Masa termică

masa termică este eficientă în îmbunătățirea confortului clădirii în orice loc care experimentează aceste tipuri de fluctuații zilnice de temperatură—atât iarna, cât și vara.Atunci când este utilizat bine și combinat cu un design solar pasiv, masa termică poate juca un rol important în reducerile majore ale consumului de energie în sistemele active de încălzire și răcire.Utilizarea materialelor cu masă termică este cea mai avantajoasă în cazul în care există o diferență mare de temperaturi exterioare de la zi la noapte (sau, în cazul în care Temperaturile nocturne sunt cu cel puțin 10 grade mai reci decât punctul de setare al termostatului).Termenii greutate mare și greutate redusă sunt adesea folosiți pentru a descrie clădirile cu diferite strategii de masă termică și afectează alegerea factorilor numerici utilizați în calculele ulterioare pentru a descrie răspunsul lor termic la încălzire și cooling.In ingineria serviciilor de construcții, utilizarea software-ului de modelare computațională de simulare dinamică a permis calcularea exactă a performanței de mediu în clădirile cu diferite construcții și pentru diferite seturi anuale de date climatice. Acest lucru permite arhitectului sau inginerului să exploreze în detaliu relația dintre construcțiile grele și cele ușoare, precum și nivelurile de izolare, în reducerea consumului de energie pentru sistemele mecanice de încălzire sau răcire sau chiar eliminarea necesității unor astfel de sisteme.

proprietăți necesare pentru o masă termică bunăedit

materialele ideale pentru masa termică sunt acele materiale care au:

• capacitate termică specifică ridicată,
• densitate ridicată

orice solid, lichid sau gaz care are masă va avea o anumită masă termică. O concepție greșită obișnuită este că numai solul din beton sau pământ are masă termică; chiar și aerul are masă termică (deși foarte puțin).

este disponibil un tabel de capacitate termică volumetrică pentru materialele de construcție, dar rețineți că definiția lor a masei termice este ușor diferită.

utilizarea masei termice în diferite climatesEdit

utilizarea și aplicarea corectă a masei termice depinde de climatul predominant într-un district.

climate Temperate Temperate și reci

masa termică expusă la soare

masa termică este plasată ideal în interiorul clădirii și situată acolo unde poate fi încă expusă la lumina soarelui de iarnă cu unghi mic (prin ferestre), dar izolată de pierderile de căldură. În timpul verii, aceeași masă termică ar trebui să fie ascunsă de lumina soarelui de vară cu unghi mai mare pentru a preveni supraîncălzirea structurii.

masa termică este încălzită pasiv de soare sau suplimentar de sistemele de încălzire interne în timpul zilei. Energia termică stocată în masă este apoi eliberată înapoi în interior în timpul nopții. Este esențial ca acesta să fie utilizat împreună cu principiile standard ale proiectării solare pasive.

se poate folosi orice formă de masă termică. O fundație de plăci de beton, fie lăsată expusă, fie acoperită cu materiale conductive, de exemplu plăci, este o soluție ușoară. O altă metodă nouă este de a plasa fațada de zidărie a unei case încadrate din lemn pe interior (furnir din cărămidă inversă). Masa termică în această situație este aplicată cel mai bine pe o suprafață mare, mai degrabă decât în volume sau grosimi mari. 7.5-10 cm (3-4″) este adesea adecvat.

deoarece cea mai importantă sursă de energie termică este Soarele, raportul dintre geamuri și masa termică este un factor important de luat în considerare. Diferite formule au fost concepute pentru a determina acest lucru. Ca regulă generală, masa termică suplimentară expusă la soare trebuie aplicată într-un raport de la 6:1 la 8:1 Pentru orice zonă de geamuri orientate spre soare (orientate spre nord în emisfera sudică sau orientate spre sud în emisfera nordică) peste 7% din suprafața totală a podelei. De exemplu, o casă de 200 m2 cu 20 m2 de geamuri orientate spre soare are 10% din geamuri în funcție de suprafața totală a podelei; 6 m2 din acel geam va necesita o masă termică suplimentară. Prin urmare, folosind raportul 6:1 până la 8:1 de mai sus, este necesară o masă termică suplimentară de 36-48 m2 expusă la soare. Cerințele exacte variază de la climă la climă.

o clasă modernă de școală cu ventilație naturală prin deschiderea ferestrelor și masa termică expusă dintr – o pardoseală solidă din beton pentru a ajuta la controlul temperaturilor de vară

masa termică pentru limitarea supraîncălzirii în timpul verii

masa termică este plasată în mod ideal într-o clădire unde este protejată de câștigul solar direct, dar expusă ocupanților clădirii. Prin urmare, este cel mai frecvent asociat cu plăci de podea din beton solid în clădiri ventilate natural sau ventilate mecanic cu energie redusă, unde plafonul de beton este lăsat expus spațiului ocupat.

în timpul zilei, căldura este obținută de la soare, ocupanții clădirii și orice iluminat și echipament electric, determinând creșterea temperaturilor aerului din spațiu, dar această căldură este absorbită de placa de beton expusă deasupra, limitând astfel creșterea temperaturii în spațiu pentru a se încadra în niveluri acceptabile pentru confortul termic al omului. În plus, temperatura inferioară a suprafeței plăcii de beton absoarbe, de asemenea, căldura radiantă direct de la ocupanți, beneficiind și de confortul termic al acestora.

până la sfârșitul zilei, placa s-a încălzit la rândul său, iar acum, pe măsură ce temperaturile externe scad, căldura poate fi eliberată și placa răcită, gata pentru începutul zilei următoare. Cu toate acestea, acest proces de” regenerare ” este eficient numai dacă sistemul de ventilație al clădirii funcționează noaptea pentru a îndepărta căldura de pe placă. În clădirile ventilate natural, este normal să se asigure deschideri automate ale ferestrelor pentru a facilita automat acest proces.

climă caldă și aridă (de exemplu, deșert)Edit

o clădire zidită din chirpici în Santa Fe, New Mexico

aceasta este o utilizare clasică a masei termice. Exemplele includ chirpici, pământ bătătorit, sau blocuri de calcar case. Funcția sa depinde în mare măsură de variațiile de temperatură diurne marcate. Peretele acționează predominant pentru a întârzia transferul de căldură de la exterior la interior în timpul zilei. Capacitatea și grosimea termică volumetrică ridicată împiedică energia termică să ajungă la suprafața interioară. Când temperaturile scad noaptea, pereții re-radiază energia termică înapoi în cerul nopții. În această aplicație este important ca astfel de pereți să fie masivi pentru a preveni transferul de căldură în interior.

climate calde și umede (de exemplu, subtropicale și tropicale)Edit

utilizarea masei termice este cea mai dificilă în acest mediu în care Temperaturile nocturne rămân ridicate. Utilizarea sa este în primul rând ca un radiator temporar. Cu toate acestea, trebuie să fie amplasat strategic pentru a preveni supraîncălzirea. Ar trebui plasat într-o zonă care nu este expusă direct la câștigul solar și, de asemenea, permite o ventilație adecvată pe timp de noapte pentru a îndepărta energia stocată fără a crește temperaturile interne. Dacă este folosit deloc, ar trebui folosit în cantități judicioase și din nou nu în grosimi mari.

materiale utilizate în mod obișnuit pentru masarea termicăedit

• apă: apa are cea mai mare capacitate de căldură volumetrică dintre toate materialele utilizate în mod obișnuit. De obicei, este plasat în containere mari, tuburi acrilice, de exemplu, într-o zonă cu lumină directă a soarelui. Acesta poate fi, de asemenea, utilizat pentru a satura alte tipuri de materiale, cum ar fi solul pentru a crește capacitatea de căldură.
• beton, cărămizi de lut și alte forme de zidărie: conductivitatea termică a betonului depinde de compoziția și tehnica de întărire. Betoanele cu pietre sunt mai conductive termic decât betoanele cu cenușă, perlit, fibre și alte agregate izolatoare. Proprietățile de masă termică ale betonului economisesc 5-8% din costurile anuale de energie în comparație cu cherestea de rasinoase.
• panourile izolate din beton constau dintr-un strat interior de beton pentru a asigura factorul de masă termică. Aceasta este izolată din exterior printr-o izolație convențională din spumă și apoi acoperită din nou cu un strat exterior de beton. Efectul este un plic de izolare a clădirii extrem de eficient.
• formele de beton izolante sunt utilizate în mod obișnuit pentru a furniza masă termică structurilor de construcție. Formele de beton izolante asigură capacitatea termică specifică și masa betonului. Inerția termică a structurii este foarte mare, deoarece masa este izolată pe ambele părți.
• cărămidă de argilă, cărămidă de chirpici sau cărămidă de noroi: a se vedea cărămidă și chirpici.
• pământ, noroi și gazon: capacitatea de căldură a murdăriei depinde de densitatea, conținutul de umiditate, forma particulelor, temperatura și compoziția. Primii coloniști din Nebraska au construit case cu pereți groși din murdărie și gazon, deoarece lemnul, piatra și alte materiale de construcție erau rare. Grosimea extremă a pereților a oferit o anumită izolație, dar a servit în principal ca masă termică, absorbind energia termică în timpul zilei și eliberând-o în timpul nopții. În zilele noastre, oamenii folosesc uneori pământul care se adăpostește în jurul caselor lor pentru același efect. În adăpostirea pământului, masa termică provine nu numai din pereții clădirii, ci din pământul înconjurător care este în contact fizic cu clădirea. Aceasta oferă o temperatură destul de constantă, moderatoare, care reduce fluxul de căldură prin peretele adiacent.
• Pamantul ramificat: pamantul ramificat ofera o masa termica excelenta datorita densitatii sale ridicate si a capacitatii termice specifice ridicate a solului utilizat in constructia sa.
• rocă și piatră naturală: a se vedea zidăria de piatră.
• buștenii sunt folosiți ca material de construcție pentru a crea pereții exteriori și poate și interiori ai Caselor. Casele din bușteni diferă de alte materiale de construcție enumerate mai sus, deoarece lemnul masiv are atât o valoare R moderată (izolație), cât și o masă termică semnificativă. În schimb, apa, pământul, rocile și betonul au toate valori R scăzute. Această masă termică permite unei case de bușteni să mențină căldura mai bine pe vreme mai rece și să-și păstreze mai bine temperatura mai rece pe vreme mai caldă.
• materiale cu schimbare de fază

stocare de energie Sezonierăedit

dacă se folosește suficientă masă, poate crea un avantaj sezonier. Adică se poate încălzi iarna și se poate răci vara. Aceasta se numește uneori stocare pasivă anuală de căldură sau HAP. Sistemul PAH a fost utilizat cu succes la 7000 ft. în Colorado și într-un număr de case din Montana. Navele terestre din New Mexico utilizează încălzirea și răcirea pasivă, precum și utilizarea anvelopelor reciclate pentru peretele fundației, producând un maxim PAH/STES. De asemenea, a fost utilizat cu succes în Marea Britanie la Hockerton Housing Project.