Principoj Kaj Konstruo 2:
Varmeco kaj Ĝia Kolektado

Varmeco, Temperaturo, kaj Maso

'Varmeco' estas metodo de priskribi termikan energion, kiu estas konservata en ŝtofo, ekzemple betono aŭ pakita-tera muro, aŭ skatolo de akvo.

'Temperaturo' estas metodo de priskribi la kvanton de energio, kiu estas konservita en la ŝtofo... sed nur scii la temperaturon ne sufiĉas por pridiri la kvanton da energio en al ŝofo. Oni devas ankaŭ scii la kvanton de al ŝtofo. Tiun ĉi kvanton estas nomata la 'maso'.

La tuta kvanto de termika energio en iu maso de ŝtofo proporcias laŭ kaj ĝia temperatiro kaj ĝia maso. Tio signifas, ke iu kvanto de termika energio povas esti konservita en malgranda kvanto de maso je alta temperaturo, aŭ en pli granda kvanto de maso je pli malalta temperaturo.

Tio kialas, ke ni povas ĉesigi kandela-fajreton per pinĉi ĝin inter malsekaj fingroj: la fajreto sufiĉe alte temperaturas por lumi, sed ne estas granda kvanto de maso tie--ĝi estas nur bukleto da gaso. Ĝi ne havas multon da energion entute. Kiam niaj akvokovritaj fingroj frapas la fajreton, la energio de la fajreto disiĝas tra la multe pli granda maso de la fingroj, kaj iliaj temperatura alteco estas multe pli malgranda. Se la fajreto sufiĉe malgrandas, neniu difekto okazas.

Termika energio fluas de varmaj lokoj al malvarmaj lokoj. Termika energio fluas tra malsimilaj ŝtofoj je malsimilaj rapidesoj. Ĝi fluas tra akvo pli rapide ol aero, kiu estas la kialo, ke oni malvarmiĝas pli rapide en akvo ol en aero je la sama temperaturo. 'Varmizolado' estas ŝtofo, tra kiu termika energio fluas malrapide. Ĝi estas tre utila.

Malsimilaj ŝtofoj konservas malsimilajn kvantojn de termika energio en unuo da maso. Akvo konservas multon da energio en ĉiu unuo de maso; betono kaj terŝtofo, malplie; kaj aero, ne tre.

Tiukiale, multon da termika energio bezonatas por varmigi iom da akvon aŭ betonon aŭ terŝtofo tra iu ŝanĝo de temperaturo... kaj kiam tiu akvo aŭ betono aŭ terŝtofo malvermiĝas, ĝi eldonas tiun sama grandan kvanton de termika energio.

La kvanto de termika energio, kiu estas kaptita aŭ malkaptita tra iu specifita ŝanĝo de temperaturo en iu specifita ŝtofo, estas nomata la 'masa termika kapacito' de tiu ŝtofo.

Ĉi tiuj aferoj--varmeco, maso, temperaturo, varmizolado, termika kapacito--helpas nin konstrui efikan, komfortan, kaj malmultekostan domon.

Kapto kaj Transporto de Varmeco

La varmeco provizanta de la suno estas difuzita. Sunlumo emas varmi grandajn regionojn tra malgrandaj temperaturaj ŝanĝoj. Grandaj tutaj kvantoj da energio kuntrenitas, sed tiuj kvantoj dismetitas tra grandaj masoj. Ĉiu parto de la maso estas varmita tra nur malgranda ŝanĝo.

La malalt-temperatura difuza karaktero de suna varmec-provizado donis malfacilaĵojn al homoj, kiuj volis hejti iliajn domojn per ĝin. Ili alkutimiĝis al alt-temperaturaj hejtiloj, kiuj konstruatas ĉirkaŭ fajron: fornoj, fajrejoj, kaj tiel plu.

Tiuj alt-temperaturaj fontoj facile provizas alt-temperaturaj fluaĵoj--ekzemple: varmegan aeron, varmegan akvon, akvovaporo--por efike transporti varmecon al foraj paroj de konstruaĵoj. La alta temperaturo signifas, ke granda kvanto da termika energio pakitas en ĉiuj unuoj de la maso de la fluaĵo. Ĉe la celloko, la termika energio el la alt-temperatura fluaĵo povis disiĝi en la celajn ĉambrojn, varmigante iliaj multe pli grandajn masojn per multe malpli grandajn temperatur-ŝanĝojn.

Aktiva Kolektado de Suna Varmeco

Kiam homoj pensas pri suna varmprovizanto, ili ofte pensas pri sunpanelojn super tegmenton, sendante iun varmegan fluĵon al hejtigsistemon. Tiu ĉi estas la plej facila pensmaniero por homoj, kiuj alkutimiĝas al varmega-aeraj, varmega-akvaj, aŭ akvovaporaj sistemoj; ili anstataŭas la fajron en iliaj fornoj per sunpanelo, kaj la restaĵo de la hejtsistemo ne devus multŝanĝi.

La problemo estas la malalt-temperatura difuza karaktero de la varmeco privizita per sunlumo. Malfacilas provizi iun kvanton da termika energio al domo el tiuj malalt-temperatura fontoj, kiam ili estas ekster la domo. Por fari tion rekte, oni devus movi granadan amason de malalt-temperatura maso, por liveri la termikan energion. La designistoj scias, ke tiun kvanton de termika energio povas liveri malpligranda kvanto da maso--se tiun mason oni hejtas ĝis multe pli altan temperaturon.

Tiukaze, oni multe laboris plidensigi la hejton de la alvenanta sunlumo. Reflektiloj celigis lumon al tuboj, kiuj enhavas iun fluaĵon, varmegigi la fluaĵon. Tiun fluaĵon, portante ĝian densaĵon de hejto, oni povas plifacile movigi al iu celloko, kie la varmecon estas ellasita.

Tio estas nomata 'aktiva' kolektado de suna varmeco, ĉar ĝi uzas la movigon de iu varmega fluaĵo de unu loko al alia por liveri termikan energion al celloko.

Tiuj sunkolektantaj sistemoj certe povas provizi varmegan akvon, sed ili ne estas la plej efikaj sistemoj por hejti konstruaĵojn, ĉar ili bezonas densigi termikan energion, kaj poste maldensigi ĝin. Ili ankaŭ havas multajn mekanikan partojn, kiuj bezonas energion por funkcii. Ili avantaĝo estas, ke ili povas funkcii bone kun anataŭe-desegnitajn hejtsistemoj.

Pasiva Kolektado de Suna Varmeco

Same kiel multaj sunhejtitaj domoj, la domo de la Potter familio uzas alian metodon. Ĉar la hejto de la suno estas maldensa kaj malalt-temperatura eke, kaj la celuzo--varman ĉambron--ankaŭ uzas maldensan kaj malalt-temperaturan, kial ne nur kolektu la termikan energion rekte ĉe la loko, kie ĝi estos uzata, kaj ne maltrankviligu pri transporti ĝin iel?

Oni pocas desegni konstruaĵon por rekte kolikti hejton kiam necese, rekte konservi ĝin en sia strukturo, kaj eldoni ĝin senĝene. Neniu apartaj kolektiloj aŭ varmec-portata fluaĵo aŭ movigilo estas bezonata. Tio estas nomata 'pasiva' kolektado de suna varmeco. Tion la domo de la Potter familio faras.

Ĉiuj, kiuj vidas katon dormantan en sunluma fenestro, vidas pasivan kolektadon de sunvarmeco, funkciantan. Nur bezonas sunlumon, fenestron por enirigi sunlumon kaj reteni varmecon, kaj mason por konservi la varmecon.

Multaj pasiv-kolektantaj domoj havas murojn, kiujn la suno hejtigas tiel. En kelkaj domoj, varmeckaptantaj muroj estas metita rekte malantaŭ sunlumaj fenestroj, dante fluon da varman aeron, kiun oni povas celigi al ĉambroj tra la domo.

La Potter-domo pli simplas.

Sunlumo eniras tra la fenestroj laŭ bezono, varmigante la murojn kaj plankon. La muroj estas varmizolitataj tiel, kiel varmeco eliras malrapide. Ĉiuj ĉambroj havas tiuj varmizolitajn murojn; preskaŭ ĉiuj havas fenestrojn, kaj la muroj de la kelkaj kiuj ne havas fenestrojn estas muroj varmante per la aliaj ĉambroj en la domo. Ne estas foraj ĉambroj, al kiuj oni devas sendi hejton.

Ili ne bezonas fornon. La fenestroj grandas kaj aranĝitas por enirigi sufiĉon da hejton dumvintre. La muroj kaj plankoj sufiĉe dikas kaj enhavas sufiĉon da betono por konservi tiun hejton. Sufiĉas la varmizoladon, ke tiu hejto, kiu eliras dumvintre, estas facile remetita.

Ili ne bezonas malvarmigilon ankaŭ. La fenestroj kaj la muroj aranĝitas por kunfunkcii la sezonan ŝanĝon de sunangulo. Multon da sunlumo kaj hejto eniras dumvintre; malmulton dumsomere. Tiam, la muroj ne estas tro hejtita.

Se la maniero de kunfunkcii de la muroj kaj fenestroj kun la sunlumo trans la sezonoj estas la temo de la venonta parto...

Antaŭa prikonstrua paĝo | Enira prikonstrua paĝo | Venonta prikonstrua paĝo

Al la ĉefan paĝon pri la Potter domo.
Al la enkondukan paĝon.
Al la sunspace.org hejmpaĝon.