熱質量

在建築設計中，熱質量（thermal mass）是指建築材料的一種性質，即材料在改變溫度時需要吸收或釋放一定的熱量。

對於「熱質量」具體對應哪一種物理性質，不同學者之間並沒有完全一致的看法。大多數作者將其視為熱容量（heat capacity）的同義詞，也就是物體儲存熱能的能力。它通常用符號 Cₜₕ表示，其國際單位為 J/K 或 J/°C（兩者等價）。

原因如下：

克里斯托夫·莱因哈特（麻省理工學院）認為，熱質量等於材料的體積乘以體積熱容。^[1]

同樣來自麻省理工學院的兰达·加塔斯，弗朗茨·萨夫·阿拉姆和艾莉森·莱德维斯則指出：「熱質量取決於材料的比熱容、密度、厚度以及導熱性之間的關係」，但他們沒有給出具體單位，而是僅將材料描述為「高」或「低」熱質量。^[2]

克里斯·里尔顿則將熱質量直接等同於體積熱容。^[3]

由於對「熱質量」究竟對應哪一種物理性質缺乏一致的定義，一些學者因此將其在建築設計中的使用視為偽科學。^[4][5][6]

熱能與熱質量之間的關係可表示為：

${\displaystyle Q=C_{\mathrm {th} }\Delta T\,}$

其中：

• Q：傳遞的熱能
• Cth：物體的熱質量
• ΔT：溫度變化^[7]

例如，如果向一個熱質量為 38.46 J/°C 的銅齒輪加入 250 J 的熱能，其溫度將上升 6.50 °C。如果物體由均質材料構成，且其物理性質已知，那麼熱質量可以簡單表示為：材料的質量 × 比熱容。而對於由多種材料構成的物體，則可以將各組成部分的熱容量相加來計算，或在某些情況下，直接對整體進行測量來獲得熱質量。

作為一種廣延性質，熱容量是物體本身所具有的特性；與之對應的強度性質是比熱容，它是以物質的量（例如質量或物質的量/摩爾數）來表示的，需要與這些量相乘，才能得到整個物體的熱容量。因此，熱容量可以等價地表示為：物體的質量與材料的比熱容的乘積，或者為物體中所含分子的摩爾數與摩爾比熱容的乘積。關於為什麼純物質儲存熱能的能力會有所不同，請參見影響比熱容的相關因素。

對於成分均勻的物體，熱容量 Cth 可以近似表示為：

${\displaystyle C_{\mathrm {th} }=mc_{\mathrm {p} }}$

其中，m是物體的質量，而 Cp是該材料在所考慮溫度範圍內的定壓比熱容（取平均值）。

對於由多種不同材料組成的物體，其各個組成部分的熱容量可以直接相加。

克里斯托夫·萊因哈德對熱容量的影響作了如下描述：^[8]

• 如果室外的日較差經常在某個理想（平衡）溫度附近波動，增加熱質量可以在一定時間內延長室內舒適的時數。
• 當空間只是間歇性使用時，熱質量反而可能成為一種負擔，因為它會讓空間更難快速達到舒適溫度。

在建築工程領域，通常不會專門計算熱容量。在美國和加拿大，國家建築規範以及大多數州和地方司法管轄區都要求，加熱與製冷設備的容量大小必須符合美國空調承包商協會（ACCA）的 Manual J 標準（負荷計算手冊）^[9]。Manual J 的計算過程採用了建築尺寸、構造、隔熱性能、氣密性、建築特徵及人員負載等詳細測量數據，但並未將熱容量的影響納入考量。在 Manual J 的流程中，實際上已經預設了一定的熱容量：根據該標準配置的設備，其規格足以在冬季氣溫處於最冷的 1%以及夏季氣溫處於最熱的1%的極端情況下仍能維持室內舒適度。該流程假定建築物具備足夠的熱容量，以便在氣溫短暫超出這些極端範圍時，仍能維持室內的舒適感。

1. ^ 4.401/4.464 Environmental Technologies in Buildings (PDF). [2026-03-26]. （原始内容存档 (PDF)于2025-07-13）. 
2. ^ Mapping Thermal Mass Benefit (PDF). [2026-03-26]. （原始内容存档 (PDF)于2024-05-27）. 
3. ^ Thermal mass | YourHome. [2026-03-26]. （原始内容存档于2026-03-30）. 
4. ^ Thermal Mass and the Warming Climate. GreenBuildingAdvisor. 2022-07-21 [2024-12-05]. （原始内容存档于2025-09-06） （美国英语）. 
5. ^ Sizing HVAC System for ICF House. GreenBuildingAdvisor. 2022-07-17 [2024-12-05]. （原始内容存档于2025-08-08） （美国英语）. 
6. ^ Concrete, Thermal Mass, and Stable Ground Temps. GreenBuildingAdvisor. 2024-11-25 [2024-12-05]. （原始内容存档于2025-09-06） （美国英语）. 
7. ^ Reinhart, Christoph. 4.401/4.464 Environmental Technologies in Buildings (PDF). MIT Opencourseware. [2026-03-27]. （原始内容存档 (PDF)于2025-07-13） （英语）. 
8. ^ Reinhard, Christoph. 4.401/4.464 Environmental Technologies in Buildings (PDF). MIT.edu. July 12, 2021 [December 10, 2024]. （原始内容存档 (PDF)于2025-07-13）. 
9. ^ Manual J Residential Load Calculation. ACCA Technical Manuals. Air Conditioning Contractors of America. [2024-12-10]. （原始内容存档于2024-09-07） （英语）.