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绿色建筑博客

了解热数据

R-,U-,K-和C值的另一种解释

北方气候中双层朝南窗口的NFRC标签显示出良好的SHGC用于太阳能增益。图像学分:Kirstin Edelglass

本月,我正在解决热流 - 或至少方面。我将假设一个已经解决了水,空气和蒸气的取代现象的项目。在这里,我正在严格看热控制。

所以,我们有一个想象中的结构,现在我们希望舒适地生活。当然,舒适是主观的。对我来说,这意味着我没有冰柱在冬天从我的髭上挂着冰柱,而且我不会坚持我在夏天触摸的各个表面。为实现这一点,同时避免不必要的能源成本,我们需要聪明地达到热量进出。

热量通过三种机制移动:辐射,对流和传导。理想情况下,我们希望尽可能地限制所有三个,而不是花费更多的资金来做到它,而不是省去我们的终身时间 - 或者也许是我们孩子的一生。为此,我们需要隔离。并适当地隔离,我们需要知道如何量化材料的最佳能力。

vive larésistance

R值是所有建设者知道的数字。但它真的是什么?让我们去全天候ASTM国际对于一些洞察力,然后我们将分开。C168-19将R值定义为:

电阻,热,N:由温度差,在稳态,在稳定状态之间的温度差异确定的量或施工的两个限定的表面之间,其引起单位热流通过单元区域。

r值是关于电阻的。它测量的是一种材料能在多大程度上减缓两个表面之间的热运动,比如墙的内外。

这是通过在两个金属板之间挤压一块绝缘材料来测试这一点测试。

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14日的评论

  1. Doug Mcevers.||#1

    存在渗透热量恢复现象,因此您可以将其添加到等式中。它位于PayWall后面,但我可能会在某个地方下载LBL学习,或者也许另一个GBA成员拥有它。

    https://eta.lbl.gov/publications/infiltration-heat-recovery-building

    附件也进入了渗透热回收,一个复杂的公式。

    文件格式
    1. 本杰明转吉||#2

      我只是挖了一份副本(https://www.aivc.org/sites/default/files/members_area/medias/pdf/inive/lbl/lbnl-51324.pdf.)刚刚通过开幕式段落让我在额头上咂我...... DUH。当然,通过空间气流丢失或恢复了热量。迫不及待地想在周末挖掘。谢谢!

  2. 查理•沙利文||# 3

    我很欣赏你从建造者的角度用直观和实用的术语来描述这些。从工程师的角度来看,这里的解释在技术上并不完全正确,所以我将解释如何纠正它们。

    首先,所有这些都有一个共同点,那就是它们将室内和室外或两个表面之间的温差与稳定的热流联系起来。热流的单位通常是BTU/hour,但这个小时并不意味着它描述的是动态的或者随时间而变化的东西。使用的措辞有时是单位时间(1小时)的热量(BTU),有时是热量流动(这里假设BTU/h),这些听起来可能不同,但它们只是表达同一件事的两种方式。所以这些之间的关系比看起来要简单。

    接下来,我们来谈谈r值和c值。r值是大多数建筑商都知道的东西。⋅是1平方英尺隔热层的热阻,通过它的热流Q = A⋅ΔT/(r值),其中ΔT为隔热层两面温差,A为表面积。

    c值在工程或建筑中使用较少,但它是r值的倒数:c值= 1/(r值)。这样我们就可以写Q = A⋅ΔT⋅(c值)。这听起来容易,因为乘法比除法容易,但r值的好处是,如果你层绝缘——可能两层R-8泡沫——得到的整体r值就是:R-8 + R-8 = R16。相应的c值计算更加复杂,这也是r值更受欢迎的原因之一。

    熟悉U形因素的人可能是在思考“等待我认为这是U形因素 - 为什么他称之为C价值?”U-Factor和C值几乎相同。不同之处在于,C值描述了组件或材料,并且U因子是“全纳”编号。这可能意味着它是一个“全墙”计算,包括螺柱,墙板,护套,壁板等,或者更常见,它是“整个窗口计算”,包括框架以及玻璃,空气空间在玻璃等之间,“等等”。包括表面上的“空气膜”。这样的实际结果是,对于U因子,公式q =a∈Δt⋅(c值)看起来几乎相同。唯一的区别在于,在Q = A =ΔTA⋅(U-Factor)中,温度差是内部和外部的空气温度之间的差异,而不是绝缘层或其他材料的两侧的表面温度。使用R-40壁,那些表面温度非常接近温度或内部空气,因此您使用的温度并不重要,但具有低性能窗口,内表面温度比内部更冷气温。 Hence the need to make that distinction and use U-factor for windows.

    我没有谈论k值,但我认为这足以让一个评论......

    1. 本杰明转吉||# 4

      谢谢你的回应查理!我很欣赏你让我懈怠了。我走一线是我对物理学的有限​​知识并试图使用它来简化建筑概念,同时还踩到足够深处,以扩展到U和C之间的区别。对于大多数建筑商,建筑师,业主,将U和R作为互惠来说很好,但我希望至少裂开门的概念,即其他有贡献的因素对系统的性能而不是其部分,即空气膜的粗略总和。

    2. Tyler Keniston.||# 5

      我的简单性:k是c的渗透性是渗透率。(k是电导率,一般不依赖于厚度。C是电导率和厚度的帐户)。

      它有助于考虑 - 态度和最终的结局是“内在的”属性,(思考“能力”)而 - 距离厚度的-Ance -Unty结局,并且是绝对的(思考“存在”)。
      如果您有-Ance -Unde Numbers,则不需要知道厚度以进行评估程序。像R值)。

      1. 查理•沙利文||#6

        泰勒,我喜欢你的结尾技巧。

        另一个“-tity”字是“电阻率”。热电阻率不是建筑领域中使用的单词,但它与每英寸的R值相同,我们谈到了很多。k或电导率是电阻率的倒数 - 换句话说,k = 1 /(每英寸r值)。

        Ben,我喜欢GBA为来自不同背景和词汇的人们提供了一个对话的论坛。这是双向的——我们大多数理解物理/工程理论的人在实践方面有很多东西需要学习。

    3. 细粒度的||# 7

      非常有用的解释。

    4. Tyler Keniston.||#8

      “用R-40墙壁,那些表面温度非常接近温度或内部空气,因此您使用的温度并不重要,但具有低性能窗口,内部表面温度比该温度更冷室内空气温度。“

      查理(或其他人),

      这很有趣。
      我们总是假定温带偶遇一个组装线性热阻比例下降,但随着假设内部墙面也临时室内环境,和外部墙面也临时户外环境(好吧,我们承认这不是辐射冷却时我想)。

      如上所述,这似乎更多地是“实际上”适用于更高的R值组件的估计。它与一个窗口不是真的,我想象它与低r-value组件不正确,就像一张胶合板。这里有一些门槛吗?它是线性的,指数......?

      我认为它必须与能量通行证的率有关;能量丢失在表面边界处获得的能量。对于给定的内壁温度,I图像均衡是能量损失等于能量获得的能量。如果能量损失足够高,所需的能量也可以非常高(通过内部环境所获得的能量),如果提供的能量有限,仍未将温度提高到环境中的温度。

      是空中电影在这里玩角色,还是所有关于能源预算的角色?

  3. 查理•沙利文||#9

    如果您想要一个非常粗略的估计,您可以假设内部空气胶片是R-1,并且仍然忽略外部空气薄膜。如果您有一个绝缘墙的绝缘墙,例如,R-4,则总数为R-5,并且在空气膜中的温度差异的1/5。例如,如果它在外部20 f和70 f内,则50 f差异在R-5壁上的40 f,并且在空气薄膜穿过10 f。这是表面损失和以相同速率损失和加热的平衡,具有空气膜的简单R-1近似。

    但这是一个粗略的近似:对流的热流不具有温差的线性,因此R-1根据温差有多大而变化。这很有意思,但并不是特别重要:如果你有一个R-5墙,你应该担心如何至少成为一个R-13墙,而不是担心空气胶片是否是R-1或R-0.783。

    术语“空气膜”是错误的误称 - 它是常规温度差异的大多数温差和辐射热传递的组合。对于典型的房间温度,特别是具有良好的绝缘墙,从房间内的物体传递到墙壁上的物体的辐射传热实际上占主导地位。但这现在是实际的结果。如果将墙壁放在墙壁上停止辐射传热,则对流将接管,并且您最多只会获得额外的R-1。

  4. 弗雷德弗罗斯||#10

    这是关于空气膜,更适当称为“边界层”。

    让我们考虑Windows或其他更繁想的单位。由于这些暴露于房屋的外部和内部,因此考虑这些内使用条件对窗口的热性能的影响是有意义的。我们从测量中知道IGU的内表面小于室温(考虑到外面的较冷)。该温度梯度导致压力梯度产生自然对流气流。因为空气具有一些粘度,所以在窗口表面处直接的空气的速度为零,并且在短距离内的散装室内空气速度升高。假设我们尝试忽略这层薄层。然后,我们必须假设内表面和立即周围的空气之间的突然温度变化。这需要无限的能量转移,这不会发生。然后,目标是量化该边界层的传热系数U。这很复杂,但幸运的是工程师对此进行了很多想法。 From experimentally-verified conditions, the lower limit of natural convection-driven heat transfer is about 1.35 BTU/(h . ft^2 . oF) ---BTU per hour per sq. foot per degree Fahrenheit--sorry for the crappy font. The inverse of this is the R value of this layer…~0.74 in Imperial units.

    现在考虑外部条件。在这里,自然对流和强迫对流都会遇到,而风的强迫对流将占主导地位。该外边界层的传热系数取决于风速;按照惯例,窗户单元是在大约每小时13英里的模拟风速下测量的。在标准条件下,U值约为5.1(与上面相同的单位)的结果。
    这如何影响窗口的整体性能?边界层的存在将始终提高表观性能。考虑具有U值为0.25的IGU,该IGU通过测量热量来确定,同时假设温度梯度作为外部散装空气和内部空气之间的差异来确定。(此值的倒数相当于窗口的R值;在这种情况下r = 4)。要计算整体标准化性能,UST:
    1 / UST = 1 / UIGU + 1 / UINSIDE + 1 / UOUTISDE
    1/Ust = 1/0.25 + 1/1.35 + 1/5.1
    UST = 0.20
    您现在具有5的明显抵抗力而不是4.因此,当您购买窗口时,u = 0.2,其中25%的性能来自国家更新评级委员会(NFRC)评级占这些边界层的良好账户定义的条件。我应该注意,评级占地区平均U值的玻璃中心,玻璃边缘,框架等;因此,评级不仅仅基于IGU的分析。
    我看到查理Sullivan在下面发表了评论,并给出了内部边界层的r = 1的粗略估计。这同意我的价值0.74。我还要注意的是,辐射传热的影响与这些边界层考虑因素无关,这是严格对流的。我非常肯定在据报道的FeneStration U值中不考虑辐射。

    1. 查理•沙利文||#11

      FRED,您的评论很有帮助,准确于一个例外:最后的辐射评论。边界层的R值包括0.74的辐射传热。如果您在ASHRAE的基本“FeneStration”一章中,它们会给发射率为0.9的ΔT的值为5 fΔT。它们还具有0.1发射率的数字,阻塞了大部分辐射热传递。在这种情况下,该值达到R-2。这基本上是单独对流的价值,没有显着的辐射。换句话说,U用于对流约为0.5,并且剩余的0.85次获得总共1.35的辐射。

      窗户的U形因素确实包括辐射热转换。在冬天,从房间到表面4,在表面2和3之间,以及从表面1到户外。这就是为什么低E涂层降低U形因素。注意,没有长波热辐射穿过窗玻璃,在该波长范围内是不透明的。它只在玻璃窗口中发动热传递和之间的作用。

      1. 弗雷德弗罗斯||#12

        谢谢查理。我站立纠正,我应该更彻底地调查这个问题。我肯定会调查一下。我肯定同意,辐射在单位的性能中起着重要作用......通过低E涂层的性能来确定。我认为我的理解是通过特定IGU的实际性能测量的U评级隐含地占该机制,但未明确建模作为用于报告U因素的热通量方程的一部分?我不知道。

        1. 查理•沙利文||#13.

          它是NFRC用来计算u因子的模拟的一部分。

          THERM 7 / WINDOW 7 NFRC模拟手册说:“离开每个表面的辐射能量通量是根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算的,使用表面红外半球发射率和温度。辐射节点之间的净辐射通量除以相关的温差就得到了有效辐射传热系数。

          它也不可避免地部分测量。

          也许困惑是,当你通过窗口计算热流时,使用Q = a =Δta⋅(U-infface),其看起来像通过传导的热流的等式,但它真的是近似的方程包括传导,对流和辐射的复杂过程的净结果。

          1. 弗雷德弗罗斯||#14

            伟大的信息;谢谢!显然,我不是这方面的专家,相反,我是一个好奇的消费者,具有工程背景,并试图了解窗口U评级。

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