De temperatuur die je voelt op een warme, zonnige dag komt niet altijd overeen met de thermostaat. Catherine Falls Commercieel/Moment via Getty Images

Stel je twee huizen voor in dezelfde straat: het ene gebouwd in de jaren vijftig en het andere in de jaren negentig. Er zijn geen bomen of andere schaduw. De airconditioningunits zijn identiek, onlangs vervangen en werken perfect. Identieke thermostaten zijn ingesteld op 1950 graden Fahrenheit (1990 graden Celsius).

Als het buiten 110 graden Celsius is, zal het huis uit de jaren vijftig binnen waarschijnlijk minstens 43.3 graden warmer aanvoelen, zelfs bij dezelfde luchttemperatuur.

Waarom?

Het antwoord heeft te maken met stralingswarmte. Stralingswarmte houdt je lekker warm bij een kampvuur op een koude winternacht. Het vuur verwarmt de lucht niet veel; Integendeel, net als bij de zon beweegt het grootste deel van de hitte van het vuur via onzichtbare golven rechtstreeks van het kampvuur naar je lichaam.

In de stralingswarmte van de zon van Arizona, de oppervlaktetemperatuur van de ongeïsoleerde post-en-balkplafonds in mijn huis, een van 41,000 gebouwd in Tucson tijdens het tijdperk na de Tweede Wereldoorlog, kan meer dan 100 F (37.8 C) bereiken. De stalen ramen met enkel glas registreren 122 F (50 C) en de niet-geïsoleerde muren van betonblokken zijn niet veel koeler.

In mijn huis op driecijferige dagen kan het voelen alsof ik bij een kampvuur sta, zelfs als de airconditioner brult om 75 F (23.9 C) te behouden. En als het systeem kapot gaat – zoals tijdens de langlopende hittegolf van 2023, toen Phoenix wekenlang elke dag 110 F (43.3 C) bereikte, stijgen de temperaturen gevaarlijk snel. Zonder de AC maken de hete oppervlakken plus de luchtwerveling van de plafondventilator het huis voelt als een airfryer.

Luchttemperatuur: een onvolledige indicator van comfort

Terwijl mensen gewend zijn na te denken over hoe kleding, luchtbeweging, temperatuur en vochtigheid comfort beïnvloeden, helpen twee minder bekende maatregelen verklaren hoe zij comfort binnenshuis ervaren:

1. Gemiddelde stralingstemperatuur. Dit is de gemiddelde temperatuur van alle oppervlakken om ons heen: plafond, ramen, muren, vloer. Om stralingswarmte tussen een object en het menselijk lichaam te laten bewegen, heeft het een ononderbroken zichtlijn nodig, dus plafonds en onbelemmerde ramen hebben een grote invloed op de stralingstemperatuur die op een specifieke plek in een huis wordt ervaren.

2. Operatie temperatuur. Dit kan worden benaderd door het gemiddelde te nemen van de gemiddelde stralingstemperatuur en de gemiddelde luchttemperatuur in een ruimte. Andere berekeningen van de operatieve temperatuur houden rekening met effecten van luchtbeweging, vochtigheid en aanvullende variabelen. Ongeveer de helft van hoe je comfort ervaart wordt bepaald door de stralende omgeving.

Helaas, als bouwkundige Robert Boon (geen familie) zegt: "een hele industrie van fabrikanten, leveranciers, bouwers en handelaars stelt thermisch comfort ten onrechte gelijk aan luchttemperaturen." Het resultaat is dat de meeste mensen zich totaal niet bewust zijn van wat een ruimte eigenlijk comfortabel maakt - of onaangenaam warm.
De temperatuur van binnenoppervlakken maakt een groot verschil voor comfort, zelfs als de binnenlucht dezelfde temperatuur heeft. Jonathan Boon, CC BY-SA

Op een warme, zonnige dag vertragen goede isolatie en dubbele beglazing de warmteoverdracht voldoende zodat de airconditioning de gemiddelde stralingstemperatuur in het gebouw binnen een paar graden van de luchttemperatuur kan houden.

In een ondergeïsoleerd gebouw, zoals mijn huis, of in sommige oudere volkshuisvestingsprojecten in Phoenix, kan de hoge gemiddelde stralingstemperatuur de operatieve temperatuur echter tot boven de 90 F (32.2 C) brengen, zelfs als de thermostaat is ingesteld op 75 F. (23.9 C). Wanneer de oppervlaktetemperatuur de temperatuur van onze huid overschrijdt, zal er warmte van het hete oppervlak in het lichaam gaan stralen, waardoor hitteberoerte waarschijnlijker.

Door de hoge gemiddelde stralingstemperatuur zijn oude, ondergeïsoleerde woningen veel minder behaaglijk dan nieuwe of goed geïsoleerde woningen. Jonathan Boon, CC BY-SA

Jonathan Boon, CC BY-SA

Hoewel er discussie bestaat over de exacte drempelwaarde waarbij oververhitting gevaarlijk wordt, zijn de meeste mensen het erover eens dat 90 F (32.2 C) veel te warm is voor comfort.

Hete oppervlakken zijn de reden waarom kleinere gebouwen, zoals stacaravans, kleine huizen, scheepscontainers en garages die in appartementen zijn veranderd, voelen zich vaak ongemakkelijk, ongeacht de instelling van de thermostaat. Kleinere constructies stellen de inzittenden bloot aan drie, vier of zelfs zes oppervlakken, waarbij de buitenkant wordt blootgesteld aan de zon en hete buitenlucht. Meer warme oppervlakken, meer ongemak.

Koelere oppervlakken, meer comfort

Als je in een slecht geïsoleerd gebouw woont en het niet erg vindt om meer elektriciteit te verbruiken, kun je de thermostaat lager zetten. Maar als de gemiddelde stralingstemperatuur hoog is, zal een daling van de luchttemperatuur met 2 F (1.1 C) aanvoelen als slechts 1 F (0.6 C) – en die hete oppervlakken zullen je nog steeds een ongemakkelijk gevoel geven.

Isolatie toevoegen aan uw dak en enkele beglazing vervangen door dubbele beglazing glas met lage emissiviteit (low-E). kan helpen de gemiddelde stralingstemperatuur en uw energierekening te verlagen. Het zijn dure verbeteringen, maar nieuwe federale belastingverminderingen en komende kortingen, te beheren door individuele staten, kan helpen.

Bomen, luifels en buitenzonwering kunnen ook de gemiddelde stralingstemperatuur verlagen door direct zonlicht te blokkeren. Echter, glas is een slechte isolator, dus in zeer warme klimaten kunnen ramen met enkel glas die volledig tegen de zon zijn beschermd, nog steeds onaangenaam warm worden.

Door een gordijn aan de binnenkant toe te voegen – en dit gesloten te houden – kan de gemiddelde stralingstemperatuur worden verlaagd, omdat het gordijn zich dichter bij de luchttemperatuur bevindt dan het glas.

Hoe zit het met huurders in oude gebouwen?

Huurders in oudere, ondergeïsoleerde gebouwen zijn vaak minder in staat om hoge energierekeningen te betalen, en verhuurders kunnen of willen misschien geen dure verbeteringen aanbrengen. Om de zaken nog erger te maken, oudere airconditioningsystemen verbruiken twee tot drie keer zoveel energie als nieuwere units om dezelfde hoeveelheid koeling te leveren.

Aangezien het creëren van een comfortabele bedrijfstemperatuur vereist dat de thermostaat lager wordt ingesteld, moet een HVAC-systeem in een ondergeïsoleerd gebouw langer en harder werken, meer energie verbruiken en de kosten verder verhogen. En de kosten van ongemak zijn niet alleen financieel: hete gebouwen hebben dat ook nadelige gevolgen voor de gezondheid en productiviteit.

Miljoenen Amerikanen wonen nu op plaatsen waar afkoeling is het enige dat een massaslachtoffer kan voorkomen. in Feniks, stadscode vereist huureenheden die worden gekoeld door airconditioning om een ​​temperatuur van niet meer dan 82 F (27.8 C) te handhaven, gemeten 3 voet boven de vloer in het midden van de kamer. Helaas specificeert de code niet of 82 F de operatieve temperatuur of de luchttemperatuur is.

Dat ene woord maakt een wereld van verschil.

In een ouder, ondergeïsoleerd gebouw vergelijkbaar met mijn huis – of, in wat het ergste scenario zou kunnen zijn, een zonovergoten zuidwestelijke eenheid van de bovenste verdieping van een ongeïsoleerde betonnen hoogbouw – een schijnbaar veilige luchttemperatuur van 82 graden Celsius. F kan gemakkelijk gevaarlijke bedrijfstemperaturen van 96 F (35.6 C) of hoger maskeren.

De sleutel tot een beter ontwerp

Als hoogleraar van architectuur en bouwkunde, Ik geloof dat de Byzantijnse bouwvoorschriften en huurregels van vandaag aanzienlijk kunnen worden verbeterd voor comfort door regelen van de gemiddelde stralingstemperatuur in plaats van luchttemperatuur. Grote delen van de code kunnen worden overboord gegooid door binnenoppervlakken te eisen, die gemakkelijk te meten zijn met een goedkope infrarood thermometer, binnen een comfortbereik van meer dan 60 F (15.6 C) en onder 85 F (29.4 C) worden gehouden.

Voor meer comfortabele gebouwen kunnen architecten en ingenieurs een aanvraag indienen eenvoudige, gevestigde principeszoals natuurlijke ventilatie, zonwering en de juiste isolatie en ramen voor het klimaat. Door warmte buiten te houden, hoeven we in de eerste plaats niet zoveel te besteden aan energie voor koeling. Uit onderzoek blijkt dat deze maatregelen ons ook veiliger kunnen maken door gebouwen langer koel houden bij stroomuitval in de zomer.

Het gelukkige resultaat: woningen en andere gebouwen die niet alleen comfortabel zijn, maar ook veiliger en goedkoper in gebruik.

Over de auteur

Jonathan Boon, universitair hoofddocent architectuur, duurzame gebouwde omgevingen en marketing, Universiteit van Arizona

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.