Acest articol prezintă rezultatele unui studiu în care a fost examinată o casă de familie cu un plan de 10 × 12 m, cu un acoperiș cu două ape și o pantă de la 30 ° la 60 °. El a fost expus la lumina soarelui la diferite orientări către părțile lumii, atât la solstiții, cât și la echinocți, pe vreme senină. Fapte interesante reies din studiu.
Energia unei case de familie este arta de a extrage energie din mediul înconjurător, în special energia luminii solare. Iarna, vrem ca razele soarelui să încălzească cât mai mult apartamentul de la mansardă. Vara, din nou, mențineți efectele calde ale soarelui la un nivel minim. Este ideal pentru a adapta forma și orientarea casei și în special a acoperișului la soare. Același lucru este valabil și pentru planificarea ferestrelor de acoperiș, a căror eficiență termică o consolidăm cu umbrirea obiectelor (jaluzele, obloane), de preferință cele exterioare. Dacă facem acest lucru, obținem un apartament la mansardă, plin de aer, lumină, soare și, de asemenea, o temperatură plăcută. Un apartament în care vom trăi frumos și sănătos.
Arhitectura casei și eficiența energetică
Forma, orientarea casei și dispunerea ferestrelor și mărimea lor în timpul iernii ar trebui să permită să extragă cât mai multă energie posibilă din radiația solară directă și difuză în scopuri de încălzire, posibil și pentru alte servicii ale casei. Vara, totuși, dorim ca efectele de încălzire ale soarelui să fie minime.
Vara: o cantitate uriașă de energie în jurul nostru
Luați, de exemplu, un teren cu o suprafață de 10 × 12 m. În ziua solstițiului de vară și pe cer senin, peste 1 MWh de energie solară va cădea peste el. Dacă l-am cumpăra ca energie electrică, ar costa aproximativ 200 de euro. Este diferit în ziua solstițiului de iarnă. Deși este clar, maximum 178 kWh de energie va cădea pe teren (pentru aproximativ 35 de euro).
Să construim o casă cu mai multe etaje cu un acoperiș cu două ape pe parcela, sub care se află un apartament la mansardă. Tab. 1 arată cantitatea totală de energie solară care cade pe casă și pe acoperișul frontonat la diferite pante ale ambelor suprafețe ale acoperișului.
Mai ales pentru o casă cu o înălțime a acoperișului de 60 ° la diferite viraje ale casei, în ziua solstițiului de vară, va scădea până la 2,6 MWh/zi (pentru mai puțin de 500 de euro pe zi). Din care pe acoperiș 1.739 MWh/zi, adică. După 870 kWh/zi pentru fiecare jumătate a acestuia. Numerele se aplică rotației casei, când o jumătate a acoperișului cu două fronturi este orientată spre est și cealaltă spre vest. Pentru comparație: consumul mediu anual de energie electrică al unei gospodării slovace este de aproximativ 2,5 MWh/an.
Vom fi mai interesați când casa este expusă la un minim de căldură incidentă vara. Este atunci când acoperișurile sale jumătate indică nordul și sudul. „Doar” 2.096 MWh vor cădea apoi pe toată casa, din care 1.204 MWh pe acoperiș; 733 kWh în jumătatea sudică și 471 kWh în jumătatea nordică.
Casa cu cea mai mică înclinație a acoperișului frontonar de 30 °, întoarsă spre nord și sud, adică 1.974 MWh, a prezentat cea mai mică cantitate de energie solară incidentă pe tot parcursul zilei în această zi. Acoperișul său cade pe 1.082 MWh/zi; 517 kWh la nord și 575 kWh la jumătatea sudică.
Iarna: căutând câștiguri de energie
În timp ce vara nu știm unde cu excesul de energie solară, iarna căutăm modalități de a colecta cât mai mult (forma și orientarea clădirii). În momentul solstițiului de iarnă, cel mai mare impact energetic a fost prezentat de 1.527 MWh/zi a unei case cu acoperiș în două ape, cu o pantă de 60 °, orientată spre nord și sud. Acesta este 58,7% din impactul verii. Dintre acestea, 0,777 MWh/zi cade pe acoperiș, dar numai pe partea sa sudică. O altă comparație este cu energia de 178 kWh, care ar cădea în această zi cu o suprafață orizontală de 120 m² a casei (8,2 × sau 4,2 × mai mult).
Ce se întâmplă cu lumina soarelui incidentă?
Aceasta este una dintre cele mai importante probleme. Iată răspunsul:
A) O parte din lumina soarelui este reflectată înapoi în spațiu. Acest lucru este valabil mai ales pentru ferestre, care reflectă 30-40% din energia luminii solare incidente.
B) În cazul ferestrelor, piesa merge direct în interior. Este în principal o componentă vizibilă (= lumină) a soarelui
C) Restul casei solare incidente, adică. acoperișurile, pereții, dar și ferestrele absorb.
Lumina soarelui, care trece prin ferestre în clădire, este absorbită treptat de pereți, mobilier etc. și se transformă în căldură. Cuantele de lumină (fotoni) transportă mai multă energie și, prin urmare, mai multă căldură decât cuantele invizibile de radiații infraroșii și termice.
Nu numai trecerea, ci și componenta absorbită (acoperiș, pereți exteriori și ferestre) are un efect asupra echilibrului energetic al casei, ambele case sunt încălzite.
Cea mai trecută cu vederea este partea din lumina soarelui care este absorbită de suprafețele exterioare ale clădirii, de ex. acoperișul, fațada și ferestrele. Lumina soarelui absorbită încălzește în mod normal suprafețele afectate la 40 ° C iarna și 60 ° C sau mai mult vara. Temperatura suprafeței exterioare a pereților, a acoperișului sau temperatura geamului este astfel complet departe de temperaturile exterioare ale aerului, care sunt incluse în calcule.
Calculele oficiale distorsionează astfel semnificativ, mai precis, agravează realitatea.
Când soarele încălzește acoperișul la θPE = 60 ° C, dar temperatura aerului exterior este doar θE = 25 ° C, diferența dintre realitate și calculul oficial al transferului de căldură este descrisă prin ecuația:
Protecție împotriva căldurii de vară
Acestea nu sunt doze mici de căldură. Doar semi-acoperișul nostru cu o pantă de 60 ° și o suprafață de 99 m², atunci când este încălzit la 60 ° C la o temperatură a aerului de 25 ° C, furnizează 520 W de energie către interior. În același timp, considerăm acoperișul la nivelul pasiv U = 0,15 W/(m²K). Este o energie suplimentară care curge din atenția calculelor de construcție.
Fiecare casă este o colecție excelentă de energie care funcționează mai bine iarna decât vara.
Există păreri că un spațiu ventilat sub acoperiș ventilează această căldură. Cu toate acestea, temperatura din zona coamei acoperișului este mai mare decât deasupra jgheabului, deci nu este necesar un gradient de temperatură pentru ventilație. Și, logic, lipsește și gradientul de presiune. În plus, este vorba despre cantitatea de căldură care nu poate fi doar ventilată de câteva guri de aerisire din acoperiș. De asemenea, soarele încălzește semnificativ fațada. Arhitectura oferă o soluție mai bună. Suprafețele acoperișului și pereții perimetrali, orientarea, dimensiunea și panta lor trebuie gândite și planificate astfel încât să aibă cele mai mici câștiguri de căldură posibile vara și cele mai mari iarna. Este un pic de puzzle, dar merită rezolvat.
Pomparea energiei solare în timpul iernii
Ideea că energia din soare poate fi folosită și pentru încălzire iarna vine de la compania daneză VELUX. S-a dovedit, nu numai teoretic, dar și practic, că ferestrele chiar și în timpul iernii (cu orientarea corectă către părțile laterale ale lumii) furnizează mai multă energie către interior decât câtă energie scapă prin ele.
În același timp, se dovedește că suprafețele acoperișului și pereții fațadei se comportă similar. Acoperișul și fațada încălzite de soare vor reduce transferul de căldură din clădire în exterior sau chiar vor începe să încălzească clădirea.
Gândiți-vă la umbrire
Vara, dar și iarna, jaluzelele, obloanele și alte dispozitive de umbrire, utilizate în special la exteriorul ferestrelor, au un efect semnificativ asupra echilibrului energetic al ferestrelor. Acestea sunt folosite în timpul zilei când opresc intrarea directă a soarelui și a energiei solare asociate în clădire. Noaptea, în special la luminatoare, protejează efectele radiațiilor reci ale cerului nocturn.
Din alt punct de vedere, jaluzeaua sau obturatorul vor crește calitatea termică a ferestrei cu un grad. Transformă o fereastră cu geam termopan izolator într-un ansamblu care corespunde calității izolației termice a unei ferestre cu geam triplu. În ceea ce privește umbrela de vară, producătorii ar trebui să ofere jaluzele reflectorizante, obloane etc., care reflectă întregul spectru de lumină solară, astfel încât să nu pătrundă numai în clădire, dar să nu încălzească și suprafața ferestrei.
Concluzie
Energia luminii solare în cauză este liberă și complet curată ecologic. Mai degrabă, reglementările care nu prevăd acest lucru sau doar parțial fac acest lucru sunt neecologice. Munca intenționată cu radiații solare oferă un nou concept de protecție termică a clădirilor, precum și o arhitectură mai variată și o eficiență energetică mai mare a clădirilor cu pompare mai mică sau zero a combustibililor fosili.