Termisk masse

termisk masse er effektiv til at forbedre bygningskomforten på ethvert sted, der oplever disse typer daglige temperaturudsving—både om vinteren og om sommeren.Når den bruges godt og kombineret med passivt soldesign, kan termisk masse spille en vigtig rolle i større reduktioner af energiforbruget i aktive varme-og kølesystemer.Anvendelsen af materialer med termisk masse er mest fordelagtig, hvor der er en stor forskel i udetemperaturer fra dag til nat (eller hvor nattetemperaturer er mindst 10 grader køligere end termostatindstillingspunktet).Udtrykkene tungvægt og letvægt bruges ofte til at beskrive bygninger med forskellige termiske massestrategier og påvirker valget af numeriske faktorer, der anvendes i efterfølgende beregninger til at beskrive deres termiske respons på opvarmning og cooling.In building services engineering, brugen af dynamisk simulering beregningsmodelleringsprogrammer har givet mulighed for nøjagtig beregning af miljøpræstationen i bygninger med forskellige konstruktioner og til forskellige årlige klimadatasæt. Dette gør det muligt for arkitekten eller ingeniøren at undersøge detaljeret forholdet mellem tunge og lette konstruktioner samt isoleringsniveauer ved at reducere energiforbruget til mekaniske varme-eller kølesystemer eller endda fjerne behovet for sådanne systemer helt.

egenskaber, der kræves til god termisk masseredit

ideelle materialer til termisk masse er de materialer, der har:

• høj specifik varmekapacitet,
• høj densitet

ethvert fast stof, væske eller gas, der har masse, vil have en vis termisk masse. En almindelig misforståelse er, at kun beton eller jordjord har termisk masse; selv luft har termisk masse (skønt meget lidt).

en tabel med volumetrisk varmekapacitet til byggematerialer er tilgængelig, men bemærk at deres definition af termisk masse er lidt anderledes.

anvendelse af termisk masse i forskellige klimaerredit

korrekt anvendelse og anvendelse af termisk masse afhænger af det fremherskende klima i et distrikt.

tempererede og kolde tempererede klimaerrediger

soleksponeret termisk masserediger

termisk masse er ideelt placeret i bygningen og ligger, hvor den stadig kan udsættes for lavvinkel vinter sollys (via vinduer), men isoleret fra varmetab. Om sommeren skal den samme termiske masse skjules fra sommerlys med højere vinkel for at forhindre overophedning af strukturen.

den termiske masse opvarmes passivt af solen eller yderligere af interne varmesystemer i løbet af dagen. Termisk energi lagret i massen frigives derefter tilbage i det indre i løbet af natten. Det er vigtigt, at det bruges sammen med standardprincipperne for passiv soldesign.

enhver form for termisk masse kan anvendes. En betonplade fundament enten venstre eksponeret eller dækket med ledende materialer, f.eks fliser, er en nem løsning. En anden ny metode er at placere murværkets facade på et træindrammet hus på indersiden (‘reverse-brick finer’). Termisk masse i denne situation anvendes bedst over et stort område snarere end i store mængder eller tykkelser. 7.5-10 cm (3-4″) er ofte tilstrækkelig.

da den vigtigste kilde til termisk energi er Solen, er forholdet mellem glas og termisk masse en vigtig faktor at overveje. Forskellige formler er blevet udtænkt for at bestemme dette. Som hovedregel skal der anvendes yderligere soleksponeret termisk masse i et forhold fra 6:1 til 8:1 for ethvert område med solvendt (nordvendt på den sydlige halvkugle eller sydvendt på den nordlige halvkugle) ruder Over 7% af det samlede gulvareal. For eksempel har et 200 m2 hus med 20 m2 solvendt ruder 10% af ruder efter det samlede gulvareal; 6 m2 af denne rude vil kræve yderligere termisk masse. Derfor kræves der yderligere 36-48 m2 soleksponeret termisk masse ved hjælp af forholdet 6:1 til 8:1 ovenfor. De nøjagtige krav varierer fra Klima til klima.

et moderne skoleklasserum med naturlig ventilation ved at åbne vinduer og udsat termisk masse fra en solid betongulv soffit for at hjælpe med at kontrollere sommertemperaturerne

termisk masse til begrænsning af overophedning om sommeren

termisk masse er ideelt placeret i en bygning, hvor den er afskærmet mod direkte solforøgelse, men udsat for bygningens beboere. Det er derfor oftest forbundet med faste betongulvplader i naturligt ventilerede eller lavenergi mekanisk ventilerede bygninger, hvor betonsoffitten efterlades udsat for Det besatte rum.

i løbet af dagen opnås varme fra solen, beboerne i bygningen og enhver elektrisk belysning og udstyr, hvilket får lufttemperaturerne i rummet til at stige, men denne varme absorberes af den eksponerede betonplade ovenfor, hvilket begrænser temperaturstigningen i rummet til at være inden for acceptable niveauer for menneskelig termisk komfort. Derudover absorberer betonpladens lavere overfladetemperatur også strålevarme direkte fra beboerne, hvilket også drager fordel af deres termiske komfort.

ved udgangen af dagen er pladen igen opvarmet, og nu, når de ydre temperaturer falder, kan varmen frigives, og pladen afkøles, klar til starten af den næste dag. Denne “regenereringsproces” er dog kun effektiv, hvis bygningsventilationssystemet betjenes om natten for at transportere varmen fra pladen. I naturligt ventilerede bygninger er det normalt at tilvejebringe automatiserede vinduesåbninger for automatisk at lette denne proces.

varme, tørre klimaer (f. eks ørken)Rediger

en adobe muret bygning i Santa Fe

dette er en klassisk brug af termisk masse. Eksempler inkluderer adobe, vædret jord, eller kalksten blokhuse. Dens funktion er meget afhængig af markerede daglige temperaturvariationer. Væggen virker overvejende for at forsinke varmeoverførslen fra det ydre til det indre i løbet af dagen. Den høje volumetriske varmekapacitet og tykkelse forhindrer termisk energi i at nå den indre overflade. Når temperaturen falder om natten, udstråler væggene den termiske energi tilbage i nattehimlen. I denne applikation er det vigtigt, at sådanne vægge er massive for at forhindre varmeoverførsel ind i interiøret.

varmt fugtigt klima (f.eks. subtropisk og tropisk)Rediger

brugen af termisk masse er den mest udfordrende i dette miljø, hvor nattetemperaturer forbliver forhøjede. Dens anvendelse er primært som en midlertidig køleskab. Det skal dog være strategisk placeret for at forhindre overophedning. Det skal placeres i et område, der ikke er direkte udsat for solforstærkning, og som også tillader tilstrækkelig ventilation om natten til at transportere lagret energi uden at øge de indre temperaturer yderligere. Hvis det overhovedet skal bruges, skal det bruges i fornuftige mængder og igen ikke i store tykkelser.

materialer, der almindeligvis anvendes til termisk masseredit

• vand: vand har den højeste volumetriske varmekapacitet af alt almindeligt anvendt materiale. Typisk placeres den i store beholdere, for eksempel akrylrør i et område med direkte sollys. Det kan også bruges til at mætte andre typer materiale såsom jord for at øge varmekapaciteten.
• beton, lersten og andre former for murværk: den termiske ledningsevne af beton afhænger af dens sammensætning og hærdningsteknik. Beton med sten er mere termisk ledende end beton med aske, perlit, fibre og andre isolerende aggregater. Betonens termiske masseegenskaber sparer 5-8% i årlige energiomkostninger sammenlignet med nåletræstømmer.
• isolerede betonpaneler består af et indre lag af beton for at tilvejebringe den termiske massefaktor. Dette isoleres udefra ved en konventionel skumisolering og dækkes derefter igen med et ydre lag af beton. Effekten er en meget effektiv bygningsisoleringskuvert.
• isolerende betonformer bruges ofte til at tilvejebringe termisk masse til bygningskonstruktioner. Isolerende betonformer giver den specifikke varmekapacitet og masse af beton. Termisk inerti af strukturen er meget høj, fordi massen er isoleret på begge sider.
• lersten, adobe mursten eller mudbrick: se mursten og adobe.
• jord, mudder og sod: snavsens varmekapacitet afhænger af dens densitet, fugtindhold, partikelform, temperatur og sammensætning. Tidlige bosættere til Nebraska byggede huse med tykke vægge lavet af snavs og sod, fordi træ, sten og andre byggematerialer var knappe. Den ekstreme tykkelse af væggene gav en vis isolering, men tjente hovedsageligt som termisk masse, absorberede termisk energi i løbet af dagen og frigav den i løbet af natten. I dag bruger folk nogle gange jorden i ly omkring deres hjem for den samme effekt. I jordbeskyttelse kommer den termiske masse ikke kun fra bygningens vægge, men fra den omgivende jord, der er i fysisk kontakt med bygningen. Dette giver en ret konstant, modererende temperatur, der reducerer varmestrømmen gennem den tilstødende væg.
• Rammed earth: rammed earth giver fremragende termisk masse på grund af dens høje densitet og den høje specifikke varmekapacitet af jorden, der anvendes i dens konstruktion.
• natursten og sten: se stenmureri.
• Logs bruges som byggemateriale til at skabe det ydre, og måske også det indre, vægge i boliger. Bjælkehuse adskiller sig fra nogle andre byggematerialer, der er anført ovenfor, fordi massivt træ har både moderat R-værdi (isolering) og også betydelig termisk masse. I modsætning hertil har vand, jord, klipper og beton alle lave R-værdier. Denne termiske masse gør det muligt for et bjælkehus at holde varmen bedre i koldere vejr og bedre bevare sin køligere temperatur i varmere vejr.
• Faseskiftmaterialer

sæsonbestemt energilagringredit

hvis der anvendes tilstrækkelig masse, kan det skabe en sæsonbestemt fordel. Det vil sige, det kan varme om vinteren og køle om sommeren. Dette kaldes undertiden passiv årlig varmelagring eller PAH ‘ er. PAHS-systemet er med succes blevet brugt på 7000 ft. i Colorado og i en række hjem i Montana. Jordskibene bruger passiv opvarmning og køling samt brug af genanvendte dæk til fundamentvæg, hvilket giver en maksimal PAH ‘ er/STES. Det er også blevet brugt med succes i Storbritannien på Hockerton Housing Project.