Kadar aliran haba melalui bahan atau pemasangan

Nilai-U mengukur berapa banyak haba yang melalui komponen bangunan per unit luas, per darjah perbezaan suhu. Diukur dalam W/(m²·K) atau BTU/(h·ft²·°F). Nilai-U yang lebih rendah = penebatan yang lebih baik. Tingkap, dinding, dan bumbung semuanya mempunyai penarafan nilai-U.

Contoh: Tingkap dengan U=0.30 W/(m²·K) kehilangan 30 watt per meter persegi untuk setiap 1°C perbezaan suhu. U=0.20 ialah penebatan 33% lebih baik.

Keupayaan bahan untuk menahan aliran haba

Nilai-R ialah salingan bagi nilai-U (R = 1/U). Nilai-R yang lebih tinggi = penebatan yang lebih baik. Diukur dalam m²·K/W (SI) atau ft²·°F·h/BTU (AS). Kod bangunan menetapkan nilai-R minimum untuk dinding, siling, dan lantai berdasarkan zon iklim.

Contoh: Penebat gentian kaca R-19 menyediakan rintangan 19 ft²·°F·h/BTU. R-38 di loteng adalah dua kali lebih berkesan daripada R-19.

Sifat bahan: sejauh mana ia mengkonduksikan haba

Kekonduksian terma (λ atau k) ialah sifat intrinsik bahan yang diukur dalam W/(m·K). Nilai-k yang rendah = penebat yang baik (busa, gentian kaca). Nilai-k yang tinggi = konduktor yang baik (tembaga, aluminium). Digunakan untuk mengira nilai-R: R = ketebalan / k.

Contoh: Gentian kaca k=0.04 W/(m·K), keluli k=50 W/(m·K). Keluli mengkonduksikan haba 1250 kali lebih cepat daripada gentian kaca!

Nombor yang lebih tinggi = penebatan yang lebih baik

Nilai-R adalah intuitif: R-30 lebih baik daripada R-15. Digunakan di Amerika Utara untuk produk penebat. Nilai ditambah secara bersiri: lapisan bertindan. Lazim dalam pembinaan kediaman, kod bangunan, dan pelabelan produk.

• Unit: ft²·°F·h/BTU (AS) atau m²·K/W (SI)
• Julat: R-3 (tingkap kaca tunggal) hingga R-60 (penebatan loteng)
• Contoh dinding: rongga R-13 + busa R-5 = jumlah R-18
• Peraturan umum: Nilai-R per inci berbeza mengikut bahan (R-3.5/inci untuk gentian kaca)
• Sasaran biasa: dinding R-13 hingga R-21, siling R-38 hingga R-60
• Pemasaran: Produk diiklankan mengikut Nilai-R ('penebat R-19')

Nombor yang lebih rendah = penebatan yang lebih baik

Nilai-U adalah tidak intuitif: U-0.20 lebih baik daripada U-0.40. Digunakan di seluruh dunia, terutamanya untuk tingkap dan pengiraan keseluruhan bangunan. Tidak ditambah dengan mudah—memerlukan matematik salingan. Lazim dalam pembinaan komersial dan kod tenaga.

• Unit: W/(m²·K) atau BTU/(h·ft²·°F)
• Julat: U-0.10 (tingkap tiga panel) hingga U-5.0 (tingkap kaca tunggal)
• Contoh tingkap: U-0.30 ialah prestasi tinggi, U-0.20 ialah rumah pasif
• Pengiraan: Kehilangan haba = U × Luas × ΔT
• Sasaran biasa: tingkap U-0.30, dinding U-0.20 (komersial)
• Piawaian: ASHRAE, IECC menggunakan nilai-U untuk pemodelan tenaga

Aliran haba melalui bahan pepejal

Haba dipindahkan melalui sentuhan langsung antara molekul. Logam mengkonduksikan haba dengan cepat, manakala bahan penebat menahannya. Dikawal oleh Hukum Fourier: q = k·A·ΔT/d. Dominan di dinding, bumbung, lantai.

• Kayu logam mencipta jambatan terma (peningkatan 25% dalam kehilangan haba)
• Pemegang kuali panas mengkonduksikan haba dari dapur
• Haba mengalir melalui dinding dari dalaman yang hangat ke luaran yang sejuk
• Penebatan mengurangkan pemindahan haba konduktif

Pemindahan haba melalui pergerakan cecair/udara

Haba bergerak dengan aliran udara atau cecair. Perolakan semula jadi (udara panas naik) dan perolakan paksa (kipas, angin). Kebocoran udara menyebabkan kehilangan haba yang besar. Pengedapan udara menghentikan perolakan; penebatan menghentikan konduksi.

• Draf melalui celah dan retak (penyusupan/penyingkiran)
• Udara panas terlepas melalui loteng (kesan cerobong)
• Pengagihan pemanasan/penyejukan udara paksa
• Angin meningkatkan kehilangan haba melalui dinding

Pemindahan haba melalui gelombang elektromagnet

Semua objek mengeluarkan sinaran terma. Objek panas lebih banyak bersinar. Tidak memerlukan sentuhan atau udara. Penghalang sinaran (foil pemantul) menyekat 90%+ haba sinaran. Faktor utama di loteng dan tingkap.

• Cahaya matahari memanaskan melalui tingkap (keuntungan suria)
• Penghalang sinaran di loteng memantulkan haba
• Salutan tingkap Low-E mengurangkan haba sinaran
• Haba inframerah dari bumbung panas bersinar ke lantai loteng

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

• Pemilihan penebat: kos/faedah penebat dinding R-19 vs R-21
• Penggantian tingkap: tingkap tiga panel U-0.30 vs tingkap dua panel U-0.50
• Audit tenaga: pengimejan terma mencari jurang nilai-R
• Pematuhan kod: memenuhi nilai-R minimum tempatan
• Perancangan retrofit: menambah R-30 pada loteng R-19 (pengurangan 58% dalam kehilangan haba)
• Rebat utiliti: banyak memerlukan minimum R-38 untuk insentif

Nilai-U menentukan beban pemanasan dan penyejukan:

• Pengiraan kehilangan haba: Q = U × A × ΔT (Manual J)
• Saiz peralatan: penebatan yang lebih baik = unit HVAC yang lebih kecil diperlukan
• Pemodelan tenaga: BEopt, EnergyPlus menggunakan nilai-U
• Penebatan salur: minimum R-6 di ruang tidak berhawa dingin
• Analisis pulangan modal: pengiraan ROI naik taraf penebatan
• Keselesaan: nilai-U yang lebih rendah mengurangkan kesan dinding/tingkap sejuk

Bangunan besar memerlukan pengiraan terma yang tepat:

• Pematuhan ASHRAE 90.1: jadual nilai-U preskriptif
• Pensijilan LEED: melebihi kod sebanyak 10-40%
• Sistem dinding langsir: pemasangan U-0.25 hingga U-0.30
• Penyimpanan sejuk: dinding R-30 hingga R-40, siling R-50
• Analisis kos tenaga: penjimatan tahunan $100K+ daripada sampul yang lebih baik
• Jambatan terma: menganalisis sambungan keluli dengan FEA

Bangunan ultra-cekap menolak had prestasi terma:

• Tingkap: U-0.14 hingga U-0.18 (tiga panel, diisi kripton)
• Dinding: R-40 hingga R-60 (12+ inci busa atau selulosa padat)
• Asas: R-20 hingga R-30 penebatan luaran berterusan
• Ketatkan udara: 0.6 ACH50 atau lebih rendah (pengurangan 99% vs standard)
• Ventilator pemulihan haba: kecekapan 90%+
• Jumlah: pengurangan pemanasan/penyejukan 80-90% vs minimum kod

• Pengedapan udara dahulu: pelaburan $500, penjimatan tenaga 20% (ROI lebih baik daripada penebatan)
• Penebatan loteng: R-19 hingga R-38 membayar balik dalam 3-5 tahun
• Penggantian tingkap: tingkap U-0.30 mengurangkan kehilangan haba sebanyak 40% berbanding U-0.50
• Penebatan besmen: R-10 menjimatkan 10-15% kos pemanasan
• Penggantian pintu: pintu keluli bertebat (U-0.15) vs kayu berongga (U-0.50)

• Kamera inframerah: mendedahkan penebatan yang hilang dan kebocoran udara
• Ujian pintu blower: mengukur kebocoran udara (metrik ACH50)
• Ujian sentuhan: dinding/siling sejuk menandakan Nilai-R yang rendah
• Empangan ais: tanda penebatan loteng yang tidak mencukupi (haba mencairkan salji)
• Pemeluwapan: menandakan jambatan terma atau kebocoran udara

• Iklim sejuk: maksimumkan Nilai-R, minimumkan Nilai-U (keutamaan penebatan)
• Iklim panas: penghalang sinaran di loteng, tingkap Low-E menyekat keuntungan suria
• Iklim campuran: seimbangkan penebatan dengan teduhan dan pengudaraan
• Iklim lembap: penghalang wap di sebelah panas, elakkan pemeluwapan
• Iklim kering: fokus pada pengedapan udara (impak lebih besar daripada kawasan lembap)

• ROI terbaik: Pengedapan udara (20:1), penebatan loteng (5:1), pengedapan salur (4:1)
• ROI sederhana: Penebatan dinding (3:1), penebatan besmen (3:1)
• Jangka panjang: Penggantian tingkap (2:1 dalam 15-20 tahun)
• Pertimbangkan: rebat utiliti boleh meningkatkan ROI sebanyak 20-50%
• Bayaran balik: Bayaran balik mudah = kos / penjimatan tahunan

Igloo mengekalkan 4-15°C di dalam apabila di luar -40°C hanya dengan menggunakan salji yang dipadatkan (R-1 per inci). Bentuk kubah meminimumkan luas permukaan, dan terowong masuk kecil menyekat angin. Poket udara salji menyediakan penebatan—bukti bahawa udara yang terperangkap adalah rahsia semua penebatan.

Jubin terma Kapal Angkasa mempunyai kekonduksian terma yang sangat rendah (k=0.05) sehinggakan ia boleh mencapai 1100°C di satu sisi dan boleh disentuh di sisi lain. Diperbuat daripada 90% silika berisi udara, ia adalah bahan penebat muktamad—R-50+ per inci pada suhu tinggi.

Rumah sebelum tahun 1940-an selalunya tidak mempunyai penebatan dinding—hanya sisi kayu, kayu, dan plaster (jumlah R-4). Menambah penebatan R-13 hingga R-19 mengurangkan kehilangan haba sebanyak 70-80%. Banyak rumah lama kehilangan lebih banyak haba melalui dinding berbanding loteng yang kurang bertebat.

Ais mempunyai k=2.2 W/(m·K), kaca ialah k=1.0. Tetapi udara (k=0.026) yang terperangkap dalam kristal ais menjadikan salji/ais penebat yang baik. Secara paradoks, salji basah di atas bumbung adalah penebat yang lebih baik (R-1.5/inci) daripada ais pepejal (R-0.5/inci) disebabkan oleh poket udara.

Penebat gentian kaca dengan penarafan R-19 (5.5 inci) yang dimampatkan kepada 3.5 inci kehilangan 45% daripada nilai-Rnya (menjadi R-10). Poket udara—bukan gentian—menyediakan penebatan. Jangan sekali-kali memampatkan penebatan; jika ia tidak muat, gunakan bahan berketumpatan lebih tinggi.

Aerogel adalah 99.8% udara dan memegang 15 Rekod Guinness untuk penebatan. Pada R-10 per inci (berbanding R-3.5 untuk gentian kaca), ia adalah penebat pilihan NASA. Tetapi kos ($20-40/kaki persegi) mengehadkannya kepada aplikasi khusus seperti rover marikh dan selimut penebat ultra-nipis.

Nilai-R mengukur rintangan terhadap aliran haba (lebih tinggi = penebatan lebih baik). Nilai-U mengukur kadar penghantaran haba (lebih rendah = penebatan lebih baik). Ia adalah salingan matematik: U = 1/R. Contoh: penebatan R-20 = U-0.05. Gunakan Nilai-R untuk produk penebat, Nilai-U untuk tingkap dan pengiraan pemasangan keseluruhan.

Ya, tetapi dengan pulangan yang semakin berkurangan. Beralih dari R-0 ke R-19 mengurangkan kehilangan haba sebanyak 95%. R-19 ke R-38 mengurangkan lagi 50%. R-38 ke R-57 hanya mengurangkan 33%. Pertama, kedapkan udara (impak lebih besar daripada penebatan). Kemudian tambah penebatan di mana Nilai-R paling rendah (biasanya loteng). Periksa penebatan yang dimampatkan atau basah—menggantikannya lebih baik daripada menambah lagi.

Konvensyen dan kerumitan. Tingkap mempunyai pelbagai mekanisme pemindahan haba (konduksi melalui kaca, sinaran, perolakan dalam ruang udara) menjadikan nilai-U lebih praktikal untuk penarafan prestasi keseluruhan. Dinding lebih ringkas—kebanyakannya konduksi—jadi nilai-R adalah intuitif. Kedua-dua metrik berfungsi untuk mana-mana; ia hanya keutamaan industri.

Sudah tentu! Nilai-R menahan aliran haba dalam kedua-dua arah. Pada musim panas, penebatan loteng R-30 mengekalkan haba KELUAR sama berkesannya seperti ia mengekalkan haba DI DALAM semasa musim sejuk. Iklim panas mendapat manfaat daripada Nilai-R yang tinggi + penghalang sinaran + bumbung berwarna cerah. Fokus pada loteng (minimum R-38) dan dinding yang menghadap ke barat.

Pengedapan udara dahulu, kemudian penebatan. Kebocoran udara boleh memintas penebatan sepenuhnya, mengurangkan R-30 kepada R-10 yang berkesan. Kajian menunjukkan pengedapan udara memberikan ROI 2-3 kali ganda berbanding penebatan sahaja. Kedap dahulu (caulk, weatherstripping, busa), kemudian tebat. Bersama-sama ia mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 30-50%.

Bahagikan 1 dengan Nilai-R: U = 1/R. Contoh: dinding R-20 = 1/20 = U-0.05 atau 0.28 W/(m²·K). Songsang: R = 1/U. Contoh: tingkap U-0.30 = 1/0.30 = R-3.3. Nota: unit adalah penting! Nilai-R AS memerlukan faktor penukaran untuk nilai-U SI (darab dengan 5.678 untuk mendapatkan W/(m²·K)).

Keluli adalah 1250 kali lebih konduktif daripada penebatan. Kayu logam mencipta jambatan terma—laluan konduktif langsung melalui pemasangan dinding. Dinding dengan penebatan rongga R-19 dan kayu keluli hanya mencapai R-7 yang berkesan (pengurangan 64%!). Penyelesaian: penebatan berterusan (papan busa) di atas kayu, atau kerangka kayu + busa luaran.

Bergantung pada zon iklim (1-8) dan komponen bangunan. Contoh: Zon 5 (Chicago) memerlukan dinding R-20, siling R-49, besmen R-10. Zon 3 (Atlanta) memerlukan dinding R-13, siling R-30. Semak kod bangunan tempatan atau jadual IECC. Banyak bidang kuasa kini memerlukan dinding R-20+ dan loteng R-40+ walaupun dalam iklim sederhana.