Температура, яку ви відчуваєте в спекотний сонячний день, не завжди відповідає термостату. Кетрін Фоллз Реклама/Момент через Getty Images

Уявіть собі два будинки на одній вулиці: один побудований у 1950-х, а інший у 1990-х. Немає ні дерев, ні іншої тіні. Кондиціонери ідентичні, нещодавно замінені, працюють ідеально. Ідентичні термостати встановлено на 82 градуси за Фаренгейтом (27.8 за Цельсієм).

Коли надворі 110 F (43.3 C), у будинку 1950-х років, швидше за все, буде тепліше принаймні на 10 F (5.6 C) всередині, навіть за тієї самої температури повітря.

Чому?

Відповідь пов’язана з променистим теплом. Променеве тепло — це те, що зігріває вас біля багаття в холодну зимову ніч. Вогонь не дуже гріє повітря; швидше, як і Сонце, більша частина тепла вогню рухається невидимими хвилями прямо від багаття до вашого тіла.

У сяючому теплі сонця Аризони температура поверхні неізольованих балкових стель у моєму будинку, одному з 41,000 побудований у Тусоні в епоху після Другої світової війни може досягати понад 100 F (37.8 C). Сталеві вікна з одинарним склом реєструють 122 F (50 C), а неутеплені стіни з бетонних блоків не набагато прохолодніші.

У моєму домі в тризначні дні може здатися, що я стою біля багаття, навіть коли кондиціонер працює, щоб підтримувати 75 F (23.9 C). І коли система ламається – як це було під час тривала хвиля спеки 2023 року, коли Фенікс сягнув 110 F (43.3 C) щодня протягом тижнів – температура зростає небезпечно швидко. Без кондиціонера гарячі поверхні та завихрення стельового вентилятора створюють будинок відчувати себе як фритюрниця.

Температура повітря: Неповний показник комфорту

У той час як люди звикли думати про те, як одяг, рух повітря, температура і вологість впливають на комфорт, два менш відомі показники допомагають пояснити, як вони відчувають комфорт у приміщенні:

1. Середня радіаційна температура. Це середня температура всіх поверхонь, які нас оточують: стелі, вікон, стін, підлоги. Щоб променисте тепло переміщувалося між об’єктом і тілом людини, необхідна безперервна лінія видимості, тому стелі та вільні вікна мають величезний вплив на температуру випромінювання в певному місці будинку.

2. Робоча температура. Це можна приблизно визначити шляхом усереднення середньої температури випромінювання та середньої температури повітря в кімнаті. Інші розрахунки робочої температури враховують вплив руху повітря, вологості та додаткових змінних. Приблизно половина того, як ви відчуваєте комфорт визначається променисте середовище.

На жаль, як вчений-будівельник Роберт Бін (не має відношення) каже: «ціла індустрія виробників, постачальників, будівельників і торговців неправильно ототожнює тепловий комфорт із температурою повітря». Результатом є те, що більшість людей абсолютно не помічають того, що насправді робить простір комфортним — або незручно жарким.
Температура внутрішніх поверхонь має велике значення для комфорту, навіть якщо температура повітря в приміщенні однакова. Джонатан Бін, CC BY-ND

У спекотний сонячний день хороша ізоляція та вікна з подвійним склопакетом уповільнюють передачу тепла настільки, що кондиціонування повітря підтримує середню температуру випромінювання всередині будівлі в межах кількох градусів від температури повітря.

Однак у будівлі з недостатньою теплоізоляцією, такій як мій будинок, або в деяких старих проектах громадського житла у Фініксі висока середня температура випромінювання може збільшити робочу температуру понад 90 F (32.2 C) – навіть якщо термостат установлено на 75 F (23.9 С). Коли температура поверхні перевищує температуру нашої шкіри, тепло почне випромінюватися від гарячої поверхні в тіло, створюючи імовірність теплового удару.

Висока середня температура випромінювання в старих, недостатньо ізольованих будинках робить їх набагато менш комфортними, ніж нові або добре ізольовані будинки. Джонатан Бін, CC BY-ND

Джонатан Бін, CC BY-ND

Хоча точний поріг, за якого перегрів стає небезпечним, обговорюється, більшість людей погодяться, що 90 F (32.2 C) занадто висока для комфорту.

Гарячі поверхні є причиною менших будівель, таких як мобільні будинки, крихітні будинки, перевезення контейнерів і гаражі, перетворені на квартири, часто відчувають дискомфорт незалежно від налаштування термостата. Менші конструкції піддають мешканцям три, чотири або навіть шість поверхонь, зовнішня сторона яких піддається впливу сонця та гарячого зовнішнього повітря. Чим більше теплих поверхонь, тим більше дискомфорту.

Холодніші поверхні, більше комфорту

Якщо ви живете в будинку з недостатньою теплоізоляцією і не проти використовувати більше електроенергії, ви можете встановити термостат нижче. Але якщо середня температура випромінювання висока, падіння температури повітря на 2 F (1.1 C) буде здаватися лише 1 F (0.6 C) — і ці гарячі поверхні все одно створюватимуть вам відчуття дискомфорту.

Утеплення даху та заміна однокамерних вікон на двокамерні низькоемісійне (low-E) скло може допомогти зменшити середню температуру випромінювання та ваші рахунки за електроенергію. Це дорогі вдосконалення, але нові федеральні податкові кредити та майбутні знижки, яким керуватимуть окремі штати, може допомогти.

Дерева, маркізи та зовнішні штори також можуть знизити середню температуру випромінювання, блокуючи пряме сонячне світло. однак, скло - поганий ізолятор, тому в дуже жаркому кліматі однокамерні вікна, повністю захищені від сонця, все одно можуть стати неприємно теплими.

Додавання завіси всередину — і тримання її закритою — може допомогти знизити середню температуру випромінювання, оскільки завіса буде ближчою до температури повітря, ніж скло.

А як щодо орендарів старих будинків?

Орендарі старих, недостатньо ізольованих будинків часто не в змозі дозволити собі великі рахунки за електроенергію, а орендодавці можуть бути не в змозі або не бажають робити дорогі покращення. Погіршуючи ситуацію, старіші системи кондиціонування споживають у два-три рази більше енергії як нові пристрої для забезпечення такої ж кількості охолодження.

Оскільки для створення комфортної робочої температури потрібно встановити нижчий термостат, система ОВК у недостатньо ізольованій будівлі повинна працювати довше та інтенсивніше, споживаючи більше енергії та додатково збільшуючи вартість. І витрати на дискомфорт не тільки фінансові: спекотні будівлі теж мають негативний вплив на здоров'я і продуктивність.

Зараз мільйони американців живуть там, де охолодження — це єдине, що запобігає масовій аварії. у Феніксі, код міста вимагає оренди квартир з кондиціонером підтримувати температуру не вище 82 F (27.8 C), виміряну на висоті 3 фути над підлогою в центрі кімнати. На жаль, код не визначає, чи 82 F є робочою температурою чи температурою повітря.

Це одне слово змінює світ.

У старій, недостатньо ізольованій будівлі, схожій на мій будинок — або, за найгіршим сценарієм, у запеченій сонцем південно-західній частині останнього поверху неізольованої бетонної багатоповерхівки — здавалося б безпечна температура повітря 82 F може легко маскувати небезпечні робочі температури 96 F (35.6 C) або вище.

Ключ до кращого дизайну

Будучи професором архітектури та будівництва, я вважаю, що сьогоднішні візантійські будівельні норми та правила оренди можна було б значно покращити для комфорту регулювання середньої радіаційної температури а не температура повітря. Величезні частини коду можна було б виключити, вимагаючи, щоб внутрішні поверхні, які легко вимірювати за допомогою недорогого інфрачервоний термометр, підтримувати в комфортному діапазоні вище 60 F (15.6 C) і нижче 85 F (29.4 C).

Для більш комфортних будівель можуть претендувати архітектори та інженери прості, усталені принципи, такі як природна вентиляція, затінення та правильна ізоляція та вікна відповідно до клімату. Утримання тепла в першу чергу означає, що нам не потрібно витрачати так багато енергії на охолодження. Дослідження показують, що ці заходи також можуть зробити нас безпечнішими довше зберігаючи прохолоду в будівлях при літніх відключеннях електроенергії.

Щасливий результат: будинки та інші споруди, які не тільки комфортні, але й безпечніші та доступніші в експлуатації.

про автора

Джонатан Бін, доцент кафедри архітектури, сталого архітектурного середовища та маркетингу, Університет штату Арізона

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.