Thermalmasse

Thermalmasse ist ein Konzept im Gebäude des Designs, das beschreibt, wie die Masse des Gebäudes "Trägheit" gegen Temperaturschwankungen zur Verfügung stellt, die manchmal als die Thermalschwungrad-Wirkung bekannt sind. Zum Beispiel, wenn außerhalb Temperaturen im Laufe des Tages schwanken, kann eine große Thermalmasse innerhalb des isolierten Teils eines Hauses dienen, um" die täglichen Temperaturschwankungen "glatt zu machen, da die Thermalmasse Thermalenergie absorbieren wird, wenn die Umgebungen in der Temperatur höher sind als die Masse, und Thermalenergie zurück geben, wenn die Umgebungen kühler sind, ohne Thermalgleichgewicht zu erreichen. Das ist von einem Insulative-Wert eines Materials verschieden, der ein Thermalleitvermögen eines Bauens reduziert, ihm erlaubend, geheizt oder relativ getrennt von außen abgekühlt zu werden, oder sogar gerade die längere Thermalenergie der Bewohner zu behalten.

Wissenschaftlich ist Thermalmasse zur Thermalkapazitäts- oder Hitzekapazität, der Fähigkeit eines Körpers gleichwertig, Thermalenergie zu versorgen. Darauf wird normalerweise durch das Symbol C verwiesen und in Einheiten von J / ° C oder J/K gemessen (die gleichwertig sind). Thermalmasse kann auch für Wassermassen, Maschinen oder Maschinenteile, Wesen, oder jede andere Struktur oder Körper in der Technik oder Biologie verwendet werden. In jenen Zusammenhängen wird der Begriff "Hitze-Kapazität" normalerweise stattdessen gebraucht.

Hintergrund

Die Gleichung, die Thermalenergie mit der Thermalmasse verbindet, ist:

:

wo Q die übertragene Thermalenergie ist, ist C die Thermalmasse des Körpers, und ΔT ist die Änderung in der Temperatur.

Zum Beispiel, wenn 250 J der Hitzeenergie zu einem Kupferzahnrad mit einer Thermalmasse von 38.46 J / ° C hinzugefügt werden, wird sich seine Temperatur um 6.50 °C erheben.

Wenn der Körper aus einem homogenen Material mit genug bekannten physikalischen Eigenschaften besteht, ist die Thermalmasse einfach die Masse von materiellen Gegenwarten die spezifische Hitzekapazität dieses Materials. Für aus vielen Materialien gemachte Körper kann die Summe von Hitzekapazitäten für ihre reinen Bestandteile in der Berechnung, oder in einigen Fällen verwendet werden (bezüglich eines ganzen Tieres, zum Beispiel) die Zahl kann einfach für den kompletten fraglichen Körper direkt gemessen werden.

Als ein umfassendes Eigentum ist Hitzekapazität für einen Gegenstand charakteristisch; sein entsprechendes intensives Eigentum ist spezifische Hitzekapazität, die in Bezug auf ein Maß des Betrags des Materials wie Masse oder Zahl von Maulwürfen ausgedrückt ist, die mit ähnlichen Einheiten multipliziert werden müssen, um die Hitzekapazität des kompletten Körpers des Materials zu geben. So kann die Hitzekapazität als das Produkt der MassenM des Körpers und der spezifischen Hitzekapazität c für das Material gleichwertig berechnet werden, oder das Produkt der Zahl von Maulwürfen von Molekülen präsentiert n und den Mahlzahn spezifische Hitzekapazität. Für die Diskussion dessen, warum sich die thermischen geistigen Energielagerungsanlagen von reinen Substanzen ändern, sieh Faktoren, die spezifische Hitzekapazität betreffen.

Für einen Körper der gleichförmigen Zusammensetzung, kann durch näher gekommen werden

:

wo die Masse des Körpers ist und die isobaric spezifische Hitzekapazität des über die fragliche Temperaturreihe durchschnittlichen Materials ist. Für aus zahlreichen verschiedenen Materialien zusammengesetzte Körper können die Thermalmassen für die verschiedenen Bestandteile gerade zusammen hinzugefügt werden.

Thermalmasse in Gebäuden

Thermalmasse ist in der Besserung der Baubequemlichkeit in jedem Platz wirksam, der diese Typen von täglichen Temperaturschwankungen — beide im Winter sowie im Sommer erfährt.

Wenn verwendet, gut und verbunden mit dem passiven Sonnendesign kann Thermalmasse eine wichtige Rolle in den Hauptverminderungen zum Energiegebrauch in der aktiven Heizung und den Kühlsystemen spielen.

Die Begriffe Schwergewicht und Leichtgewichtler werden häufig gebraucht, um Gebäude mit verschiedenen Thermalmassenstrategien zu beschreiben, und betrifft die Wahl von numerischen in nachfolgenden Berechnungen verwendeten Faktoren, um ihre Thermalantwort auf die Heizung und das Abkühlen zu beschreiben.

Im Gebäude der Dienstleistungstechnik der Gebrauch der dynamischen Simulation hat rechenbetonte modellierende Software die genaue Berechnung der Umweltleistung innerhalb von Gebäuden mit verschiedenen Aufbauten und für verschiedene jährliche Klimadateien berücksichtigt. Das erlaubt dem Architekten oder Ingenieur, im Detail die Beziehung zwischen Schwergewichts- und Leichtgewichtsaufbauten, sowie Isolierungsniveaus, im abnehmenden Energieverbrauch für die mechanische Heizung oder die Kühlsysteme oder sogar das Entfernen des Bedürfnisses nach solchen Systemen zusammen zu erforschen.

Eigenschaften für die gute Thermalmasse erforderlich

Ideale Materialien für die Thermalmasse sind jene Materialien, die haben:

Jeder Festkörper, Flüssigkeit oder Benzin, das Masse hat, werden eine Thermalmasse haben. Ein häufiger Irrtum ist, dass nur konkreter oder Erdboden Thermalmasse hat; sogar Luft hat Thermalmasse (obwohl sehr wenig).

Ein Tisch der volumetrischen Hitzekapazität, um Materialien zu bauen, ist hier verfügbar, aber bemerken Sie, dass ihre Definition der Thermalmasse ein bisschen verschieden ist.

Gebrauch der Thermalmasse in verschiedenen Klimas

Der richtige Gebrauch und die Anwendung der Thermalmasse sind vom vorherrschenden Klima in einem Bezirk abhängig.

Gemäßigte und kalte gemäßigte Klimas

Ausgestellte Sonnenthermalmasse

Thermalmasse wird innerhalb des Gebäudes ideal gelegt und gelegen, wo es noch zum niedrigen Winkelwintersonnenlicht (über Fenster) ausgestellt, aber vom Hitzeverlust isoliert werden kann. Im Sommer sollte dieselbe Thermalmasse vom höheren Winkelsommersonnenlicht verdunkelt werden, um zu verhindern, der Struktur heißzulaufen.

Die Thermalmasse wird passiv durch die Sonne oder zusätzlich durch innere Heizungsanlagen während des Tages gewärmt. In der Masse versorgte Thermalenergie wird dann zurück ins Interieur während der Nacht veröffentlicht. Es ist notwendig, dass es in Verbindung mit den Standardgrundsätzen des passiven Sonnendesigns verwendet wird.

Jede Form der Thermalmasse kann verwendet werden. Ein konkretes Plattenfundament entweder verlassen ausgestellt oder bedeckt mit leitenden Materialien z.B Ziegel; ist eine leichte Lösung. Eine andere neuartige Methode ist, die Mauerwerk-Fassade eines Fachwerkhauses auf dem Inneren ('Rückziegelfurnier') zu legen. Die Thermalmasse in dieser Situation wird am besten über ein großes Gebiet aber nicht in großen Volumina oder Dicke angewandt. 7.5-10 Cm (3-4") sind häufig entsprechend.

Da die wichtigste Quelle der Thermalenergie von der Sonne ist, ist das Verhältnis der Verglasung zur Thermalmasse ein wichtiger Faktor, um in Betracht zu ziehen. Verschiedene Formeln sind ausgedacht worden, um das zu bestimmen. Als eine allgemeine Regel muss zusätzliche sonnenausgestellte Thermalmasse in einem Verhältnis vom 6-8:1 für jedes Gebiet des Nordens angewandt werden, der (Südliche Halbkugel) oder Südeinfassungen (Nordhemisphäre) liegt, die über 7 % der Gesamtbodenfläche blank wird. Zum Beispiel hat ein 200-M-Haus mit 20 M der liegenden Nordverglasung 10 % der Verglasung durch die Gesamtbodenfläche; 6 M dieser Verglasung werden zusätzliche Thermalmasse verlangen. Deshalb, 36-48 M der sonnenausgestellten Thermalmasse ist erforderlich. Die genauen Voraussetzungen ändern sich von Klima-zu-Klima.

Thermalmasse, um Sommerzeit-Überhitzung zu beschränken

Thermalmasse wird innerhalb eines Gebäudes ideal gelegt, wo sie vor dem direkten Sonnengewinn beschirmt, aber den Baubewohnern ausgestellt wird. Es wird deshalb meistens mit festen Betonfußboden-Platten in der natürlich ventilierten oder niedrigen Energie vereinigt mechanisch hat Gebäude ventiliert, wo der Beton soffit ausgestellt zum besetzten Raum verlassen wird.

Während der Tageshitzegewinne von der Sonne veranlassen die Bewohner des Gebäudes, und jede elektrische Beleuchtung und Ausrüstung, die Lufttemperaturen innerhalb des Raums zuzunehmen, aber diese Hitze ist von der ausgestellten konkreten Platte oben gefesselt, so den Temperaturanstieg innerhalb des Raums beschränkend, um innerhalb von annehmbaren Niveaus für die menschliche Thermalbequemlichkeit zu sein. Außerdem absorbiert die niedrigere Oberflächentemperatur der konkreten Platte auch leuchtende Hitze direkt von den Bewohnern, die auch ihrer Thermalbequemlichkeit nützen.

Am Ende des Tages hat sich die Platte der Reihe nach, und jetzt erwärmt, als Außentemperaturen abnehmen, kann die Hitze veröffentlicht werden, und die Platte hat sich bereit zum Anfang des nächsten Tages beruhigt. Jedoch ist dieser "Regenerations"-Prozess nur wirksam, wenn das Baulüftungssystem nachts bedient wird, um die Hitze von der Platte wegzutragen. In natürlich ventilierten Gebäuden ist es normal, automatisierte Fenstereröffnungen zur Verfügung zu stellen, um diesen Prozess automatisch zu erleichtern.

Heiße, trockene Klimas (z.B Wüste)

Das ist ein klassischer Gebrauch der Thermalmasse. Beispiele schließen ungebrannten Lehmziegel ein oder haben Erdhäuser gerammt. Seine Funktion ist von gekennzeichneten täglichen Temperaturschwankungen hoch abhängig. Die Wand handelt vorherrschend, um Wärmeübertragung vom Äußeren bis das Interieur während des Tages zu verzögern. Die hohe volumetrische Hitzekapazität und Dicke hindern Thermalenergie, die innere Oberfläche zu erreichen. Wenn Temperaturen nachts fallen, strahlen die Wände die Thermalenergie zurück in den Nachthimmel wiederaus. In dieser Anwendung ist es für solche Wände wichtig, massiv zu sein, um Wärmeübertragung ins Interieur zu verhindern.

Heiße feuchte Klimas (z.B subtropisch und tropisch)

Der Gebrauch der Thermalmasse ist in dieser Umgebung am schwierigsten, wo Nachttemperaturen erhöht bleiben. Sein Gebrauch ist in erster Linie als ein vorläufiges Hitzebecken. Jedoch muss es strategisch gelegen werden, um zu verhindern, heißzulaufen. Es sollte in ein Gebiet gelegt werden, das zum Sonnengewinn nicht direkt ausgestellt wird und auch entsprechender Lüftung nachts erlaubt, versorgte Energie wegzutragen, ohne innere Temperaturen noch weiter zu vergrößern. Wenn man überhaupt verwendet wird, sollte es in vernünftigen Beträgen und wieder nicht in der großen Dicke verwendet werden.

Kaltes eingehendes Klaps-Wasser kann piped durch Heizkörper sein, um Sommerthermalenergie von der Luft zu ziehen. In den meisten Gebieten ist seine Anfangstemperatur Grade. Da das vorhandene Sondieren tiefe Untergrundbahn ist, wird es von der Hitze des Tages gut isoliert.

Materialien allgemein für die Thermalmasse verwendet

  • Wasser. Wasser hat die höchste volumetrische Hitzekapazität des ganzen allgemein verwendeten Materials. Gewöhnlich wird es in den großen Behälter , die Acryltuben zum Beispiel in ein Gebiet mit dem direkten Sonnenlicht gelegt. Es kann auch verwendet werden, um anderes Typ-Material wie Boden zu sättigen, um Hitzekapazität zu vergrößern.
  • Beton, Tonziegel und andere Formen des Mauerwerks. Das Thermalleitvermögen des Betons hängt von seiner Zusammensetzung und Kurieren-Technik ab. Beton mit Steinen sind mehr thermisch leitend als Beton mit der Asche, perlite, den Fasern und den anderen Isolieren-Anhäufungen.
  • Isolierende konkrete Formen werden allgemein verwendet, um Thermalmasse dem Gebäude von Strukturen zur Verfügung zu stellen. Das Isolieren Konkreter Formen oder ICF stellt die spezifische Hitzekapazität und Masse des Betons zur Verfügung. Die Thermalträgheit der Struktur ist sehr hoch, weil die Masse an beiden Seiten isoliert wird.
  • Tonziegel, Ziegel von Adobe oder mudbrick. Sieh Ziegel, Adobe.
  • Erde, Schlamm und Grasnarbe. Die Hitzekapazität des Schmutzes hängt von seiner Dichte, Feuchtigkeitsgehalt, Partikel-Gestalt, Temperatur und Zusammensetzung ab. Frühe Kolonisten nach Nebraska haben Häuser mit dicken Wänden gebaut, die aus dem Schmutz und der Grasnarbe gemacht sind, weil Holz, Stein und andere Baumaterialien knapp waren. Die äußerste Dicke der Wände hat etwas Isolierung zur Verfügung gestellt, aber hat hauptsächlich als Thermalmasse gedient, Thermalenergie während des Tages absorbierend und es während der Nacht veröffentlichend. Heutzutage verwenden Leute manchmal Erde, die sich um ihre Häuser für dieselbe Wirkung unterstellt. Im Erdschützen kommt die Thermalmasse nicht nur aus den Wänden des Gebäudes, aber von der Umgebungserde, die im physischen Kontakt mit dem Gebäude ist. Das stellt eine ziemlich unveränderliche, sich mäßigende Temperatur zur Verfügung, die abnimmt, Hitze fließen durch die angrenzende Wand.
  • Gerammte Erde. Gerammte Erde stellt ausgezeichnete Thermalmasse wegen seiner hohen Speicherdichte und die hohe spezifische Hitzekapazität des in seinem Aufbau verwendeten Bodens zur Verfügung.
  • Natürliche Felsen und Steine. Sieh Stonemasonry.
  • Klotz wird als ein Baumaterial verwendet, um das Äußere, und vielleicht auch das Interieur, die Wände von Häusern zu schaffen. Klotz-Häuser unterscheiden sich von einigen anderen Baumaterialien, die oben verzeichnet sind, weil festes Holz sowohl gemäßigten R-Wert (Isolierung) als auch bedeutende Thermalmasse hat. Im Gegensatz, Wasser, Erde, Felsen und Beton haben alle niedrige R-Werte.

Saisonenergielagerung

Wenn genug Masse verwendet wird, kann sie einen Saisonvorteil schaffen. D. h. es kann im Winter heizen und im Sommer kühl werden. Das wird manchmal "Passive jährliche Hitzelagerung oder PAHS" genannt. Das PAHS System ist an 7000 ft. in Colorado und in mehreren Häusern in Montana erfolgreich verwendet worden.. Es ist auch erfolgreich im Vereinigten Königreich am Hockerton Wohnungsbauprojekt verwendet worden.

Siehe auch

  • Spezifische Hitzekapazität
  • Thermalenergielagerung
  • Wand von Trombe
  • Gerammte Erdwand
  • Earthship

Links

  • Ogdenmfg.com, Thermalleitvermögen und spezifische Hitzekarten

Thermalisolierung / Soichiro Honda
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