R-값(절연)

R-value (insulation)
표면 유리 배트 단열재 설치(R-21) (R-21))[1]

건설의 [2]맥락에서 R 값은 단열층, 창문 또는 완전한 벽이나 천장과 같은 2차원 장벽이 열의 전도성[3] 흐름에 얼마나 잘 저항하는지를 나타내는 척도입니다.R-값은 정상 상태 조건 하에서 장벽의 따뜻한 표면과 차가운 표면 사이의 열 플럭스의 한 단위를 유지하는 데 필요한 열 플럭스의 단위당 온도 차이입니다.

R-값은 "단위 [4]면적당" 열 저항을 나타내는 건축 업계[2] 용어입니다.SI 단위를 사용하는 [5]경우 RSI 값으로 표시될 수 있습니다.재료(예: 폴리에틸렌 폼) 또는 재료 조립(예: 벽 또는 창문)에 대해 R 값을 지정할 수 있습니다.재료의 경우, 종종 미터당 R-값으로 표현된다.R-값은 재료 레이어에 가법적이며 R-값이 클수록 성능이 향상됩니다.

U-인자 또는 U-값은 전체 열 전달 계수이며 R-값의 역수를 취하면 알 수 있습니다.이는 건물 요소가 온도 구배를 통해 단위 면적당 열을 얼마나 잘 전달하는지 설명하는 특성입니다.[6] 요소는 일반적으로 빌딩 엔벨로프를 구성하는 것과 같은 많은 재료 층의 집합체입니다.이는 평방미터당 와트 수: W/(mµK)로2 표시됩니다.U 값이 클수록 건물 엔벨로프의 열 전달 저항 능력이 낮아집니다.U-값이 낮거나 반대로 R-값이 높으면 일반적으로 절연 수준이 높다는 것을 나타냅니다.개별 재료의 특성에 의존하지 않고 전체 건물 요소의 복합 거동을 예측하는 방법이기 때문에 유용합니다.

슬리핑 매트나 폼 매트리스 등 단열 캠핑 용품은 R-7이나 R24와 같은 등급이 부여되는 경우가 많은데, 이는 "R Value"라고 불릴 수 있지만 동일하지는 않다.이는 소비자가 이해할 수 있는 단순하고 비기술적인 등급으로 의도되어 있습니다.수치가 클수록 절연성이 높아집니다.

R-값 정의

이는 기술적/구조적 가치와 관련이 있습니다.

여기서:

  • val {\ R_KΩm2/W)은 R 값입니다.
  • \ \ T （ K ）는 장벽의 따뜻한 표면과 차가운 표면과의 온도차이다.
  • \ \q} (W2/m)는 장벽을 통과하는 열유속입니다.

장벽의 노출된 표면적의 단위당 R 값은 [7]장벽의 절대 열 저항을 측정합니다.

여기서:

  • val {\은(는) R 값(K−1⋅Wmm2)입니다.
  • A는 장벽의 노출된 표면적(m2)입니다.
  • R은 절대 열저항(KΩW−1)입니다.

절대 열저항 {\ R은 열유량 1단위를 유지하는 데 필요한 열유량 단위당 온도차를 정량화합니다.일부 출판물에서는 열유속 단위당 온도차를 열저항이라고 부르지만 다른 출판물에서는 열유속 단위당 온도차를 열저항이라고 부르기 때문에 혼동이 발생할 수 있습니다.일부 출판물은 열유속 단위당 온도차를 나타내기 위해 문자 R을 사용하지만 다른 출판물은 문자 R을 열유속 단위당 온도차를 나타내기 위해 문자 R을 사용하기 때문에 더 큰 혼란이 발생합니다.이 문서에서는 열 유량 단위당 온도 차이에 절대 열 저항이라는 용어를 사용하고 열 플럭스 단위당 온도 차이에 R-값이라는 용어를 사용합니다.

어떤 경우에도 R 값이 클수록 저항이 커지므로 장벽의 단열 특성이 향상됩니다.R 값은 절연 재료의 효과를 설명하고 정상 상태 [7]조건에서 어셈블리(벽, 지붕 및 창문 등) 간의 열 흐름을 분석하는 데 사용됩니다.방호벽을 통과하는 열 흐름은 방호벽의 두 측면 사이의 온도 차이에 의해 구동되며, R 값은 물체가 이 구동에 [8][9]얼마나 효과적으로 저항하는지 수량화합니다.온도 차이를 R 값으로 나눈 다음 장벽의 노출된 표면적과 곱하면 와트 또는 시간당 BTU 단위로 측정된 장벽의 총 열 흐름 속도를 알 수 있습니다.

여기서:

  • val {\은 R 값(Kµm2/W)입니다.
  • \T는 장벽의 따뜻한 표면과 차가운 표면 사이의 온도 차이(K)입니다.
  • A는장벽의 노출된 표면적(m2)입니다.
  • { \}는 장벽을 통과하는 열유량(W)입니다.

관련된 재료가 직접 상호 [10]접촉하는 밀도 높은 고형물인 한 R-값은 부가적이다. 예를 들어 여러 층의 재료로 구성된 장벽의 총 R-값은 개별 [7][11]층의 R-값의 합이다.

예를 들어 겨울에는 외부 2°C, 내부 20°C로 온도 차이가 18°C 또는 18K가 될 수 있습니다.소재의 R값이 4일 경우 0.25W/(°Cµm2)의 손실이 발생합니다.면적이 100m일2 때 손실되는 열 에너지는 0.25W/(Kµm2) × 18°C × 100m2 = 450W이다.바닥, 창문, 환기구 등을 통해 다른 손실이 발생할 수 있습니다.하지만 그 재료만 450W가 나가기 때문에 내부의 온도를 유지하기 위해 450W 히터로 교체할 수 있습니다.

RSI 값

R-값은 "단위 [4]면적에 대한 열 저항"이라고 불리는 다른 맥락의 건축 산업[2] 용어입니다.SI(미터) 단위를 사용하는 [5][12]경우 RSI 값으로 표시될 수 있습니다.

재료(예: 폴리에틸렌 폼) 또는 재료 조립(예: 벽 또는 창문)에 대해 R 값을 지정할 수 있습니다.재료의 경우 단위 길이당 R-값(예: 두께 인치당)으로 표현되는 경우가 많습니다.후자는 R 값이 첨가되지 않은 저밀도 건물 단열재의 경우 오해의 소지가 있습니다. 즉, 재료가 두꺼워질수록 인치당 R 값이 일정하지 않고 오히려 [10]감소합니다.

한 R치(아래 참조)의 유닛은 대개 경우 분명하게, 장치 사용되고 있어 문맥에서 결정하는 것이 중요하다:R치 I-P(인치 파운드.)units[13]에 표현되어 약 5.68번 예를 들어 있는인 알투 I-P대에,, 창은 건초염 0.35의 2/5.68=(이후가 있을 때 SIunits,[14]에서의 표현보다 크다고 말하지 않다.0.35cm이다.R-값의 경우 미국의 관습 단위와 제국 단위 사이에는 차이가 없습니다.R-값이 보고되는 방법에 관한 한, "이 창은 R-2 창",[15] "이 창은 R2 창",[16][5] "이 창은 R-값이 [15]2인 창", "이 창은 R =[17] 2인 창이다"(및 "이 창은 R-값에서 RSI 035까지 저항 제공" 가능성을 포함)는 모든 것을 의미합니다.

겉보기 R-값

열전도율에서 알 수 있듯이 물질이 본질적으로 열을 전도할 수 있는 양이 많을수록 R 값은 낮아집니다.반면 재료가 두꺼울수록 R-값이 높아집니다.때로는 전도(대류 및 방사선) 이외의 열 전달 과정이 물질 내 열 전달에 크게 기여한다.이 경우, 세 가지 공정의 효과를 모두 포착하는 '외관 열전도율'을 도입하여 R-값을 시료의 두께를 외관 열전도율로 나눈 값으로 정의하는 것이 유용하다.이 일반화 R-값(외관 R-값이라고도 함)과 다른 양에 관련된 방정식은 다음과 같습니다.

여기서:

  • val { \ R _ { \ { } }^{ \ }}은 샘플 두께에 걸친 겉보기 R 값(K/W)입니다.
  • x)는 샘플 두께(m)입니다(열 흐름과 평행한 경로에서 측정됨).
  • { \ k^ { \ } the 、 소재의 겉보기 열전도율(W/(Kµm),
  • 은 재료의 열 투과율 또는 "U-값"입니다(W/K).
  • -1 { r } = { } ^{- the 、 재료의 겉보기 열저항률(Kµm/W)이다.

겉보기 R 값은 열 절연이라고 하는 물리적 양을 수량화합니다.

그러나 비전도성 공정을 포함하는 R 값이 더 이상 가법적이지 않을 수 있고 상당한 온도 의존성을 가질 수 있기 때문에 이러한 일반화에는 대가가 따릅니다.특히 느슨하거나 다공질 재료의 경우, 인치당 R 값은 일반적으로 두께에 따라 달라지며, 거의 항상 두께가[10] 증가할수록 감소합니다(폴리 이소시아누레이트(동질적으로 폴리이소)는 예외이며, 두께에[19] 따라 R 값/인치 값이 증가합니다).비슷한 이유로 인치당 R 값은 재료의 온도에 따라 달라지며, 일반적으로 온도가 낮아짐에 따라 증가합니다(폴리 이소시아누레이트도 예외임). 명목상 R-13 섬유 유리 배트는 -12°C(10°F)에서 R-14이고 43°C(109°[20]F)에서 R-12일 수 있습니다.그럼에도 불구하고, 구조에서는 R-값을 [21]온도와 무관하게 취급하는 것이 일반적입니다.R 값은 재료 표면에서 복사 또는 대류 과정을 고려하지 않을 수 있으며,[citation needed] 이는 일부 용도에 중요한 요소가 될 수 있습니다.

R-값은 재료 또는 어셈블리의 열 투과율(U-인자)의 역수입니다.그러나 미국 건설업계는 R 값이 가법적이고 값이 클수록 절연 상태가 좋아지기 때문에 R 값을 사용하는 것을 선호하지만 U-요인에는 [2]해당되지 않습니다.

U-요인/U-값

다음 항목도 참조하십시오.열전달률

U 계수 또는 U 값은 건물 요소가 열을 얼마나 잘 전달하는지 또는 구조물의 1제곱미터를 통해 전달되는 열의 비율(와트 수)을 [6]구조 전체의 온도 차이로 나눈 값입니다.요소는 일반적으로 벽/바닥/지붕 등을 구성하는 구성요소의 여러 층의 조립체입니다.이 값은 와트/미터 제곱 켈빈 W/(mkK2)로 표시됩니다.즉, U 값이 높을수록 건물 엔벨로프의 열성능이 저하됩니다.U 값이 낮으면 일반적으로 절연 수준이 높다는 것을 나타냅니다.개별 재료의 특성에 의존하지 않고 전체 건물 요소의 복합 동작을 예측하는 방법이기 때문에 유용합니다.

대부분의 국가에서 특정 재료(단열재 등)의 특성은 열 전도도로 나타나며, k-값 또는 람다 값(소문자 θ)이라고도 합니다.열 전도율(k-값)은 열을 전도하는 재료의 능력입니다. 따라서 k-값이 작을수록 단열재에 더 적합합니다.확장 폴리스티렌(EPS)의 k-값은 약 0.033 W/(mkK)[22]입니다.비교를 위해 페놀계 발포 단열재는 약 0.018W/(mmK)의 [23]k-값을 가지며, 목재는 0.15W/(mkK)에서 0.75W/(mkK) 사이이며, 강철은 약 50.0W/(mkK)의 k-값을 가집니다.이러한 수치는 제품마다 다르기 때문에 영국과 EU는 90/90 표준을 제정했습니다. 즉, 인용된 수치가 90/90 람다 값으로 명시되어 있는 한 제품의 90%가 90% 신뢰 수준으로 명시된 k-값을 준수합니다.

U는 SI 단위가 W/(mkK2)이고 미국 단위가 BTU/(hf°F)ft2)인 R의[24] 역수이다.

A는 열유속, T(\ T는 재료 전체의 온도차, k는 재료의 열전도율 계수, L은 두께입니다.상황에 따라서는 U를 유닛 서페이스 [25]컨덕턴스라고 부릅니다.

이불 정격에 사용되는 토그(단위) 또는 열 전체 등급(1 토그 = 02.1 m·K/W)을 참조하십시오.

U-factor라는 용어는 일반적으로 미국과 캐나다에서 전체 어셈블리(지붕, 벽 및 창문[26] 등)를 통과하는 열 흐름을 나타내기 위해 사용됩니다.예를 들어 ASHRAE 90.1 및 IECC와 같은 에너지 코드는 U-값을 규정한다.그러나 R-값은 실제로 단열재, 층 및 건물 외함의 대부분의 다른 부분(벽, 바닥, 지붕)의 열 저항을 설명하는 데 널리 사용됩니다.세계의 다른 지역에서는 일반적으로 창문, 문, 벽, 지붕 및 [27]지면 슬래브를 포함한 전체 건물 인클로저의 요소에 U-값/U-계수를 사용합니다.

단위: 메트릭(SI) 대 인치 파운드(I-P)

R 값의 SI(미터) 단위는 다음과 같습니다.

켈빈 평방미터/와트(Kµm2/W 또는 동일하게 °Cµm2/W),

I-P(인치 파운드) 단위는

화씨 1평방피트/영국 열단위(°Fftfthh2/B)당 화씨 1평방피트시TU)[13]

R-값의 경우 미국 단위와 영국 단위 사이에 차이가 없으므로 두 단위에서 동일한 IP 단위가 사용됩니다.

일부 소스는 SI [5][12]단위의 R 값을 참조할 때 "RSI"를 사용합니다.

I-P 단위로 표시되는 R-값은 SI [14]단위로 표시되는 R-값의 약 5.68배입니다.예를 들어, 2/5.68 0 0.35이므로, I-P 시스템에서 R-2인 창은 RSI 0.35에 관한 것입니다.

SI 시스템이 일반적으로 사용되는 국가에서는 R-값도 SI 단위로 제공됩니다.여기에는 영국, 호주, 뉴질랜드가 포함됩니다.

I-P 값은 일반적으로 미국과 캐나다에서 제공되지만, 일반적으로 캐나다에서는 I-P와 RSI 값이 모두 나열됩니다.[28]

단위는 일반적으로 명시적으로 기술되어 있지 않기 때문에 어떤 단위가 사용되는지 컨텍스트에서 결정해야 합니다.이 점에서 I-P R 값은 대응하는 SI R 값보다 5.68배 크다는 점에 유의하십시오.

좀 [29][30]더 정확히 말하면

R 값(I-P) r RSI 값(SI) × 5.678263337
RSI 값(SI 단위) r R 값(I-P 단위) × 0.1761101838

다른 단열재

호주 정부는 건물 구조에 필요한 총 R 값은 기후 지역에 따라 다르다고 설명합니다."이러한 재료에는 통기성 콘크리트 블록, 중공 팽창 폴리스틸렌 블록, 짚실 및 성형된 압출 [31]폴리스틸렌 시트가 포함됩니다."

독일에서는 에너지 절약에 관한 법률 Energieeinsparverordnung(EnEv)이 2009년(10월 10일)에 도입된 후, 모든 신축 건물은 각 특정 건축 재료에 대해 U-값의 특정 경계 내에 머물 수 있는 능력을 입증해야 한다.또한 EnEv는 부품이 교체되거나 입설 [32]구조물에 추가되는 경우 각 신소재의 최대 계수를 기술합니다.

미국 에너지부는 한 지역의 기후뿐만 아니라 난방과 냉방을 위한 일반적인 지역 에너지 비용에 기초하여 주어진 지역에 대한 R 값을 권고했다.단열재에는 롤 및 배트, 느슨한 필, 견고한 폼, 발포 발포제 등 4가지 유형이 있습니다.롤과 배트는 일반적으로 섬유 유리 등의 섬유로 이루어진 유연한 절연체입니다.느슨한 충전 단열재는 느슨한 섬유 또는 펠릿으로 제공되므로 공간에 불어 넣어야 합니다.강성 폼은 섬유보다 비싸지만 일반적으로 두께 단위당 R 값이 높습니다.발포 인플레이스 단열재는 창문 주변과 같은 공기 누출을 제어하기 위해 작은 영역으로 분사하거나 [33]집 전체를 단열하는 데 사용할 수 있습니다.

두께

절연층의 두께를 늘리면 열저항이 커집니다.예를 들어, 섬유 유리 배팅의 두께를 두 배로 하면 R-값이 두 배가 됩니다. 아마도 110 mm 두께의 경우2 2.0 mkK/W에서 220 mm 두께의 경우 4.0 mkK2/W까지 증가할 것입니다.절연층을 통한 열전달은 고정전압의 직렬회로에 저항을 추가하는 것과 유사하다.그러나 일부 절연 재료의 유효 열 전도율은 두께에 따라 달라지기 때문에 이는 대략적으로만 유지됩니다.단열재를 감싸는 재료(예: 드라이월 및 사이드링)를 추가하면 추가적이지만 일반적으로 훨씬 더 작은 R-값을 얻을 수 있습니다.

요인들

특정 벽의 열 손실을 계산하기 위해 R 값을 사용할 때는 여러 가지 요인이 작용합니다.제조업체 R 값은 올바르게 설치된 절연에만 적용됩니다.두 겹의 배팅을 한 겹의 두께로 쪼개면 R-값이 두 배로 늘어나지는 않는다.(즉, 유리섬유 배트를 압축하면 배트의 R값은 낮아지지만 인치당 R값은 높아진다.)고려해야 할 또 다른 중요한 요인은 스터드와 창문이 절연체의 R-값에 영향을 받지 않는 병렬 열 전도 경로를 제공한다는 것입니다.이는 프레임 부재 사이에 설치된 단열재의 R-값을 두 배로 늘리고 열 손실을 50% 미만으로 크게 줄일 수 있다는 것을 의미합니다.벽면 스터드 사이에 설치할 경우 완벽한 벽면 단열재로 인해 단열재를 통한 전도만 제거될 뿐 유리창 및 스터드 등의 재료에 의한 전도성 열 손실에는 영향을 미치지 않습니다.스터드 사이에 단열재를 설치하면 건물 외피를 통한 공기 누출로 인한 열 손실을 줄일 수 있지만 일반적으로 열 손실을 제거할 수는 없습니다.벽면 피복 외측에 견고한 발포 단열재를 연속적으로 설치하면 스터드를 통한 열 브리징이 중단되는 동시에 공기 누출 속도를 줄일 수 있습니다.

프라이머리 롤

R-값은 지정된 검정 조건에서 열 흐름 속도를 줄일 수 있는 절연 표본의 능력을 측정한 값입니다.단열로 인해 방해되는 열 전달의 주요 모드는 전도이지만, 단열은 또한 전도, 대류 및 방사라는 세 가지 열 전달 모드 모두에 의해 열 손실을 감소시킵니다.절연되지 않은 공기로 채워진 공간에서의 1차 열 손실은 온도에 따른 공기 밀도 변화로 인해 발생하는 자연 대류입니다.단열재는 자연 대류를 크게 방해하여 전도를 열 전달의 주요 모드로 만듭니다.다공질 단열재는 상당한 대류 열 손실을 제거하여 전도 및 경미한 방사선 전달만 남도록 공기를 가두어 이를 달성한다.이러한 단열재의 주요 역할은 단열재의 열 전도율을 갇힌 정체된 공기와 동일하게 만드는 것입니다.그러나 대류를 방지하기 위해 필요한 유리 양털이나 폼은 정지된 공기에 비해 열전도를 증가시키기 때문에 완전히 실현될 수 없습니다.작은 복사 열전달은 가시광선이 다공질 재료를 통과하는 것을 방해하는 등 절연체 내측과 외측 표면 사이의 "명확한 시야"를 방해하는 많은 표면을 갖는 것으로 얻을 수 있다.이러한 다중 표면은 배팅과 다공성 폼이 풍부합니다.또한 알루미늄박과 같은 낮은 방사율(반사율이 높은) 외부 표면에 의해 방사선이 최소화됩니다.아르곤은 공기보다 열전도율이 낮기 때문에 특수 폐구 발포 단열재 내에서와 같이 실용적일 때 공기를 아르곤으로 대체함으로써 낮은 열전도율 또는 높은 R 값을 달성할 수 있습니다.

일반

절연층을 통한 열전달은 전기저항과 유사합니다.열 전달은 저항이 열 저항이고 잠재력이 재료의 한쪽에서 다른 쪽까지의 온도 차이인 점을 제외하고 고정 전위를 갖는 직렬 저항을 고려하여 계산할 수 있습니다.열 전달에 대한 각 재료의 저항은 재료의 특성인 특정 열 저항 [R-값]/[유닛 두께]와 해당 층의 두께에 따라 달라집니다.여러 층으로 구성된 열 장벽에는 회로와 유사한 여러 개의 열 저항이 직렬로 있습니다.병렬로 배치된 저항 세트와 유사하게, 잘 절연된 창문이 있는 벽은 비례적으로 더 많은 열이 (낮은 R) 창을 통과하도록 허용하며 벽의 추가 단열은 전체 R 값을 최소화할 뿐입니다.따라서 대부분의 전류가 병렬 어레이에서 가장 낮은 저항 저항을 통과하는 방식과 유사하게 벽의 가장 낮은 절연 부분은 크기에 비해 열 전달에 가장 큰 역할을 합니다.따라서 유리창, 서비스 브레이크(와이어/파이프 주변), 문 및 벽의 기타 파손이 잘 밀폐되어 있고 절연되어 있는지 확인하는 것이 벽이 충분히 절연된 후 구조물의 단열을 개선하는 가장 비용 효과적인 방법입니다.

전기 회로의 저항과 마찬가지로, 예를 들어 흑연과 같은 저항 소자의 물리적 길이(절연, 두께)를 늘리면 저항이 선형적으로 증가합니다. 층 두께가 두 배로 증가하면 R 값이 두 배로 증가하고 열 전달이 절반으로 증가하며, 4배, 4분의 1 등입니다.실제로 이러한 선형 관계는 압축 시 열 특성이 변화하는 유리 양털 및 면 타팅과 같은 압축 가능한 재료에 항상 적용되는 것은 아닙니다.따라서 예를 들어 다락방에 있는 섬유 유리 단열재의 한 층이 R-20의 내열성을 제공하는 경우, 두 번째 층을 추가해도 첫 번째 층은 두 번째 층의 무게로 압축되기 때문에 내열성이 두 배가 되지 않습니다.

열손실 계산

단위 면적당 평균 열 손실을 구하려면 온도 차이를 레이어의 R 값으로 나누면 됩니다.

가정 내부가 20°C이고 루프 캐비티가 10°C인 경우 온도 차이는 10°C(또는 10K)가 됩니다.RSI 2.0(R = 22 mµK/W)에 의해 절연된 천장을 가정하면, 천장의 평방미터마다 10 K / (2 Kµm2/W) = 5 와트의 속도로 에너지가 손실됩니다.여기서 사용되는 RSI 값은 실제 절연층에 대한 값입니다(단위의 절연 두께가 아닙니다).

관계들

두께

R-값은 열저항률의 본질적 특성 및 그 역열전도율과 혼동해서는 안 된다.열저항의 SI 단위는 Kµm/W입니다.열전도율은 재료의 열 전달이 두께와 선형적으로 관련이 있다고 가정합니다.

다중 레이어

다층 설비의 R-값을 계산할 때 개별 계층의 R-값이 추가됩니다.[34]

R-값(outside air film) + R-값(brick) + R-값(sheathing) + R-값(insulation)(plasterboard) + R-값(inside air film) = R-값(total).

벽의 다른 성분(예: 프레임)을 고려하려면 먼저 각 성분의 U-값(=1/R-값)을 계산한 다음 면적 가중 평균 U-값을 계산합니다.평균 R-값은 1/(이 평균 U-값)가 됩니다.예를 들어, 면적의 10%가 연목 4인치(R-값 5.6)이고 90%가 실리카 에어로겔 2인치(R-값 20)인 경우, 면적 가중 U 값은 0.1/5.6 + 0.9/20 = 0.0629 = 15.9입니다.

논란

열전도율 대 외관 열전도율

열전도율은 일반적으로 단위 면적당 재료를 통한 단위 두께당 단위 온도차(δT)당 열전도율로 정의됩니다.전도율의 역수는 저항률(또는 단위 두께당 R)입니다.열전도율은 설치된 두께와 주어진 δT에서 단위 면적을 통과하는 열 유속 비율입니다.

실험적으로 2개의 도전판 사이에 재료를 접촉시켜 일정한 온도 구배를 유지하기 위해 필요한 에너지 플럭스를 측정함으로써 열전도를 측정한다.

대부분의 경우, 절연의 R 값 테스트는 주변 공기 이동 없이 보통 약 70°F(21°C)의 일정한 온도에서 수행됩니다.이러한 조건은 이상적인 조건이기 때문에 나열된 절연 R 값은 실제 사용 시보다 높을 것이 거의 확실합니다. 절연 상태가 있는 대부분의 상황이 서로 다르기 때문입니다.

겉보기 열전도율에 기초한 R-값의 정의는 미국 테스트 및 재료 협회가 발행한 문서 C168에서 제안되었다.이는 세 가지 메커니즘(전도, 복사 및 대류)에 의해 전달되는 열을 설명합니다.

이 사안의 복잡성을[35] 나타내는 R-값 광고에 관한 미국 FTC의 규정을 개정하는 동안 미국 절연 산업의 다른 부문 대표들 사이에서 논쟁이 계속되고 있다.

열전달 모드와 관련된 표면 온도

단일 실험실 모델을 사용하여 전도, 복사 및 대류 가열에 저항하는 물질의 특성을 동시에 평가하는 데는 약점이 있습니다.표면 온도는 열전달 모드에 따라 달라집니다.

각 측면의 공기와 절연체 표면 간의 이상적인 열 전달을 가정하면 절연체의 표면 온도는 각 측면의 공기 온도와 동일합니다.

열복사에 반응하여 표면온도는 물질의 열방출율에 따라 달라집니다.광택이 나는 금속박과 같은 저방출성 표면은 방사선에 의한 열 전달을 감소시킵니다.

대류는 절연체와 접촉하는 공기(또는 다른 유체)의 흐름 특성에 따라 공기와 절연체 표면 간의 열 전달 속도를 변화시킵니다.

다중 열 전달 모드의 경우 최종 표면 온도(및 관측된 에너지 플럭스와 계산된 R-값)는 총 에너지 기여도가 동일하더라도 방사선, 전도 및 대류의 상대적 기여도에 따라 달라진다.

열 에너지는 다양한 형태와 비율로 도착하기 때문에 이것은 건물 건설에서 중요한 고려 사항입니다.방사 및 전도성 열원의 기여도도 연중 다양하며 둘 다 열 쾌적성에 중요한 기여 요인이다.

더운 계절에는 태양 복사가 열 상승의 원천으로 지배적이다.Stefan-Boltzmann 법칙에 따르면 복사 열 전달은 절대 온도의 4승과 관련이 있다(켈빈:T [K] = T [°C] + 273.16).따라서 이러한 전달은 냉각(즉, 태양 복사가 매우 따뜻한 표면을 생성했을 때)이 가장 중요하다.반면에, 전도성 및 대류성 열 손실 모드는 추운 달 동안 더 중요한 역할을 한다.이러한 낮은 주변 온도에서 기존의 섬유, 플라스틱 및 셀룰로오스 단열재는 훨씬 더 큰 역할을 한다. 즉, 복사 열전달 구성요소는 훨씬 덜 중요하며 방사선 장벽의 주요 기여는 우수한 기밀성 기여에 있다.요약: 복사 장벽 단열 주장은 고온에서, 일반적으로 여름 열 전달을 최소화할 때 정당화된다. 그러나 이러한 주장은 전통적인 겨울(온기 유지) 조건에서는 정당화되지 않는다.

방사장벽 평가 시 R값의 한계

다음 항목도 참조하십시오.시원한 지붕

방열 장벽은 벌크 절연체와 달리 전도된 열에 잘 견디지 못합니다.반사박과 같은 재료는 열전도율이 높고 전도성 절연체로서 기능하지 않습니다.복사 장벽은 두 가지 방법으로 열 전달을 지연시킵니다. 즉, 복사 에너지를 복사 표면에서 반사하여 반대쪽에서 방출되는 방사선을 감소시킵니다.

복사 장벽과 같은 다른 시스템의 성능을 어떻게 정량화할 것인가 하는 문제는 열 전달을 억제하는 시스템이 전혀 다른 제품에 대해 R 값 또는 '등가 R 값'을 사용하여 건축업계에서 논란과 혼란을 초래했다(미국의 경우 연방정부의 R 값 규칙은 L-Value R-Value Rule을 확립한다).건축자재의 R-값에 대한 egal 정의. '등가 R-값'이라는 용어는 법적 정의가 없으므로 의미가 없습니다.)현재 표준에 따르면 벌크 절연 재료의 경우 R 값이 가장 확실하게 명시되어 있습니다.마지막에 인용한 제품들은 모두 그 예입니다.

복사 장벽의 성능을 계산하는 것은 더 복잡합니다.양호한 복사 장벽이 있으면 대부분의 열 흐름은 대류에 의해 이루어지며, 이는 복사 장벽 자체 이외의 많은 요인에 의해 좌우됩니다.복사 장벽은 다양한 전자기 스펙트럼(가시광 및 UV광 포함)에 걸쳐 높은 반사율(및 낮은 방사율)을 가지고 있지만, 열적 이점은 주로 적외선 범위에서의 방사율과 관련이 있다.방사율[36] 값은 복사 장벽에 대한 적절한 지표이다.R-값이 적절하게 설명하지 못하더라도 제한된 애플리케이션에서 열 이득에 저항하기 위해 사용할 경우 효과성이 [37]확립된다.

열화

절연 에이징

절연에서 R-값이 장기적으로 저하되는 것에 대한 연구는 부족하지만, 최근 연구에 따르면 제품의 R-값이 시간이 지남에 따라 저하될 수 있습니다.예를 들어, 느슨한 충전 셀룰로오스의 압축은 전체적인 성능을 감소시키는 빈 공간을 만듭니다. 이는 초기 설치 시 조밀하게 패킹하여 방지할 수 있습니다.폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 등의 폼 단열재는 클로로플루오로카본(CFC) 또는 하이드로클로로플루오로카본(HFCs)과 같은 중가스와 함께 발포된다.그러나 시간이 지남에 따라 이러한 가스는 발포체 밖으로 확산되어 공기로 대체되므로 제품의 유효 R-값이 감소합니다.물과 함께 뿜어져 나오거나 개방 셀이고 갇힌 CFC나 HFC를 포함하지 않기 때문에 노화에 따라 크게 변하지 않는 다른 발포체도 있다(예: 반파운드 저밀도 발포체).일부 브랜드에서는 20년 테스트에서 단열재의 [citation needed]수축 또는 감소가 나타나지 않았습니다.

이 때문에 이들 제품의 단열성을 어떻게 평가하느냐는 논란이 일고 있다.많은 제조업체들이 제조 당시 R-가치를 평가할 것이며, 비평가들은 보다 공정한 평가가 R-가치의 정착가치가 [citation needed]될 것이라고 주장한다.폼[when?] 업계는 15년 가중 평균에 따라 R-값을 평가하는 LTTR([38]Long-Term Thermal Resistance) 방식을 채택했습니다.그러나 LTTR은 수명이 50년에서 100년 사이인 건물의 규모가 짧은 8년 된 R 값만 효과적으로 제공한다.

미국 육군기술연구개발센터는 절연재료의 장기적인 열화에 대한 연구를 수행해 왔다.열화에 대한 값은 다양한 온도 및 습도 조건에 노출된 재료에 대한 단기 실험실 테스트에서 얻었습니다.그 결과 수분 흡수 및 블로우제 손실(폐쇄 셀 스프레이 폴리우레탄 폼 내)이 R-Value 손실의 주요 원인이었던 것으로 나타났습니다.섬유 유리 및 압출 폴리스티렌은 초기 R값의 97% 이상을 유지했으며 에어로겔과 폐쇄 셀 폴리우레탄은 각각 15%, 27.5% 감소했습니다.결과는 시간 경과에 따른 지수 붕괴 법칙이 폐쇄 셀 폴리우레탄 및 에어로겔 [39]블랭킷의 R 값에 적용됨을 시사한다.

침투

벌크 절연체의 최적 기능을 위해서는 공기 씰링 조치에 대한 정확한 주의와 증기 전달 메커니즘에 대한 고려가 중요합니다.공기 침투는 대류 열 전달 또는 응축 형성을 가능하게 하며, 둘 다 절연 성능을 저하시킬 수 있습니다.

스프레이 폼 단열재의 주요 가치 중 하나는 기판에 대해 직접 기밀(경우에 따라서는 수밀) 씰을 만들어 공기 누출의 바람직하지 않은 영향을 줄일 수 있다는 것입니다.

R-값 현장 측정값

기존 건물의 에너지 효율을 정의할 때 R 값의 열화는 특히 문제가 됩니다.특히 오래된 건물이나 과거의 건물에서는 건설 전에 정의된 R 값이 실제 값과 매우 다를 수 있습니다.이는 에너지 효율 분석에 큰 영향을 미칩니다.따라서 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 위해 R-값은 종종 특정 위치(위치)에서 U-값 측정을 통해 결정됩니다.여기에는 서모그래피, 다중 온도 측정 및 열 플럭스 [40]방법 등 여러 가지 잠재적인 방법이 있습니다.

서모그래피

서모그래피는 방이나 건물의 단열재 품질을 평가하기 위해 건물 분야에 적용된다.서모그래피 카메라로 열브릿지와 불균일한 절연부를 식별할 수 있다.그러나 정량적 데이터는 생성되지 않습니다.이 방법은 U-값 또는 역 R-값의 근사치에만 사용할 수 있습니다.

열유속 측정 설정
열유속 측정 결과

다중 온도 측정

이 접근법은 건물 요소 내부 및 외부에서 세 개 이상의 온도 측정을 기반으로 합니다.이러한 측정을 동기화하고 몇 가지 기본적인 가정을 함으로써 열유속을 간접적으로 계산하여 건축요소의 U값을 도출할 수 있다.신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 다음 요건이 충족되어야 합니다.

  • 내부 온도와 외부 온도 차이, 15 K
  • 일정한 조건
  • 태양 복사 없음
  • 측정 근처에 방사선 열이 없습니다.

열유속법

건물 요소의 R 값은 두 개의 온도 [41]센서와 함께 열 유속 센서를 사용하여 결정할 수 있습니다.건물 요소를 흐르는 열을 측정하여 내부 및 외부 온도와 결합함으로써 R 값을 정확하게 정의할 수 있습니다.ISO 9869 규범에 따라 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면 5°C 이상의 온도차로 72시간 이상 지속되는 측정이 필요하지만 측정 기간이 짧으면 R 값도 신뢰할 수 있습니다.측정 진행 상황은 해당 소프트웨어를 통해 노트북에서 확인할 수 있으며, 수집된 데이터를 추가 계산에 사용할 수 있습니다.이러한 열유속 측정을 위한 측정 장치는 FluxTeq,[42] Ahlborn, green과 같은 회사에서 제공합니다.TEG와 Hukseflux.

열유속 센서를 건물 요소의 내부 또는 외부 표면에 배치하면 열유속 센서를 통한 열유속을 건물 요소를 통과하는 열유속의 대표값으로 결정할 수 있습니다.열 플럭스 센서를 통과하는 열 플럭스는 열 플럭스 센서를 통과하는 열 흐름 속도를 열 플럭스 센서의 표면적으로 나눈 값입니다.건물 요소의 내부와 외부 표면에 온도 센서를 배치하면 내부 표면 온도, 외부 표면 온도 및 온도 차이를 확인할 수 있습니다.경우에 따라서는 열속 센서 자체가 온도 센서 중 하나로 작용할 수 있습니다.건물 요소의 R 값은 두 온도 센서 간의 온도 차이를 열 플럭스 센서를 통한 열 플럭스로 나눈 값입니다.계산식은 다음과 같습니다.

여기서:

  • val {\은 R 값(KwW−1),m2)입니다.
  • \ \q}는 열유속(Wµm−2),
  • A는 열속 센서(m2)의 표면적입니다.
  • q{ q }는 열 흐름 속도(W)입니다.
  • T_는 내부 표면 온도(K)입니다.
  • T_는 외부 표면 온도(K)입니다.
  • { \ T }는 내부 표면과 외부 표면의 온도차(K)입니다.

U-값은 R-값의 역수를 취하여 계산할 수도 있습니다.그것은,

서 Uval {\은 U 값(WmmkK−2−1)입니다.

도출된 R-값과 U-값은 열 플럭스 센서를 통과하는 열 플럭스가 건물 요소를 통과하는 열 플럭스와 동일할 정도로 정확할 수 있습니다.사용 가능한 모든 데이터를 기록하면 내부 온도, 외부 온도 또는 열 유속 센서의 위치와 같은 요인에 대한 R 값과 U 값의 의존성을 연구할 수 있습니다.모든 열 전달 프로세스(전류, 대류 및 방사선)가 측정에 기여하는 범위에서 파생된 R-값은 명백한 R-값을 나타냅니다.

값의 예시

진공 절연 패널은 인치당 약 R-45(미국 단위)로 가장 높은 R-값을 가지며, 에어로겔은 다음으로 R-값(인치당 약 R-10 ~ R-30)이 높고, 다음으로 폴리우레탄(PUR)과 페놀 폼 단열재가 인치당 R-7입니다.다음으로 폴리 이소시아누레이트(PIR)가 R-5.8, 흑연 함침 팽창 폴리스티렌이 R-5, 팽창 폴리스티렌(EPS)이 인치당 R-4로 그 뒤를 잇습니다.느슨한 셀룰로오스, 섬유 유리(송풍 및 송풍 모두) 및 락 울(송풍 및 송풍 모두)은 모두 인치당 대략 R-2.5 ~ R-4의 R-값을 가집니다.

스트로 베일은 [43]베일의 방향에 따라 인치당 약 R-2.38~2.68의 성능을 발휘합니다.그러나 전형적인 짚으로 만든 포장주택은 벽이 매우 두껍기 때문에 단열이 잘 된다.눈은 대략 1인치당 R-1입니다.브릭은 단열 능력이 매우 낮아서 인치당 R-0.2에 불과하지만 열량은 비교적 우수합니다.

위의 예에서는 모두 미국(SI 이외)의 정의를 R-값으로 사용하고 있습니다.

Aerogel은 매우 우수한 단열재로, 대기의 1/10 압력에서 R-40/[44]m의 값을 가지며, 섬유 유리 [45]블랭킷의 R-3.5/m에 비해 R-40/m입니다.

일반적인 R-값

이것은 전 세계에서 사용되는 단열재 목록입니다.

표 주: 다양한 재료 및 구조물의 RSI 값과 R 값이 기재되어 있습니다.일반적인 값은 사용 가능한 숫자의 평균에 기초한 근사치입니다.마지막 열은 1m(3ft 3in) 두께로 정규화된 RSI 값을 나타냅니다.RSI 값 열을 클릭하여 범위의 중위수 값으로 정렬하고 R 값 열을 가장 낮은 값으로 정렬합니다.

재료. 두께 cm(인치) RSI 값(m2·K/W) R값(ft2·°F·h/B)TU) RSI 값(m2·K/W)(미터당)
진공 절연 패널 2.54 (1) 5.28–8.8 14~66[46] 208–346
실리카 에어로겔 2.54 (1) 1.76 10.3[47] 69
폴리우레탄 강체 패널(CFC/HCFC 확장) 이니셜 2.54 (1) 1.23–1.41 7–8 48–56
5~10년 된 폴리우레탄 강성 패널(CFC/HCFC 확장형) 2.54 (1) 1.10 6.25 43
폴리우레탄 강체 패널(펜탄 팽창) 이니셜 2.54 (1) 1.20 6.8 47
5~10년 된 폴리우레탄 경질 패널(펜탄 팽창) 2.54 (1) 0.97 5.5 38
포일 표면 폴리우레탄 강성 패널(펜탄 팽창) 2.54 (1) 1.1–1.2 45~48
포일 표면 폴리 이소시아누레이트 강성 패널(펜탄 팽창) 이니셜 2.54 (1) 1.20 6.8 55 [48]
5~10년 된 포일 표면 폴리 이소시아누레이트 강성 패널(펜탄 팽창) 2.54 (1) 0.97 5.5 38
폴리이소시아누레이트 스프레이 폼 2.54 (1) 0.76–1.46 4.3–8.3 30–57
밀폐형 폴리우레탄 스프레이 폼 2.54 (1) 0.97–1.14 5.5–6.5 38–45
페놀계 스프레이 폼 2.54 (1) 0.85–1.23 4.8–7 33–48
절연 피복 단열재[49] 2.54 (1) 0.28–0.51 1.6–2.9 11–20
요소 폼알데히드 패널 2.54 (1) 0.88–1.06 5–6 35–42
건식벽[50] 2.54 (1) 0.15 .9 6.2
요소[51] 발포체 2.54 (1) 0.92 5.25 36.4
압출 팽창 폴리스틸렌(XPS) 고밀도 2.54 (1) 0.88–0.95 5–5.4 26~40[48]
폴리스티렌 보드[51] 2.54 (1) 0.88 5.00 35
페놀계 강체 패널 2.54 (1) 0.70–0.88 4–5 28–35
요소포름알데히드폼 2.54 (1) 0.70–0.81 4–4.6 28–32
고밀도 섬유 유리 배트 2.54 (1) 0.63–0.88 3.6–5 25–35
압출 팽창 폴리스틸렌(XPS) 저밀도 2.54 (1) 0.63–0.82 3.6–4.7 25–32
아이스넨 루즈필(푸어필)[52] 2.54 (1) 0.70 4 28
고밀도 발포 폴리스틸렌(EPS) 성형 2.54 (1) 0.70 4.2 22 ~ 32[48]
쌀껍질[53] 2.54 (1) 0.50 3.0 24
유리섬유 배트[54] 2.54 (1) 0.55–0.76 3.1–4.3 22–30
코튼 배트(블루진 단열재)[55][56] 2.54 (1) 0.65 3.7 26
저밀도 발포 폴리스틸렌(EPS) 성형 2.54 (1) 0.65 3.85 26
양털[57] 배트 2.54 (1) 0.65 3.7 26
아이스넨 스프레이[52][58] 2.54 (1) 0.63 3.6 25
오픈셀 폴리우레탄 스프레이 폼 2.54 (1) 0.63 3.6 25
골판지 2.54 (1) 0.52–0.7 3–4 20–28
암석 및 슬래그 양털 배트 2.54 (1) 0.52–0.68 3–3.85 20–27
셀룰로오스 루즈필[59] 2.54 (1) 0.52–0.67 3–3.8 20–26
셀룰로오스 습식 스프레이[59] 2.54 (1) 0.52–0.67 3–3.8 20–26
락앤슬래그 울 루즈필[60] 2.54 (1) 0.44–0.65 2.5–3.7 17–26
섬유 유리 루즈필[60] 2.54 (1) 0.44–0.65 2.5–3.7 17–26
폴리에틸렌 폼 2.54 (1) 0.52 3 20
시멘트 거품 2.54 (1) 0.35–0.69 2–3.9 14–27
Perlite 루즈필 2.54 (1) 0.48 2.7 19
목재 패널(피복 등) 2.54 (1) 0.44 2.5 17 (9[61])
파이버 글라스 강성 2.54 (1) 0.44 2.5 17
버미큘라이트 루즈필 2.54 (1) 0.38–0.42 2.13–2.4 15–17
버미큘라이트[62] 2.54 (1) 0.38 2.13 16~17[48]
짚주머니[43] 2.54 (1) 0.26 1.45 16~22[48]
페이퍼 콘크리트[63] 2.54 (1) 2.6–3.2 18–22
소프트우드(대부분)[64] 2.54 (1) 0.25 1.41 7.7 [61]
목재 칩 및 기타 느슨한 필 목재 제품 2.54 (1) 0.18 1 7.1
통기/셀 콘크리트(수분 5%) 2.54 (1) 0.18 1 7.1
눈 2.54 (1) 0.18 1 7.1
하드우드(대부분)[64] 2.54 (1) 0.12 0.71 5.5 [61]
벽돌 2.54 (1) 0.030 0.2 1.3~1[61].8
유리[51] 2.54 (1) 0.025 0.14 0.98
비절연 유리창 0.6 (0.25) 0.16 0.91 0.98
단열유리(이중유리) 1.6–1.9 (0.63–0.75) 0.35 2 40
절연 유리(이중 유리, 경질 로우-e) 1.6–1.9 (0.63–0.75) 0.67 3.8 77
절연 유리(이중 유리, 부드러운 로우-e) 1.6–1.9 (0.63–0.75) 0.90 5.11 100
단열유리(트리플글레이즈) 3.2–3.8 (1.2–1.5) 0.67 3.8 40
타설[51] 콘크리트 2.54 (1) 0.014 0.08 0.43~0.87
재료. 두께 cm(인치) RSI 값(m2·K/W) R값(ft2·°F·h/B)TU) RSI 값(m2·K/W)(미터당)

표면에 대한 일반적인 R-값

공기막의 비반사 표면 R 값

벽이나 지붕과 같은 건물 어셈블리의 전체 열저항을 결정할 때 표면 공기막의 절연 효과를 다른 [65]재료의 열저항에 더합니다.

표면 위치 열전달 방향 RU.S.(시 µft2 †°F/Btu) RSI(Kµm2/W)
수평(예: 평평한 천장) 위쪽(예: 겨울) 0.61 0.11
수평(예: 평평한 천장) 하향(여름 등) 0.92 0.16
수직(예: 벽) 수평 0.68 0.12
실외 표면, 모든 위치, 이동 공기 6.7 m/s(겨울) 임의의 방향 0.17 0.030
실외 표면, 모든 위치, 이동 공기 3.4 m/s(여름) 임의의 방향 0.25 0.044

실제로 위의 표면 값은 건물의 바닥, 천장 및 벽에는 사용되지만 유리창 사이와 같은 밀폐된 공기 공간에는 정확하지 않습니다.밀폐된 공기 공동의 효과적인 열 저항은 복사 열 전달과 두 표면 사이의 거리에 의해 강하게 영향을 받습니다.공기 공동을 포함한 일부 유효 R 값과 창문의 R 값을 비교하려면 절연 유리창을 참조하십시오.

복사 장벽

재료. 겉보기 R-값(분) 겉보기 R-값(최대) 언급
반사 단열재 제로[66](인접 공기 공간이 없는 어셈블리용) R-10.7(열전하), R-6.7(열전하수평), R-5(열전하업)

특정 부품에 대한 R-값 검정을 제조업체에 요청하십시오.

[60][67]

미국의 R-Value 규칙

FTC(Federal Trade Commission)는 기만적이고 오해의 소지가 있는 광고 클레임으로부터 소비자를 보호하기 위해 R 값에 대한 클레임을 관리합니다.그것은 R-Value [68]Rule을 발행했다.

이 규칙의 주요 목적은 주택 단열재 시장이 이러한 필수 사전 구매 정보를 소비자에게 제공하는 것이다.이 정보를 통해 소비자는 상대적 절연 효율을 비교하고, 에너지 절약의 효율성과 잠재력이 가장 큰 제품을 선택하고, 비용 효율적인 구매를 하며, 단열 효과와 청구된 에너지 절약의 실현을 제한하는 주요 변수를 고려할 수 있습니다.

이 규칙은 가정용 단열재 제품에 대한 특정 R-값 정보를 특정 광고와 판매 시점에 공개하도록 규정하고 있다.광고에 대한 R-값 공시 요구사항의 목적은 소비자가 절연 가치와 관련된 특정 클레임에 현혹되지 않도록 하기 위함이다.거래 시점에 일부 소비자는 절연 패키지의 라벨에서 필요한 R-값 정보를 얻을 수 있습니다.그러나 구매 전 포장을 검사하지 못하는 경우가 많기 때문에 많은 경우 소비자는 라벨이 부착된 정보를 이용할 수 없다.그 결과, 본 규칙은 소비자가 구매하기 전에 팩트 시트를 열람할 수 있도록 요구하고 있다.

두께

R-value 규칙은 다음을 지정합니다.[69]

라벨, 팩트시트, 광고 또는 기타 판촉물에는 제품의 1인치당 R값 또는 "R값/인치"를 기재하지 마십시오.두 가지 예외가 있습니다.
  1. 제품을 1인치 두께로 사용할 것을 제안하면 가능합니다.
  2. 실제 검정 결과 제품의 인치당 R 값이 두꺼워질수록 떨어지지 않는 것으로 입증되면 이 작업을 수행할 수 있습니다.

인치당 R 값의 범위를 나열할 수 있습니다.이 경우 두께가 클수록 R 값이 얼마나 감소하는지 정확하게 설명해야 합니다.또한 "이 절연체의 인치당 R 값은 두께에 따라 달라집니다.절연체가 두꺼울수록 인치당 R 값이 낮아집니다."

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크