Termikus tömeg

a termikus tömeg hatékonyan javítja az épület kényelmét minden olyan helyen, ahol ilyen típusú napi hőmérsékleti ingadozások tapasztalhatók—mind télen, mind nyáron.Ha jól használják, és passzív napenergia-tervezéssel kombinálják, a hőtömeg fontos szerepet játszhat az aktív fűtési és hűtési rendszerek energiafelhasználásának jelentős csökkentésében.A hőtömegű anyagok használata akkor a legelőnyösebb, ha nagy a különbség a kültéri hőmérsékletekben nappalról éjszakára (vagy ha az éjszakai hőmérséklet legalább 10 fokkal hűvösebb, mint a termosztát beállított pontja).A nehéz-és könnyűsúly kifejezéseket gyakran használják különböző hőtömegstratégiával rendelkező épületek leírására, és befolyásolják a későbbi számításokban használt numerikus tényezők kiválasztását a fűtésre adott hőreakciójuk leírására és cooling.In building services engineering, a dinamikus szimulációs számítási modellező szoftver használata lehetővé tette a különböző építésű épületek környezeti teljesítményének pontos kiszámítását és a különböző éves éghajlati adatkészleteket. Ez lehetővé teszi az építész vagy mérnök számára, hogy részletesen feltárja a nehéz és könnyű szerkezetek, valamint a szigetelési szintek közötti kapcsolatot a mechanikus fűtési vagy hűtési rendszerek energiafogyasztásának csökkentésében, vagy akár az ilyen rendszerek szükségességének teljes megszüntetésében.

a jó hőtömeghez szükséges tulajdonságok

a hőtömeghez ideális anyagok azok az anyagok, amelyek:

• nagy fajlagos hőkapacitás,
• nagy sűrűségű

minden szilárd, folyékony vagy gáz, amelynek tömege van, valamilyen hőtömeggel rendelkezik. Általános tévhit, hogy csak a beton vagy a föld talajának van hőtömege; még a levegőnek is van hőtömege (bár nagyon kevés).

rendelkezésre áll az építőanyagok térfogati hőkapacitásának táblázata, de vegye figyelembe, hogy a hőtömeg meghatározása kissé eltér.

a hőtömeg használata különböző éghajlatokonszerkesztés

a hőtömeg helyes használata és alkalmazása a kerület uralkodó éghajlatától függ.

mérsékelt és hideg éghajlattal rendelkezők

napsugárzásnak kitett hőtömegek

a Hőtömegek ideális helyen helyezkednek el az épületen belül, és olyan helyen helyezkednek el, ahol még ki lehet téve a kis szögű téli napfénynek (ablakokon keresztül), de szigetelve vannak a hőveszteségtől. Nyáron ugyanazt a hőtömeget el kell takarni a nagyobb szögű nyári napfénytől, hogy megakadályozzák a szerkezet túlmelegedését.

a hőtömeget a nap vagy a belső fűtési rendszerek passzív módon melegítik a nap folyamán. A tömegben tárolt hőenergia ezután az éjszaka folyamán visszakerül a belső térbe. Alapvető fontosságú, hogy a passzív napenergia-tervezés standard elveivel együtt használják.

bármilyen hőtömeg használható. A betonlap alapja, amelyet szabadon hagynak, vagy vezetőképes anyagokkal, például csempékkel borítanak, az egyik egyszerű megoldás. Egy másik új módszer a favázas ház falazott homlokzatának belső elhelyezése (‘fordított tégla furnér’). Ebben a helyzetben a hőtömeget leginkább nagy területen lehet alkalmazni, nem pedig nagy mennyiségben vagy vastagságban. 7.5-10 cm (3-4″) gyakran megfelelő.

mivel a hőenergia legfontosabb forrása a nap, az üvegezés hőtömeghez viszonyított aránya fontos szempont. Ennek meghatározására különféle képleteket dolgoztak ki. Általános szabály, hogy további napsugárzásnak kitett hőtömegeket kell alkalmazni 6:1 és 8:1 arányban a teljes alapterület 7%-át meghaladó, napfényes (északi fekvésű a déli féltekén vagy déli fekvésű az északi féltekén) üvegezés bármely területére. Például egy 200 m2-es ház 20 m2-es napfényes üvegezéssel rendelkezik az üvegezés teljes alapterületének 10% – ával; 6 m2 az üvegezéshez további hőtömegre lesz szükség. Ezért a fenti 6:1-8:1 arány alkalmazásával további 36-48 m2 napenergiának kitett hőtömegre van szükség. A pontos követelmények éghajlatonként változnak.

egy modern iskolai tanterem természetes szellőzéssel, ablakok kinyitásával és egy szilárd betonpadlóból kitett hőtömeggel, hogy segítse a nyári hőmérséklet szabályozását

a Hőtömeg ideális helyen helyezkedik el olyan épületen belül, ahol árnyékolva van a közvetlen napsugárzás ellen, de ki van téve az épületben tartózkodóknak. Ezért leggyakrabban szilárd betonlapokkal társítják természetes szellőzésű vagy alacsony energiájú mechanikusan szellőztetett épületekben, ahol a beton soffit az elfoglalt helynek van kitéve.

a nap folyamán hőt nyer a nap, az épület lakói, valamint minden elektromos világítás és berendezés, ami növeli a levegő hőmérsékletét a térben, de ezt a hőt elnyeli a kitett betonlap felett, így korlátozva a hőmérséklet emelkedését a térben, hogy az elfogadható szinten belül legyen az emberi termikus kényelem. Ezenkívül a betonlap alacsonyabb felületi hőmérséklete közvetlenül az utasoktól is elnyeli a sugárzó hőt, ami szintén előnyös a termikus kényelem szempontjából.

a nap végére a lemez felmelegedett, és most, ahogy a külső hőmérséklet csökken, a hő felszabadulhat, és a lemez lehűlhet, készen áll a következő nap kezdetére. Ez a “regenerációs” folyamat azonban csak akkor hatékony, ha az épület szellőztető rendszerét éjszaka működtetik, hogy elvigyék a hőt a födémből. Természetes szellőzésű épületekben normális az automatikus ablaknyílások biztosítása, hogy ezt a folyamatot automatikusan megkönnyítsék.

forró, száraz éghajlat (pl. sivatag)Szerkesztés

egy vályogfalú épület Santa Fe-ben, Új-Mexikóban

ez a termikus tömeg klasszikus használata. Ilyenek például a vályog, a döngölt föld vagy a mészkő tömbházak. Funkciója nagymértékben függ a napi hőmérsékleti változásoktól. A fal elsősorban a nap folyamán késlelteti a hőátadást kívülről a belső térbe. A nagy volumetrikus hőkapacitás és vastagság megakadályozza, hogy a hőenergia elérje a belső felületet. Amikor a hőmérséklet éjszaka esik, a falak újra sugározzák a hőenergiát az éjszakai égboltra. Ebben az alkalmazásban fontos, hogy az ilyen falak masszívak legyenek, hogy megakadályozzák a hőátadást a belső térbe.

forró, párás éghajlat (pl. szubtrópusi és trópusi)Szerkesztés

a hőtömeg használata a legnagyobb kihívást ebben a környezetben jelenti, ahol az éjszakai hőmérséklet továbbra is magas. Használata elsősorban ideiglenes hűtőborda. A túlmelegedés elkerülése érdekében azonban stratégiailag el kell helyezni. Olyan helyen kell elhelyezni, amely nincs közvetlenül kitéve a napsugárzásnak, és lehetővé teszi az éjszakai megfelelő szellőzést a tárolt energia elszállításához anélkül, hogy tovább növelné a belső hőmérsékletet. Ha egyáltalán használni kell, akkor ésszerű mennyiségben kell használni, nem pedig nagy vastagságban.

a hőmasszázshoz általánosan használt anyagok

• víz: a víz az összes általánosan használt anyag legnagyobb térfogati hőkapacitásával rendelkezik. Jellemzően, ez kerül a nagy tartály (ok), akril csövek például, egy olyan területen, ahol közvetlen napfény. Azt is fel lehet használni, hogy telített más típusú anyag, mint a talaj, hogy növelje a hőkapacitás.
• beton, agyagtégla és egyéb falazati formák: a beton hővezető képessége az összetételétől és a kikeményedési technikától függ. A kövekkel ellátott betonok hővezetőbbek, mint a hamu, perlit, rostok és más szigetelő aggregátumok. A beton hőtömegének tulajdonságai 5-8% – ot takarítanak meg az éves energiaköltségekben a puhafa fűrészáruhoz képest.
• a szigetelt betonpanelek egy belső betonrétegből állnak, hogy biztosítsák a hőtömegtényezőt. Ezt kívülről egy hagyományos habszigeteléssel szigetelik, majd ismét egy külső betonréteggel borítják. A hatás egy rendkívül hatékony épületszigetelő burkolat.
• a Szigetelőbeton formákat általában használják az épületszerkezetek hőtömegének biztosítására. A szigetelő betonformák biztosítják a beton fajlagos hőkapacitását és tömegét. A szerkezet termikus tehetetlensége nagyon magas, mivel a tömeg mindkét oldalon szigetelt.
• agyagtégla, Vályogtégla vagy iszaptégla: lásd: tégla és vályog.
• Föld, iszap és gyep: a szennyeződés hőkapacitása a sűrűségétől, nedvességtartalmától, részecske alakjától, hőmérsékletétől és összetételétől függ. A korai telepesek Nebraskába vastag, földből és gyepből készült házakat építettek, mert a fa, a kő és más építőanyagok szűkösek voltak. A falak extrém vastagsága némi szigetelést biztosított, de főleg hőtömegként szolgált, nappal elnyelte a hőenergiát, éjszaka pedig felszabadította. Manapság az emberek néha föld menedéket használnak otthonaik körül ugyanazon hatás érdekében. A föld menedékhelyén a hőtömeg nemcsak az épület falaiból származik, hanem a környező földből is, amely fizikai kapcsolatban áll az épülettel. Ez meglehetősen állandó, moderáló hőmérsékletet biztosít, amely csökkenti a hőáramlást a szomszédos falon.
• döngölt föld: a döngölt föld kiváló hőtömeget biztosít nagy sűrűsége és az építéséhez használt talaj magas fajlagos hőkapacitása miatt.
• természetes kő és kő: lásd kőfaragás.
• a rönköket építőanyagként használják az otthonok külső, és talán belső falainak kialakításához. A rönkházak különböznek a fent felsorolt egyéb építőanyagoktól, mivel a tömör fa mind mérsékelt R-értékkel (szigeteléssel), mind jelentős hőtömeggel rendelkezik. Ezzel szemben a víz, a föld, a kőzetek és a beton mind alacsony R-értékkel rendelkezik. Ez a hőtömeg lehetővé teszi a rönkházak számára, hogy hidegebb időben jobban megtartsák a hőt, melegebb időben pedig jobban megtartsák hűvösebb hőmérsékletüket.
• fázisváltó anyagok

Szezonális energiatárolószerkesztés

ha elegendő tömeget használunk, az szezonális előnyt jelenthet. Ez azt jelenti, hogy télen melegszik, nyáron pedig hűvös. Ezt néha passzív éves hőtárolásnak vagy PAH-knak nevezik. A PAHS rendszert sikeresen alkalmazták 7000 ft-on. Coloradóban és számos montanai otthonban. Az Új-Mexikói Earthships passzív fűtést és hűtést használ, valamint újrahasznosított gumiabroncsokat használ az alapfalhoz, így maximális PAH/Ste-t eredményez. Az Egyesült Királyságban is sikeresen alkalmazták Hockerton Housing Project.