Nhiệt độ bạn cảm thấy vào một ngày nắng nóng không phải lúc nào cũng phù hợp với máy điều nhiệt. Catherine Falls Thương mại/Khoảnh khắc qua Getty Images

Hãy tưởng tượng hai ngôi nhà trên cùng một con phố: một ngôi nhà được xây dựng vào những năm 1950 và ngôi nhà kia được xây dựng vào những năm 1990. Không có cây cối hay bóng mát nào khác. Các bộ điều hòa không khí giống hệt nhau, mới được thay thế và hoạt động hoàn hảo. Các bộ điều nhiệt giống hệt nhau được đặt ở mức 82 độ F (27.8 độ C).

Khi nhiệt độ bên ngoài là 110 F (43.3 C), ngôi nhà những năm 1950 có thể sẽ có cảm giác ấm hơn ít nhất 10 F (5.6 C) bên trong, ngay cả khi có cùng nhiệt độ không khí.

Tại sao?

Câu trả lời liên quan đến nhiệt bức xạ. Sức nóng bức xạ là thứ giúp bạn luôn ấm áp bên đống lửa trại vào một đêm mùa đông lạnh giá. Ngọn lửa không làm ấm không khí nhiều; đúng hơn, giống như Mặt trời, phần lớn nhiệt của ngọn lửa truyền qua các làn sóng vô hình trực tiếp từ lửa trại đến cơ thể bạn.

Dưới sức nóng bức xạ của mặt trời Arizona, nhiệt độ bề mặt của trần nhà không được cách nhiệt trong nhà tôi, một trong những 41,000 chiếc được chế tạo ở Tucson trong thời kỳ hậu Thế chiến thứ hai, có thể đạt tới trên 100 F (37.8 C). Các cửa sổ bằng thép lắp kính có nhiệt độ 122 F (50 C) và các bức tường bê tông không cách nhiệt cũng không mát hơn nhiều.

Trong nhà tôi vào những ngày ba chữ số, tôi có cảm giác như đang đứng gần đống lửa trại, ngay cả khi máy điều hòa đang chạy ầm ầm để duy trì nhiệt độ 75 F (23.9 C). Và khi hệ thống bị hỏng – như đã từng xảy ra trong đợt nắng nóng kéo dài năm 2023, khi Phoenix đạt 110 F (43.3 C) mỗi ngày trong nhiều tuần - nhiệt độ tăng nhanh đến mức nguy hiểm. Không có điều hòa, bề mặt nóng bức cộng với luồng không khí xoáy từ quạt trần khiến ngôi nhà trở nên ngột ngạt cảm thấy giống như một nồi chiên không khí.

Nhiệt độ không khí: Một chỉ số không đầy đủ về sự thoải mái

Trong khi mọi người thường nghĩ về quần áo, sự chuyển động của không khí, nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến sự thoải mái, hai thước đo ít được biết đến hơn giúp giải thích cách họ trải nghiệm sự thoải mái trong nhà:

1. Nhiệt độ bức xạ trung bình. Đây là nhiệt độ trung bình của tất cả các bề mặt xung quanh chúng ta: trần nhà, cửa sổ, tường, sàn nhà. Để nhiệt bức xạ di chuyển giữa một vật thể và cơ thể con người, nó cần có tầm nhìn không bị gián đoạn, vì vậy trần nhà và cửa sổ không bị cản trở có ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt độ bức xạ ở một nơi cụ thể trong ngôi nhà.

2. Nhiệt độ hoạt động. Điều này có thể được tính gần đúng bằng cách lấy trung bình nhiệt độ bức xạ trung bình và nhiệt độ không khí trung bình trong phòng. Các tính toán khác về nhiệt độ hoạt động có tính đến ảnh hưởng của chuyển động không khí, độ ẩm và các biến bổ sung. đại khái một nửa cách bạn trải nghiệm sự thoải mái được xác định bởi môi trường rạng rỡ.

Thật không may, với tư cách là nhà khoa học xây dựng Robert Bean (không liên quan) cho biết, “toàn bộ ngành công nghiệp gồm các nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà xây dựng và thương nhân đánh giá sai sự thoải mái về nhiệt với nhiệt độ không khí.” Kết quả là hầu hết mọi người hoàn toàn không biết điều gì thực sự khiến một không gian có cảm giác thoải mái - hoặc nóng bức đến mức khó chịu.
Nhiệt độ của các bề mặt trong nhà tạo ra sự khác biệt lớn mang lại sự thoải mái, ngay cả khi không khí trong nhà có cùng nhiệt độ. Jonathan Bean, CC BY-NĐ

Vào một ngày nắng nóng, khả năng cách nhiệt tốt và cửa sổ hai lớp truyền nhiệt chậm đủ để điều hòa không khí giữ nhiệt độ bức xạ trung bình bên trong tòa nhà trong khoảng vài độ so với nhiệt độ không khí.

Tuy nhiên, trong một tòa nhà cách nhiệt kém, chẳng hạn như nhà tôi hoặc trong một số dự án nhà ở công cộng cũ ở Phoenix, nhiệt độ bức xạ trung bình cao có thể đẩy nhiệt độ hoạt động lên trên 90 F (32.2 C) – ngay cả khi bộ điều chỉnh nhiệt được đặt ở mức 75 F (23.9 C). Khi nhiệt độ bề mặt vượt quá nhiệt độ da của chúng ta, nhiệt sẽ bắt đầu tỏa ra từ bề mặt nóng vào cơ thể, khiến có nhiều khả năng bị đột quỵ do nhiệt.

Nhiệt độ trung bình bức xạ cao ở những ngôi nhà cũ, cách nhiệt kém khiến chúng không thoải mái hơn nhiều so với những ngôi nhà mới hoặc cách nhiệt tốt. Jonathan Bean, CC BY-NĐ

Jonathan Bean, CC BY-NĐ

Trong khi ngưỡng chính xác mà nhiệt độ quá nóng trở nên nguy hiểm vẫn đang được tranh luận, hầu hết mọi người đều đồng ý rằng 90 F (32.2 C) là quá ấm để có thể thoải mái.

Bề mặt nóng là lý do tại sao các tòa nhà nhỏ hơn, chẳng hạn như nhà di động, nhà nhỏ, vận chuyển container và nhà để xe biến thành căn hộ, thường cảm thấy không thoải mái bất kể cài đặt bộ điều chỉnh nhiệt. Các cấu trúc nhỏ hơn khiến người ở tiếp xúc với ba, bốn hoặc thậm chí sáu bề mặt với bề ngoài tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và không khí nóng bên ngoài. Bề mặt ấm hơn, khó chịu hơn.

Bề mặt mát hơn, thoải mái hơn

Nếu bạn sống trong một tòa nhà có hệ thống cách nhiệt kém và không ngại sử dụng nhiều điện hơn, bạn có thể đặt bộ điều chỉnh nhiệt độ ở mức thấp hơn. Nhưng nếu nhiệt độ bức xạ trung bình cao, nhiệt độ không khí giảm 2 F (1.1 C) sẽ có cảm giác như chỉ giảm 1 F (0.6 C) - và những bề mặt nóng đó vẫn khiến bạn cảm thấy khó chịu.

Thêm vật liệu cách nhiệt cho mái nhà của bạn và thay thế các cửa sổ một khung bằng các cửa sổ hai khung bằng kính có độ phát xạ thấp (low-E) có thể giúp giảm nhiệt độ bức xạ trung bình và hóa đơn năng lượng của bạn. Chúng là những cải tiến đắt tiền, nhưng liên bang mới các khoản thuế tín dụng và giảm giá sắp tới, do từng bang quản lý, có thể hữu ích.

Cây xanh, mái hiên và bóng râm bên ngoài cũng có thể làm giảm nhiệt độ bức xạ trung bình bằng cách chặn ánh nắng trực tiếp. Tuy nhiên, thủy tinh là một chất cách điện tệ hại, vì vậy ở những vùng có khí hậu rất nóng, cửa sổ một lớp được che chắn hoàn toàn khỏi ánh nắng mặt trời vẫn có thể trở nên ấm áp khó chịu.

Thêm một tấm rèm bên trong - và đóng nó lại - có thể giúp giảm nhiệt độ bức xạ trung bình vì tấm rèm sẽ gần với nhiệt độ không khí hơn so với kính.

Còn những người thuê nhà trong các tòa nhà cũ thì sao?

Những người thuê nhà trong các tòa nhà cũ, cách nhiệt kém thường ít có khả năng chi trả các hóa đơn năng lượng lớn và chủ nhà có thể không có khả năng hoặc không muốn thực hiện những cải tiến tốn kém. Làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn, hệ thống điều hòa không khí cũ sử dụng năng lượng nhiều gấp hai đến ba lần như các thiết bị mới hơn để cung cấp cùng một lượng làm mát.

Vì việc tạo ra nhiệt độ hoạt động thoải mái đòi hỏi phải đặt bộ điều nhiệt ở mức thấp hơn nên hệ thống HVAC trong tòa nhà kém cách nhiệt phải hoạt động lâu hơn và vất vả hơn, sử dụng nhiều năng lượng hơn và tăng thêm chi phí. Và cái giá phải trả cho sự khó chịu không chỉ là tài chính: Những tòa nhà nóng cũng có tác động xấu tới sức khỏe và năng suất.

Hàng triệu người Mỹ hiện đang sống ở những nơi làm mát là điều duy nhất ngăn chặn một sự kiện thương vong hàng loạt. Ở Phượng Hoàng, mã thành phố yêu cầu các đơn vị cho thuê được làm mát bằng điều hòa không khí để duy trì nhiệt độ không quá 82 F (27.8 C), đo ở độ cao 3 feet so với sàn ở giữa phòng. Thật không may, mã này không xác định rõ 82 F là nhiệt độ hoạt động hay nhiệt độ không khí.

Một từ đó tạo nên một thế giới khác biệt.

Trong một tòa nhà cũ hơn, kém cách nhiệt tương tự như nhà tôi - hoặc, trong trường hợp xấu nhất có thể xảy ra, một căn hộ phía Tây Nam đầy nắng của tầng trên cùng của một tòa nhà cao tầng bê tông không cách nhiệt - nhiệt độ không khí dường như an toàn là 82 F có thể dễ dàng che giấu nhiệt độ hoạt động nguy hiểm từ 96 F (35.6 C) trở lên.

Chìa khóa để thiết kế tốt hơn

Là một giáo sư của khoa học kiến ​​trúc và xây dựng, Tôi tin rằng các quy tắc xây dựng và quy định cho thuê của Byzantine ngày nay có thể được cải thiện đáng kể để mang lại sự thoải mái bằng cách điều chỉnh nhiệt độ bức xạ trung bình hơn là nhiệt độ không khí. Các phần mã lớn có thể được loại bỏ bằng cách yêu cầu các bề mặt bên trong dễ đo lường bằng một thiết bị rẻ tiền. nhiệt kế hồng ngoại, được giữ trong phạm vi thoải mái trên 60 F (15.6 C) và dưới 85 F (29.4 C).

Để có những tòa nhà tiện nghi hơn, các kiến ​​trúc sư và kỹ sư có thể áp dụng nguyên tắc đơn giản, được thiết lập, chẳng hạn như thông gió tự nhiên, che nắng, cách nhiệt và cửa sổ phù hợp với khí hậu. Giữ nhiệt ngay từ đầu có nghĩa là chúng ta không phải tốn quá nhiều năng lượng để làm mát. Nghiên cứu cho thấy những biện pháp này cũng có thể giúp chúng ta an toàn hơn bằng cách giữ cho tòa nhà mát lâu hơn trong mùa hè mất điện.

Kết quả đáng mừng: những ngôi nhà và tòa nhà khác không chỉ tiện nghi mà còn an toàn hơn và có giá cả phải chăng hơn để vận hành.

Giới thiệu về Tác giả

Jonathan Bean, Phó Giáo sư Kiến trúc, Môi trường Xây dựng Bền vững và Tiếp thị, Đại học Arizona

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.