مقاله تحلیلی: جرم حرارتی در ساختمان‌ های خورشیدی منفعل

جرم حرارتی یکی از ویژگی‌های مصالح ساختمانی است که به جذب، ذخیره و ازادسازی انرژی گرمایی مربوط می‌شود. این ویژگی یکی از المان‌های مهم طراحی خانه‌های خورشیدی منفعل است که از آن در سرمایش یا گرمایش خورشیدی منفعل و یا هر دو استفاده می‌شود.

 برخی از مصالح دارای جرم حرارتی عبارت‌اند از: بتن، آجر، سنگ،‌آب و غیره. رایج‌ترین المان‌های سازه‌ای دارای جرم حرارتی دال‌های بتنی و دیوارها هستند. این المان‌ها درصورتی‌که در جای درستی طراحی شوند، می‌توانند نور خورشید کافی دریافت کنند. موقعیت این المان‌ها بنا بر جهت ساختمان نسبت به خورشید ممکن است متفاوت باشد.

از جرم حرارتی در طراحی خانه‌های خورشیدی منفعل در صورتی استفاده می‌شود که دمای روز و شب متفاوت باشد. در غیر این صورت هدف از این خانه‌ها که درواقع افزایش راحتی و متعادل نگه‌داشتن دمای داخل ساختمان است محقق نخواهد شد.

در گرمایش منفعل، جرم حرارتی در طول روز انرژی گرمایی کافی جذب و ذخیره می‌کند و با ازادسازی آن در ساعات شب دمای داخلی را افزایش می‌دهد. در بحث سرمایش، جرم حرارتی مانع تابش مستقیم نور خورشید می‌شود و درواقع گرما را در عصر و شب ذخیره و در طی روز آزاد می‌کند تا به این وسیله دمای داخلی را پایین نگه دارد.

جرم حرارتی یک المان مهم در طراحی خورشیدی منفعل است. دلیل این است که این ویژگی گرما را کنترل می‌کند و تغییرات دما را به حداقل می‌رساند.

مصالح ساختمانی که جرم حرارتی بالایی دارند مقدار زیادی از انرژی گرمایی را جذب و ذخیره می‌کنند. درنتیجه از افزایش سریع دمای داخلی جلوگیری می‌شود.

در مقابل مصالحی که جرم حرارتی پایینی دارند قادر نیستند انرژی گرمایی زیادی را جذب و ذخیره کنند و به همین دلیل دمای داخلی به‌سرعت افزایش می‌یابد. هرچقدر جرم حرارتی بیشتر باشد سرعت افزایش دمای داخلی کاهش می‌یابد.

میزان رسانایی و چگالی مصالح از عواملی هستند که موجب پایدار نگه‌داشتن دمای ساختمان می‌شوند. از مصالحی که جرم حرارتی مطلوبی دارند در کف و دیوارهای سازه‌های خورشیدی منفعل استفاده می‌شود.

این المان‌های سازه‌ای در نزدیکی پنجره‌ها قرار می‌گیرند تا بتوانند انرژی خورشید را مستقیماً دریافت کنند.

تأخیر حرارتی چیست؟

سرعت ساطع شدن انرژی گرمایی جذب‌شده در جرم حرارتی تأخیر حرارتی نام دارد. تأخیر حرارتی به عواملی همچون ضخامت مصالح،‌ مساحت سطح،‌ بافت مصالح، رنگ، روکش سطح، ظرفیت گرمایی، رسانایی،‌ اختلاف دمای هر وجه،‌ قرار گرفتن در معرض جابجایی هوا و سرعت هوا بستگی دارد.

در شرایط آب و هوایی معتدل، تأخیر حرارتی ۱۲ ساعت و در شرایط آب و هوایی سرد، تأخیر حرارتی تا هفت روز مناسب و مطلوب است.

مصالح ساختمانی دارای جرم حرارتی

 مصالح دارای جرم حرارتی مانند بتن، آجر، کاشی‌های سرامیکی و سنگ معمولاً چگالی بالایی دارند. آب هم چگالی بالایی دارد و می‌تواند انرژی گرمایی زیادی را ذخیره و سپس ساطع کند. اگرچه نمی‌توان این ماده را همانند دیگر مصالح در ساختمان به کار برد اما می‌توان از آن در محفظه‌های پر آب سیستم‌های خنک‌کننده خورشیدی منفعل استفاده کرد. قاب‌های چوبی نمونه‌ای از المان‌های دارای جرم حرارتی کم و متعاقباً تأخیر حرارتی کم هستند.

معمولاً مصالح دارای جرم حرارتی چگالی بالایی دارند و به همین دلیل می‌توانند گرما را منتقل کنند؛ بنابراین جرم حرارتی در ساختمان‌های خروشیدی منفعل نباید به‌طور کامل در معرض نور خورشید قرار بگیرند و همین‌که بخش زیادی از آن‌ها در معرض خورشید باشد، کافی است. گرمای جذب‌شده به‌آرامی در جرم المان پخش می‌شود و سپس در ساعات شب ساطع می‌شود تا فضای داخلی گرم باقی بماند.

جرم حرارتی به این دلیل که بخش زیادی از انرژی گرمایی را جذب می‌کند می‌تواند موجب خنک‌سازی فضای داخلی خانه‌های منفعل شود. جرم حرارتی سپس گرما را آزاد می‌کند که با یک سیستم تهویه مناسب این گرما به بیرون از ساختمان رانده می‌شود.

همچنین جرم حرارتی قادر است دمای خنک را در ساعات عصر و شب جذب و ذخیره کند و به این شکل موجب کاهش دمای داخلی در طول روز شود.

از ویژگی جرم حرارتی در ساختمان‌های خورشیدی منفعل در مناطقی که اختلاف دمای شب و روز منطقی باشد،‌ می‌توان استفاده کرد. مصالح ساختمانی که جرم حرارتی بالایی دارند، به‌طور قابل‌توجهی راحتی را افزایش و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند.

ملاحظات مربوط به جرم حرارتی

اثربخشی جرم حرارتی همواره جای سؤال خواهد داشت مگر اینکه از آن در قالب تکنیک‌های طراحی منفعل مناسب استفاده شود. مقدار انرژی گرمایی جذب‌شده در جرم حرارتی به سطح شیشه‌ها و سایه بستگی دارد.

از دیگر عوامل مهم هوابندی و عایق‌بندی هستند که بر مدت زمان نگه‌داشتن گرما در خانه تأثیر می‌گذارند.

اصول تعیین موقعیت جرم حرارتی

1. اولین گام تعیین موقعیت جرم حرارتی است چراکه بر این اساس سرمایش یا گرمایش سیستم خورشیدی منفعل مشخص می‌شود.
2. اگر هدف استفاده در سیستم گرمایش منفعل باشد بهتر است جرم حرارتی درجایی قرار بگیرد که امکان دریافت نور مستقیم خورشید یا گرمای تابشی هیتر وجود داشته باشد.
3. درصورتی‌که از جرم حرارتی در سیستم سرمایش منفعل استفاده شود باید از آن در مقابل نور خورشید به‌وسیله عایق گذاری یا سایه‌بان محافظت کرد. برای اینکه گرمای جذب‌شده خارج شود باید مطمئن شوید که جریان هوا و نسیم خنک شبانه از آن عبور می‌کند.
4. اگر هدف استفاده در گرمایش و سرمایش منفعل باشد باید جرم حرارتی را به‌منظور کارایی بیشتر در فصل زمستان و تابستان روی زمین قرار دهید. جرم حرارتی را درجایی قرار دهید که دسترسی خوبی به نور خورشید وجود داشته باشد. در فصل تابستان هم جرم حرارتی باید درجایی قرار گیرد که نسیم خنک شبانه از آن عبور کند.
5. برای بهبود عملکرد سیستم سرمایش منفعل در فصل تابستان باید سایه‌بان مناسبی برای جرم حرارتی فراهم کنید.
6. از جرم حرارتی در مرکز ساختمان هم استفاده کنی به‌خصوص اگر سیستم تهویه در آنجا قرار دارد. به این منظور می‌توان از دیوارهای اجری،‌ دال‌ها، آب‌نماها، گلدان‌های پر از آب و مخازن آب استفاده کرد.

منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.