmy powietrzne, wywołane przez różnicę temperatur jednostkowych między środowiskami po każdej stronie.

istnieje kilka nowych pojęć: folia graniczna powietrza i między środowiskami po każdej stronie. Poprzednie definicje nie odnosiły się do środowisk.

najlepszym sposobem na zilustrowanie transmitancji termicznej lub wartości U jest przykład. Rozważ ścianę typowego izolowanego domu z nominalnymi płytami 2 x 4 (które faktycznie mierzą około 1-1 / 2 cali x 3-1 / 2 cali), rozmieszczone 16 cali na środku, biegnące pionowo. Wewnątrz ściany można zobaczyć płytę gipsową o grubości 3/8 cala, z paroizolacją z folii z tworzywa sztucznego oddzielającą płytę gipsową od drewnianych kołków. Pałeczki z włókna szklanego mogą wypełniać przestrzenie o szerokości 3-1/2 cala między kołkami 2 x 4. Na Zewnątrz słupków mogą znajdować się polistyrenowe płyty izolacyjne o grubości 1/2 cala pokryte zewnętrzną powłoką z drewna. Ten przykład zignoruje drzwi i okna, a także wartość K i grubość plastikowej blachy używanej jako paroizolacja.

obliczenie wartości u ściany jest wystarczająco złożone, aby wykraczać poza zakres tego artykułu, ale następujące wartości muszą być znane lub przynajmniej oszacowane, aby można było obliczyć jej przepuszczalność cieplną: *

• C-Wartość folii powietrza wewnętrznego
• K-wartość płyty gipsowo-ściennej 3/8 cala
• K-wartość kołków drewnianych o szerokości 3-1/2 cali
• odstęp między kołkami (w tym przypadku 16 cali)
• K-wartość pałeczek izolacyjnych z włókna szklanego, a także ich grubość (grubość 3-1/2 cali)
• Szerokość
• K-wartość płyt styropianowych i ich grubość (1/2 cala)
• K-wartość i grubość materiałów siding drewna
• C-Wartość powietrza zewnętrznego film

im niższa wartość U, tym niższa szybkość przepływu ciepła dla danego zestawu warunków. Dobrze izolowany system ścian budynku będzie miał znacznie niższą wartość U lub przepuszczalność cieplną niż nieizolowany lub słabo izolowany system.

aby dokładnie określić wartość U mechanicznego systemu izolacji, należy uwzględnić przenikanie ciepła przez jednorodną izolację, a także wszelkie luki i Szczeliny dylatacyjne z innym materiałem izolacyjnym. Istnieje również zewnętrzna folia powietrzna i czasami wewnętrzna folia powietrzna.

w rzeczywistości wiele niejednorodnych porcji jest zazwyczaj nierozliczonych. Standardowe procedury badania przewodności cieplnej zazwyczaj traktują materiał jako jednorodny. W rzeczywistych zastosowaniach występują połączenia, a czasami pęknięcia w sztywnych materiałach. Te niespójności sprawiają, że wartość U jest większa niż w przypadku, gdy izolacja zachowuje się jak jednorodny materiał.

pojęcia wartości K, wartości C, wartości R i wartości U można podsumować w następujących regułach:

• im lepiej izolowany system, tym niższa jest jego wartość U.
• im większa wydajność elementu izolacyjnego, tym większa jego wartość R i niższa wartość C.
• im niższa wartość K danego materiału izolacyjnego, tym większa jego wartość izolacyjna dla określonej grubości i danego zestawu warunków.

są to właściwości, od których zależą użytkownicy izolacji termicznej w zakresie oszczędności energii, kontroli procesu, ochrony personelu i kontroli kondensacji.

* wartości dla wszystkich powyższych można znaleźć w ASHRAE Handbook of Fundamentals, Rozdział 25: „Thermal and Water Vapor Transmission Data.”Rozdziały 23 do 26 tego samego podręcznika ASHRAE również omawiają obliczanie wartości u ściany.