Valor K, U-Valor, Valor R, C-Valor

Na maioria das aplicações, a principal característica de um material de isolamento térmico é a sua capacidade para reduzir a troca de calor entre uma superfície e o ambiente, ou entre uma superfície e outra superfície. Isto é conhecido como tendo um baixo valor para a condutividade térmica. Geralmente, quanto menor for a condutividade térmica do material, maior será a sua capacidade de isolamento para uma dada espessura do material e um conjunto de condições.

Se é realmente assim tão simples, então por que existem tantos termos diferentes, tais como K-value, U-value, R-value, E C-value? Aqui está uma visão geral com definições relativamente simples.

K-value

K-value is simply shorthand for thermal conductivity. A NORMA ASTM C168, na terminologia, define o termo como segue:

condutividade térmica, n: o tempo de fluxo de calor em estado estacionário através de uma área unitária de um material homogêneo induzida por um gradiente de temperatura unitária em uma direção perpendicular a essa área unitária.

esta definição não é assim tão complexa. Vamos ver mais de perto, frase por frase.

tempo de fluxo de calor pode ser comparado com o fluxo de água, por exemplo, água que flui através de uma cabeça de chuveiro a tantos galões por minuto. É a quantidade de energia, geralmente medida nos Estados Unidos em Btus, fluindo através de uma superfície em um determinado período de tempo, geralmente medido em horas. Assim, o tempo de fluxo de calor é expresso em unidades de Btus por hora.o estado estacionário significa simplesmente que as condições são estáveis, à medida que a água flui para fora de um chuveiro a uma velocidade constante.

material homogêneo simplesmente se refere a um material, não dois ou três, que tem uma composição consistente ao longo. Em outras palavras, há apenas um tipo de isolamento, em oposição a uma camada de um tipo e uma segunda camada de um segundo tipo. Além disso, para os fins desta discussão, não há pinos de solda ou parafusos, ou qualquer metal estrutural que passa através do isolamento; e não há aberturas.e através de uma área de unidade? Isto refere-se a uma área transversal padrão. Para o fluxo de calor nos Estados Unidos, um pé quadrado é geralmente usado como a área de unidade. Então, temos unidades em Btus por hora, por pés quadrados de área (para visualizar, imaginar a água fluindo em algum Número de galões por minuto, atingindo uma placa de 1 pés x 1 pés).

finalmente, há a frase por um gradiente de temperatura unitária. Se dois itens têm a mesma temperatura e são reunidos para que eles se tocam, nenhum calor vai fluir de um para o outro, porque eles têm a mesma temperatura. Para ter fluxo de calor por condução de um objeto para outro, onde ambos estão tocando, deve haver uma diferença de temperatura ou gradiente. Assim que houver um gradiente de temperatura entre dois objetos que tocam, o calor começará a fluir. Se houver isolamento térmico entre esses dois objetos, o calor fluirá a um menor ritmo.

neste ponto, temos uma taxa de fluxo de calor por unidade de área, por grau de diferença de temperatura, com unidades de Btus por hora, por metro quadrado, por grau F.

a condutividade Térmica é independente da espessura do material. Em teoria, cada pedaço de isolamento é o mesmo que a sua fatia vizinha. As fatias devem ter alguma espessura padrão. Nos Estados Unidos, unidades de polegadas são tipicamente usadas para a espessura do isolamento térmico. Então precisamos pensar em termos de Btus de fluxo de calor, para uma polegada de espessura do material, por hora, por pé quadrado de área, por grau F de diferença de temperatura.

Depois de separar a definição ASTM C168 para condutividade térmica, temos unidades de Btu-polegada/hora por pé quadrado por grau F. Este é o mesmo que o termo K-valor.

C-value

c-value is simply shorthand for thermal conductance. Para um tipo de isolamento térmico, o valor C depende da espessura do material; o valor K geralmente não depende da espessura (há algumas exceções não no âmbito deste artigo). Como é que o ASTM C168 define condutância térmica?

condutância, térmica, n: o tempo de fluxo de calor em estado estacionário através de uma área unitária de um material ou construção induzida por uma diferença de temperatura unitária entre as superfícies do corpo.

ASTM C168 então dá uma equação e unidades simples. Nas unidades de polegada usadas nos Estados Unidos, essas unidades são Btus/hora por pé quadrado por grau F de diferença de temperatura.

As palavras são bastante semelhantes às da definição para condutividade térmica. O que falta são as unidades de polegada no numerador porque o valor C para uma placa de isolamento de 2 polegadas de espessura é metade do valor como é para o mesmo material de 1 polegada de espessura placa de isolamento. Quanto mais espesso o isolamento, menor o seu valor C.

equação 1:C-valor = valor K / espessura

R-valor

Normalmente, este termo é usado para descrever a etiqueta de classificação de desempenho de isolamento do edifício pode-se comprar em um pátio de madeira. É usado menos frequentemente para isolamento mecânico, mas ainda é um termo útil para entender. Sua designação oficial é resistência térmica. É assim que o ASTM C168 o define:

resistência, térmica, n: a quantidade determinada pela diferença de temperatura, em estado estacionário, entre duas superfícies definidas de um material ou construção que induz um fluxo de calor unitário através de uma área unitária.

ASTM C168 então fornece uma equação, seguida de unidades típicas. Nas unidades de polegada, a resistência térmica é medida em graus F vezes pés quadrados de área vezes horas de tempo por Btus de fluxo de calor.

A maioria das pessoas sabe que para um determinado material de isolamento, quanto mais espesso for, maior o valor de R. Por exemplo, para um tipo particular de placa de isolamento, uma placa de 2 polegadas de espessura terá o dobro do valor R da placa de 1 polegada de espessura.

a Equação 2:o valor R = 1 / C-valor

Se o C-valor é 0,5, então o valor R é 2.0. Pode-se calculá-lo a partir da equação de C-valor da Equação 1 acima:

a Equação 3:R-value = espessura / K-valor

Assim, se a espessura é de 1 polegada, e o valor K é de 0,25, em seguida, o valor R é 1 dividido por 0.25, ou 4 (deixando de fora as unidades para brevidade).

U-valor

finalmente, há U-valor, conhecido oficialmente como transmitância térmica. Este é mais um termo de engenharia usado para designar o desempenho térmico de um sistema em oposição a um material homogêneo. A definição ASTM C168 é a seguinte:

transmitância, térmica, n: a transmissão de calor no tempo unitário através da área unitária de uma construção de materiais e as películas de ar limite, induzida pela diferença de temperatura unitária entre os ambientes de cada lado.

Existem alguns novos termos: os filmes de ar limite e entre os ambientes de cada lado. As definições anteriores não se referiam a ambientes.

A melhor maneira de ilustrar a transmitância térmica ou o valor-U é através de um exemplo. Considere a parede de uma típica casa isolada com placas nominais de 2 x 4 (que na verdade medem cerca de 1-1/2 polegadas x 3-1/2 polegadas), espaçadas 16 polegadas no centro, correndo verticalmente. Pode-se ver Placa de gesso de 3/8 polegadas de espessura no interior da parede, com uma barreira de plástico de vapor que separa a placa de gesso das placas de madeira. Os bastões de fibra de vidro podem estar a encher os espaços de 3×2 polegadas de largura entre os garanhões de 2×4. No exterior dos garanhões, pode haver placas de isolamento de poliestireno de meia polegada de espessura cobertas com bainha de madeira exterior. Este exemplo irá ignorar portas e janelas, bem como o valor K e espessura da folha de plástico usada como barreira de vapor. o cálculo do valor de U da parede é suficientemente complexo para estar além do âmbito do presente artigo, mas os seguintes valores devem ser conhecidos ou, pelo menos, estimados para a sua transmitância térmica a calcular: *

• C-valor do ar interior filme
• K-valor da 3/8 polegadas de gesso, placa da parede
• K-valor de 3-1/2 polegadas-wide madeira, pregos
• Espaçamento entre os pinos (16 polegadas, neste caso)
• K-valor da fibra de vidro de isolamento batts, bem como a sua espessura (3-1/2 polegadas de espessura)
• Largura da fibra de vidro batts (16 polegadas, menos a 1-1/2 polegada de espessura da madeira, pregos = 14-1/2 polegadas)
• K-valor das placas de poliestireno e sua espessura (1/2 polegada)
• K-valor e a espessura da madeira de revestimento de materiais
• C-valor do ar exterior película

menor o valor de U, menor a taxa de fluxo de calor para um determinado conjunto de condições. Um sistema de parede de construção bem isolado terá um valor-U muito mais baixo, ou transmitância térmica, do que um sistema nãoinsulado ou mal isolado.

para determinar com precisão o valor de U de um sistema de isolamento mecânico, deve-se ter em conta a transferência de calor através do isolamento homogéneo, bem como através de quaisquer falhas e aberturas de expansão com um material de isolamento diferente. Há também o filme de fora do ar e, ocasionalmente, um filme de dentro do ar.

na realidade, muitas porções não-homogéneas são tipicamente inexplicadas. Os procedimentos padrão de ensaio de condutividade térmica geralmente tratam o material como sendo homogêneo. Em aplicações reais, há juntas e, por vezes, rachaduras em materiais rígidos. Estas inconsistências tornam o valor-U maior do que se o isolamento se comportasse como um material homogéneo.

os conceitos de K-value, C-value, R-value e U-value podem ser resumidos nas seguintes regras:

• Quanto melhor isolado um sistema, menor o seu valor-U. quanto maior o desempenho de uma peça de isolamento, maior o seu valor R e menor o seu valor C.quanto mais baixo for o valor K de um determinado material de isolamento, maior será o seu valor isolante para uma determinada espessura e um determinado conjunto de condições.

estas são as propriedades das quais os usuários de isolamento térmico dependem para a economia de energia, controle de processo, proteção do pessoal e controle de condensação.

* valores para todos os valores acima podem ser encontrados no manual ASHRAE de Fundamentos, Capítulo 25: “dados de transmissão de Vapor térmico e de água.”Os capítulos 23 a 26 do mesmo manual ASHRAE também discutem o cálculo do valor U da parede.