Как измерить коэффициент сопротивления стены?

Вы можете приобрести систему, которая измеряет температуру поверхности внутри и снаружи (Tout, Tin), а также напрямую измеряет тепловой поток q".

Тогда вы сможете напрямую рассчитать коэффициент сопротивления теплопередаче: R = (Tout - Tin) / q".

Пример таких датчиков и измерения коэффициента сопротивления теплопередаче см. здесь:
https://www.fluxteq.com/r-value-measurement-system

Вам понадобятся три датчика температуры, кусок материала известной толщины и теплопроводности (или с известным показателем сопротивления теплопередаче) и точные данные о фактической толщине стены. Внутри и снаружи здания должна быть разная температура. Чем больше разница температур, тем точнее будут измерения.

Закройте стену известным материалом и измерьте температуру, как показано ниже.

Количество теплоты, проходящее через известный материал, на единицу площади, q'' = –k ΔT/Δx, где k — теплопроводность известного материала (Вт/м/К), ΔT — T2–T1, а Δx — толщина известного материала.

В установившемся режиме количество тепла, проходящего через неизвестный материал, должно быть таким же, как и через известный материал, поэтому вы можете вычислить k для неизвестного материала по формуле k = –q'' Δx/ΔT, где q'' — тепловой поток, который вы рассчитали ранее, Δx — толщина неизвестного материала, а ΔT — разница между T3 и T2.

Значение R равно Δx/k, но нужно быть внимательным при выборе единиц измерения. Если k измеряется в Вт/м/К, то R будет измеряться в К·м^2/Вт. Умножьте это значение на 5,678263, чтобы получить значение в ч·фт^2·ºF/БТЕ, которое является общепринятой единицей измерения R в США.

Получение R-значения на самом деле зависит от трёх факторов.

1. Материалы
2. Расстояние
3. Герметизация

Пример: если бы вы использовали каркас из бруса 2x6 вместо бруса 2x4 и обшили его гипсокартоном, то ваша стена имела бы более высокий показатель R, потому что воздуху было бы сложнее добраться до другой стороны.

Также материалам присваивается значение r в зависимости от их использования в наилучшем сценарии. То, что у вас изоляция r-13, не означает, что вы получаете возврат r-13 после установки. Подумайте о том, чтобы вставить один кусок изоляции шириной 12 дюймов, чтобы устранить зазор в 50 футов. Это дало что-нибудь измеримое? Вероятно, нет.

Кроме того, r-значение — это снова максимальное измерение. Если температура снаружи составляет 70 градусов, а внутри — 70 градусов, то у вас может быть 5 футов материалов с r-значением 500, но на самом деле их r-значение равно 0. R-значение измеряет разницу температур с одной стороны системы по сравнению с другой. Чем сильнее разница температур, тем выше потребность в r-значении и тем выше будет его возврат.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, не прибегая к помощи криминалистов, вам понадобится термометр и несколько часов безветренной погоды (также отключите отопление/кондиционер). Дополнительным оборудованием может стать обувная коробка, в которой термометр будет защищен от солнца и сквозняков.

Обратите внимание, что я не ответил на вопрос о том, какое потенциальное сопротивление теплопередаче может быть у стены, потому что это не имеет значения. У вас будут заделанные щели, розетки, стойки и так далее. Вам нужна реальная функциональность. Измерьте температуру на внешней стороне стены, внутри помещения и рядом с той же стеной в том же месте. Эта диаграмма работает. Проще всего это сделать в районе окна, но работает везде.

Чтобы узнать истинное значение R вашей системы, вам нужно будет измерить температуру снаружи и внутри при экстремальных значениях. Если ваша система действительно обеспечивает значение R выше 15, что соответствует изменению температуры на 5 градусов в течение 100-градусного температурного конфликта, то вам нужно будет провести измерения в один из тех дней, когда температура снаружи составляет -40 градусов, а внутри — 80 градусов по Цельсию. Я тестировал очень хорошо изолированные дома, и обычно их максимальное значение R составляет от 15 до 20. В некоторых случаях аэрозольная пена превосходит R-20.

Вы можете вырезать кусок стены, поместить его в коробку из материала с очень низким коэффициентом теплопроводности, нагреть одну сторону известным способом и измерить скорость изменения температуры на другой стороне. Это позволит вам рассчитать коэффициент теплопередачи стены, а соотношение u=1/r даст вам коэффициент сопротивления теплопередаче.

Вы также можете отслеживать температуру внутренней и внешней поверхности стен, а также температуру воздуха в помещении и на улице в течение холодной ночи, постепенно повышая температуру в помещении. Возможно, вам понадобится помощь сайта Physics в расчётах и определении потенциальных источников ошибок при использовании этого метода.

Или вы можете оценить его, проверив тип, толщину и состояние изоляции и других материалов, а также сверившись с таблицей, подобной этой. Как правило, следует вычесть примерно 10–40 %, чтобы учесть мостики холода в местах крепления стоек, несовершенство монтажа, циркуляцию воздуха и другие факторы, влияющие на результат. Если стена почти идеальна, можно вычесть 10 % на наличие стоек, но если она негерметична, в ней есть зазоры для утеплителя и пара влажных пятен, можно вычесть 20–50 % в зависимости от серьёзности проблем.

Термографическая камера — дорогостоящий способ измерения теплопотерь. Недорогой лазерный термометр покажет разницу между несколькими точками. Оба метода требуют наличия разницы температур между сторонами стены. Для наиболее точных измерений нужна максимальная разница. Проще всего увидеть разницу между температурой внутри помещения 70 градусов и температурой снаружи 25 градусов.