Lämpöresistanssi

Lämpöresistanssi eli lämpövastus tai lämmönvastus tai terminen resistanssi (tunnus R_th) kuvaa, miten paljon lämpötilaeroa tulee jossakin lämpöä johtavassa kohteessa, kun tietty lämpöteho vaikuttaa kohteen toisella puolella. Lämpöresistanssilla voidaan kuvata esimerkiksi jäähdytyselementin kykyä siirtää lämpöä pois jäähdytettävästä kohteesta tai lämmön vuotamista jonkin eristerakenteen läpi. Mitä suurempi lämpöresistanssilukema on, sitä huonommin lämpö johtuu. SI-järjestelmän mukaisesti lämpöresistanssille tulee yksiköksi kelviniä wattia kohti eli K/W.

Rakennusfysiikassa lämmönvastus saa hieman SI-järjestelmästä poikkeavan merkityksen. Rakennusfysiikassa lämmönvastusta ei suhteuteta pinta-alaan, jolloin tuloksena on yksikkö K·m²/W.^[1]

Lämpökonduktanssi (lämpöresistanssin käänteisarvo)

Lämmön johtumista voidaan kuvata myös lämpöresistanssin käänteisarvolla eli lämpökonduktanssilla (yksikkö W/K). Tälle suureelle käytetään toisinaan ilmaisua lämmönjohtavuus, vaikka tätä sanaa toisaalta käytetään materiaalin lämmönjohtokyvystä eli lämpökonduktiivisyydestä (materiaalin ominaissuure).

Rakennusfysiikassa lämpökonduktanssia ei suhteuteta pinta-alaan, jolloin tuloksena on yksikkö W/(m²·K) ja suurettakin kutsutaan yleensä lämmönläpäisykertoimeksi tai U-arvoksi.

Lämpöresistanssin laskeminen

Laskeminen yleensä

Lämpöresistanssi R_th on lämpötilaeron ΔT suhde tehoon P:

R_th = ΔT/P

SI-järjestelmä mukainen yleinen lämpöresistanssi R_th jollekin kappaleelle (poikkipinta-ala A ja pituus l) voidaan laskea materiaalille ominaisen lämmönjohtavuuden λ avulla:

R_th = l / (λ·A)

Laskeminen rakennustekniikassa

Rakennusfysiikassa ollaan kiinnostuneita vain rakenteen suhteellisesta kyvystä vastustaa lämmönvirtausta, sen vuoksi lämpövastusta ei jaeta pinta-alalla. Lämmönjohtamiskyvystä käytetään lämpövastuksen käänteislukua (${\displaystyle \scriptstyle U={\frac {1}{R_{t}}}}$), jota kutsutaan lämmönläpäisykertoimeksi (U). Lämmönläpäisykerroin kuvaa johtuvaa lämpövuota lämpötilayksikköä kohden U = [W/(m²K)]. Lämpöteho eli häviöteho [W] saadaan kertomalla lämmönläpäisykerroin kohteen pinta-alalla ja lämpötilaerolla.

Lämmönvastusmerkintöjä:

${\displaystyle R_{t}=}$ kokonaislämmönvastus rakennusfysiikassa

${\displaystyle R_{i}=}$ kerroksen lämmönvastus rakennusfysiikassa

${\displaystyle R_{a}=}$ kerroksen osan lämmönvastus rakennusfysiikassa

Kerrokselliset rakenteet

Rakenteiden laskennallisessa mitoituksessa käytetään normaalista lämmönjohtavuutta (${\displaystyle \scriptstyle \lambda _{n}=[{\frac {W}{m\cdot K}}]}$).

Kerroksen lämmönvastus (${\displaystyle \scriptstyle R_{i}=[{\frac {K\cdot m^{2}}{W}}]}$) on kappaleen paksuuden (${\displaystyle \scriptstyle d=[m]}$) ja kappaleen lämmönjohtavuuden (${\displaystyle \scriptstyle \lambda _{n}}$) osamäärän käänteisluku:

${\displaystyle R_{i}={\frac {d}{\lambda }}.}$

Useammasta kerroksesta koostuvassa rakenteessa kokonaislämmönvastus R_t saadaan laskemalla kerroksien lämmönvastukset yhteen:

${\displaystyle R_{t}=\sum _{i=1}^{n}R_{i}=R_{1}+R_{2}+R_{3}+...+R_{n}.}$^[2]

Rinnakkaiset rakenteet

${\displaystyle f_{a}=}$ kerroksen osan suhteellinen pinta-ala

${\displaystyle R_{a}=}$ kerroksen osan lämmönvastus rakennusfysiikassa

${\displaystyle f_{a}={\frac {A_{i}}{A_{kok}}}}$  ; ${\displaystyle A_{kok}=\sum _{i=1}^{n}A_{i}}$

${\displaystyle R_{i}={\frac {1}{\sum _{a=1}^{n}({\frac {f_{a}}{R_{a}}})}}}$

Eli ${\displaystyle R_{i}={\frac {1}{{\frac {f_{1}}{R_{1}}}+{\frac {f_{2}}{R_{2}}}+{\frac {f_{3}}{R_{3}}}+...}}}$^[2]

Katso myös

• Lämmönläpäisykerroin
• Lämmönsiirtymiskerroin
• Sähköisten suureiden analogiat, lämpöimpedanssi
• Lämpökonduktanssikvantti

Lähteet

• Lämmöneristys – Ohjeet 2003; C4 Suomen rakentamismääräyskokoelma; Ympäristöministeriön asetus lämmöneristyksestä, 2002

Viitteet