لا تتوافق درجة الحرارة التي تشعر بها في يوم حار ومشمس دائمًا مع منظم الحرارة. كاثرين فولز كوميرشال / لحظة عبر Getty Images

تخيل منزلين في نفس الشارع: أحدهما بني في الخمسينيات والآخر في التسعينيات. لا توجد أشجار أو ظل آخر. وحدات التكييف متطابقة ، تم استبدالها مؤخرًا وتعمل بشكل مثالي. تم ضبط منظمات الحرارة المتطابقة على 1950 درجة فهرنهايت (1990 درجة مئوية).

عندما تكون درجة الحرارة في الخارج 110 فهرنهايت (43.3 درجة مئوية) ، فمن المرجح أن يشعر منزل الخمسينيات بدفء 1950 فهرنهايت (10 درجة مئوية) على الأقل من الداخل ، حتى مع نفس درجة حرارة الهواء.

لماذا؟

الجواب يتعلق بالحرارة المشعة. الحرارة المشعة هي ما يبقيك دافئًا عند نار المخيم في ليلة شتاء باردة. النار لا تسخن الهواء كثيرا. بدلاً من ذلك ، مثل الشمس ، تنتقل معظم حرارة النار عبر موجات غير مرئية مباشرةً من نار المخيم إلى جسمك.

في الحرارة المشعة لشمس أريزونا ، درجة حرارة سطح الأسقف غير المعزولة واللاحقة والحزمة في منزلي ، واحدة من 41,000 بنى في توكسون خلال حقبة ما بعد الحرب العالمية الثانية ، يمكن أن تصل إلى أكثر من 100 فهرنهايت (37.8 درجة مئوية). تسجل النوافذ الفولاذية ذات الزجاج المفرد 122 درجة فهرنهايت (50 درجة مئوية) ، والجدران الخرسانية غير المعزولة ليست أكثر برودة.

داخل منزلي في الأيام المكونة من ثلاثة أرقام ، يمكن أن أشعر وكأنني أقف بالقرب من نار المخيم ، حتى مع هدير مكيف الهواء للحفاظ على 75 درجة فهرنهايت (23.9 درجة مئوية). وعند تعطل النظام - كما حدث أثناء موجة حر 2023 طويلة المدى، عندما ضرب فينيكس 110 فهرنهايت (43.3 درجة مئوية) كل يوم لأسابيع - ترتفع درجات الحرارة بسرعة خطيرة. بدون مكيف الهواء ، فإن الأسطح الساخنة بالإضافة إلى دوامة الهواء من مروحة السقف تجعل المنزل أشعر وكأنه مقلاة هوائية.

درجة حرارة الهواء: مؤشر غير مكتمل للراحة

بينما اعتاد الناس على التفكير في كيفية حركة الملابس ودرجة الحرارة و رطوبة يؤثر على الراحة ، هناك مقياسين أقل شهرة يساعدان في شرح كيفية شعورهم بالراحة في الداخل:

1. يعني درجة حرارة مشعة. هذا هو متوسط ​​درجة الحرارة لجميع الأسطح التي تحيط بنا: السقف والنوافذ والجدران والأرضية. لكي تنتقل الحرارة المشعة بين جسم ما وجسم الإنسان ، فإنها تحتاج إلى خط رؤية غير متقطع ، لذا فإن الأسقف والنوافذ غير المعوقة لها تأثير كبير على درجة الحرارة المشعة التي تحدث في مكان معين في المنزل.

2. درجة حرارة المنطوق. يمكن تقريب ذلك عن طريق حساب متوسط ​​درجة الحرارة المشعة ومتوسط ​​درجة حرارة الهواء في الغرفة. تأخذ الحسابات الأخرى لدرجة حرارة المنطوق في الاعتبار تأثيرات حركة الهواء والرطوبة والمتغيرات الإضافية. بقسوة نصف ما تشعر به من الراحة يتم تحديدها من قبل البيئة المشعة.

لسوء الحظ ، كعالم البناء روبرت بين (لا علاقة له) يقول ، "صناعة كاملة من المصنعين والموردين والبنائين والتجار تساوي بشكل غير صحيح بين الراحة الحرارية ودرجات حرارة الهواء." والنتيجة هي أن معظم الناس غافلون تمامًا عما يجعل المكان في الواقع يشعر بالراحة - أو ساخنًا بشكل غير مريح.
تُحدث درجة حرارة الأسطح الداخلية فرقًا كبيرًا من أجل الراحة ، حتى عندما يكون الهواء الداخلي بنفس درجة الحرارة. جوناثان بين, CC BY-ND

في يوم حار ومشمس ، يعمل العزل الجيد والنوافذ المزدوجة على إبطاء نقل الحرارة بدرجة كافية لتكييف الهواء للحفاظ على متوسط ​​درجة الحرارة المشعة داخل المبنى في غضون بضع درجات من درجة حرارة الهواء.

ومع ذلك ، في مبنى غير معزول ، مثل منزلي ، أو في بعض مشاريع الإسكان العام القديمة في فينيكس ، يمكن أن يؤدي متوسط ​​درجة الحرارة المشعة المرتفعة إلى دفع درجة حرارة التشغيل إلى أكثر من 90 فهرنهايت (32.2 درجة مئوية) - حتى مع ضبط منظم الحرارة على 75 فهرنهايت (23.9 درجة مئوية). عندما تتجاوز درجة حرارة السطح درجة حرارة بشرتنا ، ستبدأ الحرارة في الإشعاع من السطح الساخن إلى الجسم ، مما يؤدي إلى حدوث ذلك احتمالية الإصابة بضربة شمس.

متوسط ​​درجة الحرارة العالية الإشعاعية في المنازل القديمة غير المعزولة جيدًا يجعلها أقل راحة بكثير من المنازل الجديدة أو المعزولة جيدًا. جوناثان بين, CC BY-ND

جوناثان بين, CC BY-ND

في حين أن العتبة الدقيقة حيث يصبح ارتفاع درجة الحرارة أمرًا خطيرًا ، يتفق معظم الناس على أن 90 درجة فهرنهايت (32.2 درجة مئوية) دافئة جدًا بحيث لا توفر الراحة.

الأسطح الساخنة هي السبب في أن المباني الصغيرة ، مثل المنازل المتنقلة ، والمنازل الصغيرة ، حاويات شحن وتحولت الجراجات إلى شقق ، وغالبًا ما تشعر بعدم الراحة بغض النظر عن إعداد منظم الحرارة. تعرض الهياكل الأصغر الركاب لثلاثة أو أربعة أو حتى ستة أسطح مع تعرض السطح الخارجي للشمس والهواء الخارجي الساخن. المزيد من الأسطح الدافئة ، مزيد من الانزعاج.

أسطح أكثر برودة وراحة أكثر

إذا كنت تعيش في مبنى غير معزول ولا تمانع في استخدام المزيد من الكهرباء ، فيمكنك ضبط منظم الحرارة على مستوى أقل. ولكن إذا كان متوسط ​​درجة الحرارة المشعة مرتفعًا ، فإن انخفاض درجة حرارة الهواء بمقدار 2 فهرنهايت (1.1 درجة مئوية) سيبدو مثل 1 فهرنهايت (0.6 درجة مئوية) - وستظل تلك الأسطح الساخنة تشعر بعدم الارتياح.

إضافة العزل إلى السقف الخاص بك واستبدال النوافذ أحادية اللوحة بوحدات مزدوجة اللوحة زجاج منخفض الانبعاثية (low-E) يمكن أن يساعد في تقليل متوسط ​​درجة الحرارة المشعة وفواتير الطاقة الخاصة بك. إنها تحسينات باهظة الثمن ، لكنها فيدرالية جديدة الإعفاءات الضريبية و الحسومات القادمةيمكن أن تدار من قبل الدول الفردية ، للمساعدة.

يمكن للأشجار والمظلات والظلال الخارجية أيضًا تقليل متوسط ​​درجات الحرارة المشعة عن طريق حجب أشعة الشمس المباشرة. لكن، الزجاج عازل رديء، لذلك في المناخات شديدة الحرارة ، يمكن أن تصبح النوافذ أحادية اللوحة المحمية تمامًا من الشمس دافئة بشكل غير مريح.

يمكن أن تساعد إضافة ستارة بالداخل - وإبقائها مغلقة - في تقليل متوسط ​​درجة الحرارة المشعة لأن الستارة ستكون أقرب إلى درجة حرارة الهواء من الزجاج.

ماذا عن المستأجرين في المباني القديمة؟

غالبًا ما يكون المستأجرون في المباني القديمة غير المعزولة أقل قدرة على تحمل فواتير الطاقة الكبيرة ، وقد يكون الملاك غير قادرين أو غير راغبين في إجراء تحسينات باهظة الثمن. مما يجعل الأمور أسوأ ، تستخدم أنظمة تكييف الهواء القديمة ضعفًا إلى ثلاثة أضعاف الطاقة كوحدات أحدث لتقديم نفس كمية التبريد.

نظرًا لأن إنشاء درجة حرارة عملية مريحة يتطلب ضبط منظم الحرارة أقل ، يجب أن يعمل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في مبنى غير معزول لفترة أطول وأصعب ، باستخدام المزيد من الطاقة وزيادة التكلفة. وتكاليف عدم الراحة ليست مالية فقط: المباني الساخنة لديها أيضا الآثار السلبية على الصحة والإنتاجية.

الملايين من الأمريكيين يعيشون الآن في أماكن حيث التبريد هو الشيء الوحيد الذي يمنع وقوع إصابات جماعية. في فينيكس ، يتطلب كود المدينة تأجير وحدات مبردة بواسطة تكييف الهواء للحفاظ على درجة حرارة لا تزيد عن 82 فهرنهايت (27.8 درجة مئوية) ، مقاسة 3 أقدام فوق الأرض في وسط الغرفة. لسوء الحظ ، لا يحدد الكود ما إذا كانت 82 فهرنهايت هي درجة حرارة التشغيل أو درجة حرارة الهواء.

هذه الكلمة الواحدة تصنع عالمًا من الاختلاف.

في مبنى قديم غير معزول بما يشبه بيتي - أو ، في ما قد يكون أسوأ سيناريو ، وحدة جنوبية غربية من الطابق العلوي من ارتفاع خرساني غير معزول - درجة حرارة هواء آمنة على ما يبدو تبلغ 82 يمكن أن تحجب F بسهولة درجات حرارة التشغيل الخطرة البالغة 96 فهرنهايت (35.6 درجة مئوية) أو أعلى.

مفتاح التصميم الأفضل

كأستاذ العمارة وعلوم البناء، أعتقد أن قوانين البناء البيزنطية وقواعد الإيجار الحالية يمكن تحسينها بشكل كبير من أجل الراحة تنظيم متوسط ​​درجة الحرارة المشعة بدلاً من درجة حرارة الهواء. يمكن التخلص من أجزاء كبيرة من التعليمات البرمجية من خلال طلب الأسطح الداخلية ، والتي يسهل قياسها بتكلفة غير مكلفة حرارة الأشعة تحت الحمراء، يتم الاحتفاظ بها في نطاق مريح أعلى من 60 فهرنهايت (15.6 درجة مئوية) وأقل من 85 فهرنهايت (29.4 درجة مئوية).

لمزيد من المباني المريحة ، يمكن للمهندسين المعماريين والمهندسين التقديم مبادئ بسيطة وراسخةمثل التهوية الطبيعية والتظليل والعزل المناسب ونوافذ للمناخ. إن إبعاد الحرارة في المقام الأول يعني أننا لسنا مضطرين إلى إنفاق الكثير على الطاقة للتبريد. تظهر الأبحاث أن هذه الإجراءات يمكن أن تجعلنا أكثر أمانًا الحفاظ على برودة المباني لفترة أطول في انقطاع التيار الكهربائي في الصيف.

النتيجة السعيدة: منازل ومباني أخرى ليست مريحة فحسب ، بل هي أيضًا أكثر أمانًا وبأسعار معقولة للعمل.

نبذة عن الكاتب

جوناثان بينأستاذ مشارك في الهندسة المعمارية والبيئات المبنية المستدامة والتسويق ، جامعة أريزونا

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.