Kort om varmeteori

Varmeisolering

På de kommende sider gennemgås kort-fattet eksempler på beregning af varmeledningsevne, isolans og U-værdi.

Varmeoverføring

Varme kan overføres på 3 forskellige måder:

Varmeledning
I faste ugennemsigtige materialer, f.eks. metaller, overføres varme gennem ledning. Selv væsker og gasser leder varme, men her spiller andre overføringsegenskaber også en stor rolle. Til sammenligning kan nævnes, at aluminium leder varme 10.000 gange bedre end stille-stående luft.

Varmestråling
Varmestråling (infrarød stråling) forekommer i gennemsigtige væsker og gasser samt nogle gennemskinnelige materialer.

Konvektion
Der findes to typer af konvektion – egenkonvektion og påtvungen konvektion.

Egenkonvektion kan opstå i gasser og væsker, når disse udsættes for temperaturforskelle. Eftersom kold gas har en højere densitet end en varm, synker den ved tyngdekraftens hjælp ned, samtidig med, at den varme gas stiger op. Dette giver en vis omrøring, som overfører varme.

Ved påtvungen konvektion sker om-røringen ved ydre påvirkninger, som f.eks. vind eller ventilation.

Varmeledningsevne,λ

Varmeledningsevnen er en materiale-egenskab, og den betegnes med det græske bogstav, λ (lambda).

Enheden for varmeledningsevne er W/m°C eller W/mK. Værdierne bliver de samme med begge enheder, eftersom det er et spørgsmål om temperatur-differens og Δ1°C=Δ1K. (Kelvin). Jo lavere λ-værdi, jo bedre isoleringsevne.

Når et stykke glasuld med tykkelsen d udsættes for en temperaturforskel (T₁ - T₂), går en varmestrøm med varmestrømstætheden q igennem materialet.

Når varmestrømmen bliver stabil, er varmeledningsevnen, λ, den materialeegenskab, som sammenfatter disse. 

Varmeisoleringsmateriale

De gleste isoleringsmaterialer består af porøse materialer, i hvilke man kan have mange typer varmetransport.

Isoleringsmaterialets samlede varmeledningsevne kan derfor skrives som summen af flere dele.

λ_isolering = λ_lm + λ_lg + λ_s + λ_k

Hvor:

λ_lm   = ledning i det faste materiale (glas, sten, plast etc.
λ_lg    = ledning i gassen i porrerne
λ_s    = varmestrålingen
λ_k    = egenkonvektion i isoleringen.

Et isoleringsmateriale skal selvfølgelig have så lav en varmeledningsevne som muligt. Det gælder derfor om at få så lave værdier på de enkelte dele som muligt.

I de fleste isoleringsmaterialer findes der ingen egenkonvektion, dvs. λ_k=0

λ_deklareret og λ_Design

λ_deklareret fastsættes af fabrikanten og
kontrolleres af uvildig 3. part akkrediteret
institut f.eks. BVQI.

λ_deklareret måles ved middeltemperaturen
10°C og betegnes også λ₁₀.

λ₁₀ er basisvarmeledningsevnen målt i laboratorietilstand ved en middeltemperatur
på 10°C.

Til praktiske beregninger anvendes
λ_Design, som beregnes som λ_deklareret ganget med en faktor, F_m, der korrigerer for fugtindholdet
i materialet.

Isolans, R

Isolansen betegnes med R og beskriver, hvor godt et materialelag eller en bygningsdel isolerer. Med bygningsdel menes et tag, et gulv eller en væg.

Enheden er:
m² °C/W eller m² K/W.
Jo større isolans, desto bedre isoleringsevne.

Materialelag
For et homogent materialelag med tykkelsen
d defineres isolansen:

R = d:λ

Man kan få en stor isolans ved enten at have en stor tykkelse eller et lag med en lav varmeledningsevne.

Overgangsisolans

Selve luftlaget på inder- og ydersiden af en bygningsdel er isolerende. Denne varmemodstand kaldes overgangsisolans. Den ydre overgangsisolans betegnes R_se
og den indre med R_si. Størrelsen på disse overgangsisolanser bygger bl.a. på strålings- og vindforholdene. DS 418 angiver følgende værdier, som kan anvendes i de fleste tilfælde:

Indre overgangsisolans

R_si     = 0,10 m² K/W – for opadrettet varmestrøm
          = 0,13 m² K/W – for vandret varmestrøm
          = 0,17 m² K/W – for nedad-rettet varmestrøm

Ydre overgangsisolans

R_se     =0,04 m² K/W

Isolansen, R, for en hel bygningsdel

DS 418 angiver, hvordan man beregner isolansen for en bygningsdel, eksempelvis en væg eller et tag. Hvis bygningsdelen består af homogene lag, kan den totale isolans R_m beregnes med formlen:

R_m=R_si + R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n + R_se

hvor R₁ , R₂ , R₃ …, R_n er de homogene materialelags isolans.

Transmissionskoefficient, U

Transmissionskoefficienten angiver, hvor godt en bygningsdel isolerer. Den betegnes med bogstavet U og har enheden W/m² °C eller W/m² K. Jo lavere U-værdi, jo bedre isolerer bygningsdelen.

Transmissionskoefficienten, U, defineres
som:

U= (1:R_m) + ΔU

ΔU er et tillæg der korrigerer for
- sprækker og spalter i isoleringen
- bindere og tilsvarende mekaniske fastgørelser
- nedbør på omvendt tag

Definition
En konstruktions transmissionskoefficient, U-værdi, udtrykker den energimængde, der pr. sekund strømmer gennem 1 m² af konstruktionen, ved en temperaturforskel på 1°C.