图片来源:Allison Bailes
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如果你的阁楼要被吹进50袋隔热材料，它是扁平的还是块状的有很大的区别吗?
我对这个问题感兴趣的一个原因是，我在研究生院的论文题目是“平坦还是凹凸不平”。(当然，副标题中有“异质外延”之类的词，让人难以理解。)标题中的这两个词切中了我表面物理研究的核心，也描述了在建筑科学中很重要的绝缘特性。
凹凸不平的阁楼隔热=平均r值差
让我们来看一个例子。如果隔热层完全是平的，假设整个阁楼的r值都是均匀的30。(我们将忽略框架的复杂因素，并假设它是一个连续的吹制绝缘层。)
有各种各样的方法可以使它呈块状，但我们假设阁楼的50%有R-50的绝缘块，另外50%是只有R-10的山谷。我们想求出这个团块构型的平均r值。隔热量是一样的，R-50和R-10的平均值是R-30。但是，它的实际性能如何呢?
让我们算算!
警告:这部分包含数学。如果你感到恶心或头晕，直接跳到下面的结论。如果你对这个讨论感到兴奋，可以去你当地的物理系看看。如果你的兴奋持续超过4小时，你应该做一下J.D. Jackson的经典电动力学的问题。
现在，我们不能仅仅求r值的平均值。如果我们这样做，我们会得到R-30，我们就错了。热量会走阻力最小的路径，你给它的阻力越小，热量就会流动得越多。如果你学过物理、工程或建筑科学，你可能见过传导热流的方程:Q = UA Î " T = 1/R
如果我们计算通过这个阁楼的块状和山谷的热量，我们会看到R-10的一半(下面的红色条)比R-50的一半(下面的黄色条)允许更多的热量流动。事实上，R-10的山谷，有1 / 3的r值，将允许3倍多的热量流动，如果它有R-30。R-50块只允许3/5的热流作为R-30。
此外，块状绝热材料的热流总量大于扁平绝热材料。如下图所示，红色和黄色部分加起来的热流比橙色部分要多得多——实际上是橙色部分的1.8倍。
因为块状绝缘允许更多的热流，它的平均r值就会变差。显然，平均r值受欠绝缘部分的影响比受过绝缘部分的影响更大。
为了找到正确的平均r值，我们首先必须将r值转换为u因子。R代表阻力，就像对热流的阻力一样，所以当我们谈论建筑材料时，数字越大越好。u系数，也就是传热系数，是r值的倒数，所以数值越小越好。(为了更好地理解，参见这篇关于r值和u因子的维基百科文章．)
平均u因子方程为:
把阁楼的面积设为1000平方英尺，把U的面积设为1/R，我们得到:
取0.06的倒数，我们得到平均r值约为17，这比我们错误地平均r值得到的R-30要低得多。
拿出你的耙子
就像我上面说的，热量通过阻力最小的路径，所以通过R-10一半的额外热量远远超过R-50一侧停止的额外热流。而不是得到平均R-30，凹凸不平的阁楼有平均R-17。
实际上，这意味着如果你看到阁楼上的绝缘材料凹凸不平，那就用耙子把它刨平。在我刚刚算出的例子中，你几乎双的热阻不添加任何额外的绝缘材料！
另一个关于“平坦还是不平”难题的常见例子是，除了一小块区域(比如阁楼的下拉楼梯)外，阁楼是完全隔热的。我们可以通过与上面相同的步骤，并表明一个阁楼在99%的面积上具有均匀的R-30，在R-1(下拉楼梯)处具有1%的平均r值为23。
没错，下拉楼梯会使你的r值降低25%。一个小的非绝缘区域显著降低了r值。
在我的研究生研究中，获得光滑、平坦的层是我们的目标。在建筑隔热学中，平坦也胜过凹凸不平。
来自佐治亚州迪凯特的Allison Bailes是resnet认证的能源顾问和培训师。他也是优秀的作家能源先锋博客．对于大湾区对贝利斯博客的评论，点击这里．
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31日评论
不错的帖子，Allison
虽然由于太阳的影响，这种类型的分析并不完全相似，但在考虑在高r墙上安装额外的玻璃时，这种分析应该是必不可少的。
附言:谢谢你提到杰克逊。他的书我还留着，但我没有把它和其他课本放在一起。它和一些宗教典籍放在一个架子上。对电动力学的恐惧是智慧的开始。
图标
说得好，本。玻璃与墙体面积的比例对整个墙体的r值(包括玻璃)有着巨大的影响，同样的原因是平板隔热比块状隔热好。在乔治亚州，这是R-3窗户和R-13隔热墙洞，一旦你知道了面积，你就可以做数学计算了。
不过，通过解决热桥接问题，ENERGY STAR Version 3走在了正确的道路上。它没有为整面墙的r值设置任何阈值，包括玻璃…我希望未来的版本中会有这样的功能。
杰克逊的书就应该放在一个放着宗教文本的书架上。它绝对达到了图标的地位。
不增不减的玻璃
Ben，去年我读到关于高R窗没有净增益或损失e的文章，为房子的每面墙选择合适的窗户以及放置悬挑、门廊和树木更为重要。对我来说，这意味着我们可以不再把窗口看作是低R有任何负面影响的地方。我知道这不是那么简单，但我喜欢这样的经验法则，它遵循我的直觉。
既不增加也不减少e的玻璃与块状绝缘不完全相同，但它的设计可能很差。
这是我每年冬天都会有的另一个想法。我家有很大一部分朝南，通过太阳能获得热量(黑色瓦的盐盒屋顶)。在寒冷晴朗的日子里，当我像今天这样测量温度时，温度读数高于室内温度。我的直觉告诉我，在冬天阳光明媚的时候，隔热层是没有意义的。这仍然让我指出，在我们努力降低E的使用时，空气泄漏是节省E的主要方面，值得攻击。
我喜欢这篇博文，谢谢你，艾莉森
没有净收益或净损失?
作为一个建设者，我不确定你所说的“更高的R窗口没有净收益或净损失的E”是什么意思。如果你把R和E颠倒过来，对我来说就更有意义了，如果你说的E指的是E，也就是发射率。在寒冷的气候中，你希望窗户的u值越低(r值越高)，而太阳吸热系数(SHGC)越高，如果它们能捕捉到任何阳光来帮助加热房子的话。
没有宗教文本，谢谢
艾莉森，我发的时候你也发了，我希望你能理解我关于窗户对北方气候没有净影响的观点，因为我记得我读的研究是在加拿大完成的。
不是数学模型的真实房屋有真实的E收益和E损失。就我的气候而言，我的兴趣在于不受损失。这让我很高兴地看到，研究声称我可以在我看来，如果设计正确，就不会有任何效果，比如你的数学不需要计算和解释。没有?
好东西
艾莉森,
这些弱点非常有趣
在比尔·罗斯的《水之书》中有一个关于“冷边效应”的插图
显示r值的突然变化如何导致“冷边”，这比最薄弱环节的预测温度要冷得多。
0加或减0
加拿大的研究表明，在北方气候中，正确选择窗户不会对能量(E)产生负面影响。
我的观点是，如果我根据加拿大的研究选择我的窗户，那么做U值的计算是不必要的，这是浪费时间和精力，并且误导了一个目标是使用更少e的人，每个给定的设计包含X%的窗户到墙。
马丁•Holladay//www.elsporta.com/book/export/html/15600
我懂基础数学。在这样的方程中加上0将使结果改变0。没有?我说是的。
回到博客话题，艾莉森。非常有趣的博客。去年夏天，我开始玩U值加法/减法数学，因为有人提出小区域的低R值对整个组件有很大影响的影响。好话题，希望大家多多探讨。再次感谢你发这个帖子。
阁楼储物区
很棒的文章，谢谢你的方程式。在我们去过的几乎每一栋房子里，天花板上的托梁上都安装了胶合板，压缩了隔热层，把阁楼上相当一部分的隔热层限制在6英寸或8英寸左右。房主想要他们的储物空间，而不愿意花钱拆除地板、竖起天花板托梁、增加隔热层并重新安装地板以获得适当的隔热工作。现在我们可以向他们展示它对他们的伤害有多大。我一直在想，在所有其他区域添加隔热材料是否有任何好处——在这种情况下，他们通常只采取空气密封，因为他们不想花额外的钱来做正确的事情。
再次感谢——这是我最近看到的一个很有帮助的博客。
我得去看看罗斯的书
约翰，谢谢你的提示。我得去弄一本比尔·罗斯的书，看看你说的“冷边”是什么。
阁楼地板的其他选择
丹尼，在阁楼地板上铺设地板，将绝缘限制在2x6或2x8的空腔内，其结果与我在文章中讨论的块状绝缘相同，正如您所猜测的那样。拉起甲板的另一种选择是将建筑围护结构移动到屋顶线，并创建一个有条件的阁楼。如果他们想把阁楼用作储藏室，那将是一个更好的选择。马丁刚刚写过这个上周。
空调阁楼作为解决方案
是的，我们确实把它作为一种选择，但它有相当大的缺点，而且通常比移除甲板更昂贵(无论如何要做好)。这里的大多数家庭在阁楼上也有一个80%的炉子，这就产生了更多的问题/费用来处理。
我们也看到了房屋隔热层急剧变化带来的一些湿气问题，所以对现有房屋来说，泡沫不是一个巨大的风扇，尤其是有石膏天花板的老房子。你可以看到我们去年夏天对此的讨论:
//www.elsporta.com/community/forum/general-questions/17488/high-humidity-issues-spray-foam-attic
50包……平坦或凹凸不平……或者是波浪状的
如果限制在50个袋子和一个“耙子”
在每个托梁上再多堆一点不是更好吗
少留一点在托梁上的空间?
对约翰·布鲁克斯的回应
约翰,
祝你好运!
你会像一个拿着耙子的禅僧，在阁楼上冥想几个小时，试图获得完美的犁沟……
艾莉森，本你们俩学到了什么
大家好，对我和罗伯特所说的有什么评论吗?
你有没有重新考虑窗户对整面墙的影响?
在没有看到整个环境的情况下，很多房屋的建造都是违反直觉的。
这就是为什么我之前提到了一个非常重要的环境项目的简短清单。位置，位置，所有位置(窗户，太阳，树木)对于窗户的能量设计因素来说，比计算墙/窗户的能量要有用得多。
先生们，你们有什么想法?
我一定是漏掉了什么。
罗伯特和AJ，
我一直认为玻璃的热效应是两个步骤的过程。首先，我将计算给定墙体结构(包括窗户)的u因子平均值。其次，我将从窗户获得的太阳热量作为平均季节性热源(受朝向，遮阳等单独影响)。换句话说，我一直将窗口效应分为两个不同的类别:热阻(u因子)和太阳增益(SHGC和场地特定特性)。
把窗户和周围的墙壁看作两个独立的特征是否更准确?我是否应该在忽略窗户的情况下计算墙壁的u系数，然后将窗户添加为独立的能量源/汇?
我的假设是，这是通往相同结果的两条路径。我错过什么了吗?
谷歌翻译?
AJ,
放慢你的打字速度，伙计。
请翻译为:“位置，位置，所有(窗户，太阳，树木)的位置对于窗户的能量设计因素比计算墙壁/窗户的能量要有用得多。”
翻译
树木和门廊以及它们的位置是其中的重要因素，Robert详细说明了这一点。
本，是的，有两种方法可以达到同样的结果。但是，如果你走我少有人走的路，你会发现它为一个人的设计/目的/目标/想要/需要/功能/风水打开了巨大的启发选择....
它更简单，人们可以这样想，Windows Windows Windows。谁不喜欢窗户?!?
设计自由
AJ，我觉得你说的很有价值。如果我没有误解的话，您的设计策略是首先计算U和SHGC值，这些值不会导致您所在位置的净能量损失。然而，不透明的墙会有净能量损失。因此，为了准确预测能源使用需求，你仍然需要考虑窗户与墙壁的比例。这种准确性有必要吗?也许不是。如果墙壁隔热足够好，你就可以自由地在给定的立面上定位和大小窗户。
然而，我不确定在北半球是否可能有朝北的窗户是能源中性的。这意味着你必须计算这些窗户和墙壁的U值，使用Allison描述的平均U值公式。
关于棉花糖绝缘的问题…
这东西是松散填充玻璃纤维吗?是什么让它像那样立起来的?
除了纤维素，我从来没有吹过任何东西，而且很容易得到相当均匀的一层。
在照片中，这个问题是常见的绝缘类型，或只是一个例子，一个糟糕的安装?
谢谢
我们如何衡量会影响我们的思维方式
篇好文章。不幸的是，我们似乎坚持使用r值作为建筑构件的衡量标准，而u值，与我们真正关心的所有事情(热损失，美元，环境影响)成正比，是一个更直观准确的衡量标准。u值的部分问题在于它们(希望至少)是小于1的分数，所以你得到的东西看起来像“0.31”，例如，这对大多数人来说是一个很难理解的数字。
我喜欢做的是，尤其是在和外行人交谈时，使用u值x 100。这给了你一个漂亮的整数，你可以把它看作是你的水电费账单上的美元，或者是加仑的取暖油，或者是磅的二氧化碳——随你选择。按照这个标准，一平方英尺隔热良好的阁楼可能是2到3英尺，一堵2乘6英尺的墙可能是5英尺，一扇替换的窗户可能是30英尺，一扇单窗格的窗户可能是100英尺左右。当然，空气泄漏是另一回事。
PS:同样，我认为我们最好考虑车辆的燃油效率，以每百英里加仑数为单位，而不是MPG....
回复史蒂夫·佩斯利
史蒂夫,
假设你接受通常的方程，即
U = 1 / R
R = 1 / u，
我不明白你的理由。在哪些方面，u因子比r值“更直观准确”?
对丹尼尔·恩斯特的回应
丹尼尔，这页上方的照片确实是吹制的玻璃纤维。当第一次被风吹进阁楼时，它可能很好，很光滑，但这个阁楼有一个严重的小动物问题(松鼠)，几个月后，它们穿过了大部分绝缘材料，留下了你上面看到的肿块。松鼠也会把纤维素弄得一团糟。
凹凸不平的阁楼隔热层
贝尔斯的分析假设了一个均匀的“加热区域”温度。通常人们会故意关闭某些房间来保持凉爽(卧室)。在这种情况下，在温暖的房间上方放置更厚的隔热层是明智的，而且在散热方面更有效。我自己就是这么做的——更喜欢楼上温暖的浴室(72华氏度)和相当凉爽的卧室(64华氏度)。
小的修正，块和谷
这只不过是一个打字错误，但想象一下这篇有用的文章可能会被广泛转载或引用，我认为在“Let’s Do the Math”部分的第三段中，有必要纠正块状和谷值与r值的颠倒。以下是下文第二句和第三句中的问题:
“如果我们计算通过这个阁楼的块状和山谷的热量，我们会看到R-10的一半(下面的红色条)比R-50的一半(下面的黄色条)允许更多的热量流动。事实上，R-10的块，有1 / 3的r值，会比R-30多3倍的热量流动。R-50山谷只允许3/5的热流作为R-30。”
你不同意R-50会产生于较大的绝缘厚度，因此是“块”，而R-10存在于较薄的绝缘“谷”中吗?
编辑对德里克·罗夫的回应
德里克。每年,
谢谢你发现了错误!我已经做了你建议的改正。
车库绝缘
这很有趣。我从来没有想到，没有对“死”空间(如车库、门廊)进行隔热会影响房子其他部分的R值。我们的建筑商从来没给过我们选择。我们有3个带顶棚的门廊，没有隔热层，还有3个车库，椽子上有胶合板，用来存放东西，但没有隔热层。这会影响到房子的其他部分吗?
另一个问题。我们搬进来后才发现，我们的隔热层最高只有R-19。经过几年的呼吁，绝缘公司回来了，把纤维素(我想因为它是灰色的)吹在某些玻璃纤维上。有什么问题吗?
匿名回复
上面的分析并不适用于车库和门廊缺乏隔热的情况。它只适用于温度差相等的表面。车库和门廊的温度通常与房子里的空调空间不一样。
不，在旧的绝缘层上加新的绝缘层完全没问题。纤维素也能更好地防止空气泄漏。
跟踪
我的阁楼里有纤维素，我想增加一些，以满足我所在地区的需求。既然耙子不能让所有的东西都“无块”，那么在纤维素上面铺上玻璃纤维绝缘材料会更好吗?你不能像使用土豆泥一样使用电动搅拌器:-)
凹凸不平
当我看到这篇博客的标题时，我想知道什么样的吹风机会喷出纤维绝缘的团块，但后来意识到你指的是“凹凸不平”或不规则的表面，而不是不同材料密度的团块。术语的清晰性很重要。
对于设计和建筑行业的工作知识来说，这是一个糟糕的证明，它应该需要一个博士学位来教育我们平均u因子的重要性。这应该是热设计101，在每个建筑专业工具箱。我把这些基本公式——以及它们似乎呈现的悖论——教给我所有的学生(并在论坛讨论中分享了这些信息)。
AJ用他惯常笨拙的方式想说的，也是本·威尔逊显然不明白的是，墙壁上玻璃的比例与凹凸不平的隔热层完全不同。绝缘有一个主要功能:防止导热热损失(或增加)。窗户有多种功能，包括美观、视野、采光、通风和太阳能增益(适用于寒冷气候)。因此，u因子(或r值)不能成为决定性特征，特别是考虑到即使是适度隔热的窗户，如果正确定向并与热质量平衡，也可以在采暖季节期间提供净能量增益。几乎任何R-2或更高的玻璃都可以在适当的气候条件下提供净能量增益，有足够的太阳能可用性，因此对平均墙壁u值的影响与块状隔热不同。
然而，不同的绝缘厚度或绝缘空隙和热桥的影响可能是显著的，它们的相对影响随着安装r值的增加而增加。这也是喷涂泡沫的一个未被承认的问题，它通常安装在不均匀的层。
没有卷
克里斯,
添加更多的纤维素会好得多。
AJ为自己说话
我绝对不会说和你一样的关于窗户的事情，我也不允许你用我的名字来为你的胡言乱语辩护。
所有围护结构元件的u值必须取面积平均值，以确定建筑的最大设计热损失/热负荷，以便适当地确定供暖系统的大小。供暖系统必须能够跟上夜间太阳不亮时的热量损失。
根据当地的太阳能利用率和场地遮阳系数，适当朝向的SHGC和U-factor窗户可以减少年热负荷，但热包膜的效率取决于平均U-factor、入渗速率和辐射损失或增益。
虽然好的被动式太阳能设计确实可以减少建筑物的净热负荷，但这是以牺牲热包效率为代价的。这是一种平衡行为，除非通过数学运算，否则无法优化。
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