R -значение (изоляция)

Установлена ​​изоляция из стекловолокна с видимым значением R (R-21).

В контексте строительства , Значение R является мерой того , насколько хорошо двумерный барьер, такой как слой изоляции, окно или целая стена или потолок, противостоит проводящему воздействию. поток тепла. Значение R — это разница температур на единицу теплового потока, необходимая для поддержания одной единицы теплового потока между более теплой поверхностью и более холодной поверхностью барьера в установившихся условиях. Таким образом, эта мера в равной степени актуальна для снижения счетов за электроэнергию для отопления зимой, для охлаждения летом и для общего комфорта.

R -значение — это строительной отрасли. термин по термическому сопротивлению «на единицу площади». Иногда его называют значением RSI, если СИ . используются единицы Значение R может быть указано для материала (например, пенополиэтилена ) или для совокупности материалов (например, стены или окна). В случае материалов это часто выражается в значении R на метр. Значения R являются аддитивными для слоев материалов, и чем выше значение R, тем лучше производительность.

или U-фактор значение U представляет собой общий коэффициент теплопередачи , и его можно найти, взяв обратное значение R. Это свойство описывает, насколько хорошо элементы здания проводят тепло на единицу площади при температурном градиенте. Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев материалов, например тех, из которых состоит ограждающая конструкция здания . Выражается в ваттах на квадратный метр-кельвин: Вт/(м ² ⋅К). Чем выше значение U, тем ниже способность ограждающих конструкций здания сопротивляться теплопередаче. Низкое значение U или, наоборот, высокое значение R обычно указывает на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку позволяют прогнозировать поведение всего строительного элемента, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

Определение R-значения

Это относится к технической/конструктивной ценности. $$R_{\text{val}}={\frac {\Delta T}{\phi _{q}}},$$

где:

• $R_{\text{val}}$ ( K ⋅ m ² / W ) — R-значение,
• $\Delta T$ (K) — разница температур между более теплой и более холодной поверхностью барьера,
• $\phi _{q}$ (Вт/м ² ) — тепловой поток через барьер.

Значение R на единицу открытой поверхности барьера измеряет абсолютное термическое сопротивление барьера. $${\frac {R_{\text{val}}}{A}}=R,$$

где:

• $R_{\text{val}}$ значение R (м ² ⋅K⋅W ⁻¹ )
• $A$ - площадь открытой поверхности барьера (м ² )
• $R$ – абсолютное термическое сопротивление (К⋅Вт ⁻¹ )

Абсолютное термическое сопротивление , $R$, количественно определяет разницу температур на единицу скорости теплового потока , необходимую для поддержания одной единицы скорости теплового потока. Иногда возникает путаница, поскольку в некоторых публикациях термин «термическое сопротивление» используется для обозначения разницы температур на единицу теплового потока , а в других публикациях используется термин «термическое сопротивление» для обозначения разницы температур на единицу скорости теплового потока. Дополнительная путаница возникает потому, что в некоторых публикациях используется символ R для обозначения разницы температур на единицу теплового потока, а в других публикациях используется символ R для обозначения разницы температур на единицу скорости теплового потока. В этой статье используется термин «абсолютное термическое сопротивление» для обозначения разницы температур на единицу теплового потока и термин R-значение для обозначения разницы температур на единицу теплового потока.

В любом случае, чем больше значение R, тем больше сопротивление и, следовательно, тем лучше теплоизоляционные свойства барьера. Значения R используются при описании эффективности изоляционного материала и при анализе теплового потока через конструкции (такие как стены, крыши и окна) в установившихся условиях. Тепловой поток через барьер обусловлен разницей температур между двумя сторонами барьера, а значение R количественно определяет, насколько эффективно объект сопротивляется этому воздействию: Разница температур, деленная на значение R, а затем умноженная на площадь открытой поверхности барьера, дает общую скорость теплового потока через барьер, измеряемую в ваттах или БТЕ в час. $$\phi ={\frac {\Delta T\cdot A}{R_{\text{val}}}},$$

где:

• $R_{\text{val}}$ - значение R (K⋅m ² /В),
• $\Delta T$ - разница температур (K) между более теплой и более холодной поверхностью барьера,
• $A$ - площадь открытой поверхности (м ² ) барьера,
• $\phi$ – скорость теплового потока (Вт) через барьер.

Поскольку рассматриваемые материалы представляют собой плотные твердые тела, находящиеся в прямом взаимном контакте, R-значения аддитивны; например, общее значение R барьера, состоящего из нескольких слоев материала, представляет собой сумму значений R отдельных слоев.

Например, зимой снаружи может быть 2 °C, а внутри 20 °C, что составляет разницу температур в 18 °C или 18 K. Если у материала значение R равно 4, он потеряет 0,25 Вт/(°C). ⋅м ² ). Площадью 100 м. ² , теряемая тепловая энергия составляет 0,25 Вт/(К⋅м ² ) × 18 °C × 100 м ² = 450 Вт. Будут и другие потери через пол, окна, вентиляционные щели и т. д. Но только для этого материала уходит 450 Вт, и их можно заменить внутренним обогревателем на 450 Вт для поддержания внутренней температуры.

Использование, ед.

Обратите внимание, что значение R — это строительной отрасли. термин за то, что в других контекстах называется « тепловым сопротивлением » «на единицу площади». Иногда его называют значением RSI, если СИ . используются (метрические) единицы

Значение R может быть указано для материала (например, пенополиэтилена ) или для совокупности материалов (например, стены или окна). В случае материалов это часто выражается в виде значения R на единицу длины (например, на дюйм толщины). Последнее может вводить в заблуждение в случае теплоизоляции зданий с низкой плотностью, для которой значения R не являются аддитивными: их значение R на дюйм не является постоянным по мере того, как материал становится толще, а обычно уменьшается.

Единицы измерения R (см. ниже ) обычно не указываются явно, поэтому важно определить из контекста, какие единицы используются: значение R, выраженное в единицах IP (дюймы-фунты). примерно в 5,68 раз больше, чем в единицах СИ, так что, например, окно R-2 в единицах IP имеет RSI 0,35 (поскольку 2/5,68 = 0,35). Для значений R нет разницы между обычными и имперскими единицами измерения США .

Все нижеследующее означает одно и то же: «это окно Р-2»; «это окно R2»; «это окно имеет R-значение 2»; «это окно с R = 2» (и аналогично со значениями RSI, которые также включают возможность «это окно обеспечивает RSI 0,35 сопротивления тепловому потоку» ).

Кажущееся значение R

Чем больше материал способен проводить тепло, что определяется его теплопроводностью , тем ниже его значение R. С другой стороны, чем толще материал, тем выше его значение R. Иногда теплопередачи процессы , отличные от проводимости (а именно, конвекция и излучение ), существенно способствуют передаче тепла внутри материала. В таких случаях полезно ввести «кажущуюся теплопроводность», которая отражает влияние всех трех видов процессов, и определить значение R в более общем смысле как толщину образца, деленную на его кажущуюся теплопроводность . Некоторые уравнения, связывающие это обобщенное значение R, также известное как кажущееся значение R , с другими величинами: $$R_{\text{val}}^{\prime }={\frac {\Delta x}{k^{\prime }}}={\frac {1}{U_{\text{val}}}}=\Delta x\cdot r^{\prime },$$

где:

• $R_{\text{val}}^{\prime }$ — кажущееся значение R ( K / W ) по толщине образца,
• $\Delta x$ — толщина ( м ) образца (измеренная на пути, параллельном тепловому потоку),
• $k^{\prime }$ — кажущаяся теплопроводность материала ( Вт /( К ⋅ м )),
• $U_{\text{val}}$ коэффициент теплопередачи или коэффициент теплопередачи материала ( Вт / К ),
• $r^{\prime }={k^{\prime }}^{-1}$ – кажущееся термическое сопротивление материала ( К ⋅ м / Вт ).

Кажущееся значение R количественно определяет физическую величину, называемую теплоизоляцией .

Однако за это обобщение приходится платить, поскольку значения R, включающие непроводящие процессы, больше не могут быть аддитивными и могут иметь значительную температурную зависимость. В частности, для рыхлого или пористого материала значение R на дюйм обычно зависит от толщины, почти всегда так, что оно уменьшается с увеличением толщины. ( полиизоцианурат (в просторечии полиизо ) является исключением; его значение R/дюйм увеличивается с толщиной ). По тем же причинам значение R на дюйм также зависит от температуры материала, обычно увеличиваясь с понижением температуры (опять-таки исключением является полиизоцианурат); номинально стекловолоконный войлок R-13 может быть R-14 при -12 ° C (10 ° F) и R-12 при 43 ° C (109 ° F). Тем не менее, в строительстве принято считать значения R не зависящими от температуры. материала Обратите внимание, что значение R может не учитывать радиационные или конвективные процессы на поверхности , что может быть важным фактором для некоторых приложений.

Значение R является обратной величиной коэффициента теплопередачи ( U-фактора ) материала или сборки. Однако строительная отрасль США предпочитает использовать значения R, поскольку они аддитивны и поскольку большие значения означают лучшую изоляцию, ни то, ни другое не относится к U-факторам.

U-фактор/U-значение

См. Также: Теплопроводность

U -фактор или значение U — это общий коэффициент теплопередачи , который описывает, насколько хорошо элемент здания проводит тепло, или скорость передачи тепла (в ваттах) через один квадратный метр конструкции, разделенную на разницу температур по всей конструкции. . Элементы обычно представляют собой сборки из многих слоев компонентов, таких как те, из которых состоят стены/полы/крыши и т. д. Это выражается в ваттах на квадратный метр кельвина Вт/(м2). ² ⋅К). Это означает, что чем выше значение U, тем хуже тепловые характеристики ограждающих конструкций здания. Низкое значение U обычно указывает на высокий уровень изоляции. Они полезны, поскольку позволяют прогнозировать поведение всего строительного элемента, а не полагаться на свойства отдельных материалов.

В большинстве стран свойства конкретных материалов (например, изоляции) обозначаются коэффициентом теплопроводности , иногда называемым значением k или значением лямбда (строчная λ). Теплопроводность (значение k) — это способность материала проводить тепло; следовательно, чем ниже значение k, тем лучше материал для изоляции. Пенополистирол (EPS) имеет значение k около 0,033 Вт/(м⋅К). Для сравнения, изоляция из фенольной пены имеет коэффициент k около 0,018 Вт/(м⋅К). в то время как древесина варьируется от 0,15 до 0,75 Вт/(м⋅К), а сталь имеет значение k примерно 50,0 Вт/(м⋅К). Эти цифры варьируются от продукта к продукту, поэтому Великобритания и ЕС установили стандарт 90/90, который означает, что 90% продукта будет соответствовать заявленному значению k с уровнем достоверности 90%, если указано указанное значение. как значение лямбда 90/90.

U является обратным R с единицами СИ Вт/(м ² ⋅К) и американские единицы БТЕ/(ч⋅°F⋅фут ² ) $$U={\frac {1}{R}}={\frac {{\dot {Q}}_{A}}{\Delta T}}={\frac {k}{L}},$$

где ${\dot {Q}}_{A}$ это тепловой поток , $\Delta T$ – разница температур по материалу, k – коэффициент теплопроводности материала, а L – его толщина. В некоторых контекстах U называют единицей поверхностной проводимости.

Термин U-фактор обычно используется в США и Канаде для обозначения теплового потока через целые конструкции (например, крыши, стены и окна). ). Например, энергетические кодексы, такие как ASHRAE 90.1 и IECC, предписывают значения U. Однако на практике значение R широко используется для описания термического сопротивления изоляционных изделий, слоев и большинства других частей ограждения здания (стен, полов, крыш). В других регионах мира значение U/коэффициент U чаще используется для элементов всего ограждения здания, включая окна, двери, стены, крышу и плиты фундамента.

Единицы измерения: метрическая система (СИ) и дюйм-фунт (IP).

Единица измерения R-значения в системе СИ:
      кельвин -квадратный метр на ватт (К⋅м ² /Вт или, что то же самое, °С⋅м ² /В),

тогда как единица измерения IP (дюйм-фунт)
      градус Фаренгейта на квадратный фут- час на британскую тепловую единицу (°F⋅ft ² ⋅ч/БТЕ).

Для значений R нет разницы между американскими и британскими единицами измерения , поэтому в обеих используется одна и та же единица IP.

В некоторых источниках используется «RSI», когда речь идет о значениях R в единицах СИ.

Значения R, выраженные в единицах IP, примерно в 5,68 раза больше значений R, выраженных в единицах СИ. Например, окно R-2 в IP-системе имеет RSI примерно 0,35, поскольку 2/5,68 ≈ 0,35.

В странах, где обычно используется система СИ, значения R также обычно указываются в единицах СИ. Сюда входят Великобритания, Австралия и Новая Зеландия.

Значения IP обычно приводятся в США и Канаде, хотя в Канаде обычно указываются значения IP и RSI.

Поскольку единицы обычно не указываются явно, необходимо решить, исходя из контекста, какие единицы используются. В этом отношении полезно иметь в виду, что значения R IP в 5,68 раза превышают соответствующие значения R SI.

Точнее,

Значение R (в IP) ≈ Значение RSI (в СИ) × 5,678263
Значение RSI (в СИ) ≈ Значение R (в IP) × 0,1761102

Различные типы изоляции

Правительство Австралии объясняет, что требуемые общие значения R для строительной конструкции варьируются в зависимости от климатической зоны. «К таким материалам относятся блоки из газобетона, полые блоки из пенополистирола, тюки соломы и листы экструдированного полистирола».

В Германии после принятия в 2009 году (10 октября) закона Energieeinsparverordnung (EnEv) об энергосбережении все новые здания должны демонстрировать способность оставаться в определенных пределах коэффициента теплопередачи для каждого конкретного строительного материала. Кроме того, EnEv описывает максимальный коэффициент для каждого нового материала, если части заменяются или добавляются к существующим конструкциям.

Министерство энергетики США рекомендовало значения R для определенных районов США на основе общих местных затрат на энергию для отопления и охлаждения, а также климата региона. Существует четыре типа изоляции: рулоны и войлок, насыпной наполнитель, жесткий пенопласт и пенопласт. Рулоны и войлок обычно представляют собой гибкие изоляторы, состоящие из волокон, например стекловолокна. Сыпучая изоляция поставляется в виде рыхлых волокон или гранул, и ее следует выдувать в помещение. Жесткий пенопласт дороже волокна, но обычно имеет более высокое значение R на единицу толщины. Изоляцию из пенопласта можно задувать на небольшие участки, чтобы контролировать утечки воздуха, например, вокруг окон, или можно использовать для изоляции всего дома.

Толщина

Увеличение толщины изоляционного слоя увеличивает термическое сопротивление. Например, удвоение толщины ватина из стекловолокна приведет к удвоению его значения R, возможно, с 2,0 м. ² ⋅K/W для толщины 110 мм, до 4,0 м ² ⋅K/W для толщины 220 мм. Передача тепла через изоляционный слой аналогична добавлению сопротивления в последовательную цепь с фиксированным напряжением. Однако это справедливо лишь приблизительно, поскольку эффективная теплопроводность некоторых изоляционных материалов зависит от толщины. Добавление материалов для изоляции, таких как гипсокартон и сайдинг, обеспечивает дополнительное, но обычно гораздо меньшее значение R.

Факторы

Существует множество факторов, которые вступают в игру при использовании значений R для расчета теплопотерь для конкретной стены. Значения сопротивления производителя применимы только к правильно установленной изоляции. Сжатие двух слоев ватина до толщины, предназначенной для одного слоя, увеличит, но не удвоит значение R. (Другими словами, сжатие вставки из стекловолокна уменьшает значение R войлока, но увеличивает значение R на дюйм.) Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является то, что стойки и окна обеспечивают параллельный путь теплопроводности, на который не влияет R изоляции. -ценить. Практический смысл этого заключается в том, что можно удвоить значение R изоляции, установленной между элементами каркаса, и добиться снижения теплопотерь существенно менее чем на 50 процентов. При установке между стойками стены даже идеальная изоляция стены только устраняет проводимость через изоляцию, но не влияет на кондуктивные потери тепла через такие материалы, как стеклянные окна и стойки. Изоляция, установленная между стойками, может уменьшить, но обычно не устраняет потери тепла из-за утечки воздуха через ограждающие конструкции. Установка непрерывного слоя жесткой пенопластовой изоляции на внешней стороне обшивки стены прервет образование тепловых мостов через стойки, а также уменьшит скорость утечки воздуха.

Основная роль

Значение R является мерой способности образца изоляции снижать скорость теплового потока в определенных условиях испытаний. Основным способом передачи тепла, которому препятствует изоляция, является проводимость, но изоляция также снижает потери тепла всеми тремя способами теплопередачи: проводимостью, конвекцией и излучением. Основная потеря тепла в неизолированном, наполненном воздухом пространстве — это естественная конвекция , которая возникает из-за изменения плотности воздуха с температурой. Изоляция значительно замедляет естественную конвекцию, делая проводимость основным способом передачи тепла. Пористая изоляция достигает этого за счет улавливания воздуха, благодаря чему устраняются значительные конвективные потери тепла, оставляя только проводимость и незначительную передачу излучения. Основная роль такой изоляции заключается в обеспечении теплопроводности изоляции, равной теплопроводности застоявшегося воздуха. Однако это невозможно реализовать в полной мере, поскольку стекловата или пенопласт, необходимые для предотвращения конвекции, увеличивают теплопроводность по сравнению с теплопроводностью неподвижного воздуха. Незначительная радиационная теплопередача достигается за счет наличия множества поверхностей, нарушающих «четкий обзор» между внутренней и внешней поверхностями изоляции, например, видимый свет не может пройти через пористые материалы. На таких множественных поверхностях много ватина и пористой пены. Излучение также сводится к минимуму за счет внешних поверхностей с низкой излучательной способностью (высокой отражающей способностью), таких как алюминиевая фольга. Более низкая теплопроводность или более высокие значения R могут быть достигнуты путем замены воздуха аргоном, когда это практически возможно, например, в специальной изоляции из пенопласта с закрытыми порами, потому что аргон имеет меньшую теплопроводность, чем воздух.

Общий

Передача тепла через изоляционный слой аналогична электрическому сопротивлению . Теплопередачу можно рассчитать, рассматривая сопротивление последовательно с фиксированным потенциалом, за исключением того, что сопротивления представляют собой тепловые сопротивления, а потенциал - это разница температур с одной стороны материала на другую. Сопротивление каждого материала теплопередаче зависит от удельного термического сопротивления [значение R]/[единичная толщина], которое является свойством материала (см. таблицу ниже), и толщины этого слоя. , Тепловой барьер состоящий из нескольких слоев, будет иметь несколько терморезисторов по аналогии с цепями, каждый из которых включен последовательно. Аналогично набору резисторов, включенных параллельно, хорошо изолированная стена с плохо изолированным окном позволит пропорционально большему количеству тепла проходить через окно (с низким R), а дополнительная изоляция в стене лишь минимально улучшит общее R-. ценить. Таким образом, наименее хорошо изолированная часть стены будет играть наибольшую роль в теплопередаче относительно ее размера, подобно тому, как большая часть тока протекает через резистор с наименьшим сопротивлением в параллельном массиве. Следовательно, обеспечение хорошей герметизации и изоляции окон, технических перерывов (вокруг проводов/труб), дверей и других разрывов в стене часто является наиболее экономически эффективным способом улучшить изоляцию конструкции, если стены достаточно изолированы.

Подобно сопротивлению в электрических цепях, увеличение физической длины (для изоляции, толщины) резистивного элемента, такого как, например, графит, увеличивает сопротивление линейно; Двойная толщина слоя означает удвоение значения R и половину теплопередачи; четверной, четверть; и т. д. На практике эта линейная зависимость не всегда соблюдается для сжимаемых материалов, таких как стекловата и ватин, термические свойства которых изменяются при сжатии. Так, например, если один слой стекловолоконной изоляции на чердаке обеспечивает термическое сопротивление R-20, добавление второго слоя не обязательно удвоит термическое сопротивление, поскольку первый слой будет сжиматься под весом второго.

Расчет теплопотерь

Чтобы найти среднюю потерю тепла на единицу площади, просто разделите разницу температур на значение R для слоя.

Если внутри дома температура 20 °C, а в полости крыши — 10 °C, то разница температур составит 10 °C (или 10 К). Предполагая, что потолок изолирован по RSI 2,0 (R = 2 м ² ⋅К/Вт), энергия будет теряться со скоростью 10 К/(2 К⋅м ² /Вт) = 5 Вт на каждый квадратный метр (Вт/м ² ) потолка. Используемое здесь значение RSI относится к фактическому изоляционному слою (а не к единице толщины изоляции).

Отношения

Толщина

Значение R не следует путать с внутренним свойством теплового сопротивления и его обратной величиной — теплопроводностью . Единица теплового сопротивления в системе СИ — К⋅м/Вт. Теплопроводность предполагает, что теплоотдача материала линейно связана с его толщиной.

Несколько слоев

При расчете значения R многослойной установки значения R отдельных слоев складываются:

Значение R _{(наружная воздушная пленка)} + Значение R _{(кирпич)} + Значение R _{(обшивка)} + Значение R _{(изоляция)} + Значение R _{(гипсокартон)} + Значение R _{(внутренняя воздушная пленка)} = Значение R _{( общий)} .

Чтобы учесть другие компоненты стены, например каркас, сначала рассчитайте значение U (= 1/значение R) каждого компонента, а затем средневзвешенное по площади значение U. Среднее значение R составляет 1/(среднее значение U). Например, если 10% площади составляют 4 дюйма хвойной древесины (значение R 5,6), а 90% — 2 дюйма аэрогеля кремнезема (значение R 20), взвешенное по площади значение U составляет 0,1/5,6 + 0,9/. 20 ≈ 0,0629, а взвешенное значение R составляет 1/0,0629 ≈ 15,9.

Споры

Теплопроводность в сравнении с кажущейся теплопроводностью

Теплопроводность традиционно определяется как скорость теплопроводности через материал на единицу площади на единицу толщины на единицу температурного перепада (Δ T ). Обратной величиной проводимости является удельное сопротивление (или R на единицу толщины). Теплопроводность — это скорость теплового потока через единицу площади при установленной толщине и любом заданном Δ T .

Экспериментально теплопроводность измеряется путем помещения материала в контакт между двумя проводящими пластинами и измерения потока энергии, необходимого для поддержания определенного температурного градиента.

По большей части проверка значения R изоляции проводится при постоянной температуре, обычно около 70 °F (21 °C), без движения окружающего воздуха. Поскольку это идеальные условия, указанное значение R для изоляции почти наверняка будет выше, чем при фактическом использовании, поскольку в большинстве ситуаций с изоляцией используются разные условия.

Определение значения R, основанное на кажущейся теплопроводности, было предложено в документе C168, опубликованном Американским обществом испытаний и материалов. Это описывает передачу тепла всеми тремя механизмами — проводимостью, излучением и конвекцией.

Среди представителей различных сегментов изоляционной промышленности США продолжаются дебаты во время пересмотра правил Федеральной торговой комиссии США о рекламе R-значений. иллюстрируя сложность проблем.

Температура поверхности в зависимости от способа теплопередачи

Существуют недостатки в использовании одной лабораторной модели для одновременной оценки свойств материала противостоять кондуктивному, излучаемому и конвективному нагреву. Температура поверхности варьируется в зависимости от режима теплопередачи.

Если мы предположим идеализированный теплообмен между воздухом с каждой стороны и поверхностью изоляции, температура поверхности изолятора будет равна температуре воздуха с каждой стороны.

В ответ на тепловое излучение температура поверхности зависит от коэффициента теплоизлучения материала . Поверхности с низким коэффициентом излучения, такие как блестящая металлическая фольга, уменьшают передачу тепла за счет излучения.

Конвекция изменит скорость теплопередачи между воздухом и поверхностью изолятора в зависимости от характеристик потока воздуха (или другой жидкости), контактирующего с ним.

При нескольких режимах теплопередачи конечная температура поверхности (и, следовательно, наблюдаемый поток энергии и расчетное значение R) будет зависеть от относительных вкладов излучения, проводимости и конвекции, даже если общий вклад энергии останется прежним.

Это важный фактор при строительстве зданий, поскольку тепловая энергия поступает в разных формах и пропорциях. Вклад излучающих и кондуктивных источников тепла также варьируется в течение года, и оба они вносят важный вклад в тепловой комфорт.

В жаркое время года в качестве источника притока тепла преобладает солнечная радиация. Согласно закону Стефана-Больцмана , радиационная теплопередача связана с четвертой степенью абсолютной температуры (измеряется в кельвинах : T [K] = T [°C] + 273,16). Следовательно, такой перенос наиболее важен, когда целью является охлаждение (т. е. когда солнечная радиация вызывает очень теплые поверхности). С другой стороны, в более прохладные месяцы более существенную роль играют кондуктивные и конвективные режимы теплоотдачи. При таких более низких температурах окружающей среды традиционные волокнистые, пластиковые и целлюлозные изоляции играют гораздо большую роль: компонент радиационной теплопередачи имеет гораздо меньшее значение, а основной вклад радиационного барьера заключается в его превосходной воздухонепроницаемости.Вкратце: претензии на изоляцию с лучистым барьером оправданы при высоких температурах, обычно при минимизации летней теплопередачи; но эти претензии неоправданны в традиционных зимних (согревающих) условиях.

Ограничения значений R при оценке лучистых барьеров

См. также: Крутые крыши.

В отличие от объемных изоляторов, лучистые барьеры плохо противостоят проводимому теплу. Такие материалы, как отражающая фольга, обладают высокой теплопроводностью и плохо работают в качестве проводящего изолятора. Лучистые барьеры замедляют передачу тепла двумя способами: отражая лучистую энергию от облучаемой поверхности и уменьшая излучение радиации с противоположной стороны.

Вопрос о том, как количественно оценить эффективность других систем, таких как лучистые барьеры, привел к разногласиям и путанице в строительной отрасли из-за использования значений R или «эквивалентных значений R» для продуктов, которые имеют совершенно разные системы подавления теплопередачи. (В США Правило R-значения федерального правительства устанавливает юридическое определение R-значения строительного материала; термин «эквивалентное R-значение» не имеет юридического определения и, следовательно, бессмыслен.) Согласно действующим стандартам, R -значения наиболее достоверно указаны для сыпучих изоляционных материалов. Все продукты, указанные в конце, являются примерами таких продуктов.

Расчет производительности лучистых барьеров более сложен. При наличии хорошего лучистого барьера большая часть теплового потока происходит за счет конвекции, которая зависит от многих факторов, помимо самого лучистого барьера. Хотя лучистые барьеры имеют высокую отражательную способность (и низкую излучательную способность ) в диапазоне электромагнитных спектров (включая видимый и УФ-свет), их тепловые преимущества в основном связаны с их излучательной способностью в инфракрасном диапазоне. Значения коэффициента излучения являются подходящим показателем для лучистых барьеров. Установлена ​​их эффективность при использовании для предотвращения притока тепла в ограниченных применениях. даже несмотря на то, что R-значение не описывает их адекватно.

Ухудшение

Старение изоляции

Хотя исследования по долгосрочному ухудшению R-значения изоляции отсутствуют, недавние исследования Исследования показывают, что R-значения продуктов могут со временем ухудшаться. Например, уплотнение сыпучей целлюлозы создает пустоты, которые снижают общую производительность; этого можно избежать путем плотной упаковки при первоначальной установке. Некоторые типы пенопластовой изоляции, такие как полиуретан и полиизоцианурат, выдуваются тяжелыми газами, такими как хлорфторуглероды (CFC) или гидрохлорфторуглероды (HFC). Однако со временем эти газы диффундируют из пенопласта и заменяются воздухом, тем самым снижая эффективное значение R продукта. Существуют и другие пенопласты, которые существенно не изменяются при старении, поскольку они вспениваются водой или имеют открытые поры и не содержат захваченных ХФУ или ГФУ (например, полфунтовые пенопласты низкой плотности). Двадцатилетние испытания некоторых марок не выявили усадки или снижения изоляционных свойств.

Это привело к разногласиям относительно того, как оценивать изоляцию этих продуктов. Многие производители оценивают значение R на момент производства; критики утверждают, что более справедливой оценкой была бы его устоявшаяся ценность. Пенопластовая промышленность принял метод долговременного термического сопротивления (LTTR), который оценивает значение R на основе средневзвешенного значения за 15 лет. Однако LTTR фактически обеспечивает только R-значение восьмилетней давности, что недостаточно для масштаба здания, срок службы которого может составлять от 50 до 100 лет.

Центром инженерных исследований и разработок армии США были проведены исследования долговременной деградации изоляционных материалов. Значения разложения были получены в результате краткосрочных лабораторных испытаний материалов, подвергавшихся воздействию различных температур и условий влажности. Результаты показывают, что поглощение влаги и потеря пенообразователя (в напыляемом пенополиуретане с закрытыми порами) были основными причинами потери R-значения. Стекловолокно и экструдированный полистирол сохранили более 97% своих первоначальных значений R, в то время как аэрогели и полиуретан с закрытыми порами показали снижение на 15% и 27,5% соответственно. Результаты показывают, что закон экспоненциального затухания с течением времени применим к значениям R для полиуретанов с закрытыми порами и аэрогелевых полотен.

Проникновение

Правильное внимание к мерам по герметизации воздуха и учет механизмов паропереноса важны для оптимального функционирования объемных изоляторов. Проникновение воздуха может привести к конвекционной передаче тепла или образованию конденсата, что может ухудшить характеристики изоляции.

Одним из основных преимуществ изоляции из напыляемой пены является ее способность создавать воздухонепроницаемое (а в некоторых случаях и водонепроницаемое) уплотнение непосредственно прилегает к основанию, чтобы уменьшить нежелательные последствия утечки воздуха. Для уменьшения или устранения проникновения также используются другие строительные технологии, такие как методы герметизации воздухом.

Измерения значения R на месте

Ухудшение значений R представляет собой особую проблему при определении энергоэффективности существующего здания. Значения R, определенные до начала строительства, могут сильно отличаться от фактических значений, особенно в старых или исторических зданиях. Это существенно влияет на анализ энергоэффективности. Поэтому для получения надежных данных значения R часто определяются посредством измерений значения U в конкретном месте (на месте). Для этого существует несколько потенциальных методов, каждый из которых имеет свои определенные компромиссы: термография, множественные измерения температуры и метод теплового потока.

Термография

Термография применяется в строительстве для оценки качества теплоизоляции помещения или здания. С помощью термографической камеры можно выявить мостики холода и неоднородные участки изоляции. Однако он не дает никаких количественных данных. Этот метод можно использовать только для аппроксимации значения U или обратного значения R.

Установка для измерения теплового потока

Результаты измерения теплового потока

Несколько измерений температуры

Этот подход основан на трех или более измерениях температуры внутри и снаружи элемента здания. Синхронизировав эти измерения и сделав некоторые основные допущения, можно косвенно рассчитать тепловой поток и, таким образом, получить значение U для строительного элемента. Для получения достоверных результатов необходимо соблюдать следующие требования:

• Разница между внутренней и наружной температурой, идеально > 15 K
• Постоянные условия
• Нет солнечной радиации
• Отсутствие радиационного тепла вблизи измерений

Метод теплового потока

Значение R строительного элемента можно определить с помощью датчика теплового потока в сочетании с двумя датчиками температуры. Измеряя тепло, протекающее через строительный элемент, и объединяя его с внутренней и наружной температурой, можно точно определить значение R. Для получения надежного результата в соответствии со стандартами ISO 9869 требуется измерение, которое длится не менее 72 часов при разнице температур не менее 5 °C, но более короткая продолжительность измерения также дает надежную индикацию значения R. Ход измерения можно просмотреть на ноутбуке с помощью соответствующего программного обеспечения, а полученные данные использовать для дальнейших расчетов. Измерительные устройства для таких измерений теплового потока предлагают такие компании, как FluxTeq, Альборн, greenTEG и Hukseflux.

Размещение датчика теплового потока на внутренней или внешней поверхности строительного элемента позволяет определить тепловой поток через датчик теплового потока как репрезентативное значение теплового потока через строительный элемент. Тепловой поток через датчик теплового потока представляет собой скорость теплового потока через датчик теплового потока, деленную на площадь поверхности датчика теплового потока . Размещение датчиков температуры на внутренней и внешней поверхностях строительного элемента позволяет определять температуру внутренней поверхности, температуру наружной поверхности и разницу температур между ними. В некоторых случаях датчик теплового потока сам может служить одним из датчиков температуры. Значение R для строительного элемента представляет собой разницу температур между двумя датчиками температуры, разделенную на тепловой поток через датчик теплового потока . Математическая формула: $$R_{\text{val}}={\frac {\Delta T}{\phi _{q}}}={\frac {T_{o}-T_{i}}{q/A}},$$

где:

• $R_{\text{val}}$ — значение R ( K ⋅ W ⁻¹ ⋅ m ² ),
• $\phi _{q}$ – тепловой поток ( Вт ⋅ м ⁻² ),
• $A$ – площадь поверхности датчика теплового потока ( м ² ),
• $q$ — скорость теплового потока ( Вт ),
• $T_{i}$ - температура внутренней поверхности ( K ),
• $T_{o}$ - температура внешней поверхности ( K ), и
• $\Delta T$ – это разница температур ( K ) между внутренней и внешней поверхностями.

Значение U также можно рассчитать, взяв обратное значение R-значения. То есть, $$U_{\text{val}}={\frac {1}{R_{\text{val}}}}.$$

где $U_{\text{val}}$ - значение U ( Вт ⋅ м ⁻² ⋅ K ⁻¹ ).

Полученные значения R и U могут быть точными в той степени, в которой тепловой поток через датчик теплового потока равен тепловому потоку через элемент здания. Регистрация всех доступных данных позволяет изучить зависимость значений R и U от таких факторов, как внутренняя температура, наружная температура или положение датчика теплового потока . В той степени, в которой все процессы теплопередачи (проводимость, конвекция и излучение) способствуют измерениям, полученное значение R представляет собой кажущееся значение R.

Примеры значений

Панели с вакуумной изоляцией имеют самое высокое значение R, примерно R-45 (в единицах США) на дюйм; аэрогель Следующим по величине значением R является (от R-10 до R-30 на дюйм), за ним следуют изоляция из полиуретана (PUR) и фенольной пены с R-7 на дюйм. За ними следуют полиизоцианурат (PIR) с R-5,8, пенополистирол, пропитанный графитом, с R-5 и пенополистирол (EPS) с R-4 на дюйм. Рыхлая целлюлоза, стекловолокно (как выдувное, так и в войлоке) и минеральная вата (как выдувная, так и в виде войлока) обладают коэффициентом R примерно от R-2,5 до R-4 на дюйм.

Тюки соломы имеют производительность от 2,38 до 2,68 рандов на дюйм, в зависимости от ориентации тюков. Однако типичные дома из тюков соломы имеют очень толстые стены и поэтому хорошо изолированы. Снег стоит примерно 1 ранд за дюйм. Кирпич имеет очень плохую изоляционную способность – всего лишь R-0,2 на дюйм; однако он имеет относительно хорошую тепловую массу .

Обратите внимание, что во всех приведенных выше примерах используется определение R-значения, принятое в США (не SI).

Аэрогель — чрезвычайно хороший теплоизолятор, который при давлении в одну десятую атмосферы имеет значение R-40/м. по сравнению с R-3,5/м для полотна из стекловолокна.

Типичные значения R

Это список изоляционных материалов, используемых во всем мире.

Типичные значения R даны для различных материалов и конструкций в виде приближений, основанных на среднем значении доступных значений и отсортированы по наименьшему значению. Значение R на расстоянии 1 м дает значения R, нормированные на толщину 1 метр (3 фута 3 дюйма), и сортируется по медианному значению диапазона.

Материал	Толщина		R-значение		Значение R на расстоянии 1 м (м 2 · К / В )
	(см)	(в)	(м 2 · К / В )	(футы 2 ·°F· ч / БТЕ )
Панель с вакуумной изоляцией	2.54	1	5.28–8.8	14–66	208–346
Кремнеземный аэрогель	2.54	1	1.76	10.3	69
полиуретановая Жесткая панель (CFC/HCFC-расширенная) начальная	2.54	1	1.23–1.41	7–8	48–56
Жесткая полиуретановая панель (расширенная CFC/HCFC), возраст 5–10 лет.	2.54	1	1.10	6.25	43
Жесткая панель из полиуретана ( пентан -вспененный) начальная	2.54	1	1.20	6.8	47
Жесткая полиуретановая панель (пентан-петановая) возрастом 5–10 лет.	2.54	1	0.97	5.5	38
Жесткая панель из полиуретана с фольгированным покрытием (пентан-вспененный)	2.54	1	1.1–1.2		45–48
с фольгированным покрытием Жесткая панель из полиизоцианурата (пентан-петан) начальная	2.54	1	1.20	6.8	55
с фольгированным покрытием Жесткая панель из полиизоцианурата (петанпетан) возрастом 5–10 лет.	2.54	1	0.97	5.5	38
Полиизоциануратная аэрозольная пена	2.54	1	0.76–1.46	4.3–8.3	30–57
Аэрозольная пена из полиуретана с закрытыми порами	2.54	1	0.97–1.14	5.5–6.5	38–45
Фенольная аэрозольная пена	2.54	1	0.85–1.23	4.8–7	33–48
Тинсулейт Утеплитель для одежды	2.54	1	0.28–0.51	1.6–2.9	11–20
Карбамидоформальдегидные панели	2.54	1	0.88–1.06	5–6	35–42
Гипсокартон	2.54	1	0.15	.9	6.2
Пена мочевина	2.54	1	0.92	5.25	36.4
Экструдированный пенополистирол (XPS) высокой плотности.	2.54	1	0.88–0.95	5–5.4	26–40
Полистироловая плита	2.54	1	0.88	5.00	35
Фенольная жесткая панель	2.54	1	0.70–0.88	4–5	28–35
Карбамидоформальдегидная пена	2.54	1	0.70–0.81	4–4.6	28–32
Войлок из стекловолокна высокой плотности	2.54	1	0.63–0.88	3.6–5	25–35
Экструдированный пенополистирол (XPS) низкой плотности.	2.54	1	0.63–0.82	3.6–4.7	25–32
Icynene насыпной (наливной)	2.54	1	0.70	4	28
Формованный пенополистирол (EPS) высокой плотности.	2.54	1	0.70	4.2	22–32
Рисовая шелуха	2.54	1	0.50	3.0	24
Ваты из стекловолокна	2.54	1	0.55–0.76	3.1–4.3	22–30
Хлопковый ватин (синий джинсовый утеплитель)	2.54	1	0.65	3.7	26
Формованный пенополистирол (EPS) низкой плотности.	2.54	1	0.65	3.85	26
Войлок из овечьей шерсти	2.54	1	0.65	3.7	26
Айцинен спрей	2.54	1	0.63	3.6	25
с открытыми порами полиуретана Аэрозольная пена из	2.54	1	0.63	3.6	25
Картон	2.54	1	0.52–0.7	3–4	20–28
Войлок из каменной и шлаковой ваты	2.54	1	0.52–0.68	3–3.85	20–27
Целлюлоза сыпучая	2.54	1	0.52–0.67	3–3.8	20–26
Целлюлоза для влажного распыления	2.54	1	0.52–0.67	3–3.8	20–26
Минеральная и шлаковая вата сыпучий наполнитель	2.54	1	0.44–0.65	2.5–3.7	17–26
Насыпной наполнитель из стекловолокна	2.54	1	0.44–0.65	2.5–3.7	17–26
Пенополиэтилен ​	2.54	1	0.52	3	20
Цементная пена	2.54	1	0.35–0.69	2–3.9	14–27
Перлит насыпной	2.54	1	0.48	2.7	19
Деревянные панели, такие как обшивка	2.54	1	0.44	2.5	17 (9 )
Жесткая панель из стекловолокна	2.54	1	0.44	2.5	17
Вермикулит насыпной	2.54	1	0.38–0.42	2.13–2.4	15–17
Вермикулит	2.54	1	0.38	2.13	16–17
Тюк соломы	2.54	1	0.26	1.45	16–22
Бумагобетон	2.54	1		2.6–3.2	18–22
Хвойная древесина (большинство)	2.54	1	0.25	1.41	7.7
Древесная щепа и другие сыпучие изделия из древесины	2.54	1	0.18	1	7.1
Газобетон/ячеистый бетон (влажность 5%)	2.54	1	0.18	1	7.1
Снег	2.54	1	0.18	1	7.1
Лиственные породы (большинство)	2.54	1	0.12	0.71	5.5
Кирпич	2.54	1	0.030	0.2	1.3–1.8
Стекло	2.54	1	0.025	0.14	0.98
Неизолированное стеклопакет	0.6	0.25	0.16	0.91	0.98
Изолированное стекло (двойное остекление)	1.6–1.9	0.63–0.75	0.35	2	40
Изолированное стекло (двойное остекление, твердое low-e)	1.6–1.9	0.63–0.75	0.67	3.8	77
Изолированное стекло (двойное остекление, мягкое low-e)	1.6–1.9	0.63–0.75	0.90	5.11	100
Изолированное стекло (тройное остекление)	3.2–3.8	1.2–1.5	0.67	3.8	40
Залитый бетон	2.54	1	0.014	0.08	0.43–0.87
Материал	Толщина		R-значение		Значение R на расстоянии 1 м (м 2 · К / В )
	(см)	(в)	(м 2 · К / В )	(футы 2 ·°F· ч / БТЕ )

Типичные значения R для поверхностей

Неотражающая поверхность R-значения для воздушных пленок

При определении общего термического сопротивления строительной конструкции, такой как стена или крыша, изолирующий эффект поверхностной воздушной пленки добавляется к термическому сопротивлению других материалов.

Положение поверхности	Направление теплопередачи	R США (час⋅фут 2 ⋅°Ф/БТЕ)	R СИ (К⋅м 2 /В)
Горизонтально (например, плоский потолок)	Вверх (например, зима)	0.61	0.11
Горизонтально (например, плоский потолок)	Вниз (например, лето)	0.92	0.16
Вертикально (например, стена)	Горизонтальный	0.68	0.12
Наружная поверхность, любое положение, скорость движения воздуха 6,7 м/с (зима)	Любое направление	0.17	0.030
Наружная поверхность, любое положение, скорость движения воздуха 3,4 м/с (летом)	Любое направление	0.25	0.044

На практике приведенные выше значения поверхности используются для полов, потолков и стен в здании, но не являются точными для закрытых воздушных полостей, например, между оконными стеклами. Эффективное тепловое сопротивление закрытой воздушной полости сильно зависит от радиационной теплопередачи и расстояния между двумя поверхностями. См. изолированное остекление для сравнения значений R для окон с некоторыми эффективными значениями R, которые включают воздушную полость.

Сияющие барьеры

Материал	Кажущееся значение R (мин.)	Кажущееся значение R (макс.)	Ссылка
Светоотражающая изоляция	Ноль (Для сборки без прилегающего воздушного пространства.)	Р-10,7 (теплопередача вниз), Р-6,7 (теплопередача горизонтальная), Р-5 (теплопередача вверх) Запросите у производителя тесты на значение R для вашей конкретной сборки.

Правило R-ценности в США

Федеральная торговая комиссия (FTC) регулирует заявления о R-значениях, чтобы защитить потребителей от обманчивых и вводящих в заблуждение рекламных заявлений. Он издал Правило R-ценности.

Основная цель правила — гарантировать, что рынок домашней изоляции предоставляет потребителю эту важную информацию перед покупкой. Информация дает потребителям возможность сравнить относительную изоляционную эффективность, выбрать продукт с наибольшей эффективностью и потенциалом энергосбережения, сделать экономически выгодную покупку и рассмотреть основные переменные, ограничивающие эффективность изоляции и реализацию заявленной экономии энергии.

Правило требует, чтобы конкретная информация о значении R для изоляционных материалов для дома раскрывалась в определенных рекламных объявлениях и в точках продаж. Цель требования о раскрытии R-значения для рекламы состоит в том, чтобы не допустить введения потребителей в заблуждение определенными утверждениями, которые имеют отношение к изолирующей ценности. В момент транзакции некоторые потребители смогут получить необходимую информацию о значении R на этикетке на упаковке изоляционного материала. Однако, поскольку данные показывают, что упаковки часто недоступны для проверки перед покупкой, во многих случаях потребителям не будет доступна маркированная информация. В результате Правило требует, чтобы информационный бюллетень был доступен потребителям для проверки перед совершением покупки.

Толщина

Правило R-значения определяет:

На этикетках, информационных бюллетенях, рекламе и других рекламных материалах не указывайте значение R на один дюйм или «значение R на дюйм» вашего продукта. Есть два исключения: Вы можете сделать это, если предложите использовать ваш продукт толщиной в один дюйм. Вы можете сделать это, если фактические результаты испытаний подтвердят, что значения R на дюйм вашего продукта не падают по мере того, как он становится толще. Вы можете указать диапазон значений R на дюйм. Если да, то вы должны точно сказать, насколько снижается значение R с увеличением толщины. Вы также должны добавить следующее утверждение: «Значение R на дюйм этой изоляции зависит от толщины. Чем толще изоляция, тем ниже значение R на дюйм».

См. также

• Изоляция зданий
• Строительные изоляционные материалы
• Конденсат
• Крутые крыши
• Теплопередача
• Пассивный дом
• Пассивная солнечная конструкция
• Температура солнечного воздуха
• Суперизоляция
• Тепловой мост
• Тепловой комфорт
• Теплопроводность
• Термальная масса
• Теплопроводность
• поезд (единица)

Внешние ссылки

• Таблица значений R изоляции на InspectApedia включает цитаты из первоисточников.
• Информация о расчетах, значениях и взаимосвязях связанных членов теплопередачи и сопротивления.
• Таблица значений R американских строительных материалов
• Работа с R-значениями
• Объяснение значения R изоляции
• Понимание R-ценности