74
Profesjonalista profesjonaliście
bądź elektryczne, i wysokim stopniu automatyki można tak zapro-
gramować urządzenie, że zarówno przy małej, jak i przy dużej aku-
mulacyjności zostanie zachowany komfort użytkowania oraz możli-
wość oszczędzania ciepła. Dla dużej akumulacyjności cieplnej należy
zaprogramować odpowiednio wczesne włączanie lub wyłączanie
ogrzewania. Powstanie zatem pewnego rodzaju histereza cieplna,
niezauważalna dla użytkownika, a przynosząca oszczędności. Przy
małej akumulacyjności cieplnej budynku i ogrzewaniu o małej iner-
cji działania sprawa jest jeszcze prostsza, a histereza cieplna może
mieć mniejsze wyprzedzenia. W tego typu budynkach oszczędności
dotyczące energii cieplnej są zbliżone, niezależnie od stopnia aku-
mulacyjności cieplnej materiałów budowlanych.
Trudniejszym przypadkiem jest ogrzewanie o dużej bezwładności,
np. przy użyciu pieców węglowych, które mają zazwyczaj jednostre-
fową nastawę temperatury kotła lub (przy stosowaniu podmiesza-
nia przy kotłach wysokoparametrowych) wody zasilającej. Nastawy
zmienia się sporadycznie, najwyżej kilka razy w tygodniu, nie ma
więc możliwości czasowego ograniczenia temperatury w budynkach.
Wówczas nie ma różnicy w oszczędzaniu ciepła między budynkami
o dużej i małej akumulacyjności cieplnej materiałów budowlanych.
x x x
Jak można zwiększać lub zmniejszać
akumulacyjność cieplną budynków?
Istnieje wiele rozwiązań technicznych mających na celu podwyższe-
nie lub zmniejszenie akumulacyjności cieplnej budynków. Na razie
nie doczekały się one masowego zastosowania, głównie z powodu
wyższych kosztów inwestycyjnych. Z różnych przyczyn – ekologicz-
nych, ekonomicznych czy politycznych – sytuacja może ulec zmianie,
a wówczas mogą się opłacać znane już obecnie rozwiązania.
Poniżej podano przykłady rozwiązań regulowania magazynowania
energii cieplnej w materiałach budowlanych.
Obniżenie akumulacyjności cieplnej budynku można uzyskać poprzez
stosowanie konstrukcji o minimalnych masach typu szkielet + bardzo
lekkie wypełnienia. Przykładem dążenia do zerowej wartości akumula-
cyjności cieplnej może być namiot.
Natomiast podwyższenie akumulacyjności cieplnej uzyskuje się poprzez:
• zwiększanie gęstości materiałów budowlanych;
• zwiększanie wymiarów materiałów budowlanych (np. grubości),
a tym samym ich masy, przy zachowaniu wymiarów budynku;
• użycie specjalnych materiałów budowlanych, które przy założonych
wymiarach konstrukcji budynku i określonej gęstości potrafią zmaga-
zynować więcej energii cieplnej. W tym przypadku można przywołać
materiały zmiennofazowe, składające się z materiału nośnego (np.
beton, gips) oraz wtrąceń materiałowych (kulki, proszek, granulat,
torebki), które w określonej temperaturze, bliskiej temperatury oto-
czenia, zmieniają stan fazowy. Podczas podgrzewania materiał topi
się, pobiera ciepło topnienia, a przy studzeniu następuje przejście
z fazy ciekłej w stałą i wydzielanie ciepła krzepnięcia. Znanych jest
wiele materiałów, które zmieniają fazę w temperaturze ok. 20–80ºC.
Są to często hydraty soli, jak KF·4H
2
0 (ok.19ºC), Mn(NO
3
)
2
·6H
2
0
(ok. 26ºC), CaCl
2
·6H
2
0 (ok. 30ºC), Na
2
SO
4
·10 H
2
0 (ok. 32ºC),
Na
2
S
2
O
3
·5 H
2
0 (ok. 48–55ºC), CH
3
CO
2
Na·3H
2
0 (ok. 58ºC), oraz
wiele mieszanin parafinowo-tłuszczowych;
• zastosowanie specjalnych magazynów ciepła, różniących się kosz-
tami, wydajnością, zakresem temperatury pracy; mogą to być m.in.
magazyny wodne, kamieniowo-gruzowe, gruntowe, fizykochemiczne
z użyciem ww. materiałów zmiennofazowych, a także chemiczne,
wykorzystujące np. rozkład popularnych wodorotlenków (Mg(OH)
2
,
Ca(OH
2
)), a przy chłodzeniu ponowne ich uwadnianie.
x x x
Podsumowanie
W niniejszej publikacji rozważano akumulacyjność cieplną mate-
riałów ściennych i jej wpływ na użytkowanie budynku. Temat został
celowo zawężony tylko do ścian, chociaż wpływ innych materiałów,
jak stropy, dach, podłogi, stolarka okienna i drzwiowa jest bardzo
podobny. Założono niezmienność materiałów, poza ściennymi, aby
na przykładzie rzeczywistego projektu wskazać czytelnie i konkretnie
różnice w akumulacyjności cieplnej budynku w zależności od decyzji
o wyborze materiału. Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, czy lepsza
jest duża, czy mała akumulacyjność cieplna ścian oraz całego
budynku. Jak wynika z rozważań, zależy to w głównej mierze od spo-
sobu użytkowania budynku.
Autor starał się wskazać te obszary fizyki budowli, z których korzy-
stanie pomoże wszystkim uczestnikom procesu budowlanego, a więc
inwestorom, projektantom, wykonawcom i użytkownikom, popra-
wiać i ulepszać efekt końcowy, jakim jest komfort użytkowania.
Ma to polegać na takim doborze architektury, zastosowanych mate-
riałów i dobrego wykonawstwa, aby w sposób ekonomiczny, ekolo-
giczny, z poszanowaniem zużywanej energii komfortowo użytkować
budynek.
fot. Shutterstock
Fot. 7. W szkołach użytkowanych tylko przez część doby temperatura nocą może być
niższa
