Temperatura, którą odczuwasz w upalny, słoneczny dzień, nie zawsze odpowiada temperaturze na termostacie. Catherine Falls Reklama / Moment za pośrednictwem Getty Images

Wyobraź sobie dwa domy na tej samej ulicy: jeden zbudowany w latach pięćdziesiątych, a drugi w latach dziewięćdziesiątych. Nie ma drzew ani innego cienia. Klimatyzatory są identyczne, niedawno wymienione i działają bez zarzutu. Identyczne termostaty są ustawione na 1950 stopnie Fahrenheita (1990 Celsjusza).

Kiedy na zewnątrz jest 110 F (43.3 C), dom z lat 1950. prawdopodobnie będzie o co najmniej 10 F (5.6 C) cieplejszy w środku, nawet przy tej samej temperaturze powietrza.

Dlaczego?

Odpowiedź ma związek z promieniowaniem cieplnym. Promieniujące ciepło zapewnia ciepło przy ognisku w mroźną zimową noc. Ogień nie ogrzewa zbytnio powietrza; raczej, podobnie jak Słońce, większość ciepła z ognia przechodzi przez niewidzialne fale bezpośrednio z ogniska do twojego ciała.

W promieniującym upale słońca Arizony temperatura powierzchni nieizolowanych stropów słupowo-ryglowych w moim domu, jednym z Zbudowany 41,000 w Tucson w okresie powojennym może osiągnąć ponad 100 F (37.8 C). Stalowe okna z pojedynczymi szybami rejestrują 122 F (50 C), a nieocieplone ściany z bloczków betonowych nie są dużo chłodniejsze.

W moim domu w trzycyfrowe dni może się wydawać, że stoję przy ognisku, nawet gdy klimatyzator ryczy, aby utrzymać 75 F (23.9 C). A kiedy system się zepsuje – tak jak to miało miejsce podczas długotrwała fala upałów 2023 r, kiedy Phoenix osiągał 110 F (43.3 C) codziennie przez tygodnie – temperatury rosną niebezpiecznie szybko. Bez klimatyzacji gorące powierzchnie plus wir powietrza z wentylatora sufitowego tworzą dom poczuć się jak frytkownica.

Temperatura powietrza: niepełny wskaźnik komfortu

Podczas gdy ludzie są przyzwyczajeni do myślenia o tym, jak odzież, ruch powietrza, temperatura i wilgotność wpływają na komfort, dwa mniej znane miary pomagają wyjaśnić, w jaki sposób doświadczają komfortu w pomieszczeniach:

1. Średnia temperatura promieniowania. Jest to średnia temperatura wszystkich otaczających nas powierzchni: sufitu, okien, ścian, podłogi. Aby promieniowanie cieplne mogło przemieszczać się między obiektem a ciałem ludzkim, potrzebuje nieprzerwanej linii wzroku, dlatego sufity i niezasłonięte okna mają ogromny wpływ na temperaturę promieniowania odczuwaną w określonym miejscu w domu.

2. Temperatura robocza. Można to przybliżyć, uśredniając średnią temperaturę promieniowania i średnią temperaturę powietrza w pomieszczeniu. Inne obliczenia temperatury operacyjnej uwzględniają wpływ ruchu powietrza, wilgotności i dodatkowych zmiennych. Mniej więcej połowę tego, jak odczuwasz komfort jest określana przez promienne otoczenie.

Niestety jako budowlaniec Robert Fasola (brak związku) mówi: „Cała branża producentów, dostawców, budowniczych i handlowców błędnie utożsamia komfort termiczny z temperaturą powietrza”. W rezultacie większość ludzi jest całkowicie nieświadoma tego, co tak naprawdę sprawia, że ​​przestrzeń jest wygodna — lub nieprzyjemnie gorąca.
Temperatura powierzchni wewnętrznych ma duży wpływ na komfort, nawet jeśli powietrze w pomieszczeniu ma taką samą temperaturę. Jonathana Beana, CC BY-ND

W upalny, słoneczny dzień dobra izolacja i podwójne szyby w oknach spowalniają wymianę ciepła na tyle, że klimatyzacja utrzymuje średnią temperaturę promieniowania wewnątrz budynku w granicach kilku stopni od temperatury powietrza.

Jednak w słabo ocieplonym budynku, takim jak mój dom, lub w niektórych starszych budynkach użyteczności publicznej w Phoenix, wysoka średnia temperatura promieniowania może podnieść temperaturę roboczą do ponad 90 F (32.2 C) – nawet przy termostacie ustawionym na 75 F (23.9 C). Kiedy temperatura powierzchni przekroczy temperaturę naszej skóry, ciepło zacznie promieniować z gorącej powierzchni do ciała, powodując bardziej prawdopodobny udar cieplny.

Wysoka średnia temperatura promieniowania w starych, słabo ocieplonych domach sprawia, że ​​są one znacznie mniej komfortowe niż nowe lub dobrze ocieplone domy. Jonathana Beana, CC BY-ND

Jonathana Beana, CC BY-ND

Podczas gdy dokładny próg, w którym przegrzanie staje się niebezpieczne, jest przedmiotem dyskusji, większość ludzi zgodzi się, że 90 F (32.2 C) jest o wiele za ciepło dla komfortu.

Gorące powierzchnie powodują, że mniejsze budynki, takie jak domy mobilne, małe domy, kontenery transportowe i garaże zamienione na mieszkania, często czują się nieswojo niezależnie od ustawienia termostatu. Mniejsze konstrukcje narażają mieszkańców na działanie trzech, czterech lub nawet sześciu powierzchni, których zewnętrzna część jest wystawiona na działanie słońca i gorącego powietrza zewnętrznego. Więcej ciepłych powierzchni, większy dyskomfort.

Chłodniejsze powierzchnie, większy komfort

Jeśli mieszkasz w słabo ocieplonym budynku i nie masz nic przeciwko zużywaniu większej ilości energii elektrycznej, możesz ustawić niższą temperaturę na termostacie. Ale jeśli średnia temperatura promieniowania jest wysoka, spadek temperatury powietrza o 2 F (1.1 C) będzie odczuwalny jako zaledwie 1 F (0.6 C) — a te gorące powierzchnie nadal będą powodować dyskomfort.

Dodanie izolacji do dachu i wymiana okien jednoszybowych na dwuszybowe szkło niskoemisyjne (low-E). może pomóc obniżyć średnią temperaturę promieniowania i rachunki za energię. To drogie ulepszenia, ale nowe federalne ulgi podatkowe i przyszłe rabaty, które mają być administrowane przez poszczególne państwa, mogą pomóc.

Drzewa, markizy i rolety zewnętrzne mogą również obniżać średnie temperatury promieniowania poprzez blokowanie bezpośredniego światła słonecznego. Jednakże, szkło jest kiepskim izolatorem, więc w bardzo gorącym klimacie okna jednoszybowe całkowicie osłonięte przed słońcem mogą nadal nagrzewać się nieprzyjemnie.

Dodanie kurtyny do środka – i utrzymywanie jej zamkniętej – może pomóc obniżyć średnią temperaturę promieniowania, ponieważ kurtyna będzie bliższa temperaturze powietrza niż szkło.

A co z najemcami w starych budynkach?

Najemców starszych, słabo ocieplonych budynków często nie stać na wysokie rachunki za energię, a właściciele mogą nie być w stanie lub nie chcą dokonywać kosztownych ulepszeń. Pogarszając sprawę, starsze systemy klimatyzacji zużywają dwa do trzech razy więcej energii jak nowsze jednostki, aby zapewnić taką samą moc chłodzenia.

Ponieważ stworzenie komfortowej temperatury roboczej wymaga niższego ustawienia termostatu, system HVAC w słabo ocieplonym budynku musi pracować dłużej i ciężej, zużywając więcej energii i jeszcze bardziej zwiększając koszty. A koszty dyskomfortu są nie tylko finansowe: mają je również gorące budynki niekorzystne skutki dla zdrowia i produktywność.

Miliony Amerykanów mieszkają obecnie w miejscach, w których chłodzenie jest jedyną rzeczą, która zapobiega zdarzeniu masowemu. w Phoenix, kod miasta wymaga wynajmu jednostek chłodzonych klimatyzacją aby utrzymać temperaturę nie wyższą niż 82 F (27.8 C), mierzoną 3 stopy nad podłogą na środku pokoju. Niestety, kod nie precyzuje, czy 82 F to temperatura operacyjna, czy temperatura powietrza.

To jedno słowo zmienia świat.

W starszym, słabo ocieplonym budynku, podobnym do mojego domu – lub, co może być najgorszym scenariuszem, w spalonej słońcem południowo-zachodniej części najwyższego piętra nieocieplonego betonowego wieżowca – pozornie bezpieczna temperatura powietrza wynosząca 82 F może z łatwością maskować niebezpieczne temperatury robocze 96 F (35.6 C) lub wyższe.

Klucz do lepszego projektowania

Jako profesor architektura i budownictwo, Wierzę, że dzisiejsze bizantyjskie przepisy budowlane i zasady najmu można znacznie poprawić pod kątem komfortu regulacja średniej temperatury promieniowania a nie temperatura powietrza. Ogromne sekcje kodu można wyrzucić, wymagając powierzchni wewnętrznych, które można łatwo zmierzyć niedrogim narzędziem termometr na podczerwień, być utrzymywane w zakresie komfortu powyżej 60 F (15.6 C) i poniżej 85 F (29.4 C).

O bardziej komfortowe budynki mogą ubiegać się architekci i inżynierowie proste, ustalone zasady, takie jak naturalna wentylacja, zacienienie oraz właściwa izolacja i okna dostosowane do klimatu. Przede wszystkim zatrzymywanie ciepła na zewnątrz oznacza, że ​​nie musimy wydawać tak dużo energii na chłodzenie. Badania pokazują, że środki te mogą również zwiększyć nasze bezpieczeństwo dłużej utrzymuje chłód w budynkach podczas letnich przerw w dostawie prądu.

Szczęśliwy wynik: domy i inne budynki, które są nie tylko wygodne, ale także bezpieczniejsze i tańsze w eksploatacji.

O autorze

Jonathana Beana, profesor nadzwyczajny architektury, zrównoważonych środowisk zabudowanych i marketingu, University of Arizona

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.