Masa termiczna

Masa termiczna skutecznie poprawia komfort budynku w każdym miejscu, w którym występują tego typu codzienne wahania temperatury—zarówno zimą, jak i latem.Przy dobrym stosowaniu i w połączeniu z pasywną konstrukcją słoneczną masa cieplna może odgrywać ważną rolę w znacznym zmniejszeniu zużycia energii w aktywnych systemach ogrzewania i chłodzenia.Zastosowanie materiałów o masie termicznej jest najkorzystniejsze tam, gdzie występuje duża różnica temperatur zewnętrznych z dnia na noc (lub tam, gdzie temperatury nocne są co najmniej 10 stopni chłodniejsze niż nastawa termostatu).Terminy ciężkie i lekkie są często używane do opisania budynków o różnych strategiach masy cieplnej i wpływają na wybór czynników numerycznych stosowanych w późniejszych obliczeniach do opisania ich reakcji termicznej na ogrzewanie i cooling.In Inżynieria usług budowlanych, Wykorzystanie oprogramowania do modelowania obliczeniowego symulacji dynamicznych pozwoliło na dokładne obliczenie efektywności środowiskowej w budynkach o różnych konstrukcjach i dla różnych rocznych zestawów danych klimatycznych. Pozwala to architektowi lub inżynierowi szczegółowo zbadać związek między ciężkimi i lekkimi konstrukcjami, a także poziom izolacji, w celu zmniejszenia zużycia energii w mechanicznych systemach ogrzewania lub chłodzenia, a nawet całkowitego wyeliminowania potrzeby takich systemów.

Właściwości wymagane do dobrej masy termicznejedit

idealne materiały do masy termicznej to te materiały, które mają:

• wysoka pojemność cieplna,
• wysoka gęstość

każde ciało stałe, ciecz lub gaz o masie będą miały pewną masę termiczną. Powszechnym błędem jest to, że tylko beton lub ziemia ma masę termiczną; nawet powietrze ma masę termiczną (choć bardzo małą).

dostępna jest tabela objętościowej pojemności cieplnej materiałów budowlanych, ale należy pamiętać, że ich definicja masy cieplnej jest nieco inna.

wykorzystanie masy termicznej w różnych klimatachedytuj

prawidłowe wykorzystanie i zastosowanie masy termicznej zależy od panującego klimatu w danej dzielnicy.

klimat umiarkowany i zimnyedytuj

masa termiczna narażona na działanie promieni Słonecznychedytuj

Masa termiczna jest idealnie umieszczona wewnątrz budynku i znajduje się tam, gdzie nadal może być wystawiona na działanie zimowego światła słonecznego (przez okna), ale odizolowana od strat ciepła. Latem ta sama masa termiczna powinna być zasłonięta przed letnim światłem słonecznym o wyższym kącie, aby zapobiec przegrzaniu konstrukcji.

masa cieplna jest ogrzewana pasywnie przez słońce lub dodatkowo przez wewnętrzne systemy grzewcze w ciągu dnia. Energia cieplna zgromadzona w masie jest następnie uwalniana z powrotem do wnętrza w nocy. Istotne jest, aby był stosowany w połączeniu ze standardowymi zasadami pasywnego projektowania energii słonecznej.

można stosować dowolną formę masy termicznej. Jednym z łatwych rozwiązań jest fundament z płyty betonowej odsłonięty lub pokryty materiałami przewodzącymi, np. płytkami. Inną nowatorską metodą jest umieszczenie od wewnątrz murowanej fasady domu drewnianego („fornir odwrócony cegłą”). Masa termiczna w tej sytuacji najlepiej stosować na dużym obszarze, a nie w dużych ilościach lub grubościach. 7.5-10 cm (3-4″) jest często wystarczające.

ponieważ najważniejszym źródłem energii cieplnej jest Słońce, ważnym czynnikiem do rozważenia jest stosunek szyby do masy termicznej. Opracowano różne formuły, aby to określić. Zgodnie z ogólną zasadą należy zastosować dodatkową masę termiczną narażoną na działanie promieni słonecznych w stosunku od 6: 1 do 8:1 dla dowolnego obszaru oszklenia skierowanego na słońce (na półkuli południowej lub na półkuli północnej) powyżej 7% całkowitej powierzchni podłogi. Na przykład dom o powierzchni 200 m2 z przeszkleniami słonecznymi 20 m2 ma 10% przeszkleń w całkowitej powierzchni podłogi; 6 m2 tego przeszklenia będzie wymagało dodatkowej masy termicznej. W związku z tym, stosując powyższy stosunek 6:1 do 8:1, wymagane jest dodatkowe 36-48 m2 odsłoniętej przez słońce masy termicznej. Dokładne wymagania różnią się w zależności od klimatu.

nowoczesna sala szkolna z naturalną wentylacją poprzez otwieranie okien i odsłoniętą masę termiczną z litego betonowego podsufitu podłogowego, aby pomóc kontrolować letnie temperatury

Masa termiczna do ograniczania letniego przegrzaniaedit

Masa termiczna jest idealnie umieszczona w budynku, w którym jest osłonięta od bezpośredniego wzmocnienia słonecznego, ale wystawiona na działanie użytkowników budynku. Dlatego najczęściej kojarzy się z solidnymi betonowymi płytami stropowymi w naturalnie wentylowanych lub niskoenergetycznych budynkach wentylowanych mechanicznie, w których Podsufitka betonowa pozostaje wystawiona na zajmowaną przestrzeń.

w ciągu dnia ciepło jest pozyskiwane ze słońca, mieszkańców budynku oraz wszelkiego oświetlenia elektrycznego i sprzętu, powodując wzrost temperatury powietrza w przestrzeni, ale ciepło to jest absorbowane przez odsłoniętą płytę betonową powyżej, ograniczając w ten sposób wzrost temperatury w przestrzeni do dopuszczalnych poziomów dla ludzkiego komfortu cieplnego. Ponadto niższa temperatura powierzchni płyty betonowej pochłania również ciepło promieniujące bezpośrednio od użytkowników, korzystając również z ich komfortu cieplnego.

pod koniec dnia płyta z kolei się rozgrzała, a teraz, gdy temperatury zewnętrzne spadają, ciepło może zostać uwolnione, a płyta ostygnie, gotowa do rozpoczęcia następnego dnia. Jednak ten proces „regeneracji” jest skuteczny tylko wtedy, gdy system wentylacji budynku jest obsługiwany w nocy, aby odprowadzać ciepło z płyty. W naturalnie wentylowanych budynkach normalne jest automatyczne otwieranie okien, aby automatycznie ułatwić ten proces.

gorące, suche klimaty (np. pustynia)

adobe murowane budynku w Santa Fe, Nowy Meksyk

jest to klasyczne zastosowanie masy termicznej. Przykładami są adobe, rammed earth, czy wapienne domy blokowe. Jego funkcja jest w dużym stopniu zależna od wyraźnych dobowych wahań temperatury. Ściana działa głównie w celu opóźnienia wymiany ciepła z zewnątrz do wnętrza w ciągu dnia. Wysoka objętościowa pojemność cieplna i grubość zapobiega przedostawaniu się energii cieplnej do wewnętrznej powierzchni. Kiedy temperatury spadają w nocy, ściany ponownie promieniują energię cieplną z powrotem na nocne niebo. W tym zastosowaniu ważne jest, aby takie ściany były masywne, aby zapobiec przenikaniu ciepła do wnętrza.

gorące wilgotne klimaty (np. subtropikalne i tropikalne)Edytuj

zastosowanie masy termicznej jest najtrudniejsze w tym środowisku, w którym temperatury nocne pozostają podwyższone. Jego zastosowanie jest przede wszystkim jako tymczasowy radiator. Jednak musi być strategicznie zlokalizowany, aby zapobiec przegrzaniu. Powinien być umieszczony w obszarze, który nie jest bezpośrednio narażony na działanie promieniowania słonecznego, a także umożliwia odpowiednią wentylację w nocy w celu odprowadzenia zmagazynowanej energii bez dalszego zwiększania temperatury wewnętrznej. Jeśli w ogóle być używany, to powinien być używany w rozsądnych ilościach i ponownie nie w dużych grubościach.

materiały powszechnie stosowane do mas termicznychedit

• woda: woda ma najwyższą objętościową pojemność cieplną ze wszystkich powszechnie stosowanych materiałów. Zazwyczaj umieszcza się go w dużym pojemniku (- ach), na przykład w tubach akrylowych, w obszarze o bezpośrednim nasłonecznieniu. Może być również stosowany do nasycania innych rodzajów materiału, takich jak gleba, w celu zwiększenia pojemności cieplnej.
• beton, cegły gliniane i inne formy muru: przewodność cieplna betonu zależy od jego składu i techniki utwardzania. Betony z kamieniami są bardziej przewodzące ciepło niż betony z popiołem, perlitem, włóknami i innymi kruszywami izolacyjnymi. Właściwości masy termicznej betonu pozwalają zaoszczędzić 5-8% rocznych kosztów energii w porównaniu z tarcicą iglastą.
• izolowane panele betonowe składają się z wewnętrznej warstwy betonu, aby zapewnić współczynnik masy cieplnej. Jest on izolowany od zewnątrz konwencjonalną izolacją piankową, a następnie ponownie pokryty zewnętrzną warstwą betonu. Efektem jest bardzo wydajna powłoka izolacyjna budynku.
• izolacyjne formy betonowe są powszechnie stosowane do dostarczania masy termicznej do konstrukcji budowlanych. Izolacyjne formy betonowe zapewniają właściwą pojemność cieplną i masę betonu. Bezwładność cieplna konstrukcji jest bardzo wysoka, ponieważ masa jest izolowana po obu stronach.
• Cegła gliniana, cegła adobe lub cegła błotna: patrz cegła i adobe.
• Ziemia, błoto i darń: pojemność cieplna brudu zależy od jego gęstości, zawartości wilgoci, kształtu cząstek, temperatury i składu. Pierwsi osadnicy w Nebrasce budowali domy z grubymi ścianami z brudu i darni, ponieważ brakowało drewna, kamienia i innych materiałów budowlanych. Ekstremalna grubość ścian zapewniała pewną izolację, ale służyła głównie jako masa termiczna, absorbująca energię cieplną w ciągu dnia i uwalniająca ją w nocy. W dzisiejszych czasach ludzie czasami używają ziemi chroniąc się wokół swoich domów dla tego samego efektu. W osłonie ziemi masa termiczna pochodzi nie tylko ze ścian budynku, ale z otaczającej ziemi, która jest w fizycznym kontakcie z budynkiem. Zapewnia to dość stałą, umiarkowaną temperaturę, która zmniejsza przepływ ciepła przez sąsiednią ścianę.
• Rammed earth: rammed earth zapewnia doskonałą masę termiczną ze względu na wysoką gęstość i wysoką pojemność cieplną gleby użytej do jej budowy.
• kamień naturalny i kamień: zobacz kamieniarstwo.
• dzienniki są używane jako materiał budowlany do tworzenia zewnętrznych, a może także wewnętrznych, ścian domów. Domy z bali różnią się od innych materiałów budowlanych wymienionych powyżej, ponieważ lite drewno ma zarówno umiarkowaną wartość R (izolację), jak i znaczną masę termiczną. Natomiast woda, ziemia,skały i beton mają niskie wartości R. Ta masa termiczna pozwala domowi z bali lepiej trzymać ciepło w chłodniejsze dni i lepiej utrzymać jego chłodniejszą temperaturę w cieplejsze dni.
• materiały do zmian fazowych

sezonowe magazynowanie energii

jeśli zużyje się wystarczającą masę, może to stworzyć przewagę sezonową. Oznacza to, że może ogrzewać zimą i chłodzić latem. Jest to czasami nazywane pasywnym rocznym magazynowaniem ciepła lub WWA. System WWA został z powodzeniem zastosowany na wysokości 7000 stóp. w Kolorado i w wielu domach w Montanie. Earthships of New Mexico wykorzystują pasywne ogrzewanie i chłodzenie, a także wykorzystują opony z recyklingu do ściany fundamentowej, uzyskując maksymalną WWA/STES. Został również z powodzeniem wykorzystany w Wielkiej Brytanii w Hockerton Housing Project.