مقاومت حرارتی یا مقدار R (R-Value) به سادگی معیاری است که نشان می‌دهد یک ماده چقدر می‌تواند در برابر انتقال حرارت مقاومت کند. هر چه مقدار R بیشتر باشد، آن ماده بهتر می‌تواند حرارت را در خود نگه دارد و از انتقال آن جلوگیری کند.
مقدار R (R-Value) اندازه‌ای از مقاومت یک ماده در برابر جریان حرارت است. به عبارت دیگر، این مقدار نشان می‌دهد که چقدر خوب یک ماده می‌تواند حرارت را از خود عبور ندهد.
واحد اندازه‌گیری:
مقدار R بر حسب واحدهای مختلفی اندازه‌گیری می‌شود. در سیستم آمریکایی، واحد آن درجه فارنهایت فوت مربع ساعت بر بی‌تی‌یو (°F·ft²·h/BTU) است. در سیستم متریک، واحد آن کلوین متر مربع بر وات (K·m²/W) است.
نحوه عملکرد:
فرض کنید دو اتاق با یک دیوار بینشان دارید. اگر دیوار مقاومت حرارتی بالایی داشته باشد (مقدار R بالایی داشته باشد)، حرارت از یک اتاق به اتاق دیگر به سختی منتقل می‌شود. این یعنی در زمستان اتاق گرم شما گرم باقی می‌ماند و در تابستان اتاق خنک شما خنک باقی می‌ماند.
کاربرد در ساختمان‌ها:
عایق‌ها: موادی که برای عایق کردن دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها استفاده می‌شوند، معمولاً دارای مقدار R بالایی هستند تا از انتقال حرارت جلوگیری کنند.
بصورت مثال
دیوار عایق شده:
یک دیوار که با عایق حرارتی پوشیده شده، مقدار R بالایی دارد و می‌تواند به خوبی از انتقال حرارت جلوگیری کند. ی
شیشه دوجداره:
پنجره‌های دوجداره مقدار R بالاتری نسبت به شیشه‌های تک جداره دارند و بنابراین بهتر می‌توانند حرارت را در زمستان نگه دارند و در تابستان خارج کنند.
چرا مقدار R مهم است؟
کاهش مصرف انرژی:
با استفاده از مواد با مقدار R بالا، نیاز به گرمایش و سرمایش کمتری داریم، که منجر به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های آن می‌شود.
افزایش راحتی:
عایق‌های حرارتی با مقدار R بالا کمک می‌کنند تا دمای داخل ساختمان پایدارتر بماند، که این امر راحتی ساکنان را افزایش می‌دهد.
محافظت از محیط زیست:
کاهش مصرف انرژی به معنای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و کمک به حفاظت از محیط زیست است.
به طور خلاصه، مقدار R یک عدد ساده است که به ما می‌گوید یک ماده چقدر خوب می‌تواند حرارت را از خود عبور ندهد و به این ترتیب کمک می‌کند تا ساختمان‌ها کارآمدتر و راحت‌تر باشند.
استاندارد ASHRAE 90.1 یک استاندارد انرژی برای ساختمانهای تجاری و مسکونی چندواحدی است که توسط انجمن مهندسان گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) تدوین شده است. این استاندارد به منظور بهبود کارایی انرژی در ساختمان‌ها و کاهش مصرف انرژی طراحی شده است. یکی از جنبه‌های مهم این استاندارد، تعیین مقاومت حرارتی اجزای مختلف ساختمان است.
مقدار R در استاندارد ASHRAE 90.1
استاندارد ASHRAE 90.1 حداقل مقادیر R را برای اجزای مختلف ساختمان‌ها تعیین می‌کند. این مقادیر بسته به منطقه آب و هوایی و نوع ساختمان متفاوت هستند. به عنوان مثال:
دیوارهای خارجی:
مقدار R مورد نیاز برای دیوارهای خارجی بسته به منطقه آب و هوایی و نوع دیوار متفاوت است. در مناطق سردتر، مقدار R بالاتری برای دیوارها لازم است تا از اتلاف حرارت جلوگیری شود.
سقف‌ها:
سقف‌ها نیز باید دارای مقاومت حرارتی مناسبی باشند. استاندارد ASHRAE 90.1 برای سقف‌های مختلف بسته به نوع ساختار و منطقه آب و هوایی مقادیر R متفاوتی تعیین کرده است.
کف‌ها:
مقاومت حرارتی کف‌ها نیز بسته به نوع ساختار و محل قرارگیری آن‌ها اهمیت دارد.
اهمیت مقاومت حرارتی در استاندادر اشری
انتخاب مصالح با مقاومت حرارتی مناسب و رعایت استانداردهای ASHRAE 90.1 به بهبود کارایی انرژی در ساختمان‌ها کمک می‌کند. این کار می‌تواند منجر به کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه‌های گرمایش و سرمایش و بهبود راحتی ساکنان ساختمان شود.
برای اطلاعات دقیق‌تر و مقادیر مشخص هر بخش ساختمان، به نسخه‌های منتشر شده از استاندارد ASHRAE 90.1 مراجعه کنید که در آن‌ها مقادیر دقیق برای هر منطقه آب و هوایی و هر نوع سازه مشخص شده‌اند.
میزان R (مقاومت حرارتی) استاندارد ساختمان‌ها بسته به منطقه جغرافیایی و نوع ساختمان می‌تواند متفاوت باشد. در استانداردهای مختلف، میزان R مورد نیاز برای دیوارها، سقف‌ها و کف‌ها به تفکیک مشخص شده است. یکی از استانداردهای بین‌المللی که این موارد را مشخص می‌کند، استاندارد ASHRAE 90.1 است که توسط انجمن مهندسان گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) منتشر شده است.
در استاندارد ASHRAE 90.1، بخش‌های مختلفی به میزان R (مقاومت حرارتی) اجزای مختلف ساختمان اشاره دارند. به طور خاص، بخش‌های زیر حاوی اطلاعات مهمی در مورد مقادیر R هستند:
بخش 5: Envelope
این بخش به ساختار خارجی ساختمان‌ها، از جمله دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها، پنجره‌ها و درها، اختصاص دارد. این بخش شامل جداول و نمودارهایی است که مقادیر R-Value مورد نیاز برای اجزای مختلف ساختمان در مناطق آب و هوایی مختلف را مشخص می‌کند.
جداول مهم در این بخش: Table 5.5-1 through Table 5.5-8:
این جداول به صورت منطقه‌بندی شده (Climate Zone) مقادیر R-Value را برای اجزای مختلف ساختمان مشخص می‌کنند. برای هر منطقه آب و هوایی، جداول مقادیر R مورد نیاز برای دیوارهای خارجی، سقف‌ها، کف‌ها، پنجره‌ها و درها را تعیین می‌کنند.
نحوه استفاده از جداول:
برای استفاده از جداول، ابتدا باید منطقه آب و هوایی ساختمان خود را شناسایی کنید. سپس بر اساس نوع ساختمان (مسکونی، تجاری، صنعتی) و نوع عنصر ساختمانی (دیوار، سقف، کف و غیره)، مقدار R-Value مورد نیاز را از جدول مربوطه استخراج کنید.
فرمول کلی برای محاسبه R-Value
که در آن:
R مقدار مقاومت حرارتی است.
d ضخامت ماده عایق به متر یا اینچ است.
k ضریب هدایت حرارتی ماده عایق به وات بر متر-کلوین (W/m·K) یا Btu/(h·ft·°F) است.
مثال:
فرض کنید ضریب هدایت حرارتی یک نوع عایق 𝑘 = 0.04 k=0.04 W/m·K و ضخامت آن 𝑑 = 0.1 d=0.1 متر باشد،
مقدار R به صورت زیر محاسبه می‌شود:
R = 0.04 / 0.1 =2.5(m²\cdotpK)/W
نحوه دسترسی به مقادیر R در ASHRAE 90:
ASHRAE 90.1 - Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings
فصل 5: "Building Envelope"
در این فصل، مقادیر R برای اجزای مختلف ساختمان مانند دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها و پنجره‌ها ذکر شده است.
جدول 5.5-1 تا 5.5-8: این جداول مقادیر پیشنهادی R را بر اساس مناطق اقلیمی مختلف ارائه می‌دهند.
مراحل شناسایی منطقه اقلیمی:
دسترسی به نقشه اقلیمی ASHRAE:
نقشه‌های اقلیمی در پیوست‌ها و ضمائم استانداردهای ASHRAE 90.1 قرار دارند.
به طور مشخص، می‌توانید به پیوست B در ASHRAE 90.1 مراجعه کنید.
مراجعه به نقشه اقلیمی:
به نقشه اقلیمی ASHRAE در پیوست B نگاه کنید و محل جغرافیایی ساختمان خود را پیدا کنید.
هر منطقه در این نقشه با یک کد منطقه اقلیمی مشخص شده است. این کد معمولاً شامل یک عدد و گاهی اوقات یک حرف است (مثلاً 3A، 5B).
مثلاً برای شهر شیراز:
برای شناسایی منطقه اقلیمی شهر شیراز و یافتن مقدار استاندارد R در استاندارد ASHRAE، می‌توانید از مراحل زیر پیروی کنید:
از نقشه‌های اقلیمی ASHRAE که در پیوست‌ها و ضمائم استاندارد ASHRAE 90.1 موجود است استفاده کنید. این نقشه‌ها معمولاً شامل مناطق اقلیمی برای نقاط مختلف جهان هستند.
پس از شناسایی منطقه اقلیمی شیراز ( 3B)، به فصل 5 استاندارد ASHRAE 90.1 مراجعه کنید.
جداول 5.5-1 تا 5.5-8 را بررسی کنید و جدول مربوط به منطقه 3B را پیدا کنید.
یافتن مقادیر R: در جدول مربوط به منطقه 3B، مقادیر R پیشنهادی برای دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها و دیگر اجزای ساختمان را پیدا کنید.
در استاندارد ASHRAE 90.1، اصطلاحات "Nonresidential," "Residential," و "Semiheated" به دسته‌بندی‌های مختلف ساختمان‌ها و فضاهای داخلی بر اساس نوع کاربری و نیازهای حرارتی آن‌ها اشاره دارند. در ادامه توضیح این اصطلاحات آمده است:
1. Nonresidential (غیر مسکونی)
این دسته شامل ساختمان‌ها و فضاهایی است که برای کاربری‌های غیر مسکونی طراحی شده‌اند. این شامل انواع مختلف ساختمانهای تجاری، اداری، صنعتی و عمومی می‌شود. نمونه‌هایی از این نوع ساختمان‌ها عبارتند از : دفاتر اداری فروشگاه‌ها و مراکز خرید کارخانه‌ها و کارگاه‌های صنعتی مدارس و دانشگاه‌ها بیمارستان‌ها و مراکز بهداشتی
2. Residential (مسکونی)
این دسته شامل ساختمان‌ها و فضاهایی است که برای اقامت و سکونت افراد طراحی شده‌اند. این شامل انواع مختلف ساختمانهای مسکونی از جمله خانه‌های تک‌واحدی، آپارتمان‌ها و مجتمع‌های مسکونی می‌شود. نمونه‌هایی از این نوع ساختمان‌ها عبارتند از: خانه‌های تک‌واحدی ویلاها آپارتمان‌ها مجتمع‌های مسکونی خوابگاه‌های دانشجویی
3. Semiheated (نیمه‌گرم)
این دسته شامل فضاهایی است که گرمایش کامل ندارند، اما در برخی مواقع ممکن است نیاز به گرمایش محدود داشته باشند. این فضاها ممکن است به دلیل کاربری خاص خود نیاز به گرمایش کامل نداشته باشند و فقط در برخی مواقع و به طور محدود گرم شوند. نمونه‌هایی از این نوع فضاها عبارتند از: گاراژها انبارها فضاهای خدماتی و تعمیراتی سالن‌های ورزشی
تعریف اصطلاخ c.i.
continuous insulation
این بخش از اصطلاح به معنای "continuous insulation" یا عایق‌کاری پیوسته است. این نوع عایق‌کاری به صورت پیوسته و بدون وقفه (مانند پل‌های حرارتی) در کل سطح دیوار، سقف یا کف نصب می‌شود. عایق‌کاری پیوسته (continuous insulation) معمولاً بر روی سطوح خارجی ساختمان‌ها نصب می‌شود تا از انتقال حرارت از طریق اتصالات و مفاصل ساختاری جلوگیری کند.
مقادیر R-value برای منطقه 3B
در اینجا مقادیر R-value پیشنهادی برای اجزای مختلف ساختمانهای مسکونی در منطقه 3B (مطابق استاندارد ASHRAE 90.1-2019) ارائه شده است:
جدول 5.5-3 از استاندارد ASHRAE 90.1-2022 شامل مقادیر U-value و R-value برای اجزای مختلف ساختمان در مناطق آب و هوایی مختلف است. معانی اصطلاحات مختلف در این جدول به شرح زیر است:
Opaque Elements (اجزای مات)
اجزایی از ساختمان که نور را عبور نمی‌دهند و شامل دیوارها، سقف‌ها، کف‌ها و درها می‌شوند.
Roofs (سقف‌ها)
- Insulation entirely above deck:سقف‌هایی که تمام عایق‌کاری آن‌ها بالای عرشه قرار دارد.
- Metal building: سقف‌های ساخته شده از فلز.
- Attic and other: سقف‌های زیرشیروانی و سایر انواع سقف‌ها.
Walls, above Grade (دیوارهای بالای سطح زمین)
- Mass: دیوارهای سنگین که عموماً از مصالحی مانند بتن یا آجر ساخته شده‌اند.
- Metal building: دیوارهای فلزی.
- Steel-framed: دیوارهایی که با قاب فولادی ساخته شده‌اند.
- Wood-framed and other: دیوارهایی که با قاب چوبی یا سایر مصالح ساخته شده‌اند.
- Wall, below Grade : (دیوارهای زیر سطح زمین)
- Below-grade wall: دیوارهایی که به‌طور کامل یا بخشی از آن‌ها زیر سطح زمین قرار دارند.
Floors (کف‌ها)
- Mass: کف‌های سنگین که عموماً از بتن ساخته شده‌اند.
- Steel joist: کف‌هایی که با تیرچه‌های فولادی ساخته شده‌اند.
- Wood-framed and other: کف‌هایی که با قاب چوبی یا سایر مصالح ساخته شده‌اند.
- Slab-on-Grade Floors : (کف‌های بر روی سطح زمین)
- Unheated: کف‌هایی که گرم نمی‌شوند.
- Heated: کف‌هایی که گرم می‌شوند.
Opaque Doors (درهای مات)
- Swinging: درهای چرخشی که به طرفین باز و بسته می‌شوند.
- Nonswinging: درهایی که به صورت کشویی یا بدون حرکت چرخشی باز و بسته می‌شوند.
مقدار R در استاندارد مبحث 19 مقررات ملی ساختمان
مبحث 19 مقررات ملی ساختمان به بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها می‌پردازد و شامل چهار روش اصلی برای ارزیابی و بهبود عملکرد انرژی ساختمان است. در ادامه، هر یک از این روش‌ها را به صورت ساده توضیح می‌دهم:
1. روش تجویزی (Prescriptive Method)
این روش به طراحان و سازندگان ساختمان دستورالعمل‌های مشخص و دقیقی ارائه می‌دهد که باید رعایت شوند. این دستورالعمل‌ها شامل جزئیاتی مانند نوع عایق‌بندی، ضخامت دیوارها، نوع پنجره‌ها و سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی است.
مزایا:
- ساده و قابل فهم برای همه.
- نیاز به محاسبات پیچیده ندارد.
- اطمینان از رعایت استانداردها.
معایب:
- انعطاف‌پذیری کم.
- ممکن است برای برخی پروژه‌ها بهترین راه‌حل نباشد.
2. روش موازنه‌ای (کارکردی) (Performance-Based Method)
در این روش، هدف دستیابی به سطح مشخصی از عملکرد انرژی است، اما نحوه دستیابی به آن به اختیار طراح گذاشته می‌شود. طراح می‌تواند از هر ترکیبی از مصالح و تجهیزات استفاده کند که به هدف مورد نظر برسد.
مزایا:
- انعطاف‌پذیری بالا.
- امکان استفاده از نوآوری‌ها و تکنولوژی‌های جدید.
معایب:
- نیاز به محاسبات و ارزیابی‌های دقیق.
- پیچیدگی در اجرا.
3. روش نیاز انرژی ساختمان (Building Energy Needs Method)
این روش بر اساس نیازهای واقعی انرژی ساختمان طراحی می‌شود. در این روش، محاسبات دقیق‌تری از نیازهای گرمایشی، سرمایشی، تهویه و روشنایی ساختمان انجام می‌شود تا مصرف انرژی به حداقل برسد.
مزایا:
- دقت بالا در محاسبات.
- بهینه‌سازی مصرف انرژی بر اساس نیازهای واقعی.
معایب:
- پیچیدگی در محاسبات و نیاز به ابزارهای تخصصی.
- نیاز به تخصص و دانش فنی بالا.
4. روش کارایی انرژی ساختمان (Building Energy Efficiency Method)
این روش بر بهبود کارایی انرژی تجهیزات و سیستم‌های ساختمان تمرکز دارد. هدف اصلی کاهش مصرف انرژی از طریق افزایش کارایی سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی، تهویه و روشنایی است.
مزایا:
- تمرکز بر بهبود عملکرد تجهیزات.
- کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها.
معایب:
- نیاز به ارزیابی دقیق کارایی تجهیزات.
- ممکن است در برخی موارد نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر باشد.
تفاوت‌ها:
- روش تجویزی مشخصات و دستورالعمل‌های ثابت دارد، در حالی که روش موازنه‌ای انعطاف‌پذیرتر است و طراح می‌تواند خلاقانه عمل کند.
- روش نیاز انرژی بر اساس محاسبات دقیق نیازهای انرژی ساختمان طراحی می‌شود، در حالی که روش کارایی انرژی بر بهبود کارایی تجهیزات و سیستم‌ها تمرکز دارد.
- روش تجویزی ساده و کاربردی برای عموم است، در حالی که سایر روش‌ها نیاز به دانش فنی و تخصصی بیشتری دارند.
جمع‌بندی:
- روش تجویزی برای پروژه‌های ساده و استاندارد مناسب است.
- روش موازنه‌ای برای پروژه‌هایی که نیاز به انعطاف و خلاقیت دارند بهتر است.
- روش نیاز انرژی برای بهینه‌سازی دقیق مصرف انرژی مناسب است.
- روش کارایی انرژی برای کاهش مصرف انرژی از طریق بهبود تجهیزات و سیستم‌ها کارآمد است.
مرسوم‌ترین روش در مبحث 19 مقررات ملی ساختمان اغلب روش تجویزی (Prescriptive Method) است.
این روش به دلایل زیر بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد:
سادگی و وضوح:
روش تجویزی شامل دستورالعمل‌ها و استانداردهای مشخصی است که به راحتی قابل فهم و اجرا هستند. این روش نیازی به محاسبات پیچیده و ارزیابی‌های تخصصی ندارد.
اطمینان از رعایت استانداردها:
با استفاده از روش تجویزی، اطمینان حاصل می‌شود که تمامی ساختمان‌ها حداقل استانداردهای مشخص شده را رعایت می‌کنند، که این امر برای رعایت مقررات و استانداردهای ملی اهمیت دارد.
مناسب برای پروژه‌های متداول:
این روش برای اکثر پروژه‌های ساختمانی که نیاز به راهکارهای ساده و قابل اجرا دارند مناسب است و به همین دلیل در بسیاری از پروژه‌های معمولی ساختمانی استفاده می‌شود.
زمان و هزینه کمتر:
به دلیل مشخص بودن دستورالعمل‌ها و نیاز کمتر به محاسبات پیچیده، زمان و هزینه اجرای پروژه‌ها با استفاده از روش تجویزی کمتر است.
ضوابط اجباری (بخش 4 مبحث 19 مقررات ملی)
رعایت ضوابط تعیین‌شده در این فصل در تمامی موارد و تمامی روشهای طراحی، الزامی است.
برای ساختمانهای گروه ١ تا ٣ (مطابق پیوست ٤مبحث)، منطبق با مقررات، ضوابط دیگـری نیـز باید رعایت شود که در فصول ١٩-٥ تا ١٩-٨، برای روشهای مختلف طراحی ارائه گردیده است.
در صورت طراحی با هر یک از چهار روش مطرح شده در این مبحث، رعایت اصول کلی مطرح برای هریک از روشهای اتخاذشده الزامی است. علاوه بر این، ضوابط عمومی مطرح برای پوسته خارجی، در هر یک از روشهـای اتخـاذشـده نیـز الزامـی اسـت.
رعایـت ضـوابط اختصاصـی مطـرح بـرای ساختمانهای کم‌انرژی و بسیار کم‌انرژی تنها زمانی الزام آور است که هدف طراحی ساختمانهـای کم‌انرژی و بسیار کم‌انرژی باشد.
جمع بندی میزان مقاومت حرارتی جداره ها در ساختمان در استاندارد های مختلف
