ساختمان‌ها و محیط داخل آن‌ها در تابستان‌ها گرمای محسوس را به صورت رسانش، جابجایی (تهویه و نفوذ هوا) و تابش، جذب می‌کنند و در زمستان‌ها آن را با همین شیوه‌ها از دست می‌دهند. گرمای نهان (رطوبت) نیز در آن‌ها جذب یا تلف می‌شود. گرمای محسوس و نهان می‌توانند توسط ساکنان یا وسایل و تجهیزات داخل محیط نیز ایجاد شوند. برای نمونه چراغ‌های روشنایی فقط گرمای محسوس در محیط تولید می‌کنند. همچنین محیطی که در معرض تهویه مطبوع است، پیوسته انرژی گرمایی می‌گیرد و از دست می‌دهد.
فهرست مطالب
تابش خورشیدی
امروزه تابش خورشیدی به‌دلیل افزایش قیمت گونه‌های دیگر انرژی به سرعت در حال مطرح شدن به عنوان یک منبع مهم برای گرمایش ساختمان‌ها است. اما نوع طراحی ساختمان نباید به‌گونه‌ای باشد که در فصل تابستان بابت این جذب گرما برای ما مشکل ایجاد شود. زیرا در اینصورت باید چندین برابر هزینه انرژی‌های دیگر کرد تا این گرما از بین برود.
تابش خورشیدی که سطح عمود بر اشعه خورشید بر روی زمین می‌تواند دریافت کند 860 وات بر مترمربع (W/m2) برای یک روز صاف در سطح دریا بالغ می‌شود. این مقدار دریافت حداکثر مربوط به زمانی است که خورشید دقیقاً در بالای سطح قرار داشته باشد و با کاهش زاویه خورشید نسبت به سطح افق، پیوسته هر چه کمتر می‌شود. زمان روز و عرض جغرافیایی، موثرترین عوامل در تابش مستقیم خورشید هستند. مقداری تابش از طریق خود آسمان رخ می‌دهد، حتی اگر پرتوی خورشید مستقیماً با سطح مورد نظر برخورد نکند. این تابش آسمانی می‌تواند با دیوارها و پنجره‌های شمالی که هیچ‌گاه تابش مستقیم خورشید را دریافت نمی‌کنند، برخورد کند. تابش آسمانی ممکن است در حالتی که ارتفاع آفتاب 80 تا 90 درجه است تا 190 وات بر مترمربع برای یک سطح افقی برسد.
سطوح شیشه‌ای معمولاً در راستای افقی یا عمودی به پرتوی خورشید قرار ندارند، اگرچه ممکن است در صبح زود یا عصرگاه، در جهات به ترتیب شرق و غرب در معرض خورشید باشند.
تابش خورشید که با سطح شیشه برخورد می‌کند سه جزء دارد:
- قسمت عمده آن به‌طور مستقیم به داخل ساختمان انتقال می‌یابد.
- مقداری از آن جذب شیشه می‌شود.
- بخشی از آن منعکس می‌شود.
مجموع دو جزء 1 و 2 برابر با کل میزان جذب گرما توسط محیط است و گرچه تابش مستقیم به محیط، ابتدا توسط دیوارها و اثاثیه داخل ساختمان جذب می‌شود و سپس گرمای خود را به هوا می‌دهد، معمول است که این میزان جذب گرما را لحظه‌ای و بدون تاخیر زمانی در نظر بگیرند.
تاثیر تابش مستقیم آفتاب بر دیوارها، پشت بام و شیشه‌ها
دیوارها و بخش‌هایی از ساختمان مانند پشت بام و شیشه‌های بدون سایه‌بان، اغلب در معرض نور مستقیم خورشید قرار دارند و مقدار زیادی انرژی خورشیدی را در طول ساعت‌هایی که آفتاب به آن‌ها می‌تابد جذب می‌کنند. در نتیجه سطح آن‌ها بسیار گرم‌تر از هوای اطراف است. تاثیر تابش خورشید بر این سطوح در تابستان باعث می‌شود که دمای آن‌ها 30 تا 40 درجه فارنهایت بیشتر از دمای هوای اطراف باشد. مقدار افزایش دما بستگی به خصوصیات مصالح به کار رفته، رنگ سطوح یاد شده و زاویه برخورد پرتو خورشید با آن‌ها نیز دارد. این انرژی گرمایی تابشی با افزایش شیب تغییر دمای برآیند پس از وقفه‌ای زمانی که ناشی از مقاومت گرمایی مصالح ساختمان است، از طریق دیوار، بام و شیشه به داخل انتقال می‌یابد. نتیجه این عمل، افزایش گرمای جذب شده توسط محیط، ساعت‌ها پس از خارج شدن دیوار از معرض تابش خورشید و غروب آفتاب است. نوسان دما در سطوح داخلی همیشه کمتر از سطوح خارجی است و سطوح داخلی مدتی پس از سطوح خارجی به حداکثر و حداقل دمای خود می‌رسند.
بعضی از مواد دارای ظرفیت حرارتی هستند و می‌توانند حرارت را برای مدتی در خود ذخیره کرده و بعد از آن، کم کم به محیط اطراف انتقال دهند. دیوارها از اجسامی هستند که دارای ظرفیت حرارتی هستند. به هر میزان که ظرفیت حرارتی یک دیوار بیشتر باشد گرمای خارجی با سرعت کمتری به داخل راه می‌یابد و در نتیجه تأخیر بیشتری در زمان رسیدن سطوح داخلی به حداکثر دمای خود نسبت به سطوح خارجی روی می‌دهد. این میزان تأخیر باعث می‌شود در ساعتی که هوا در حداکثر درجه حرارت است گرمای نفوذ کرده در دیواره خارجی در همان جا ذخیره شده و در عصر و شب که هوای خارج معمولاً خنک است از آنجا خارج شود.
هیچ روش مستقیمی برای محاسبه افزایش دمای برآیند در اثر تابش بر دیوارها وجود ندارد ولی نتایج تجربی به‌صورت داده‌هایی مناسب برای ارزیابی بار عرضه شده‌اند. روش متداولی که توصیه می‌شود استفاده از عاملی به نام اختلاف دمای بار سرمایی، است. این کمیت فقط برای محاسبه بار سرمایی تابستان به‌کار می‌رود، زیرا تابش در اتلاف گرمایی زمستان عاملی جزیی به حساب می‌آید.
انتقال گرما از سقف و پشت بام
تابش خورشید اغلب عامل مهمی در بار گرمایی وارد بر پشت بام است و چون سقف‌ها و پشت بام‌ها تا 50 درصد کل بار تابستان را تشکیل می‌دهند (در ساختمان‌های یک طبقه)، بنابراین ارزیابی دقیق این بار تابشی با اهمیت است. در ساختمان‌های دارای زیرشیروانی، توصیه می‌شود که ضرایب مربوط به پشت بام نادیده گرفته شده و به جای آن از دمای واقعی زیرشیروانی در گرم‌ترین روزها و حداکثر آن در طی 24 ساعت استفاده شود.
انتقال گرما از فضای زیرشیروانی و تهویه آن
اتاق زیرشیروانی همیشه به عنوان یک منبع ناخوشایند شناخته می‌شود که در زمستان بسیار مرطوب است و در تابستان بسیار گرم است. در روزهای گرم تابستان ممکن است دمای زیرشیروانی حتی اگر مطابق با آئین‌نامه‌های ساختمانی محلی تهویه شود، به 130 درجه فارنهایت (حدوداً 54.44 درجه سانتی‌گراد) برسد. با این حال، اگر اتاق زیرشیروانی براساس طراحی جامع و کامل و استراتژی مناسبی پایه‌گذاری شود، حتی می‌تواند برای ایجاد تعادل در دمای فضای ساختمان مثمر ثمر باشد و همین موضوع، اهمیت اتاق زیر شیروانی برای رطوبت‌زدایی در ابنیه را واضح و آشکار می‌سازد.
توصیه می‌شود برای محیط‌هایی که دمای بیرون در تابستان از 90 درجه فارنهایت (حدوداً 32 درجه سانتی‌گراد) تجاوز می‌کند، فضای زیرشیروانی مورد تهویه اجباری قرار گیرد. برای این کار دمنده‌ای که بتواند هوای زیرشیروانی را هر 10 دقیقه تعویض نماید، کافی است (برای خانه‌ای با زیربنای 150 مترمربع و فضای زیرشیروانی معمولی). با به‌کارگیری تهویه اجباری مناسب، می‌توان دمای زیرشیروانی را تا حدود 15 درجه کمتر از دمای هوای بیرونی نگهداشت. بار سرمایی ساختمان‌های مسکونی و ساختمان‌های تجاری یک طبقه را می‌توان با تهویه مناسب زیرشیروانی 10 تا 20 درصد کاهش داد. دمنده در داخل زیرشیروانی باید با یک کانال کوتاه به هواکش متصل شود تا از این طریق هوای زیرشیروانی را به محیط بیرون بدهد. هوای خروجی باید از سمت غرب و جنوب ساختمان خارج شود تا هوای خنک‌تر بتواند از جهات شمال و شرق از طریق هواکش‌های واقع در این دو طرف وارد فضای زیرشیروانی شود.
انتقال گرما از کف
کف ساختمان که دارای فضای زیرزمین باشد، هیچ مسئله غیرعادی در محاسبات انتقال گرما ایجاد نمی‌کند. ماهیت کف باید معلوم باشد و دمای داخل و زیرزمین را می‌توان اندازه‌گیری کرد و یا با دقت تخمین زد. کف با دال‌های بتونی که روی زمین کار گذاشته می‌شوند گرمای زیادی را در تابستان به محیط منتقل نمی‌کنند، زیرا دمای زمین به ندرت از 75 درجه فارنهایت تجاوز می‌کند. یک معیار تجربی آن است که نرخ جذب گرما از دال‌های بتونی کف ساختمانی را برای سرمایش تابستانی صفر در نظر بگیرند.
