Тепловая масса - SteelConstruction.info

1. [ Топ ] Вступление
2. [ Топ ] Как это устроено
3. [ Топ ] Методы мобилизации тепловой массы
4. [ Топ ] Пассивные термомассовые системы
5. [ Топ ] Активные термомассовые системы
6. [ Топ ] Технические параметры
7. [ Топ ] Анализ
8. [ Топ ] Строительные исследования
9. [ Топ ] Ограничения
10. [ Топ ] Факторы, учитывающие, когда использовать тепловую массу
11. [ Топ ] Практические вопросы
12. [ Топ ] Перфорированные потолки
13. [ Топ ] Длительные высокие температуры
14. [ Топ ]
15. [ Топ ] Тематические исследования

Тепловая масса - это способность ткани здания поглощать и накапливать тепло. Эффективно используемый как часть стратегии HVAC для всего здания, он может уменьшить энергию, необходимую для охлаждения, а в некоторых зданиях полностью исключить необходимость в кондиционировании воздуха. Тепловую массу также можно использовать для отопления, но эта статья касается только охлаждения, особенно в многоэтажных, не жилых зданиях.

Существует распространенное мнение, что тяжелые здания более эффективны, чем легкие альтернативы, в мобилизации оптимальных уровней тепловой массы для охлаждения. Это, вероятно, возникло потому, что здания, такие как старые церкви и замки, обычно остаются прохладными, даже в самое жаркое лето. Однако главная причина того, что такие здания остаются прохладными, не имеет ничего общего с их тяжелой конструкцией. Это потому, что у них относительно мало окон, что уменьшает усиление солнечной энергии, и, как правило, они малонаселенные, что снижает внутренние выгоды.

В современных многоэтажных нежилых зданиях наибольшая доступная тепловая масса находится в бетонных плитах, которые обычно образуют верхние этажи. Независимое исследование [1] показал, что оптимальная толщина бетонной плиты перекрытия для обеспечения тепловой массы на суточный цикл нагрева и охлаждения в Великобритании составляет 75 - 100 мм. это толщина бетонной плиты пола доступно почти во всех зданиях со стальным каркасом.

[ Топ ] Вступление

Камера Рэдклиффа в Оксфорде типична для структурно массивного здания, которое не перегревается даже в самое жаркое лето.

Тепловая масса, более правильно называемая накоплением энергии в ткани, - это способность материала поглощать и накапливать тепло. Это важно в строительстве, потому что при эффективном использовании он может действовать как тепловой маховик, сглаживая колебания температуры в здании. Это может иметь ряд преимуществ, в том числе:

• Снижение зависимости от механических услуг для достижения теплового комфорта
• Стабилизация дневных температур как летом, так и зимой, повышая тепловой комфорт обитателей
• Снижение пиковой нагрузки на HVAC для систем отопления и охлаждения
• Снижение охлаждающих нагрузок в кондиционированных зданиях
• Потенциально сокращая эксплуатационные расходы и потребление энергии
• Сокращение объема интерьера здания, занимаемого строительными услугами
• Тепловая масса может снять требование полностью обеспечить кондиционирование воздуха в некоторых зданиях.

Использование тепловой массы в качестве целенаправленного механизма контроля внутренней температуры зданий не является новым. Идея, однако, получила новый импульс в начале 1990-х годов в ответ на более глубокое понимание необходимости снижения энергопотребления в зданиях. В то время некоторые архитекторы заметили, что некоторые типы зданий, как правило, были относительно старыми и массивными, редко перегревались даже в самые жаркие летние дни. Был сделан вывод, что это связано с тем, что большая физическая масса здания поглощала избыточное тепло. Логическим следствием этого вывода было то, что включение большого количества материалов высокой плотности, которые могли бы поглощать тепло, то есть бетон или кирпичную кладку, в ткань здания было хорошо, потому что это максимизировало количество охлаждающего потенциала. Это привело к моде в определенных кварталах для больших массовых зданий, в некоторых случаях с неструктурными элементами, введенными в здание только для улучшения естественного охлаждения.

Этот вывод, однако, был неточным по нескольким направлениям. Причина, по которой здания, такие как камера Рэдклиффа (на фото), редко перегревается, заключается в том, что на общий энергетический баланс здания сильно влияют такие факторы, как относительно небольшие отверстия и окна на фасаде, которые допускают лишь незначительные солнечные усиления внутри здания, а также потому, что сравнительно низкие уровни внутренней активности приводят лишь к скромным уровням побочного прироста тепла. Кроме того, и это не было понято до относительно недавно, существует значительное физическое ограничение на количество ткани здания, которое может быть использовано для поглощения тепла.

Тем не менее, при правильном использовании тепловая масса оказалась полезным инструментом при проектировании зданий с низким энергопотреблением. На этих страницах объясняются научные принципы, лежащие в основе тепловой массы, способы обеспечения ее наиболее эффективной работы и ее ограничения.

[ Топ ] Как это устроено

Солнечная энергия, использование оборудования и деятельность человека в зданиях генерируют тепло. Когда те части ткани здания, которые содержат наибольший потенциал для поглощения тепла, чаще всего выставляются полы (через поверхность софита) и, в меньшей степени, стены (в частности, верхняя часть), теплый воздух течет через них, и энергия передается между двумя средами. Для этого необходимо выставить поглощающие поверхности, как правило, требует снятия подвесного потолка, хотя перфорированные потолки может быть использован.

Эта передача энергии может значительно снизить температуру воздуха и лучистой поверхности. Они часто комбинируются как сухие результирующие температуры, что указывает на температуру, воспринимаемую пассажирами. Большинство систем, использующих тепловую массу, спроектированы таким образом, чтобы ночью для вентиляции здания подавался холодный воздух. Он течет по поверхностям, которые поглощали тепло в течение дня, продувая энергию, охлаждая поверхность и, таким образом, позволяя процессу возобновиться на следующий день. В Великобритании суточные колебания температуры редко бывают ниже 5 ° C, что делает ночное охлаждение относительно эффективным способом удаления тепла. В качестве альтернативы или в дополнение к ночной чистке, активные меры такие как механическая вентиляция и водяное охлаждение. При эффективном использовании тепловая масса снижает внутренние температуры, а также смещает время пиковой температуры.

Тепловая масса также может использоваться для отопления зданий, хотя это менее распространено, чем использование ее для охлаждения. Это достигается за счет того, что лучистое тепло солнца поглощается через окна, выходящие на восток, запад и юг, в дневное время. В течение вечера тепло постепенно отводится обратно в открытые пространства, помогая поддерживать комфортную температуру и снижая потребности в отоплении.

• Это оказывает влияние на снижение получаемой температуры сухого и задержку пиковой температуры

[ Топ ] Методы мобилизации тепловой массы

Системы для мобилизации тепловой массы обычно описываются как пассивные или активные. Все эти системы могут эффективно использоваться в зданиях со стальным каркасом.

[ Топ ] Пассивные термомассовые системы

Системы пассивной тепловой массы полагаются на естественную вентиляцию для рассеивания тепла, поглощаемого плитами верхнего этажа. Поскольку они зависят от направления и скорости ветра, они подходят только для зданий с относительно простыми требованиями и низкими охлаждающими нагрузками (до 30 Вт / м2). Они просты в эксплуатации, имеют низкие капитальные затраты, затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию.

Естественная вентиляция может быть достигнута только с одной стороны, с помощью поперечной вентиляции или с помощью вентиляции в штабеле, обычно с использованием предсердий Управление вентиляцией имеет основополагающее значение для оптимальной работы пассивных систем тепловой массы.

[ Топ ] Активные термомассовые системы

В системах с активной тепловой массой теплообмен со структурой усиливается за счет механической вентиляции внутри сердечника плиты или по ее поверхности. На практике методы, используемые для мобилизации тепловой массы в Великобритании, обычно представляют собой смешанные системы, сочетающие естественную и механическую вентиляцию, при этом естественная вентиляция является режимом по умолчанию для минимизации потребления энергии.

Общие «активные» системы FES включают в себя:

Вентиляция под полом с открытыми потолками .
В этом решении пустота под полом используется в качестве приточной камеры, обеспечивая хороший теплообмен с плитой пола. При использовании в сочетании с открытыми софитами тепловая связь с обеих сторон плит включена.

Укладка водопроводных труб в бетонную плиту

Выставленный пустотелые плиты с механической вентиляцией .
В этой системе теплообмен между перекрытием пола и занимаемым пространством дополняется низкоскоростным воздушным проходом внутри полых плит.

Плиты с водяным охлаждением .
В этой системе теплообмен достигается за счет циркуляции воды в трубах, встроенных в плиты пола. Конденсацию можно избежать, используя воду при температуре 14-20 ° C, и поэтому можно использовать воду из таких источников, как реки, озера, скважины и т. Д. Кроме того, вода может быть охлаждена механически. Система также может использоваться в режиме обогрева путем циркуляции воды при температуре 25-40 ° C.

[ Топ ] Технические параметры

Допуск нормального и легкого бетона остается неизменным за пределами глубины 100 мм

Наиболее часто используемым параметром для оценки потенциальной тепловой массы строительных материалов является ее допуск. BRE Digest 454, часть 1 [1] определяет это как: скорость, с которой квадратный метр площади поверхности может поглощать тепло из воздуха при разности температур 1 ° C, выраженный в единицах Вт / м2К . Теоретически, некоторые открытые поверхности, такие как бетонные перекрытия, могут иметь коэффициент допуска более 20 Вт / м2К. На практике сопротивление тепловому потоку на поверхности ограничивает его максимум до 8,3 Вт / м2К. Отчет от Группы поддержки энергосбережения BRE (BRECSU) [2] утверждает, что: допуск зависит от ряда материальных переменных - в частности, от плотности, теплоемкости и теплопроводности первых 100 мм или около того (для 24-часового цикла) под поверхностью .

Допуск зависит от глубины материала, поглощающего избыточное тепло. BRE Digest 454 часть 1 [1] утверждает, что: На основе 24-часового периода ... ... колебания температуры проникают примерно до 100 мм ... ... в зависимости от типа материала и скорости теплообмена. Увеличение количества тепловой массы, доступной за пределами глубины 100 мм на определенной поверхности, дает мало преимуществ для суточного цикла . Подводя итог, это означает, что при 24-часовом цикле нагревания и охлаждения можно использовать только 100 мм массы для поглощения избыточного тепла. Это то, что было признано в течение некоторого времени и широко освещалось в опубликованных статьях. [3] [4] и которая была принята секторами стали и бетона.

Тем не менее, следует соблюдать осторожность при использовании только значений допусков для определения потенциала тепловой массы зданий. Если он будет использоваться для оценки работы всего здания, то он, скорее всего, даст ответ, значительно отличающийся от реальной производительности. Более точный ответ, вероятно, будет найден при использовании динамических тепловых моделей для расчета процессов теплопередачи, а также при использовании моделей объемного потока для моделирования эффектов переменных, таких как воздушный поток и турбулентность.

Отделка поверхности также может влиять на способность конструкции поглощать избыточное тепло. Недавняя работа, проведенная Tata Steel R & D, исследовала влияние стальная палуба на поверхности поглощения. В целом, бетонная поверхность примерно на 15% лучше, чем яркий композит стальная палуба с точки зрения способности позволять потоку тепла через поверхность. По сути, это означает, что при условии плоской поверхности бетон будет поглощать тепло с большей скоростью, чем сталь. Стальные палубы однако, они не плоские, и типичная палуба имеет 1,4 м2 доступной площади на м2 потолочной площади. Это более чем компенсирует большее поглощение бетона. Унылый, окрашенный или стальная палуба с полиэфирным покрытием будет работать лучше, чем тот, который яркий.

Наиболее распространенные системы стальных и бетонных полов достаточно толстые, чтобы оптимизировать имеющуюся тепловую массу в современных зданиях. Наиболее распространенная система напольных покрытий, используемая в Великобритании, композитная конструкция с использованием стальной палубы поддерживается сталью балки (Показано). Это обычно будет порядка 130-150 мм толщиной с 70-90 мм над ребром колода , Сталь балки с сборные доски (композитные и некомпозитные) также распространены и обычно имеют толщину пола 200-250 мм. Железобетонные полы обычно имеют толщину 250 мм +.

[ Топ ] Анализ

Первым шагом в любом расчете потенциала тепловой массы должно быть анализ вероятного использования энергии в здании и в результате этого использования энергии. Если предполагается использовать тепловую массу здания для охлаждения, то необходимо продемонстрировать, что существует достаточная потребность в энергии охлаждения для ее обоснования. Использование тепловой массы имеет последствия для проектирования здания и стоимости , Это не обязательно бесплатно и поэтому его использование должно быть оправдано. В приведенных ниже примерах, вероятно, будет считаться, что энергия, необходимая для охлаждения в школе, была слишком малой частью общей суммы, чтобы оправдать использование тепловой массы, но в офисе можно было бы считать, что использование тепловой массы может быть оправдано. (Это не общий вывод и применяется только к конкретным зданиям, к которым применяются эти профили использования энергии).

Если энергетический аудит показывает, что использование тепловой массы будет экономически эффективным, тогда комплексный анализ теплового моделирования может включать следующие переменные:

• Использование различных значений g для остекления. Общий коэффициент пропускания солнечной энергии (TSET или g-значение) представляет собой сумму коэффициента пропускания солнечной энергии остекления и солнечной энергии, которая поглощается остеклением, которое затем повторно излучается внутрь. Вполне возможно, что это может быть более экономически эффективным, чем подвергание ткани здания использованию тепловой массы.
• Различные стратегии вентиляции и кондиционирования. Это особенно важно, если естественная вентиляция решение является предпочтительным вариантом
• Мебельный массовый фактор. Это метод учета тепловой массы мебели и оборудования внутри здания. Для пустого помещения это 1, а для офиса средней плотности обычно около 10
• Разные погодные данные. Любой динамический анализ должен основываться на реальных данных о погоде. Также желательно проанализировать производительность здания в свете меняющихся погодных условий. Данные о погоде CIBSE Test Reference Year , предназначенный для представления средних погодных условий за период в 30 лет. Доступны также данные, адаптированные к другим годам и изменениям погоды.

Различные формы строительства также могут быть рассмотрены, но, поскольку это только первые 100 мм массы которые могут быть мобилизованы для поглощения избыточного тепла, и это доступно почти во всех стальных и бетонных системах с интенсивным напольным покрытием, это очень мало влияет на общий результат.

• Разбивка эксплуатационных выбросов углерода (по потреблению энергии) для типичного центра города офисное здание

• Разбивка эксплуатационных выбросов углерода (по использованию энергии) для школа

[ Топ ] Строительные исследования

Схема офисного здания оценена по энергоэффективности тепловой массы с различными системами напольных покрытий

Был проведен ряд строительных исследований для изучения количества тепловой массы, которая может быть мобилизована функционально эквивалентными зданиями с различными системами напольных покрытий. Один из них был проведен компанией Aecom в 2007 году, в которой охлаждающий потенциал различных напольных решений естественная вентиляция , 4-х этажное офисное здание было осмотрено. Опубликовано как Тепловая масса в коммерческих офисных зданиях ,

Пять этажных конструкций были исследованы на предмет их роли в накоплении энергии в тканях зданий. Подвесных потолков не было, поэтому нижняя часть плиты перекрытия была полностью открыта. Ключевые изменения в конструкции пола относительно свойств тепловой массы выделены, как показано.

Результаты показывают, что способность использовать тепловую массу для предотвращения перегрева не зависела от различных конструкций пола. Это было связано с тем, что все конструкции пола обеспечивали максимальную толщину 100 мм, которую можно мобилизовать.

В этом случае результаты также показали, что все системы напольных покрытий поддерживали температуру ниже 28 ° C в течение более 99% занятых часов. Это было в рамках руководства CIBSE [5] в то время и поэтому механическое охлаждение не было бы необходимым в этом здании. Тем не менее, в версии 2015 CIBSE Guide A [6] пределы стали более обременительными, и теперь это здание может потребовать механического охлаждения.

Два других вывода из исследования были:

• Показано, что эффект улучшения солнечной эффективности остекления столь же значим, как и увеличение доступной тепловой массы с точки зрения снижения требований к охлаждению; это было основано на сравнении стандартного прозрачного остекления с низким энергопотреблением и высокопроизводительного нейтрального солнцезащитного остекления с площадью остекления 40%.
• Влияние изменения климата было основано на сценарии среднего уровня UKCIP на 2050 год [UKCIP02], и это продемонстрировало, что будет очень трудно управлять этим зданием, так как естественная вентиляция и по-прежнему поддерживать приемлемые условия комфорта.

Процент занятых часов при превышении рабочей температуры

Вариации в конструкции пола КонструкцияполаМоделированная толщина бетона (мм)
(Вт / м2К)Коэффициент

снижения (1) Композитная плоская плита - ComFlor 225 137 6,93 0,454 (2) Композитная плоская плита - ComFlor 70 104 6,35 0,547 (3) Сборный железобетон 200 5,87 0,268 (4) Железобетон 300 5,64 0,146 (5) Сборный полый сердечник 200 (с круглыми полостями; диаметр 145 мм с шагом 189 мм) 5,15 0,398

[ Топ ] Ограничения

Тепловая масса не является панацеей для снижения потребности в энергии охлаждения во всех зданиях. Это обычно работает лучше всего в зданиях, которые могут использовать естественную вентиляцию. Он редко используется в зданиях в районах с высоким уровнем загрязнения атмосферы, в зданиях, где естественная вентиляция создает угрозу безопасности, или в зданиях с низкими требованиями к охлаждению. Трудности могут также возникнуть в зданиях с высоким уровнем изоляции из-за проблем, возникающих при создании поперечного потока воздуха для охлаждения плиты ночью. Это было продемонстрировано в Целевой ноль школьный проект и описан в руководство по дизайну школ ,

• Школа Knowsley: высокий уровень отделения и низкая потребность в охлаждении означали, что попытка мобилизовать тепловую массу в этом здании имела бы небольшую ценность

• Разрушение эксплуатационного углерода в школе Ноулси

Возможность использования тепловой массы в крупных офисных зданиях в центре города была также рассмотрена в Целевой ноль и описано в руководство по дизайну офиса , Эта работа была основана на One Kingdom Street, 10-этажном офисном здании в центре Лондона. Эквивалентные легкие (стальные) и тяжелые (бетонные) конструкции были смоделированы как с подвесными потолками, так и без них. Несмотря на то, что тяжелая конструкция более чем в два раза превышает массу легкой конструкции, динамическое тепловое моделирование показало изменение прогнозируемых годовых эксплуатационных выбросов углерода менее чем на 1%. Результаты моделирования показали, что, когда потолочные плитки были удалены, чтобы обнажить потолочные перекрытия, дополнительное преимущество тепловой массы было сведено на нет увеличением внутреннего объема, что требовало дополнительного нагрева и охлаждения.

• Тепловая масса в большом городском офисе

• Одна Королевская улица в Лондоне предоставила модель для анализа тепловой массы в большом, центральном офисном здании

• Анализ Царской улицы показал, что в мобилизации тепловой массы в этом здании было мало смысла

[ Топ ] Факторы, учитывающие, когда использовать тепловую массу

При рассмотрении вопроса о том, следует ли использовать тепловую массу, следует учитывать следующие важные факторы:

Место нахождения
Качество воздуха, внешний шум и проблемы безопасности, особенно в городских центрах, часто препятствуют естественной стратегии вентиляции.

Заполняемость
Стратегии термомассы лучше всего подходят для зданий с прерывистым режимом занятости, таких как офисы и школы, которые позволяют проводить ночное охлаждение в нерабочее время. Здания, которые постоянно заняты, такие как больницы, менее пригодны.

Форма здания
Естественная перекрестная вентиляция эффективна только в зданиях узкой планировки. В зданиях более глубокого плана предсердия могут использоваться для обеспечения естественной вентиляции. Естественно, трудно вентилировать здания с высоким уровнем изоляции, и это может помешать эффективной стратегии тепловой массы в зданиях, таких как больницы, гостиницы и некоторые школы.

Тепловая масса не должна рассматриваться как самостоятельное решение; просто разоблачение софитов верхнего этажа в здании вряд ли будет эффективным. Чтобы работать хорошо, тепловая масса должна быть интегрирована в целостный проект здания, который учитывает:

• Ориентация здания для оптимизации естественной вентиляции, дневного освещения и солнечной энергии
• Фенестрация - как с точки зрения местоположения и площади остекления, так и свойств материала
• Затенение (внутреннее и внешнее) для контроля и ограничения солнечного усиления
• Ограничение внутреннего прироста тепла
• Стратегия обслуживания - особенно стратегия вентиляции.

Каждое здание выполнено на заказ, и поэтому требуется детальная оценка, чтобы установить пригодность использования и оптимизации стратегии тепловых масс.

[ Топ ] Практические вопросы

Использование тепловой массы имеет потенциал для экономии углерода и эксплуатационных расходов в течение всего срока службы здания. Тем не менее, поскольку это включает в себя разоблачение потолков верхнего этажа, существуют другие вытекающие из этого факторы, которые следует учитывать на ранних этапах процесса проектирования. Они включают:

• Качество отделки софитов
• Маршрутизация, координация и интеграция сервисов
• акустическое свойства занятого пространства - во избежание реверберации и эха могут потребоваться звукопоглощающие экраны, подвешенные к плите.

Эти факторы должны быть оценены и сопоставлены с возможной экономией эксплуатационных расходов от использования тепловой массы.

В частности, стоимость подготовки бетонной поверхности к приемлемому визуальному стандарту может быть значительной, главным образом потому, что повседневные бетонные покрытия вряд ли будут эстетичными. Следующий совет может иметь значение:

• Эстетически приятная отделка требует повышенного внимания при формировании и придании формы поверхности. Сборный железобетон может обеспечить лучшее решение, чем на месте
• Покраска преодолеет цветовые вариации в бетоне, но не замаскирует физические недостатки на поверхности
• Требуется значительная осторожность при подготовке, если эстетическая бетонная поверхность должна быть обеспечена бетоном на месте. Опалубка должна быть новой, а полные участки между обозначенными строительными швами должны быть бетонированы за одну операцию. Кроме того, опалубка должна быть надлежащим образом поддержана для предотвращения дифференциального движения
• Способ, которым огни сияют на поверхности, имеет важное значение для стандарта отделки, который потребуется. Формовочные соединения и стыки опалубки будут визуально подчеркнуты, особенно если свет проникает через поверхность под косым углом.
• Стандарт отделки должен быть четко указан на архитектурных чертежах и определен в спецификации. Неоднозначность в отделке может привести к спорам позже в контракте;
• Требуются высокие стандарты допусков на размеры при литье слябов;
• Образцы панелей должны быть указаны, чтобы продемонстрировать стандарт отделки, требуемый и способный быть достигнутым;
• Эстетические поверхности должны быть защищены после подготовки, чтобы сохранить указанную отделку поверхности.

Все это увеличивает время и стоимость и должно учитываться при планировании строительства.

Если используется стальной настил пола, металлическая палуба потребует некоторой очистки после заливки бетона. Тем не менее, эстетическая отделка может быть достигнута при использовании грунтовки для травления и последующей окраски. Можно также использовать палубу с покрытием, (то есть стальной настил с полиэфирным покрытием ) для эстетической отделки. В дополнение к улучшению внешнего вида, это также улучшает теплоотдачу и отражающие свет свойства открытого потолка, хотя необходимо соблюдать осторожность, если он будет использоваться в качестве составного ножницы не может проникнуть сквозь покрытие.

[ Топ ] Перфорированные потолки

Проницаемый потолок такого типа, который будет скрывать софит, позволяя мобилизовать массу пола

Возможное решение проблем, связанных с обеспечением эстетической отделки потолочных перекрытий, предназначенных для обеспечения тепловой массы, заключается в использовании проницаемого подвесного потолка, который одновременно обеспечивает движение воздуха до плиты и скрывает потолок от посторонних глаз. Институт стальных конструкций работал с Оксфордский институт устойчивого развития изучить тепловые эффекты различных типов и макетов перфорированной подвесной потолочной плитки [7] ,

Результаты испытаний показали, что перфорированные металлические потолки могут по-прежнему обеспечивать значительную теплопередачу в и из потолка. Было обнаружено, что они усиливают радиационный эффект, который компенсирует потери при конвективном переносе тепла в результате сопротивления потока перфораций. Открытая площадь в 20% - это максимум, который можно использовать, если перфорированный потолок скрывает потолок. Это позволяет приблизительно 40% конвективного теплообмена, который произошел бы с открытой плитой. Тем не менее, тонкие металлические плитки в потолке поглощают и повторно излучают тепло из воздуха в плиту, увеличивая излучающий компонент почти до 50% теплового потока на поверхности потолка. В условиях испытаний более 85% охлаждающего эффекта открытого софита можно получить с помощью тонкого перфорированного стального потолка, одновременно скрывая пустоту потолка.

[ Топ ] Длительные высокие температуры

Сторонники теории антропогенного глобального потепления, включая подавляющее большинство климатологов, прогнозируют повышение средней глобальной температуры от 2 ° C до 6 ° C к концу столетия. При этих сценариях в погодных условиях в Соединенном Королевстве будут преобладать более продолжительное, жаркое лето и более мягкая и влажная зима. С этим будут связаны продолжительные летние жары. Эти волны тепла, характеризуемые жаркими ночами, будут означать, что суточный цикл накопления тепла и продувки в зданиях, которые используют открытую массу для охлаждения, будет прерван. В таких обстоятельствах некоторые комментаторы выступают за использование больших массовых конструкций на том основании, что избыточное тепло в зданиях будет иметь возможность проникать в ткань на гораздо большие глубины, чем 100 мм, которые используются в суточном цикле. Есть ряд причин, почему следует опасаться этого:

• Никаких окончательных исследований характеристик тяжелых и легких конструкций в течение длительных периодов нагрева не проводилось для обоснования претензии.
• Хотя структура с большой массой, вероятно, будет накапливать больше избыточного тепла в течение периода длительных высоких температур, также потребуется более длительный период для его очистки от этого тепла. Вероятный результат заключается в том, что тяжелые конструкции будут усиливать эффекты перегрева за период высоких температур.

Данные из Австралии [8] указывает на то, что в жарком климате тяжелые здания с высоким уровнем тепловой массы могут усугублять воздействие высоких температур, замедляя скорость, с которой происходит охлаждение по вечерам.

[ Топ ]

Ряд претензий широко сделан относительно тепловой массы. Ниже перечислены некоторые из них:

Претензии и разъяснения в отношении тепловой массы.Детали претензии.Разъяснение.

Для обеспечения оптимальной тепловой массы в здании требуется только 75-100 мм бетона. Это правильно. В 24-часовом цикле нагревания и охлаждения только 75-100 мм бетона может быть мобилизовано для обеспечения тепловой массы. Это было принято бетонным центром, BRE и сектором металлоконструкций. Почти все полы, независимо от того, поддерживаются ли они стальными или бетонными рамами, дают столько бетона. При эффективном использовании тепловая масса облегчит использование естественных вентилируемых растворов для современных зданий. За много ситуаций это правильно. Тем не менее, прогнозируемые изменения в будущих погодных условиях, с все более теплым летом, означают, что здание, которое обеспечит естественное вентилируемое решение в настоящее время, может не сделать этого в будущем. Тепловая масса может значительно снизить энергопотребление во всех зданиях. Это не всегда правильно. Некоторые здания имеют относительно низкие охлаждающие нагрузки, и в этом случае попытка использовать тепловую массу не принесет особой пользы. Компоновка и геометрия других зданий также уменьшат преимущества тепловой массы; например, здания с большим количеством помещений будут ограничивать поток воздуха и ограничивать эффективность ночной продувки открытой плиты. Аудит использования энергии в здании всегда рекомендуется, если кто-то рассматривает возможность использования тепловой массы. Попытка форсировать использование тепловой массы в здании также является подходом, который не рекомендуется. Вполне возможно, что это может оказать негативное влияние на функциональность. Тепловая масса может работать, но компромиссы, необходимые для ее реализации, могут оказать такое негативное влияние на здание, что сделает его неэкономичным. Высокая теплопроводность стали означает, что стальная каркасная система неэффективна для сохранения тепла. Природа несущей балки в каркасе не имеет отношения к тепловому потенциалу здания. Это пол, который накапливает тепло, а полы в стальных и бетонных каркасных зданиях построены в основном из бетона. Тепловая масса свободна. Тепловая масса свободна в том смысле, что она используется там почти во всех зданиях. Тем не менее, если необходимо мобилизовать тепловую массу, это может привести к значительным дополнительным расходам с точки зрения обеспечения чистой эстетической отделки открытых поверхностей. Подготовка поверхности может потребовать значительного дополнительного ухода, что увеличивает время строительства. Структурно массивные здания могут мобилизовать большие уровни тепловой массы, чем легкие здания в течение длительного теплого периода. Это требование, которое часто делается, но никогда не подтверждается. Правильно сказать, что толстые плиты пола, которые можно найти в плите с последующим натяжением, будут впитывать больше тепла, чем тонкий композитный металлический настил пола, если длительный период теплой погоды ограничивает ночную чистку. Однако это может иметь два негативных эффекта. Во-первых, у него есть потенциал для создания гигантского теплового «маховика» внутри здания, который увеличит лучистую температуру. Во-вторых, более толстая плита будет дольше охлаждаться, когда погода в конце концов изменится, что продлит эффект теплого периода. Толстые плиты могут мобилизовать большую тепловую массу, если тепло поглощается с обеих сторон. В этом есть доля правды. Если толстая бетонная плита используется с фальшполом и вентиляцией под полом, то можно использовать верхнюю часть плиты. Однако следует признать, что это менее эффективно, чем прямое воздействие на софит, и может повлечь за собой дополнительные расходы.

[ Топ ] Тематические исследования

[ Топ ] Рекомендации

1. ↑ 1,0 1,1 1.2 Braham, D. et al. Сборник научно-исследовательских работ 454, часть 1: Тепловая масса в офисных зданиях, введение.
2. ↑ Уиллис, С., Фордхэм, М., Бордасс, Б. Избегать или свести к минимуму использование кондиционера. Строительная научно-исследовательская организация, Группа поддержки энергосбережения, Программа передового опыта, Общий информационный отчет 31, 1995
3. ↑ Кузены Ф. и Ланг Б. Аспекты строения и термической массы. Материалы семинара можно получить в Институте металлоконструкций.
4. ↑ Барнард, Ник и Огден, Рэй. Тепловая мощность стальных каркасных зданий. Документ для семинара, июль 1996 года, доступен в Институте металлоконструкций
5. ↑ Руководство A - Экологический дизайн, Чартерный институт инженеров строительных услуг (CIBSE), Лондон, 2006, стр. 336
6. ↑ Руководство A - Экологический дизайн, Чартерный институт инженеров строительных услуг (CIBSE), Лондон, 2015
7. ↑ Кендрик, C. Проницаемые потолки для хранения энергии, Building Services Journal, август. 1999
8. ↑ Устойчивые строительные решения - тепловые массы. Технический бюллетень № 7. 22 июня 2009 года. Опубликовано Bluescope Steel

[ Топ ] Ресурсы

Целевой ноль Руководства по дизайну:

[ Топ ] Смотрите также

Похожие

Комментарии