Drewniane ściany szkieletowe o wysokiej masie termicznej mogą pomóc obniżyć zużycie energii; jednak wiele osób nie wie, co oznacza "wysoka masa termiczna".
Materiały o wysokiej masie termicznej pochłaniają ciepło słoneczne w ciągu dnia, a następnie uwalniają je poprzez promieniowanie nocne, łagodząc w ten sposób temperatury wewnętrzne i zmniejszając koszty klimatyzacji. Technologia ta znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na klimatyzację.
Termodynamika
Zrównoważony rozwój, wytrzymałość i właściwości biofilne drewna są dobrze znane inwestorom, jednak jego zalety termiczne są często pomijane. Włączając ciężkie drewno do projektu budynku, jego masa termiczna pomaga regulować temperaturę w pomieszczeniach, jednocześnie zmniejszając zużycie energii i poprawiając całoroczny poziom komfortu. Masa termiczna odnosi się do zdolności każdego materiału do pochłaniania, przechowywania i stopniowego uwalniania energii cieplnej w czasie.
Materiały o wysokiej masie termicznej, takie jak ceglane ściany i podłogi z płytek, pochłaniają energię ze światła słonecznego, a także ze źródeł wewnętrznych, takich jak ludzie i sprzęt, a następnie powoli uwalniają ją ponownie wieczorem i w nocy, aby regulować temperaturę w domu i pomóc zrównoważyć sezonowe zmiany temperatury powietrza na zewnątrz. Proces ten znany jest jako opóźnienie termiczne.
Drewno charakteryzuje się wyjątkową wolumetryczną pojemnością cieplną, dzięki czemu może pochłaniać duże ilości energii cieplnej, a następnie powoli ją rozpraszać, gdy zmienia się temperatura. Co więcej, jego higroskopijna natura pomaga regulować poziom wilgotności w pomieszczeniach i minimalizować ryzyko pleśni.
Drewno może służyć jako wydajny akumulator termiczny w każdym domu, a gęste gatunki, takie jak dąb i daglezja, działają jak gąbki, pochłaniając i magazynując ciepło do czasu spadku temperatury otoczenia, a następnie uwalniając je później, oszczędzając zużycie energii i emisje.
Aby zmaksymalizować korzyści, masa termiczna musi być używana wraz z odpowiednimi izolacja zapobiegająca niepożądanej utracie ciepła przez przeciągi i powietrze wycieki. Prawidłowy Izolacja zapewnia również, że ciepło pochłaniane przez masę termiczną nie ucieka przez przeciągi i nieszczelności.
Określając grubość drewna do następnego projektu, należy pamiętać, że wymiary nominalne i rzeczywiste mogą się różnić ze względu na sposób obróbki. Rozmiary nominalne zazwyczaj odnoszą się do wymiarów wychodzących z tartaku; podczas gdy rzeczywiste rozmiary uwzględniają skurcz, który występuje podczas suszenia drewna, a także techniki piłowania (zwykłe, szczelinowe lub ćwiartkowe). Co więcej, regionalne standardy mogą wpływać na nominalne i rzeczywiste rozmiary; wybór optymalnego rozmiaru drewna może mieć ogromny wpływ na wydajność i estetykę. Wybór optymalnego Rozmiar drewna może zdecydować o powodzeniu lub porażce całego projektu. wydajność lub walory estetyczne! Wybór odpowiedniego rozmiaru drewna może mieć znaczący wpływ zarówno na wydajność, jak i walory estetyczne każdego projektu! Wybór odpowiedniego rozmiaru drewna może mieć znaczący wpływ zarówno na wydajność, jak i walory estetyczne każdego przedsięwzięcia - wykorzystanie odpowiednich rozmiarów drewna może znacząco zmienić wydajność i estetykę projektów jednocześnie.
Przewodność cieplna
Zdolność drewna do pochłaniania i magazynowania energii cieplnej jest jednym z głównych atutów, jakie wnosi ono do budynków, pomagając łagodzić wahania temperatury i działając jako akumulator termiczny. Ponadto drewno ma właściwości higroskopijne, co pomaga kontrolować poziom wilgotności w pomieszczeniach, jednocześnie zmniejszając ryzyko pleśni.
Właściwości termiczne litego drewna różnią się w zależności od jego gęstości i zawartości wilgoci, co sprawia, że ich ocena in-situ jest problematyczna i czasochłonna. Dlatego typowe metody laboratoryjne stosowane do ich pomiaru wymagają użycia małych próbek, które muszą być utrzymywane w stałym kontakcie temperaturowym z metalowymi płytkami, co czyni testy in-situ niepraktycznymi; ponadto procesy te ograniczają liczbę próbek, które można zbadać w jednym badaniu.
W związku z tym konieczne jest opracowanie bardziej wydajnych metod pomiaru przewodności cieplnej materiałów drewnopochodnych. Jednym z potencjalnych podejść byłoby zbadanie korelacji między względną stałą dielektryczną a przewodnością cieplną: stała dielektryczna jest bezpośrednio związana z poziomami zawartości wilgoci w materiałach, więc ta korelacja mogłaby pozwolić użytkownikom na przewidywanie przewodności materiałów bez konieczności wcześniejszego ustalenia ich rodzaju.
Jak pokazano na Rys. 6a, wynik R2 wynoszący 0,87 wskazuje na silny związek między zmierzoną względną stałą dielektryczną paulowni i właściwościami przewodności cieplnej a ich odpowiednimi przewodnościami cieplnymi. Co więcej, większość niepewności pomiarowych mieści się w zakresie 10% linii regresji - wskazując, że większość odczytów mieści się w zakresie niepewności 10% - przy czym większe wartości oznaczają wyższe poziomy zawartości wilgoci, podczas gdy mniejsze wartości oznaczają próbki bardziej suche.
Chociaż korelacja ta jest zachęcająca, należy również pamiętać, że na jej wpływ mogą mieć również inne czynniki, takie jak kierunek słojów i anatomia drewna. W związku z tym należy przeprowadzić dalsze badania w celu opracowania przyrządu zdolnego do automatycznego określania stałej dielektrycznej materiału na podstawie jego przewodności cieplnej.
W ramach większego badania analizującego przenoszenie ciepła i masy między hybrydowymi panelami z drewna klejonego krzyżowo (CLT) składającymi się z warstw LSL i czerwonego świerku, niedawno zbadaliśmy związek między przewodnością cieplną tych materiałów na całej grubości a zawartością wilgoci, wykorzystując te badania do stworzenia modelu predykcyjnego dla przewodności cieplnej na całej grubości między warstwami LSL i czerwonego świerku o różnych zawartościach wilgoci.
Gęstość
Gęstość drewna lub ciężar właściwy jest istotnym czynnikiem branym pod uwagę przy wyborze drewna konstrukcyjnego. Współczynnik ten mierzy gęstość objętościową drewna względem wody (z wyłączeniem powietrza). Przykładowo, jeden metr sześcienny drewna eukaliptusowego ma gęstość 1 kg/m3.
Dla porównania, gęstość betonu wynosi 3 kg/m3.
Grubość drewna i jej związek z gęstością są kluczowe dla zrozumienia jego właściwości mechanicznych. Podczas testów zginania, ścinania, ściskania lub rozciągania, niższa gęstość oznacza słabsze drewno, podczas gdy wyższa gęstość skutkuje większą sztywnością - ta właściwość sprawia, że podłogi i krokwie są odporne na nadmierne ugięcia od obciążeń roboczych bez odczuwania niestabilności i stwarzania wrażenia ugięcia drewna.
Chociaż różnice między gatunkami drewna są oczywiste, średnia gęstość poszczególnych kawałków zależy od takich czynników, jak szybkość wzrostu drzewa w momencie ścinki i jego wilgotność. Techniki cięcia i przepisy regionalne również odgrywają rolę w kształtowaniu tych cech.
Gęstość i DBH mają intrygującą korelację, co sugeruje, że produkcja tartaczna jest ujemnie skorelowana z gęstością drzewostanu, podczas gdy jest dodatnio związana z powierzchnią podstawową i całkowitą objętością drewna. Można to wytłumaczyć tym, że drzewa o większej gęstości produkują równe ilości drewna tartacznego i energetycznego z danej wysokości i powierzchni podstawowej.
Drewno jest skutecznym izolatorem ze względu na swoją strukturę komórkową, która pozwala mu magazynować ciepło poprzez wchłanianie powietrza w pory, działając jak magazyn energii, jednocześnie powoli uwalniając ją wraz ze spadkiem temperatury. Efekt ten jest dodatkowo wzmocniony w przypadku gęstego drewna, takiego jak dąb i daglezja, gdzie ich gęste włókna celulozowe tworzą skuteczną barierę termiczną, zatrzymując ciepło wewnątrz konstrukcji i zapewniając ludziom komfort przez całą zimę. Dzięki tym właściwościom drewnianej izolacji, budynki z drewna oferują najwyższy komfort zimowego życia.
Zawartość wilgoci
Wilgoć jest substancją naturalnie występującą w prawie wszystkich materiałach, przenikającą ich struktury molekularne i mającą ogromny wpływ na ich właściwości fizyczne; waga, rozszerzalność cieplna, amalgamacja i przewodność elektryczna mogą być zmieniane nawet przez minimalne ilości wilgoci.
Produkcja żywności wymaga dokładnej kontroli wilgotności, a jej niewłaściwy poziom może mieć katastrofalne skutki. Nadmierny lub niedostateczny poziom wilgotności może mieć niekorzystny wpływ na wszystkie aspekty fizycznych właściwości żywności - od wyglądu i aromatu, poprzez smak i teksturę - a także na maszyny używane w produkcji poprzez tworzenie się kondensatu, który wymaga kosztownych przestojów na naprawy.
Producenci w dużym stopniu polegają na dokładnych metodach pomiaru zawartości wilgoci w celu monitorowania jakości produkcji, czy to za pomocą metod spektroskopowych, chemicznych, przewodnictwa elektrycznego i termograwimetrycznych, czy też instrumentów. Aby uzyskać najlepsze wyniki, ważne jest, aby próbki wybrane do testów dokładnie reprezentowały całą badaną partię - aby to osiągnąć, należy losowo pobierać próbki z całej partii, zamiast wybierać pojedyncze obszary do pobrania próbek.
Niezbędne jest również posiadanie przyrządu testowego zdolnego do jednoczesnego pomiaru zarówno zawartości wilgoci, jak i aktywności wody. Dobry miernik wilgotności powinien mieć możliwość wykonywania obu tych pomiarów poprzez załadowanie modeli izoterm specyficznych dla badanego materiału, co eliminuje konieczność wykonywania skomplikowanych obliczeń przez użytkownika.
Szybki wynik testu jest niezbędny do zastosowania go w punkcie produkcji i wprowadzenia korekt przed pogorszeniem jakości produktu, gwarantując maksymalną wydajność, jednocześnie zapobiegając kosztownym przerwom w produkcji lub stratom produktu, które mogłyby zmniejszyć koszty przestojów i zwiększyć wydajność.
Decagon sprostał temu wyzwaniu dzięki urządzeniu do analizy wilgoci AquaLab Series 4TE Duo, które wykorzystuje schłodzone lustro do pomiaru aktywności wody w produktach przed przekształceniem tych danych w ich zawartość wilgoci za pomocą modeli izotermicznych. Jest to jedyne urządzenie do analizy wilgotności na rynku, które oferuje oba pomiary, oszczędzając zarówno czas, jak i wysiłek, eliminując uciążliwe procesy obliczeniowe.
