Hodnota R (izolace) - R-value (insulation)

V kontextu stavby je hodnota R měřítkem toho, jak dobře dvojrozměrná bariéra, jako je vrstva izolace, okno nebo kompletní stěna nebo strop, odolává vodivému toku tepla. Hodnota R je teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku potřebný k udržení jedné jednotky tepelného toku mezi teplejším povrchem a chladnějším povrchem bariéry za podmínek ustáleného stavu .

Hodnota R je termín stavebního průmyslu pro tepelný odpor „na jednotku plochy“. Pokud se používají jednotky SI, někdy se označuje jako hodnota RSI . Hodnotu R lze zadat pro materiál (např. Pro polyetylenovou pěnu) nebo pro sestavu materiálů (např. Zeď nebo okno). V případě materiálů se často vyjadřuje hodnotou R na metr. Hodnoty R jsou aditivní pro vrstvy materiálů a čím vyšší je hodnota R, tím lepší je výkon.

U-faktor nebo U-hodnota je celkový součinitel prostupu tepla a lze je nalézt tím, že inverzní R-hodnoty. Je to vlastnost, která popisuje, jak dobře stavební prvky vedou teplo na jednotku plochy v teplotním gradientu. Prvky jsou běžně sestavy mnoha vrstev materiálů, jako jsou ty, které tvoří plášť budovy . Udává se ve wattech na metr čtvereční kelvin (W/m ² ⋅K). Čím vyšší je hodnota U, tím nižší je schopnost obálky budovy odolávat přenosu tepla. Nízká hodnota U nebo naopak vysoká hodnota R obvykle indikuje vysokou úroveň izolace. Jsou užitečné, protože jde o způsob předpovědi kompozitního chování celého stavebního prvku, než aby se spoléhaly na vlastnosti jednotlivých materiálů.

Definice hodnoty R.

${\ displaystyle R _ {\ text {val}} = {\ frac {\ Delta T} {\ phi _ {q}}}}$

kde:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$( K ⋅ m ² / W ) je hodnota R,
• ${\ displaystyle \ Delta T}$ (K) je teplotní rozdíl mezi teplejším a chladnějším povrchem bariéry,
• ${\ displaystyle \ phi _ {q}}$(W/m ² ) je tepelný tok bariérou.

Hodnota R na jednotku exponovaného povrchu bariéry měří absolutní tepelný odpor bariéry.

${\ displaystyle {\ frac {R _ {\ text {val}}} {A}} = R}$

kde:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$je hodnota R (K⋅W ⁻¹ ⋅m ² )
• ${\ displaystyle A}$je povrchová plocha bariéry (m ² )
• ${\ displaystyle R}$je absolutní tepelný odpor (K⋅W ⁻¹ )

Absolutní tepelný odpor , kvantifikuje teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku potřebný k udržení jedné jednotky tepelného toku. Někdy dochází ke zmatku, protože některé publikace používají termín teplotní odpor pro teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku , ale jiné publikace používají termín tepelný odpor pro teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku. Další zmatek nastává, protože některé publikace používají znak R k označení teplotního rozdílu na jednotku tepelného toku, ale jiné publikace používají znak R k označení teplotního rozdílu na jednotku tepelného toku. Tento článek používá termín absolutní tepelný odpor pro teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku a používá termín R pro teplotní rozdíl na jednotku tepelného toku. ${\ displaystyle R}$

V každém případě platí, že čím větší je hodnota R, tím větší je odpor, a tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti bariéry. Hodnoty R se používají při popisu účinnosti izolačního materiálu a při analýze toku tepla přes sestavy (jako jsou stěny, střechy a okna) za podmínek ustáleného stavu. Tok tepla bariérou je řízen teplotním rozdílem mezi dvěma stranami bariéry a hodnota R kvantifikuje, jak účinně objekt odolává tomuto pohonu: Teplotní rozdíl dělený hodnotou R a poté vynásobený exponovanou povrchovou plochou bariéra udává celkovou rychlost toku tepla bariérou, měřeno ve wattech nebo v BTU za hodinu.

${\ displaystyle \ phi = {\ frac {\ Delta T \ cdot A} {R _ {\ text {val}}}}}$

kde:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$je hodnota R (K⋅m ² /W),
• ${\ displaystyle \ Delta T}$ je teplotní rozdíl (K) mezi teplejším povrchem a chladnějším povrchem bariéry,
• ${\ displaystyle A}$je odhalená povrchová plocha (m ² ) bariéry,
• ${\ displaystyle \ phi}$ je průtok tepla (W) bariérou.

Dokud jsou zahrnutými materiály husté pevné látky v přímém vzájemném kontaktu, jsou hodnoty R aditivní; například celková hodnota R bariéry složené z několika vrstev materiálu je součtem hodnot R jednotlivých vrstev.

Hodnota RSI

Všimněte si, že hodnota R je termín stavebního průmyslu pro to, co se v jiných kontextech nazývá „ tepelný odpor “ „pro jednotku plochy“. Pokud se používají jednotky SI (metrické), někdy se označuje jako hodnota RSI . Hodnotu R lze zadat pro materiál (např. Pro polyetylenovou pěnu) nebo pro sestavu materiálů (např. Zeď nebo okno). V případě materiálů se často vyjadřuje hodnotou R na jednotku délky (např. Na palec tloušťky). To druhé může být zavádějící v případě tepelných izolací budov s nízkou hustotou, u nichž hodnoty R nejsou aditivní: jejich hodnota R na palec není konstantní, protože materiál zesiluje, ale spíše obvykle klesá.

Jednotky hodnoty R (viz níže ) obvykle nejsou výslovně uvedeny, a proto je důležité rozhodnout z kontextu, jaké jednotky se používají: hodnota R vyjádřená v jednotkách IP (palce-libra) je asi 5,68krát větší než když je vyjádřen v jednotkách SI, takže například okno, které je R-2 v jednotkách IP, má RSI 0,35 (od 2/5,68 = 0,35). U hodnot R není rozdíl mezi americkými obvyklými jednotkami a imperiálními jednotkami . Pokud jde o vykazování hodnot R, všechny následující znamenají totéž: „toto je okno R-2“; "toto je okno R2 "; "toto okno má hodnotu R 2"; „toto je okno s R = 2“ (a podobně s hodnotami RSI, které také zahrnují možnost „toto okno poskytuje RSI 0,35 odporu proti tepelnému toku“).

Zdánlivá hodnota R.

Čím více je materiál vnitřně schopen vést teplo, jak je dáno jeho tepelnou vodivostí , tím nižší je jeho hodnota R. Na druhou stranu, čím je materiál silnější, tím vyšší je jeho hodnota R. Někdy k přenosu tepla v materiálu významně přispívají jiné procesy přenosu tepla než vedení (jmenovitě konvekce a záření ) . V takových případech je užitečné zavést "zdánlivou tepelnou vodivost", která zachycuje účinky všech tří druhů procesů, a definovat hodnotu R obecněji jako tloušťku vzorku dělenou jeho zdánlivou tepelnou vodivostí . Některé rovnice týkající se této zobecněné hodnoty R, známé také jako zdánlivá hodnota R , s jinými veličinami jsou:

${\ displaystyle R _ {\ text {val}}^{\ prime} = {\ frac {\ Delta x} {k^{\ prime}}} = {\ frac {1} {U _ {\ text {val}} }} = \ Delta x \ krát r^{\ prime}}$

kde:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}^{\ prime}}$je zjevná hodnota R ( K / W ) napříč tloušťkou vzorku,
• ${\ displaystyle \ Delta x}$je tloušťka ( m ) vzorku (měřeno na dráze rovnoběžné s tepelným tokem),
• ${\ displaystyle k^{\ prime}}$je zdánlivá tepelná vodivost materiálu ( W /( K ⋅ m )),
• ${\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$je tepelná propustnost nebo „ hodnota U “ materiálu ( W / K ),
• ${\ displaystyle r^{\ prime} = {k^{\ prime}}^{-1}}$je zdánlivý tepelný odpor materiálu ( K ⋅ m / W ).

Zřejmé, R-hodnota kvantifikuje fyzikální veličiny zvané tepelné insulance .

Toto zobecnění však stojí svou cenu, protože hodnoty R, které zahrnují nevodivé procesy, již nemusí být aditivní a mohou mít významnou teplotní závislost. Zejména u sypkého nebo porézního materiálu hodnota R na palec obecně závisí na tloušťce, téměř vždy tak, že s rostoucí tloušťkou klesá ( polyisokyanurát („polyiso“) je výjimkou; jeho hodnota R/palec se zvyšuje s tloušťka). Z podobných důvodů závisí hodnota R na palec také na teplotě materiálu, obvykle se zvyšuje s klesající teplotou (polyiso je opět výjimkou); nominálně R-13 sklolaminát může být R-14 při -12 ° C (10 ° F) a R-12 při 43 ° C (109 ° F). Přesto je ve stavebnictví běžné považovat hodnoty R za nezávislé na teplotě. Všimněte si, že R-hodnota nemusí odpovídat za radiačních nebo konvekčních procesů na materiálu je povrch , který může být významným faktorem pro některé aplikace.

Hodnota R je převrácená hodnota tepelné propustnosti ( U-faktor ) materiálu nebo sestavy. Americký stavební průmysl dává přednost použití hodnot R, protože jsou aditivní a protože větší hodnoty znamenají lepší izolaci, přičemž žádný z nich neplatí pro U-faktory.

U-faktor/U-hodnota

U-faktor nebo U-hodnota je celkový koeficient přenosu tepla , který popisuje, jak dobře stavebního prvku vede teplo nebo rychlost přenosu tepla (ve wattech) přes jeden metr čtvereční struktury děleno rozdílem teploty v celé struktuře . Prvky jsou obvykle sestavy mnoha vrstev součástí, jako jsou ty, které tvoří stěny/podlahy/střechy atd. Udává se ve wattech na metr čtverečních kelvinů W/(m ² ⋅K). To znamená, že čím vyšší je hodnota U, tím horší je tepelný výkon obvodového pláště budovy. Nízká hodnota U obvykle indikuje vysokou úroveň izolace. Jsou užitečné, protože jde o způsob předpovědi kompozitního chování celého stavebního prvku, než aby se spoléhaly na vlastnosti jednotlivých materiálů.

Ve většině zemí jsou vlastnosti konkrétních materiálů (například izolace) indikovány tepelnou vodivostí , někdy se také říká hodnota k nebo hodnota lambda (malá λ). Tepelná vodivost (hodnota k) je schopnost materiálu vést teplo; čím je tedy hodnota k nižší, tím je materiál pro izolaci lepší. Expandovaný polystyren (EPS) má hodnotu k přibližně 0,033 W/(m⋅K). Pro srovnání, izolace z fenolické pěny má hodnotu k přibližně 0,018 W/(m⋅K), zatímco dřevo kolísá od 0,15 do 0,75 W/(m⋅K) a ocel má hodnotu k přibližně 50,0 W/ (m⋅K). Tyto údaje se u jednotlivých produktů liší, takže Velká Británie a EU zavedly normu 90/90, což znamená, že 90% výrobku bude odpovídat uvedené hodnotě k s 90% úrovní spolehlivosti, pokud bude uveden citovaný údaj jako hodnota lambda 90/90.

U je inverzní k R s jednotkami SI W/(m ² ⋅K) a americkými jednotkami BTU/(h⋅ ° F⋅ft ² )

${\ displaystyle U = {\ frac {1} {R}} = {\ frac {{\ dot {Q}} _ {A}} {\ Delta T}} = {\ frac {k} {L}}}$

kde je tepelný tok , je teplotní rozdíl napříč materiálem, k je koeficient tepelné vodivosti materiálu a L je jeho tloušťka. V některých kontextech je U označován jako jednotková povrchová vodivost. ${\ displaystyle {\ dot {Q}} _ {A}}$${\ displaystyle \ Delta T}$

Viz také: tog (jednotka) nebo tepelný celkový stupeň (kde 1 tog = 0,1 m ² · K/W), používaný pro hodnocení přikrývky .

Termín U-faktor se obvykle používá v USA a Kanadě k vyjádření toku tepla celými sestavami (jako jsou střechy, stěny a okna). Například energetické kódy jako ASHRAE 90.1 a IECC předepisují hodnoty U. Hodnota R je však v praxi široce používána k popisu tepelného odporu izolačních produktů, vrstev a většiny ostatních částí pláště budovy (stěny, podlahy, střechy). Jiné oblasti světa častěji používají hodnotu U/faktor U pro prvky celého pláště budovy, včetně oken, dveří, stěn, střechy a zemních desek.

Jednotky: metrické (SI) vs. palcové libry (IP)

SI (metrická) jednotka R-hodnoty je

kelvin čtvereční metr na watt (K⋅m ² /W nebo rovně ° C⋅m ² /W),

vzhledem k tomu, že jednotka IP (palce-libra) je

stupeň Fahrenheita čtvereční stopu hodinu na britskou tepelnou jednotku (° F⋅ft ² ⋅h/BTU).

U hodnot R není rozdíl mezi americkými a imperiálními jednotkami , takže v obou je použita stejná IP jednotka.

Některé zdroje používají „RSI“ při odkazování na hodnoty R v jednotkách SI.

Hodnoty R vyjádřené v jednotkách IP jsou přibližně 5,68krát větší než hodnoty R vyjádřené v jednotkách SI. Například okno, které je R-2 v systému IP, je asi RSI 0,35, protože 2/5,68 ≈ 0,35.

V zemích, kde se systém SI obecně používá, budou hodnoty R také obvykle uvedeny v jednotkách SI. To zahrnuje Spojené království, Austrálii a Nový Zéland.

Hodnoty IP jsou běžně uvedeny ve Spojených státech a Kanadě, ačkoli v Kanadě jsou obvykle uvedeny hodnoty IP i RSI.

Protože jednotky obvykle nejsou výslovně uvedeny, je třeba se z kontextu rozhodnout, které jednotky se používají. V tomto ohledu pomáhá mít na paměti, že hodnoty IP R jsou 5,68krát větší než odpovídající hodnoty SI R.

Přesněji,

Hodnota R (v IP) = hodnota RSI (v SI) × 5,68263337

Hodnota RSI (v SI) = hodnota R (v IP) × 0,1761101838

Různé typy izolací

Australská vláda vysvětluje, že požadované celkové hodnoty R pro stavební látku se liší v závislosti na klimatickém pásmu. „Mezi takové materiály patří pórobetonové bloky, duté bloky z expandovaného polystyrenu, balíky slámy a desky z extrudovaného polystyrenu.“

V Německu po zavedení zákona Energieeinsparverordnung (EnEv) z roku 2009 (10. října) o úsporách energie musí všechny nové budovy prokázat schopnost zůstat v určitých mezích hodnoty U pro každý konkrétní stavební materiál. EnEv dále popisuje maximální koeficient pro každý nový materiál, pokud jsou součásti nahrazeny nebo přidány do stojících konstrukcí.

Ministerstvo energetiky USA doporučilo hodnoty R pro dané oblasti USA na základě obecných místních nákladů na energii na vytápění a chlazení a klimatu oblasti. Existují čtyři typy izolací: role a rohože, volné výplně, tuhá pěna a pěna na místě. Role a rohože jsou typicky pružné izolátory, které se dodávají z vláken, jako je sklolaminát. Izolace s volnou výplní přichází ve volných vláknech nebo peletách a měla by být vháněna do prostoru. Tuhá pěna je dražší než vlákno, ale obecně má vyšší hodnotu R na jednotku tloušťky. Pěnovou izolaci lze vhánět do malých oblastí, aby se omezily úniky vzduchu, například kolem oken, nebo je lze použít k izolaci celého domu.

Tloušťka

Zvýšení tloušťky izolační vrstvy zvyšuje tepelný odpor. Například zdvojnásobení tloušťky vaty ze skleněných vláken zdvojnásobí její hodnotu R, snad z 2,0 m ² ⋅K/W pro tloušťku 110 mm, až do 4,0 m ² ⋅K/W pro tloušťku 220 mm. Přenos tepla izolační vrstvou je analogický s přidáním odporu do sériového obvodu s pevným napětím. To však platí pouze přibližně, protože účinná tepelná vodivost některých izolačních materiálů závisí na tloušťce. Přidání materiálů pro uzavření izolace, jako jsou sádrokartony a obklady, poskytuje další, ale obvykle mnohem menší hodnotu R.

Faktory

Existuje mnoho faktorů, které vstupují do hry při použití hodnot R pro výpočet tepelných ztrát pro konkrétní zeď. Hodnoty R výrobce platí pouze pro řádně nainstalovanou izolaci. Vmáčknutím dvou vrstev vatelínu do tloušťky určené pro jednu vrstvu se hodnota R zvýší, ale nikoli zdvojnásobí. (Jinými slovy, stlačení rouna ze skleněných vláken sníží hodnotu R plsti, ale zvýší hodnotu R na palec.) Dalším důležitým faktorem, který je třeba vzít v úvahu, je to, že kolíky a okna poskytují paralelní cestu vedení tepla, která není ovlivněna izolací R -hodnota. Praktickým důsledkem toho je, že by bylo možné zdvojnásobit hodnotu R izolace instalované mezi rámovými prvky a dosáhnout podstatně menšího než 50 procentního snížení tepelných ztrát. Při instalaci mezi stěnové sloupky dokonce dokonalá izolace stěn pouze eliminuje vedení izolací, ale ponechává neovlivněné tepelné ztráty způsobené materiály, jako jsou skleněná okna a sloupky. Izolace instalovaná mezi kolíky může snížit, ale obvykle neeliminuje, tepelné ztráty v důsledku úniku vzduchu skrz plášť budovy. Instalace souvislé vrstvy tuhé pěnové izolace na vnější stranu opláštění stěny přeruší tepelné přemostění kolíky a současně sníží rychlost úniku vzduchu.

Primární role

Hodnota R je měřítkem schopnosti izolačního vzorku snížit rychlost toku tepla za stanovených zkušebních podmínek. Primárním způsobem přenosu tepla bráněného izolací je vedení, ale izolace také snižuje tepelné ztráty všemi třemi režimy přenosu tepla: vedením, konvekcí a zářením. Primární tepelná ztráta v neizolovaném prostoru naplněném vzduchem je přirozená konvekce , ke které dochází v důsledku změn hustoty vzduchu s teplotou. Izolace výrazně zpomaluje přirozenou konvekci, takže vedení je primárním způsobem přenosu tepla. Porézní izolace toho dosahují zachycením vzduchu, takže jsou eliminovány významné konvekční tepelné ztráty, přičemž zůstává pouze vedení a menší přenos záření. Primární úlohou takové izolace je zajistit tepelnou vodivost izolace izolace zachyceného a stagnujícího vzduchu. To však nelze plně realizovat, protože skelná vata nebo pěna potřebná k zabránění proudění zvyšuje vedení tepla ve srovnání s proudem nehybného vzduchu. Menšího sálavého přenosu tepla se dosáhne tím, že mnoho povrchů přeruší „jasný výhled“ mezi vnitřním a vnějším povrchem izolace, jako například přerušení viditelného světla porézními materiály. Takové více povrchů je bohaté na vatelín a porézní pěnu. Záření je také minimalizováno nízkými emisivitami (vysoce reflexními) vnějšími povrchy, jako je hliníková fólie. Nižší tepelné vodivosti nebo vyšších hodnot R lze dosáhnout výměnou vzduchu za argon, pokud je to praktické, například ve speciální izolaci z pěny s uzavřenými póry, protože argon má nižší tepelnou vodivost než vzduch.

Všeobecné

Přenos tepla izolační vrstvou je analogický elektrickému odporu . Přenosy tepla lze zpracovat uvažováním o odporu v sérii s pevným potenciálem, s výjimkou, že odpory jsou tepelné odpory a potenciál je rozdílem teploty z jedné strany materiálu na druhou. Odolnost každého materiálu vůči přenosu tepla závisí na specifickém tepelném odporu [hodnota R]/[jednotková tloušťka], což je vlastnost materiálu (viz tabulka níže) a tloušťka této vrstvy. Tepelná bariéra, která se skládá z několika vrstev, bude mít několik tepelných odporů analogických s obvody, každou v sérii. Analogicky k sadě odporů paralelně, dobře izolovaná stěna se špatně izolovaným oknem umožní proporcionálně více tepla procházet oknem (s nízkým R) a dodatečná izolace ve stěně pouze minimálně zlepší celkový R- hodnota. Jako takový bude nejméně dobře izolovaná část stěny hrát největší roli v přenosu tepla vzhledem k její velikosti, podobně jako většina proudu protéká odporem s nejnižším odporem v paralelním poli. Zajištění toho, aby okna, servisní přestávky (kolem drátů/trubek), dveře a další zlomy ve zdi byly dobře utěsněny a izolovány, je často nákladově nejefektivnějším způsobem, jak zlepšit izolaci konstrukce, jakmile jsou stěny dostatečně izolovány.

Stejně jako odpor v elektrických obvodech, zvýšení fyzické délky (pro izolaci, tloušťku) odporového prvku, jako je například grafit, zvyšuje odpor lineárně; zdvojnásobení tloušťky vrstvy znamená dvojnásobek hodnoty R a polovinu přenosu tepla; čtyřnásobek, čtvrtiny; atd. V praxi tento lineární vztah neplatí vždy pro stlačitelné materiály, jako je skelná vata a vata, jejichž tepelné vlastnosti se při stlačení mění. Pokud například jedna vrstva izolace ze skelných vláken v podkroví poskytuje tepelný odpor R-20, přidání druhé vrstvy nemusí nutně zdvojnásobit tepelný odpor, protože první vrstva bude stlačena hmotností druhé.

Výpočet tepelné ztráty

Chcete-li zjistit průměrné tepelné ztráty na jednotku plochy, jednoduše rozdělte teplotní rozdíl hodnotou R pro vrstvu.

Pokud má interiér domu 20 ° C a střešní dutina 10 ° C, pak je teplotní rozdíl 10 ° C (nebo 10 K). Za předpokladu stropu izolovaného na RSI 2.0 (R = 2 m ² ⋅K /W) dojde ke ztrátě energie rychlostí 10 K /(2 K⋅m ² /W) = 5 wattů na každý metr čtvereční stropu. Zde použitá hodnota RSI je pro skutečnou izolační vrstvu (a ne pro jednotku tloušťky izolace).

Vztahy

Tloušťka

Hodnota R by neměla být zaměňována s vnitřní vlastností tepelného odporu a jeho inverzní, tepelnou vodivostí . Jednotka tepelného odporu SI je K⋅m/W. Tepelná vodivost předpokládá, že přenos tepla materiálu je lineárně úměrný jeho tloušťce.

Více vrstev

Při výpočtu hodnoty R vícevrstvé instalace se přidávají hodnoty R jednotlivých vrstev:

R-hodnota _{(vnější vzduchový film)} + R-hodnota _(cihla) + R-hodnota _{(opláštění)} + R-hodnota _(izolace) + R-hodnota _{(sádrokarton)} + R-hodnota _{(vnitřní vzduchová fólie)} = R-hodnota _{( celkem)} .

Chcete-li zohlednit další komponenty ve zdi, jako je rámování, nejprve vypočítejte hodnotu U (= 1/hodnota R) každé komponenty a poté průměrnou hodnotu U váženou na plochu. Průměrná hodnota R bude 1/(tato průměrná hodnota U). Pokud je například 10% plochy 4 palce měkkého dřeva (hodnota R 5,6) a 90% 2 palce silikátového aerogelu (hodnota R 20), je plošná váha hodnoty U 0,1/5,6 + 0,9/ 20 = 0,0629 a vážená hodnota R je 1/0,0629 = 15,9.

Kontroverze

Tepelná vodivost versus zdánlivá tepelná vodivost

Tepelná vodivost je obvykle definována jako rychlost vedení tepla materiálem na jednotku plochy na jednotku tloušťky na jednotku teplotního rozdílu (ΔT). Inverzní vodivost je odpor (nebo R na jednotku tloušťky). Tepelná vodivost je rychlost tepelného toku jednotkovou plochou při instalované tloušťce a daném ΔT.

Experimentálně se tepelná vodivost měří umístěním materiálu do kontaktu mezi dvěma vodivými deskami a měřením energetického toku potřebného k udržení určitého teplotního gradientu.

Testování hodnoty R izolace se z větší části provádí při stálé teplotě, obvykle asi 21 ° C (70 ° F) bez pohybu okolního vzduchu. Protože se jedná o ideální podmínky, uvedená hodnota R pro izolaci bude téměř jistě vyšší, než by byla při skutečném používání, protože většina situací s izolací je za jiných podmínek

Definice hodnoty R na základě zjevné tepelné vodivosti byla navržena v dokumentu C168 publikovaném Americkou společností pro testování a materiály. To popisuje přenos tepla všemi třemi mechanismy - vedením, zářením a konvekcí.

Diskuse mezi zástupci z různých segmentů amerického izolačního průmyslu zůstává při revizi předpisů USA FTC o reklamě hodnot R, které ilustrují složitost problémů.

Teplota povrchu ve vztahu k režimu přenosu tepla

Použití jednoho laboratorního modelu k současnému posouzení vlastností materiálu odolávajícího vedení, sálání a konvekčnímu ohřevu má své slabé stránky. Teplota povrchu se liší v závislosti na režimu přenosu tepla.

Pokud bychom předpokládali idealizovaný přenos tepla mezi vzduchem na každé straně a povrchem izolace, povrchová teplota izolátoru by se rovnala teplotě vzduchu na každé straně.

V reakci na tepelné záření závisí povrchová teplota na tepelné emisivitě materiálu. Povrchy s nízkou emisivitou, jako je lesklá kovová fólie, sníží přenos tepla sáláním.

Konvekce změní rychlost přenosu tepla mezi vzduchem a povrchem izolátoru v závislosti na charakteristikách proudění vzduchu (nebo jiné tekutiny), který je s ním v kontaktu.

S více režimy přenosu tepla bude konečná povrchová teplota (a tedy pozorovaný tok energie a vypočítaná hodnota R) závislá na relativních příspěvcích záření, vedení a konvekce, přestože celkový příspěvek energie zůstává stejný.

Toto je důležité při stavbě budov, protože tepelná energie přichází v různých formách a poměrech. Příspěvek radiačních a vodivých zdrojů tepla se také v průběhu roku liší a oba významně přispívají k tepelné pohodě

V horkém období převládá sluneční záření jako zdroj tepelného zisku. Podle Stefan – Boltzmannovho zákona přenos radiačního tepla souvisí se čtvrtým výkonem absolutní teploty (měřeno v kelvinech : T [K] = T [° C] + 273,16). Proto je takový přenos nejvýznamnější, když je cílem ochlazení (tj. Když sluneční záření vytváří velmi teplé povrchy). Na druhou stranu, v chladnějších měsících hrají významnější roli vodivé a konvekční tepelné ztráty. Při takových nižších okolních teplotách hrají zdaleka hlavní roli tradiční vláknité, plastové a celulózové izolace: složka přenosu sálavého tepla má mnohem menší význam a hlavní přínos radiační bariéry je v jejím vynikajícím příspěvku k vzduchotěsnosti. Shrnuto: nároky na sálavou bariérovou izolaci jsou oprávněné při vysokých teplotách, obvykle při minimalizaci letního přenosu tepla; ale tato tvrzení nejsou v tradičních zimních podmínkách (udržování tepla) ospravedlnitelná.

Omezení hodnot R při hodnocení sálavých bariér

Na rozdíl od hromadných izolátorů sálavé bariéry špatně odolávají vedenému teplu. Materiály, jako je reflexní fólie, mají vysokou tepelnou vodivost a špatně by fungovaly jako vodivý izolátor. Sálavé bariéry zpomalují přenos tepla dvěma způsoby: odrazem sálavé energie od jejího ozářeného povrchu a snížením emise záření z jeho opačné strany.

Otázka, jak kvantifikovat výkonnost jiných systémů, jako jsou sálavé bariéry, vedla ve stavebnictví ke kontroverzím a zmatkům ohledně používání hodnot R nebo „ekvivalentních hodnot R“ u výrobků, které mají zcela odlišné systémy inhibice přenosu tepla. (V USA stanoví federální vláda pravidlo R-Value právní definici R-hodnoty stavebního materiálu; termín „ekvivalentní R-hodnota“ nemá žádnou právní definici, a proto nemá význam.) Podle současných standardů R -hodnoty jsou nejspolehlivěji uváděny pro sypké izolační materiály. Všechny produkty citované na konci jsou jejich příklady.

Výpočet výkonu sálavých zábran je složitější. S dobrou sálavou bariérou je většina tepelného toku konvekcí, což závisí na mnoha dalších faktorech než na samotné sálavé bariéře. Přestože zářivé bariéry mají vysokou odrazivost (a nízkou emisivitu ) v celém rozsahu elektromagnetických spekter (včetně viditelného a ultrafialového světla), jejich tepelné výhody souvisejí hlavně s jejich emisivitou v infračerveném rozsahu. Hodnoty emisivity jsou vhodnou metrikou pro sálavé bariéry. Jejich účinnost, když je použita k odolávání tepelnému zisku v omezených aplikacích, je prokázána, přestože hodnota R je dostatečně nepopisuje.

Zhoršení

Stárnutí izolace

Přestože výzkum dlouhodobé degradace hodnoty R v izolaci chybí, nedávný výzkum naznačuje, že hodnoty R produktů se mohou v průběhu času zhoršovat. Například zhutnění volné výplňové celulózy vytváří dutiny, které snižují celkový výkon; tomu se lze vyhnout hustým zabalením při počáteční instalaci. Některé typy pěnové izolace, jako je polyuretan a polyisokyanurát, se foukají do formy s těžkými plyny, jako jsou chlorfluoruhlovodíky (CFC) nebo hydrochlorofluorouhlovodíky (HFC). Tyto plyny však postupem času difundují z pěny a jsou nahrazeny vzduchem, čímž se snižuje efektivní hodnota R produktu. Existují i ​​jiné pěny, které se stárnutím výrazně nemění, protože jsou vháněny vodou nebo jsou otevřenými buňkami a neobsahují žádné zachycené CFC ani HFC (např. Půllibrové pěny s nízkou hustotou). U některých značek dvacetileté testy neprokázaly smrštění ani snížení izolační hodnoty.

To vedlo ke kontroverzi, jak hodnotit izolaci těchto produktů. Mnoho výrobců ohodnotí hodnotu R v době výroby; kritici tvrdí, že spravedlivějším posouzením by byla jeho ustálená hodnota. Pěnový průmysl přijal metodu LTTR (Long-Term Thermal Resistance), která hodnotí hodnotu R na základě 15letého váženého průměru. LTTR však ve skutečnosti poskytuje pouze hodnotu R osmiletého stáří, krátkou v rozsahu budovy, která může mít životnost 50 až 100 let.

Výzkum a vývojové středisko americké armády pro výzkum a vývoj provedlo dlouhodobou degradaci izolačních materiálů. Hodnoty degradace byly získány z krátkodobých laboratorních testů na materiálech vystavených různým teplotním a vlhkostním podmínkám. Výsledky ukazují, že absorpce vlhkosti a ztráta nadouvadla (v polyuretanové pěně s uzavřenými buňkami) byly hlavními příčinami ztráty hodnoty R. Sklolaminát a extrudovaný polystyren si zachovaly více než 97% svých počátečních hodnot R, zatímco aerogely a polyuretan s uzavřenými buňkami zaznamenaly snížení o 15%, respektive 27,5%. Výsledky poukazují na závěr, že na snížení hodnot R v průběhu času lze použít exponenciální zákon rozpadu u polyuretanů s uzavřenými buňkami a aerogelů.

Infiltrace

Správná pozornost vzduchotěsným opatřením a zvážení mechanismů přenosu par jsou důležité pro optimální funkci hromadných izolátorů. Infiltrace vzduchu může umožňovat konvekční přenos tepla nebo tvorbu kondenzace, obojí může zhoršit výkon izolace.

Jednou z hlavních hodnot izolace z rozprašovací pěny je její schopnost vytvořit vzduchotěsné (a v některých případech vodotěsné) těsnění přímo proti podkladu, aby se omezily nežádoucí účinky úniku vzduchu.

Měření hodnoty R in-situ

Zhoršení hodnot R je obzvláště problém při definování energetické účinnosti stávající budovy. Zejména u starších nebo historických budov se hodnoty R definované před stavbou mohou velmi lišit od skutečných hodnot. To má velký vliv na analýzu energetické účinnosti. Aby se získala spolehlivá data, hodnoty R se proto často určují pomocí měření hodnoty U na konkrétním místě (in situ). K tomu existuje několik potenciálních metod, z nichž každá má své specifické kompromisy: termografie, vícenásobná měření teploty a metoda tepelného toku.

Termografie

Termografie se ve stavebnictví používá k posouzení kvality tepelné izolace místnosti nebo budovy. Pomocí termografické kamery lze identifikovat tepelné mosty a nehomogenní izolační části. Neprodukuje však žádná kvantitativní data. Tuto metodu lze použít pouze k aproximaci hodnoty U nebo inverzní hodnoty R.

Několik měření teploty

Tento přístup je založen na třech nebo více měřeních teploty uvnitř i vně stavebního prvku. Synchronizací těchto měření a provedením některých základních předpokladů je možné vypočítat tepelný tok nepřímo, a tím odvodit hodnotu U stavebního prvku. Pro spolehlivé výsledky musí být splněny následující požadavky:

• Rozdíl mezi vnitřní a venkovní teplotou, ideální> 15 K.
• Konstantní podmínky
• Žádné sluneční záření
• Blízké měření bez radiačního tepla

Metoda tepelného toku

Hodnotu R stavebního prvku lze určit pomocí snímače tepelného toku v kombinaci se dvěma teplotními senzory. Měřením tepla proudícího stavebním prvkem a jeho kombinací s vnitřní a venkovní teplotou je možné přesně definovat hodnotu R. Ke spolehlivému výsledku podle norem ISO 9869 je zapotřebí měření, které trvá alespoň 72 hodin s teplotním rozdílem nejméně 5 ° C, ale kratší doba měření také spolehlivě indikuje hodnotu R. Průběh měření lze sledovat na přenosném počítači pomocí odpovídajícího softwaru a získaná data lze použít k dalším výpočtům. Měřicí zařízení pro taková měření tepelného toku nabízejí společnosti jako FluxTeq, Ahlborn, greenTEG a Hukseflux.

Umístění snímače tepelného toku buď na vnitřním nebo vnějším povrchu stavebního prvku, dovoluje určit tepelný tok přes snímače tepelného toku jako reprezentativní hodnoty pro tepelný tok přes stavební prvek. Tepelný tok přes snímač tepelného toku je míra tepelného toku přes snímač tepelného toku dělená povrchové plochy snímače tepelného toku . Umístění teplotních čidel na vnitřní a vnější povrchy stavebního prvku umožňuje určit teplotu vnitřního povrchu, teplotu vnějšího povrchu a teplotní rozdíl mezi nimi. V některých případech může samotný snímač tepelného toku sloužit jako jeden z teplotních senzorů. Hodnota R pro stavební prvek je teplotní rozdíl mezi dvěma teplotními senzory dělený tepelným tokem přes snímač tepelného toku . Matematický vzorec je:

${\ displaystyle R _ {\ text {val}} = {\ frac {\ Delta T} {\ phi _ {q}}} = {\ frac {T_ {o} -T_ {i}} {q/A}} }$

kde:

• ${\ displaystyle R _ {\ text {val}}}$je hodnota R ( K ⋅ W ⁻¹ ⋅ m ² ),
• ${\ displaystyle \ phi _ {q}}$je tepelný tok ( W ⋅ m ⁻² ),
• ${\ displaystyle A}$je povrchová plocha snímače tepelného toku ( m ² ),
• ${\ displaystyle q}$je rychlost tepelného toku ( W ),
• ${\ displaystyle T_ {i}}$je teplota vnitřního povrchu ( K ),
• ${\ displaystyle T_ {o}}$je teplota vnějšího povrchu ( K ), a
• ${\ displaystyle \ Delta T}$je teplotní rozdíl ( K ) mezi vnitřním a vnějším povrchem.

Hodnotu U lze také vypočítat převrácením hodnoty R. To znamená,

${\ displaystyle U _ {\ text {val}} = {\ frac {1} {R _ {\ text {val}}}}.}$

kde je hodnota U ( W ⋅ m ⁻² ⋅ K ⁻¹ ). ${\ displaystyle U _ {\ text {val}}}$

Odvozená hodnota R a U-hodnota může být přesné do té míry, že se tepelný tok přes snímač tepelného toku se rovná tepelný tok přes stavební prvek. Zaznamenávání všech dostupných údajů umožňuje studovat závislost hodnoty R a U na faktorech, jako je vnitřní teplota, venkovní teplota nebo poloha snímače tepelného toku . Do té míry, že k měření přispívají všechny procesy přenosu tepla (vedení, konvekce a záření), odvozená hodnota R představuje zdánlivou hodnotu R.

Příklady hodnot

Vakuově izolované panely mají nejvyšší hodnotu R, přibližně R-45 (v amerických jednotkách) na palec; aerogel má další nejvyšší hodnotu R (asi R-10 až R-30 na palec), následovanou izolací z polyuretanu (PUR) a fenolové pěny s R-7 na palec. V těsném závěsu za nimi následuje polyisokyanurát (PIR) na R-5,8, expandovaný polystyren impregnovaný grafitem na R-5 a expandovaný polystyren (EPS) na R-4 na palec. Sypká celulóza, sklolaminát (foukaný i v rouškách) a minerální vlna (foukané i v rouškách) mají hodnotu R zhruba R-2,5 až R-4 na palec.

Balíky slámy dosahují přibližně R-2,38 až 2,68 na palec, v závislosti na orientaci balíků. Typické domy ze slámy však mají velmi silné stěny, a proto jsou dobře izolovány. Sníh je zhruba R-1 na palec. Cihla má velmi špatnou izolační schopnost při pouhých R-0,2 na palec; má však relativně dobrou tepelnou hmotnost .

Všimněte si toho, že všechny výše uvedené příklady používají pro hodnotu R definici USA (non-SI).

Typické hodnoty R.

Hodnoty RSI a hodnoty R pro různé materiály normalizované na tloušťku 25,4 milimetrů (1,00 palce). V praxi budou hodnoty získány pomocí různých metod a tlouštěk. Typickými hodnotami jsou přibližné hodnoty založené na průměru dostupných údajů. Poslední sloupec uvádí hodnoty RSI normalizované na tloušťku 1 metr (3 ft 3 palce). Kliknutím na sloupec hodnoty RSI seřadíte podle střední hodnoty rozsahu a kliknutím na sloupec hodnoty R seřadíte podle nejnižší hodnoty.

Materiál	Hodnota RSI (m 2 · K / W )	Hodnota R (ft 2 · ° F · h / BTU )	Hodnota RSI (m 2 · K / W ) (na metr)
Vakuově izolovaný panel	5,28–8,8	14–66	208–346
Silikátový aerogel	1,76	10.3	69
Polyuretanový tuhý panel (rozšířený CFC/HCFC)	1,23–1,41	7–8	48–56
Tuhý polyuretanový panel (rozšířený CFC/HCFC) ve věku 5–10 let	1.10	6.25	43
Polyuretanový tuhý panel ( expandovaný pentanem ) počáteční	1.20	6.8	47
Polyuretanový tuhý panel (expandovaný pentan) ve věku 5–10 let	0,97	5.5	38
Polyuretanový tuhý panel s fólií (pentan expandovaný)	1.1–1.2		45–48
Polyisokyanurátový tuhý panel (expandovaný pentanem), potažený fólií, počáteční	1.20	6.8	55
Tuhý panel z polyisokyanurátu s fóliovým povrchem (expandovaný pentanem) ve věku 5–10 let	0,97	5.5	38
Polyisokyanurátová sprejová pěna	0,76–1,46	4.3–8.3	30–57
Polyuretanová sprejová pěna s uzavřenými buňkami	0,97–1,14	5,5–6,5	38–45
Fenolická sprejová pěna	0,85–1,23	4.8–7	33–48
Izolace oděvu Thinsulate	0,28–0,51	1,6–2,9	11–20
Panely močovina-formaldehyd	0,88–1,06	5–6	35–42
Sádrokarton	0,15	.9	6.2
Močovinová pěna	0,92	5.25	36,4
Extrudovaný expandovaný polystyren (XPS) s vysokou hustotou	0,88–0,95	5–5,4	26–40
Polystyrenová deska	0,88	5,00	35
Fenolický pevný panel	0,70–0,88	4–5	28–35
Močovinoformaldehydová pěna	0,70–0,81	4–4,6	28–32
Vložky ze skelných vláken s vysokou hustotou	0,63–0,88	3.6–5	25–35
Extrudovaný expandovaný polystyren (XPS) s nízkou hustotou	0,63–0,82	3.6–4.7	25–32
Icynene sypká náplň (nalít výplň)	0,70	4	28
Lisovaný expandovaný polystyren (EPS) s vysokou hustotou	0,70	4.2	22–32
Domácí pěna	0,69	3.9	27.0
Rýžové slupky	0,50	3,0	24
Sklolaminátové rohože	0,55–0,76	3.1–4.3	22-30
Bavlněné pračky (izolace Blue Jean)	0,65	3.7	26
Lisovaný expandovaný polystyren (EPS) s nízkou hustotou	0,65	3,85	26
Ovčí vlna Batt	0,65	3.7	26
Icynene sprej	0,63	3.6	25
Polyuretanová pěna s otevřenými póry	0,63	3.6	25
Lepenka	0,52–0,7	3–4	20–28
Palice z kamenné a struskové vlny	0,52–0,68	3–3,85	20–27
Celulóza sypká	0,52–0,67	3–3,8	20–26
Celulózový mokrý sprej	0,52–0,67	3–3,8	20–26
Volná výplň ze skály a strusky	0,44–0,65	2,5–3,7	17–26
Volná výplň ze skelných vláken	0,44–0,65	2,5–3,7	17–26
Polyetylenová pěna	0,52	3	20
Cementová pěna	0,35–0,69	2–3,9	14–27
Perlit sypký	0,48	2.7	19
Dřevěné panely, například opláštění	0,44	2.5	17 (9)
Tuhý sklolaminátový panel	0,44	2.5	17
Vermikulit sypký	0,38–0,42	2.13–2.4	15–17
Vermikulit	0,38	2.13	16–17
Slámový balík	0,26	1,45	16–22
Papercrete		2.6–3.2	18–22
Měkké dřevo (většina)	0,25	1,41	7.7
Dřevní štěpka a jiné výrobky ze sypkého dřeva	0,18	1	7.1
Provzdušněný/pórobeton (5% vlhkost)	0,18	1	7.1
Sníh	0,18	1	7.1
Tvrdé dřevo (většina)	0,12	0,71	5.5
Cihlový	0,030	0,2	1,3–1,8
Sklenka	0,025	0,14	0,98
Litý beton	0,014	0,08	0,43–0,87

Typické hodnoty R pro povrchy

Hodnoty R nereflexního povrchu pro vzduchové fólie

Při určování celkového tepelného odporu sestavy budovy, jako je zeď nebo střecha, se k tepelnému odporu ostatních materiálů přidá izolační účinek povrchové vzduchové fólie.

Pozice povrchu	Směr přenosu tepla	R U.S. (hr⋅ft 2 ⋅ ° F/Btu)	R SI (K⋅m 2 /W)
Horizontální (např. Plochý strop)	Nahoru (např. V zimě)	0,61	0,11
Horizontální (např. Plochý strop)	Směrem dolů (např. Léto)	0,92	0,16
Svisle (např. Zeď)	Horizontální	0,68	0,12
Venkovní povrch, jakákoli poloha, pohybující se vzduch 6,7 m/s (zima)	Jakýkoli směr	0,17	0,030
Venkovní povrch, jakákoli poloha, pohybující se vzduch 3,4 m/s (léto)	Jakýkoli směr	0,25	0,044

V praxi se výše uvedené povrchové hodnoty používají pro podlahy, stropy a stěny v budově, ale nejsou přesné pro uzavřené vzduchové dutiny, například mezi skleněnými tabulemi. Účinný tepelný odpor uzavřené vzduchové dutiny je silně ovlivněn radiačním přenosem tepla a vzdáleností mezi oběma povrchy. Porovnání hodnot R pro okna viz izolační zasklení s některými efektivními hodnotami R, které zahrnují vzduchovou dutinu.

Sálavé zábrany

Materiál	Zdánlivá hodnota R (min.)	Zdánlivá hodnota R (max.)	Odkaz
Reflexní izolace	Nula (pro montáž bez sousedního vzdušného prostoru.)	R-10,7 (přenos tepla dolů), R-6,7 (přenos tepla horizontální), R-5 (přenos tepla nahoru) Požádejte výrobce o testy hodnoty R pro vaši konkrétní sestavu.

Pravidlo R-hodnoty v USA

Federal Trade Commission (FTC) upravuje nároky o R-hodnoty chránit spotřebitele před klamavým a klamavá reklama nároky. Vydalo Pravidlo R-hodnoty.

Primárním účelem pravidla je zajistit, aby trh s izolací domů poskytoval spotřebiteli tyto základní informace před nákupem. Tyto informace dávají spotřebitelům příležitost porovnat relativní izolační účinnost, vybrat produkt s největší účinností a potenciálem pro úspory energie, provést nákladově efektivní nákup a zvážit hlavní proměnné omezující účinnost izolace a realizaci deklarovaných úspor energie.

Pravidlo nařizuje, aby v určitých reklamách a v místě prodeje byly zveřejněny konkrétní informace o hodnotě R pro izolační výrobky pro domácnosti. Účelem požadavku na zveřejnění hodnoty R pro reklamu je zabránit tomu, aby byli spotřebitelé uváděni v omyl některými tvrzeními, která mají vliv na izolační hodnotu. V okamžiku transakce budou někteří spotřebitelé schopni získat požadované informace o hodnotě R ze štítku na izolačním obalu. Protože však důkazy ukazují, že balíčky jsou často nedostupné ke kontrole před nákupem, spotřebitelé by v mnoha případech neměli k dispozici žádné označené informace. Výsledkem je, že pravidlo vyžaduje, aby byl spotřebitel k dispozici informační list před jeho nákupem.

Tloušťka

Pravidlo hodnoty R určuje:

Na štítcích, informačních listech, reklamách nebo jiných propagačních materiálech neuvádějte hodnotu R pro jeden palec ani „hodnotu R pro palec“ vašeho produktu. Existují dvě výjimky: A. Toho můžete dosáhnout, pokud navrhnete používat výrobek o tloušťce jednoho palce. b. Můžete to provést, pokud skutečné výsledky testů prokáží, že hodnoty R na palec vašeho produktu neklesají, protože je stále silnější. Můžete uvést rozsah hodnot R na palec. Pokud tak učiníte, musíte přesně říci, jak moc hodnota R klesá s větší tloušťkou. Musíte také přidat toto prohlášení: "Hodnota R na palec této izolace se mění podle tloušťky. Čím silnější je izolace, tím nižší je hodnota R na palec."

Viz také

Reference

externí odkazy

• Tabulka hodnot izolace R v InspectApedia obsahuje původní zdrojové citace
• Informace o výpočtech, významech a vzájemných vztazích souvisejících podmínek přenosu tepla a odporu
• Americká tabulka R-hodnot stavebního materiálu
• Práce s hodnotami R.
• Izolační hodnota R vysvětlena