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¬ŅQu√© es la masa t√©rmica y c√≥mo puede ganar dinero?

Oye, ¿qué sabes? Ahora es septiembre. Solo han pasado seis semanas desde que publiqué el controvertido Artículo de aire acondicionado, pero las cosas han cambiado bastante desde entonces para los residentes de Canadá y la mitad norte de los Estados Unidos.

El 18 de julio, estábamos sumidos en las semanas más calurosas del año, cuando las temperaturas diurnas y nocturnas eran incómodamente altas, especialmente en el este. En esta situación, es difícil aprovechar los cambios de temperatura entre el día y la noche para mantener la temperatura. casa genial y recibí muchas quejas al respecto en los comentarios ūüėČ

Pero ahora septiembre está aquí, y la cantidad de luz diurna se está reduciendo a su ritmo más rápido del año: perdemos más de 2 minutos por día en septiembre, donde vivo a 40 grados de latitud. Y las noches en otoño son mucho más frescas, incluso cuando los días aún son bastante calurosos. Por ejemplo, ayer por la mañana hacía 57F (13.9C) afuera mientras estaba desayunando, pero más de 98F (37C) a las 3:00 PM cuando salí en bicicleta para recoger al muchacho del jardín de infantes. Grandes cambios como este hacen que sea muy fácil elegir la temperatura perfecta para la comodidad del hogar al aspirar el aire a la hora correcta del día. Guardé una gran cantidad de frío durante la noche, así que no tenía idea de lo caliente que estaba afuera a las 3PM hasta que abrí la puerta … todo sin tocar el aire acondicionado.

Pero, ¿cuánto frío puedes almacenar en tu casa? ¿Depende solo de la cantidad de aire que contiene? ¿Por qué algunas casas se mantienen más frescas que otras en los días de verano? ¿Por qué incluso las carpas grandes se calientan casi al instante, pero incluso las pequeñas cuevas o sótanos se mantienen frescos durante todo el año?

La respuesta se encuentra en el título de este artículo: Masa térmica. Podemos aprenderlo ahora, porque siempre es divertido tener un Lección de ciencia, y también porque comprender este concepto simple le ahorrará dinero y energía para el resto de su vida. Así que mira esto:

Digamos que estás sentado en tu sala de estar ahora mismo. Es una habitación bastante grande: 15 x 15 pies, con un techo de 9 pies. Aquí hay algunos datos interesantes al respecto:

¿Cuánto aire hay en la habitación? 15 x 15 x 9 = 2025 pies cúbicos¿Cuánto pesa ese aire? 2025 x 0.0807 libras por pie cúbico = 163 libras¿Cuánta energía se necesita para calentar ese aire de 60 a 80 grados Fahrenheit? 0.018 BTU por pie cúbico por grado x 20 grados x 2025 pies cúbicos =729 BTU.

Uh-oh, que es un BTU? Eso es algo que debe saber, ya que verá ese término en cada acondicionador de aire, barbacoa, calentador de agua y horno que tenga. Representa la Unidad Térmica Británica, y es la cantidad de calor necesaria para calentar una libra de agua en un grado Fahrenheit. Entonces, si tiene una taza de café de 16 oz, que contiene aproximadamente una libra de agua, y necesita elevarla de una temperatura ambiente fría (60F) a una temperatura de ebullición (212F), necesitará 152BTU de calor.

Así que volvamos a tu gran salón. Sabemos que se necesitarán 729 BTU de calor para calentar el aire en esa habitación de 60 a 80 F. Pero acabamos de inyectar 152 en su café. ¿Eso significa que podríamos calentar toda la habitación con solo colocar 5 tazas de café en el piso?

La intuición nos dice que no sería suficiente calor. Y la intuición estaría en lo cierto. La razón por la que se necesita mucho más que unos pocos cafés para calentar una habitación es la MASA TÉRMICA de la estructura real de la habitación y todo lo que hay en ella.

Como resultado, esa habitación también tiene 765 pies cuadrados de paneles de yeso en las paredes (que pesan 1224 libras), 225 pies cuadrados de pisos de madera dura (482 libras) y algunos muebles (400 libras). Ignorando brevemente que cada material almacena una cantidad diferente de calor por libra, todavía podemos ver que la habitación en sí pesa 2100 libras, drásticamente más de las 160 libras que pesa el aire. Entonces, para calentar esa habitación, necesitarás no solo cinco tazas de agua hirviendo, sino un lugar al norte de Cincuenta de ellas.

Ahora puede ver por qué una casa típica puede mantenerse cómoda durante al menos las primeras horas de un caluroso día de otoño, incluso mientras una tienda de campaña de igual tamaño comenzaría a chisporrotear a los pocos minutos de la exposición a la luz solar.

Y los que tienen inclinaciones científicas podrían estar comenzando a tener algunas ideas sobre cómo usar este conocimiento para ahorrar energía.

En una moderna casa de estilo suburbio de los Estados Unidos de 2000 pies cuadrados, hay alrededor de 20,000 libras de paneles de yeso en las paredes y techos. Dado que esta casa suburbana tiene principalmente pisos alfombrados (la alfombra tiene una masa térmica mínima y actúa como un aislante), el panel de yeso representa aproximadamente el 90 por ciento de la masa térmica utilizable de la casa. Una casa como esta tiene una temperatura moderadamente estable, pero cuando agrega algunos humanos y algo de luz solar, aún se calentará a temperaturas incómodas durante el transcurso de un día, incluso si comienza a 65F en la mañana.

Mi casa tenía una construcción similar cuando la compré en 2006. Pero con el tiempo, a medida que las alfombras se desgastaron, las reemplacé con madera natural y pisos de baldosas. Estos no solo agregan algo de masa térmica útil, sino que también reducen el calor al subsuelo subyacente y enmarcan mejor que la alfombra, lo que aumenta el efecto. También he reconstruido varios baños con una gran cantidad de azulejos y lujosos pisos de ducha sólidos de concreto vertido bajo mosaico de azulejos. . Y estoy trabajando para hacer que la casa sea aún más pesada, con el tiempo planeando formar algunas gruesas encimeras de concreto cuando renueve la cocina, e incluso crear una tierra sólida, piedra o muro de concreto en la habitación orientada al sur que capturará inmensas cantidades de energía solar en días de invierno.

Así que pongamos todo esto en una aplicación práctica: mi casa ahora tiene aproximadamente 15,000 libras más de masa térmica utilizable que cuando me mudé. Con unas pocas mesas de ingeniería puedo ver esa cantidad de material, en mi proporción de azulejos, piedra y madera , absorberá alrededor de 5,000 BTU de calor por cada grado que aumente la temperatura en la casa.

En una noche fría cuando tengo un ventilador exterior, puedo bajar la casa a 65F. La temperatura a la que mi casa se calienta un poco es de 82F. Entonces tenemos un cambio de temperatura de 17F.

Durante este calentamiento de 17 Fahrenheit en un día caluroso y soleado, todas esas 15,000 libras de materiales están luchando contra el aumento de la temperatura, absorbiendo el calor y manteniéndome fresco. Para cuando la temperatura interior finalmente alcanza los 82F, han absorbido 5,000 x 17 = 85,000 BTU de calor.

Como mencioné en un artículo anterior, mi sistema de aire acondicionado central puede bombear 36,000 BTU de calor por hora fuera de la casa.

¡Los nuevos materiales que he agregado están absorbiendo una cantidad igual de calor para hacer funcionar el aire acondicionado durante casi dos horas y media cada día! Si confiara en el aire acondicionado para reemplazar lo que obtengo gratis con esta característica de enfriamiento agradable, estaría quemando 210kWh adicionales de electricidad por mes, casi duplicando mi factura.

Tenga en cuenta que, si bien la masa térmica absorbe el calor, aún debe recuperarlo cada noche para que pueda repetir el proceso al día siguiente, lo que hace que las ventanas abiertas y el ventilador de refrigeración sean aún más importantes.

Este cálculo aproximado de ingeniería (que nunca había hecho en detalle antes de escribir este artículo) respalda muy bien mi experiencia anecdótica con estas renovaciones: cuando nos mudamos por primera vez a esta casa, sentimos la necesidad de encender el aire acondicionado por un par de horas todas las tardes, a pesar de mis mejores esfuerzos en la noche de enfriamiento. Una vez que eliminé toda la alfombra fea y arreglé los baños, ¡ya no necesitaba aire acondicionado!

Por supuesto, no pasé cientos de horas instalando madera, piedra y azulejos solo para ahorrar electricidad. La razón principal fue el deseo de tener una casa agradable y cómoda con elegantes materiales naturales en su interior. Pero la lección práctica es la misma: al renovar por comodidad, piense PESADO. Al comprar una casa, si tiene la opción, esté atento a pisos de concreto, paredes interiores de piedra o ladrillo y ventanas orientadas al sur si vive en algún lugar con inviernos fríos. Y si realmente desea obtener el premio Científico de Mustachian, puede asegurarse de poner cosas pesadas en su casa solo por la estabilidad de la temperatura que agregan. ¿Un cofre del tesoro lleno de oro? ¿Una gran pecera? ¿Una mesa y silla de piedra medieval? Dejaré que tu propia creatividad tome las riendas de este.

En el invierno, el mismo efecto ocurre a la inversa. Antes de la masa térmica, mi casa se calentaría a la temperatura de los pantalones cortos y la camiseta sin mangas por el incesante sol horizontal en los días de invierno, y luego perdería calor rápidamente por la noche. Ahora se mantiene a una temperatura más constante. A medida que agregue más ventanas orientadas al sur, agregaré más peso, centrándome en materiales pesados ??pero ambientalmente más baratos, como baldosas reutilizadas, piedra de origen local o incluso una pared llena de grava triturada. Las verdaderas casas ecológicas tienen pisos de concreto e incluso tubos gigantes de agua frente a sus ventanas de ganancia solar. Unos pocos cientos de galones de agua pueden almacenar suficiente calor para pasar toda una noche de invierno, incluso si solo cuesta uno o dos dólares cuando se vierte de un grifo. Y se ve muy bien.

Recién estoy comenzando con mi proyecto Energy Independent House. Estoy seguro de que algunos de ustedes están por delante de mí en esto, absorbiendo la luz solar libre, vendiendo energía solar a la red y regando sus huertos con drenaje de la casa. Pero de todos modos es un pasatiempo muy divertido para mí.

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