Hiện tượng tường nhà nóng lên vào buổi chiều tối là một vấn đề phổ biến ở vùng khí hậu nhiệt đới. Đây là hệ quả trực tiếp của quá trình tích nhiệt trong vật liệu xây dựng khi chịu tác động của bức xạ mặt trời ban ngày.
Hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác nhiệt trong không gian sống mà còn tác động lớn đến nhu cầu làm mát, tiêu thụ năng lượng của hệ thống điều hòa không khí.
Xem thêm:
Giải thích truyền nhiệt đối lưu
Thể tích Kiểm soát quan trọng như thế nào đối với kỹ sư HVAC?
Tích nhiệt diễn ra trong vật liệu xây dựng là gì?
Tích nhiệt trong vật liệu xây dựng được hiểu là quá trình vật liệu hấp thụ, lưu trữ và sau đó phát tán nhiệt lượng. Các vật liệu như gạch, bê tông có khối lượng riêng lớn và nhiệt dung riêng cao nên khả năng tích trữ nhiệt rất đáng kể. Khi bề mặt vật liệu tiếp xúc với bức xạ mặt trời, năng lượng này dần lan truyền vào bên trong, làm tăng nhiệt độ toàn khối vật liệu.
Cơ chế truyền nhiệt qua vật liệu xây dựng
Quá trình truyền nhiệt trong vật liệu xây dựng chủ yếu diễn ra theo phương thức dẫn nhiệt. Nhiệt lượng hấp thụ từ mặt ngoài tường sẽ lan tỏa dần vào trong nhờ sự chuyển động của các phân tử vật chất. Sự truyền nhiệt này có đặc điểm là chậm và có độ trễ rõ rệt so với thay đổi nhiệt độ môi trường bên ngoài. Độ trễ nhiệt thể hiện ở việc khi mặt trời đã lặn, nhiệt lượng trong khối tường vẫn tiếp tục phát tán ra môi trường, khiến tường và không khí xung quanh vẫn nóng trong nhiều giờ tiếp theo.
Nhiệt dung riêng là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ nhiệt của một đơn vị khối lượng vật liệu. Hệ số dẫn nhiệt mô tả khả năng vật liệu truyền nhiệt qua mỗi đơn vị chiều dày với một chênh lệch nhiệt độ nhất định. Hai đại lượng này quyết định trực tiếp đến tốc độ tích trữ và phát tán nhiệt trong các cấu kiện xây dựng.
Hiện tượng tích nhiệt tạo ra độ trễ trong dao động nhiệt độ của kết cấu công trình. Vào buổi trưa, khi cường độ bức xạ mặt trời đạt cực đại, nhiệt lượng được hấp thụ và tích trữ bên trong vật liệu.
Đến chiều tối, khi nhiệt độ không khí đã giảm, tường và sàn nhà vẫn tiếp tục giải phóng phần nhiệt lượng này ra không gian sống, duy trì trạng thái nóng kéo dài. Hiện tượng này được gọi là thermal lag (độ trễ nhiệt) và thermal storage (khối lượng tích trữ nhiệt).
Ảnh hưởng của khối lượng nhiệt (thermal mass)
Vật liệu xây dựng có thermal mass lớn, nghĩa là khối lượng và nhiệt dung riêng cao, có khả năng hấp thụ và lưu giữ nhiều nhiệt lượng trong ngày. Khi nguồn nhiệt ngoài trời giảm, nhiệt lượng sẽ được nhả dần ra không gian trong nhà. Đặc điểm này giúp ổn định dao động nhiệt độ, nhưng cũng là nguyên nhân gây cảm giác oi bức về chiều tối nếu không có biện pháp tản nhiệt phù hợp.
Độ trễ nhiệt và giảm biên độ nhiệt
Thermal lag là khoảng thời gian giữa lúc nhiệt độ ngoài trời đạt cực đại và lúc nhiệt độ mặt trong tường đạt cực đại. Yếu tố này được quyết định bởi loại vật liệu, chiều dày cấu kiện và điều kiện tiếp xúc với bức xạ mặt trời. Đồng thời, decrement factor (hệ số giảm biên độ nhiệt) mô tả khả năng giảm mức biến động nhiệt độ bên trong nhà so với biến động ngoài trời nhờ vào thermal mass của tường.
Trong thiết kế công trình, việc chọn lựa vật liệu xây dựng, cấu tạo tường, lớp cách nhiệt có vai trò quyết định trong kiểm soát tích nhiệt. Các giải pháp như tăng lớp cách nhiệt, giảm khối lượng tường chịu bức xạ trực tiếp hoặc bố trí lớp che nắng sẽ giúp hạn chế hiện tượng tích trữ và phát tán nhiệt không mong muốn. Đối với công trình sử dụng hệ thống điều hòa không khí, việc tính toán tải lạnh cần xét đến ảnh hưởng của tích nhiệt để đảm bảo hiệu quả vận hành và tiết kiệm năng lượng.
Tích nhiệt là một quá trình vật lý không thể bỏ qua trong thiết kế công trình, đặc biệt ở vùng khí hậu nóng. Hiểu rõ đặc điểm truyền nhiệt của vật liệu xây dựng sẽ giúp kỹ sư đề xuất giải pháp tối ưu cho từng loại công trình, vừa đảm bảo tiện nghi nhiệt vừa nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc áp dụng công thức truyền nhiệt dẫn, đồng thời kết hợp với các khái niệm về thermal mass, thermal lag, decrement factor là nền tảng cho mọi tính toán và mô phỏng nhiệt trong ngành xây dựng hiện đại.