K-värde, U-värde, R-värde, C-värde

i de flesta applikationer är det primära inslaget i ett värmeisoleringsmaterial dess förmåga att minska värmeväxlingen mellan en yta och miljön eller mellan en yta och en annan yta. Detta är känt som att ha ett lågt värde för värmeledningsförmåga. I allmänhet, ju lägre ett materials värmeledningsförmåga, desto större är dess förmåga att isolera för en given materialtjocklek och uppsättning villkor.

om det verkligen är så enkelt, varför finns det så många olika termer, som K-värde, U-värde, R-värde och C-värde? Här är en översikt med relativt enkla definitioner.

K-värde

K-värde är helt enkelt stenografi för värmeledningsförmåga. ASTM-standarden C168, på terminologi, definierar termen enligt följande:

värmeledningsförmåga, n: tidshastigheten för steady state värmeflöde genom en enhetsarea av ett homogent material inducerat av en enhetstemperaturgradient i en riktning vinkelrätt mot den enhetsarean.

denna definition är verkligen inte så komplex. Låt oss ta en närmare titt, fras för fras.

Tidshastigheten för värmeflödet kan jämföras med vattenflödeshastigheten, t.ex. vatten som strömmar genom ett duschhuvud med så många liter per minut. Det är mängden energi, vanligtvis mätt i USA i BTU, som flyter över en yta under en viss tidsperiod, vanligtvis mätt i timmar. Därför uttrycks tidshastigheten för värmeflödet i enheter av BTU per timme.

Steady state betyder helt enkelt att förhållandena är stabila, eftersom vatten strömmar ut ur ett duschhuvud med konstant hastighet.

homogent material hänvisar helt enkelt till ett material, inte två eller tre, som har en konsekvent sammansättning genomgående. Med andra ord finns det bara en typ av isolering, i motsats till ett lager av en typ och ett andra lager av en andra typ. För denna diskussion finns det inga svetsstift eller skruvar eller någon strukturell metall som passerar genom isoleringen; och det finns inga luckor.

vad sägs om genom ett enhetsområde? Detta hänvisar till en standard tvärsnittsarea. För värmeflöde i USA används vanligtvis en kvadratfot som enhetsarea. Så vi har enheter i BTU per timme, per kvadratmeter område (för att visualisera, bildvatten som strömmar vid ett antal gallon per minut och slår en 1 ft x 1 ft styrelse).

slutligen finns frasen med en temperaturgradient. Om två föremål har samma temperatur och samlas så att de rör, kommer ingen värme att strömma från den ena till den andra eftersom de har samma temperatur. För att få värmeflöde genom ledning från ett objekt till ett annat, där båda berör, måste det finnas en temperaturskillnad eller gradient. Så snart det finns en temperaturgradient mellan två rörande föremål börjar värmen flöda. Om det finns värmeisolering mellan dessa två objekt kommer värmen att flöda i mindre takt.

Vid denna tidpunkt har vi värmeflöde per ytenhet, per grad temperaturskillnad med enheter av BTU per timme, per kvadratfot, per grad F.

värmeledningsförmåga är oberoende av materialtjocklek. I teorin är varje skiva isolering densamma som dess angränsande skiva. Skivorna ska ha en viss standardtjocklek. I USA används enheter av tum vanligtvis för tjocklek av värmeisolering. Så vi måste tänka i termer av BTU av värmeflöde, för en tum av materialtjocklek, per timme, per kvadratmeter yta, per grad F av temperaturskillnad.

Efter att ha plockat ihop ASTM C168-definitionen för värmeledningsförmåga har vi enheter av Btu-tum/timme per kvadratfot per grad F. Detta är detsamma som termen K-värde.

C-värde

C-värde är helt enkelt stenografi för termisk konduktans. För en typ av värmeisolering beror C-värdet på materialets tjocklek; K-värdet beror i allmänhet inte på tjocklek (det finns några undantag som inte omfattas av denna artikel). Hur definierar ASTM C168 termisk konduktans?

konduktans, termisk, n: tidshastigheten för steady state värmeflöde genom en enhetsarea av ett material eller en konstruktion inducerad av en temperaturskillnad mellan kroppsytorna.

ASTM C168 ger sedan en enkel ekvation och enheter. I tum-pund enheter som används i USA, dessa enheter är BTU/timme per kvadratfot per grad F temperaturskillnad.

orden är ganska lika de i definitionen för värmeledningsförmåga. Det som saknas är tumenheterna i täljaren eftersom C-värdet för en 2-tums tjock isoleringskort är hälften av värdet som det är för samma material 1-tums tjock isoleringskort. Ju tjockare isoleringen desto lägre är dess C-värde.

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

R-value

vanligtvis används denna term för att beskriva den märkta prestandaklassificeringen för byggnadsisolering som man kan köpa i en timmergård. Det används mindre ofta för mekanisk isolering, men det är fortfarande en användbar term att förstå. Dess officiella beteckning är värmebeständighet. Så här definierar ASTM C168 det:

motstånd, termisk, n: mängden bestäms av temperaturskillnaden, vid steady state, mellan två definierade ytor av ett material eller konstruktion som inducerar en enhet värmeflöde genom en enhetsarea.

ASTM C168 ger sedan en ekvation, följt av typiska enheter. I tum-pundenheterna mäts värmebeständighet i grader F gånger kvadratfot av området gånger timmar per BTU av värmeflöde.

de flesta vet att för ett givet isoleringsmaterial, ju tjockare det är desto större är R-värdet. Till exempel, för en viss typ av isoleringskort, kommer en 2-tums tjock bräda att ha dubbelt R-värdet för den 1-tums tjocka brädan.

ekvation 2:R-värde = 1 / C-värde

Om C-värdet är 0,5 är R-värdet 2,0. Man kan beräkna det från ekvationen för C-värde i ekvation 1 ovan:

ekvation 3:R-värde = tjocklek / K-värde

således, om tjockleken är 1 tum och K-värdet är 0,25, är R-värdet 1 dividerat med 0.25 eller 4 (lämnar enheterna för korthet).

U-värde

slutligen finns det U-värde, officiellt känt som termisk transmittans. Detta är mer av en teknisk term som används för att beteckna ett systems termiska prestanda i motsats till ett homogent material. ASTM C168-definitionen är som följer:

transmittans, termisk, n: värmeöverföringen i tidsenhet genom enhetsarea av en materialkonstruktion och gränsluftfilmerna, inducerad av enhetens temperaturskillnad mellan miljöerna på varje sida.

det finns några nya termer: gräns luftfilmer och mellan miljöerna på varje sida. De tidigare definitionerna hänvisade inte till miljöer.

det bästa sättet att illustrera termisk transmittans eller U-värde är genom ett exempel. Tänk på väggen i ett typiskt isolerat hus med nominella 2 x 4 brädor (som faktiskt mäter cirka 1-1/2 tum x 3-1/2 tum), åtskilda 16 tum i mitten och löper vertikalt. Man kan se 3/8-tums tjock gips väggskiva på insidan av väggen, med en plastfilm ångspärr separera gips väggskiva från trä dubbar. Glasfiber batts kan fylla 3-1 / 2-tums breda utrymmen mellan 2 x 4 dubbar. På utsidan av tapparna kan det finnas 1/2-tums tjocka polystyrenisoleringsskivor täckta med yttre trämantel. Detta exempel kommer att ignorera dörrar och fönster, liksom K-värdet och tjockleken på plastarket som används som ångspärr.

beräkningen av väggens U-värde är tillräckligt komplex för att ligga utanför ramen för denna artikel, men följande värden måste vara kända eller åtminstone uppskattade för att dess termiska transmittans ska beräknas: *

• C-värdet på inomhusluftfilmen
• K-värdet på 3/8-tums gipsväggsskiva
• K-värdet på 3-1/2-tums breda träpinnar
• avstånd mellan tapparna (16 tum, i detta fall)
• K-värdet på glasfiberisoleringsbattarna, liksom deras tjocklek (3-1/2 tum tjock)
• bredden på glasfiberbattarna (16 inches minus 1-1/2 tum tjocklek av trä dubbar = 14-1/2 inches)
• k-värdet av polystyren styrelser och deras tjocklek (1/2 tum)
• k-värde och tjocklek av trä sidospår material
• c-värdet av utomhusluften film

ju lägre U-värde, desto lägre värmeflöde för en given uppsättning villkor. Ett välisolerat byggväggsystem kommer att ha ett mycket lägre U-värde, eller termisk transmittans, än ett oisolerat eller dåligt isolerat system.

för att bestämma ett mekaniskt isoleringssystems U-värde exakt måste man redogöra för värmeöverföring genom den homogena isoleringen samt genom eventuella brott och expansionsgap med ett annat isoleringsmaterial. Det finns också den yttre luftfilmen och ibland en inre luftfilm.

i verkligheten är många icke-homogena delar vanligtvis inte redovisade för. Standard värmeledningsförmågan testprocedurer behandlar vanligtvis materialet som homogent. I verkliga applikationer finns fogar och ibland sprickor i styva material. Dessa inkonsekvenser gör U-värdet större än om isoleringen uppförde sig som ett homogent material.

begreppen K-värde, C-värde, R-värde och U-värde kan sammanfattas i följande regler:

• ju bättre isolerat ett system desto lägre är dess U-värde.
• ju större prestanda en bit isolering är, desto större är dess R-värde och desto lägre är dess C-värde.
• ju lägre K-värdet av ett visst isoleringsmaterial, desto större är dess isolerande värde för en viss tjocklek och given uppsättning villkor.

dessa är de egenskaper som användare av värmeisolering är beroende av för energibesparingar, processtyrning, personalskydd och kondenseringskontroll.

* värden för alla ovanstående finns i ASHRAE Handbook of Fundamentals, Kapitel 25: ”värme-och Vattenångöverföringsdata.”Kapitel 23 till 26 i samma ASHRAE manual diskuterar också beräkning av väggens U-värde.