قيمة R (العزل)

قيمة R هي مقياس للمقاومة الحرارية ، وتحديدًا مدى قدرة حاجز ثنائي الأبعاد، مثل طبقة عازلة أو نافذة أو جدار أو سقف كامل، على مقاومة انتقال الحرارة بالتوصيل ^{[ 2 ]} ، في سياق البناء . ^{[ 3 ]} كلما ارتفعت قيمة R ، زادت قدرة المادة على العزل. ويمكن لقيم R المرتفعة أن تقلل من فواتير التدفئة في الطقس البارد وفواتير التبريد في الطقس الحار.

يمكن التعبير عن قيمة R باستخدام كلٍ من الوحدات المترية ووحدات القياس الأمريكية . عند التعبير عنها بالوحدات المترية، يُستخدم مصطلح RSI-value غالبًا. ^{[ 4 ]} تكون قيم R المُعبر عنها بوحدات القياس الأمريكية أكبر بحوالي 5.68 مرة من قيم R المُعبر عنها بالوحدات المترية. ^{[ 5 ]}

يمكن تحديد قيمة R لمادة واحدة (مثل رغوة البولي إيثيلين )، أو لمجموعة من المواد (مثل جدار أو نافذة). في حالة المواد، تُعبّر عنها عادةً بوحدة R لكل متر، أو لكل بوصة في الولايات المتحدة. وتُجمع قيم R عند تركيب طبقات متعددة من المواد. تُعرّف قيمة R بأنها فرق درجة الحرارة اللازم للحفاظ على وحدة واحدة من التدفق الحراري بين السطح الأكثر دفئًا والسطح الأكثر برودة لحاجز ما في ظل ظروف مستقرة . ^{[ 3 ] [ 6 ]}

معامل انتقال الحرارة (U-factor) أو قيمة U هو معامل انتقال الحرارة الكلي ، ويمكن حسابه بأخذ مقلوب قيمة المقاومة الحرارية (R -value). وهو خاصية تصف مدى كفاءة عناصر البناء في توصيل الحرارة لكل وحدة مساحة عبر تدرج حراري. ^{[ 7 ]} تتكون هذه العناصر عادةً من طبقات متعددة من المواد، مثل تلك التي تشكل غلاف المبنى . ويُقاس معامل انتقال الحرارة بوحدة واط لكل متر مربع كلفن. كلما ارتفعت قيمة U، انخفضت قدرة غلاف المبنى على مقاومة انتقال الحرارة. وتشير قيمة U المنخفضة، أو قيمة R المرتفعة ، عادةً إلى مستويات عزل عالية. وتكمن فائدته في كونه وسيلة للتنبؤ بالسلوك الكلي لعنصر البناء بدلاً من الاعتماد على خصائص المواد الفردية.

تُعرَّف قيمة R على النحو التالي:$${\displaystyle R_{\text{val}}={\frac {\Delta T}{\phi _{q}}},}$$

حيث (باستخدام وحدات النظام الدولي للوحدات):

• ${\displaystyle R_{\text{val}}}$( K ⋅ m ² / W ) هي قيمة R ،
• ${\displaystyle \Delta T}$(K) هو فرق درجة الحرارة بين السطح الأكثر دفئًا والسطح الأكثر برودة للحاجز،
• ${\displaystyle \phi _{q}}$(واط/م ² ) هو التدفق الحراري عبر الحاجز.

تقيس قيمة R لكل وحدة من مساحة السطح المعرضة للحاجز المقاومة الحرارية المطلقة للحاجز. ^{[ 8 ]}$${\displaystyle {\frac {R_{\text{val}}}{A}}=R,}$$

حيث (باستخدام وحدات النظام الدولي للوحدات):

• ${\displaystyle R_{\text{val}}}$هي قيمة R (م ² ⋅ك⋅و ⁻¹ )
• ${\displaystyle A}$مساحة السطح المكشوف للحاجز ( ^م² )
• ${\displaystyle R}$هي المقاومة الحرارية المطلقة (كلفن⋅واط ⁻¹ )

المقاومة الحرارية المطلقة ،${\displaystyle R}$يُحدد هذا المصطلح فرق درجة الحرارة لكل وحدة من معدل تدفق الحرارة اللازم للحفاظ على وحدة واحدة من معدل تدفق الحرارة. ينشأ الالتباس أحيانًا لأن بعض المنشورات تستخدم مصطلح " المقاومة الحرارية" للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من تدفق الحرارة ، بينما تستخدمه منشورات أخرى للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من معدل تدفق الحرارة. ويزداد الالتباس لأن بعض المنشورات تستخدم الرمز R للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من تدفق الحرارة، بينما تستخدمه منشورات أخرى للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من معدل تدفق الحرارة. تستخدم هذه المقالة مصطلح " المقاومة الحرارية المطلقة " للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من معدل تدفق الحرارة، وتستخدم مصطلح "قيمة R" للدلالة على فرق درجة الحرارة لكل وحدة من تدفق الحرارة.

كلما زادت قيمة R ، زادت المقاومة، وبالتالي تحسنت خصائص العزل الحراري للحاجز. تُستخدم قيم R في وصف فعالية مواد العزل وفي تحليل تدفق الحرارة عبر التراكيب (مثل الجدران والأسقف والنوافذ) في ظروف الاستقرار الحراري. ^{[ 8 ]} ينشأ تدفق الحرارة عبر الحاجز من فرق درجة الحرارة بين جانبيه، وتُحدد قيمة R مدى فعالية مقاومة الجسم لهذا التدفق. ^{[ 9 ] [ 10 ]} يُحسب معدل تدفق الحرارة الكلي عبر الحاجز بقسمة فرق درجة الحرارة على قيمة R ثم ضرب الناتج في مساحة السطح المعرضة للحرارة ، ويُقاس بالواط أو بوحدات حرارية بريطانية في الساعة. $${\displaystyle \phi ={\frac {\Delta T\cdot A}{R_{\text{val}}}},}$$

حيث (باستخدام وحدات النظام الدولي للوحدات):

• ${\displaystyle R_{\text{val}}}$هي قيمة R (كلفن⋅م² ^/ واط)،
• ${\displaystyle \Delta T}$يمثل الفرق في درجة الحرارة (كلفن) بين السطح الأكثر دفئًا والسطح الأكثر برودة للحاجز،
• ${\displaystyle A}$تمثل مساحة السطح المعرضة (م² ⁾ للحاجز،
• ${\displaystyle \phi }$يمثل معدل تدفق الحرارة (واط) عبر الحاجز.

طالما أن المواد المعنية عبارة عن مواد صلبة كثيفة متلامسة مباشرة، ^{[ 11 ]} فإن قيم R تكون جمعية؛ على سبيل المثال، قيمة R الكلية لحاجز مكون من عدة طبقات من المواد هي مجموع قيم R للطبقات الفردية . ^{[ 8 ] [ 12 ]}

على سبيل المثال، في فصل الشتاء، قد تكون  درجة الحرارة الخارجية 2 درجة مئوية، بينما  تكون الداخلية 20 درجة مئوية، مما يُحدث فرقًا في درجة الحرارة قدره 18  درجة مئوية أو 18 كلفن. إذا كانت قيمة المقاومة الحرارية  للمادة 4، فإنها ستفقد 0.25 واط لكل (درجة مئوية × متر مربع ⁾ . وبالتالي، في مساحة 100 متر ^مربع ، تكون الطاقة الحرارية المفقودة 0.25 واط لكل (كلفن × ^{متر مربع} ) × 18 درجة مئوية × 100 متر ^مربع = 450 واط. ستكون هناك خسائر أخرى عبر الأرضية والنوافذ وفتحات التهوية، وما إلى ذلك. ولكن بالنسبة لهذه المادة وحدها، فإن 450 واط هي الطاقة المفقودة، ويمكن تعويضها بسخان داخلي بقدرة 450 واط للحفاظ على درجة الحرارة الداخلية.    

تجدر الإشارة إلى أن قيمة R هي مصطلح صناعة البناء ^{[ 3 ]} لما يُعرف في سياقات أخرى باسم " المقاومة الحرارية " "لوحدة مساحة". ^{[ 6 ]} ويُشار إليها أحيانًا بقيمة RSI عند استخدام وحدات النظام الدولي للوحدات (المترية). ^{[ 4 ] [ 13 ]}

يمكن تحديد قيمة R لمادة ما (مثل رغوة البولي إيثيلين )، أو لمجموعة من المواد (مثل جدار أو نافذة). في حالة المواد، غالبًا ما تُعبّر عنها قيمة R لكل وحدة طول (مثلًا، لكل بوصة من السُمك). قد يكون هذا الأخير مُضللًا في حالة مواد العزل الحراري للمباني منخفضة الكثافة، حيث لا تكون قيم R فيها تراكمية: فقيمة R لكل بوصة ليست ثابتة مع زيادة سُمك المادة، بل عادةً ما تنخفض. ^{[ 11 ]}

لا تُذكر وحدات قيمة R (انظر أدناه ) عادةً بشكلٍ صريح، لذا من المهم تحديد الوحدات المستخدمة من السياق: فقيمة R المُعبر عنها بوحدات النظام الدولي للوحدات (IP) ^{[ 14 ]} أكبر بحوالي 5.68 مرة من قيمتها المُعبر عنها بوحدات النظام الدولي للوحدات (SI) ^{[ 5 ]} ، فعلى سبيل المثال، نافذة قيمتها R-2 بوحدات IP يكون لها RSI يساوي 0.35 (لأن 2/5.68 = 0.35). ولا يوجد فرق في قيم R بين الوحدات الأمريكية التقليدية والوحدات الإمبراطورية .

جميع ما يلي يعني نفس الشيء: "هذه نافذة R-2"؛ ^{[ 15 ]} "هذه نافذة R2"؛ ^{[ 16 ] [ 4 ]} "هذه النافذة لها قيمة R تساوي 2"؛ ^{[ 15 ]} "هذه نافذة بقيمة R = 2" ^{[ 17 ]} (وبالمثل مع قيم RSI، والتي تشمل أيضًا إمكانية "توفر هذه النافذة RSI 0.35 من مقاومة تدفق الحرارة" ^{[ 18 ] [ 4 ]} ).

كلما زادت قدرة المادة على توصيل الحرارة ذاتيًا، كما يُحددها معامل التوصيل الحراري ، انخفضت قيمة R الخاصة بها. من ناحية أخرى، كلما زاد سُمك المادة، ارتفعت قيمة R الخاصة بها. في بعض الأحيان، تُساهم عمليات نقل الحرارة الأخرى غير التوصيل (أي الحمل الحراري والإشعاع ) بشكل كبير في نقل الحرارة داخل المادة . في مثل هذه الحالات ، من المفيد استخدام "معامل التوصيل الحراري الظاهري"، الذي يُجسد تأثيرات جميع أنواع العمليات الثلاثة، وتعريف قيمة R بشكل عام على أنها سُمك العينة مقسومًا على معامل التوصيل الحراري الظاهري . فيما يلي بعض المعادلات التي تربط قيمة R العامة هذه، والمعروفة أيضًا باسم قيمة R الظاهرية ، بكميات أخرى: $${\displaystyle R_{\text{val}}^{\prime }={\frac {\Delta x}{k^{\prime }}}={\frac {1}{U_{\text{val}}}}=\Delta x\cdot r^{\prime },}$$أين:

• ${\displaystyle R_{\text{val}}^{\prime }}$تمثل قيمة المقاومة الظاهرية ( K / W ) عبر سمك العينة،
• ${\displaystyle \Delta x}$يمثل سمك العينة ( م ) (مقاسًا على مسار موازٍ لتدفق الحرارة)،
• ${\displaystyle k^{\prime }}$هي الموصلية الحرارية الظاهرية للمادة ( واط / ( كلفن متر ) )،
• ${\displaystyle U_{\text{val}}}$يمثل معامل انتقال الحرارة أو قيمة U للمادة ( واط / كلفن ).
• ${\displaystyle r^{\prime }={k^{\prime }}^{-1}}$هي المقاومة الحرارية الظاهرية للمادة ( K ⋅ m / W ).

تحدد قيمة R الظاهرية الكمية الفيزيائية التي تسمى العزل الحراري .

مع ذلك، فإن هذا التعميم له ثمنه، إذ قد لا تكون قيم المقاومة الحرارية (R) التي تشمل العمليات غير الموصلة قابلة للجمع، وقد تتأثر بدرجة الحرارة بشكل كبير. على وجه الخصوص، بالنسبة للمواد الرخوة أو المسامية، تعتمد قيمة المقاومة الحرارية لكل بوصة عمومًا على سمكها، بحيث تنخفض دائمًا تقريبًا مع زيادة السمك ^{[ 11 ]} ( باستثناء بولي إيزوسيانورات (المعروف أيضًا باسم بولي إيزو )، حيث تزداد قيمة المقاومة الحرارية لكل بوصة مع زيادة السمك ^{[ 19 ]} ). ولأسباب مماثلة، تعتمد قيمة المقاومة الحرارية لكل بوصة أيضًا على درجة حرارة المادة، وعادةً ما تزداد مع انخفاض درجة الحرارة (باستثناء بولي إيزوسيانورات أيضًا)؛ فقد تكون قيمة المقاومة الحرارية الاسمية لطبقة الألياف الزجاجية R-13 هي R-14 عند -12 درجة مئوية (10 درجات فهرنهايت) وR-12 عند 43 درجة مئوية (109 درجات فهرنهايت) ^{[ 20 ]} . ومع ذلك، من الشائع في مجال البناء اعتبار قيم المقاومة الحرارية مستقلة عن درجة الحرارة. ^{[ 21 ]} لاحظ أن قيمة R قد لا تأخذ في الاعتبار العمليات الإشعاعية أو الحملية على سطح المادة ، وهو ما قد يكون عاملاً مهماً لبعض التطبيقات.    

قيمة المقاومة الحرارية (R-value) هي مقلوب معامل انتقال الحرارة ( U-factor ) لمادة أو تركيب. مع ذلك، يُفضل قطاع البناء في الولايات المتحدة استخدام قيم المقاومة الحرارية (R-value) لأنها قابلة للجمع، ولأن القيم الأكبر تعني عزلًا أفضل، وهو ما لا ينطبق على معاملات انتقال الحرارة (U-factor). ^{[ 3 ]}

معامل انتقال الحرارة (U-factor) أو قيمة U هو معامل انتقال الحرارة الكلي الذي يصف مدى كفاءة عنصر البناء في توصيل الحرارة، أو معدل انتقال الحرارة (بالواط) عبر متر مربع واحد من الهيكل مقسومًا على فرق درجة الحرارة عبر الهيكل. ^{[ 7 ]} تتكون العناصر عادةً من تجميعات متعددة الطبقات من المكونات، مثل تلك التي تشكل الجدران/الأرضيات/الأسقف، إلخ. ويُعبر عنه بوحدة واط لكل متر مربع كلفن (W/(m² ^· K)). وهذا يعني أنه كلما ارتفعت قيمة U، انخفض الأداء الحراري لغلاف المبنى. وتشير قيمة U المنخفضة عادةً إلى مستويات عزل عالية. وتُعد هذه القيم مفيدة للتنبؤ بالسلوك المركب لعنصر البناء بأكمله، بدلاً من الاعتماد على خصائص المواد الفردية.

في معظم البلدان، تُحدد خصائص مواد معينة (مثل مواد العزل) من خلال الموصلية الحرارية ، والتي تُسمى أحيانًا قيمة k أو قيمة لامدا (λ). الموصلية الحرارية (قيمة k) هي قدرة المادة على توصيل الحرارة؛ وبالتالي، كلما انخفضت قيمة k، كانت المادة أفضل للعزل. تبلغ قيمة k للبوليسترين الموسع (EPS) حوالي 0.033  واط/(متر·كلفن). ^{[ 22 ]}  وللمقارنة، تبلغ قيمة k لعزل رغوة الفينول حوالي 0.018 واط/(متر·كلفن)، ^{[ 23 ]} بينما تتراوح قيمة k للخشب بين 0.15 و0.75  واط/(متر·كلفن)، وتبلغ قيمة k للفولاذ حوالي 50.0  واط/(متر·كلفن). تختلف هذه الأرقام من منتج لآخر، لذلك وضعت المملكة المتحدة والاتحاد الأوروبي معيار 90/90 مما يعني أن 90٪ من المنتج سيتوافق مع قيمة k المذكورة بمستوى ثقة 90٪ طالما أن الرقم المذكور هو قيمة لامدا 90/90.

U هو مقلوب R. ^{[ 24 ]} يتم قياس U بوحدات النظام الدولي للوحدات W/(m2 ^⋅K ) وبوحدات النظام الأمريكي BTU/(h⋅° ^F⋅ft2 ) .$${\displaystyle U={\frac {1}{R}}={\frac {{\dot {Q}}_{A}}{\Delta T}}={\frac {k}{L}},}$$أين${\displaystyle {\dot {Q}}_{A}}$هو التدفق الحراري ،${\displaystyle \Delta T}$يمثل ΔT فرق درجة الحرارة عبر المادة، و k معامل التوصيل الحراري للمادة، و L سمكها. في بعض السياقات، يُشار إلى U باسم موصلية السطح للوحدة. ^{[ 25 ]}

يُستخدم مصطلح معامل انتقال الحرارة (U-factor) عادةً في الولايات المتحدة وكندا للتعبير عن تدفق الحرارة عبر مكونات المبنى (مثل الأسقف والجدران والنوافذ ^{[ 26 ]} ). على سبيل المثال، تنصّ قوانين الطاقة مثل ASHRAE 90.1 وIECC على قيم U. مع ذلك، يُستخدم مصطلح المقاومة الحرارية (R-value) على نطاق واسع في الممارسة العملية لوصف المقاومة الحرارية لمنتجات العزل وطبقاتها ومعظم أجزاء غلاف المبنى الأخرى (الجدران والأرضيات والأسقف). في مناطق أخرى من العالم، يُستخدم مصطلح U-value/U-factor بشكل أكثر شيوعًا لعناصر غلاف المبنى بالكامل، بما في ذلك النوافذ والأبواب والجدران والأسقف والألواح الأرضية. ^{[ 27 ]}

وحدة النظام الدولي (المترية) لقيمة R هي كلفن متر مربع لكل واط (K⋅m ² /W أو، على نحو مماثل، °C⋅m ² /W).  

بينما وحدة IP (بوصة-رطل) هي درجة فهرنهايت قدم مربع ساعة لكل وحدة حرارية بريطانية (°F⋅ft ² ⋅h/BTU). ^{[ 14 ]}  

لا يوجد فرق بين وحدات القياس الأمريكية ووحدات القياس الإمبراطورية فيما يخص قيم R ، لذا تُستخدم وحدة القياس الإمبراطورية نفسها في كليهما. تستخدم بعض المصادر مصطلح "RSI" عند الإشارة إلى قيم R بوحدات النظام الدولي للوحدات (SI). ^{[ 4 ] [ 13 ]} تكون قيم R المُعبر عنها بوحدات النظام الدولي للوحدات أكبر بحوالي 5.68 مرة من قيم R المُعبر عنها بوحدات النظام الدولي للوحدات. ^{[ 5 ]} على سبيل المثال، نافذة قيمتها R-2 في النظام الدولي للوحدات تعادل تقريبًا RSI 0.35، لأن 2/5.68 ≈ 0.35. في الدول التي يُستخدم فيها النظام الدولي للوحدات بشكل عام، تُعطى قيم R عادةً بوحدات النظام الدولي للوحدات أيضًا. يشمل ذلك المملكة المتحدة وأستراليا ونيوزيلندا . تُعطى قيم النظام الدولي للوحدات بشكل شائع في الولايات المتحدة وكندا ، مع أن كندا عادةً ما تُدرج قيم النظام الدولي للوحدات وقيم RSI معًا. [ ^{28 ] [ 29 ] نظرًا} لعدم تحديد الوحدات بشكل صريح في العادة، يجب تحديد الوحدات المستخدمة من السياق. وفي هذا الصدد، من المفيد أن نضع في اعتبارنا أن قيم IP R أكبر بمقدار 5.68 مرة من قيم SI R المقابلة.

وبشكل أدق، ^{[ 30 ] [ 31 ]} قيمة R (في IP) ≈ قيمة RSI (في SI) × 5.678263 قيمة RSI (في SI) ≈ قيمة R (في IP) × 0.1761102    

توضح الحكومة الأسترالية أن قيم العزل الحراري الإجمالية المطلوبة لمواد البناء تختلف باختلاف المنطقة المناخية. "وتشمل هذه المواد كتل الخرسانة الخلوية، وكتل البوليسترين الموسع المجوفة، وأكوام القش، وألواح البوليسترين المبثوقة المطلية." ^{[ 32 ]}

في ألمانيا، وبعد صدور قانون ترشيد استهلاك الطاقة (EnEv) في 10 أكتوبر 2009، يُشترط على جميع المباني الجديدة إثبات قدرتها على الالتزام بحدود معينة لقيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) لكل مادة بناء على حدة. كما يحدد قانون ترشيد استهلاك الطاقة (EnEv) الحد الأقصى لمعامل انتقال الحرارة لكل مادة جديدة في حال استبدال أو إضافة أجزاء إلى المباني القائمة. ^{[ 33 ]}

تنشر وزارة الطاقة الأمريكية ، ووكالة حماية البيئة الأمريكية من خلال برنامج Energy Star ، قيم العزل الحراري الموصى بها لكل منطقة بناءً على تكاليف الطاقة المحلية العامة للتدفئة والتبريد، بالإضافة إلى مناخ المنطقة . ^{[ 34 ]} توجد أربعة أنواع من العزل: اللفائف والألواح، والعزل السائب، والرغوة الصلبة، والعزل الرغوي الموضعي. اللفائف والألواح عبارة عن مواد عازلة مرنة تأتي عادةً على شكل ألياف، مثل الألياف الزجاجية. يأتي العزل السائب على شكل ألياف سائبة أو حبيبات، ويجب نفخه في الفراغ. الرغوة الصلبة أغلى ثمناً من الألياف، ولكنها تتميز عموماً بقيمة عزل حراري أعلى لكل وحدة سُمك. يمكن نفخ العزل الرغوي الموضعي في مساحات صغيرة للتحكم في تسرب الهواء، مثل تلك الموجودة حول النوافذ، أو يمكن استخدامه لعزل منزل كامل. ^{[ 35 ]}

تؤدي زيادة سُمك طبقة العزل إلى زيادة المقاومة الحرارية. فعلى سبيل المثال، مضاعفة سُمك طبقة الألياف الزجاجية يُضاعف قيمة مقاومتها الحرارية (R-value)، ربما من 2.0  م² ^· ك/واط لسُمك 110  مم، إلى 4.0  م² ^· ك/واط لسُمك 220  مم. يُشبه انتقال الحرارة عبر طبقة العزل إضافة مقاومة إلى دائرة كهربائية متصلة على التوالي بجهد ثابت. إلا أن هذا التشبيه تقريبي فقط، لأن الموصلية الحرارية الفعالة لبعض مواد العزل تعتمد على السُمك. كما أن إضافة مواد لتغليف العازل، مثل ألواح الجبس وألواح التكسية الخارجية، تُضيف قيمة مقاومة حرارية إضافية، ولكنها عادةً ما تكون أقل بكثير.

تتداخل عوامل عديدة عند استخدام قيم R لحساب فقدان الحرارة لجدار معين. تنطبق قيم R التي يحددها المصنّع فقط على العزل المُثبّت بشكل صحيح. إن حشو طبقتين من الصوف الزجاجي في سُمك طبقة واحدة سيزيد من قيمة R، لكنه لن يضاعفها (بمعنى آخر، ضغط الصوف الزجاجي يقلل من قيمة R للصوف نفسه، ولكنه يزيد من قيمة R لكل بوصة).

من العوامل الأخرى أن الدعامات والنوافذ توفر مسارًا موازيًا لتوصيل الحرارة لا يتأثر بقيمة العزل الحراري (R-value). ويترتب على ذلك عمليًا أنه يمكن مضاعفة قيمة العزل الحراري (R-value) للعزل المُثبَّت بين عناصر الهيكل، ومع ذلك لا يُحقق ذلك سوى انخفاضًا في فقد الحرارة أقل بكثير من 50%. فعند تركيب العزل بين دعامات الجدار، حتى العزل المثالي للجدار لا يمنع التوصيل الحراري إلا من خلاله، بينما يبقى فقد الحرارة بالتوصيل عبر مواد مثل النوافذ الزجاجية والدعامات دون تغيير. وقد يُقلل العزل المُثبَّت بين الدعامات من فقد الحرارة الناتج عن تسرب الهواء عبر غلاف المبنى، ولكنه لا يمنعه تمامًا في العادة. أما تركيب طبقة متصلة من عزل الرغوة الصلبة على الجانب الخارجي من غلاف الجدار، فيُوقف الجسور الحرارية عبر الدعامات، ويُقلل أيضًا من معدل تسرب الهواء.

قيمة R هي مقياس لقدرة عينة العزل على تقليل معدل تدفق الحرارة في ظل ظروف اختبار محددة. يُعد التوصيل الحراري النمط الأساسي لانتقال الحرارة الذي يعيقه العزل، ولكنه يقلل أيضًا من فقد الحرارة عبر أنماط انتقال الحرارة الثلاثة: التوصيل، والحمل الحراري، والإشعاع. يُعد الحمل الحراري الطبيعي ، الناتج عن تغير كثافة الهواء مع درجة الحرارة، هو الفقد الحراري الأساسي في حيز غير معزول مملوء بالهواء. يُبطئ العزل الحمل الحراري الطبيعي بشكل كبير، مما يجعل التوصيل الحراري النمط الأساسي لانتقال الحرارة. تحقق العوازل المسامية ذلك عن طريق حبس الهواء، مما يُزيل فقد الحرارة بالحمل الحراري بشكل كبير، ويترك فقط التوصيل الحراري وانتقالًا طفيفًا بالإشعاع. يتمثل الدور الأساسي لهذا النوع من العزل في جعل الموصلية الحرارية للعزل مماثلة لموصلية الهواء الساكن المحبوس. ومع ذلك، لا يمكن تحقيق ذلك بشكل كامل لأن الصوف الزجاجي أو الرغوة اللازمة لمنع الحمل الحراري تزيد من التوصيل الحراري مقارنةً بالهواء الساكن.

يُحقق انتقال الحرارة الإشعاعي الطفيف بوجود أسطح متعددة تحجب الرؤية الواضحة بين السطحين الداخلي والخارجي للعازل، كما هو الحال عند منع مرور الضوء المرئي عبر المواد المسامية. وتكثر هذه الأسطح المتعددة في الحشوات والرغوة المسامية. كما يُقلل الإشعاع باستخدام أسطح خارجية ذات انبعاثية منخفضة (انعكاسية عالية) مثل رقائق الألومنيوم. ويمكن تحقيق موصلية حرارية أقل، أو قيم R أعلى، باستبدال الهواء بغاز الأرجون عند الإمكان، كما هو الحال في عزل الرغوة المغلقة المسام، لأن الأرجون يتميز بموصلية حرارية أقل من الهواء.

يُشابه انتقال الحرارة عبر طبقة عازلة المقاومة الكهربائية . ويمكن حساب انتقال الحرارة بتصور مقاومة موصولة على التوالي بجهد ثابت، إلا أن هذه المقاومات حرارية، والجهد هو فرق درجة الحرارة بين جانبي المادة. وتعتمد مقاومة كل مادة لانتقال الحرارة على المقاومة الحرارية النوعية (قيمة R) مقسومة على سمك الطبقة، وهي خاصية للمادة (انظر الجدول أدناه)، وعلى سمك تلك الطبقة. يحتوي الحاجز الحراري المكون من عدة طبقات على عدة مقاومات حرارية موصولة على التوالي، تمامًا كما هو الحال في الدوائر الكهربائية. وبالمثل، يسمح جدار معزول جيدًا بنافذة معزولة بشكل سيئ بمرور كمية أكبر من الحرارة عبر النافذة (ذات المقاومة المنخفضة)، ولن يؤدي إضافة عزل إضافي للجدار إلا إلى تحسين طفيف في قيمة R الإجمالية. وبالتالي، يلعب الجزء الأقل عزلًا من الجدار الدور الأكبر في انتقال الحرارة نسبةً إلى حجمه، تمامًا كما يمر معظم التيار عبر المقاومة الأقل في دائرة متوازية. وبالتالي فإن ضمان إحكام إغلاق النوافذ وفتحات الخدمة (حول الأسلاك/الأنابيب) والأبواب وغيرها من الفتحات في الجدار وعزلها بشكل جيد هو في كثير من الأحيان الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتحسين عزل الهيكل، بمجرد عزل الجدران بشكل كافٍ.

كما هو الحال مع المقاومة في الدوائر الكهربائية، فإن زيادة الطول الفعلي (أو السماكة في حالة العزل) لعنصر مقاوم، كالجرافيت مثلاً، تزيد المقاومة بشكل خطي؛ فمضاعفة سماكة الطبقة تعني مضاعفة قيمة R وتقليل انتقال الحرارة إلى النصف؛ ومضاعفتها أربع مرات تعني ربعها؛ وهكذا. عملياً، لا تنطبق هذه العلاقة الخطية دائماً على المواد القابلة للانضغاط كالصوف الزجاجي وحشوة القطن، إذ تتغير خصائصها الحرارية عند انضغاطها. فعلى سبيل المثال، إذا وفرت طبقة واحدة من عزل الألياف الزجاجية في العلية مقاومة حرارية R-20، فإن إضافة طبقة ثانية لن تضاعف المقاومة الحرارية بالضرورة، لأن الطبقة الأولى ستنضغط بفعل وزن الطبقة الثانية.

لإيجاد متوسط ​​فقدان الحرارة لكل وحدة مساحة، ببساطة اقسم فرق درجة الحرارة على قيمة R للطبقة.

إذا كانت درجة حرارة المنزل الداخلية 20  درجة مئوية، ودرجة حرارة تجويف السقف 10  درجات مئوية، فإن فرق درجة الحرارة هو 10  درجات مئوية (أو 10  كلفن). بافتراض أن السقف معزول بمعامل عزل حراري RSI 2.0 (R = 2  م² ^· ك/واط)، فإن الطاقة ستُفقد بمعدل 10  كلفن / (2  كلفن· ^م² /واط) = 5  واط لكل متر مربع (واط/م² ⁾ من السقف. قيمة RSI المستخدمة هنا خاصة بطبقة العزل الفعلية (وليست لكل وحدة سُمك من العزل).

يُعدّ تدهور قيم المقاومة الحرارية (R-values) مشكلةً خاصةً عند تحديد كفاءة الطاقة في المباني القائمة. ففي المباني القديمة أو التاريخية تحديدًا، قد تختلف قيم المقاومة الحرارية المُحددة قبل الإنشاء اختلافًا كبيرًا عن القيم الفعلية، مما يؤثر سلبًا على تحليل كفاءة الطاقة. وللحصول على بيانات موثوقة، تُحدد قيم المقاومة الحرارية غالبًا عن طريق قياسات معامل انتقال الحرارة (U-value) في الموقع المحدد (في الموقع). وهناك عدة طرق محتملة لذلك، لكل منها مزاياها وعيوبها، منها: التصوير الحراري، وقياسات درجات الحرارة المتعددة، وطريقة تدفق الحرارة. ^{[ 7 ]}

التصوير الحراري

تُستخدم تقنية التصوير الحراري في قطاع البناء لتقييم جودة العزل الحراري للغرف والمباني. وباستخدام كاميرا التصوير الحراري، يمكن تحديد الجسور الحرارية وأجزاء العزل غير المتجانسة. مع ذلك، لا تُنتج هذه التقنية أي بيانات كمية، بل تُستخدم فقط لتقريب قيمة معامل انتقال الحرارة (U-value) أو مقلوب قيمة المقاومة الحرارية (R-value).

تتميز الألواح المعزولة بتفريغ الهواء بأعلى قيمة عزل حراري (R-value)، حيث تبلغ حوالي 45 لكل بوصة (بالوحدات الأمريكية). يليها في القيمة عزل الأيروجيل (من 10 إلى 30 لكل بوصة)، ثم عزل البولي يوريثان (PUR) وعزل رغوة الفينول بقيمة R-7 لكل بوصة. يليها مباشرةً عزل البولي إيزوسيانورات (PIR) بقيمة R-5.8، ثم البوليسترين الموسع المشبع بالجرافيت بقيمة R-5، وأخيرًا البوليسترين الموسع (EPS) بقيمة R-4 لكل بوصة. أما السليلوز السائب، والألياف الزجاجية (سواء المنفوخة أو على شكل لفائف)، والصوف الصخري (سواء المنفوخ أو على شكل لفائف)، فتتراوح قيمة عزلها الحراري (R-value) بين 2.5 و4 لكل بوصة تقريبًا.

تُقدّر قيمة العزل الحراري لأكوام القش بحوالي 2.38 إلى 2.68 لكل بوصة، وذلك بحسب اتجاه الأكوام. ^{[ 43 ]} ومع ذلك، تتميز المنازل المصنوعة من أكوام القش بجدران سميكة جدًا، مما يجعلها معزولة حراريًا بشكل جيد. أما الثلج، فتبلغ قيمة عزله الحراري حوالي 1 لكل بوصة. بينما يتميز الطوب بقدرة عزل حراري ضعيفة جدًا، حيث تبلغ قيمته 0.2 فقط لكل بوصة؛ إلا أنه يتمتع بكتلة حرارية جيدة نسبيًا .

لاحظ أن الأمثلة المذكورة أعلاه تستخدم جميعها تعريف الولايات المتحدة (غير النظام الدولي للوحدات) لقيمة R.

• يتضمن جدول قيم العزل الحراري (R-values) في موقع InspectApedia مراجع المصادر الأصلية.
• معلومات حول حسابات ومعاني وعلاقات مصطلحات انتقال الحرارة والمقاومة ذات الصلة
• جدول قيم العزل الحراري لمواد البناء الأمريكية
• العمل مع قيم R ( مؤرشف بتاريخ 10 سبتمبر 2012 على موقع Wayback Machine)