Охлаждение с помощью теплоаккумулирующих масс
Тепловая инерция, которая позволяет плотным твердым веществам, таким как бетон, кирпич и камень, удерживать тепло в доме, может в то же время использоваться для того, чтобы охлаждать жи-
лое пространство. Это делается в районах, где летняя жара создает больше проблем, чем зимний холод.
КАК ЭТО РАБОТАЕТ
На рисунке 5.4 представлено поперечное сечение комнаты, находящейся на первом этаже дома, в которой используется теплоаккумулирующая масса для охлаждения. Теплоаккумулирующая масса находится под полом и на внешней стене. Между теплоаккумулирующей массой под полом и землей нет термоизоляции, так что тепловая энергия благодаря теплопроводности может передаваться земле. Внешние стены покрашены в белый цвет или покрыты сайдингом белого цвета, чтобы минимизировать поглощение ими солнечного тепла.
Рис. 5.4. Теплоаккумулирующие массы наружных стен и пола могут способствовать охлаждению. В дневное время (А) теплоаккумулирующая масса поглощает тепловую энергию из воздуха в комнате. Ночью (Б) тепловая энергия удаляется из комнаты через окно |
Если комната, показанная на рис. 5.4, расположена так, что в ее окно регулярно светит солнце, это окно может быть закрыто в дневное время (А) и открыто ночью (Б). При этом горячий внешний воздух не сможет попасть внутрь дома в дневные часы, а ночью теплый воздух из дома уйдет на улицу. Шторы и жалюзи можно закрыть, когда солнце светит в окно комнаты. А когда солнечные лучи уже не направлены прямо в окно, шторы и жалюзи можно открыть. Если окно комнаты выходит на север (а в южном полушарии — на юг), шторы и жалюзи играют менее важную роль, хотя их, может быть, стоит закрывать ранним утром и к концу дня летом, когда солнечный свет может попадать в окна.
Тепловая масса на внешней стене слишком инерционна, вследствие чего медленно отдает тепло днем и медленно охлаждает комнату ночью. Поэтому температура в комнате держится около некоторого среднего уровня в течение суточного цикла. В пустыне, где разница между дневной и предзакатной температурами может достигать 25 °С (45 °F), этот средний уровень значительно ниже максимума дневной температуры. Человек, который любит кондиционирование на уровне морозильной камеры, может чувствовать себя в летнюю жару не слишком комфортно при описанном здесь способе кондиционирования, но так все же можно обеспечить лучшие условия, чем те, которые будут в щитовом доме вообще без кондиционера. (И еще аргумент — это здоровее, чем дышать воздухом, пересушенным кондиционером и к тому же сильно контрастирующим по температуре с воздухом на улице.)
Идеальная геометрия для организации кондиционирования способом, показанным на рис. 5.4, — это дом на склоне холма, который обращен в направлении, откуда солнце светит меньше всего. Для северного полушария это означает дом, построенный на северном склоне.
ПРЕИМУЩЕСТВА ОХЛАЖДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАСС
• Правильная установка теплоаккумулирующей массы и правильное использование окон, штор и жалюзи могут защитить дом от большой жары независимо от того, насколько жаркой будет погода на улице.
• Использование теплоаккумулирующей массы для охлаждения значительно дешевле, чем использование обычных кондицио — — щз
неров в пересчете на ежедневное применение. Первоначальные расходы на установку тепловой массы могут окупиться в течение нескольких лет.
• В период долгой жары дом с большой теплоаккумулирующей массой тепло будет наполнять медленнее, чем с маленькой.
• Если вы предусмотрели установку теплоаккумулирующей массы в новом доме, то он будет лучше противостоять северной погоде, особенно сильным ветрам.
• Дом, построенный с использованием большого количества бетона, камня или кирпича, более пожароустойчив, чем обычный щитовой дом.
НЕДОСТАТКИ ОХЛАЖДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАСС
• Стоимость строительства нового дома с большой тепловой массой может оказаться высокой.
• Реконструкция обычного дома с добавлением тепловой массы может быть сложной и дорогой, и если она сделана неправильно, то может стать потенциально опасной.
• По мнению некоторых людей, теплоаккумулирующие материалы выглядят непривлекательно, независимо от того, как они декорированы (хотя другим такой интерьер нравится).
• В доме, построенном на северном склоне холма, с малым количеством окон или вообще без них, естественное дневное освещение будет ограничено, что может стать проблемой для некоторых людей.
Задача 5.4
Если дом снаружи покрашен в белый цвет или покрыт белым сайдингом, будет ли это препятствовать излучению тепла от дома ночью, уменьшая таким образом эффективность теплоаккумулирующей массы во внешних стенах? Существует ли какое-либо решение этой проблемы?
Решение 5.4
Белая внешняя поверхность дома действительно препятствует излучению тепла ночью. Но что еще хуже — при такой поверхности дома также замедляется поглощение тепла, когда солнце светит на нее. В самую жаркую часть года в умеренных широтах светлое время
суток продолжительнее темного. Возможно, кто-то изобретет краску, которая обычно имеет темный или черный цвет, но становится белой при освещении солнечным светом. Если покрасить такой краской непосредственно освещенную внешнюю поверхность теплоаккумулирующей массы, которая формирует внешнюю стену, это могло бы усилить излучение тепла от дома ночью, в то же время днем ограничивая поглощение тепла!