Ogrzewanie za pomocą promieniowania słonecznego sprawdza się zimą, ale nie zawsze w okresie letnim, kiedy słońce może nadmiernie ogrzewać budynek. W wielu regionach na świecie ludzie nauczyli się radzić sobie z niepożądanym nasłonecznieniem poprzez zacienianie wystawionej na słońce strony budynku. Odpowiednia osłona może zapewnić właściwą regulację temperatury wnętrza, co pozwala zrezygnować z klimatyzacji latem, a zimą wspomaga ogrzewanie. Aby zaprojektować właściwą osłonę, trzeba wiedzieć ile promieniowania słonecznego dociera do budynku w ciągu dnia w różnych porach roku.

Ochronę przed słońcem można stosować na wiele różnych sposobów, zależnie od lokalizacji, geometrii budynku i pomysłu projektanta. Podstawową zasadą jest umieszczenie osłony tak, by ograniczyć promieniowanie słoneczne latem, a zwiększyć je zimą.

Najczęstsze rozwiązania wymieniono poniżej:

• drzewa liściaste - latem liście dostarczają cienia, a zimą, gałęzie bez liści przepuszczają promieniowanie słoneczne,
• okiennice, które najkorzystniej jest zakładać na zewnątrz, dzięki nim latem światło słoneczne nie przenika do środka, a zimą ograniczone jest promieniowanie cieplne z wnętrza,
• żaluzje - porównaj żaluzje, których nachylenie może być zmieniane w celu regulacji ilości światła (i ciepła): mogą one być poziome lub pionowe (wertykale),
• okap zewnętrzny - zakładany ponad oknem w celu osłony przed bezpośrednimi promieniami słonecznymi kiedy słońce znajduje się wysoko (lato, środek dnia), jednak kiedy słońce jest nisko (zima oraz wczesny ranek i późny wieczór latem), promienie mogą wpadać przez okno do środka pomieszczenia,
• dach - zewnętrzna osłona, która może być rozkładana lub składana, zależnie od stopnia nasłonecznienia w ciągu lata,
• panele słoneczne, płaskie lub cylindryczne, które mogą być wykorzystywane do ocieniania fasady budynku lub tarasu

Na zdjęciach poniżej pokazano przykłady osłon słonecznych.

Ogrzewanie słoneczne

Podstawowe właściwości ciepła mogą być wykorzystane ogrzewania słonecznego zimą. Najprostszą metodą jest absorpcja promieniowania słonecznego przez zewnętrzną ścianę budynku zwróconą na południe, która przewodzi ciepło do ściany wewnętrznej. Ściany nie powinny być zacienione przez drzewa ani sąsiednie budynki, co pozwoli osiągnąć największą skuteczność ogrzewania.

Przenikanie światła przez okna sprawia, że promieniowanie podczerwone nagrzewa powietrze w pomieszczeniu drogą konwekcji. Jeśli zewnętrzna szyba okienna jest pokryta od wewnątrz odpowiednią substancją odbijającą promieniowanie, fale podczerwone są odbijane z powrotem do wnętrza pomieszczenia utrzymując ciepło.

Im wyższa bezwładność cieplna budynku, tym więcej ciepła może być zmagazynowane w ciągu dnia, co zmniejsza potrzebę włączenia ogrzewania w nocy.

Ściany Trombe'a

Trombe to nazwisko francuskiego inżyniera, który w latach 60-tych wprowadził nową konstrukcję ściany budynku. Ściana Trombe'a to czarna lub bardzo ciemna ściana, wykorzystująca efekt cieplarniany za pomocą szyby umieszczonej kilka centymetrów przed nią i tworzącej przestrzeń powietrzną. Zewnętrzna część ściany nagrzewa się od słońca, ogrzewając jednocześnie znajdujące się przed nią powietrze. Otwory u góry i na dole ściany umożliwiają konwekcyjny przepływ ciepła od ogrzanej przestrzeni powietrznej do wnętrza pomieszczenia. O zachodzie słońca otwory te są zamykane, by powietrze nie przemieszczało się w odwrotnym kierunku i nie chłodziło budynku. Jeśli ściany budynku są dobrze zaprojektowane (kolory, otwory wentylacyjne, materiał, grubość), przez pewien czas po zachodzie słońca będzie utrzymywać się w nim ciepło, zapewniając komfort termiczny w budynku.

Zasada działania ściany Trombe'a

Domy ze ścianami Trombe'a w Odeillo we Francji

Okna z wentylacją

Okna z wentylacją łączą właściwości okna i ściany Trombe'a. Jak pokazano na rysunku poniżej, żaluzja umieszczona jest pomiędzy szybami, które wyposażone są w trzy otwory: A, B i C. Dwa z nich są po wewnętrznej, a jeden po zewnętrznej stronie. Listwy żaluzji są pomalowane na czarno po jednej stronie, a na biało po drugiej.

Okno z wentylacją

Przykład okna z wentylacją

Aby działać skutecznie, okna z wentylacją powinny mieć orientację południową. Jeśli czarna powierzchnia listew jest zwrócona do słońca, powietrze między szybami nagrzewa się. Zimą, gdy otwór A jest otwarty, a B zamknięty, gorące powietrze wydostaje się do wnętrza przez otwór A, zaciągając chłodne powietrze z wnętrza pokoju, które wpływa przez otwór C i ogrzewa się.

Latem otwór A jest zamknięty, a gorące powietrze wydostaje się otworem B, zaciągając powietrze z pokoju przez otwór C. Tę naturalną wentylację można wspomóc latem otwierając okna lub balkon po chłodniejszej stronie budynku.

Wietrzenie naturalne

Wentylacja naturalna jest skutecznym sposobem pozbywania się rozgrzanego powietrza z wnętrza budynku dzięki wiatrowi, różnicom temperatury lub efektowi "komina". W niektórych przypadkach gorące i suche powietrze można ochłodzić i nawilżyć za pomocą małej fontanny.

Wykorzystanie naturalnego wietrzenia, czyli umożliwienie w lecie przepływu powietrza od okna północnego do południowego lub od wschodniego do zachodniego, jest istotną cechą konwencjonalnego budownictwa. Ten przepływ powietrza, który może być wspomagany przez wiatrak wentylacyjny, umożliwia chłodzenie budynku poprzez ruch powietrza z jego chłodniejszej do cieplejszej części. Potencjał takiego zastosowania zależy od orientacji obiektu oraz rozmieszczenia i wielkości okien.

Gorące, suche powietrze jest schładzane i nawilżane przez fontanny

Otwarte okna po przeciwległych stronach pokoju wywołają naturalną wentylację. Niektóre budynki jednak są wyposażone w szklane ściany, które nie otwierają się, lub okna, które muszą pozostać zamknięte z powodu hałasu ulicznego i spalin. Rozwiązaniem w tej sytuacji jest zastosowanie opisanych wyżej okien z wentylacją. Mogą być "zamknięte", jednocześnie umożliwiając wietrzenie, ochronę przed słońcem i dobrą widoczność.

Ściany Trombe'a są bardzo skuteczne w budynkach o orientacji południowej i mogą mieć bardzo atrakcyjny wygląd. Najczęściej używa się ich w południowej Europie.

Gromadzenie ciepła

Dla celów gromadzenia dużych ilości ciepła przez dłuższy czas najlepsze są grunt, woda lub powietrze. Jest to możliwe dzięki ich niskiej przewodności cieplnej i dużej masie a zatem dużej bezwładności cieplnej. Ich temperatura jest niższa, niż średnia temperatura otoczenia latem, a wyższa, niż średnia temperatura otoczenia zimą. Sprawdzoną technologią służącą do magazynowania ciepła są pompy ciepła.

Do gromadzenia ciepła przez krótszy czas, na przykład dzień lub noc, można w sposób pasywny wykorzystać masę budynku. Zwykle zewnętrzna część budynku nagrzewa się w ciągu dnia, a ciepło jest przewodzone przez ściany i ogrzewa jego wnętrze. W nocy przepływ ciepła zachodzi w odwrotnym kierunku, zatem ocieplenie ścian zewnętrznych zmniejszy utratę ciepła.

Ilość zgromadzonego ciepła będzie zależeć od materiału, z którego są zrobione zewnętrzne ściany. Budynki wykonane z cegieł i cementu mają większą masę, a co za tym idzie wyższą pojemność cieplną, natomiast drewno, jako materiał lżejszy, ma niższą pojemność cieplną.

Opłacalność

Dodatkowe informacje