Passzív Szoláris Fűtés Tervezés

Mi ez?

A passzív szoláris fűtés tervezés az a gyakorlat, amely egy épület tájolását, ablakelhelyezését, üvegezését, hőtároló tömegét és árnyékolását úgy alakítja ki, hogy a nap évszakonként változó útja végezze a fűtés nagy részét – és elkerülje a túlmelegedést – szivattyúk, ventilátorok vagy elektronikus vezérlők nélkül. A "Trombe-fal", egy nehéz, sötét falazott fal, amelyet déli tájolású üveg mögé helyeznek (az északi féltekén), a klasszikus példa, de ugyanezek az elvek alakítják az egész épület tervezését.

Mire jó?

Az otthonok, műhelyek, üvegházak és egyéb lakott épületek vásárolt fűtési (és hűtési) energiájának csökkentésére vagy megszüntetésére. Különösen hasznos hálózaton kívül, vagy ahol a fűtéshez szükséges üzemanyag vagy elektromosság szűkös vagy drága, és általában hasznos mindenhol, ahol az aktív HVAC rendszerektől való függőség csökkentése a cél.

A mögötte rejlő fizika

A nap szöge az évszakokkal változik a Föld tengelyferdesége miatt: a déli nap télen alacsonyan, nyáron magasan áll az égen, a pontos szögek a szélességi foktól függenek. Az egyenlítő felé néző fal vagy ablak (északon dél, délen észak) méretezhető és árnyékolható egy helyesen kiszámított túlnyúlással úgy, hogy az alacsony téli nap mélyen behatoljon az épületbe, vagy közvetlenül érje a hőtároló falat, míg a magas nyári napot ugyanaz a túlnyúlás blokkolja, mielőtt bejutna. Az üvegen áthaladó napfényt a belső sötét, sűrű anyagok – falazat, beton, kő, víz – elnyelik, amelyek nagy térfogati hőkapacitással rendelkeznek, így napközben tárolják a beérkező napenergiát, és azt lassan, vezetéssel és sugárzással adják le több órán keresztül, kiegyenlítve a nappali és éjszakai hőmérséklet-ingadozást. A Trombe-fal ezt a hőtároló tömeget közvetlenül az üveg mögé helyezi, egy kis légréssel: sötét felülete elnyeli a napsugárzást, és a hő vezetéssel vándorol át a falon, hogy órákkal később felmelegítse a belső felületet – ez több órás időeltolódást jelent, amely a falvastagsággal szabályozható – néha felül és alul elhelyezett szellőzőnyílások segítik, amelyek lehetővé teszik a szobalevegő konvektív áramlását a résen keresztül a gyorsabb, bár kevésbé késleltetett hőleadás érdekében.

Története

A napenergiára orientált építés régi gyakorlat. A Pueblo sziklakunyhók (például Mesa Verde-ben) déli tájolású túlnyúlások alá épültek, amelyek úgy voltak méretezve, hogy az alacsony téli nap behatolt a lakásokba, míg a magas nyári napot a felette lévő szikla blokkolta; az ókori görög írók feljegyzései szerint a házakat szándékosan a téli nap felé tájolták. A modern, számszerűsített változat a 20. században fejlődött ki, Félix Trombe fizikus és Jacques Michel építész építette és népszerűsítette az üvegezett hőtároló falat, amely Trombe nevét viseli a franciaországi Odeillo-ban az 1960-as években. A passzív szoláris tervezés a mainstream kutatási és építési témává vált az 1970-es évek energiaválságai idején.

Egyszerű változat

Az épület leghosszabb falának és a legtöbb üvegezésének az egyenlítő felé eső irányba történő tájolása, kompakt alaprajz és mérsékelt ablak-tömeg arány fenntartása, valamint a rögzített tető túlnyúlásának méretezése a helyi téli/nyári napállás-különbség alapján, hogy az blokkolja a magas nyári napot, de beengedje az alacsony téli napot egy belső falazott padlóra vagy falra.

Haladó változat

Egy dedikált Trombe-fal – egy falazott vagy betonfal, jellemzően néhány tíz centiméter vastag és sötét színű a napos oldalon – kis légréssel az üvegezés mögött, néha felül és alul szellőzőnyílásokkal, amelyek lehetővé teszik a szobalevegő konvektív áramlását, plusz mozgatható éjszakai szigetelés vagy redőnyök a hőveszteség csökkentésére az üvegen keresztül sötétedés után, valamint lombhullató árnyékolás (kúszónövények vagy fák), amelyek nyáron kizöldülnek, télen pedig lehullatják leveleiket, kiegészítve a rögzített túlnyúlást.

Ipari változat

Nincs gyári méretű mechanikus megfelelője a szokásos értelemben, mivel a passzív szoláris tervezés alapvetően egy geometriai és építészeti stratégia, nem pedig gyártott eszköz. Nagyobb léptékű formája a passzív szoláris tervezés, amelyet egész fejlesztésekre alkalmaznak, és építési szabályzatokba és minősítési rendszerekbe (például Passzívház szabványok, és a szoláris hozzáférési szabályok, amelyek védik a szomszéd téli naphoz való jogát) kodifikálnak, plusz nagyobb intézményi épületek, amelyeket számítógépes szoláris szimulációs eszközökkel és nagyobb, hangolt hőtároló rendszerekkel – vízfali rendszerekkel vagy fázisváltó anyag panelekkel – terveznek, mechanikus kiegészítő fűtéssel integrálva.

Saját építése

1. Határozza meg szélességi fokát és a helyi napállás adatait (vagy használjon napút-kereső eszközt) a téli és nyári napforduló déli napmagasságának megállapításához.
2. Tájolja az épület fő üvegezését az egyenlítő felé – az északi féltekén valódi dél felé – nagyjából 15–20 fokon belül a legtöbb előny eléréséhez.
3. Méretezzen egy rögzített túlnyúlást, vagy tervezzen szezonális árnyékolást a napállás-különbség felhasználásával úgy, hogy az teljesen árnyékolja az üveget nyári délben, de teljesen szabadon hagyja téli délben.
4. Helyezzen el megfelelő hőtároló tömeget – falazott padlót, Trombe-falat, víztartályokat – pontosan oda, ahol a közvetlen téli nap éri; a nap által soha el nem ért tömeg keveset ér.
5. Egyensúlyozza az üvegezési területet a tömeggel és az éghajlattal: túl sok üveg elegendő tömeg nélkül nappali túlmelegedést és nagy éjszakai hőveszteséget okoz; túl kevés üveg alulfűt.
6. Szigeteljen mindenhol, ahová a nap nem ér el – az északi falat, tetőt és alapozást –, hogy a napos oldalon nyert ingyenes hő ne vesszen el máshol.
7. Adjon hozzá mozgatható elemeket, ahol hasznos – éjszakai szigetelés az üvegezés fölé, állítható árnyékolás vagy szellőzőnyílások – a szezonok közötti, valamint a felhős és napos napok közötti szabályozáshoz.

Gyakori hibák

• A túlnyúlás geometriájának hibás megállapítása a tényleges szélességi fokhoz képest – egy másik éghajlatról másolt túlnyúlás alul- vagy túlányékolhat.
• Túl sok üvegezés elegendő hőtároló tömeg nélkül, ami nappali túlmelegedést és gyors éjszakai hőveszteséget okoz az üvegen keresztül.
• Hőtároló tömeg elhelyezése oda, ahová a nap soha nem ér el – bútorok mögé, vagy olyan szobába, ahol nincs közvetlen expozíció.
• A szigetelés elhanyagolása az épület nem napos oldalain, elveszítve a napos oldalon elért nyereséget.
• Nincs valódi nyári árnyékolási rendelkezés, csak feltételezésekre támaszkodva, és hagyva, hogy a tér nyáron túlmelegedjen.
• Sötét hőtároló tömeg telepítése elegendő üvegezési terület vagy megfelelő tájolás nélkül, hogy ténylegesen feltöltődjön.

Hogyan mérjük?

Kövesse nyomon a belső hőmérséklet-ingadozást 24 óra alatt a külső hőmérséklethez képest – a kisebb ingadozás hatékony hőtároló tömegre utal. Mérje meg a hőtároló tömeg felületi hőmérsékletét a nap különböző időszakaiban, és naplózza a kiegészítő fűtési energiafelhasználást szezonról szezonra egy hasonló, passzív tervezés nélküli épülettel összehasonlítva. Ellenőrizze az árnyékolási teljesítményt közvetlenül: figyelje meg, vagy modellezze napút-keresővel, hogy a túlnyúlás ténylegesen teljesen árnyékolja-e az üveget nyári napforduló délben, és teljesen szabaddá teszi-e téli napforduló délben.

Videók

(TODO)

Letölthető PDF

(TODO)