了解建筑保温材料R值

  
  每个建筑/设计建筑师/工程师 (A/E) 都知道材料的 R 值是指定绝缘产品时的一个重要因素,许多法规要求墙壁、天花板和屋顶组件的最小值。然而,这些保温R 值在预测能源性能方面的可靠性并不总是那么容易理解。为了帮助消除任何误解,本文介绍了用于确定 R 值的测试方法并分析了它们的相对准确度。
  不可测量的测量
  虽然 R 值被认为是测量单位,但它们不是物理测量的。相反,研究人员测量的是材料的 K 系数——单位厚度材料的热导率。热流阻力的度量,即材料的保温R 值,只是该因素的倒数。换句话说,一旦确定了K因子,就将其除以1得到R值——例如,当前者为0.166时,后者为6.02。在处理 K 因子时,较低的数字等同于更好的绝缘性。另一方面,R值越高,绝缘能力越大。
  一旦 A/E 知道材料的隔热 R 值,通过将组件中每种材料的总 R 值相加并将总数除以 1,就可以更容易地确定建筑组件的整体热导率(即 U 因子) . 为测量 K 系数和保温R 值,ASTM International 为最常见的塑料绝缘产品制定了标准,例如纤维素、聚异氰脲酸酯 (polyiso) 板、发泡聚苯乙烯 (EPS) 泡沫、挤塑聚苯乙烯 (XPS) 泡沫和喷涂聚氨酯泡沫 (SPF)。
了解建筑保温材料R值
  测量 R 值的三种最常用的测试方法是:
  1. ASTM C 177,通过防护热板设备进行稳态热通量测量和热传输特性的标准测试方法。
  2. ASTM C 518,通过热流计装置进行稳态热通量测量和热传递特性的标准测试方法。
  3. ASTM C 976,通过校准热箱测试建筑组件热性能的标准测试方法。
  另一个重要的测试是 ASTM C 1303,在受控实验室条件下通过切片和缩放来估计无面刚性闭孔塑料泡沫的热阻长期变化的标准测试方法。与上述测试不同,这些测试是实际测量,ASTM C 1303 是采用短期测量来预测泡沫塑料在较长时期内的 R 值的估计值。
  测试报告的 R 值可能会有所不同,具体取决于样品的制备方式、厚度和使用的设备类型。例如,当根据 ASTM C 1029,喷涂应用多孔聚氨酯绝缘材料的标准规范测试 SPF 的 R 值时,ASTM C 518 和 ASTM C 177 都要求从泡沫喷涂板上切下 305 x 305 x 25.4 毫米(12 x 12 x 1 英寸)的样品。在受控环境中老化材料六个月后,测量泡沫的 R 值。这个时代的 R 值被联邦贸易委员会 (FTC) 接受,并被大多数 SPF 行业使用。ASTM C 518 和 ASTM C 177 的典型老化 SPF R 值范围为每 25.4 毫米 5.6 至 6.2。然而,另一种测试程序 ASTM C 976 测量安装在 2.4 x 2.4 米(8 x 8 英尺)墙壁上的 SPF 的 R 值。对于大于 50.8 毫米(2 英寸)的 SPF 厚度,这些测试通常提供比 ASTM C 518 或 ASTM C 177 测量值更高的 R 值。
  某些泡沫塑料(例如 XPS、polyiso 和 SPF)的保温R 值会因泡沫厚度、覆盖系统以及测量是否包括对基材的附着力而异。影响 R 值的因素包括应用厚度(即泡沫越厚,老化 R 值越好)以及基材和覆盖系统(即渗透率越低的覆盖层/基材,老化 R 值越高) .
  Robert Alumbaugh 博士、PE 是美国海军研究员,他在加利福尼亚州韦内姆港的海军建设营中心 (CBC) 的测试板上研究了 5 到 10 年 SPF 的老化 R 值。根据他的研究,喷涂到高渗透率基材(即木材或混凝土)的SPF范围为每 25.4 毫米(1 英寸)5.8 到 6.2 的 R 值,在 25.4 毫米到 76.2 毫米( 1 英寸到 3 英寸)厚度。然而,适用于金属甲板的相同 SPF 范围为每 25.4 毫米 6.5 R 值至 7.3 R 值。加拿大国家研究中心 (NRC) 和美国能源部 (DoE) 橡树岭国家实验室 (ORNL) 的其他研究人员也观察到了类似的结果。
  发泡剂也会影响 R 值。氯氟烃 (CFC)、氢氯氟烃 (HCFC)、氢氟烃 (HFC) 和碳氢化合物发泡 SPF 在上述值范围内,而水发泡泡沫的 R 值通常要低得多。这些发泡剂与水的混合物也会影响 R 值。
  寻找一种通用的测试方法
  有了各种可用的测试方法,人们肯定会混淆为什么没有普遍接受的单一方法来测量保温R 值。不幸的是,没有一种测试适用于所有产品。相反,我们需要确定最合适的方法、样品制备和调节程序,这些方法准确、可重现且与特定材料的实际现场性能相关。
  这是最难满足的最后一个标准。必须记住,R 值衡量的是热传导,而不是辐射或对流。通常,从小样本测试的 R 值开始,然后通过其他测试程序,根据空气渗透、热桥接和其他考虑因素确定绝缘效率的降低。
  但是,根据所做的假设,测试结果可能会有很大差异。例如,在 1980 年代和 1990 年代,美国采暖、制冷和空调工程师协会 (ASHRAE) 使用鼓风机门测试调查了“典型”住宅建筑的漏风情况。他们的调查结果以表格形式发布在 ASHRAE基础手册中,得出的结论是典型的房屋每小时进行 1 到 1.5 次空气交换。
  这相当于在每个 2.4 x 2.4 米(8 x 8 英尺)墙壁组件中都有一个 50.8 毫米(2 英寸)的孔。在温和的气候中,例如加利福尼亚南部或夏威夷,这可能是一个微不足道的因素,但在德克萨斯州南部或明尼苏达州北部,空气泄漏会大大降低建筑物的能源效率。相反,ORNL 最近的调查得出的结论是,新房的总换气次数接近每小时 0.32 次换气——相当于同一 2.4 x 2.4 米组件中的 12.7 毫米(0.5 英寸)孔。ORNL 将更紧密的外壳归因于改进的施工技术和密封材料,例如泡沫密封剂和房屋包装材料(例如聚烯烃)。
  ASHRAE 还发布了 2003 年国际节能规范 (IECC) 中引用的表格,计算基于热桥的 R 值减少量。在屋顶应用中,热桥接(由绝缘板和紧固件中的缝隙引起)可以将 R 值降低 5% 到 35%,具体取决于缝隙的大小和紧固件的数量/类型。
  更准确地预测建筑产品和组件的能源效率的工具不断改进。然而,利用这些工具并获得设计所需的 R 值是 A/E 的任务。

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