pasiv - activ în utilizarea energiei solare

Pasiv - activ în utilizarea energiei solare


Arhitectura în care sunt utilizate principii sau sisteme care au la bază aport energetic solar se poate numi arhitectură solară. Având în vedere că soarele încălzeşte fără discriminare fie că facem fie că nu facem ceva, acest aport energetic solar se poate numi “energie solară pasivă”. Intervenţia cu elemente de captare şi transformare a radiaţiei solare în energie, se consideră “activă”.

Domeniul „solar” face trimiteri atât la sistemele de producere a energiei electrice (prin diferitele tipuri de fotovoltaice, din ce în ce mai variate, având în vedere nevoia de varietate arhitecturală dublată de eforturile tehnologice şi de creştere a performanţelor efective) cât şi la cele de producere a apei calde menajere (panouri solare).


Costurile pe care le implică aplicaţiile care utilizează energie solară pasivă sunt foarte mici sau nule, dacă sistemele sunt proiectate împreună cu clădirea. Instalaţiile pot însă fi destul de costisitoare


Arhitectura solară pasivă este arhitectura în care aportul solar nu conduce la obţinerea efectivă de energie (electrică, termică) ci la creşterea confortului termic prin creşterea, utilizând diferite sisteme, a temperaturii interioare.


1.Aport solar direct: energia pasivă este preluată prin uşile şi ferestrele peretelui expus către sud. Pentru asigurarea masei termice este nevoie de o alcătuire compact, capabilă să acumuleze, să stocheze căldura.


Orientarea clădirii şi aşezarea ei pe teren au în vedere însorirea de iarnă, atunci când faţada cea mai expusă soarelui este faţada sudică. Cantitatea maximă de lumină solară cade pe această faţadă, şi, datorită înălţimii soarelui, mică iarna, practic deloc pe cea nordică. Dacă urmează a se amplasa clădirea pe un teren unde există deja vecinătăţi, trebuie ca noua clădire să fie aşezată / orientată astfel încât să primească cea mai mare cantitate de lumină solară între orele 9 şi 15 în cursul lunilor de iarnă. Se recomandă ca amplasarea clădirii faţă de proprietate să fie cât mai aproape de limita nordică a proprietăţii atât pentru a permite crearea de spaţii cât mai deschise către soarele de iarnă, spre sud, cât şi pentru a permite dezvoltarea altor proprietăţi către sud şi a nu bloca accesul acestora spre sud.


Conform Passive Solar Heating and Cooling, Arizona Solar Center se poate considera că orientarea clădirii pe o axă est – vest a este eficientă atât pentru încălzire iarna cât şi pentru răcire, vara. Iarna, pentru că ferestrele orientate sud asigură captarea radiaţiei solare iar vara pentru că expunerea clădirii către est şi vest, deci către radiaţia maximă dimineaţa şi după-amiaza este redusă.


Dacă luăm în considerare o clădire orientată pe direcţia est – vest, este evident că peretele nordic nu va primi lumină solară iarna, ceea ce va determina o importantă pierdere de căldură, deoarece căldura migrează către zonele mai reci. Umbra clădirii către nord face ca spaţiile exterioare influenţate de această umbră să fie inutilizabile în perioada de iarnă.

Spaţiul interior trebuie conceput astfel încât încăperile cu cerinţe importante de încălzire şi luminare să fie amplasate pe peretele sudic


Se recomandă ca pantele clădirii respective să aibă orientare nord – sud şi să coboare către nord, ca în figura alăturată. Această volumetrie va permite ca faţada nordică să aibă înălţime minimă şi deci suprafaţă minimă de pierderi termice. De asemenea, volumul construit având înălţime minimă către nord, va permite ca razele soarelui să lumineze şi să încălzească o mai mare parte a spaţiilor exterioare dinspre nord. Dacă există un deal sau un taluz care să micşoreze şi mai mult zona umbrită către nord e şi mai bine.


Raportul plin-gol. Goluri în elementele anvelopei Uşile de acces sunt de asemenea responsabile pentru o

bună parte din pierderile de căldură, mai ales în cazul clădirilor mici. Pierderi de căldură au loc prin deschiderea / închiderea tâmplăriilor (uşi sau ferestre). Pierderi importante de căldură se înregistrează prin neetanşeităţile dintre perete şi fereastră (sau uşă). Vara prin aceleaşi mijloace - neetanşeităţi ale tâmplăriei sau între tâmplărie şi perete; acţionarea tâmplăriei – se infiltrează căldură în interiorul casei.


2. Aport solar indirect 2.1 Spaţiul tampon vitrat creşte

aportul termic ce poate fi preluat de clădirea propriu-zisă (de altfel tradiţional în arhitectura românească a secolelor trecute şi chiar a ultimelor decenii).


2. Aport solar indirect 2.2 Perete trombe: acest sistem

presupune un colector de căldură reprezentat de un perete de culoare închisă, care are ataşate la partea superioară şi inferioară dispozitive de asigurare a mişcării aerului (ventilatoare).


2. Aport solar indirect 2.3 Colector de căldură în acoperiş,

realizat în general în scopul de a se asigura necesarul de apă caldă. Banale ferestre de mansardă pot contribui pasiv la realizarea acestui obiectiv.



X.Q. Zhai, , Z.P. Song, R.Z. Wang

2. Aport solar indirect 2.4 Bucle convective: aerul cald

se ridică şi poate fi preluat, cu ajutorul fantelor şi ventiatoarelor şi utilizat în etaj (de pildă)



http://www.solarmirror.com/fom/fom-serve/cache/29.html

Aport solar indirect. Principiul se bazează pe utilizarea elementelor de bază privind

colectarea şi depozitarea căldurii, în combinaţie cu fenomenul de convecţie. Astfel, materialele cu capacitate de acumulare termică sunt plasate între spaţiul interior şi radiaţia solară (deci în interior nu pătrunde soarele). Aceste materiale care constituie masă termică sunt şi de culoare închisă, ca să absoarbă şi mai mult energie calorică.


Preferabilă este amplasarea acestor pereţi (căci materialele puse în operă formează elemente de construcţie) astfel încât orientarea să fie către sud şi, mai mult decât atât, să aibă un vitraj între ei şi soare. În felul acesta, pe de o parte avem aport direct pasiv prin faţada sudică şi pe de altă parte avem aport indirect, deoarece pereţii negri înmagazinează această căldură pe care o cedează ulterior, prin conducţie, elementelor de construcţie adiacente: pardoseli, tavane, alţi pereţi şi prin convecţie încălzind aerul.


În cele mai multe cazuri masa termică din zidărie nu poate absorbi întreaga energie solară care pătrunde prin sticlă (temperatura în acest spaţiu depăşeşte uşor 400C) dacă spaţiul e mic, vitrajul pe sud de dimensiuni mari, geamul subţire şi neprelucrat corespunzător şi aerul stagnant, se produce fenomenul de şoc termic, care sparge geamul.

Mişcarea aerului, de pildă pentru asigurarea unei încălziri a spaţiilor adiacente, va diminua această posibilitate. De aceea, prevederea de fante pentru ventilaţie la partea superioară a peretelui (aerul cald are densitate mai mică decât aerul rece şi urcă) conduce la realizarea a două obiective: pe de o parte încălzeşte şi spaţii adiacente, pe de altă parte evită spargerea geamului.


Prevederea de fante pentru ventilare şi la partea inferioară a peretelui permite intrarea aerului rece, greu, cu densitate mai mare, în acest spaţiu tampon creat între peretele negru şi geam, aer care va „colecta” şi va „circula” căldura către alte încăperi. Prin documentaţiile străine (cel puţin), fenomenul se numeşte „bucla convectivă naturală”. aceste fante de ventilare trebuie să fie reglabile, pentru a eficientiza întregul proces: noaptea mă interesează să reduc (de fapt să întrerup) aportul de aer rece din exterior şi de aceea închid fantele, pentru a nu pierde căldura transmisă spaţiului prin convecţie (schimb termic între un solid – peretele – şi un fluid – aerul) şi radiaţie (schimb termic între solide aflate la distanţă) de perete.


Seră adosată unui perete captor, ventilat. Căldura se acumulează ziua, iar surplusul este preluat de spaţiile adiacente prin fantele de ventilare. Noaptea fantele sunt închise şi căldura cedată de perete este transmisă prin convecţie şi radiaţie în cele două spaţii:sera şi spaţiul locuibil adiacent.

Seră adosată cu perete din blocuri de apă. Apa transmite căldura mai repede şi mai uniform în masa sa. Nu este necesară prevederea de fante de ventilaţie.


Un sistem care asigură atât încălzirea cât şi răcirea este cel în care este prevăzut un “bazin termic”. Apa umple un bazin realizat din mase plastice rezistente la ultraviolete şi cu fundul şi pereţii închişi la culoare. Ansamblul este montat pe acoperiş. În ţări cu climă aspră (cum e la noi), recomandarea ar fi ca bazinul să fie amplasat pe planşeul unui pod… transparent, pentru ca apa să se încălzească urmare a încălzirii podului – tampon. Apa acumulează căldură în cursul zilei, de la soare, pe care o cedează noaptea.


în ţări cu regim de precipitaţii scăzut şi cu climă mai caldă, bazinul de apă constituie un tampon care împiedică supraîncălzirea sau suprarăcirea spaţiilor de la nivelul de sub terasă. În acest caz bazinul este plasat pe învelitoare şi este expus direct radiaţiei solare, ziua, şi închis în cursul nopţii, pentru a nu ceda căldură mediului

Ciclul de încălzire – răcire, prin bazine de apă plasate pe învelitoare


există şi posibilitatea colectării radiaţiei solare într-un colector solar, de la care căldura să fie transferată prin conducte către o zonă de depozitare principală (pentru fluidul aer sau apă).

Buclă de convecţie din aer sau apă.


Dacă agentul termic este aerul, acesta este direcţionat către un recipient care conţine roci mari sau un masiv din piatră sau zidărie. Căldura este absorbită de pietre şi aerul se răceşte. Devine astfel mai greu, cade la baza recipientului. De aici este împins prin ţevi şi tuburi către colector şi ciclul reîncepe: se încălzeşte datorită radiaţiei solare, trece pri masiv etc.


Dacă agentul termic este apa, recipientul este de fapt un bazin. În acest caz mai trebuie să se aibă în vedere ca elementul recipient să fie poziionat deasupra captatorului solar.


În ceea ce priveşte instalaţiile, acestea sunt gândite să funcţioneze alternativ (de pildă să producă apă caldă rapid), sau sunt specializate să producă altceva în schimb (de pildă panourile fotovoltaice produc curent electric; evident sistemul este conceput ca pe de o parte să se poată produce acest curent, pe de altă parte să poată fi utilizat).


O clădire poate fi gândită cu un sistem de încălzire – răcire integrat practic în elementele de construcţie: în ferestre, pereţi, pardoseli, acoperişuri... Toate sunt elemente de colectare a căldurii, de depozitare, de distribuţie. Şi în acelaşi timp, vara asigură sistemul de răcire al casei. Aportul direct al soarelui este cel mai simplu mod de abordare. Radiaţia solară este (cel puţin teoretic) integral transformată în căldură. Pereţii şi pardoselile acumulează energie directă sau re-radiată. Dacă temperatura din încăpere este ridicată, elementele de construcţie vor absorbi căldura şi o vor transmite prin conducţie, în masă, prin convecţie şi radiaţie, în şi prin aer.


Atunci când temperatura exterioară scade iar spaţiile interioare se răcesc (iarna), procesul se inversează, pereţii, planşeele, acoperişul cedând căldura către spaţiul mai rece, interior şi exterior.


Se consideră că pentru aportul pasiv este necesar ca o suprafaţă de circa 1/2 până la 2/3 din suprafaţa totală interioară să fie realizată din materiale care să acumuleze căldură. Materialele pot fi diferite tipuri de zidării (blocuri de beton, cărămidă, piatră) şi chiar apa. Evident, apa închisă în recipienţi de sticlă sau plastic. Spre deosebire de zidărie, apa se încălzeşte mai repede şi mai uniform.

Se poate disipa radiaţia solară pe o suprafaţă de zidărie, pentru a se evita focalizările şi în cele din urmă şocurile termice.


Sisteme de producere a energiei solare Dacă despre panourile solare (sau „termo-solare” cum mai

sunt numite) nu se poate spune că există o mare gamă de posibilităţi de amplasare sau de expresie, ele fiind inevitabil şi invariabil postate pe acoperiş (când discutăm de „integrarea” lor în clădire, evident), panourile fotovoltaice aproape că pot fi denumite „vedeta” tehnologiilor contemporane de producere a energiei având soarele ca sursă primară. Motivăm această caracterizare prin varietatea mare de tipuri de celule (de la monocristaline la amorfe şi organice), de aplicaţii (de la panouri la pelicule) şi de domenii de aplicare, pe întreaga componentă supraterană a anvelopei clădirilor, expuse la intemperii.


amplasarea panourilor trebuie să se facă ţinând cont de factorii care acţionează asupra clădirilor: relief, soare, apă, aer, vânt, vegetaţie.

Umbre purtate pe panouri atenuează simţitor performanţele acestora.

Supraîncălzirea şi existenţa straturilor de aer stagnant de asemenea diminuează cantitatea de energie produsă. Praful care se poate aşeza pe panouri micşorează de asemenea performanţa energetică a panourilor, până la a o anula.


pasiv - activ în utilizarea energiei solare

Documents