Terminen massa

terminen massa parantaa tehokkaasti rakennusmukavuutta missä tahansa paikassa, jossa esiintyy tämäntyyppisiä vuorokautisia lämpötilavaihteluita—sekä talvella että kesällä.Hyvin käytettynä ja yhdistettynä passiiviseen aurinkosuunnitteluun, terminen massa voi olla tärkeä rooli merkittävässä energiankulutuksen vähentämisessä aktiivisissa lämmitys-ja jäähdytysjärjestelmissä.Termisen massan omaavien materiaalien käyttö on edullisinta silloin, kun ulkolämpötiloissa on suuri ero päivästä yöhön (tai kun yölämpötilat ovat vähintään 10 astetta viileämpiä kuin termostaatin asetuspiste).Termejä heavy-weight ja light-weight käytetään usein kuvaamaan rakennuksia, joilla on erilaiset termiset massastrategiat, ja ne vaikuttavat numeeristen tekijöiden valintaan, joita käytetään myöhemmissä laskelmissa kuvaamaan niiden lämpövastetta lämmitykseen ja cooling.In Talotekniikka, dynaamisen simuloinnin laskennallisen mallintamisohjelmiston käyttö on mahdollistanut ympäristösuorituskyvyn tarkan laskemisen rakennuksissa, joissa on erilaiset rakenteet, ja eri vuosittaisten ilmastotietojen osalta. Näin arkkitehti tai insinööri voi tutkia yksityiskohtaisesti raskaiden ja kevyiden rakenteiden sekä eristystasojen välistä suhdetta mekaanisten lämmitys-tai jäähdytysjärjestelmien energiankulutuksen vähentämisessä tai jopa tällaisten järjestelmien tarpeen poistamisessa kokonaan.

hyvän lämpömassan vaatimat ominaisuudet

ihanteelliset materiaalit lämpömassalle ovat sellaisia materiaaleja, joilla on:

• suuri ominaislämpökapasiteetti,
• suuri tiheys

millä tahansa kiinteällä, nestemäisellä tai kaasulla, jolla on massaa, on jokin terminen massa. Yleinen harhaluulo on, että vain betonin tai maan maaperässä on termistä massaa; ilmallakin on termistä massaa (joskin hyvin vähän).

rakennusmateriaalien tilavuuslämpökapasiteetista on saatavilla taulukko, mutta huomaa, että niiden termisen massan määritelmä on hieman erilainen.

termisen massan käyttö eri ilmastoissa

termisen massan oikea käyttö ja soveltaminen riippuu piirin vallitsevasta ilmastosta.

lauhkeat ja kylmät lauhkeat ilmastotedit

auringolle altistuva lämpösäteilyedit

lämpösäteily on ihanteellisesti rakennuksen sisällä ja sijaitsee paikassa, jossa se voi edelleen altistua matalakulmaiselle talviauringolle (ikkunoiden kautta) mutta eristettynä lämpöhäviöltä. Kesällä sama terminen massa tulee peittää korkeakulmaiselta kesäauringolta rakenteen ylikuumenemisen estämiseksi.

terminen massa lämpiää päivän aikana passiivisesti auringossa tai lisäksi sisäisissä lämmitysjärjestelmissä. Massaan varastoitunut lämpöenergia vapautuu yön aikana takaisin sisätiloihin. On tärkeää, että sitä käytetään yhdessä passiivisen aurinkosuunnittelun vakioperiaatteiden kanssa.

mitä tahansa lämpömassaa voidaan käyttää. Betonilaattaperusta, joka jätetään joko paljaaksi tai peitetään johtavilla materiaaleilla, esim. laatoilla, on yksi helppo ratkaisu. Toinen uusi menetelmä on sijoittaa puurunkoisen talon muurattu julkisivu sisäpuolelle (”Käänteinen tiiliviilu”). Terminen massa tässä tilanteessa on paras soveltaa laajalla alueella eikä suuria määriä tai paksuuksia. 7.5-10 cm (3-4″) on usein riittävä.

koska tärkein lämpöenergian lähde on aurinko, lasituksen suhde termiseen massaan on tärkeä huomioon otettava tekijä. Tämän selvittämiseksi on laadittu erilaisia kaavoja. Yleensä aurinkoon kohdistuvaa lisämassaa on käytettävä suhteessa 6:1-8: 1 mille tahansa aurinkoon suunnatulle alueelle (eteläisellä pallonpuoliskolla pohjoiseen tai pohjoisella pallonpuoliskolla etelään), joka on yli 7 prosenttia kokonaispinta-alasta. Esimerkiksi 200 m2: n talossa, jossa on 20 m2 aurinkolasia, on 10% lasituksesta kokonaislattiapinta-alan mukaan; 6 m2 tästä lasituksesta vaatii lisää lämpömassaa. Siksi edellä olevan 6:1-8:1-suhteen avulla tarvitaan vielä 36-48 m2 aurinkosäteilylle altistuvaa lämpömassaa. Tarkat vaatimukset vaihtelevat ilmastosta toiseen.

moderni luokkahuone, jossa on luonnollinen ilmanvaihto avaamalla ikkunat ja altistunut terminen massa kiinteästä betonilattiasta soffit auttaa hallitsemaan kesäisiä lämpötiloja

lämpömassa, jolla rajoitetaan kesäaikaa ylikuumentamalla se

, on ihanteellisesti sijoitettu rakennukseen, jossa se on suojattu suoralta auringon nousulta mutta alttiina rakennuksen asukkaille. Sen vuoksi se liitetään yleisimmin umpibetonilattialaattoihin luonnollisesti ilmastoiduissa tai matalaenergiaisissa mekaanisesti ilmastoiduissa rakennuksissa, joissa betonisoffit jätetään alttiiksi vallatulle tilalle.

päivän aikana lämpöä saadaan auringosta, rakennuksen asukkaista sekä sähkövalaistuksesta ja-laitteista, mikä aiheuttaa ilman lämpötilan nousun tilassa, mutta tämä lämpö imeytyy edellä olevaan betonilaataan, jolloin lämpötilan nousu tilassa jää ihmisen lämpömukavuuden kannalta hyväksyttävälle tasolle. Lisäksi betonilaatan alempi pintalämpötila imee myös säteilylämpöä suoraan asukkailta hyötyen myös heidän lämpömukavuudestaan.

päivän loppuun mennessä laatta on vuorostaan lämmennyt, ja nyt ulkolämpötilojen laskiessa lämpö voidaan vapauttaa ja laatta jäähdyttää, valmiina seuraavan päivän alkuun. Tämä ”regenerointiprosessi” on kuitenkin tehokas vain, jos rakennuksen ilmanvaihtojärjestelmää käytetään yöllä lämmön siirtämiseksi pois laatasta. Luonnollisesti ilmastoiduissa rakennuksissa on normaalia tarjota automaattisia ikkuna-aukkoja, jotka helpottavat tätä prosessia automaattisesti.

kuuma, kuiva ilmasto (esim. aavikko)Edit

tiiliseinäinen rakennus Santa Fessä New Mexicossa

tämä on klassinen termisen massan käyttö. Tällaisia ovat esimerkiksi savitiilet, ränsistyneet maa-tai kalkkikiviset kerrostalot. Sen toiminta riippuu suuresti päivän lämpötilan merkittävistä vaihteluista. Seinä vaikuttaa pääasiassa hidastavan lämmön siirtymistä ulkotiloista sisätiloihin päivän aikana. Suuri volumetrinen lämpökapasiteetti ja paksuus estävät lämpöenergian pääsyn sisäpinnalle. Kun lämpötila laskee yöllä, seinät säteilevät lämpöenergiaa takaisin yötaivaalle. Tässä sovelluksessa on tärkeää, että tällaiset seinät ovat massiivisia lämmön siirtymisen estämiseksi sisätiloihin.

kuuma kostea ilmasto (esim. subtrooppinen ja trooppinen)Edit

termisen massan käyttö on haastavinta tässä ympäristössä, jossa yölämpötilat pysyvät korkeina. Sitä käytetään pääasiassa väliaikaisena jäähdytyslevynä. Se on kuitenkin sijoitettava strategisesti ylikuumenemisen estämiseksi. Se on sijoitettava alueelle, joka ei ole suoraan alttiina auringon nousulle ja mahdollistaa myös riittävän ilmanvaihdon yöllä kuljettamaan varastoitua energiaa nostamatta sisälämpötiloja. Jos sitä käytetään lainkaan, sitä tulee käyttää harkittuja määriä eikä suuria paksuuksia.

lämpömassoille yleisesti käytetyt materiaalit

• vesi: veden tilavuuslämpökapasiteetti on kaikista yleisesti käytetyistä materiaaleista suurin. Tyypillisesti se sijoitetaan suuriin säiliöihin, esimerkiksi akryyliputkiin, alueelle, jossa on suoraa auringonvaloa. Sitä voidaan käyttää myös kyllästää muunlaista materiaalia, kuten maaperän lisätä lämpökapasiteettia.
• Betoni, savitiilet ja muu muuraus: betonin lämmönjohtavuus riippuu sen koostumuksesta ja kovettumistekniikasta. Betonit, joissa on kiviä, ovat lämpöjohtavampia kuin betonit, joissa on tuhkaa, perliittiä, kuituja ja muita eristäviä aggregaatteja. Betonin lämpömassaominaisuudet säästävät 5-8% vuotuisissa energiakustannuksissa verrattuna havutavaraan.
• eristetyt betonilevyt koostuvat sisemmästä betonikerroksesta, joka antaa lämpömassakertoimen. Tämä on eristetty ulkopuolelta tavanomaisella vaahtoeristeellä ja sitten peitetty uudelleen uloimmalla betonikerroksella. Vaikutus on erittäin tehokas rakennuksen eristys kirjekuori.
• eristäviä betonimuotoja käytetään yleisesti termisen massan tuottamiseen rakennusten rakenteisiin. Eristävät betonimuodot tarjoavat betonin ominaislämpökapasiteetin ja massan. Lämpö inertia rakenne on erittäin suuri, koska massa on eristetty molemmin puolin.
• savitiili, adobe brick tai mudbrick: katso tiili ja adobe.
• maa, muta ja sod: lian lämpökapasiteetti riippuu sen tiheydestä, kosteuspitoisuudesta, hiukkasten muodosta, lämpötilasta ja koostumuksesta. Nebraskan varhaiset uudisasukkaat rakensivat taloja, joissa oli paksut muurit, koska puusta, kivestä ja muista rakennusmateriaaleista oli pulaa. Seinien äärimmäinen paksuus tarjosi jonkin verran eristystä, mutta toimi pääasiassa termisenä massana, absorboiden lämpöenergiaa päivällä ja vapauttaen sitä yön aikana. Nykyään ihmiset käyttävät joskus maa-suojia kotinsa ympärillä samaan vaikutukseen. Maasuojauksessa terminen massa ei tule vain rakennuksen seinistä, vaan ympäröivästä maasta, joka on fyysisessä kosketuksessa rakennuksen kanssa. Näin saadaan melko tasainen, maltillinen lämpötila, joka vähentää lämmön virtausta viereisen seinän läpi.
• Rammed earth: rammed earth tarjoaa erinomaisen termisen massan suuren tiheytensä ja rakentamisessaan käytetyn maa-aineksen suuren ominaislämpökapasiteetin vuoksi.
• luonnonkivi ja-kivi: katso kivenhakkaaja.
• hirsiä käytetään rakennusmateriaalina talojen ulko-ja ehkä myös sisäseinien luomisessa. Hirsitalot eroavat eräistä muista edellä luetelluista rakennusmateriaaleista, koska massiivipuulla on sekä kohtalainen R-arvo (eristys) että merkittävä terminen massa. Sen sijaan vedellä, maalla, kivillä ja betonilla on kaikilla matalat R-arvot. Tämän termisen massan ansiosta Hirsitalo kestää lämpöä paremmin kylmemmällä säällä ja säilyttää paremmin viileämmän lämpötilansa kuumemmalla säällä.
• Vaihemuutosmateriaalit

Kausienergiavarastoedit

jos massaa käytetään tarpeeksi, se voi luoda kausittaisen edun. Toisin sanoen se voi lämmittää talvella ja jäähtyä kesällä. Tätä kutsutaan joskus passiiviseksi vuosilämmön varastoinniksi tai PAH-yhdisteiksi. PAHS-järjestelmää on käytetty onnistuneesti 7000 jalan korkeudessa. Coloradossa ja useissa kodeissa Montanassa. New Mexicon Maaalukset käyttävät passiivista lämmitystä ja jäähdytystä sekä kierrätysrenkaita perustusseinän rakentamiseen, jolloin saadaan maksimaalinen PAH/STES-arvo. Sitä on käytetty menestyksekkäästi myös Britanniassa Hockertonin Asuntoprojektissa.