Taxa de fluxo de calor através de um material ou conjunto

O valor-U mede quanto calor passa por um componente de construção por unidade de área, por grau de diferença de temperatura. Medido em W/(m²·K) ou BTU/(h·ft²·°F). Valor-U mais baixo = melhor isolamento. Janelas, paredes e telhados têm todos classificações de valor-U.

Exemplo: Janela com U=0,30 W/(m²·K) perde 30 watts por metro quadrado para cada 1°C de diferença de temperatura. U=0,20 é um isolamento 33% melhor.

Capacidade de um material de resistir ao fluxo de calor

O valor-R é o recíproco do valor-U (R = 1/U). Valor-R mais alto = melhor isolamento. Medido em m²·K/W (SI) ou ft²·°F·h/BTU (EUA). Os códigos de construção especificam valores-R mínimos para paredes, tetos e pisos com base nas zonas climáticas.

Exemplo: Manta de fibra de vidro R-19 fornece 19 ft²·°F·h/BTU de resistência. R-38 no sótão é duas vezes mais eficaz que R-19.

Propriedade do material: quão bem conduz calor

A condutividade térmica (λ ou k) é uma propriedade intrínseca do material medida em W/(m·K). Valor-k baixo = bom isolante (espuma, fibra de vidro). Valor-k alto = bom condutor (cobre, alumínio). Usado para calcular o valor-R: R = espessura / k.

Exemplo: Fibra de vidro k=0,04 W/(m·K), aço k=50 W/(m·K). O aço conduz calor 1250 vezes mais rápido que a fibra de vidro!

Números maiores = melhor isolamento

O valor-R é intuitivo: R-30 é melhor que R-15. Usado na América do Norte para produtos de isolamento. Os valores somam-se em série: as camadas acumulam-se. Comum na construção residencial, códigos de construção e rotulagem de produtos.

• Unidades: ft²·°F·h/BTU (EUA) ou m²·K/W (SI)
• Gama: R-3 (janela de vidro simples) a R-60 (isolamento de sótão)
• Exemplo de parede: cavidade R-13 + espuma R-5 = R-18 total
• Regra geral: o Valor-R por polegada varia por material (R-3.5/pol para fibra de vidro)
• Metas típicas: paredes R-13 a R-21, tetos R-38 a R-60
• Marketing: Produtos anunciados pelo Valor-R ('mantas R-19')

Números menores = melhor isolamento

O valor-U é contraintuitivo: U-0,20 é melhor que U-0,40. Usado globalmente, especialmente para janelas e cálculos de edifícios inteiros. Não se soma simplesmente—requer matemática recíproca. Comum na construção comercial e códigos de energia.

• Unidades: W/(m²·K) ou BTU/(h·ft²·°F)
• Gama: U-0,10 (janela de vidro triplo) a U-5,0 (janela de vidro simples)
• Exemplo de janela: U-0,30 é de alto desempenho, U-0,20 é para casa passiva
• Cálculo: Perda de calor = U × Área × ΔT
• Metas típicas: janelas U-0,30, paredes U-0,20 (comercial)
• Normas: ASHRAE, IECC usam valores-U para modelação energética

Fluxo de calor através de materiais sólidos

O calor transfere-se por contacto direto entre as moléculas. Os metais conduzem calor rapidamente, enquanto os materiais isolantes resistem. Regido pela Lei de Fourier: q = k·A·ΔT/d. Dominante em paredes, telhados, pisos.

• Montantes de metal a criar pontes térmicas (aumento de 25% na perda de calor)
• Pega de panela quente a conduzir calor do fogão
• Calor a fluir através da parede do interior quente para o exterior frio
• Isolamento a reduzir a transferência de calor por condução

Transferência de calor via movimento de fluido/ar

O calor move-se com o fluxo de ar ou líquido. Convecção natural (ar quente sobe) e convecção forçada (ventoinhas, vento). As fugas de ar causam grande perda de calor. A vedação do ar impede a convecção; o isolamento impede a condução.

• Correntes de ar através de frestas e fissuras (infiltração/exfiltração)
• Ar quente a escapar pelo sótão (efeito chaminé)
• Distribuição de aquecimento/arrefecimento por ar forçado
• Vento a aumentar a perda de calor através das paredes

Transferência de calor via ondas eletromagnéticas

Todos os objetos emitem radiação térmica. Os objetos quentes irradiam mais. Não requer contacto ou ar. As barreiras radiantes (folha reflexiva) bloqueiam 90% ou mais do calor radiante. Fator principal em sótãos e janelas.

• Luz solar a aquecer através de janelas (ganho solar)
• Barreira radiante no sótão a refletir calor
• Revestimentos de janela Low-E a reduzir o calor radiante
• Calor infravermelho de um telhado quente a irradiar para o piso do sótão

Proprietários e construtores usam valores-R e valores-U diariamente:

• Seleção de isolamento: custo/benefício de mantas de parede R-19 vs. R-21
• Substituição de janelas: vidro triplo U-0,30 vs. vidro duplo U-0,50
• Auditorias energéticas: a imagem térmica encontra falhas no valor-R
• Conformidade com o código: cumprir os mínimos locais de valor-R
• Planeamento de reabilitação: adicionar R-30 a um sótão R-19 (redução de 58% na perda de calor)
• Descontos de concessionárias: muitos exigem um mínimo de R-38 para incentivos

Os valores-U determinam as cargas de aquecimento e arrefecimento:

• Cálculo de perda de calor: Q = U × A × ΔT (Manual J)
• Dimensionamento de equipamentos: melhor isolamento = menor unidade de AVAC necessária
• Modelação energética: BEopt, EnergyPlus usam valores-U
• Isolamento de condutas: mínimo de R-6 em espaços não condicionados
• Análise de retorno: cálculos de ROI de atualização de isolamento
• Conforto: valores-U mais baixos reduzem o efeito de parede/janela fria

Grandes edifícios exigem cálculos térmicos precisos:

• Conformidade com a ASHRAE 90.1: tabelas prescritivas de valor-U
• Certificação LEED: exceder o código em 10-40%
• Sistemas de parede cortina: conjuntos de U-0,25 a U-0,30
• Armazenamento a frio: paredes R-30 a R-40, tetos R-50
• Análise de custo de energia: mais de 100 mil euros de poupança anual com melhor envoltória
• Pontes térmicas: análise de ligações de aço com FEA

Edifícios ultraeficientes levam o desempenho térmico ao limite:

• Janelas: U-0,14 a U-0,18 (vidro triplo, preenchido com crípton)
• Paredes: R-40 a R-60 (12+ polegadas de espuma ou celulose de alta densidade)
• Fundação: R-20 a R-30 de isolamento externo contínuo
• Estanquidade ao ar: 0,6 ACH50 ou inferior (redução de 99% em relação ao padrão)
• Ventilador de recuperação de calor: eficiência de 90%+
• Total: redução de 80-90% no aquecimento/arrefecimento em relação ao mínimo do código

• Vedar o ar primeiro: investimento de 500€, 20% de poupança de energia (ROI melhor que isolamento)
• Isolamento do sótão: de R-19 para R-38 paga-se em 3-5 anos
• Substituição de janelas: janelas U-0,30 reduzem a perda de calor em 40% em relação a U-0,50
• Isolamento da cave: R-10 poupa 10-15% nos custos de aquecimento
• Substituição de porta: porta de aço isolada (U-0,15) vs. madeira oca (U-0,50)

• Câmara de infravermelhos: revela isolamento em falta e fugas de ar
• Teste Blower Door: quantifica a fuga de ar (métrica ACH50)
• Teste do toque: paredes/tetos frios indicam baixo Valor-R
• Barreiras de gelo: sinal de isolamento inadequado do sótão (calor derrete a neve)
• Condensação: indica ponte térmica ou fuga de ar

• Climas frios: maximize o Valor-R, minimize o Valor-U (prioridade ao isolamento)
• Climas quentes: barreiras radiantes no sótão, janelas Low-E bloqueiam o ganho solar
• Climas mistos: equilibre o isolamento com sombreamento e ventilação
• Climas húmidos: barreiras de vapor no lado quente, previna a condensação
• Climas secos: foque na vedação do ar (maior impacto que em regiões húmidas)

• Melhor ROI: Vedação de ar (20:1), isolamento de sótão (5:1), vedação de condutas (4:1)
• ROI moderado: Isolamento de parede (3:1), isolamento de cave (3:1)
• Longo prazo: Substituição de janelas (2:1 ao longo de 15-20 anos)
• Considere: os descontos das concessionárias podem melhorar o ROI em 20-50%
• Retorno: Retorno simples = custo / poupança anual

Os iglus mantêm 4 a 15°C no interior quando está -40°C lá fora, usando apenas neve compactada (R-1 por polegada). A forma de cúpula minimiza a área de superfície, e um pequeno túnel de entrada bloqueia o vento. As bolsas de ar da neve fornecem isolamento—prova de que o ar aprisionado é o segredo de todo o isolamento.

As placas térmicas do Vaivém Espacial tinham uma condutividade térmica tão baixa (k=0,05) que podiam estar a 1100°C de um lado e ser tocáveis do outro. Feitas de 90% de sílica preenchida com ar, são o material de isolamento definitivo—R-50+ por polegada em altas temperaturas.

As casas anteriores à década de 1940 muitas vezes não têm isolamento nas paredes—apenas revestimento de madeira, barrotes e gesso (R-4 total). Adicionar isolamento R-13 a R-19 reduz a perda de calor em 70-80%. Muitas casas antigas perdem mais calor pelas paredes do que por sótãos mal isolados.

O gelo tem k=2,2 W/(m·K), o vidro é k=1,0. Mas o ar (k=0,026) aprisionado nos cristais de gelo torna a neve/gelo um isolante decente. Paradoxalmente, a neve molhada nos telhados é um isolamento melhor (R-1,5/pol) do que o gelo sólido (R-0,5/pol) devido às bolsas de ar.

Uma manta de fibra de vidro com classificação R-19 (5,5 polegadas) comprimida para 3,5 polegadas perde 45% do seu valor-R (torna-se R-10). As bolsas de ar—não as fibras—fornecem o isolamento. Nunca comprima o isolamento; se não couber, use um material de maior densidade.

O Aerogel é 99,8% ar e detém 15 Recordes do Guinness por isolamento. Com R-10 por polegada (vs. R-3,5 para fibra de vidro), é o isolante preferido da NASA. Mas o custo (20-40 €/pé quadrado) limita-o a aplicações especializadas, como rovers de Marte e mantas de isolamento ultrafinas.

O Valor-R mede a resistência ao fluxo de calor (maior = melhor isolamento). O Valor-U mede a taxa de transmissão de calor (menor = melhor isolamento). São recíprocos matemáticos: U = 1/R. Exemplo: isolamento R-20 = U-0,05. Use o Valor-R para produtos de isolamento, o Valor-U para janelas e cálculos de montagem completa.

Sim, mas com retornos decrescentes. Ir de R-0 para R-19 corta a perda de calor em 95%. De R-19 para R-38 corta mais 50%. De R-38 para R-57 corta apenas 33%. Primeiro, vede o ar (maior impacto que o isolamento). Depois, adicione isolamento onde o Valor-R é mais baixo (geralmente no sótão). Verifique se há isolamento comprimido ou húmido—a substituição é melhor do que adicionar mais.

Convenção e complexidade. As janelas têm múltiplos mecanismos de transferência de calor (condução através do vidro, radiação, convecção em espaços de ar), tornando o valor-U mais prático para a classificação de desempenho geral. As paredes são mais simples—principalmente condução—então o valor-R é intuitivo. Ambas as métricas funcionam para qualquer um; é apenas preferência da indústria.

Com certeza! O Valor-R resiste ao fluxo de calor em ambas as direções. No verão, o isolamento de sótão R-30 mantém o calor FORA tão eficazmente quanto mantém o calor DENTRO durante o inverno. Os climas quentes beneficiam de alto Valor-R + barreiras radiantes + telhados de cores claras. Foque no sótão (mínimo R-38) и nas paredes voltadas para oeste.

Vedação do ar primeiro, depois isolamento. As fugas de ar podem contornar completamente o isolamento, reduzindo um R-30 para um R-10 efetivo. Estudos mostram que a vedação do ar fornece um ROI 2 a 3 vezes maior em comparação com o isolamento sozinho. Vede primeiro (calafetagem, vedações, espuma), depois isole. Juntos, reduzem o uso de energia em 30-50%.

Divida 1 pelo Valor-R: U = 1/R. Exemplo: parede R-20 = 1/20 = U-0,05 ou 0,28 W/(m²·K). Inversamente: R = 1/U. Exemplo: janela U-0,30 = 1/0,30 = R-3,3. Nota: as unidades importam! Os valores-R dos EUA precisam de fatores de conversão para os valores-U do SI (multiplique por 5,678 para obter W/(m²·K)).

O aço é 1250 vezes mais condutor que o isolamento. Os montantes de metal criam pontes térmicas—caminhos condutores diretos através da montagem da parede. Uma parede com isolamento de cavidade R-19 e montantes de aço atinge apenas um R-7 efetivo (redução de 64%!). Solução: isolamento contínuo (placa de espuma) sobre os montantes, ou estrutura de madeira + espuma externa.

Depende da zona climática (1-8) e do componente do edifício. Exemplo: Zona 5 (Chicago) requer paredes R-20, teto R-49, cave R-10. Zona 3 (Atlanta) requer paredes R-13, teto R-30. Verifique o código de construção local ou as tabelas do IECC. Muitas jurisdições agora exigem paredes R-20+ e sótãos R-40+ mesmo em climas moderados.