Akumulacja ciepła w przegrodach budowlanych otaczających pomieszczenie
Dotychczasowy sposób przyjmowania, że obliczone chwilowe zyski ciepła w wyniku nasłonecznienia okien oraz zyski ciepła od ludzi, oświetlenia i maszyn są natychmiast przetwarzane w ciepło i w tej postaci asymilowane przez powietrze wentylacyjne, prowadziło do przewymiarowania urządzeń klimatyzacyjnych, takich jak wentylatory, nagrzewnice i chłodnice.
Badania i studia wykazały, że przyczyną tego jest akumulacja ciepła w przegrodach budowlanych i nierównomierne występowanie różnych obciążeń szczytowych.
Rzeczywiste określone zyski ciepła są zwykle niższe, niż określone maksymalne zyski, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia ilości powietrza i zapotrzebowania zimna, a zatem powoduje zmniejszenie urządzenia klimatyzacyjnego. Mniejsze urządzenia klimatyzacyjne powodują niższe koszty inwestycyjne oraz stosunkowo niższe koszty eksploatacyjne. Jednak przy mniejszych urządzeniach nie ma większego zapasu bezpieczeństwa do dyspozycji. Wymaga to bardzo starannego obliczania zysków ciepła, projektowania i wyregulowania urządzenia niezawodnie działającej automatyki.
W wielu budynkach, a zwłaszcza wielopiętrowych, w których pożądana jest pewna elastyczność od strony powietrza, aby umożliwić indywidualną regulację, zaleca się stosować redukcję wydajności urządzenia chłodniczego, uwzględniając akumulację; jednak ilość powietrza wentylacyjnego wtłaczaego przez wentylator należy zachować większą.
Krótkofalowe promieniowanie słoneczne przepuszczane przez szybę padając na część powierzchni przegród wewnętrznych, zamienia się na ciepło, które zostanie przez te powierzchnie pochłonięte. Powoduje to podwyższenie temperatury tych powierzchni powyżej temperatury wewnątrz przegrody i temperatury powietrza otaczającego, wskutek czego powierzchnie te stają się wtórnym źródłem promieniowania na inne zacienione przegrody. Ta różnica temperatur powoduje przepływ ciepła przez przewodzenie do materiału przegrody, a do powietrza — przez konwekcję.
Ciepło odprowadzane z powierzchni w głąb materiału będzie akumulowane. Następnie ciepło to będzie stopniowo przejmowane na drodze konwekcji przez powietrze w pomieszczeniach i będzie stanowiło rzeczywisty chwilowy zysk ciepła. Zmienne i stosunkowo intensywne chwilowe nasłonecznienie powoduje znaczną akumulację ciepła.
Dalszym czynnikiem, który wpływa na akumulację ciepła, jest czas pracy urządzenia klimatyzacyjnego. Zależnie od czasu pracy urządzenia, część ciepła wydzielonego w czasie przerwy w pracy zostanie zmagazynowana w masie budynku. Ciepło to będzie stanowić dodatkowe obciążenie cieplne przy uruchamianiu urządzenia w dniu następnym. Krótsze okresy pracy powiększają obciążenie rozruchowe, gdyż w czasie dłuższej przerwy więcej ciepła akumuluje się w masie przegród budowlanych.
Zdolność akumulacyjna przegród budowlanych jest tym większa, im większa jest ich pojemność cieplna. Ponieważ ciepło właściwe różnych materiałów budowlanych mało się różni i wynosi około 0,2 kcal/kGstC, można przyjąć, że zdolność akumulacji wzrasta wraz ze wzrostem ciężaru przegród otaczających pomieszczenie. W odpowiednich tablicach (wg Carriera) podane są współczynniki akumulacji do określania rzeczywistych zysków ciepła wskutek nasłonecznienia okien, przy stałej temperaturze powietrza wewnątrz pomieszczenia klimatyzowanego wentylatorami.
Współczynniki akumulacji, podane w tablicach, zostały opracowane dla następujących warunków:
- temperatura powietrza w pomieszczeniu jest stała, wobec czego mogą one być stosowane tylko w przypadku klimatyzacji;
- wartości współczynników akumulacji są różne dla okien z urządzeniami przeciwsłonecznymi od strony pomieszczenia i dla okien bez urządzeń przeciwsłonecznych lub z urządzeniami przeciwsłonecznymi umieszczonymi na zewnątrz;
- wartości współczynników akumulacji są uzależnione od ciężaru przegród budowlanych otaczających pomieszczenie, odniesionych do 1 m2 podłogi pomieszczenia;
- praca urządzenia klimatyzacyjnego rozpoczyna się o godzinie 6.
