图片来源:Martin Holladay
能源书呆子的更多思考
更新于2013年12月4日，并引用了最近的研究成果。
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，人们很容易变得愤世嫉俗，并得出结论，围绕热质量的传言都是炒作。但在许多气候条件下，在你的房子里有大量的热质量实际上是有用的。请记住，热质量可能并不像它的助推器所假装的那样有益。
热质量是一种可以储存热量的固体或液体材料。你房子里的大部分物品都可以被认为是热质量，包括石膏、家具、书籍和罐装西红柿汤。
建筑材料的比热容是不同的。一般来说，密度较高的建筑材料比密度较低的材料具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有可能被用来提供额外的热质量。
三个类比:蓄水池，煎锅，卡车
在隔热层内部有大量热质量的建筑可能比没有大量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。它只是普通的混凝土。要给你的房子加热和冷却，你还需要暖通空调设备．
这里有一些类比:
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44岁的评论
优秀的文章。
感谢您在考虑热质量时清楚地说明了24小时温度循环的重要性。这很有道理!
IRC规定的内部和外部R的澄清
马丁写道:
例如，气候区5的木框架墙需要达到R-20的隔热标准，但混凝土砌块墙可以达到R-13的标准(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5区质量墙被指定为R13/R17，因此R13只适用于一半或更多的保温材料在外部，如果超过一半的保温材料在内部，则需要R17，这与Martin的解释相反。(是的，解析所有这些可能会令人困惑!)
看到的:
http://publicecodes.cyberregs.com/icod/irc/2012/icod_irc_2012_11_sec002.htm
仔细阅读注释“i”。
还要注意，对于框架墙，区域5的规定值为R20(仅空腔)或R13空腔+ R5连续保温。
在典型的25%框架比例下，R20空腔填充的护套+壁柱的整体墙体R约为R14, R13 2x4结构的外部为R5连续绝缘(未被螺柱破坏)。
这意味着，一堵内部R值超过一半的大质量墙，其整体墙体值必须远远高于一堵粘墙(R17而不是R14)，但如果至少有一半的保温材料在外部，其整体墙体值可以稍微低一些(R13而不是R14)。IRC的处方中实际上有一种疯狂的方法，因为在5区气候中，质量墙的内部R越高，消耗的能量就越多。
奇怪的是，这与表N1102.1.3中使用全墙u因子方法的结果不一致，其中低质量建筑需要U0.057 (R17全墙)，但外部有一半或更多保温材料的U0.82 (R12全墙)，或内部有更多R的大质量墙壁需要U0.065 (R15)。这些方法并不完全同步。
但在ICF的情况下，目前大多数产品的R20起(如果你真的寻找R16)，并且没有一个低r的ICF在外部有超过一半的绝缘-使用任何一种方法，它们都符合区域5的最小代码。
回复Dana Dorsett
丹娜,
看起来我在纠正我的编辑错误的同时，你正在撰写你的评论。我最近纠正了这个错误的句子——你会看到它现在是这样的:“例如，气候区5的木结构墙需要达到R-20的绝缘标准，但混凝土砌块墙可以达到R-13的绝缘标准(只要至少一半的绝缘是在墙的外部)。”
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(不加限定)提到EPS的40F中心温度R值，而不是75F数字。这是因为II型EPS在平均温度为40华氏度时运行约R4.5/英寸，比平均温度为75华氏度时R4.2/英寸高约7%。如果它是作为绝缘材料而不是墙体系统出售的，他们将被要求贴上75F的标签。在ICF文献中从未提到的是，为了使泡沫在50/50 ICF中平均达到40F，混凝土的温度必须平均达到40F。在一个保持在70华氏度的房子里，这意味着室外温度平均必须达到+10华氏度(!)
虽然这是美国气候7区或6区寒冷边缘地区的冬季平均水平，但在任何48个州，或加拿大和加拿大的大部分人口中，整个供暖季节的室外平均温度都是如此。使用EPS的40F r值而不明确说明这意味着什么，这是另一种花招，将另一个隐含性能R1-2(实际上并不存在)添加到r20左右的ICF中。他们似乎侥幸逃脱了，因为他们卖的是墙壁系统，而不是隔热材料，但这是相当卑鄙的营销，我个人认为。
优秀的文章
建筑科学的永动机是人们喜欢的话题之一。谢谢你揭开了它的神秘面纱。
窗户与热质量
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。在你不想要任何额外热量的季节里，你似乎会得到额外的反效果。
马丁，你在文章中快速提到了这一点，但有没有一种情况，朝南的玻璃/热质量地板和墙壁在能源使用方面是净积极的?还是说，最好的情况是，视野朝南，而且那里会有很多玻璃，所以可能会捕获一些太阳能?
回应Dennis Dipswitch
丹尼斯,
Q。“有没有一种情况，朝南的玻璃/热质量地板和墙壁场景在能源使用方面是净积极的?”
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损失更多的能量。(这是你在明尼苏达州想要的，但可能不是你在迈阿密想要的。)
诀窍是要确保你有正确的玻璃类型，正确的数量，和正确的屋顶悬垂——这样热量就会在你需要热量的时候增加。如果房子在7月有太阳热量增加，那通常是不需要的。
被动式太阳能设计的这些元素可以通过像PHPP这样的良好能源建模程序进行调整。有关更多信息，请参见比墙性能更好的窗户．
ICF在潮湿的南方
原文和后续评论中有很多好东西。我还没看到有人提到的东西，我想举个旗杆做个反应/分析:
ICF似乎给炎热潮湿的南方带来了额外的好处。我们这里持续了4个月，称为5月15日至9月15日，夜间的最低点在70-75左右，这个最低点是干球，湿球和露点;换句话说，几乎100%的RH来自午夜到黎明。
由于室外温度和室内设置值大致匹配，空调在这几个小时内几乎不运行，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热量，以及晚上做饭、洗澡、媒体带来的内部负荷。以及灯光活动。
大约从午夜开始，由于睡觉的人的渗透和呼吸，室内RH上升，其中一些人可能会对湿度做出反应，降低AC设定点，导致房子从闷热过渡到寒冷和潮湿;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后可能只循环一到两次，而且几乎不足以影响相对湿度，因为恒温器往往在线圈冷却到足以除湿的时候得到满足。
ICF似乎在两方面有所帮助:
第一，以“传统”热质量的方式，它消除了夏季炎热下午和冬季寒冷夜晚的峰值，使暖通空调设备变得更小，前期成本更低，由于周期更长，运行效率更高。
第二，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，西墙在这个范围的高端，北墙在这个范围的低端。
运行一些数字，假设一个ICF家庭(比如我的)有5000平方英尺的墙壁，平均85*F的混凝土与R10价值的泡沫和干墙接触(ICF mfg可能会认为这个数字更接近R12，但没有尽头的小桥和渗透，所以我用R10为例…也许R8更接近目标…)
降温设定值为75，换算成5000 Btu /小时，整个夏天都在我的墙壁上运行。这反过来又为我的AC提供了至少20%的占空比，24/7。这种效应，再加上家庭的传统热质量，导致AC在午夜-黎明接近100% RH期间运行10-20分钟3-4次，与典型的框架住宅相比，导致优越的湿度控制和舒适。
适当大小的两级空调加上合理的渗透(~ 3ach50，紧密，远低于PH标准)，导致整个冷却季节RH保持在45-50%，这反过来又使干球设定值从典型的73-75上升到77-79左右，进一步降低了暖通空调成本，并降低了建筑组件的霉菌风险。
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，轻质混凝土和CMU产品(如所示的AAC)的有效热质量低于普通混凝土或CMU，因为它们的密度较低?那么这些产品是否应该被称为“高质量”呢?也许更多的是“中等质量”?
对Curt Kinder的回应
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。
当然，高质量的墙壁往往会将一些空调负荷从下午晚些时候转移到夜间。
我觉得很讽刺的是，你为在炎热的气候中使用icf提出了一个有点违反直觉的理由——即，“整个夏天，你的墙壁上会有热混凝土。”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，他们只需要在房子的某个地方安装一台价值250美元的独立除湿机，就取得了良好的成功。
对Andy Parkinson的回应
安迪,
总的来说，你是对的。密度较高的混凝土产品比密度较低的混凝土产品具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，都有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能提供任何能源性能的好处。没有必要为毫无用处的混凝土付钱。对任何给定应用的最佳热质量水平进行建模都很复杂，但通常经验法则和经验给出的结果与建模一样好。
2.热质量的“密度越高越好”规则的例外涉及相变材料。
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掺入石膏墙板或纤维素绝缘材料中。)这些材料具有吸收和释放热量的能力，通过将相从固体转变为液体再转变回来。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值。
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，在从液体冷却到固体的过程中，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，材料本身的温度保持在接近恒定的状态，直到相变完成。(还记得八年级的科学课吗，你把温度计放进一壶水里，然后把壶烧开?)
相变材料只对室内环境有好处，当居住者愿意允许室内温度高于或低于恒温器设定点时。
相变材料的性能类似于热质量，但每单位体积或每单位重量储存的热量比混凝土或水更多。所以这些材料是“密度越高越好”法则的例外。
有关相变材料的更多信息，请参见相变材料在墙体中的储热．
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，他们只是在房子的某个地方安装了一个250美元的独立除湿机，就取得了良好的成功。”
“……”的定义是……当你将潜在负荷直接转换为显负荷时，在房子的热和压力边界内，在你宁愿将潜热倾倒在室外而不是提高室内温度的气候下(以及在电机和压缩机中消散的热量，它们都在室内)，这有点模糊。
我喜欢大金四位一体的迷你分裂方法，它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，即使没有明显的冷却，也可以击中它的湿度标记。(我被告知有一些地源热泵具有类似的功能，但还没有对它们进行任何细节研究。)在这种情况下，潜热和压缩机电机热都被送到它们所属的室外，不会增加显冷负荷。
回复Dana Dorsett
丹娜,
喜欢大金四元法是很好的，我不怀疑它的效果很好。但对于室内湿度高的现有房屋来说，大金四元制很难是一个负担得起的解决方案。
从空气中去除水分需要能量，这是无可避免的事实。运行一个独立的除湿机需要能量，当然它会在室内倾倒一些额外的热量。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荷。此外，如果中央空调每个周期多运行几分钟，也有助于降低室内RH。
没有完美的解决方案。我不怀疑大金四元合一比我建议的解决方案更有效。但250美元的独立除湿机很难被击败。
我熟悉这种方法....
由于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平板)，250美元的独立除湿机就可以了(据测量，每年有300千瓦时-这是一个重要的插电负荷)。它对几乎不存在的感负荷的贡献不是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。
TX的潜在和显负荷都比我附近的MA中部高得多，没有“被动冷却”板来吸收额外的显负荷。我知道中央空调可以处理它，但指出它不太理想。(可以肯定的是，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，一流的迷你分裂(或GSHP)肯定不会在卡中。在德克萨斯州，将250美元的除湿机成本应用到热泵热水器上是一个很好的例子，将潜在的和压缩机电机的热量抽到热水箱中，在那里它确实有一些好处，尽管它并不完全在除湿器的控制之下。每栋房子都不一样……
质量效应在寒冷的气候中几乎没有任何好处?
非常有趣的话题，谢谢你发布这个信息!
负荷与温度是线性的吗?或者它看起来像mpg曲线(随着速度增加mpg下降)，有某种几何关系?
质量似乎有这种飞轮或动量效应。热质量不能缓冲最坏的情况吗?如果负载不是线性的，那么质量的缓冲效应不会在缓冲温度峰值时产生较低的负载吗?
如果温度在10到30华氏度之间，大质量结构会承受20华氏度的载荷吗?
此外，你能否改变高质量建筑的设计温度并安装更小的设备，从而提供Curt建议的进一步好处?
对泰德·基德的回应
泰德,
Q。“负荷与温度成线性吗?”
问得好!据我所知，是的。但人们必须像物理学家一样考虑温度，以绝对零度为起点，从开尔文的角度来考虑。
所以当室外温度是40°F，而你想把房子加热到70°F时，你必须记住室外温度是278°K，而你要把温度提高到294°K。
当室外很冷时——假设温度是-5华氏度(253°K)——室外温度是室外温度40华氏度(278°K)时的91%。
Q。“热质量不能缓冲最坏的情况吗?”
答:是的，所有的房子都有这个好处，不仅仅是混凝土房子。每栋房子都有隔墙和石膏板，大多数房子都有家具、书籍、橱柜和电器。由于这种热质量，你永远不需要HVAC设备来处理最坏的负荷。理论上，手册J知道这一点。
然而，手册J包含一个模糊因子，因此很少有人真正指定接近最坏情况下所需实际负荷的暖通空调设备。首先，你甚至买不到一个足够小的炉子来匹配一个绝缘良好的房子的Manual J负荷。所以真的很难利用你描述的负载分担机制。
在我住的地方，温度偶尔会降到零下40华氏度。但这种情况很少发生。许多工程师可能会在佛蒙特州的这部分地区使用-30°F的设计温度。在罕见的零下40°F的早晨，房子的热质量可以防止居住者感到寒冷。幸运的话，气温很快就会上升到零下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，偶尔会有一天，温度计开始时为-40华氏度，中午时升至-18华氏度，然后到晚餐时间降至-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让人觉得自己是声音片段……
.．.但我想这是我自找的。
ICF在炎热的天气中引起了一些非常受欢迎的深夜暖通空调操作。我想这可以被看作是负面的，除了在天黑后额外的一个小时左右的操作被设计负载减少的一吨左右所抵消，以及在阳光明媚的下午操作时间的大幅延迟和减少。
我对休斯顿的研究很熟悉。我同意便携式除湿机可以在某些时候解决某些问题，但我不主张继续使用，除非所有其他湿度控制策略和技术都已用尽或排除:我们主张采用十项深度防御方法来控制湿度(没有单独的主动除湿设备)，即:
•尽量减少外壳空气渗透
•适当大小的暖通空调系统，以尽量减少短周期-努力安装最小的可行系统。
•确保管道系统配置为提供单独的房间设计气流-避免恒温器之争
•确保管道系统在有条件的空间内，或至少减少管道泄漏到或从无条件的空间
•避免在部分负载条件下周期短的单级HVAC系统
•包括响应湿度调节系统气流(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来鼓励使用浴排气风扇。确保抽油烟机的尺寸、选择、定位和管道正确，使其既能正常工作，又能合理地实际使用。
•不建议在冷却模式下使用连续风扇。
•不要使用天然气或丙烷做饭。
•在夏季，尽可能赶走气喘吁吁的狗、汗流浃背的孩子和干渴的室内植物。
在执行上述十步之前指定除湿机或代替除湿机无异于一个昂贵的、不负责任的创可贴。
根据我的经验，便携式和中央式dehus往往具有不稳定、不准确的控制，消耗过多的能量，增加大量的显负载，并赋予额外的系统复杂性。所有这些，他们又吵又不靠谱。没有一个有价值的建筑科学家会在如上所述的解决湿度问题的根源之前指定一个。
给Dana的提醒——我的HPWH刚刚从7:30连续运行到晚上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。
我并不是完全反对dehus……我们只是在一个有干墙的空间里，在3天/ 8英寸的降雨中，用它把RH从70%降低到40%。40% RH大大减少了泥浆循环之间的时间，使干墙工人在风暴期间保持生产力。正如我之前所写的，dehus确实有它们的用途……
对Curt Kinder的回应
Curt,
我不反对你提出的任何措施——它们都有道理。当然，你是对的，任何解决室内湿度问题的建议都必须采取整栋建筑的方法。
载荷线性度
加热负荷仅与室内外温差近似成线性关系，有许多二级和三阶因素会把它搞砸。low-E窗口的u因子是非常非线性的，损失的辐射部分是low-E表面两侧温度绝对值(相对于绝对零度)的四次幂之差的函数。保温材料的u因子也随温度和δ t呈非线性变化。中高密度纤维绝缘R随室外温度的降低而增大。泡沫绝缘材料也具有高度非线性的R随温度的变化，delta-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，在美国大部分地区的年度温度范围内，R的变化幅度超过10%。波利iso在温度上升或下降的中间甜蜜点附近有所下降。然后是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。
但是，尽管有所有这些影响，仅基于温度的线性近似值在人们期望的典型温度范围内仍然非常好，尽管在任何特定的室内和室外温度条件下，在其他可能的二阶和三阶效应的频谱上，精度不超过10%。这绝对不是几何或指数拟合，更像是与平均值的线性拟合，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，有反射性的积雪增加了太阳能的增益，但在凌晨2点，在一场时速40英里的暴风雪中，这是相当可观的。温度是一样的，热负荷不一样。
冷却负荷与温度的线性关系甚至更小，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和空气渗透和通风率。
柯特:热泵热水器是有史以来最好的除湿机，对吧?在潮湿的海湾沿岸气候中，你简直无法抗拒双重职责!
是的，这里乘以2
在这里，窗户几乎总是主导着冷却负荷，除非房子漏水得不可救药。窗户的冷却负荷与非空调阁楼的管道系统造成的损失大致相当。
虽然我经常将热泵热水器指定/改造到无空调的车库，为客户每人每年节省约100美元，但在这里，HPWH的绝对最佳位置是在有条件的围栏内的某个地方，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，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，干燥10% RH，同时它承担了整个热水负荷(~4小时运行/ ~3度/天)。我们正在为一个十几岁的孩子完成地下室，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流离失所的新英格兰人……
50%的改善是显著的
这篇文章说了几次类似的事情:“研究表明，热质量只能在全国少数地区节省供暖能源。”然而，与ORNL相关的文章和“质量混乱”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大约50%，使用R-17墙。50%的改善是很大的，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进步甚至更好，如前所述，凤凰城的进步达到了顶峰。在代表全国各地各种气候的所有地点，这种影响远不是可以忽略不计的。这些数字似乎是全年的平均数。
高质量墙的优势在所有位置的R-17墙比R-9墙更大。低r值墙(R-1.6至2.3)的数据显示，除凤凰城外，所有地点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会更加显著，绝缘水平高于R-17，正如我们许多人所希望的那样。然而，R-13墙的数字相似，通常比R-17墙的数字略好。
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平方英尺)的单层牧场房屋，当用相同r值的大型墙壁取代轻质墙壁时，整个建筑的潜在节能。对于高r值的墙体，在明尼阿波利斯，当木结构墙体被大型墙体系统取代时，可以节省整个建筑能源的8%，在贝克斯菲尔德，可以节省18%。热质量层必须在这些墙壁上与建筑内部保持良好的接触。”
你说得对，在明尼阿波利斯省下8%的能源不是微不足道的。我没有回答的主要问题是关于控制室的假设——即“带有木结构墙壁的单层牧场房屋”。这栋房子的漏风率是多少?(就此而言，对于高质量墙壁的房子，假定漏风率是多少?)
换句话说，如果这栋单层的农舍建造得不是很好，那么结果可能在一定程度上反映了这样一个事实:大多数带有木结构墙壁的单层农舍建造得都很糟糕。
我的第二个问题是:什么是最具成本效益的方法，可以将明尼阿波利斯木结构房屋的能源费用降低8%?这是我的猜测:一点点空气密封可以节省8%的加热能源——比建造混凝土墙的成本要低得多。
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，询问关于轻型牧场房屋的假设。
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，可以平衡季节波动。同样的说法也经常出现在其他地下/隐蔽的房屋上。这在直觉上似乎是合理的，尽管我没有计算过这些数字……
至少，更大的热质量(比如大型电池组)可以让人在极冷或极热的长时间内滑行。
回复达斯汀·哈里斯
达斯汀,
当我听到有人声称他们的房子有这么大的热质量，甚至可以抵消季节波动时，把我算作一个怀疑论者。
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，你的房子在48°F的温度下被泥土包围，你仍然需要整个冬天为你的房子供暖。(不过，你也可以不开空调，只要你尽量少开窗户——如果你的房子真的在地下，这应该不难做到。)
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，你家里的大量热质量将有助于防止管道结冰。但是，通过大量的绝缘和注意气密性，也可以达到同样的效果。
毫无疑问，在家里安装厚混凝土有一些优点。然而，对于普通房主来说，问题很简单:这些优点值得用高昂的混凝土成本来换取吗?
季节性储热
对于Dustin的评论，我和Martin一样持怀疑态度。我在几个不同的热质量系统上运行了数字，这些系统声称季节性蓄热，我的计算从来没有接近于与声称的相符。在大多数情况下，从舒适的角度来看，在给定的设计中，这是一件好事。如果它们真的能从夏末到冬中期储存大量的热能，在它们与生活空间耦合的被动热质量系统中，那么这个生活空间在10月和11月，可能还有12月，都会过热。我不知道如果没有一个主动的系统，你怎么能进行季节性的热量储存，我也没有看到任何看起来具有成本效益的系统。
安慰了
我真的很幸运。我7年前买了一栋100年的老房子。一层半的主楼层采用双wyw砖墙，因此砖之间没有螺孔和2.3-3“气隙。冬天总是很冷，夏天非常凉爽(8400硬盘，很好的昼夜波动，但夏天的温度可以达到100华氏度)。去年秋天，我用密集的FG包吹了墙腔。立即减少噪音和舒适。一个月前我们关掉了炉子，现在越来越多地敞开门窗。到了夏天，我们会调节门窗，保持凉爽。
没有比这更好的了。
我有个问题。你能推荐任何具有良好建筑输入能力(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，但在我的设计工作中，我经常担心最坏的情况。Thaks。
对吉姆·博格的回应
吉姆,
我不确定哪个能源建模程序能满足你的需求;也许其他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?
热质量的问题是，只有当室内空气温度低于发射器的温度时，它才能散发热量。
当你使用混凝土作为热存储时，存储必须完全绝缘，并与周围环境隔离，否则输入的热量就会消失在结构的远处，并且被稀释到不可恢复的程度。
混凝土块状并不是真的适用于家庭，它主要用于玻璃办公楼，在那里，混凝土吸收热量并延迟空调启动的时刻，这通常是6个小时左右。
当你有规律的白天和寒冷的夜晚时，这个系统工作得最好。在那里，通过打开所有的窗户，为下一个炎热的一天做好准备，可以在一夜之间冷却这些物质。
当你连续有几个炎热的白天和夜晚时，质量不会冷却，系统就会崩溃。
他们只是补充说，有密集的墙壁或地板而不被太阳加热是没有意义的
没有成本和贡献。
如果你决定要有大面积的建筑，你需要在夏天可以让阳光直射的地板变暖，也许，在春天和秋天可以让太阳变暖的墙壁。记住，现在白天变短了，太阳下山了，早上没有太多的热量，随着太阳角度变尖，你的窗户会反射大量的可用热量。
我的阳光休息室有朝南的落地窗和朝东和朝西的小窗户，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太多的热量。早晨的阳光使温度从22摄氏度升至25摄氏度。白天的太阳温度可以达到22到40摄氏度甚至更高，实在是太热了。
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。
混凝土地板和砖墙，阳光休息室和其他房间的余热经常使我们整个家的暖气关闭到午夜之后。
热质量的另一个方面难以赋值
当在一个高质量的家庭中调试HVAC时，我通常会调整系统的频率较低，周期较长。在霍尼韦尔恒温器中，我们经常使用的是一个参数，CPH循环每小时，它控制这一点。它默认为3，但我将把它设置为2甚至1，利用高质量房屋温度变化速率较低的特点。
暖通空调系统运行周期较长、频率较低，有3个好处:
1)系统在最接近额定效率的稳态运行中花费更多的时间
2)改进除湿-只有当室内线圈降至稳定状态温度时才开始完全脱胡，这需要许多分钟，特别是对于线圈较大的高SEER系统。
3)更少的启动/停止-可能对系统的磨损更少。
我们都是穴居人
不错的文章。我喜欢它区分这两个性质。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子加热和冷却速度的指标。
从电子学上作类比，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，但它与室内温度的关系可以用更复杂的方程来描述，这超出了本文的范围。但是，要明白，当你增加R或热质量时，你就增加了房子对温差做出反应所需的时间。
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，它们的物理性质不同，每种材料都有。我们大多数人都对影响传热速度的R值有很好的感觉。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土结结构。任何东西都有质量，它会影响结构的热响应(即舒适度)。例如，大量的沥青屋顶会让你的阁楼在太阳落山后的好几个小时里都保持不舒服的高温。更复杂的是，材料的R值会影响其“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，当我们把房子超级绝缘时，我们大大延长了时间常数，我们对房子应该如何表现的历史理解可能不再准确。例如，被动收益变成了一种短暂的商品，让你的房子在夜间降温可能是不现实的。
这说明房子的加热和冷却是一个动态过程。随着内外温度、风力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来模拟它们只能如此准确。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，低质量住宅的节能率高达15%，但随着隔热性能的提高，这一数字需要向下修正。它仍然可行吗?它的效益是否大于内部质量?我应该补充说，使用%是误导-保存的btus会更好。
沙漠西南
正如这里提到的，沙漠西南部是建造像ICF这样的大规模墙体的完美地方。因此，我使用ICF进行构建的原因之一。我们在海拔4800英尺(亚利桑那州北部)的地方得到了巨大的昼夜摆动。在冬天，下午4点可能是65华氏度，早上6点可能是25华氏度。在夏季，晚上7点最高可达95华氏度，然后到早上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，在南侧暴露混凝土板，以受益于热质量。这是第4区气候。夏天的太阳是残酷的，但30英寸的屋顶悬垂和隔热窗帘将有助于减少夏天的太阳。我还打算在南立面裸露的石板上加入“投掷地毯”。任何来自下方窗户的直射阳光都不会照射到楼板，也不会温暖楼板，因为地毯会防止楼板升温，并在夏季保持凉爽。然后，当秋春来临的时候，人们可以简单地把地毯拿掉，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。白天热到华氏80度，早上又降到华氏70度，对我来说没什么大不了的。我宁愿穿短裤，然后穿上毛衣，也不愿向被称为APS的能源垄断企业支付高额水电费。
美洲原住民懂得热量，土坯住宅让他们在残酷的夏天和寒冷的冬夜中生存下来。我认为ICF得到了一个糟糕的“名声”，但其中一些是应得的，因为他们在一开始就做出了一些离谱的声明。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。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房屋可以比木框架房屋更容易达到<0.60 ACH的PH标准。在一个木框架的房子里，比堆叠和浇筑一个6英寸的整体混凝土ICF墙组件要详细得多。如果你让建筑商用胶带粘住OSB接缝，他们会认为你疯了。拍，他们甚至没有把OSB放在外墙上，它主要是开放式框架(2x4 @ 16“o.c)，这里没有OSB护套。
ICF/热质量可以工作，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头框架的房子更好的房子。在这种情况下，要让木结构房屋的性能与ICF房屋一样好，需要更多的资金和州外的专业知识，这会让你倾家荡产。
回复Nathaniel G
纳撒尼尔,
你写道:“……除非你愿意走得更远，建造一个被动的年热储存型房子，这种房子非常大，可以在冬天释放储存的夏季热量，但建筑行业和住宅房地产市场的大多数人都太保守了，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，与节能相关的投资有一个极长的回报。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。
对热质量的偏见
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不是为了让你可以倒车从水商那里批量购买水;这样你就可以把排水沟连在上面，收集一年中只有几次的雨水，之后你可以免费喝上几个月的水，而其他人都在水商人的帐篷前排队。绝缘的等效方法是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了。很明显，这两种策略可以共同产生一个令人难以置信的水储存和消耗效率。很明显，雨水越频繁，所需蓄水池的大小就越小。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。但话说回来，你也不需要低流量龙头。
热质量的全部意义在于消除不规则的热量流动，就像大蓄水池消除不规则的自由雨水一样。流动越不规则，优势越大，但你需要更多的质量来使它们平滑。无论何时何地都需要机械冷却，但我们在这里谈论的时间周期是以小时为单位的，热质量可以很好地工作，通常可以消除对机械冷却的需求。当天气变冷，而你不在西南部时，时间周期是按季节计算的，这就是为什么热质量在这段时间里不那么有效——除非你愿意走得“很远”，建造一个被动的年度蓄热型房子，这种房子非常大，可以在冬天释放储存的夏季热量，但大多数建筑行业和住宅房地产市场都太保守了，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点关系。热质量之所以贵得惊人，只是因为我们目光短浅地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、有经验的劳动力来避免潜在的灾难。但我们甚至没有考虑到其他选择;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，但由于我们传统的木结构建筑和土只用于建造“穷人”房子的观念，我们忽视了它。但是绝对没有理由ceb不能被用于建造结构墙，即它们外面覆盖着坚硬的绝缘材料，里面覆盖着干墙。你只需把这些材料拧进去，然后用传统方法完成。与cmu一样，ceb通过钢筋和灌浆芯穿过墙壁，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堵“穷人的”墙。
没有技术的、几乎没有受过训练的、没有经验的工人也能非常成功地操作这些机器，而且在这个国家的许多地方，可以从挖掘出来的泥土中提取合适的土壤来挖地基。根据过程的机械化水平，以及连锁的、无砂浆的乐高积木所带来的潜在施工速度，我怀疑其成本可能相当接近木制框架的价格，当然也比同等质量的混凝土便宜。
经济上是否值得?假设我是错的ceb增加了50%的费用。这可能会使总建筑成本增加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，这总是积极的强烈在许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，不太可能到处都是洞，那对我来说这似乎是一个很好的假设交易。
并不是说我喜欢ceb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，建筑行业还没有把目光放在提高效率和降低成本上。
辐射热和质量的组合
我在一个混凝土板基础和热水辐射热管(由油锅炉燃烧)的家庭中长大。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，暴露在内部，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?
对约翰·克里斯特曼的回应
约翰,
你写道，“一堵混凝土(或其他热质量材料)墙或地板，暴露在内部，在外部适当绝缘，白天由太阳能热水加热，这将成为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房屋在晴天不需要任何空间热量。足够的太阳能可以使房子保持温暖。
你建议在屋顶上安装大量的太阳能集热器，让热水通过混凝土板流动。这个建议有两个问题:(1)太阳能收集器、管道和泵比窗户贵;(2)热水会使房子过热。
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，使用这种方法只能储存几天的热量，收集的热量的经济价值太低，无法证明收集所需的昂贵设备的成本是合理的。
热质量在最好的区域
你好,
我们住在一个利用热质量的好地方，南加州的山脉超过5000”。我们最后的房子是1960年建造的“中世纪现代”牧场设计。房子的墙壁是灰泥，地板上铺着厚厚的铺路砖。它也是平板建筑。这是一座建造得很好的房子，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，可以避免夏日的阳光直射。晚上只需打开窗户，白天(外面90度以上)就可以在封闭的房子里没有空调。夏天的夜间气温从来没有超过70度，大部分在50度和60度(有时在40度)。在特别热的天气里，我们干燥的气候允许我们在睡觉前把水倒在瓷砖上。将内部湿度提高(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照进来，把屋子暖和起来。因此我们的热消耗很低。无论如何，我鼓励拥有老房子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，让零空气流到外面”，这在任何地方都做得很好，但不是最好的。我们的气流方法让我们拥有一个比那些超级绝缘密封的房子更舒适、更健康的房子。拆掉室内的灰泥墙，加强隔热，拆下窗户，换上双层玻璃，安装高效的暖通空调系统，确实是愚蠢和浪费的。我们确实升级了加热器。
凤凰城听起来不是个举办icf的好地方
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问题。110个高点和90个低点是很常见的。由于低点永远不会接近低于内部温度，听起来像热质量将没有任何好处，我将只剩下刚性泡沫的绝缘性能差。也许我在这里遗漏了一些东西，因为人们说icf适合炎热的气候。
我试图在一个2x6的开放细胞泡沫和2英寸聚氯乙烯的外部vs 2x4的双壁(吹纤维素或泡沫，但它在那种厚度上变得非常昂贵)，或icf之间做出决定。
对杰弗里·萨维奇的回应
杰弗里,
你是正确的，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优势。在这种天气条件下，您需要的是(a)足够的r值，(b)尽可能接近密封的热包层，以及(c) SHGC较低的窗户，大多数窗户都有遮阳板保护。
你所描述的两种墙体系统——2x6的外墙聚氯乙烯墙和双钉墙——是建筑商在寻找高r墙时常用的。然而，这些墙系统很昂贵，在炎热的气候中可能没有意义。
确保你专注于真正降低你能源账单的方法。通常，炎热的气候设计需要适当的屋顶悬垂，较小的窗户，或具有正确玻璃的窗户-而不是高r墙。如果你有一堵高r的墙，但却搞砸了屋顶或窗户，那你就找错人了。
位置回家
嗨，我在魁北克参与了一个季节性生态住宅的设计(没有全职的人住在里面)，我相信这是为那些想要参观这个国家但不想租酒店的人设计的第8区。我认为最合适的建筑应该是一个有朝南窗户的被动式太阳能房子。我还认为热质量对建筑来说是一个很好的优点，因为它可以减少热量的峰值，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来控制，比如在晚上用窗帘隐藏窗户，或者使用地热加热和太阳能液体加热系统?
回复Nathan Chagnon
内森,
在你的气候条件下，不可能建造一座不需要供暖系统的房子。在大多数情况下，首先，当地建筑法规要求你安装供暖系统;但即使这些代码不存在，如果没有供暖系统，你仍然无法度过魁北克的冬天。有太多的多云天气，仅靠太阳热量就能度过一个冬天。
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月袭击魁北克的冰暴那样长期停电的情况下。要建造这样的房子，你需要密切注意气密性，将被动式房屋的目标设定为0.6 ach50。你也会想要安装三层玻璃的窗户和高于标准的隔热层。
正如这篇文章(“关于热质量”)所解释的，在你的气候中，热质量真的没有任何好处。
被动式太阳能也不适合你的气候。这是一篇文章的链接，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(更准确地称为地源热泵系统)几乎总是太贵，不适合独栋住宅。外面有更好的供暖系统。有关更多信息，请参见经济实惠的地源热泵即将问世吗?
祝你好运，内森。
马丁,
这是一篇优秀的文章，我读了几遍，受益匪浅。
我准备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，我认为这是相同的分区系统的国家?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我们白天的最高温度在104 - 118华氏度之间)。
从历史上看，夯土房屋在这里很常见，我仍然在决定是使用Earthbag墙(类似但更厚)还是双层砖与腔绝缘(R 2.5泡沫板)。如果使用Earthbag，我会用大约50毫米(2英寸)的闭孔喷雾泡沫(XPS)隔离380毫米(抹灰后16英寸)的Earthbag的外部。我知道Earthbag墙只有R-1.5左右，XPS每英寸增加R-6.5左右。
我认为我在夏天不需要任何空调，但我确信我至少需要在冬天为生活区域供暖，因为我在葡萄牙经历过一个夯土房子，卧室里非常冷。
我确信土墙在冬天会很快散热，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内的水循环系统(但不包括卧室，我们传统上不需要加热)。三间卧室中的两间将有一些北方的阳光加热，部分来自另一个天花板上的热量再循环系统。
我想知道的是，你是否认为如此巨大的土包墙的外部绝缘会阻碍夏季的自然冷却?我很有信心，没有保温的土墙在夏天会表现良好，因为一些内部热量会向外逸出，通风会在晚上带走一些内部热量。
我想有了外部绝缘，墙壁就不应该允许太多的外部热量进入，所以夜间通风可能会减少热量的散失?你的意见是什么?
在冬天，通过外部保温，大部分热量将保留在墙壁上，以平衡昼夜差异。我想主要的问题是，如果房子在离开几天后需要从站立启动加热。
我的建筑师通过他的NatHERS能源效率软件(澳大利亚的标准)运行了许多变化，我们对双砖模型很有信心，但该软件不适用于夯土或Earthbag等高热质量的墙壁，因为它不能考虑时间滞后和舒适因素。
我想我还想问的是，是否有太多的热质量与地球包墙?也就是说，我能从双层砖墙的内层得到足够的好处吗?16英寸的隔热袋墙是否会有太多的热质量，或者它们是否仍然会提供一个好处?
不管怎样，我很高兴你有任何想法，即使只是有一个(知识渊博的)参谋?
巴蒂尔,
马丁这个月不在，所以可能要几周后才会给你回复。
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