Войти
В этом сравнении показано, насколько тяжелый и легкий. конструкции влияют на внутреннюю температуру В проектировании зданий тепловая масса - это свойство массы здания, которое позволяет ему сохранять тепло, обеспечивая «инерцию» по отношению к колебаниям температуры. Иногда его называют тепловым эффектом маховика . Например, когда наружная температура колеблется в течение дня, большая тепловая масса в изолированной части дома может служить для «сглаживания» дневных колебаний температуры, поскольку тепловая масса будет поглощать тепловую энергию, когда температура окружающей среды выше. чем масса, и возвращать тепловую энергию, когда окружающая среда более холодная, не достигая теплового равновесия. Это отличается от значения изолирующего материала, которое снижает теплопроводность здания, позволяя нагревать или охлаждать его относительно отдельно от внешней стороны или даже просто сохранять тепловую энергию людей. дольше.
С научной точки зрения тепловая масса эквивалентна тепловой емкости или теплоемкости, способности тела накапливать тепловую энергию. Обычно он обозначается символом C th, а его единица СИ - Дж / ° C или Дж / K (что эквивалентно). Термическая масса также может использоваться для водоемов, машин или частей машин, живых существ или любых других конструкций или тел в инженерии или биологии. В этих контекстах вместо этого обычно используется термин «теплоемкость».
Уравнение, связывающее преобразование тепловой энергии в тепловую массу:
где Q - переданная тепловая энергия, C th - это тепловая масса тела, а ΔT - изменение температуры.
Например, если 250 Дж тепловой энергии добавлено к медной передаче с тепловой массой 38,46 Дж / ° C, ее температура повысится на 6,50 ° C. Если тело состоит из однородного материала с достаточно известными физическими свойствами, термическая масса - это просто масса материала, умноженная на удельную теплоемкость этого материала. Для тел, сделанных из многих материалов, в расчетах может использоваться сумма теплоемкостей их чистых компонентов, или в некоторых случаях (например, для всего животного) число может быть просто измерено для всего рассматриваемого тела, прямо.
Как экстенсивное свойство, теплоемкость является характеристикой объекта; соответствующее ему интенсивное свойство представляет собой удельную теплоемкость, выраженную в единицах измерения количества материала, таких как масса или количество молей, которые необходимо умножить на аналогичные единицы, чтобы получить теплоемкость всего тела. материала. Таким образом, теплоемкость может быть эквивалентно вычислена как произведение массы m тела и удельной теплоемкости c для материала, или произведения количества моль молекул. представить n и молярную удельную теплоемкость 
Для тела однородного состава 
, где 
Тепловая масса эффективна для повышения комфорта здания в любом месте, которое испытывает подобные дневные колебания температуры - как зимой, так и летом. При правильном использовании и в сочетании с пассивной солнечной конструкцией тепловая масса может играть важную роль в значительном сокращении использования энергии в активных системах отопления и охлаждения. Использование материалов с термической массой наиболее выгодно там, где существует большая разница в температуре наружного воздуха от дня к ночи (или когда ночная температура по крайней мере на 10 градусов ниже заданного значения термостата). Термины тяжелый и легкий. Вес часто используется для описания зданий с различными стратегиями тепловой массы и влияет на выбор численных факторов, используемых в последующих расчетах для описания их теплового отклика на нагрев и охлаждение. В проектировании инженерных систем зданий использование программного обеспечения для компьютерного моделирования динамического моделирования позволило точно рассчитать экологические характеристики зданий с различными конструкциями и для разных годовых наборов климатических данных. Это позволяет архитектору или инженеру подробно изучить взаимосвязь между тяжелыми и легкими конструкциями, а также уровни изоляции для снижения энергопотребления для механических систем отопления или охлаждения или даже полное устранение необходимости в таких системах.
Идеальными материалами для тепловой массы являются те материалы, которые имеют:
Любое твердое вещество, жидкость или газ с массой будет иметь некоторую тепловую массу. Распространенное заблуждение состоит в том, что только бетон или земляной грунт имеют тепловую массу; даже воздух имеет тепловую массу (хотя и очень небольшую).
Для строительных материалов доступна таблица объемной теплоемкости, но обратите внимание, что их определение тепловой массы немного отличается.
Правильное использование и применение тепловой массы зависит от преобладающего климата в районе.
Тепловая масса идеально размещается внутри здания и находится там, где она все еще может подвергаться воздействию зимнего солнечного света под низким углом (через окна), но с изоляцией от потерь тепла. Летом ту же самую тепловую массу следует закрывать от летнего солнечного света под большим углом, чтобы предотвратить перегрев конструкции.
Тепловая масса пассивно нагревается солнцем или дополнительно внутренними системами отопления в течение дня. Тепловая энергия, хранящаяся в массе, затем возвращается во внутреннее пространство в течение ночи. Важно, чтобы он использовался в сочетании со стандартными принципами пассивного солнечного дизайна.
. Можно использовать любую форму тепловой массы. Фундамент из бетонной плиты либо оставлен открытым, либо покрыт проводящими материалами, например плитка, одно из простых решений. Еще один новаторский метод - размещение каменного фасада дома с деревянным каркасом внутри («облицовка обратным кирпичом»). Термическую массу в этой ситуации лучше наносить на большую площадь, а не на большие объемы или толщину. 7,5–10 см (3-4 дюйма) часто бывает достаточно.
Поскольку наиболее важным источником тепловой энергии является Солнце, важным фактором является соотношение остекления к тепловой массе. Были предложены различные формулы разработан для определения этого. Как правило, дополнительную тепловую массу, подвергающуюся солнечному облучению, необходимо применять в соотношении от 6: 1 до 8: 1 для любой области, обращенной к солнцу (на север в Южном полушарии или на юг в Северное полушарие) остекление более 7% от общей площади пола. Например, 200-метровый дом с 20-метровым остеклением, выходящим на солнце, имеет 10% остекления от общей площади пола; 6 м этого остекления потребуют дополнительной тепловой массы., используя указанное выше соотношение от 6: 1 до 8: 1, требуется дополнительно 36–48 м солнечной тепловой массы. Точные требования меняются от климата к климату.
Современный школьный класс с естественной вентиляцией за счет открывающихся окон и незащищенная тепловая масса от прочного бетонного перекрытия для контроля летних температур Тепловая масса идеально размещается внутри здания, где она защищена от прямого солнечного излучения, но подвергается воздействию жителей здания. Поэтому он чаще всего ассоциируется с твердыми бетонными перекрытиями в зданиях с естественной или малоэнергетической механической вентиляцией, где бетонный потолок остается открытым для занимаемого пространства.
В течение дня тепло поступает от солнца, жителей здания, электрического освещения и оборудования, вызывая повышение температуры воздуха в помещении, но это тепло поглощается открытой бетонной плитой над, тем самым ограничивая повышение температуры в помещении до приемлемых уровней для теплового комфорта человека. Кроме того, более низкая температура поверхности бетонной плиты также поглощает лучистое тепло непосредственно от людей, что также способствует их тепловому комфорту.
К концу дня плита, в свою очередь, нагрелась, и теперь, когда внешняя температура снижается, тепло может быть выпущено, и плита остыла, готовая к началу следующего дня. Однако этот процесс «регенерации» эффективен только в том случае, если система вентиляции здания работает в ночное время, чтобы отводить тепло от плиты. В зданиях с естественной вентиляцией обычно предусматривают автоматические оконные проемы для автоматического облегчения этого процесса.
Глинобитное здание в Санта-Фе, Нью-Мексико Это классическое использование тепловой массы. Примеры включают глинобитные или дома с утрамбованной землей. Его функция сильно зависит от заметных суточных колебаний температуры. Стена в основном препятствует передаче тепла снаружи внутрь в течение дня. Высокая объемная теплоемкость и толщина предотвращают попадание тепловой энергии на внутреннюю поверхность. Когда температура падает ночью, стены повторно излучают тепловую энергию обратно в ночное небо. В этом случае важно, чтобы такие стены были массивными, чтобы предотвратить передачу тепла внутрь помещения.
Использование тепловой массы является наиболее сложной задачей в этой среде, где ночные температуры остаются повышенными. Его используют в основном как временный радиатор. Тем не менее, он должен быть стратегически расположен, чтобы предотвратить перегрев. Его следует размещать в месте, которое не подвергается прямому воздействию солнечного излучения, а также обеспечивает адекватную вентиляцию ночью, чтобы уносить накопленную энергию без дальнейшего повышения внутренней температуры. Если он вообще будет использоваться, его следует использовать в разумных количествах и, опять же, не в больших толщинах.
При использовании достаточной массы это может создать сезонное преимущество. То есть может зимой греть, а летом прохладно. Иногда это называется пассивным годовым накоплением тепла или PAHS. Система PAHS успешно использовалась на высоте 7000 футов в Колорадо и в ряде домов в Монтане. Корабли из Нью-Мексико используют пассивное отопление и охлаждение, а также используют переработанные шины для фундаментной стены, обеспечивая максимальное количество PAHS / STES. Он также успешно использовался в Великобритании в Hockerton Housing Project.
