Termisk massa

termisk massa är effektiv för att förbättra byggkomforten på alla platser som upplever dessa typer av dagliga temperaturfluktuationer—både på vintern och på sommaren.När den används väl och kombineras med passiv solkonstruktion kan termisk massa spela en viktig roll i stora minskningar av energianvändningen i aktiva värme-och kylsystem.Användningen av material med termisk massa är mest fördelaktig där det är stor skillnad i utomhustemperaturer från dag till natt (eller där natttemperaturerna är minst 10 grader svalare än termostatens börvärde).Termerna tunga och lätta används ofta för att beskriva byggnader med olika termiska massstrategier och påverkar valet av numeriska faktorer som används i efterföljande beräkningar för att beskriva deras termiska svar på uppvärmning och cooling.In med hjälp av dynamisk simulering har beräkningsmodelleringsprogramvara möjliggjort en korrekt beräkning av miljöprestanda i byggnader med olika konstruktioner och för olika årliga klimatdataset. Detta gör det möjligt för arkitekten eller ingenjören att i detalj undersöka förhållandet mellan tunga och lätta konstruktioner, liksom isoleringsnivåer, för att minska energiförbrukningen för mekaniska värme-eller kylsystem eller till och med ta bort behovet av sådana system helt och hållet.

egenskaper som krävs för god termisk massEdit

idealiska material för termisk massa är de material som har:

• hög specifik värmekapacitet,
• hög densitet

varje fast, flytande eller gas som har massa kommer att ha viss termisk massa. En vanlig missuppfattning är att endast betong eller jordjord har termisk massa; även luft har termisk massa (även om det är väldigt lite).

en tabell med volymetrisk värmekapacitet för byggmaterial är tillgänglig, men notera att deras definition av termisk massa är något annorlunda.

användning av termisk massa i olika klimatredigera

korrekt användning och tillämpning av termisk massa är beroende av det rådande klimatet i ett distrikt.

tempererat och kallt tempererat klimatesedit

Sol-exponerad termisk massEdit

termisk massa är idealiskt placerad i byggnaden och belägen där den fortfarande kan utsättas för lågvinklig vinter solljus (via fönster) men isolerad från värmeförlust. På sommaren bör samma termiska massa döljas från högre vinkel sommar solljus för att förhindra överhettning av strukturen.

den termiska massan värms passivt av solen eller dessutom av interna värmesystem under dagen. Termisk energi lagrad i massan släpps sedan tillbaka in i interiören under natten. Det är viktigt att det används tillsammans med standardprinciperna för passiv soldesign.

någon form av termisk massa kan användas. En betongplattfundament som antingen lämnas exponerad eller täckt med ledande material, t.ex. plattor, är en enkel lösning. En annan ny metod är att placera murfasaden på ett timmerhus på insidan (’reverse-brick faner’). Termisk massa i denna situation appliceras bäst över ett stort område snarare än i stora volymer eller tjocklekar. 7.5-10 cm (3-4″) är ofta tillräcklig.

eftersom den viktigaste källan till termisk energi är solen är förhållandet mellan glas och termisk massa en viktig faktor att tänka på. Olika formler har utformats för att bestämma detta. Som en allmän regel måste ytterligare solskyddad termisk massa appliceras i ett förhållande från 6: 1 till 8: 1 för alla områden med solläge (norrläge på södra halvklotet eller söderläge på norra halvklotet) glasrutor över 7% av den totala golvytan. Till exempel har ett 200 m2 hus med 20 m2 solglasfönster 10% av glasrutan efter total golvyta; 6 m2 av den glasrutan kräver ytterligare termisk massa. Därför, med användning av förhållandet 6:1 till 8: 1 ovan, krävs ytterligare 36-48 m2 Sol-exponerad termisk massa. De exakta kraven varierar från klimat till klimat.

ett modernt skolklassrum med naturlig ventilation genom att öppna fönster och exponerad termisk massa från ett massivt betonggolv som hjälper till att kontrollera sommartemperaturerna

termisk massa för att begränsa sommartid överhettningedit

termisk massa är idealiskt placerad i en byggnad där den är avskärmad från direkt solförstärkning men utsatt för byggnadsbesökarna. Det är därför oftast förknippat med massiva betonggolvplattor i naturligt ventilerade eller lågenergimekaniskt ventilerade byggnader där betongbommen lämnas utsatt för det ockuperade utrymmet.

under dagen erhålls värme från solen, byggnadens invånare och all elektrisk belysning och utrustning, vilket gör att lufttemperaturerna i utrymmet ökar, men denna värme absorberas av den exponerade betongplattan ovan, vilket begränsar temperaturökningen i utrymmet för att vara inom acceptabla nivåer för mänsklig termisk komfort. Dessutom absorberar betongplattans lägre yttemperatur strålningsvärme direkt från passagerarna, vilket också gynnar deras termiska komfort.

vid slutet av dagen har plattan i sin tur värmts upp, och nu, när yttre temperaturer minskar, kan värmen släppas och plattan kyls ner, redo för början av nästa dag. Men denna ”regenereringsprocess” är endast effektiv om byggnadens ventilationssystem drivs på natten för att bära bort värmen från plattan. I naturligt ventilerade byggnader är det normalt att tillhandahålla automatiska fönsteröppningar för att underlätta denna process automatiskt.

heta, torra klimat (t. ex. öken)redigera

en adobe muromgärdad byggnad i Santa Fe, New Mexico

detta är en klassisk användning av termisk massa. Exempel är adobe, rammade jord eller kalksten blockhus. Dess funktion är mycket beroende av markerade dagliga temperaturvariationer. Väggen verkar främst för att fördröja värmeöverföring från utsidan till interiören under dagen. Den höga volymetriska värmekapaciteten och tjockleken hindrar termisk energi från att nå den inre ytan. När temperaturen faller på natten, strålar väggarna tillbaka den termiska energin tillbaka till natthimlen. I denna applikation är det viktigt att sådana väggar är massiva för att förhindra värmeöverföring till inredningen.

heta fuktiga klimat (t.ex. subtropiska och tropiska)redigera

användningen av termisk massa är den mest utmanande i denna miljö där nattemperaturen förblir förhöjd. Dess användning är främst som en tillfällig kylfläns. Det måste dock vara strategiskt beläget för att förhindra överhettning. Den bör placeras i ett område som inte är direkt utsatt för solförstärkning och möjliggör också tillräcklig ventilation på natten för att bära bort lagrad energi utan att öka de inre temperaturerna ytterligare. Om det ska användas alls ska det användas i rimliga mängder och återigen inte i stora tjocklekar.

material som vanligen används för termisk massEdit

• Vatten: vatten har den högsta volymetriska värmekapaciteten av alla vanliga material. Vanligtvis placeras den i stora behållare, akrylrör till exempel i ett område med direkt solljus. Det kan också användas för att mätta andra typer material såsom jord för att öka värmekapaciteten.
• betong, lertegel och andra former av murverk: betongens värmeledningsförmåga beror på dess sammansättning och härdningsteknik. Betong med stenar är mer termiskt ledande än betong med aska, perlit, fibrer och andra isolerande aggregat. Betongens termiska massegenskaper sparar 5-8% i årliga energikostnader jämfört med barrved.
• isolerade betongpaneler består av ett inre lager av betong för att ge den termiska massfaktorn. Detta isoleras från utsidan med en konventionell skumisolering och täcks sedan igen med ett yttre lager av betong. Effekten är ett mycket effektivt byggnadsisoleringshölje.
• isolerande betongformer används ofta för att ge termisk massa till byggnadsstrukturer. Isolerande betongformer ger den specifika värmekapaciteten och massan av betong. Termisk tröghet i strukturen är mycket hög eftersom massan är isolerad på båda sidor.
• lera tegel, adobe tegel eller mudbrick: se tegel och adobe.
• jord, lera och sod: smutsens värmekapacitet beror på densitet, fuktinnehåll, partikelform, temperatur och sammansättning. Tidiga bosättare till Nebraska byggde hus med tjocka väggar gjorda av smuts och sod eftersom trä, sten och andra byggmaterial var knappa. Väggens extrema tjocklek gav viss isolering, men fungerade huvudsakligen som termisk massa, absorberade termisk energi under dagen och släppte den under natten. Numera använder människor ibland jordskydd runt sina hem för samma effekt. Vid jordskydd kommer den termiska massan inte bara från byggnadens väggar utan från den omgivande jorden som är i fysisk kontakt med byggnaden. Detta ger en ganska konstant, modererande temperatur som minskar värmeflödet genom den intilliggande väggen.
• rammad jord: rammad jord ger utmärkt termisk massa på grund av dess höga densitet och den höga specifika värmekapaciteten hos jorden som används i dess konstruktion.
• naturlig sten och sten: se stenmureriet.
• stockar används som byggmaterial för att skapa de yttre, och kanske också de inre, väggarna i bostäder. Timmerhus skiljer sig från vissa andra byggmaterial som anges ovan eftersom massivt trä har både måttligt R-värde (isolering) och också betydande termisk massa. Däremot har vatten, jord, stenar och betong alla låga R-värden. Denna termiska massa gör att ett timmerhus kan hålla värmen bättre i kallare väder och bättre behålla sin svalare temperatur i varmare väder.
• Fasförändringsmaterial

Säsongsenergilagringredigera

om tillräckligt med massa används kan det skapa en säsongsfördel. Det betyder att det kan värma på vintern och svalna på sommaren. Detta kallas ibland passiv årlig värmelagring eller PAH. PAH-systemet har framgångsrikt använts vid 7000 ft. i Colorado och i ett antal hem i Montana. Earthships of New Mexico använder passiv uppvärmning och kylning samt använder återvunna däck för grundvägg som ger maximal PAH/STES. Det har också använts framgångsrikt i Storbritannien på Hockerton Housing Project.