Podstawowym zatem warunkiem efektywnego wykorzystania energii solarnej jest odpowiednie usytuowanie domu względem stron świata. Najdłuższa ściana powinna być skierowana na południe (z odchyleniem max 20º) oraz mocno nasłoneczniona tzn. nie powinna być zasłaniana przez inne budynki. Ze względu na nasłonecznienie i minimalne straty cieplne powinien być to budynek piętrowy ewentualnie parterowy z użytkowym poddaszem. Dom parterowy z nieużytkowym poddaszem ma zbyt duże jednostkowe straty ciepła przez dach o znacznej powierzchni, a przez który ucieka najwięcej ciepła. Poza tym może sprawić kłopoty z prawidłowym doświetleniem wszystkich pomieszczeń. Dom dwukondygnacyjny w porównaniu z domem parterowym o zbliżonej wielkości pozwoli nam oszczędzić nawet 14-16% energii. Ciepło z pomieszczeń na dole nie będzie od razu uciekać przez dach, ale ogrzeje też pomieszczenia na wyższej kondygnacji. Energooszczędny dom powinien mieć nieskomplikowany rzut zbliżony do prostokąta. Zapewni to najmniejszą powierzchnię wymiany ciepła i minimalną ilość narożników, przez które ucieka więcej ciepła niż przez pozostałą część ściany. W ten sposób zyskamy ok. 3-4% energii w porównaniu z domem o bardziej skomplikowanym rzucie. Elewacja południowa powinna mieć jak największą powierzchnię a północna najmniejszą. Osiąga się to projektując domy o przekroju trapezowym, tworząc tzw. dom helioaktywny, w którym energię czerpie się tylko ze Słońca w sposób zarówno bierny jak i aktywny.
Znaczny wpływ na energooszczędność budynku mają też rozwiązania przestrzeni wewnętrznej. W pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu nie musi panować taka sama temperatura. Np. w łazience musi być cieplej niż w salonie, a z kolei garaż nie musi być w ogóle ogrzewany. W budynku należy wydzielić strefy temperaturowe, czyli miejsca, w których panuje taka sama temperatura (tzw. strefowanie). Ograniczamy w ten sposób przepływ ciepła przez przegrody wewnętrzne. Pomieszczenia o podobnej funkcji i temperaturze powinny być umieszczone obok siebie (grupowanie). Bardzo ważna jest odpowiednia orientacja pomieszczeń względem stron świata tak, aby w czasie korzystania z nich słońce pomagało utrzymać komfort (nie tylko cieplny). Od strony północnej powinny się znaleźć pomieszczenia, w których nie jest konieczne dobre oświetlenie naturalne (garaż, schowki, pomieszczenia pomocnicze, skład opału, spiżarnie, itp.) ograniczymy w ten sposób powierzchnie okien od północy. W tych pomieszczeniach może panować niższa temperatura lub mogą być w ogóle nieogrzewane. Utworzą one tzw. strefę buforową, oddzielającą część ogrzewaną od otoczenia zewnętrznego. Podobną funkcję może spełniać oranżeria lub ogród zimowy od strony południowej, ogranicza straty ciepła z wnętrza domu i zapewnia zyski energii słonecznej. Pomieszczenia mieszkalne takie jak salon, jadalnia i sypialnie powinny mieć okna wychodzące na południe ew. na południowy-wschód lub południowy-zachód. Bo właśnie z tych kierunków dociera najwięcej promieni słonecznych. Wpływa to korzystnie nie tylko na oszczędność energii, ale także na dobre doświetlenie tych pomieszczeń, w których najczęściej przebywamy. Zdecydowanie poprawia to komfort mieszkania. Ale kuchnia i pralnia / suszarnia nie powinny mieć okien od południa, ponieważ występują w tych pomieszczeniach duże zyski ciepła od urządzeń domowych. Dodatkowa energia pochodząca ze Słońca spowodowałaby przegrzanie tych pomieszczeń.
Wygląda to wszystko bardzo ładnie. Zimą pozyskujemy każdą nawet najmniejszą ilość promieniowania słonecznego, ale latem mamy szklarnię – dom jest mocno przegrzany i nadmiernie doświetlony. Poza tym w miesiącach letnich na Ziemię dociera znacznie więcej promieniowania słonecznego niż w zimie. Dosyć łatwo ochronić się przed takim zjawiskiem. Wystarczy latem zasłaniać okna! Najskuteczniejsze są tu rolety i żaluzje zewnętrzne oraz tradycyjne okiennice, które w 100% zatrzymują promienie słoneczne, nie powodują nagrzewania się szyby, a dodatkowo poprawiają izolacyjność samych okien.
Zasłony, rolety i żaluzje montowane wewnątrz są mniej skuteczne-szyba mocno się nagrzewa od słońca. Jednak tutaj znów z pomocą przychodzi nam natura. Po pierwsze roślinność: odpowiednio posadzona sama reguluje nam dopływ światła. Drzewa liściaste, gdy kwitną zatrzymują ok. 90% światła, zimą poniżej 50%. Rośliny zimozielone posadzone blisko domu od północy hamują siłę wiatru i tworzą strefę o małej ruchliwości powietrza, co zmniejsza straty ciepła. Po drugie wykorzystujemy właściwości odchylenia osi obrotu Ziemi. Latem w południe słońce świeci (na naszej szerokości geogr.) pod kątem ok. 60º, a zimą ok. 15º. Projektując odpowiednio nad oknami południowymi różnego rodzaju ryzality, okapy, gzymsy, podcienie a nawet balkony i loggie uzyskamy zacienieni pomieszczeń latem i ich nasłonecznienie zimą. Podobne funkcje spełniają też różnego rodzaju markizy oraz pokryte winoroślą trejaże i pergole. Ograniczmy w ten sposób efekt olśnienia.
W celu poprawy komfortu i efektywności systemu warto zainstalować elektryczne sterowanie do rolet, żaluzji i markiz. Dzięki czujnikom nasłonecznienia, temperatury wewnętrznej i zewnętrznej oraz wiatru będzie możliwa automatyczna regulacja dopływu światła w zależności od warunków zewnętrznych. W nocy będą zasłonięte, aby minimalizować straty ciepła. W czasie silnych wiatrów uchronią okna przed zniszczeniem.
Trudno dokładnie określić jakie oszczędności może nam przynieść bierne wykorzystanie energii słonecznej. Zależą one nie tylko od rozwiązań konstrukcyjnych, kształtu budynku czy rozmieszczenia okien. Ale także od ilości promieniowania słonecznego, które dociera do budynku. Wpływa na to m.in.:
- Strefa klimatyczna w której znajduje się budynek. Roczna suma energii całkowitego promieniowania słonecznego w zależności od rejonu kraju wynosi 950-1250 [kWh/m2]. Tym czasem w rejonach równikowych ta suma wynosi ok. 2560 [kWh/m2].
- Kąt padania promieni słonecznych, który bezpośrednio wpływa na moc promieniowania słonecznego
- Usłonecznienie, czyli ilości godzin słonecznych w ciągu roku. W Polsce waha się od 1234 do 1671 [h/rok]
- Zachmurzenie i zanieczyszczenie powietrza, które powoduje rozproszenie promieni i zmniejszenie ilości promieniowania bezpośredniego na rzecz promieniowania rozproszonego (powstaje przez załamanie, odbicie i pochłanianie promieni bezpośrednich w atmosferze)
- Ekspozycja działki na działanie słońca, a także jej zacienianie przez sąsiednie budynki i roślinność.
Mimo niewątpliwych zalet słonecznego ogrzewania, ma ono jedną podstawową wadę. W czasie zimy, gdy jest najbardziej potrzebne, dociera bardzo mało promieniowania słonecznego. Natomiast latem jest go często w nadmiarze. W grudni możemy wykorzystać tylko 10% energii, której dysponujemy w czerwcu. Ale już w okresach przejściowych pozwala nam na spore oszczędności energii.
Dom energooszczędny to mieszanka w różnych proporcjach domu superizolowanego i helioaktywnego, zaopatrzonego w szereg nowych urządzeń służących oszczędności energii, a także w rozwiązania ekologiczne pozwalające pozyskiwać energię pierwotną ze środowiska. Każdy z osobna pomysł oszczędności energii nie przynosi wielkich korzyści, ale zastosowane razem pozwalają znacznie obniżyć zapotrzebowanie domu na energię. Z naszego punktu widzenia najciekawsze okazuje się bierne pozyskiwanie energii słonecznej. Szczególnie system pośredni, który nie wymaga prawie żadnych dodatkowych nakładów inwestycyjnych a przynosi spore zyski. W zasadzie wzrasta jedynie koszt okien, które muszą mieć większą powierzchnie i lepsze parametry termiczne. Taki sposób pozyskiwania energii musi być uwzględniony na samym początku inwestycji, odpowiednio przemyślany i zaprojektowany. Jest to zadanie zarówno dla architekta jak i konstruktora. Dosyć łatwo spełnić przynajmniej część tych wymagań w domu jednorodzinnym. Jednak w budynkach wielorodzinnych i biurowych są trudne do zrealizowania. Lepiej się w nich sprawdzą aktywne systemy oszczędzania energii. W takich dużych budynkach koszt instalacji nie będzie już tak znaczący.
Bibliografia:
P. Laskowski „Czy warto budować dom energooszczędny” Murator 9/04
P. Laskowski „Słoneczne domy” Murator 3/04
Fachverband Transparente Wärmedämmung e.V, www.fvtwd.de
Passivhaus Institut www.passivhaus-institut.de
IG Passivhaus www.ig-passivhaus.de
