Fisika mengungkapkan hubungan plafon yang optimal untuk efisiensi energi

Saat melayani sebagai profesor tamu di Benevento, di luar Naples, Italia, Adrian Bejan memperhatikan sesuatu tentang arsitektur lokal: semua atap terlihat sama. Dengan apa yang tampak seperti puncak terlalu jauh dalam struktur yang lebih kecil dan lebih tua yang dikelompokkan, mungkin itu hanya gaya waktu.

Atau mungkin mantan pembangun Romawi berada dalam sesuatu. Seorang ahli dalam termodinamika dan pergerakan serta aliran panas, Bejan, profesor rekayasa mesin Jones di Duke, adalah orang yang sempurna untuk menghentikan jawaban.

Duduk dengan pensil dan kertas, Bejan melewati persamaan dan perhitungan yang mengatur aliran panas dan transfer dengan dua cara yang sama: atap panjang dengan penampang segitiga dan kerucut melingkar.

Hasilnya, yang diperoleh bekerja sama dengan Pechaman Mardanpour, Asisten Profesor Teknik Mekanik dan Material di Florida International University, ADALAH diterbitkan di dalam Komunikasi Panas Internasional dan Transfer Massal. Mereka menunjukkan bahwa sebenarnya ada bentuk atap yang memaksimalkan retensi panas: generasi arsitek Italia sebelumnya tahu apa yang mereka lakukan.

“Kantong udara adalah isolator yang baik, dan penthouse pada dasarnya adalah kantong udara secara berbeda,” kata Bejan. “Ketika Konservasi Energi Ini adalah kata mode yang populer hari ini, dalam beberapa tahun terakhir ini adalah masalah bertahan hidup. “

Rincian bagaimana garis atap dalam jongkok atau tinggi menentukan bagaimana udara akan bertindak di dalamnya. Diberi satu puncak dalam kerucut bingkai A atau melingkar, jika puncaknya tinggi kurang dari tiga kaki, udara akan mengalir dengan lembut dan merata melaluinya, seperti air, naik di sepanjang sisi wastafel. Tetapi jika paruhnya berukuran lebih dari tiga kaki, udara akan jatuh secara caotik seperti asap yang bergetar liar di angin.

Berdasarkan fisika aliran udara ini dan Perpindahan panasJika puncak atap lebih pendek dari sekitar tiga kaki, itu harus sekitar tiga atau empat kali lebih lebar dari tinggi untuk meminimalkan kehilangan panas. Dan jika puncak atap lebih tinggi dari tiga kaki, itu harus menjadi segitiga seimbang dengan rasio tinggi terhadap lebar.

Mungkin, seperti yang diharapkan, ini adalah proporsi yang kira -kira sama yang dapat ditemukan di rumah -rumah yang lebih tua dan lebih sederhana di seluruh dunia. Dan mereka cukup dekat dengan garis atap yang dilihat Bejan hari itu di Italia selatan.

“Jenis informasi ini tidak sulit untuk dirasionalisasi, tetapi mudah untuk diabaikan meskipun ada contoh di mana -mana,” kata Bejan. “Penting bagi siswa kami, dan guru mereka, membuka imajinasi mereka dan bertanya mengapa semuanya seperti mereka.”

Sementara Bejan meragukan bahwa arsitek dari hari -hari terakhir menerapkan termodinamika pada desain atap mereka, tidak percaya bahwa bentuk mereka tidak disengaja. Tidak sulit untuk membayangkan, katanya, menemukan bahwa rumah tetangga lebih hangat daripada yang lain dan salinan desainnya berulang kali selama bertahun -tahun.

Ini adalah pelajaran, katanya, bahwa arsitek modern juga dapat dipertimbangkan.

“Rumah dan bangunan saat ini dirancang untuk menjadi energi yang paling efisien,” kata Bejan. “Tapi saya tahu, tidak ada yang mempertimbangkan bentuk fisik bangunan, atau” benda “sebagai kendaraan atau hewan, sebagai variabel yang dapat membantu efisiensi itu, dan mungkin kita harus melakukannya.”