Тепловая масса – это свойство строительных материалов поглощать, накапливать и отдавать тепловую энергию. Она является важным элементом конструкции пассивного солнечного дома и может использоваться для пассивного солнечного отопления, пассивного солнечного охлаждения или и того, и другого.
Примерами строительных материалов с тепловой массой являются бетон, кирпич, камень, вода и т.д. Наиболее часто используемыми конструктивными элементами из тепловой массы являются бетонные плиты и стены. Они должны быть расположены в определенном месте, чтобы получать достаточное количество солнечного света. Эти места могут варьироваться в зависимости от направления здания к солнцу.
Использование тепловой массы при проектировании пассивного солнечного дома следует рассматривать при наличии разницы между дневной и ночной температурой, в противном случае она не будет служить своей цели – улучшению комфорта и поддержанию умеренной температуры в здании.
Для пассивного отопления тепловая масса может поглощать и накапливать достаточное количество тепловой энергии в течение дня и высвобождать ее ночью для повышения температуры внутри помещения. В то время как для пассивного охлаждения тепловая масса может быть предотвращена от воздействия прямых солнечных лучей, сохранять температуру вечером и ночью и высвобождать ее днем для поддержания низкой температуры внутри дома.
Что такое тепловая масса в пассивных зданиях?
Тепловая масса является важнейшим элементом любой пассивной солнечной конструкции, поскольку она контролирует тепло и минимизирует колебания температуры в доме.
Строительный материал с высокой тепловой массой может улавливать и сохранять большое количество тепловой энергии. В результате предотвращается быстрый рост температуры внутри жилых помещений, см. рис. 1.
Напротив, материал с низкой тепловой массой не может захватить и сохранить большое количество тепловой энергии, и впоследствии температура в доме будет быстро повышаться, см. рис. 2. Чем выше тепловая масса, тем дольше время задержки.
Уровень проводимости и плотность материалов помогают поддерживать стабильную внутреннюю температуру в здании. Строительные материалы со свойствами тепловой массы используются в конструкции пола или внутренних стен пассивной солнечной конструкции.
Эти конструктивные элементы располагаются вблизи солнечного остекления, чтобы солнечная энергия попадала непосредственно на них.
Влияние материалов с высокой тепловой массой на температуру в здании
Влияние материалов с низкой тепловой массой на температуру внутри здания
Что такое тепловая задержка?
Скорость, с которой тепловая масса отдает поглощенную тепловую энергию, называется тепловой задержкой. Тепловая задержка регулируется толщиной материала, площадью поверхности, текстурой, цветом, покрытием поверхности, теплоемкостью, проводимостью, разницей температур между каждой поверхностью, воздействием движения воздуха и скоростью воздуха.
Двенадцатичасовой цикл тепловой задержки является подходящим и желательным при умеренных погодных условиях. В более холодных погодных условиях тепловая задержка до семи дней является благоприятной, если имеется достаточное остекление с солнечным облучением для зарядки тепловой массы в солнечные дни.
Строительные материалы со свойствами тепловой массы
Материалы, обладающие свойствами тепловой массы, обычно имеют высокую плотность, например, бетон, кирпич, керамическая плитка и камень.
Вода обладает высокой плотностью и может накапливать и излучать тепловую энергию. Однако она не может быть интегрирована в здание подобно другим строительным материалам, но это возможно при использовании емкостей для наполнения водой для пассивного солнечного охлаждения. Деревянный каркас является примером материала с низкой тепловой массой, т.е. он обладает коротким тепловым запаздыванием.
Как правило, материалы со свойствами тепловой массы имеют высокую плотность, поэтому они способны проводить тепло. Поэтому тепловая масса в пассивном солнечном здании не должна быть полностью открыта солнцу, но достаточно открытия значительной части. Тогда поглощенное тепло медленно распространяется по всей массе, а затем высвобождается в ночное время для обогрева жилых помещений.
Способность тепловой массы поглощать большое количество тепла можно использовать для обеспечения охлаждающего эффекта внутри пассивного дома. Сначала масса поглощает тепло и сохраняет внутреннее пространство прохладным. Затем тепловая энергия массы высвобождается и выводится из здания с помощью надлежащей вентиляции.
Кроме того, тепловая масса может улавливать и сохранять более низкую вечернюю и ночную температуру в ночное время, что способствует охлаждению дома в дневное время.
Использование тепловой массы в пассивном солнечном здании подходит для регионов с разумной разницей дневных и ночных температур. Строительные материалы с высокой тепловой массой могут значительно повысить комфорт и снизить энергопотребление дома.
Таблица 1: Строительный материал с тепловой массой
Материал тепловой массыУдельная теплоемкостьТеплопроводностьПлотностьЭффективностьWater42000.601000highStone10001.82300highBrick8000.731700highConcrete10001.132000highUnfired clay bricks10000.21700highDense concrete block10001.632300highGypsum plaster10000.51300highAircrete block10000.15600mediumSteel480457800lowTimber12000.14650lowMineral fibre insulation10000.03525low
Трубы, заполненные водой, обеспечивают тепловую массу в легком доме
Соображения для эффективной установки тепловой массы
Эффективность тепловой массы будет сомнительной, если ее не интегрировать с подходящими методами пассивного дизайна. Количество тепловой энергии, улавливаемой тепловой массой, зависит от площади остекления, типа и затенения.
В холодном климате, где потребность в тепле невелика, требуется небольшая площадь стекла с высокой солнечной пропускной способностью. И наоборот, в жарких климатических условиях справедливо обратное. Кроме того, герметичность и изоляция влияют на то, как долго поглощенное тепло будет удерживаться в доме.
Сколько тепловой массы необходимо обеспечить?
Площадь
Площадь открытой тепловой массы должна примерно в шесть раз превышать площадь стекла, на которое попадает прямой солнечный свет. Поэтому важно сбалансировать площадь открытой тепловой массы и площадь остекления.
Если площадь остекления велика, это приведет к перегреву жилого пространства летом и слишком быстрой потере тепла зимой. Точное соотношение тепловой массы и площади остекления меняется в зависимости от погодных условий и дизайна.
Толщина
Толщина тепловой массы должна быть определена для предотвращения возможного перегрева в летний период.
Толщина стены из тепловой массы находится в диапазоне 100-150 мм, в то время как толщина бетонной плиты пола должна быть в диапазоне 100-200 мм.
Если толщина тепловой массы велика, то для ее нагрева потребуется слишком много времени, а тонкая тепловая масса не сможет накопить достаточное количество тепла.
Какие принципы используются для определения местоположения тепловой массы?
Первым шагом является определение местоположения тепловой массы, чтобы определить, используется ли она для пассивного солнечного отопления или пассивного солнечного охлаждения. После этого используйте следующие принципы для определения местоположения тепловой массы в здании:
Часто задаваемые вопросы
Что такое тепловая масса?
Тепловая масса – это характеристика, которая позволяет строительным материалам улавливать, накапливать, а затем отдавать значительное количество тепловой энергии. Она имеет решающее значение для пассивного солнечного дизайна зданий в отношении контроля тепла от солнечного усиления, поскольку ограничивает колебания температуры в доме.
Каковы свойства материалов с высокой тепловой массой?
1. Материал должен быть тяжелым и плотным, чтобы иметь возможность поглощать и сохранять значительное количество тепловой энергии.
2. Он должен быть хорошим теплопроводником, чтобы иметь возможность впускать и выпускать тепловую энергию.
3. Материалы с высокой тепловой массой имеют темную поверхность, текстурированную поверхность или и то, и другое для поглощения и излучения тепла.
Почему тепловая масса важна для пассивного солнечного дизайна?
Строительные материалы с высокой тепловой массой могут значительно повысить комфорт и снизить энергопотребление дома. Тепловая масса работает как тепловой аккумулятор для регулирования внутренних температур путем выравнивания перепадов день-ночь.
Какие места в здании не подходят для размещения тепловой массы?
1. Холодные и сквознячные помещения, такие как подъезды и неотапливаемые коридоры.
2. Помещения, в которые зимой не попадает много солнечного света.
3. Места с плохой изоляцией.
Как добавить тепловую массу в здание во время ремонта?
Тепловая масса может быть добавлена к существующему зданию во время ремонта путем:
1. Укладка бетонного пола в новой пристройке,
2. Добавьте кирпичную или каменную стену, подверженную воздействию прямых солнечных лучей или находящуюся рядом с источником тепла и должным образом изолированную, если это внешняя стена.
Устойчивое планирование и проектирование зданий
Здания с нулевым энергопотреблением – особенности, преимущества и материалы
Новые технологии для энергосбережения в зданиях
Читайте далее:- Как работает пассивная система солнечного отопления?.
- Пассивные солнечные здания – концепция, преимущества и эксплуатационные характеристики.
- В чем разница между пассивным солнечным домом и домом с солнечной температурой?.
- Стекло, выходящее на юг, в пассивном солнечном здании: Как определить его оптимальный размер.
- Пассивный дом: Снижение энергопотребления в вашем здании.
- Как работает пассивное солнечное охлаждение?.
- Каковы проектные соображения для системы пассивного солнечного отопления?.