Co to znaczy akumulacyjność cieplna ściany ?
Akumulacyjność cieplna, nazywana również pojemnością cieplną, to zdolność materiału do magazynowania (gromadzenia) ciepła i oddawania go w czasie, gdy temperatura w pomieszczeniu spada. W przypadku ścian oznacza to ich zdolność do pochłaniania ciepła, gdy jest go dużo (np. podczas ogrzewania), oraz stopniowego oddawania go, gdy wnętrze budynku się wychładza.
Akumulacyjność cieplna zależy przede wszystkim od masy przegrody oraz rodzaju materiału, z którego została wykonana. Ściany murowane, wykonane z ciężkich materiałów, takich jak cegła czy beton, mają znacznie wyższą zdolność akumulacji niż lekkie konstrukcje drewniane czy stalowe.
Stabilność termiczna budynku — czyli zdolność do utrzymania stałej temperatury wewnętrznej mimo zmian warunków zewnętrznych (np. silnego mrozu, wiatru czy chwilowego wyłączenia ogrzewania) — zależy właśnie od akumulacyjności przegród: ścian, stropów, podłóg i innych elementów konstrukcyjnych. Aby przegroda mogła skutecznie magazynować ciepło i oddawać je do wnętrza budynku, powinna być odpowiednio zaizolowana od zewnątrz.
W budynkach użytkowanych na stałe, wysoka akumulacyjność cieplna jest pożądana, ponieważ pomaga utrzymać stabilną temperaturę i poprawia komfort cieplny. Natomiast w budynkach użytkowanych okazjonalnie — takich jak domki letniskowe czy obiekty gospodarcze ogrzewane tylko okresowo — wysoka akumulacyjność może być niekorzystna. Wymaga bowiem więcej czasu i energii na nagrzanie wnętrza do komfortowej temperatury.
Pojemność cieplna i moc grzewcza.
Pojemność cieplna i moc grzewcza wymagana dla zmiany temperatury.
Z cech materiałów budowlanych wynika wprost ich pojemność cieplna. Określa ona ilość ciepła jaką oddaje lub przyjmuje dany materiał przy zmianie temperatury.
Pokażemy wam kolejny przykład istoty akumulacji cieplnej.
W budynku o ciężkiej konstrukcji i bardzo dobrej izolacji cieplnej (C/B) temperatura nie powinna się obniżyć więcej niż o 1°C i to przy założeniu ze na zewnątrz jest -20°C.
Budynek o ciężkiej konstrukcji i słabej izolacji cieplnej (C/S) temperatura wewnętrzna może się obniżyć o 3°C. Później będzie trzewa użyć więcej energii na ogrzanie pomieszczenia do zalecanych 20°C
Porównanie Objętościowej Pojemności Cieplnej Materiałów Budowlanych
Wnioski z wykresu:
Najwyższą objętościową pojemnością cieplną charakteryzuje się beton zwykły, a następnie pustak wapienno-piaskowy oraz silikat. Materiały te mają największy potencjał do akumulowania ciepła przy danej objętości. Gazobeton i beton komórkowy mają najniższą objętościową pojemność cieplną.
Przykłady Akumulacji Przy Różnych Grubościach Ściany
Grubość przegrody budowlanej ma istotny wpływ na jej zdolność do akumulowania ciepła. Im grubsza ściana wykonana z materiału o dobrej pojemności cieplnej, tym więcej ciepła może zgromadzić i tym dłużej będzie je oddawać.
Przykład:
Rozważmy ścianę wykonaną z betonu zwykłego o objętościowej pojemności cieplnej 2.0 MJ/m³·K.
- Ściana o grubości 10 cm (0.1 m): Jedna metr kwadratowy takiej ściany ma objętość 0.1 m³. Jej pojemność cieplna wynosi 0.1 m³ * 2.0 MJ/m³·K = 0.2 MJ/K. Oznacza to, że aby podnieść temperaturę tej części ściany o 1 stopień Celsjusza, potrzeba 0.2 MJ energii.
- Ściana o grubości 30 cm (0.3 m): Jedna metr kwadratowy takiej ściany ma objętość 0.3 m³. Jej pojemność cieplna wynosi 0.3 m³ * 2.0 MJ/m³·K = 0.6 MJ/K. Ta grubsza ściana może zgromadzić trzykrotnie więcej ciepła niż cieńsza.
Podobnie, dla ściany z pustaka ceramicznego o objętościowej pojemności cieplnej 0.67 MJ/m³·K:
- Ściana o grubości 15 cm (0.15 m): Pojemność cieplna wynosi 0.15 m³ * 0.67 MJ/m³·K = 0.1005 MJ/K.
- Ściana o grubości 30 cm (0.3 m): Pojemność cieplna wynosi 0.3 m³ * 0.67 MJ/m³·K = 0.201 MJ/K.
Z powyższych przykładów widać, że zwiększenie grubości ściany znacząco zwiększa jej zdolność do akumulowania ciepła.
Ciekawostki
- Stare budynki z grubymi murami: Tradycyjne budynki z grubymi kamiennymi lub ceglanymi murami charakteryzują się bardzo dobrą akumulacyjnością cieplną. Dzięki temu latem wewnątrz jest chłodno, a zimą ciepło, bez konieczności intensywnego dogrzewania lub chłodzenia.
- Wykorzystanie materiałów o wysokiej akumulacyjności w budownictwie pasywnym: W budynkach pasywnych, gdzie nacisk kładziony jest na minimalne zużycie energii, stosowanie materiałów o wysokiej akumulacyjności cieplnej jest kluczowe do stabilizacji temperatury i wykorzystania pasywnych zysków ciepła (np. od słońca, urządzeń, mieszkańców).
- Wpływ koloru powierzchni: Ciemne powierzchnie lepiej absorbują promieniowanie słoneczne i mogą przyczyniać się do zwiększenia akumulacji ciepła w przegrodach budowlanych, szczególnie w okresie zimowym. Jednak latem może to prowadzić do przegrzewania.
- Akumulacja ciepła w podłogach i stropach: Nie tylko ściany, ale również podłogi i stropy wykonane z materiałów o wysokiej pojemności cieplnej (np. betonowe wylewki) mogą znacząco przyczyniać się do stabilizacji temperatury w budynku.
- Rola wentylacji: Nawet przegrody o wysokiej akumulacyjności cieplnej nie zapewnią komfortu termicznego, jeśli wentylacja nie będzie odpowiednio kontrolowana. Niekontrolowana wymiana powietrza może prowadzić do utraty zgromadzonego ciepła lub przegrzewania.
