Kiwango cha mtiririko wa joto kupitia kifaa au mkusanyiko

Thamani ya U hupima kiasi cha joto kinachopita kwenye sehemu ya jengo kwa kila eneo la kitengo, kwa kila tofauti ya digrii ya joto. Hupimwa kwa W/(m²·K) au BTU/(h·ft²·°F). Thamani ya U ya chini = uhami bora. Madirisha, kuta, na paa zote zina ukadiriaji wa thamani ya U.

Mfano: Dirisha lenye U=0.30 W/(m²·K) hupoteza wati 30 kwa kila mita ya mraba kwa kila tofauti ya joto ya 1°C. U=0.20 ni uhami bora kwa 33%.

Uwezo wa kifaa kupinga mtiririko wa joto

Thamani ya R ni kinyume cha thamani ya U (R = 1/U). Thamani ya R ya juu = uhami bora. Hupimwa kwa m²·K/W (SI) au ft²·°F·h/BTU (Marekani). Kanuni za ujenzi hubainisha thamani za R za chini kabisa kwa kuta, dari, na sakafu kulingana na kanda za hali ya hewa.

Mfano: Bati la fiberglass la R-19 hutoa ukinzani wa 19 ft²·°F·h/BTU. R-38 kwenye dari ina ufanisi mara mbili ya R-19.

Tabia ya kifaa: jinsi kinavyopitisha joto vizuri

Upitishaji joto (λ au k) ni tabia ya asili ya kifaa inayopimwa kwa W/(m·K). Thamani ya k ya chini = kihami kizuri (povu, fiberglass). Thamani ya k ya juu = kipitishio kizuri (shaba, alumini). Hutumika kukokotoa thamani ya R: R = unene / k.

Mfano: Fiberglass k=0.04 W/(m·K), chuma k=50 W/(m·K). Chuma hupitisha joto mara 1250 kwa kasi zaidi kuliko fiberglass!

Nambari za juu = uhami bora

Thamani ya R inaeleweka kwa urahisi: R-30 ni bora kuliko R-15. Hutumika Amerika Kaskazini kwa bidhaa za uhami. Thamani huongezwa kwa mfululizo: tabaka hujipanga. Ni kawaida katika ujenzi wa makazi, kanuni za ujenzi, na uwekaji lebo za bidhaa.

• Vitengo: ft²·°F·h/BTU (Marekani) au m²·K/W (SI)
• Masafa: R-3 (dirisha la kioo kimoja) hadi R-60 (uhami wa dari)
• Mfano wa ukuta: nafasi ya R-13 + povu la R-5 = jumla ya R-18
• Kanuni ya kidole gumba: Thamani ya R kwa inchi hutofautiana kulingana na kifaa (R-3.5/inchi kwa fiberglass)
• Malengo ya kawaida: kuta za R-13 hadi R-21, dari za R-38 hadi R-60
• Uuzaji: Bidhaa hutangazwa kwa thamani ya R ('bati za R-19')

Nambari za chini = uhami bora

Thamani ya U haieleweki kwa urahisi: U-0.20 ni bora kuliko U-0.40. Hutumika ulimwenguni kote, hasa kwa madirisha na mahesabu ya jengo zima. Haijumlishwi kwa urahisi—inahitaji hesabu ya kinyume. Ni kawaida katika ujenzi wa kibiashara na kanuni za nishati.

• Vitengo: W/(m²·K) au BTU/(h·ft²·°F)
• Masafa: U-0.10 (dirisha la vioo vitatu) hadi U-5.0 (dirisha la kioo kimoja)
• Mfano wa dirisha: U-0.30 ni utendaji wa juu, U-0.20 ni nyumba isiyotumia nishati
• Hesabu: Upotezaji joto = U × Eneo × ΔT
• Malengo ya kawaida: madirisha ya U-0.30, kuta za U-0.20 (kibiashara)
• Viwango: ASHRAE, IECC hutumia thamani za U kwa uundaji wa nishati

Mtiririko wa joto kupitia vifaa vigumu

Joto huhamishwa kupitia mguso wa moja kwa moja kati ya molekuli. Metali hupitisha joto haraka, wakati vifaa vya uhami hupinga. Inasimamiwa na Sheria ya Fourier: q = k·A·ΔT/d. Inatawala katika kuta, paa, sakafu.

• Nguzo za chuma zinazounda madaraja ya joto (ongezeko la 25% la upotezaji joto)
• Kishikio cha sufuria moto kinachopitisha joto kutoka jikoni
• Joto linalotiririka kupitia ukuta kutoka ndani penye joto kwenda nje penye baridi
• Uhami unaopunguza uhamishaji joto kwa njia ya upitishaji

Uhamishaji joto kupitia harakati za viowevu/hewa

Joto husogea na mtiririko wa hewa au kioevu. Upitishaji wa asili (hewa ya joto hupanda) na upitishaji wa kulazimishwa (feni, upepo). Uvujaji wa hewa husababisha upotezaji mkubwa wa joto. Kuzuia hewa husimamisha upitishaji kwa njia ya hewa/majimaji; uhami husimamisha upitishaji.

• Rasimu kupitia mapengo na nyufa (upenyezaji/utokaji)
• Hewa ya joto inayotoka kupitia dari (athari ya bomba la moshi)
• Usambazaji wa joto/baridi kwa hewa ya kulazimishwa
• Upepo unaoongeza upotezaji joto kupitia kuta

Uhamishaji joto kupitia mawimbi ya sumakuumeme

Vitu vyote hutoa mnururisho wa joto. Vitu vya moto hunururisha zaidi. Haihitaji mguso au hewa. Vizuizi vya mnururisho (karatasi ya kuakisi) huzuia 90%+ ya joto la mnururisho. Ni sababu kuu katika dari na madirisha.

• Mwangaza wa jua unaopasha joto kupitia madirisha (faida ya jua)
• Kizuizi cha mnururisho kwenye dari kinachoakisi joto
• Mipako ya Low-E kwenye madirisha inayopunguza joto la mnururisho
• Joto la infrared kutoka paa moto linalonururishwa kwenye sakafu ya dari

Wamiliki wa nyumba na wajenzi hutumia thamani za R na U kila siku:

• Uchaguzi wa uhami: gharama/faida ya bati za ukuta za R-19 dhidi ya R-21
• Ubadilishaji wa madirisha: madirisha ya vioo vitatu ya U-0.30 dhidi ya vioo viwili ya U-0.50
• Ukaguzi wa nishati: picha za joto huonyesha mapengo ya thamani ya R
• Utiifu wa kanuni: kutimiza mahitaji ya chini ya thamani ya R ya eneo
• Upangaji wa ukarabati: kuongeza R-30 kwenye dari ya R-19 (upungufu wa 58% wa upotezaji joto)
• Punguzo la huduma: nyingi zinahitaji R-38 ya chini kwa motisha

Thamani za U huamua mizigo ya joto na baridi:

• Hesabu ya upotezaji joto: Q = U × A × ΔT (Manual J)
• Ukubwa wa vifaa: uhami bora = kitengo kidogo cha HVAC kinahitajika
• Uundaji wa nishati: BEopt, EnergyPlus hutumia thamani za U
• Uhami wa mifereji: R-6 ya chini katika maeneo yasiyo na kiyoyozi
• Uchambuzi wa malipo: mahesabu ya ROI ya uboreshaji wa uhami
• Faraja: thamani za U za chini hupunguza athari ya ukuta/dirisha baridi

Majengo makubwa yanahitaji mahesabu sahihi ya joto:

• Utiifu wa ASHRAE 90.1: meza za thamani za U za maagizo
• Vyeti vya LEED: kuzidi kanuni kwa 10-40%
• Mifumo ya ukuta wa pazia: mikusanyiko ya U-0.25 hadi U-0.30
• Hifadhi baridi: kuta za R-30 hadi R-40, dari za R-50
• Uchambuzi wa gharama za nishati: akiba ya kila mwaka ya $100K+ kutokana na bahasha bora
• Uunganisho wa joto: kuchambua viunganisho vya chuma kwa kutumia FEA

Majengo yenye ufanisi wa hali ya juu husukuma mipaka ya utendaji wa joto:

• Madirisha: U-0.14 hadi U-0.18 (vioo vitatu, yaliyojaa krypton)
• Kuta: R-40 hadi R-60 (inchi 12+ za povu au selulosi iliyoshikana)
• Msingi: R-20 hadi R-30 uhami endelevu wa nje
• Uzuiaji hewa: 0.6 ACH50 au chini (upungufu wa 99% dhidi ya kiwango)
• Kiingiza hewa chenye urejeshaji joto: ufanisi wa 90%+
• Jumla: upungufu wa 80-90% wa joto/baridi dhidi ya kiwango cha chini cha kanuni

• Kuzuia hewa kwanza: uwekezaji wa $500, akiba ya nishati ya 20% (ROI bora kuliko uhami)
• Uhami wa dari: R-19 hadi R-38 hulipa ndani ya miaka 3-5
• Ubadilishaji wa madirisha: madirisha ya U-0.30 hupunguza upotezaji joto kwa 40% dhidi ya U-0.50
• Uhami wa ghorofa ya chini: R-10 huokoa 10-15% ya gharama za kupasha joto
• Ubadilishaji wa mlango: mlango wa chuma wenye uhami (U-0.15) dhidi ya mbao tupu (U-0.50)

• Kamera ya infrared: inaonyesha uhami uliokosekana na uvujaji wa hewa
• Jaribio la mlango wa upepo: hupima kiasi cha uvujaji wa hewa (kipimo cha ACH50)
• Jaribio la kugusa: kuta/dari baridi huonyesha thamani ya R ya chini
• Milima ya barafu: ishara ya uhami duni wa dari (joto huyeyusha theluji)
• Unyevu: huonyesha daraja la joto au uvujaji wa hewa

• Hali ya hewa ya baridi: ongeza thamani ya R, punguza thamani ya U (kipaumbele cha uhami)
• Hali ya hewa ya joto: vizuizi vya mnururisho kwenye dari, madirisha ya Low-E huzuia faida ya jua
• Hali ya hewa mchanganyiko: sawazisha uhami na kivuli na uingizaji hewa
• Hali ya hewa ya unyevu: vizuizi vya mvuke upande wa joto, zuia unyevu
• Hali ya hewa kavu: zingatia kuzuia hewa (athari kubwa zaidi kuliko maeneo yenye unyevu)

• ROI bora: Kuzuia hewa (20:1), uhami wa dari (5:1), kuzuia mifereji (4:1)
• ROI ya kati: Uhami wa ukuta (3:1), uhami wa ghorofa ya chini (3:1)
• Muda mrefu: Ubadilishaji wa madirisha (2:1 kwa miaka 15-20)
• Fikiria: punguzo la huduma linaweza kuboresha ROI kwa 20-50%
• Malipo: Malipo rahisi = gharama / akiba ya kila mwaka

Igloo hudumisha joto la 4-15°C ndani wakati nje ni -40°C kwa kutumia theluji iliyoshindiliwa tu (R-1 kwa inchi). Umbo la kuba hupunguza eneo la uso, na handaki dogo la kuingilia huzuia upepo. Mifuko ya hewa ya theluji hutoa uhami—uthibitisho kwamba hewa iliyonaswa ndiyo siri ya uhami wote.

Vigae vya joto vya Chombo cha Anga vilikuwa na upitishaji joto wa chini sana (k=0.05) hivi kwamba vingeweza kuwa 1100°C upande mmoja na kuguswa upande mwingine. Vimetengenezwa kwa silika iliyojaa hewa kwa 90%, ni kifaa cha uhami cha hali ya juu—R-50+ kwa inchi kwenye joto la juu.

Nyumba za kabla ya miaka ya 1940 mara nyingi hazikuwa na uhami wa ukuta—mbao za nje, nguzo, na plasta tu (jumla R-4). Kuongeza uhami wa R-13 hadi R-19 hupunguza upotezaji joto kwa 70-80%. Nyumba nyingi za zamani hupoteza joto zaidi kupitia kuta kuliko kupitia dari zisizo na uhami mzuri.

Barafu ina k=2.2 W/(m·K), kioo ni k=1.0. Lakini hewa (k=0.026) iliyonaswa kwenye fuwele za barafu hufanya theluji/barafu kuwa kihami kizuri. Kwa kushangaza, theluji nyevu kwenye paa ni uhami bora (R-1.5/inchi) kuliko barafu gumu (R-0.5/inchi) kwa sababu ya mifuko ya hewa.

Bati la fiberglass lenye ukadiriaji wa R-19 (inchi 5.5) likishindiliwa hadi inchi 3.5 hupoteza 45% ya thamani yake ya R (kuwa R-10). Mifuko ya hewa—sio nyuzi—ndiyo hutoa uhami. Kamwe usishindilie uhami; ikiwa hautoshi, tumia kifaa chenye msongamano mkubwa zaidi.

Aerogel ni hewa 99.8% na inashikilia Rekodi 15 za Guinness za uhami. Ikiwa na R-10 kwa inchi (dhidi ya R-3.5 kwa fiberglass), ni kihami kinachopendwa na NASA. Lakini gharama ($20-40/sq ft) huizuia kutumika katika matumizi maalum kama vile magari ya Mars na blanketi za uhami nyembamba sana.

Thamani ya R hupima ukinzani dhidi ya mtiririko wa joto (juu = uhami bora). Thamani ya U hupima kiwango cha upitishaji joto (chini = uhami bora). Ni vinyume vya kihisabati: U = 1/R. Mfano: uhami wa R-20 = U-0.05. Tumia thamani ya R kwa bidhaa za uhami, thamani ya U kwa madirisha na mahesabu ya mkusanyiko mzima.

Ndio, lakini kwa faida inayopungua. Kutoka R-0 hadi R-19 hupunguza upotezaji joto kwa 95%. R-19 hadi R-38 hupunguza 50% nyingine. R-38 hadi R-57 hupunguza 33% tu. Kwanza, zuia hewa (athari kubwa kuliko uhami). Kisha ongeza uhami ambapo thamani ya R ni ya chini zaidi (kawaida dari). Angalia uhami ulioshindiliwa au wenye unyevu—kubadilisha ni bora kuliko kuongeza zaidi.

Mkataba na utata. Madirisha yana mifumo mingi ya uhamishaji joto (upitishaji kupitia kioo, mnururisho, upitishaji kwa njia ya hewa/majimaji katika mapengo ya hewa) na kufanya thamani ya U kuwa ya vitendo zaidi kwa ukadiriaji wa utendaji wa jumla. Kuta ni rahisi zaidi—zaidi ni upitishaji—kwa hivyo thamani ya R inaeleweka kwa urahisi. Vipimo vyote viwili hufanya kazi kwa yoyote; ni upendeleo wa tasnia tu.

Bila shaka! Thamani ya R hupinga mtiririko wa joto katika pande zote mbili. Katika majira ya joto, uhami wa dari wa R-30 huzuia joto NJE kwa ufanisi kama inavyoweka joto NDANI wakati wa baridi. Hali ya hewa ya joto hunufaika na thamani ya R ya juu + vizuizi vya mnururisho + paa za rangi nyepesi. Zingatia dari (R-38 ya chini) na kuta zinazoelekea magharibi.

Kuzuia hewa kwanza, kisha uhami. Uvujaji wa hewa unaweza kupita uhami kabisa, na kupunguza R-30 hadi R-10 yenye ufanisi. Uchunguzi unaonyesha kuzuia hewa hutoa ROI mara 2-3 dhidi ya uhami pekee. Zuia kwanza (kuziba, kuweka vizuizi, povu), kisha weka uhami. Pamoja hupunguza matumizi ya nishati kwa 30-50%.

Gawanya 1 kwa thamani ya R: U = 1/R. Mfano: ukuta wa R-20 = 1/20 = U-0.05 au 0.28 W/(m²·K). Kinyume: R = 1/U. Mfano: dirisha la U-0.30 = 1/0.30 = R-3.3. Kumbuka: vitengo ni muhimu! Thamani za R za Marekani zinahitaji viwango vya ubadilishaji kwa thamani za U za SI (zidisha kwa 5.678 ili kupata W/(m²·K)).

Chuma ni kipitishio mara 1250 kuliko uhami. Nguzo za chuma huunda madaraja ya joto—njia za moja kwa moja za upitishaji kupitia mkusanyiko wa ukuta. Ukuta wenye uhami wa nafasi wa R-19 na nguzo za chuma hufikia R-7 tu yenye ufanisi (upungufu wa 64%!). Suluhisho: uhami endelevu (bodi ya povu) juu ya nguzo, au fremu ya mbao + povu la nje.

Inategemea kanda ya hali ya hewa (1-8) na sehemu ya jengo. Mfano: Kanda ya 5 (Chicago) inahitaji kuta za R-20, dari ya R-49, ghorofa ya chini ya R-10. Kanda ya 3 (Atlanta) inahitaji kuta za R-13, dari ya R-30. Angalia kanuni za ujenzi za eneo lako au meza za IECC. Mamlaka nyingi sasa zinahitaji kuta za R-20+ na dari za R-40+ hata katika hali ya hewa ya wastani.