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绿色建筑的博客

了解热数据

R-, U-, K-和c值的另一种解释

NFRC标签的双层玻璃朝南的窗户在北方气候显示良好的SHGC获得太阳能。图片来源:克里斯汀·埃德尔格拉斯

这个月,我将讨论热流问题——或者至少是它的某些方面。我将假设一个项目,它已经解决了水、空气和蒸汽的替代现象。这里我严格地看热控制。

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这三种情况的发生,而不花比我们一生——或者可能是我们的孩子一生——所能省下的钱更多的钱来做到这一点。为了做到这一点,我们需要隔离。为了正确地绝缘,我们需要知道如何量化一种材料的最佳性能。

万岁拉电阻

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国际来获得一些见解,然后我们再把它拆开。C168-19将R值定义为:

电阻,热,n:在稳态下,由材料或建筑的两个定义表面之间的温度差决定的量,该温度差在单位面积内诱导单位热流。

r值与电阻有关。它测量的是一种材料能在多大程度上减缓两面之间的热量移动,比如墙壁内外。

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

    附着物还涉及渗透热回收,公式复杂。

    文件格式
    1. 本杰明转向架||# 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,所以我将解释我将如何纠正它们。

    首先,所有这些都有一个共同之处,那就是它们将室内外或两面之间的温差与稳定的热流联系起来。热流的单位是BTU/小时,但是这里的小时并不意味着它描述的是动态的或者随时间变化的。使用的措辞有时是单位时间(1小时)的热量(BTU),有时是热流(BTU /h的假设),这些听起来可能不同,但它们只是说同一件事的两种方式。所以它们之间的关系比看起来要简单。

    接下来,我们来讨论一下r值和c值。r值是大多数建筑商都知道的。其中δ t为保温材料两面的温度差,A为表面积。

    C-value在工程或建筑中不太常用,但它是R-value的倒数:C-value = 1/(R-value)。这使我们可以写出Q = A yat δ t yat (C-value)。这听起来很简单,因为乘法比除法容易,但r值的优点是,如果你分层绝缘——可能是两层R-8泡沫——得到的整体r值就是R-8 + R-8 = R16。相应的c值计算比较复杂,这也是r值更受欢迎的原因之一。

    熟悉u -因素的人可能会想"等等,我以为这就是u -因素,为什么他叫它c -值?"u -因子和c -值几乎相同。不同的是,c值描述的是一个组件或材料,而u因子是一个“全部”数字。这意味着这是“整面墙”的计算,包括螺柱,墙板,护墙板,壁板等等。或者更常见的是,这是一种“全窗计算”,包括框架、玻璃、玻璃之间的空气空间等。“等等”包括表面的“空气膜”。结果表明:u -因子的计算公式Q = A手性δ t手性(C-value)基本一致。唯一不同的是,在Q = A yat δ ta yat (U-factor)条件下,温度差为室内外空气温度之差,而不是保温材料或其他材料两侧表面温度之差。在R-40墙中,表面温度非常接近室内和室外的空气温度,所以你用什么温度并不重要,但是在低性能窗口中,室内表面温度比室内空气温度低得多。因此,有必要做出区分,并在windows中使用u因子。

    我没有谈论k值,但我认为这足以让一个评论......

    1. 本杰明转向架||# 4

      谢谢你的回复,Charlie!谢谢你放我一马。我在自己有限的物理知识的基础上,尝试用它来简化建筑概念,同时也深入到U和c之间的区别。对于大多数建筑商、建筑师、业主,把U和R看作是相互的固然很好,但我希望至少能打开这个概念的大门,即除了各个部分的粗略相加之外,还有其他影响系统性能的因素,比如IE-air电影。

    2. 泰勒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 -ence数字,则不需要知道厚度才能继续评估程序集。如热阻)。

      1. 查理•沙利文||# 6

        泰勒,我喜欢你的结束语。

        另一个与“tivity”有关的单词是“电阻率”。热电阻率这个词在建筑领域用得不多,但它和每英寸的r值是一样的概念,我们经常讨论。K,即电导率,是电阻率的倒数——换句话说,K = 1/(每英寸的r值)。

        Ben,我喜欢GBA为来自不同背景和不同词汇的人提供了一个对话的论坛。这两种方式都是——我们大多数理解物理/工程理论的人在实际操作方面还有很多要学习的。

    3. 细粒度的||# 7

      非常有用的解释。

    4. 泰勒Keniston||# 8

      “使用R-40墙时,表面温度非常接近室内和室外空气的温度,所以使用哪种温度并不重要,但如果使用低性能窗口,内部表面温度就会比内部空气温度低得多。”

      查理(或其他),

      这是有趣的。
      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,这似乎是一种“实际”适用于较高r值程序集的估计。这对窗户来说是不正确的,我想对低r值的组件也不正确,比如一块胶合板。这里有临界值吗?它是线性的,指数的吗?

      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。

      空气膜在这里扮演了一个角色,还是这一切都与能源预算有关?

  3. 查理•沙利文||# 9

    如果你想要一个非常粗略的估计,你可以假设内部的气膜是R-1,仍然忽略外部的气膜。如果你有一个绝缘很差的墙,例如,R-4,那么总温度就是R-5, 1/5的温差在空气膜上。例如,如果外面是20华氏度,里面是70华氏度,50华氏度差在R-5墙上是40华氏度,在空气膜上是10华氏度。这是表面以相同的速率失去和获得热量的平衡,对气膜来说是简单的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Frasch||#10

    这都是关于空气膜,更恰当的说法是“边界层”。

    让我们考虑窗户或其他开窗单元。因为它们同时暴露在房子的内外,所以考虑这些使用条件对窗户热性能的影响是有意义的。我们从测量中得知,IGU的内部表面温度低于室温(考虑到外面更冷)。这种温度梯度导致压力梯度,从而产生自然对流气流。由于空气具有一定的粘性,直接在窗面处的空气速度为零,并在短距离内增加到大体积室内空气的速度称为边界层厚度。假设我们试着忽略这个薄层。然后,我们必须假设内部表面和周围空气之间的温度突然变化。这需要无限的能量转移,但这是不可能发生的。我们的目标是量化边界层的传热系数U。这很复杂,但幸运的是,工程师们对此做了很多思考。 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.

    现在考虑一下外部条件。这里同时遇到自然对流和强制对流,以风的强制对流为主。这个外边界层的传热系数取决于风速;风速越高,u越大。按照惯例,窗户单位是在模拟风速为每小时13英里的情况下测量的。在标准条件下,U值约为5.1(与上述单位相同)。
    这如何影响窗口的整体性能?边界层的存在总是会改善表面性能。假设外部散装空气与内部散装空气之间的温差为温度梯度时,通过测量热流来确定U值为0.25的IGU。(该值的倒数等于窗口的R值;在这种情况下R=4)。为计算整体标准化成绩,科大:
    1/Ust = 1/Uigu +1/Uinside +1/ Uoutisde
    1/Ust = 1/0.25 + 1/1.35 + 1/5.1
    UST = 0.20
    你现在有一个5的表面电阻而不是4。因此,当你购买一个U = 0.2的窗户时,25%的性能来自于国家开窗评级委员会(NFRC)的评级在明确的条件下对这些边界层的解释。我要指出的是,评级包括玻璃中心、玻璃边缘、框架等的面积平均U值;因此,评级并不是简单地基于对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,你的评论很有帮助,也很准确,只有一个例外:末尾的辐射评论。边界层的r值是0。74包括辐射传热。如果你看ASHRAE的基本“开窗”一章他们给出的δ t是5 F δ t,发射率是0。9。它们也有一个0。1的发射率,阻止了大部分的辐射传热。在这种情况下,数值会上升到R-2。这基本上是对流单独的值,没有明显的辐射。换句话说,对流的U约为0.5,剩下的0.85需要达到1.35来自辐射。

      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Frasch||#12

        谢谢你查理。我纠正了,我应该更彻底地调查这个问题。我一定会调查的。我当然同意辐射在单位的运行中起着重要的作用。由低e涂层的性能决定。我认为我的理解是,这种机制通过特定IGU的实际性能测量隐含在U评级中,但没有明确建模为用于报告U因素的热流方程的一部分?我不知道。

        1. 查理•沙利文||#13.

          这肯定是作为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通过使用表面红外半球发射率和温度从Stephan-Boltzmann定律计算的。辐射节点之间的净辐射通量除以相关的温度差,得到有效的辐射换热系数。

          它也不可避免地部分测量。

          也许困惑的是,当你计算热流通过窗口中,您使用Q =⋅ΔTa⋅(u),它看起来像一个方程的热流传导,但它确实是一个近似方程的最终结果一个复杂的过程,包括传导、对流和辐射。

          1. 弗雷德Frasch||#14

            伟大的信息;谢谢!显然,我不是这方面的专家,而是一个有工程背景的好奇消费者,试图理解窗口U评级。

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