Energię słoneczną możemy pozyskiwać w sposób bierny, czyli bez żadnych kosztownych instalacji i urządzeń mechanicznych. Lecz dzięki powszechnie znanym zjawiskom fizycznym (promieniowaniu, przewodzeniu i konwekcji), rozwiązaniom konstrukcyjnych, odpowiedniemu ukształtowaniu bryły domu i jego wnętrza oraz kilku prostym zasadom możemy bardzo sprawnie pozyskiwać biernie energię słoneczną. Takie rozwiązania nie wpływają znacząco na koszty budowy, a ich użytkowanie nie wymaga dodatkowych nakładów energii.
Promienie słoneczne padają na wszystkie powierzchnie budynku, zarówno na ściany, jak i okna oraz dach. Padając na ściany mocno ogrzewają ich zewnętrzną powierzchnię tzn. warstwę tynku lub ścianę elewacyjną. Jednak to ciepło nie wnika w głąb ściany i nie ogrzewa pomieszczeń tylko otoczenie zewnętrzne. Spowodowane jest to obecnością termoizolacji, która skutecznie zapobiega ucieczce ciepła z wnętrza domu, ale hamuje także jego przepływ w drugą stronę. Jednocześnie w naszym klimacie nie możemy pozwolić sobie na brak izolacji termicznej, bo nawet na doskonale nasłonecznionej ścianie południowej straty ciepła wywołane brakiem ocieplenia będą znacznie wyższe niż potencjalne zyski. Na dodatek jasny tynk odbija znaczną część promieni słonecznych. Niestety, na razie nie ma powszechnie dostępnych materiałów, które przepuszczałyby ciepło tylko w jedną stronę.
A gdyby tak zastosować przezroczystą termoizolacje? Promienie słoneczne mogłyby bez przeszkód docierać do warstwy nośnej ściany, skutecznie ją nagrzewając. Nie chodzi tu o jakiś rodzaj przezroczystego styropianu. Bezpośrednio na ścianie umieszcza się pakiety szyb zespolonych wypełnione gazami szlachetnymi lub panelami tzw. izolacji transparentnej (TWD – Transparente Wärmedämmung).
Izolacja transparentna zbudowana jest z drobnych kanalików o przekroju okrągłym, prostokątnym lub sześciokątnym. Wytwarzane są z poliwęglanu, polimetakrylanu (pleksiglas), szkła lub aerożelu krzemiankowego i wypełnione powietrzem lub gazami szlachetnymi. Kanaliki te są prostopadłe do powierzchni ściany i pokryte z obu stron szybami lub tylko od zewnątrz przezroczystym tynkiem szklanym. Tworzą jedną całość i są montowane do profili aluminiowych lub przyklejane bezpośrednio do ściany, które trzeba pomalować na ciemny kolor, aby maksymalnie wykorzystać właściwości takiej izolacji (czarny kolor najlepiej pochłania promieniowanie). Promienie słoneczne padają bezpośrednio na ścianę, a szkło zapobiega odbijaniu promieni na zewnątrz i nadmiernej ucieczce ciepła. Czymś takim nie możemy pokryć wszystkich elewacji domu, gdyż ma znacznie gorszy współczynnik przewodzenia ciepła λ niż popularny i o wiele tańszy styropian czy wełna mineralna. Dla paneli izolacji transparentnej współczynnik przenikania ciepła, który w zależności od grubości płyty wynosi U=0,7-1,2 [W/m2K]. Montujemy ją tylko na dobrze nasłonecznionych fragmentach elewacji. Zbyt duża powierzchnia takiej izolacji spowoduje wzrost strat cieplnych budynku. Taki układ nazywa się biernym bezpośrednim systemem solarnym.
Charakteryzuje się stosunkowo niewielką sprawnością. Wywołane to jest dużymi stratami energii przez warstwę izolacji o niezbyt korzystnym współczynniku przewodzenia ciepła λ. Do wnętrza dociera mniej energii, gdyż ściana jest ma nierównomierną temperaturę: gdy jest oświetlona promieniami jest znacznie cieplejsza od strony zewnętrznej niż od wewnątrz (co dodatkowo zwiększa straty ciepła). Temperatura na zewnętrznej powierzchni może sięgać ok. 70ºC podczas gdy wewnątrz wynosi tylko ok. 25ºC. W przypadku dłuższego braku słońca warstwa zewnętrzna może się bardzo wychłodzić. Takie wahania temperatury nie są zbyt korzystne dla ściany. Koszt izolacji transparentnej to ok. 800-1000 zł/m2. W ścianach trójwarstwowych warstwa osłonowa nagrzewa powietrze w przestrzeni wentylowanej. Podejmuje się również próby wykorzystania tego ciepła do ogrzewania pomieszczeń. Ale to rozwiązanie wymaga już wspomagania przepływu powietrza przez wentylatory oraz wymienników ciepła, ponieważ nie można doprowadzić tego powietrza bezpośrednio do wnętrza domu, przede wszystkim ze względu na znaczną wilgotność i zawartość włókien wełny mineralnej. Nie można tego rozwiązania zaliczyć do biernych systemów, lecz do półaktywnych. Inne systemy semiaktywne opierają się na rozprowadzaniu ciepłego powietrza kanałami, w których ruch wymuszają wentylatory (podobnie jak w kominkowych systemach dystrybucji gorącego powietrza).
Znacznie efektywniejsze jest skierowanie najbardziej nagrzanej powierzchni ściany w stronę ogrzewanego pomieszczenia. Taka ściana musi znajdować się wewnątrz pomieszczenia. Ograniczymy w ten sposób straty energii. Ściany zewnętrzne będą miały wtedy tradycyjną konstrukcję spełniającą warunki termoizolacji, a ściana ogrzewana solarnie będzie mniej narażona na wahania temperatury i odda całą zgromadzoną energię do wnętrza domu. Na takiej zasadzie działa pośredni bierny system solarny. Promienie słoneczne wpadają do wnętrza przez okna nagrzewają nam wszystkie powierzchnie, na które padają. Teraz musimy zmagazynować tą energię, aby odczuwać ciepło także w czasie, gdy słońce nie świeci. Korzystna jest wtedy duża bezwładność cieplna całego budynku i powierzchni gromadzącej ciepło słoneczne. Podłoga na którą padają promienie nawet gdy jest wykonana z kamienia lub ceramiki ma ograniczone możliwości akumulowania ciepła. Ma niewielką grubość 2-3 cm plus 5 cm jastrychu, pod którym znajduje się już termoizolacja. Podłogi drewniane w ogóle nie nadają się do zastosowania jako akumulator ciepła. Mają dobrą izolacyjność termiczną, małą pojemność cieplną, a pod wpływem wysokiej temperatury i promieniowania UV szybko ulegają zniszczeniu. Zdecydowanie najlepsze właściwości akumulacyjne mają ściany, które mają grubość ok. 20-45cm grubość i wykonane są z ciężkich, masywnych materiałów takich jak cegła pełna, bloczki silikatowe lub beton. Beton komórkowy lub pustaki mają małą pojemność cieplną. Jeśli odpowiednio zaprojektujemy konstrukcję domu takie ściany mogą być równocześnie ścianami nośnymi. W ten sposób nie ponosimy dodatkowych kosztów. Elementem doskonale nadającym się do akumulacji ciepła jest również obudowa kominka wykonana z kamienia, cegły klinkierowej lub szamotowej. Ciemne kolory pozwolą zwiększyć możliwości pochłaniania promieniowania. Pozostałe ściany w pomieszczeniu powinny mieć jasne kolory, aby odbijać promienie słoneczne w stronę ściany akumulacyjnej. Aby promieniowanie docierało do tej powierzchni, pomieszczenia niestety nie mogą być zbyt głębokie. Ich głębokość nie może przekraczać 2,5 krotnej wysokości. Istotną wadą pośredniego systemu jest nadmierne doświetlenie pomieszczeń, które może wywoływać nieprzyjemne olśnienie. Są jednak proste sposoby na zapobieganie temu zjawisku.
0 komentarze:
Prześlij komentarz