Laju aliran panas melalui suatu bahan atau rakitan

Nilai-U mengukur berapa banyak panas yang melewati komponen bangunan per satuan luas, per derajat perbedaan suhu. Diukur dalam W/(m²·K) atau BTU/(h·ft²·°F). Nilai-U yang lebih rendah = isolasi yang lebih baik. Jendela, dinding, dan atap semuanya memiliki peringkat nilai-U.

Contoh: Jendela dengan U=0,30 W/(m²·K) kehilangan 30 watt per meter persegi untuk setiap perbedaan suhu 1°C. U=0,20 adalah isolasi 33% lebih baik.

Kemampuan suatu bahan untuk menahan aliran panas

Nilai-R adalah kebalikan dari nilai-U (R = 1/U). Nilai-R yang lebih tinggi = isolasi yang lebih baik. Diukur dalam m²·K/W (SI) atau ft²·°F·h/BTU (AS). Kode bangunan menentukan nilai-R minimum untuk dinding, langit-langit, dan lantai berdasarkan zona iklim.

Contoh: Lapisan fiberglass R-19 memberikan resistansi 19 ft²·°F·h/BTU. R-38 di loteng dua kali lebih efektif daripada R-19.

Sifat bahan: seberapa baik ia menghantarkan panas

Konduktivitas termal (λ atau k) adalah sifat intrinsik bahan yang diukur dalam W/(m·K). Nilai-k rendah = isolator yang baik (busa, fiberglass). Nilai-k tinggi = konduktor yang baik (tembaga, aluminium). Digunakan untuk menghitung nilai-R: R = tebal / k.

Contoh: Fiberglass k=0,04 W/(m·K), baja k=50 W/(m·K). Baja menghantarkan panas 1250 kali lebih cepat daripada fiberglass!

Angka lebih tinggi = isolasi lebih baik

Nilai-R bersifat intuitif: R-30 lebih baik dari R-15. Digunakan di Amerika Utara untuk produk isolasi. Nilai-nilai dijumlahkan secara seri: lapisan-lapisan ditumpuk. Umum dalam konstruksi perumahan, kode bangunan, dan pelabelan produk.

• Unit: ft²·°F·h/BTU (AS) atau m²·K/W (SI)
• Rentang: R-3 (jendela satu panel) hingga R-60 (isolasi loteng)
• Contoh dinding: rongga R-13 + busa R-5 = total R-18
• Aturan praktis: nilai-R per inci bervariasi menurut bahan (R-3,5/inci untuk fiberglass)
• Target tipikal: dinding R-13 hingga R-21, langit-langit R-38 hingga R-60
• Pemasaran: Produk diiklankan berdasarkan nilai-R ('lapisan R-19')

Angka lebih rendah = isolasi lebih baik

Nilai-U bersifat kontra-intuitif: U-0,20 lebih baik dari U-0,40. Digunakan secara global, terutama untuk jendela dan perhitungan seluruh bangunan. Tidak dijumlahkan secara sederhana—membutuhkan matematika timbal balik. Umum dalam konstruksi komersial dan kode energi.

• Unit: W/(m²·K) atau BTU/(h·ft²·°F)
• Rentang: U-0,10 (jendela tiga panel) hingga U-5,0 (jendela satu panel)
• Contoh jendela: U-0,30 adalah kinerja tinggi, U-0,20 adalah rumah pasif
• Perhitungan: Kehilangan panas = U × Area × ΔT
• Target tipikal: jendela U-0,30, dinding U-0,20 (komersial)
• Standar: ASHRAE, IECC menggunakan nilai-U untuk pemodelan energi

Aliran panas melalui bahan padat

Panas berpindah melalui kontak langsung antar molekul. Logam menghantarkan panas dengan cepat, sementara bahan isolasi menahannya. Diatur oleh Hukum Fourier: q = k·A·ΔT/d. Dominan di dinding, atap, lantai.

• Tiang logam menciptakan jembatan termal (peningkatan kehilangan panas 25%)
• Gagang panci panas menghantarkan panas dari kompor
• Aliran panas melalui dinding dari interior hangat ke eksterior dingin
• Isolasi mengurangi perpindahan panas konduktif

Perpindahan panas melalui pergerakan fluida/udara

Panas bergerak bersama aliran udara atau cairan. Konveksi alami (udara hangat naik) dan konveksi paksa (kipas, angin). Kebocoran udara menyebabkan kehilangan panas yang besar. Penyegelan udara menghentikan konveksi; isolasi menghentikan konduksi.

• Angin masuk melalui celah dan retakan (infiltrasi/eksfiltrasi)
• Udara hangat keluar melalui loteng (efek cerobong)
• Distribusi pemanasan/pendinginan udara paksa
• Angin meningkatkan kehilangan panas melalui dinding

Perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik

Semua benda memancarkan radiasi termal. Benda panas lebih banyak memancarkan radiasi. Tidak memerlukan kontak atau udara. Penghalang radiasi (foil reflektif) memblokir 90%+ panas radiasi. Faktor utama di loteng dan jendela.

• Sinar matahari memanaskan melalui jendela (perolehan surya)
• Penghalang radiasi di loteng memantulkan panas
• Lapisan Low-E pada jendela mengurangi panas radiasi
• Panas inframerah dari atap panas memancar ke lantai loteng

Pemilik rumah dan pembangun menggunakan nilai-R dan nilai-U setiap hari:

• Pemilihan isolasi: biaya/manfaat lapisan dinding R-19 vs R-21
• Penggantian jendela: jendela tiga panel U-0,30 vs jendela dua panel U-0,50
• Audit energi: pencitraan termal menemukan celah nilai-R
• Kepatuhan kode: memenuhi nilai-R minimum lokal
• Perencanaan perkuatan: menambahkan R-30 ke loteng R-19 (pengurangan kehilangan panas 58%)
• Rabat utilitas: banyak yang membutuhkan minimum R-38 untuk insentif

Nilai-U menentukan beban pemanasan dan pendinginan:

• Perhitungan kehilangan panas: Q = U × A × ΔT (Manual J)
• Ukuran peralatan: isolasi yang lebih baik = unit HVAC yang lebih kecil dibutuhkan
• Pemodelan energi: BEopt, EnergyPlus menggunakan nilai-U
• Isolasi saluran: minimum R-6 di ruang tak terkondisi
• Analisis pengembalian: perhitungan ROI peningkatan isolasi
• Kenyamanan: nilai-U yang lebih rendah mengurangi efek dinding/jendela dingin

Bangunan besar memerlukan perhitungan termal yang tepat:

• Kepatuhan ASHRAE 90.1: tabel nilai-U preskriptif
• Sertifikasi LEED: melebihi kode sebesar 10-40%
• Sistem dinding tirai: rakitan U-0,25 hingga U-0,30
• Penyimpanan dingin: dinding R-30 hingga R-40, langit-langit R-50
• Analisis biaya energi: penghematan tahunan $100K+ dari selubung yang lebih baik
• Jembatan termal: menganalisis sambungan baja dengan FEA

Bangunan ultra-efisien mendorong batas kinerja termal:

• Jendela: U-0,14 hingga U-0,18 (tiga panel, diisi kripton)
• Dinding: R-40 hingga R-60 (busa 12+ inci atau selulosa padat)
• Pondasi: R-20 hingga R-30 isolasi eksterior berkelanjutan
• Kekedapan udara: 0,6 ACH50 atau lebih rendah (pengurangan 99% vs standar)
• Ventilator pemulihan panas: efisiensi 90%+
• Total: pengurangan pemanasan/pendinginan 80-90% vs minimum kode

• Penyegelan udara terlebih dahulu: investasi $500, penghematan energi 20% (ROI lebih baik dari isolasi)
• Isolasi loteng: R-19 hingga R-38 kembali modal dalam 3-5 tahun
• Penggantian jendela: jendela U-0,30 mengurangi kehilangan panas sebesar 40% vs U-0,50
• Isolasi basement: R-10 menghemat 10-15% biaya pemanasan
• Penggantian pintu: pintu baja terisolasi (U-0,15) vs kayu berongga (U-0,50)

• Kamera inframerah: mengungkapkan isolasi yang hilang dan kebocoran udara
• Tes pintu blower: mengukur kebocoran udara (metrik ACH50)
• Tes sentuh: dinding/langit-langit dingin menunjukkan nilai-R rendah
• Bendungan es: tanda isolasi loteng yang tidak memadai (panas mencairkan salju)
• Kondensasi: menunjukkan jembatan termal atau kebocoran udara

• Iklim dingin: maksimalkan nilai-R, minimalkan nilai-U (prioritas isolasi)
• Iklim panas: penghalang radiasi di loteng, jendela Low-E menghalangi perolehan surya
• Iklim campuran: seimbangkan isolasi dengan peneduh dan ventilasi
• Iklim lembab: penghalang uap di sisi hangat, cegah kondensasi
• Iklim kering: fokus pada penyegelan udara (dampak lebih besar dari daerah lembab)

• ROI terbaik: Penyegelan udara (20:1), isolasi loteng (5:1), penyegelan saluran (4:1)
• ROI sedang: Isolasi dinding (3:1), isolasi basement (3:1)
• Jangka panjang: Penggantian jendela (2:1 selama 15-20 tahun)
• Pertimbangkan: rabat utilitas dapat meningkatkan ROI sebesar 20-50%
• Pengembalian: Pengembalian sederhana = biaya / penghematan tahunan

Igloo mempertahankan suhu 4-16°C di dalam ketika di luar -40°C hanya dengan menggunakan salju padat (R-1 per inci). Bentuk kubah meminimalkan luas permukaan, dan terowongan pintu masuk kecil menghalangi angin. Kantong udara di salju memberikan isolasi—bukti bahwa udara yang terperangkap adalah rahasia semua isolasi.

Ubin termal Pesawat Ulang-alik memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah (k=0,05) sehingga bisa mencapai ~1100°C di satu sisi dan dapat disentuh di sisi lain. Terbuat dari 90% silika berisi udara, mereka adalah bahan isolasi terbaik—R-50+ per inci pada suhu tinggi.

Rumah-rumah sebelum tahun 1940-an seringkali tidak memiliki isolasi dinding—hanya papan kayu, tiang, dan plester (total R-4). Menambahkan isolasi R-13 hingga R-19 mengurangi kehilangan panas sebesar 70-80%. Banyak rumah tua kehilangan lebih banyak panas melalui dinding daripada melalui loteng yang terisolasi dengan buruk.

Es memiliki k=2,2 W/(m·K), kaca memiliki k=1,0. Tetapi udara (k=0,026) yang terperangkap dalam kristal es membuat salju/es menjadi isolator yang layak. Paradoksnya, salju basah di atap adalah isolasi yang lebih baik (R-1,5/inci) daripada es padat (R-0,5/inci) karena kantong udara.

Lapisan fiberglass dengan peringkat R-19 (5,5 inci) yang dipadatkan menjadi 3,5 inci kehilangan 45% dari nilai-R-nya (menjadi R-10). Kantong udara—bukan seratnya—yang memberikan isolasi. Jangan pernah memadatkan isolasi; jika tidak pas, gunakan bahan dengan kepadatan lebih tinggi.

Aerogel adalah 99,8% udara dan memegang 15 Rekor Guinness untuk isolasi. Dengan R-10 per inci (vs R-3,5 untuk fiberglass), ini adalah isolator andalan NASA. Tetapi biayanya ($20-40/kaki persegi) membatasinya pada aplikasi khusus seperti penjelajah mars dan selimut isolasi ultra-tipis.

Nilai-R mengukur resistansi terhadap aliran panas (lebih tinggi = isolasi lebih baik). Nilai-U mengukur laju transmisi panas (lebih rendah = isolasi lebih baik). Keduanya adalah kebalikan matematis: U = 1/R. Contoh: isolasi R-20 = U-0,05. Gunakan nilai-R untuk produk isolasi, nilai-U untuk jendela dan perhitungan rakitan keseluruhan.

Ya, tetapi dengan hasil yang semakin berkurang. Beralih dari R-0 ke R-19 memotong kehilangan panas sebesar 95%. R-19 ke R-38 memotong 50% lagi. R-38 ke R-57 hanya memotong 33%. Pertama, lakukan penyegelan udara (dampak lebih besar dari isolasi). Kemudian tambahkan isolasi di mana nilai-R paling rendah (biasanya loteng). Periksa isolasi yang terkompresi atau basah—menggantinya lebih baik daripada menambahkan lebih banyak.

Konvensi dan kompleksitas. Jendela memiliki beberapa mekanisme perpindahan panas (konduksi melalui kaca, radiasi, konveksi di celah udara) yang membuat nilai-U lebih praktis untuk peringkat kinerja keseluruhan. Dinding lebih sederhana—sebagian besar konduksi—sehingga nilai-R bersifat intuitif. Kedua metrik berfungsi untuk keduanya; ini hanya preferensi industri.

Tentu saja! Nilai-R menahan aliran panas di kedua arah. Di musim panas, isolasi loteng R-30 menjaga panas KELUAR sama efektifnya dengan menjaga panas DI DALAM selama musim dingin. Iklim panas mendapat manfaat dari nilai-R tinggi + penghalang radiasi + atap berwarna terang. Fokus pada loteng (minimum R-38) dan dinding yang menghadap ke barat.

Penyegelan udara terlebih dahulu, lalu isolasi. Kebocoran udara dapat sepenuhnya melewati isolasi, mengurangi R-30 menjadi R-10 yang efektif. Studi menunjukkan penyegelan udara memberikan ROI 2-3 kali lipat dibandingkan isolasi saja. Segel terlebih dahulu (dempul, weatherstripping, busa), lalu isolasi. Bersama-sama mereka mengurangi penggunaan energi sebesar 30-50%.

Bagi 1 dengan nilai-R: U = 1/R. Contoh: dinding R-20 = 1/20 = U-0,05 atau 0,28 W/(m²·K). Sebaliknya: R = 1/U. Contoh: jendela U-0,30 = 1/0,30 = R-3,3. Catatan: unit itu penting! Nilai-R AS memerlukan faktor konversi untuk nilai-U SI (kalikan dengan 5,678 untuk mendapatkan W/(m²·K)).

Baja 1250 kali lebih konduktif daripada isolasi. Tiang logam menciptakan jembatan termal—jalur konduktif langsung melalui rakitan dinding. Dinding dengan isolasi rongga R-19 dan tiang baja hanya mencapai R-7 efektif (pengurangan 64%!). Solusi: isolasi berkelanjutan (papan busa) di atas tiang, atau rangka kayu + busa eksterior.

Tergantung pada zona iklim (1-8) dan komponen bangunan. Contoh: Zona 5 (Chicago) memerlukan dinding R-20, langit-langit R-49, basement R-10. Zona 3 (Atlanta) memerlukan dinding R-13, langit-langit R-30. Periksa kode bangunan lokal atau tabel IECC. Banyak yurisdiksi sekarang memerlukan dinding R-20+ dan loteng R-40+ bahkan di iklim sedang.