V dnevni sobi, kjer so nadstropja izdelana s cementnimi ploščami se ta prepletajo precej neposredno s soncem in s sončno svetlobo skozi velika okna z visokim stropom. Toplotna masa lahko čez dan hrani dnevno sončno energijo in jo ponoči ponovi.
Toplotna masa, ki se pravilno uporablja, zniža notranje temperature tako, da ne prihaja ponoči do dnevnih ekstremov. Za povečanje udobje, zmanjšamo stroške energije. Slaba uporaba toplotne mase lahko poslabša najhujše ekstremne klime in je lahko ogromna energijska in komfortna odgovornost. Celotno noč vam lahko izžareva toploto, ko poskušate spati med poletnim vročim valom ali absorbirati vse toplote, ki jih proizvedete v zimskem času.
Da bi bila učinkovita, je treba toplotno maso vključiti v zvočne pasivne tehnike. To pomeni, da imajo ustrezne površine zasteklitve ustrezno smerne smeri z ustreznimi nivoji senčenja, ventilacije, izolacije in toplotne mase.
Kako deluje toplotna masa
Toplotna masa deluje kot termična baterija. Med poletjem absorbira toploto čez dan in jo sprošča ponoči da prihaja do hlajenja vetra ali jasnega nočnega neba, tako da je hiša udobna. Pozimi lahko toplotna masa shranjuje toploto iz sonca ali grelcev, da jo sprosti ob nočeh, kar pomaga pri počutju.
Toplotna masa ni nadomestek za izolacijo. Toplotna masa shranjuje in ponovno sprošča toploto. Izolacija ustavi toploto, ki teče v stavbo ali iz nje. Visokotemperaturni materiali na splošno niso dober toplotni izolator. Še posebej koristna je toplotna masa, kadar obstaja velika razlika med dnevno in nočno zunanjo temperaturo.
Linijski graf prikazuje dnevna nihanja temperature zraka za tri različne gradbene metode v primerjavi z zunanjo temperaturo. Zunanja temperatura ima sinusno krivuljo med najvišjimi v najnižjih temperaturah, odvisno od časa dneva. Lahka lesena zgradba ima pridevno sinusoidno krivuljo, ki ima manjše maksimalne in višje minimalne vrednosti kot zunanja temperatura. Težka zgradba z zunanjo izolacijo ima le rahlo nihanje temperature glede na čas dneva. Toda težka zgradba, ki je deloma pokrita z zemljo, so skozi dan zanemarjene temperature nihanj.
Dnevna temperaturna nihanja za različne gradbene metode.
Pravilna uporaba toplotne mase lahko odloži toplotni tok skozi novo stavbo za 10-12 ur, pri čemer toplo hišo pozimi ogreva in poleti v hladnejši hiši čez dan deluje v spodnjem delu hiše po "Termalnem zamiku«.
Visoka masna zgradba mora pridobiti ali izgubiti veliko energije, da bi spremenila svojo notranjo temperaturo, medtem ko lahka zgradba zahteva le majhen energetski prirast ali izgubo, da bi spremenila temperaturo zraka. To je pomemben dejavnik pri izbiri gradbenih sistemov in ocenjevanju prilagajanja podnebnim spremembam.
Zima
Dopustite, da toplotna masa dnevno absorbira toploto iz neposredne sončne svetlobe ali s pomočjo sevalnih grelcev. Ta toplota ponovno ogreva hišo čez noč. Diagram hiše v zimskem času kaže, da čez dan toplota sonca vstopi v hišo in se hrani v toplotni masi hiše. Ponoči se toplota sprosti v hiši.
Poletje
Pustite hladne nočne vetrove v / ali konvekcijske tokove, da prenesejo toplotno maso, pri čemer se porabi vsa shranjena energija. Čez dan varujte toplotno maso pred prekomernim poletnim soncem s senčenjem in izolacijo, če je to potrebno. Diagram hiše poleti kaže, da čez dan hišne hiše ščitijo notranjost od sončnih žarkov. Toplota se sprosti iz notranjosti hiše v toplotno maso. Ponoči odprta okna omogočajo lahen vetrič skozi hišo, ki sprošča toploto tudi zunaj.
Učinkovito z uporabo termične mase
Toplotna masa je najbolj primerna v podnebjih z velikim dnevnim temperaturnim območjem. Praviloma so dnevne razdalje, manjše od 6 °C, nezadostne od 7 ° - 10 °C in so lahko uporabno glede na podnebje, kjer presegajo 10 °C. Je pa pri tem zaželena visoka toplotna masa. Izjeme od pravil se pojavijo v bolj skrajnih podnebjih.
V hladnih ali hladnejših podnebjih, kjer se dodatno uporablja ogrevanje, hiše imajo korist od velikih masnih konstrukcij, ne glede na dnevno območje (na primer Hobart 8,5 °C). V tropskih podnebjih z dnevnimi razponi od 7 ° - 8 °C (na primer Cairns 8,2 °C) lahko visoka masna zgradba povzroči toplotno neugodje, razen če je skrbno zasnovana, dobro osenčena in toplotno izolirana.
Steklo do masnih razmerij za različne podnebne razmere
Steklena in vse do masnih razmerij primerjajo za izpostavljena območja soncu, pasivnemu zasenčenju, zasteklitvi proti severu do območja izpostavljene in izolirane notranje mase (stene in tla), da se prepreči pregrevanje pasivnih solarnih hiš. Spodnji graf prikazuje priporočeno steklo do množičnega razmerja.
Graf
- Hladne alpske podnebne razmere računajo: za površine z dvojno zasteklitvijo od 20 do 25 % talnih površin.
- Zmerno hladno: dvojna zastekljena okna z zavesami roletami, polkni in podobno 15 do 20 % površine tal.
- Temperatura podnebja na površini stekla 12 do 15 % talne površine (17 %, če je dvojno zastekljena).
- Če prevladuje hladno podnebje, mora biti razmerje med sončnim steklom, obrnjeno proti severu, vsaj 6 %, vendar je lahko do 10 % koristno, kar je odvisno od zasnove.
- Kadar je hladno samo podnebje, se je treba izogibati sončnemu steklu, saj je nizka masna gradnja z visoko ravnijo prezračevanja običajno najboljša. Zemeljske plošče lahko dodajajo uporabne lastnosti toplotne žilavosti do toplotne mase. Toplotne mase, ki jih pokrivajo talne temperature na globini 1,5 m, ostanejo poleti pod 19 °C.
Te stopnje je treba spreminjati glede na:
- razpoložljivost sonca (dostop in pogostost)
- dnevne temperature
- vrsta in orientacija zasteklitve in senčenja (ambientni in difuzni dobički).
Opomba
Ta pravila veljajo samo za pasivne zasidrane pretežno severne zasteklitve z zajamčenim solarnim dostopom. Modeliranje s programsko opremo za ocenjevanje energetskih virov je edini zanesljiv način za njihovo preverjanje.
Tipični namenski programi
V prostorih z dobrim dostopom do zimskega sonca je koristno, da se toplotna masa poveže z zemljo. Najpogostejši primer je gradnja plošče na tleh. Manj pogosti primeri so opeka ali zemeljska tla, pokrita z zemljo, ali zelene strehe (glej gradbene sisteme).
V večini podnebij je plošča na tleh bolj prednostna od viseče plošče, ker ima večjo toplotno maso zaradi neposrednega stika s tlemi. To je znano kot spenjanje zemlje. Pod hišo se dvigne globlje, stabilnejše so temperature tal, ker izolacijske lastnosti preprečujejo izgubo toplote. Plošča prevzame to višjo temperaturo, ki se lahko giblje od 16° do 19 °C.
Poleti ima zemlja zmogljivost, da "odloži" ogromne toplotne obremenitve. Zagotavlja tudi hladno površino, s katero lahko stanovalci segrejejo toploto (ali hodijo z golimi nogami). To povečuje psihološko in fiziološko udobje.
Pozimi plošča ohranja toplotno udobje pri precej višji temperaturi brez vročine. Dodajanje pasivnega sončnega ali mehanskega ogrevanja je torej učinkovitejše zaradi nižje temperature, ki je potrebna za doseganje prijetnih temperatur.
Uporabite površine, ki so pokrite s kamnom ali preprosto polirane betonske plošče. Ne pokrivajte območij plošče, izpostavljene zimskemu soncu s preprogo, plutovino, lesom ali drugimi izolacijskimi materiali, namesto tega uporabite preproge. V območju, kjer je hladno podnebje, je treba izolirati navpične robove plošče na tleh ali če je v ploščo vgrajeno ogrevanje ali hlajenje v gornjem delu.
Izolirajte stike robov, kjer je hladno podnebje ali kjer je vgrajeno gretje ali hlajenje v plošči.
Celotno ploščo je treba izolirati od stikov z zemljo v mrzlih podnebjih in območjih z nizko temperaturo zemlje na globini 3 m ali vročih, vlažnih podnebjih z visokimi temperaturami zemlje.
Razmislite o termitnem preverjanju pri oblikovanju izolacije robnih plošč. Poskrbite, da bo vrsta izbranega termitnega sistema združljiva z izolacijskim robom plošče.
Glavni nosilni zidovi zagotavljajo tudi dobro toplotno maso. Lahko se uporabijo reciklirani materiali (na primer ponovno uporabljene opeke). Izogibajte se gradnji zidanih zidov z mavčno ploščo, ker to toplotno maso iz notranjosti izolira in znatno zmanjša njegovo sposobnost, da absorbira in ponovno sprošča toploto.
Povratni opečni furnir je primer dobre toplotne mase pri zunanjih stenah, ker je masa znotraj in zunaj izolirana. V tradicionalnem opečnem furnirju masa opeke ne prispeva k toplotnemu shranjevanju, saj je izolirana od znotraj in ne od zunaj.
Toplotne masne stene in talna plošča.
Kje najti toplotno maso
Za določitev najboljše lokacije za toplotno maso morate vedeti, ali je vaša največja poraba energije posledica poletnega hlajenja ali zimskega segrevanja.
Ogrevanje: poiščite toplotno maso na območjih, ki prejemajo neposredno sončno svetlobo ali sevalno toploto iz grelcev.
Ogrevanje in hlajenje: poiščite toplotno maso znotraj stavbe v pritličju za idealno poletno in zimsko učinkovitost. Tla so običajno najbolj ekonomično mesto za lociranje težkih materialov, zemeljska povezava pa zagotavlja dodatno toplotno stabilizacijo poleti in pozimi v teh podnebjih.
Poiščite toplotno maso v prostorih, ki gledajo proti severu, z dobrim sončnim dostopom, izpostavljenost hladnim nočnim vetrovom poleti in dodatnimi viri ogrevanja ali hlajenja (grelniki ali hlapi izhlapevanja).
Poiščite dodatno toplotno maso blizu središča stavbe, še posebej, če je tam nameščen grelec ali hladilnik. Značilne opečne stene, plošče, vodne značilnosti in velike posode z zemljo ali vodo.
Hlajenje: zaščitite toplotno maso od poletnega sonca s senčenjem in izolacijo, če je to potrebno. Pustite hladne nočne vetrove in zračne tokove skozi toplotno maso, s čimer vzamete vso shranjeno energijo.
Kjer ne najdemo toplotne mase
Izogibajte se uporabi v prostorih in stavbah s slabo izolacijo od zunanjih temperaturnih skrajnosti in prostorov z minimalno izpostavljenostjo zimskemu soncu ali hlajenju poletnega vetra. Toplotna masa lahko poveča porabo energije, če jo uporabljate v prostorih, kjer je pomožno ogrevanje ali hlajenje edino sredstvo za nastavitev temperature, ker upočasni odzivni čas.
Potrebna je skrbna zasnova, če se toplotna masa vgrajena na zgornji ravni večnadstropnega ohišja v vseh, vendar mrzlih podnebjih, še posebej, če gre za spalnice. Naravna konvekcija ustvarja višje temperature nad sobo in toplotno maso na zgornji ravni, kjer absorbira to energijo. V vročih nočeh se lahko zgornja mejna toplotna masa počasi ohladi, kar povzroča neugodje. Povratnica je resnična pozimi.
Posebni podnebni odzivi
Podnebna obravnava je ključna pri učinkoviti uporabi toplotne mase. Možno je oblikovati visoko toplotno maso za skoraj vsako podnebje, vendar so skrajna podnebja zelo skrbno načrtovano (glej podnebje specifično steklo do masnih razmerij v "Kontrolni seznam za toplotno maso" spodaj).
Ali bo sedanja uporaba toplotne mase še vedno primerna v 20 ali 30 letih?
Pomislite na vpliv predvidenih sprememb v podnebju zaradi globalnega segrevanja. Ali bo trenutna uporaba toplotne mase še vedno primerna čez 20 ali 30 let, če se bodo temperature zvišale in zmanjšale dnevne dolžine? To je posebno pomembno vprašanje v tropskih podnebjih, kjer so temperature že blizu zgornji ravni udobja. Za glavne značilnosti teh podnebij glej oblikovanje podnebja.
Vroče in vlažno (tropsko) podnebje
Uporaba velike masne konstrukcije se običajno ne priporoča v vročem vlažnem podnebju zaradi omejenega dnevnega območja. Pasivno hlajenje v tem podnebju je običajno bolj učinkovito pri stavbah z nizko maso.
Toplotno udobje v času spalnih ur je glavni vidik načrtovanja v tropskih podnebjih. Lahka konstrukcija se hitro odzove na hladilne vetrove. Visoka masa lahko te negativne učinke popolnoma odpravi s počasnim ponovno sproščanjem toplote, ki se absorbira čez dan.
Toplo vlažno in toplo / blago zmerno podnebje
Ohranjanje toplotnega udobja v teh benignih podnebjih je razmeroma preprosto. Dobro zasnovane hiše morajo imeti malo dodatnega ogrevanja ali hlajenja. Dejstvo je, da lahko z nacionalnimi shemami za ocenjevanje energetske učinkovitosti hiš (NatHERS) se doseže relativno nizke stroške.
Prevladujoča zahteva za hlajenje v teh podnebnih pogojih je pogosto primerna za lahke, nizke gradnje. Primerna je tudi visoka masa, vendar zahteva zvočno pasivno zasnovo, da se prepreči pregrevanje poleti.
V večplastni izvedbi bi bilo treba idealno uporabiti visoko maso na nižjih ravneh, da bi stabilizirali temperature. Nizka masa na zgornjih ravneh zagotavlja, da se vroč zrak dvigne (s konvekcijskim prezračevanjem), ker ni zapakiran na zgornji ravni. To je še posebej pomembno, če spalni prostori ležijo na zgornjih ravneh. Prostori na tleh in prvem nadstropju morajo biti zmožni razporejati (zapreti), da preprečijo temperaturno slojevitost pozimi.
I.K.
