Massa termica

La massa termica è efficace nel migliorare il comfort dell’edificio in qualsiasi luogo che sperimenta questi tipi di fluttuazioni giornaliere della temperatura, sia in inverno che in estate.Se usato bene e combinato con il design solare passivo, la massa termica può svolgere un ruolo importante nelle principali riduzioni dell’uso di energia nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento attivi.L’uso di materiali con massa termica è più vantaggioso dove c’è una grande differenza nelle temperature esterne dal giorno alla notte (o, dove le temperature notturne sono almeno 10 gradi più fredde del set point del termostato).I termini pesanti e leggeri sono spesso utilizzati per descrivere edifici con diversa massa termica strategie, e riguarda la scelta dei fattori numerici utilizzati nei calcoli successivi per descrivere la loro risposta termica per il riscaldamento e il raffreddamento.Nella costruzione di servizi di ingegneria, l’uso di simulazione dinamica computazionale software di modellazione ha consentito il calcolo accurato delle prestazioni ambientali, all’interno di edifici con diverse costruzioni e per il diverso clima annuale insiemi di dati. Ciò consente all’architetto o all’ingegnere di esplorare in dettaglio la relazione tra costruzioni pesanti e leggere, nonché i livelli di isolamento, per ridurre il consumo energetico per gli impianti meccanici di riscaldamento o raffreddamento, o addirittura eliminare del tutto la necessità di tali sistemi.

Proprietà richieste per una buona massa termicamodifica

I materiali ideali per la massa termica sono quei materiali che hanno:

• elevata capacità termica specifica,
• alta densità

Qualsiasi solido, liquido o gas con massa avrà una massa termica. Un malinteso comune è che solo il terreno di cemento o terra ha massa termica; anche l’aria ha massa termica (anche se molto poco).

È disponibile una tabella della capacità termica volumetrica per i materiali da costruzione, ma si noti che la loro definizione di massa termica è leggermente diversa.

Uso della massa termica in diversi climatimodifica

L’uso e l’applicazione corretti della massa termica dipendono dal clima prevalente in un distretto.

Climi temperati e temperatimodifica

Massa termica esposta al solemodifica

La massa termica è idealmente posizionata all’interno dell’edificio e situata dove può ancora essere esposta alla luce solare invernale a basso angolo (tramite finestre) ma isolata dalla perdita di calore. In estate la stessa massa termica dovrebbe essere oscurata dalla luce solare estiva ad angolo superiore per evitare il surriscaldamento della struttura.

La massa termica viene riscaldata passivamente dal sole o in aggiunta da sistemi di riscaldamento interni durante il giorno. L’energia termica immagazzinata nella massa viene quindi rilasciata all’interno durante la notte. È essenziale che sia utilizzato in combinazione con i principi standard di progettazione solare passiva.

È possibile utilizzare qualsiasi forma di massa termica. Una fondazione lastra di cemento lasciato a vista o coperto con materiali conduttivi, ad esempio piastrelle, è una soluzione facile. Un altro nuovo metodo è quello di posizionare la facciata in muratura di una casa a graticcio all’interno (‘impiallacciatura di mattoni inversa’). La massa termica in questa situazione è meglio applicata su una vasta area piuttosto che in grandi volumi o spessori. 7.5-10 cm (3-4″) è spesso sufficiente.

Poiché la fonte più importante di energia termica è il Sole, il rapporto tra vetri e massa termica è un fattore importante da considerare. Varie formule sono state ideate per determinare questo. Come regola generale, la massa termica aggiuntiva esposta al sole deve essere applicata in un rapporto da 6: 1 a 8:1 per qualsiasi area di vetratura esposta al sole (esposta a nord nell’emisfero australe o esposta a sud nell’emisfero settentrionale) superiore al 7% della superficie totale del pavimento. Ad esempio, una casa di 200 m2 con 20 m2 di vetri rivolti al sole ha il 10% di vetri per superficie totale; 6 m2 di tale vetratura richiederanno ulteriore massa termica. Pertanto, utilizzando il rapporto 6:1 a 8: 1 sopra, è necessario un ulteriore 36-48 m2 di massa termica esposta al sole. I requisiti esatti variano da clima a clima.

Una scuola moderna in classe a ventilazione naturale mediante l’apertura di finestre e travi a massa termica da un solido pavimento di cemento del soffitto per aiutare a controllare le temperature estive

massa Termica per limitare estate overheatingEdit

massa Termica è situato in un edificio in cui è schermato dal guadagno solare e diretto, ma esposta al occupanti dell’edificio. È quindi più comunemente associato a solai in calcestruzzo massiccio in edifici ventilati meccanicamente o a bassa energia in cui l’intradosso in calcestruzzo viene lasciato esposto allo spazio occupato.

Durante il giorno il calore viene acquisito dal sole, dagli occupanti dell’edificio e da qualsiasi illuminazione e attrezzatura elettrica, causando un aumento delle temperature dell’aria all’interno dello spazio, ma questo calore viene assorbito dalla lastra di cemento esposto sopra, limitando così l’aumento di temperatura all’interno dello spazio per essere entro livelli accettabili per il comfort termico umano. Inoltre la temperatura superficiale più bassa della lastra di cemento assorbe anche il calore radiante direttamente dagli occupanti, beneficiando anche del loro comfort termico.

Alla fine della giornata la lastra si è a sua volta riscaldata, e ora, con la diminuzione delle temperature esterne, il calore può essere rilasciato e la lastra raffreddata, pronta per l’inizio del giorno successivo. Tuttavia questo processo di” rigenerazione ” è efficace solo se il sistema di ventilazione dell’edificio viene utilizzato di notte per portare via il calore dalla lastra. Negli edifici ventilati naturalmente è normale fornire aperture automatiche delle finestre per facilitare automaticamente questo processo.

Climi caldi e aridi (ad es.

Un edificio con mura di adobe a Santa Fe, Nuovo Messico

Questo è un uso classico della massa termica. Gli esempi includono adobe, terra battuta o case di blocchi di calcare. La sua funzione è fortemente dipendente da marcate variazioni di temperatura diurne. Il muro agisce prevalentemente per ritardare il trasferimento di calore dall’esterno all’interno durante il giorno. L’elevata capacità termica volumetrica e lo spessore impediscono all’energia termica di raggiungere la superficie interna. Quando le temperature scendono di notte, le pareti ri-irradiano l’energia termica nel cielo notturno. In questa applicazione è importante che tali pareti siano massicce per impedire il trasferimento di calore verso l’interno.

Climi caldi e umidi (ad esempio subtropicali e tropicali)Modifica

L’uso della massa termica è il più impegnativo in questo ambiente in cui le temperature notturne rimangono elevate. Il suo uso è principalmente come dissipatore di calore temporaneo. Tuttavia, deve essere posizionato strategicamente per evitare il surriscaldamento. Dovrebbe essere disposto in un’area che non direttamente è esposta al guadagno solare ed inoltre permette che la ventilazione adeguata alla notte porti via l’energia immagazzinata senza aumentare ulteriormente le temperature interne. Se esser usato affatto deve esser usato in quantità giudiziose e di nuovo non in grandi spessori.

Materiali comunemente usati per la massa termicamodifica

• Acqua: l’acqua ha la più alta capacità termica volumetrica di tutti i materiali comunemente usati. Tipicamente, è posto in grandi contenitori, tubi acrilici, ad esempio, in un’area con luce solare diretta. Può anche essere utilizzato per saturare altri tipi di materiale come il suolo per aumentare la capacità termica.
• Calcestruzzo, mattoni di argilla e altre forme di muratura: la conduttività termica del calcestruzzo dipende dalla sua composizione e dalla tecnica di polimerizzazione. I calcestruzzi con pietre sono più termicamente conduttivi dei calcestruzzi con cenere, perlite, fibre e altri aggregati isolanti. Le proprietà di massa termica del calcestruzzo risparmiano il 5-8% dei costi energetici annuali rispetto al legname di conifere.
• I pannelli in calcestruzzo isolati sono costituiti da uno strato interno di calcestruzzo per fornire il fattore di massa termica. Questo è isolato dall’esterno da un isolamento in schiuma convenzionale e quindi coperto di nuovo con uno strato esterno di calcestruzzo. L’effetto è un involucro isolante altamente efficiente.
• Le forme in calcestruzzo isolante sono comunemente utilizzate per fornire massa termica alle strutture edilizie. Le forme concrete isolanti forniscono la capacità termica e la massa specifiche di calcestruzzo. L’inerzia termica della struttura è molto alta perché la massa è isolata su entrambi i lati.
• Mattoni di argilla, mattoni di adobe o mattoni di fango: vedi mattoni e adobe.
• Terra, fango e zolle: la capacità termica dello sporco dipende dalla densità, dal contenuto di umidità, dalla forma delle particelle, dalla temperatura e dalla composizione. I primi coloni in Nebraska costruirono case con muri spessi fatti di sporcizia e zolle perché il legno, la pietra e altri materiali da costruzione erano scarsi. L’estremo spessore delle pareti forniva un certo isolamento, ma serviva principalmente come massa termica, assorbendo energia termica durante il giorno e rilasciandola durante la notte. Al giorno d’oggi, le persone a volte usano la terra riparando intorno alle loro case per lo stesso effetto. Nel riparo della terra, la massa termica proviene non solo dalle pareti dell’edificio, ma dalla terra circostante che è in contatto fisico con l’edificio. Ciò fornisce una temperatura abbastanza costante e moderata che riduce il flusso di calore attraverso la parete adiacente.
• Terra battuta: la terra battuta fornisce un’eccellente massa termica a causa della sua alta densità e dell’elevata capacità termica specifica del terreno utilizzato nella sua costruzione.
• Roccia naturale e pietra: vedi stonemasonry.
• I tronchi sono usati come materiale da costruzione per creare l’esterno, e forse anche l’interno, pareti delle case. Le case di tronchi differiscono da alcuni altri materiali da costruzione sopra elencati perché il legno massello ha sia un valore R moderato (isolamento) che una massa termica significativa. Al contrario, acqua, terra, rocce e calcestruzzo hanno tutti valori R bassi. Questa massa termica consente a una casa di tronchi di trattenere meglio il calore in condizioni climatiche più fredde e di mantenere meglio la sua temperatura più fredda in condizioni climatiche più calde.
• Materiali a cambiamento di fase

Stoccaggio di energia stagionale

Se viene utilizzata una massa sufficiente, può creare un vantaggio stagionale. Cioè, può riscaldarsi in inverno e raffreddarsi in estate. Questo è talvolta chiamato accumulo di calore annuale passivo o IPA. Il sistema IPA è stato utilizzato con successo a 7000 ft. in Colorado e in un certo numero di case in Montana. Le Earthships del New Mexico utilizzano il riscaldamento passivo e il raffreddamento, nonché l’utilizzo di pneumatici riciclati per la parete di fondazione che produce un massimo di IPA/STES. E ‘ stato utilizzato con successo anche nel Regno Unito a Hockerton Housing Project.