K-valoare, U-valoare, R-valoare, c-valoare

în cele mai multe aplicații, caracteristica principală a unui material de izolare termică este capacitatea sa de a reduce schimbul de căldură între o suprafață și mediul înconjurător, sau între o suprafață și o altă suprafață. Acest lucru este cunoscut ca având o valoare scăzută pentru conductivitatea termică. În general, cu cât conductivitatea termică a unui material este mai mică, cu atât este mai mare capacitatea sa de a izola pentru o anumită grosime a materialului și un set de condiții.

dacă este într-adevăr atât de simplu, atunci de ce există atât de mulți termeni diferiți, cum ar fi valoarea K, valoarea U, valoarea R și valoarea C? Iată o prezentare generală cu definiții relativ simple.

k-valoare

k-valoare este pur și simplu prescurtare pentru conductivitate termică. Standardul ASTM C168, pe terminologie, definește termenul după cum urmează:

conductivitate termică, n: rata de timp a fluxului de căldură la starea de echilibru printr-o suprafață unitară a unui material omogen indus de un gradient de temperatură unitar într-o direcție perpendiculară pe acea suprafață unitară.

această definiție nu este chiar atât de complexă. Să aruncăm o privire mai atentă, frază cu frază.

rata de timp a fluxului de căldură poate fi comparată cu debitul de apă, de exemplu, apa care curge printr-un cap de duș la atât de multe galoane pe minut. Este cantitatea de energie, măsurată în general în Statele Unite în BTU, care curge pe o suprafață într-o anumită perioadă de timp, măsurată de obicei în ore. Prin urmare, rata de timp a fluxului de căldură este exprimată în unități de BTU pe oră.

starea de echilibru înseamnă pur și simplu că condițiile sunt constante, deoarece apa curge dintr-un cap de duș la o rată constantă.

Materialul omogen se referă pur și simplu la un material, nu la două sau trei, care are o compoziție consistentă pe tot parcursul. Cu alte cuvinte, există un singur tip de izolație, spre deosebire de un strat de un tip și un al doilea strat de un al doilea tip. De asemenea, în scopul acestei discuții, nu există știfturi sau șuruburi de sudură sau orice metal structural care trece prin izolație; și nu există goluri.

Ce zici de o unitate de suprafață? Aceasta se referă la o secțiune transversală standard. Pentru fluxul de căldură în Statele Unite, un picior pătrat este utilizat în general ca unitate de suprafață. Deci, avem unități în BTU pe oră, pe picioare pătrate de suprafață (pentru a vizualiza, imaginea apei care curge la un număr de galoane pe minut, lovind o placă de 1 ft x 1 ft).

în cele din urmă, există fraza de un gradient de temperatură unitate. Dacă două articole au aceeași temperatură și sunt reunite astfel încât să se atingă, nu va curge căldură de la unul la altul, deoarece au aceeași temperatură. Pentru a avea fluxul de căldură prin conducere de la un obiect la altul, unde ambele se ating, trebuie să existe o diferență de temperatură sau un gradient. De îndată ce există un gradient de temperatură între două obiecte care ating, căldura va începe să curgă. Dacă există izolație termică între cele două obiecte, căldura va curge într-un ritm mai mic.

în acest moment, avem rata fluxului de căldură pe unitate de suprafață, pe diferență de temperatură grad cu unități de BTU pe oră, pe picior pătrat, pe grad F.

conductivitatea termică este independentă de grosimea materialului. În teorie, fiecare felie de izolație este aceeași cu felia vecină. Feliile trebuie să aibă o grosime standard. În Statele Unite, Unitățile de inci sunt de obicei utilizate pentru grosimea izolației termice. Deci, trebuie să ne gândim în termeni de BTU de flux de căldură, pentru un centimetru de grosime a materialului, pe oră, pe metru pătrat de suprafață, pe gradul F de diferență de temperatură.

după alegerea definiției ASTM C168 pentru conductivitatea termică, avem unități de BTU-inch / oră pe metru pătrat pe grad F. Acesta este același cu termenul k-valoare.

valoarea C

valoarea C este pur și simplu prescurtare pentru conductanța termică. Pentru un tip de izolație termică, valoarea C depinde de grosimea materialului; valoarea K în general nu depinde de grosime (există câteva excepții care nu intră în domeniul de aplicare al acestui articol). Cum definește ASTM C168 conductanța termică?

conductanță termică, n: rata de timp a fluxului de căldură la starea de echilibru printr-o suprafață unitară a unui material sau construcție indusă de o diferență de temperatură unitară între suprafețele corpului.

ASTM C168 oferă apoi o ecuație simplă și unități. În unitățile inch-pound utilizate în Statele Unite, aceste unități sunt BTU/oră pe metru pătrat pe grad F de diferență de temperatură.

cuvintele sunt destul de similare cu cele din definiția conductivității termice. Ceea ce lipsește sunt unitățile de inch din numărător, deoarece valoarea C pentru o placă de izolație cu grosimea de 2 inci este jumătate din valoare, așa cum este pentru aceeași placă de izolație cu grosimea de 1 inch. Cu cât izolația este mai groasă, cu atât valoarea C este mai mică.

ecuația 1:C-value = k-value / thickness

r-value

De obicei, acest termen este folosit pentru a descrie ratingul de performanță etichetat al izolației clădirilor pe care îl puteți cumpăra într-o curte de Cherestea. Este folosit mai rar pentru izolarea mecanică, dar este încă un termen util de înțeles. Denumirea sa oficială este rezistența termică. Așa îl definește ASTM C168:

rezistență, termică, n: cantitatea determinată de diferența de temperatură, la starea de echilibru, între două suprafețe definite de un material sau de construcție care induce un flux de căldură unitate printr-o unitate de suprafață.

ASTM C168 oferă apoi o ecuație, urmată de unități tipice. În unitățile inch-pound, rezistența termică este măsurată în grade F ori metri pătrați de suprafață ori ore de timp pe BTU de flux de căldură.

majoritatea oamenilor știu că pentru un anumit material izolant, cu cât este mai gros, cu atât valoarea R este mai mare. De exemplu, pentru un anumit tip de placă de izolație, o placă groasă de 2 inci va avea de două ori valoarea R a plăcii groase de 1 inch.

ecuația 2:valoarea R = 1/valoarea C

dacă valoarea C este 0,5, atunci valoarea R este 2,0. Se poate calcula din ecuația pentru valoarea C din ecuația 1 de mai sus:

ecuația 3: valoarea R = grosime / valoarea K

astfel, dacă grosimea este de 1 inch și valoarea K este de 0,25, atunci valoarea R este 1 împărțită la 0.25 sau 4 (lăsând unitățile pentru concizie).

U-valoare

În cele din urmă, există U-valoare, cunoscut oficial ca transmisie termică. Acesta este mai mult un termen de inginerie folosit pentru a desemna performanța termică a unui sistem, spre deosebire de un material omogen. Definiția ASTM C168 este următoarea:

transmisie termică, n: transmiterea căldurii în unitate de timp prin suprafața unitară a unei construcții materiale și a filmelor de aer limită, indusă de diferența de temperatură unitară între mediile de pe fiecare parte.

există câțiva termeni noi: Filmele de aer limită și între mediile de pe fiecare parte. Definițiile anterioare nu se refereau la medii.

cel mai bun mod de a ilustra transmitanța termică sau valoarea U este printr-un exemplu. Luați în considerare peretele unei case izolate tipice cu plăci nominale 2 x 4 (care măsoară de fapt aproximativ 1-1/2 inci x 3-1/2 inci), distanțate 16 inci pe centru, care rulează vertical. S-ar putea vedea 3/8-inch grosime gips bord de perete pe interiorul peretelui, cu o barieră de vapori de film de plastic care separă placa de perete gips din știfturi de lemn. Batts din fibra de sticla poate fi de umplere spațiile 3-1/2-inch largă între 2 x 4 știfturi. Pe partea exterioară a știfturilor, ar putea exista plăci de izolare din polistiren de 1/2 inch, acoperite cu înveliș exterior din lemn. Acest exemplu va ignora ușile și ferestrele, precum și valoarea K și grosimea foii de plastic utilizate ca barieră de vapori.

calculul valorii u a peretelui este suficient de complex pentru a depăși domeniul de aplicare al acestui articol, dar următoarele valori trebuie cunoscute sau cel puțin estimate pentru ca transmitanța sa termică să fie calculată: *

• c-valoarea filmului de aer interior
• k-valoarea plăcii de perete din gips de 3/8 inci
• k-valoarea știfturilor din lemn de 3-1/2 inci
• spațierea dintre știfturi (16 inci, în acest caz)
• k-valoarea bătăturilor de izolație din fibră de sticlă, precum și grosimea lor (3-1/2 inci grosime)
• lățimea (16 inch minus grosimea 1-1/2 inch a pastilelor de lemn = 14-1/2 inch)
• k-valoarea plăcilor de polistiren și grosimea lor (1/2 inch)
• k-valoarea și grosimea materialelor de siding din lemn
• c-valoarea aerului exterior film

cu cât valoarea U este mai mică, cu atât este mai mică rata fluxului de căldură pentru un anumit set de condiții. Un sistem de perete de clădire bine izolat va avea o valoare U mult mai mică sau o transmisie termică decât un sistem neizolat sau slab izolat.

pentru a determina cu exactitate valoarea U a unui sistem de izolare mecanică, trebuie să se țină cont de transferul de căldură prin izolația omogenă, precum și prin orice breșe și goluri de expansiune cu un material de izolare diferit. Există, de asemenea, filmul de aer exterior și, ocazional, un film de aer interior.

în realitate, multe porțiuni neomogene sunt de obicei necunoscute. Procedurile standard de testare a conductivității termice tratează de obicei materialul ca fiind omogen. În aplicații reale, există îmbinări și uneori fisuri în materiale rigide. Aceste inconsecvențe fac ca valoarea U să fie mai mare decât dacă izolația s-ar comporta ca un material omogen.

conceptele de valoare K, valoare C, valoare R și valoare U pot fi rezumate în următoarele reguli:

• Cu cât un sistem este mai bine izolat, cu atât valoarea U este mai mică.
• cu cât performanța unei bucăți de izolație este mai mare, cu atât valoarea R este mai mare și valoarea C este mai mică.
• cu cât este mai mică valoarea K a unui anumit material izolant, cu atât este mai mare valoarea sa izolatoare pentru o anumită grosime și un set dat de condiții.

acestea sunt proprietățile de care depind utilizatorii izolației termice pentru economii de energie, controlul proceselor, protecția personalului și controlul condensului.

* Valorile pentru toate cele de mai sus pot fi găsite în ASHRAE Handbook of Fundamentals, Capitolul 25: „date privind transmisia termică și a vaporilor de apă.”Capitolele 23 până la 26 din același manual ASHRAE discută, de asemenea, calculul valorii u a peretelui.