图片来源:Martin Holladay
能源宅男的更多思考
更新于2013年12月4日，引用了最近的研究发现。
这是怎么回事热质量？由于含有混凝土的材料制造商经常夸大热质量的好处，很容易愤世嫉俗，并得出结论，热质量的热潮都是炒作。但在许多气候条件下，在你的房子里拥有大量的热质量实际上是有用的。只要记住，热质量可能并不像它的助推器假装的那样有益。
热质量是一种可以储存热量的固体或液体材料。你房子里的大多数东西都可以被认为是热物质，包括石膏、家具、书和番茄汤罐头。
建筑材料的比热容不同。一般来说，密度大的建筑材料比密度小的材料有更高的单位体积比热容，这就是为什么混凝土、石头和石膏墙板比木材更可能被用来提供额外的热质量。
三个类比:水箱，煎锅，卡车
在隔热层内部有大量热质量的建筑可能比没有这么多热质量的建筑能耗更低，原因我很快会解释。但重要的是要指出热质量不能加热或冷却你的房子。这只是普通的老式混凝土。要加热和冷却你的房子，你仍然需要暖通空调设备．
以下是一些类比:
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44岁的评论
优秀的文章。
感谢你清楚地说明了考虑热质量时24小时温度循环的重要性。这很有道理!
IRC规定的内部与外部R的澄清
马丁写道:
“例如，气候区5的木框墙需要达到R-20的隔热，但混凝土砌块墙可以达到R-13(只要“一半以上的隔热是在墙的内部”)。”
在IRC下有两个规定的R值，当超过一半的R在内部时应用较高的值，因此默认情况下，当一半或更多的R在外部时应用较低的值。对于第5区质量墙，规定为R13/R17，因此R13只适用于一半或一半以上的绝缘是在外部，如果超过一半是在内部，则需要R17，这与马丁的解释相反。(是的，解析所有这些可能会让人困惑!)
看到的:
http://publicecodes.cyberregs.com/icod/irc/2012/icod_irc_2012_11_sec002.htm
仔细阅读“i”音符。
还要注意，对于框架墙，第5区域的规定值为R20(仅空腔)或R13空腔+ R5连续绝缘。
在典型的25%框架比例下，R20腔填充的护套+柱壁的整个墙R在R14左右，R13 2x4结构与R5的连续绝缘(未被柱柱破坏)在外部。
这意味着，内部R值超过一半的质量墙，其整体墙值要远远高于贴壁墙(R17而不是R14)，但如果至少有一半的保温材料在外部，其整体墙值可以略低(R13而不是R14)。事实上，IRC处方中的疯狂是有方法的，因为在5区气候中，质量墙的内部R越高，消耗的能源就越多。
奇怪的是，这与表N1102.1.3不同，使用全墙u因子法，其中U0.057 (R17全墙)将用于低质量建筑，但U0.82 (R12全墙)和一半或更多的绝缘在外部，或U0.065 (R15)在室内有更多R的质量墙。这些方法并不完全同步。
但就ICF而言，目前的大多数产品都是从R20(如果你真的寻找R16)开始的，而且没有一个低r ICF的外部绝缘超过一半-它们都将满足区域5的最低要求，使用任何一种方法。
Dana Dorsett的回复
丹娜,
看起来我在修改我的编辑错误的同时，你在写你的评论。我最近修改了这句不好的话——你会看到它现在变成了:“例如，气候区5的木框架墙需要R-20的隔热，但混凝土砌块墙可以免受R-13的影响(只要至少一半的隔热是在墙的外部)。”
谢谢你的评论，也谢谢你敏锐的眼光。
另一个常见的夸张……
ICF公司也倾向于提及(没有资格)EPS的40F中心温度R值，而不是75F数字。这是因为当平均温度为40华氏度时，II型EPS的运行速度约为每英寸R4.5，比平均温度为75华氏度时的R4.2/英寸高7%左右。如果它是作为绝缘材料而不是墙体系统出售，它们将被要求贴上75F编号的标签。在ICF文献中从未提到的是，为了使泡沫在50/50 ICF中平均40华氏度，混凝土的温度必须平均40华氏度。在一个保持在华氏70度的房子里，这意味着室外温度平均要+10华氏度(!)
虽然这是在美国第七气候区或第六气候区寒冷边缘的冬至平均温度，但在低于48个州的任何地方，或对加拿大和AK的大多数人来说，整个供暖季的室外平均温度都不是这样的。使用EPS的40F r值而不明确限定其含义是另一种花招，在r20左右的ICF上添加另一个R1-2隐含性能(实际上并不存在)。他们似乎侥幸逃脱了，因为他们卖的是墙体系统，而不是绝缘材料，但这是相当肮脏的营销，恕我说。
优秀的文章
建筑科学的永动机是人们容易被迷住的主题之一。谢谢你揭开了它的神秘面纱。
窗户和热质量
每次我读到热质量和朝南的窗户，我总是想知道净效果是什么。在晚上似乎不太管用。似乎在你不想要任何额外热量的季节里，你会得到额外的反效果。
马丁，你在文章中很快提到了这一点，但有没有一种情况，朝南的玻璃/热质量地板和墙壁的方案在能源使用方面是净积极的?或者最好的情况是，视野朝南，无论如何都要有很多玻璃，这样也许可以捕捉到一些太阳能增益?
回应Dennis Dipswitch
丹尼斯,
Q。“有没有一种情况，朝南的玻璃/热质量地板和墙壁的场景在能源使用上是净积极的?”
A.是的，当然。如果你选择了正确的玻璃，窗户每年可以获得比它损失更多的能量。(这是你在明尼苏达想要的，但可能不是你在迈阿密想要的。)
诀窍是要确保你有正确类型的玻璃，正确数量的玻璃，和正确的屋顶悬垂——这样在一年中你需要热量的时候就能获得热量。如果房子在7月有太阳热量增加，这通常是不需要的。
被动式太阳能设计的这些元素可以通过像PHPP这样好的能量建模程序进行调整。有关更多信息，请参见性能比墙壁更好的窗户．
ICF在潮湿的南方
原文和后续评论中有很多好东西。有些东西我还没看到，我想跑到旗杆上去做反应/分析:
ICF在炎热潮湿的南方似乎有额外的好处。我们这里持续4个月，称为5月15日- 9月15日，夜间最低温度在70-75左右，这个最低温度是干球、湿球和露点;换句话说，几乎100%的RH从午夜一直持续到黎明。
在室外温度和室内温度基本一致的情况下，空调在这些时间内几乎不运行，因为到午夜时，空调已经消除了一个典型的低质量框架房屋在下午获得的大部分太阳能热量，以及晚上做饭、洗澡和媒体的内部负荷。和照明活动。
大约从午夜开始，由于睡觉的人的渗透和呼吸，室内RH上升，其中一些人可能对湿度作出反应，降低AC设定点，导致房屋由热、闷过渡到冷、湿;仍然不舒服，但在一些建筑组件中增加了霉菌风险。
典型的交流电在午夜之后可能只循环一到两次，而且时间几乎不足以影响RH，因为恒温器往往在线圈变冷到足以除湿的时候才得到满足。
ICF似乎在两方面帮助了这一切:
1 .采用“传统”的热质量方式，它将夏季炎热的下午和冬季寒冷的夜晚的峰值削去，使HVAC设备体积更小，前期成本更低，由于使用周期更长，运行效率更高。
第二点——具体到湿度——我怀疑，但没有数据证明，ICF内泡沫“面包”之间的混凝土“肉”整个夏天都保持在80-90度的温度，西墙在该范围的较高端，北墙在较低端。
计算一些数字，假设一个ICF住宅(比如我的)有5000 SF的墙壁，平均85*F的混凝土与价值R10的泡沫和干墙接触(ICF的mfg可能会争辩，这个数字更接近R12，但小桥和渗透没有结束，所以我以R10为例…也许R8更接近目标…)
降温设定值为75，换算成5000英热每小时，整个夏天全天候在我的墙里移动。这样一来，我的空调就至少有20%的占空比，24/7。这种效果，再加上传统的家庭热质量，导致AC运行10-20分钟，在午夜至黎明接近100% RH的时期，3-4次，产生优越的湿度控制和舒适性与典型的框架住宅相比。
适当大小的两级交流加上合理的渗透(~3 aach50，紧密，不接近PH标准)，导致整个冷却季节RH保持在45-50%，这反过来允许干球设置值比典型的73-75略高，至77-79左右，从而进一步降低HVAC成本，并降低建筑组件模具风险。
思想,有人知道吗?
轻质“绝缘”混凝土产品的热质量?
我的理解是否正确，轻量化混凝土和CMU产品(如AAC所示)比普通混凝土或CMU的有效热质量更低，因为它们的密度更低?那么，这些产品是否应该被称为“高质量”产品呢?也许更多的是“中等质量”?
回应Curt Kinder
Curt,
你的理论很有趣。你可能是对的，但这需要一些研究来验证——例如，一个涉及内置传感器的ICF家庭的研究项目。
确实，高质量的墙往往会把一些空调负荷从下午晚些时候转移到晚上。
我觉得很讽刺的是，你提出了一个在炎热气候下使用icf的反直觉的理由——即，“整个夏天，你的墙上都会有热混凝土。”事实上，混凝土会非常热，它会让你的空调在半夜启动!”
在休斯顿，研究人员试图找到解决室内高湿度问题的方法，只要在房子的某个地方安装一台250美元的独立除湿机，就取得了良好的成功。
Andy Parkinson的回复
安迪,
总的来说，你是对的。密度大的混凝土产品比密度小的混凝土产品有更高的单位体积比热容。
两个观察:
1.对于任何给定的应用，都存在一个最佳的热质量水平，超过这个水平任何额外的质量都不会带来任何能效效益。没有必要为那些没有任何作用的混凝土付钱。为任何给定的应用建模最佳热质量水平是复杂的，但通常经验规则和经验给出的结果与建模一样好。
2.热质量的“密度越大越好”法则的例外是相变材料。
建筑中使用的相变材料通常是某种类型的石蜡或蜡。(这些石蜡或蜡的小球体可以加入石膏板或纤维素绝缘材料中。)这些材料有能力吸收和释放热量，通过改变相从固体到液体和返回。选择这些材料是因为它们的熔点接近典型加热或冷却系统的温度设定点。
在从固体到液体的相变过程中，材料从周围环境中吸收热量。相反，从液体到固体的冷却过程中，热量被释放到环境中。在状态变化过程中可以储存和释放的能量发生在一个非常狭窄的温度范围内。在物理状态的变化过程中，材料本身保持在几乎恒定的温度，直到相变完成。(还记得八年级科学课上，你把温度计放进一壶水里，然后把水烧开吗?)
相变材料只在使用者愿意允许室内温度高于或低于恒温器设置点的室内环境中提供好处。
相变材料的行为就像热质量，但单位体积或单位重量储存的热量比混凝土或水更多。因此，这些材料是“密度越大越好”规则的一个例外。
有关相变材料的更多信息，请参见相变材料在墙体内储热．
回复马丁…
“在休斯顿，研究人员试图找到解决室内高湿度问题的方法，只要在房子的某个地方安装一台250美元的独立除湿机，就取得了良好的成功。”
定义“…”当你把潜在负荷直接转化为可感知负荷时，在房子的热和压边界内，在这样的气候下，你宁愿把潜热倒在室外，而不是提高室内温度(以及电机和压缩机散发的热量，它们都在室内)，这就有点模糊了。
我喜欢大金四元迷你分离式的方法，具有独立设置的相对湿度和温度设定值，内部线圈上的专有阀门，使它可以在没有明显冷却的情况下达到湿度的标记。(有人告诉我，有一些地源热泵也有类似的功能，但我还没有对它们进行详细研究。)在这种情况下，潜热和压缩机-电机热都被送到了室外，它们属于那里，不增加感冷负荷。
Dana Dorsett的回复
丹娜,
喜欢大金四元制是很好的，我不怀疑它的效果很好。但对于室内湿度高的现有住宅来说，大金四元设计几乎不是一个负担得起的解决方案。
从空气中去除水分需要能量，这是无法回避的事实。运行一个独立的除湿机需要能源，当然它会在室内释放一些额外的热量。然而，大多数中央空调都是超大的，很容易处理这个小家电的额外负载。此外，如果中央空调每循环多运行几分钟，也有助于降低室内相对湿度。
没有完美的解决方案。我不怀疑大金四元性比我建议的解决方案更有效。但250美元的独立除湿机是很难被击败的。
我很熟悉这种方法....
因为我在夏天的大部分时间里都没有明显的负荷，即使是越来越紧的房子，这个地方仍然需要除湿(特别是在地下室，那里还有一块尚未绝缘的板子)，250美元的独立除湿机就可以做到这一点(以丈量的300kwh/年的> -这是一个重要的插头负荷)。它对几乎不存在的可感知负荷的贡献并不是什么需要主动泵出房子的东西——即使有除湿器和其他插头负荷，地下室也很少超过72华氏度。
在TX，潜在和可感知负载都比我附近的MA中心高得多，没有“被动冷却”板来吸收额外的可感知负载。我知道中央空调可以处理它，但指出它不是理想的。(当然，在新的建筑中，你希望能够做一些不同的事情)，但从改造的角度来看，最好的迷你分裂(或GSHP)是不可能的。在德克萨斯州，有一个很好的案例，应用250美元的除湿机成本热泵热水器，泵潜在的和压缩机电机的热量到热水箱，它做一些真正的好，虽然它不完全在除湿器控制下。每所房子都不一样……
在寒冷的气候中，质量效应几乎没有任何好处?
非常有趣的话题，谢谢你发布这个信息!
负载与温度是线性关系吗?或者它看起来像mpg曲线(随着速度的增加mpg下降)，有某种几何关系?
质量似乎有飞轮效应或动量效应。热质量不是为最坏情况的负荷提供缓冲吗?如果负载不是线性的，那么质量的缓冲效应不会通过缓冲温度峰值产生较低的负载吗?
如果温度范围在10华氏度到30华氏度之间，高质量结构会承受20华氏度的载荷吗?
另外，你能否改变高质量建筑的设计温度，并安装更小的设备，以提供Curt建议的类型的进一步好处?
泰德·基德的回答
泰德,
Q。“负载与温度是线性的吗?”
答:问得好!据我所知，是的。但我们必须像物理学家一样考虑温度，以开尔文为单位，以绝对零度为起点。
所以当室外温度是40华氏度，你想把你的房子加热到70华氏度，你必须记住室外温度是278华氏度，你要把温度提高到294华氏度。
当外面很冷的时候——假设温度是-5华氏度(253华氏度)——室外温度是室外温度40华氏度(278华氏度)时的91%。
Q。“热质量难道不能为最坏情况下的负载提供缓冲吗?”
答:是的，而且这种好处适用于所有的房屋——不仅仅是混凝土房屋。每栋房子都有隔墙和干墙，大多数房子都有家具、书籍、厨房橱柜和电器。由于这种热质量，你从来没有真正需要HVAC设备来处理最坏的负载。理论上，手册J知道这一点。
然而，手动J包含一个蒙混因素，所以很少有人真正指定HVAC设备，它接近在最坏的一天所需的实际负载。首先，你甚至不能买一个小到足以匹配手册J负荷在一个绝缘良好的房子。所以真的很难利用你所描述的负载削减机制。
在我住的地方，气温偶尔会降到零下40华氏度。但这种情况很少发生。对于佛蒙特州的这部分地区，许多工程师可能会使用-30°F的设计温度。在罕见的早晨，当温度是-40华氏度时，房子的热质量防止居住者感到寒冷。如果幸运的话，不久气温就会上升到零下30华氏度。
有了大量的热质量，你可能会认为你可以使用-25°F的设计负载。你也许可以。然而，偶尔也会有这样的一天，温度计开始的时候是零下40华氏度，到中午温度上升到零下18华氏度，然后到晚餐时间下降到零下28华氏度。如果你有很多这样的日子，过一段时间你可能会感到寒冷。
但实际上，由于设备总是超大的，用这种方法很难省钱。混凝土很贵，而且没有便宜的小熔炉可以帮你省钱。
优秀的建筑科学很少会出现在声音片段中。
.．.但我想是我自找的。
在炎热的天气里，ICF会导致一些非常受欢迎的深夜暖通空调操作。我认为这可以被看作是负面的，除了天黑后多出的一个小时左右的操作被设计负荷减少的一吨左右所抵消，还有在阳光明媚的下午大量的延迟和操作时间的减少。
我对休斯顿的研究很熟悉。我同意便携式除湿机在某些时候可以解决某些问题，但我不能主张它继续运行，除非所有其他的湿度控制策略和技术都已用尽或排除:我们主张10点防御深入控制湿度的方法(不需要单独的主动除湿设备)，即:
•尽量减少外壳的空气渗透
•适当大小的暖通空调系统，以减少短周期-努力安装最小可行的系统。
•确保管道系统的配置能够提供独立房间设计的空气流动——避免恒温器战争
•确保管道系统位于有条件的空间内，或至少减少进出无条件空间的管道泄漏
•避免单级暖通空调系统在部分负载条件下的短周期
•包括根据湿度调节系统气流(CFM /吨)的控制
•通过通风管理湿度点来源——通过安装由计时器和/或运动控制的非常安静的型号，鼓励使用浴室排气扇。确保抽油烟机的尺寸、选择、位置和管道都是正确的，这样它既能正常工作，又能合理地实际使用。
•不鼓励在冷却模式下使用连续风扇。
•不鼓励使用天然气或丙烷做饭。
•在夏季，尽可能地赶走气喘吁吁的狗、汗流浃背的孩子和干渴的室内植物。
在执行上述十个步骤之前或代替之前指定一台除湿机，相当于一个昂贵而不负责任的创可贴。
根据我的经验，便携式和中央脱氢机往往有不稳定的、不准确的控制，消耗过多的能量，增加大量的可感知负载，并赋予额外的系统复杂性。尽管如此，他们的声音又大又不可靠。没有一个有价值的建筑科学家会在攻击上面所述的湿度问题的根源之前指定一个。
给Dana的提示:我的HPWH刚从7点半持续跑到晚上10点，从晚上的多次淋浴中恢复过来，一路上把地下室变成了房子里最干燥的地方。
我并不完全反对dehus……我们刚刚使用了一个在3天/ 8英寸的雨中使用干墙的空间将RH从70%降低到40%。40% RH大大缩短了泥浆循环之间的时间，允许干墙工人在风暴期间保持生产。正如我之前所写的，dehus确实有他们的用途…
回应Curt Kinder
Curt,
我不能反对你提出的任何措施——它们都有意义。当然，你是对的，任何解决室内湿度问题的建议都必须采用整个建筑的方法。
负载的线性
加热负荷仅与室内外温度的温差近似成线性关系，有许多二级和三级因素会把它搞砸。低e窗口的u因子是非常非线性的，损失的辐射部分是低e表面两边温度绝对值(相对于绝对零度)的四次方差的函数。绝缘材料的u因子也与温度和δ - t呈非线性关系。室外温度越低，中高密度纤维绝缘体的R值越高。泡沫绝缘体也具有高度非线性的R随温度的变化，δ - t -聚苯乙烯产品的R随平均温度的下降而增加，随温度的上升而下降，在美国大部分地区，其R在全年温度范围内的变化幅度超过10%。多利iso在中间甜蜜点附近随温度的上升或下降而有所下降。还有不严格的空气温度方面，如风冲刷，风驱动的空气渗透，被动太阳能收益等。
但尽管有所有这些影响，仅基于温度的线性近似在人们预期的典型温度范围内仍然相当好，尽管在任何特定的室内外温度条件下，在其他可能的二阶和三阶影响的范围内，精度不超过10%。这绝对不是几何或指数拟合，更像是平均的线性拟合，但噪声系数很大。
例如，在一个有很多朝南玻璃的房子里，室外30华氏度，室内70华氏度的热负荷可能接近零，甚至在一个阳光明媚的平静日子的中午，当有反射的积雪增加太阳能增益时，但在凌晨2点，在40英里每小时的暴风雪中是相当可观的。温度是一样的，热负荷不是。
冷负荷与温度的线性关系更差，通过玻璃获得的太阳能有时是主要的次要影响，其次是室外空气湿度、空气渗透和通风率。
柯特:热泵热水器是最好的除湿器，对吧?在潮湿的海湾沿岸气候中，你无法击败双重职责的方面!
对乘以2
在这里，窗户几乎总是控制着冷却负荷，除非家里漏得无可救药。窗户冷负荷与非条件阁楼管道系统造成的损失相当。
虽然我经常为无空调的车库指定/改造热泵热水器，为客户每人每年节省约100美元，但在这里，安装HPWH的绝对最佳位置是在有条件的外壳内的某个地方，在那里，家庭可以利用由水加热引起的免费冷却和干燥。
在平季期间，我自己的HPWH经常维护我们的地下室，比家里的其他地方冷5*F, RH 10%干燥，同时它承担了整个水加热负荷(约4小时运行/约3千瓦时/天)。我们正在为一个十几岁的孩子装修地下室，但出于嫉妒，我经常威胁要搬到那里去，因为那里的条件最适合一个无家可归的新英格兰人……
50%的改善是显著的
这篇文章说了很多类似这样的话:“研究表明，热质量只能在全国的少数地区节省供暖能源。”然而，ORNL的相关文章和“质量混乱”的文章都说，在模拟的最糟糕的气候中，明尼阿波利斯，高热质量将使动态热性能提高约50%，与R-17墙。50%的改进是很大的，特别是因为这是最糟糕的例子。丹佛、迈阿密、华盛顿和亚特兰大的改善情况甚至更好，如前所述，凤凰城达到了顶峰。在代表全国各地各种气候的所有地点，这种影响都远远好于可以忽略不计。这些数字似乎是全年的平均数字。
在R-17墙的所有位置，高质量墙的优势都大于R-9墙。低r值墙壁(R-1.6至2.3)的数据显示，除凤凰城外，所有地方的高热质量都有负面影响。这可能意味着高热质量的优势可能更显著，绝缘水平高于R-17，正如我们许多人所喜欢的那样。然而，R-13墙的数据是相似的，而且往往比R-17墙的数据略好。
我希望你能就这些问题发表意见。
对Derek Roff的回应
德里克,
这是ORNL研究结论的总结:“我们计算了位于明尼苏达州明尼阿波利斯市和加利福尼亚州贝克斯菲尔德市的143平方米(1540英尺2)单层牧场住宅，当用相同r值的厚墙取代轻质墙壁时，整个建筑的潜在节能效果。对于高r值的墙，当用大型墙体系统取代木框墙时，明尼阿波利斯可以节省高达8%的整个建筑能源，贝克斯菲尔德可以节省18%。热质量层必须在这些墙内与建筑内部良好接触。”
你说得对，明尼阿波利斯省下的8%能源并不微不足道。我未回答的主要问题是关于控制室的假设——即“带有木框墙的单层牧场房屋”。假定这所房子的漏风率是多少?(就此而言，对于高质量墙壁的房子，假设漏风率是多少?)
换句话说，如果这座单层的牧场住宅建造得不是很好，那么结果可能在一定程度上反映了这样一个事实:大多数带有木框墙的单层牧场住宅建造得很差。
我的第二个问题是:将明尼阿波利斯木结构房屋的能源费用降低8%的最划算的方法是什么?这是我的猜测:一点空气密封将节省8%的加热能源——成本比建造混凝土墙低得多。
当我有时间的时候，我会联系ORNL的杰夫·克里斯蒂安或简·科斯尼，询问关于建造轻型牧场小屋的假设。
那么更长的热循环呢?
RMI声称他们的总部，拥有巨大的热质量，可以抵消季节波动。同样的说法也经常出现在其他地下/地下避难所。从直觉上看，这似乎是合理的，尽管我没有运行数据……
至少，更大的热质量(如大型电池组)将允许一个人在极冷或极热的时间段里滑行。
达斯汀·哈里斯的回复
达斯汀,
当我听到有人声称他们的房子有如此大的热质量，以至于它平衡了季节波动时，就当我是一个怀疑论者吧。
当然，地下房屋可以利用地下深处的土壤温度与年平均气温相等这一事实。但如果你在北方气候，你的房子周围都是48华氏度的泥土，你仍然需要整个冬天为你的房子供暖。(不过，只要你把窗户调到最小，你可能也可以不用空调出门——如果你的房子真的在地下，这应该不是什么难事。)
有一件事是肯定的:如果你担心停电、燃料短缺或自然灾害，那么在你等待电线工人修理电线时，家中大量的热物质将有助于防止水管结冰。但是，通过大量的绝缘材料和对气密性的注意，也可以达到同样的效果。
毫无疑问，在家里使用厚混凝土有一些优点。然而，对于普通房主来说，问题很简单:这些优势是否值得高昂的混凝土成本?
季节性蓄热
在回应达斯汀的评论时，我和马丁一样持怀疑态度。我在几个声称季节性蓄热的不同热质量系统上运行过数据，但我的计算从来没有接近他们的说法。在大多数情况下，在给定的设计中，从舒适的角度来看，这是一件好事。如果它们真的能从夏末到仲冬储存大量的热能，在它们与生存空间相连接的被动热质量系统中，那么这个生存空间在整个10月和11月，可能还有12月都会过热。我不知道在没有一个主动系统的情况下，你怎么能进行季节性的热储存，而且我也没有看到任何看起来划算的系统。
安慰了
我真的很幸运。我7年前买了一栋有100年历史的房子。一层半，主楼层采用双绞式砖墙，因此砖之间没有螺柱腔和2.3-3英寸的气隙。冬天总是很冷，夏天非常凉爽(8400硬盘，不错的日间波动，但夏天温度可以达到华氏100度)。去年秋天，我用密集的填充FG吹了墙洞。立即降低噪音和舒适。我们一个月前就关掉了炉子，越来越多地让门窗开着。到了夏天，我们会调节门窗，保持凉爽。
实在是太棒了。
我有个问题。你能推荐一款具有良好建筑输入能力(带有热质量)、使用每小时天气数据并每小时输出的软件吗?这样我就可以处理每日和每周的温度波动了。年度能源总结很有用，但我在设计工作中经常担心最坏的情况。Thaks。
Jim Baerg的回答
吉姆,
我不太确定哪种能源建模程序能满足您的需求;也许另一位GBA读者会提出建议。
与此同时，这里有一篇文章的链接，提供了能源建模程序的概述:能量建模软件．
热质量——不适合家庭?
有热质量的东西是，只有当室内空气温度低于发射器的温度时，它才能发射热量。
当你使用混凝土作为热储物时，该储物必须完全绝缘，与周围环境隔离，否则输入的热量会消失在结构的远处，被稀释到无法恢复。
混凝土体量并不真的适合家居，它主要用在玻璃写字楼中，那里的混凝土吸收热量，延缓了空调启动的时刻，这通常是6个小时左右。
这种系统在白天经常热，晚上经常冷的地方运行得最好。在那里，通过打开所有的窗户，为下一个炎热的日子做好准备，可以在一夜之间冷却。
当你连续有几个炎热的昼夜时，质量不会冷却，系统就会崩溃。
他们只是补充说，没有阳光温暖的厚墙或厚地板是没有意义的
没有成本和贡献。
如果你决定要有质量，你需要在夏天可以被阳光直射下的地板，也许，在春天和秋天可以被阳光温暖的墙壁。记住，现在白天变短了，太阳很低，早上没有太多热量，当太阳角度变尖时，你的窗户会反射大量可用的热量。
我的阳光休息室有朝南的落地窗和朝东和朝西的小窗，这是因为我们喜欢看日出和日落，而不是因为太阳在早晚增加了很多热量。早晨的阳光使温度从22摄氏度上升到25摄氏度。白天的太阳可以上升22到40摄氏度，甚至更高——太热了。
然后我们回到朝北的休息室，那里的温度在22-25摄氏度之间，更加舒适。
用混凝土地板和砖墙，阳光休息室和其他房间的余热常常使我们整个家的暖气一直关闭到午夜以后。
另一方面热质量难以分配值
当在一个高质量的家庭中调试暖通空调时，我通常会将系统调整为较低频率、较长的周期。在我们经常使用的霍尼韦尔恒温器中有一个参数，CPH循环每小时，它控制着这一点。它默认为3，但我将把它设置为2甚至1，利用高质量房屋的低温度变化率的特点。
暖通空调系统较长的较低频率的操作周期带来3个好处:
1)系统在最接近额定效率的稳态运行状态下花费更多的时间
2)改进的除湿-完全脱湿只有在室内线圈降至稳定状态温度时才开始，这需要很多分钟，特别是对于线圈较大的较高SEER系统。
3)更少的启动/停止-想必对系统的损耗更少。
我们都是穴居人
不错的文章。我喜欢它区分这两种性质。我认为在未来的几年里，建筑“科学”行业可能会开始讨论热时间常数，这是一个有助于描述房屋升温和降温速度的度量标准。
从电子学类比，时间常数受热质量和r值的影响。虽然时间常数是两者的乘积，但它与房屋温度的关系是用更复杂的方程来描述的，这超出了本线程的范围。然而，当你增加R或热质量时，你就增加了房子对温差做出反应的时间。
这就是为什么人们经常混淆这两个概念，谈论热质量的“有效”R值。然而，它们有不同的物理性质，每种材料都有。我们大多数人都对R值有很好的感觉，它影响传热速度。热质量就像电池一样储存和释放热量。它不仅仅是混凝土墙和泥土结合的结构。所有东西都有质量，它影响结构的热响应(即舒适性)。例如，沥青屋顶的质量，会使你的阁楼在太阳落山后的好几个小时内保持不舒服的高温。更复杂的是，材料的R值影响其“有效”热质量，反之亦然。建筑规范将两者融合在一起的事实表明，建筑行业对这些原则的理解是多么原始。
我们面临的挑战是，当我们对房子进行超级绝缘时，我们大幅延长了时间常数，我们对房子应该如何运行的历史理解可能不再准确。例如，被动增益成为一种短暂的商品，让你的房子在夜间降温可能不现实。
这说明了房子的加热和冷却是一个动态的过程。随着内外温度、风和太阳能负荷等的变化，需求不断变化。用静态条件和线性方程对它们进行建模只能如此精确。基于微分方程的更复杂的模型被用于其他行业，因为它们更准确地解释了这一点。在未来的几年里，建筑“科学”行业将开始探索这些概念。
篇好文章
我想看到更多关于夜间恒温器故障影响的数据。过去，低质量住宅的节约成本高达15%，但随着隔热性能的提高，这一数字需要向下修正。它是否仍然可行?它的效益是否超过内部质量?我应该补充，使用%是误导- btus保存会更好。
沙漠西南
正如这里提到的，沙漠西南部是像ICF这样的大规模墙的完美地点。因此，我使用ICF的原因之一。我们在海拔4800英尺(阿斯利亚州北部)的这里有巨大的日波动。在冬天，下午4点可能达到华氏65度，早上6点可能达到华氏25度。在夏季，晚上7点达到95华氏度的峰值，到早上5点将达到55华氏度。
我的住宅设计将面向被动式太阳能/被动式住宅，在南面有裸露的混凝土板，以受益于热质量。这是4区气候。夏天的阳光是残酷的，但30英寸的屋顶悬垂和热窗帘将有助于减少夏天的阳光。我还打算在南立面裸露的石板上添加“地毯”。任何从较低的窗户直射的阳光都不会击中和温暖的板子，因为地毯将防止板子变暖，并在夏季保持凉爽。然后，当秋天和春天来临时，人们可以简单地取下毯子，让太阳做它的事情，温暖石板。
我也不介意室内温度的巨大波动。白天加热到80华氏度，早上再降到70华氏度，对我来说没什么大不了的。我宁愿先穿短裤，然后再穿上毛衣，也不愿向被称为APS的能源垄断企业支付高昂的水电费。
印第安人明白热量和土坯民居能让他们度过严酷的夏天和寒冷的冬夜。我认为ICF得到了一个坏的“名声”，但其中一些是应得的，因为他们在开始时做了一些令人发指的声明。ICF提供了许多木结构所没有的优点，反之亦然。这里的建筑工人不知道如何密封木结构房屋。他们把它们造得“漏水”，这样它们就能呼吸了。至少ICF的墙壁是气密的，只要你注意窗户、门和屋顶过渡区域，ICF房屋比木结构房屋更容易达到<0.60 ACH的PH标准。在一个木质框架的房子中，比堆放和浇筑一个6”整体混凝土ICF墙组件更多的细节。如果你让建筑工人们把OSB接缝粘起来，他们会认为你疯了。哎呀，他们甚至没有把OSB贴在外墙上，它大部分是开放式框架(2x4 @ 16英寸o.c)，这里没有OSB护套。
ICF/热质量工作，但非常依赖于位置和设计。如果你两者都做对了，你就可以拥有一个比木框架的房子更好的房子。在这种情况下，要让木质框架住宅的性能达到ICF住宅的水平，将需要更多的资金和州外的专业知识，这会让银行破产。
Nathaniel G
纳撒尼尔,
你写道，“……除非你愿意‘走得更远’，建造一个被动的年度蓄热型房子，这种房子非常大，可以在冬天释放夏季储存的热量，但大多数建筑行业和住宅房地产市场都太保守，甚至不会考虑这样的事情。”
保守主义与此无关。这是经济问题。
热质量的成本是如此之高，比与投资相关的能源节约有极长的回报。投资于改善绝缘和气密性等措施比(在大多数气候下)投资于额外的热质量更有意义。
对热质量的偏差
最初的例子揭示了一种关于热舒适的“按需”思维的偏见。例如，有一个蓄水池的意义并不在于你可以倒车从水商那里批量购买水;这样你就可以把你的排水沟挂在上面，收集一年中只有几次的雨水，然后你就可以免费喝几个月的水，而其他人都在水贩子的帐篷里排队。绝缘相当于在你的房子里安装低流量的电器，这样你就不需要经常买水。显然，这两种策略可以协同工作，产生惊人的储水和用水效率。很明显，雨水越频繁，蓄水池的尺寸就越小。如果每周都下雨，建一个大蓄水池就是浪费钱。如果天天下雨，你就不需要蓄水池了。但话又说回来，你也不需要低流量水龙头。
热质量的全部意义在于消除不规则的热流动，就像大蓄水池消除不规则的自由雨水一样。气流越不规则，优势越大，但你需要更多的质量来平顺它们。任何时候任何地点都需要机械冷却，但是我们在这里谈论的时间段是以小时为单位的，热质量可以很好地工作，经常可以消除对机械冷却的需要。当天气变冷，而你不在西南部时，时间是按季节来计算的，这就是为什么热质量在这段时间里不那么有效——除非你愿意走“很远”，建造一个被动的年度蓄热类型的房子，它非常大，把储存的夏天的热量释放到冬天，但大多数建筑行业和住宅房地产市场太保守，甚至不会考虑这样的事情。但即使是相对传统的建筑，任何房子都可以从热质量中受益，只要通常需要冷却来承受热量。
建筑的保守主义
我认为保守主义做跟这件事有关系。热质量之所以贵得离谱，只是因为我们目光短浅，坚持从混凝土中获取热质量，而混凝土的价格不断上涨，需要熟练、有经验的工人来工作，以避免潜在的灾难。但我们甚至没有考虑到其他选择的存在;例如，压缩土块是一种廉价、耐用、符合建筑规范的大规模结构材料，但我们忽视了它，因为我们的传统是木结构建筑，并且认为土只用于建造“穷人的”房子。但绝对没有理由ceb不能被用来建造结构墙，也就是它们外面覆盖着坚硬的绝缘材料里面是干墙。你只需要把这些材料拧进去，用传统的方法完成。ceb与钢筋和灌浆芯通过墙就像cmu成为抗震加固砌体。没有人会知道在花岗岩装饰的厨房里有一面“穷人的”墙。
没有技术、几乎没有受过训练、没有经验的工人可以非常成功地操作机器，在全国的许多地方，可以从挖出的泥土中提取合适的土壤来挖地基。根据这个过程的机械化水平，以及由联锁、无砂浆乐高积木所带来的潜在施工速度，我怀疑其成本可能接近木结构的价格，肯定比同等质量的混凝土便宜。
经济上值得吗?假设我错了，首席执行官们增加了50%的建墙费用。这可能会使建筑总成本增加8%或10%。如果这种高度绝缘的CEB墙能改善你的热舒适和持续的公用事业成本，这总是正的强烈在很多气候条件下都是积极的，而且它能提高房子的隔音性能，使空气密封更容易，不太可能满是洞，那对我来说，这似乎是一个很好的假设。
并不是说我喜欢总裁之类的。我只是认为它们是一个很有前途的技术的例子，但由于偏见和传统的影响，建筑行业还没有着眼于提高效率和降低成本。
辐射热热质量组合
我在一个混凝土板基础和热水辐射热管(由燃油锅炉燃烧)的家庭长大。这个系统有优点也有缺点。然而，在我看来，混凝土(或其他热质量材料)墙或地板，暴露在室内，并在外部适当绝缘，白天由太阳能热水加热，将成为一个非常有效的白天储存和夜间释放供暖系统。不是被动太阳能，但可能更有效。有人对此有什么想法或经验吗?或者，考虑到建造这样一个系统的成本，直接的强制空气地热系统更可取吗?
约翰·克里斯特曼的回答
约翰,
你写道:“混凝土(或其他热质量材料)墙或地板暴露在室内，并在室外适当绝缘，白天由太阳能热水加热，将形成一个非常有效的白天储存和夜间释放供暖系统。”
你的建议的主要问题是，一个拥有良好窗户的超级隔热住宅在晴天不需要任何空间热量。足够的太阳能能使房子保持温暖。
你建议在屋顶安装大量的太阳能集热器，并通过混凝土板输送热水。这个建议有两个问题:(1)太阳能集热器、管道和泵比窗户贵;(2)热水会导致房子过热。
第二个问题可以通过将热水储存在一个大的绝缘水箱中，以后再使用来解决。这种方法的主要问题是它比你的建议花费更多的钱。此外，使用这种方法，热量只能储存几天，收集的热量的经济价值太低，不足以证明收集它所需的昂贵设备的成本。
热质量最好的区域
你好,
我们生活在一个很好的地方，利用热质量，超过5000英寸的山脉在南加州。我们最后的房子是建于1960年的“中世纪现代”牧场设计。它的墙壁是灰泥的，地板上铺着厚厚的铺路砖。它也是平板建筑。这是一座建造良好的房子，有很多朝南的(单窗格)窗户。房子的南侧有一个精心设计的悬挑，可以避免夏季阳光的直射。只要在晚上打开窗户，白天封闭的房子里就没有空调(室外90度以上)。夏天夜间的温度从来没有超过70度，大部分在50到60度(有时是40度)。在特别炎热的天气里，我们干燥的气候允许我们在睡觉前把水倒在瓷砖上。把室内湿度提高(从0提高到10%)，早上瓷砖就变冷了。
冬天，阳光从屋檐下的窗户射进来，使房子暖和起来。因为这个，我们的热量消耗很低。无论如何，我鼓励那些房子比较老的人考虑一下他们的情况。在我们的案例中，一刀切的咒语，“绝缘，绝缘，绝缘，密封房子，防止外部气流进入”这在所有地方都做得很好，但并不是最好的。我们的气流方法让我们的房子比那些超级绝缘密封的房子更舒适和健康。如果把室内的灰泥墙拆掉，把隔热层做得更好，把窗户拆掉，换上双层玻璃，安装一个高效的暖通空调系统，那将是愚蠢和浪费的。我们升级了加热器。
凤凰城听起来像个不适合ICFs的地方
我计划建立在PHX和正在考虑ICFs。我们主要关心的是夏天的降温。通常有110个高点和90个低点。因为最低温度从来没有接近低于内部温度，听起来热质量将没有任何好处，我将只剩下刚性泡沫的糟糕绝缘。也许我在这里遗漏了一些东西，因为人们说ICFs对炎热的气候有好处。
我试图决定是一个2x6的开放式泡沫和2英寸的polyiso的外部vs双壁的2x4的(吹纤维素或泡沫，但它变得非常昂贵的厚度)，或icf。
杰弗里·萨维奇的回应
杰弗里,
你是对的，在你描述的天气条件下——110华氏度高，90华氏度低——拥有热质量没有任何好处。在这些天气条件下，你想要的是(a)足够的r值，(b)尽可能接近密封的热包膜，(c) SHGC较低的窗户，大多数窗户都有遮阳的保护。
您所描述的两种墙体系统——2x6外墙多角异型材墙和双螺柱墙——是建筑商在寻找高r墙体时常用的。然而，这些墙系统很昂贵，在炎热的气候中可能没有意义。
确保你专注于能真正降低能源账单的方法。通常，炎热气候的设计需要足够的屋顶悬垂，较小的窗户，或有正确玻璃的窗户——而不是高r的墙。如果你有一个高r的墙，但搞砸了屋顶或窗户规格，你就找错了对象。
位置回家
嗨，我在魁北克参与了一个生态住宅的设计，该住宅位于第8区，适合那些想去旅游但不想租酒店的人。我认为最合适的建筑应该是朝南窗户的被动式太阳能房。我还认为热质量对建筑来说是一个很好的加分项，因为它可以减少热量峰值，并在夜间稳定温度。我的问题是:你认为有没有可能把房子变成100%被动或半被动，也就是说没有人在那里，一切都可以通过传感器简单地控制，比如在晚上用窗帘隐藏窗户，或者可能使用地热加热和太阳能液体加热系统?
Nathan Chagnon的回复
内森,
在你的气候条件下，不可能建造不需要供暖系统的房子。在大多数情况下，当地的建筑法规要求你安装供暖系统，一方面;但即使这些密码不存在，如果没有供暖系统，你仍然无法度过魁北克的冬天。这里有太多的多云天气，光靠太阳能很难度过一个冬天。
也就是说，建造一座永远不会结冰的房子是可能的(但很困难)，即使是在像1998年1月袭击魁北克的冰风暴那样长时间停电的情况下。要建造这样的房子，你需要密切注意气密性，把被动屋的目标定为0.6 ach50。你还需要安装三层玻璃的窗户和高于规定水平的绝缘。
在你的气候中，热质量真的没有任何好处，正如这篇文章(“所有关于热质量”)解释的。
被动式太阳能的方法也不太适合你的气候。以下是一篇文章的链接，提供更多信息:重新评估被动式太阳能设计原则．
地热供暖系统(更准确的说法是地源热泵系统)几乎总是太贵了，不适合独栋住宅。外面有更好的供暖系统。有关更多信息，请参见便宜的地源热泵即将到来吗?
祝好运，内森。
马丁,
这是一篇很好的文章，我读了几遍，受益匪浅。
我打算在澳大利亚新南威尔士州的阿尔伯里建一栋房子。我们是在第4区，我想这和美国的分区系统是一样的吧?一月份的平均最低温度是59.2华氏度，Av. Max. 87华氏度(但是今年一月份连续两周白天的最高温度在104 - 118华氏度之间)。
历史上，夯土房屋在这里很常见，我仍然在决定是否使用土方墙(类似但更厚)或双层砖与腔体绝缘(r2.5泡沫板)。如果使用Earthbag，我会将380毫米(16“抹灰后)Earthbag的外部与约50毫米(2“)闭孔喷雾泡沫(XPS)绝缘。我知道Earthbag的墙壁只有大约1.5 r, XPS每英寸增加大约6.5 r。
我想我在夏天不需要任何空调，但我肯定我至少需要在冬天给生活区供暖，因为我在葡萄牙经历过一个夯土房屋，卧室非常冷。
我可以肯定的是，土墙在冬天会迅速散热，所以厨房里会有一个集中供暖的木火炉，为休息室、书房和厨房-餐厅提供平板式循环系统(但不包括卧室，我们通常不需要加热)。三间卧室中的两间将有一些来自北方的阳光为它们供暖，部分来自另一个天花板热量再循环系统。
我想知道的是，你是否认为这种巨大的Earthbag墙的外部绝缘材料会阻碍夏季的自然降温?我非常确信，没有隔热材料的土墙在夏天会表现良好，因为一些内部热量会向外逸出，而通风会在夜间带走一些内部热量。
我想，有了外部隔热材料，墙壁应该不允许太多的外部热量进入，所以夜间通风可以减少热量的散发。你的看法是什么?
在冬天，有了外部隔热，大部分的热量将被保留在墙上，以平衡昼夜的差异。我想主要的问题会出现，如果房子需要从一个站立的开始加热几天后。
我的建筑师通过他的NatHERS能源效率软件(澳大利亚的标准)进行了许多变化，我们对双砖的形象很有信心，但该软件在Rammed Earth或Earthbag等高热质量的墙壁上表现不佳，因为它不能考虑时间滞后和舒适因素。
我想我还想问的是，地球袋墙是否有太多的热质量?也就是说，我是否能从双层砖墙的内层中获得足够的好处;以及16英寸的隔热Earthbag墙是否会有太多的热质量，或者它们仍然会提供一个好处?
无论如何，我将为你的任何想法感到高兴，即使只是有一个(知识渊博的)顾问。
巴蒂尔,
马丁这个月不在，所以可能要几个星期才能给你答复。
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