قيمة مقاومة حرارية

قيمة المقاومة الحرارية أوقيمة آر في مجال البناء والإنشاءات مقياس لمدى مقاومة حاجز ثنائي الأبعاد، كطبقة عازلة أونافذة أوجدار أوسقف بأكمله للتدفق الحراري بالموصلية الحرارية. قيمة المقاومة الحرارية هي الفرق المطلوب في درجات الحرارة لواحدة التدفق الحراري للإبقاء على تدفق حراري واحدي بين السطحين الساخن والبارد لحاجز تحت شروط عمل في الحالة المستقرة.

قيمة آر هوالمصطلح المستخدم في مجال البناء للمقاومة الحرارية «منسوبةً لواحدة المساحة». يشار لها أحيانًا بقيمة آر إي آي عندما تعطى بالواحدات الدولية (إس آي أوالواحدات المترية). يمكن حتى تعطى قيمة المقاومة الحرارية لمادة (مثلًا رغوة البولي إيثيلين)، أولهجريبة من مجموعة مواد (كجدار أونافذة). في حالة إعطائها لمادة، يعبر عنها عادةً بالنسبة إلى واحدة الطول (مثلًا لكل إنش أومتر من السماكة). قيم المقاومة الحرارية قابلة للجمع لأجل طبقات المواد، وحدثا ارتفعت قيمها تحسن الأداء (للعازل الحراري).

المعامل يو أوقيمة يو مصطلح يعبر عن معامل انتنطق الحرارة الكلي الذي يصف جودة توصيل عنصر من المبنى للحرارة أومعدل انتنطق الحرارة (بالواط) المار عبر متر مربع واحد من بنية مقسومًا على فرق درجات الحرارة بين طرفي البنية. عادةً ما تكون العناصر تجميعات من عدة طبقات من المكونات كتلك التي تكون الأسقف/الأسطح/الجدران على سبيل المثال. يقيس المعامل معدل انتنطق الحرارة عبر عنصر من المبنى على امتداد مساحةٍ معطاةٍ تحت شروط معيارية. الشروط المعيارية المعتادة هي فرق درجات حرارة مقداره 24 درجة مئوية (43.2 درجة فهرنهايت)، عند رطوبة 50% ودون وجود رياح (انخفاض معامل انتنطق الحرارة الكلي أفضل لأغراض العزل وتقليل الناقلية الحرارية). يعبر عن المعامل بواحدة الواط للمتر المربع كلفن (W/m²⋅K). ما يعني حتى ازدياد قيمته يعني أداءً أسوأ لغلاف المبنى العازل. يشير انخفاض معامل انتنطق الحرارة الكلي عادةً إلى مستويات عزل مرتفعة. قيمه مفيدة كطريقة لتسقط السلوك المركب لعنصر المبنى بأكمله بدلًا من الاعتماد على خصائص المواد الإفرادية.

تعريف قيمة المقاومة الحرارية

${\displaystyle R_{\text{val ={\frac {\Delta T {\phi _{q$

حيث:

${\displaystyle R_{\text{val$ : قيمة المقاومة الحرارية
${\displaystyle \Delta T$ : الفرق في درجات الحرارة بين السطحين الساخن والبارد للحاجز
${\displaystyle \phi _{q$ : التدفق الحراري عبر الحاجز

تقيس قيمة المقاومة الحرارية لواحدة مساحة السطح المكشوف للحاجز المقاومة الحرارية المطلقة للحاجز

${\displaystyle {\frac {R_{\text{val {A =R$

حيث:

${\displaystyle R_{\text{val$ : قيمة المقاومة الحرارية (K⋅W⁻¹⋅m²)
${\displaystyle A$ : مساحة السطح المكشوف للحاجز (m²)
${\displaystyle R$ : المقاومة الحرارية المطلقة (K⋅W⁻¹)

المقاومة الحرارية المطلقة ${\displaystyle R$ ${\displaystyle R$ R ${\displaystyle R$ ، تكمم الفرق المطلوب في درجات الحرارة منسوبًا لواحدة معدل الجريان الحراري للحفاظ على معدل جريان حراري واحدي. ينتج ارتباك أحيانًا نتيجة استخدام بعض المراجع لمصطلح المقاومة الحرارية لوصف الفرق في درجات الحرارة منسوبًا إلى واحدة التدفق الحراري. ينشأ ارتباك آخر عن استخدام بعض المراجع للحرف آر للإشارة إلى الفرق في درجات الحرارة منسوبًا لواحدة التدفق الحراري في حين تستخدمه مراجع أخرى للدلالة على الفرق في درجات الحرارة منسوبًا لمعدل جريان الحرارة. يستخدم هذا الموضوع مصطلح المقاومة الحرارية المطلقة لوصف نسبة الفرق في درجات الحرارة إلى واحدة معدل الجريان الحراري والمصطلح قيمة المقاومة الحرارية أوقيمة آر للدلالة على الفرق في درجات الحرارة منسوبًا إلى واحدة التدفق الحراري.

في أي مكان، حدثا ازدادت قيمة آر ازدادت المقاومة الحرارية، وبالتالي تتحسن خصائص العزل للحاجز. تستخدم قيم آر في وصف فعالية عزل مادة وفي تحليل ودراسة جريان الحرارة عبر التجميعات (كالجدران والأسقف والنوافذ) عند شروط حالة مستقرة. يقاد جريان الحرارة عبر حاجز ما عن طريق الفرق الحراري بين سطحيه، وتكمم قيمة آر جودة مقاومة الجسم لهذه القيادة: يعطي الفرق في درجات الحرارة عند تقسميه على قيمة آر وضربه بمساحة السطح المكشوف للحاجز معدل الجريان الكلي للحرارة عبر الحاجز مقاسًا بالواط أوبالواحدة الحرارية البريطانية (بي تي يو) لكل ساعة.

${\displaystyle \phi ={\frac {\Delta T\cdot A {R_{\text{val$

حيث:

${\displaystyle R_{\text{val$ : قيمة المقاومة الحرارية (K⋅m²/W)
${\displaystyle \Delta T$ : الفرق الحراري (K) بين السطحين الساخن والبارد للحاجز
${\displaystyle A$ : مساحة سطح الحاجز المكشوف (m²)
${\displaystyle \phi$ : معدل جريان الحرارة (W) عبر الحاجز

طالما حتى المواد المعنية أجسام صلبة كثيفة على تلامس مباشر، فإن قيم المقاومة الحرارية قابلة للجمع؛ على سبيل المثال، قيمة المقاومة الحرارية الكلية لحاجز مكون من عدة طبقات من المادة هي مجموع قيم المقاومات الحرارية للطبقات.

قيم المقاومة الحرارية بالواحدات الدولية

لاحظ حتى قيمة آر هوالمصطلح الرائج في مجال البناء لما يعهد في سياقات أخرى باسم «المقاومة الحرارية» «لواحدة المساحة». تُخط أحيانًا قيمة آر إس آي عند استعمال الواحدات الدولية (المترية، إس آي). يمكن إعطاء قيمة آر لمادة (مثلًا لرغوة البولي إيثيلين)، أولهجريبة من مجموعة مواد (كجدار أونافذة). في حالة إعطائها لمادة، يعبر عنها عادةً بالنسبة إلى واحدة الطول (مثلًا لكل إنش أومتر من السماكة). ويمكن للأخيرة حتى تكون مضللة في حالة العوازل الحرارية منخفضة الكثافة للأبنية، التي لا تكون قيم المقاومة الحرارية فيها قابلة للجمع: ففي حالة النوع من العوازل لا تكون قيم المقاومة الحرارية لواحدة الطول ثابتةً بازدياد سماكة المادة، بل تنخفض عادةً.

لا يُصرح عادةً بوضوح عن واحدات قيمة آر، وبالتالي فمن المهم فهم الواحدات المستخدمة من السياق: فقيم المقاومة الحرارية المعبر عنها بواحدات آي بّي (إنش-باوند) تكون أكبر بما يقارب 5.68 ضعفًا من قيمها عند التعبير عنها بالواحدات الدولية، إلى غير ذلك، على سبيل المثال،قد يكون لنافذة لها القيمة آر-2 بواحدات الإنش-باوند قيمة مكافئة بالواحدات الدولية (آر إس آي) 0.35 (إذ حتى 2/5.68 = 0.35). لا يوجد فرق في قيم آر بين الواحدات الأمريكية والبريطانية.

قيمة آر الظاهرية

حدثا كانت المادة أكثر قدرة على توصيل الحرارة، كما يتبين من موصليتها الحرارية، حدثا تقلصت قيمة المقاومة الحرارية. من جهة أخرى، حدثا كانت المادة أسمك، ارتفعت قيمة مقاومتها الحرارية. أحيانًا تساهم عمليات انتنطق الحرارة غير التوصيل الحراري (وهي الحمل والإشعاع) بشكل كبير في انتنطق الحرارة ضمن المادة. في تلك الحالات، من المفيد تعريف «الموصلية الحرارية الظاهرية»، التي تعبر عن أثر جميع من الأنواع الثلاث من العمليات، ولتعريف قيمة آر بشكل أكثر عمومية على أنها سماكة عينة مقسومة على موصليتها الحرارية الظاهرية. بعض المعادلات التي تربط بين قيمة المقاومة الحرارية المعممة هذه، والتي تعهد أيضًا باسم قيمة آر الظاهرية، وبين كميات أخرى:

${\displaystyle R_{\text{val ^{\prime ={\frac {\Delta x {k^{\prime ={\frac {1 {U_{\text{val =\Delta x\times r^{\prime$

حيث:

${\displaystyle R_{\text{val ^{\prime$ : قيمة المقاومة الحرارية الظاهرية (K/W) عبر سماكة العينة
${\displaystyle \Delta x$ : السماكة (m) الخاصة بالعينة (مقاسةً على مسار موازٍ لجريان الحرارة)
${\displaystyle k^{\prime$ : الموصلية الحرارية الظاهرية للمادة (W/(K·m)
${\displaystyle U_{\text{val$ : الناقلية الحرارية أو«قيمة يو» للمادة (W/K)
${\displaystyle r^{\prime ={k^{\prime ^{-1$ : المقاومة الحرارية الظاهرية للمادة (K·m/W)

تكمم قيمة آر الظاهرية الكمية الفيزيائية المعروفة باسم العزل الحراري.

بكل الأحوال، لا يأتي هذا التعميم دون لقاء، فقيم المقاومة الحرارية التي تضم عمليات غير توصيلية لا يمكن جمعها ويمكن حتى تعتمد بشدة على درجة الحرارة. وتعتمد قيمة المقاومة الحرارية لكل إنش بشكل عام على السماكة، بحيث تتناقص دائمًا تقريبًا بازدياد السماكة (باستثناء البولي إيزوسيانوريت («البولي إيزو») الذي تزداد قيمة مقاومته الحرارية لواحدة الطول بازدياد السماكة)، ويلاحظ هذا الاعتماد خصوصًا في حالة مادة مسامية أوسائبة. لأسباب مشابهة، تعتمد قيمة المقاومة الحرارية لكل إنش أيضًا على درجة حرارة المادة، وتزداد عادةً بانخفاض درجة الحرارة (باستثناء البولي إيزومرةً أخرى). يمكن لفيبر غلاس له القيمة الاسمية آر-13 حتى يأخذ القيمة آر-14 عند درجة حرارة -12 درجة مئوية (10 درجات فهرنهايت) وآر-12 عند درجة حرارة 43 درجة مئوية (109 درجة فهرنهايت). بكل الأحوال، من الشائع في مجال الإنشاءات معاملة قيم المقاومة الحرارية على أنها غير متعلقة بدرجة الحرارة. لاحظ حتى قيمة المقاومة الحرارية لا تأخذ بالحسبان العمليات الحملية أوالإشعاعية عند سطح المادة، ما يمكن حتىقد يكون عاملًا مهمًّا في بعض التطبيقات.

قيمة المقاومة الحرارية هي مقلوب الناقلية الحرارية (المعامل يو) لمادة أوهجريبة مواد. يفضل العاملون في الإنشاءات في الولايات المتحدة استخدام قيم المقاومة الحرارية، بكل الأحوال، لأنها قابلة للجمع ولأن القيم الأكبر تعني عزلًا أفضل، وكلا السببين لا تحققه معاملات يو(معامل الناقلية الحرارية الكلية).

انظر أيضًا

عزل المباني
مواد عزل البناء
تكثيف
الأسقف الباردة
انتنطق الحرارة
منزل سلبي
التصميم وفق معطيات الطاقة الشمسية
عزل خارق
جسر حراري
ارتياح حراري
ناقلية حرارية
الكتلة الحرارية
انتنطقية حرارية

مراجع

↑ Ellis, Wayne (1988). "Appendix: Terminology update: Symbols mean specific terms". In Strehlow, Richard Alan (المحرر). Standardization of Technical Terminology: Principles and Practices. Second. Philadelphia, PA: ASTM International. صفحة 97. ISBN .
^ Rabl, Ari; Curtiss, Peter (2005). "9.6 Principles of Load Calculations". In Kreith, Frank; Goswami, D. Yogi (المحررون). CRC Handbook of Mechanical Engineering (الطبعة Second). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN .
^ Fenna, Donald (2002). . Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ "U-Value Measurement Case Study". مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 29 أكتوبر 2014.
^ "P2000 Insulation". www.p2000insulation.com. مؤرشف من الأصل في 14 أغسطس 2019.
↑ Kośny, Jan; Yarbrough, David W. (2017). "4.10 Thermal Bridges in Building Structures". In Chhabra, Ray P. (المحرر). CRC Handbook of Thermal Engineering (الطبعة Second). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN .
^ Kreider, Jan F.; Curtiss, Peter S.; Rabl, Ari (2010). (الطبعة Revised Second). Boca Raton, FL: CRC Press. صفحة 28. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ Chen, C. Julian (2011). (الطبعة Illustrated). Hoboken, NJ: Wiley. صفحة 276. ISBN . مؤرشف من الأصل فيستة يناير 2020.
↑ American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (2013). "Heat, air, and moisture control in building assemblies—Fundamentals". . Fundamentals (الطبعة SI). Atlanta, GA: الجمعية الأمريكية لمهندسي التبريد والتدفئة وتكييف الهواء. صفحات 25.5–25.6. ISBN .
^ Lechner, Norbert (2015). (الطبعة 4th). Hoboken, NJ: Wiley. صفحات 683–685. ISBN . مؤرشف من الأصل فيسبعة يناير 2020.
^ Harvey, L. D. Danny (2006). . London, UK: Earthscan, an imprint of روتليدج, an imprint of Taylor & Francis. صفحة 40. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ Lechner, Norbert (2015). (الطبعة 4th). Hoboken, NJ: Wiley. صفحة 508. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ International Code Council (2010). (الطبعة 2010). Washington, D.C.: قانون البناء الدولي. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ Harvey, L. D. Danny (2006). . London, UK: Earthscan, an imprint of روتليدج, an imprint of Taylor & Francis. صفحة 51. ISBN . مؤرشف من الأصل فيخمسة يناير 2020.
^ The Polyisocyanurate Insulation Manufacturers Association (PIMA), , The Polyisocyanurate Insulation Manufacturers Association (PIMA), مؤرشف من الأصل فيستة فبراير 2018, اطلع عليه بتاريخ 05 فبراير 2018 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Bailes, Allison (24 April 2013), , Energy Vanguard, مؤرشف من الأصل فيستة فبراير 2018, اطلع عليه بتاريخ 05 فبراير 2018 CS1 maint: ref=harv (link)
^ Building Science Corporation (23 January 2013), , Building Science Corporation, مؤرشف من الأصل في 2 مايو2018, اطلع عليه بتاريخ 05 فبراير 2018 CS1 maint: ref=harv (link)