Ce este încălzirea solară pasivă? Cum funcționează și limitări

O casă încălzită solar pasiv nu necesită panouri solare pentru a fi încălzită sau răcită. În schimb, energia utilizată pentru a încălzi și răci o casă provine direct de la soare prin luminatoare și ferestre. O parte din această energie este apoi stocată în pereții și pardoselile clădirii pentru a fi utilizată noaptea și în lunile mai reci.

Cu o bună izolație și ventilație, materiale adecvate și o proiectare și amplasare atentă a casei, este posibil să se reducă costurile de încălzire și răcire parțial sau, în unele cazuri, complet. Împreună cu o pompă de căldură aer-aer alimentată de electricitate solară, solarul pasiv poate ajuta proprietarii să atingă încălzirea și răcirea net-zero.

Cum funcționează încălzirea solară pasivă

Una dintre virtuțile cheie ale unei case încălzite solar pasiv este cât de pasivă este aceasta. Odată create elementele unui sistem de încălzire solară pasivă, casa se încălzește singură, în liniște și cu puțină intervenție umană. Iată câteva considerații importante.

Eficiență energetică

Cea mai ieftină formă de energie este energia pe care nu o folosești niciodată. Primul pas în proiectarea unei case pentru încălzire solară pasivă este investiția în eficiență energetică.

Cheia menținerii unei case solare pasive constă în uși și ferestre bine etanșate, ferestre cu geam dublu sau triplu, aparate electrocasnice și boilere foarte eficiente și o izolație excelentă. Prin ea însăși, o casă bine izolată poate economisi până la 20% din costurile de încălzire și răcire ale unei case. O casă bine etanșată este, de asemenea, o casă mai curată, mai rezistentă la poluanții din aer și zgomot, dăunători, viruși și bacterii.

Amplasare bună, ferestre bune

În emisfera nordică, ferestrele orientate spre sud beneficiază de expunere maximă la soare atunci când nu sunt obstrucționate de copaci, clădiri cu mai multe etaje sau alte construcții. (Colaborați cu vecinii pentru o servitute solară pentru a vă crește expunerea solară.) Pentru încălzire, se recomandă șase ore de soare direct în mijlocul zilei. Pentru răcire în lunile mai calde, jaluzelele, copertinele sau alte acoperitoare pentru ferestre ajută la menținerea casei răcoroase.

În climatele mai reci, unde expunerea sudică la soare este mai limitată, geamurile înclinate mai degrabă decât verticale (cum ar fi luminatoarele pe un acoperiș înclinat) se dovedesc mai eficiente. Chiar și în climatele de coastă, radiația solară difuză creată de acoperirea regulată a norilor poate oferi niveluri semnificative de căldură pe care ferestrele bine înclinate le pot capta.

Ferestrele cu geam triplu sunt din ce în ce mai comune, în special în construcțiile noi. Spațiul dintre straturile de geam este adesea umplut cu gaze inerte, inofensive care minimizează pierderea de căldură.

Ferestrele tratate special pot crește, de asemenea, temperaturile ferestrelor cu până la aproximativ 8,3 grade C pe vreme rece, reducând și mai mult costurile de încălzire. Desigur, ajută și menținerea curățeniei ferestrelor și luminatoarelor.

Bună circulație a aerului

Nu trebuie să înțelegeți a doua lege a termodinamicii pentru a ști că căldura curge de la cald la rece. Așa cum uraganele și cicloanele se deplasează de la ecuator spre poli, aerul cald va circula prin casă către zonele mai reci.

Casele cu adevărat pasive permit entropiei să-și urmeze cursul, fără utilizarea de dispozitive mecanice sau electrice pentru a circula aerul. Alte case proiectate cu încălzire și răcire solară pasivă ar putea folosi ventilatoare, conducte și suflante. „Punțile termice”, cum ar fi pereții din materiale de construcție care sunt foarte conductoare, permit, de asemenea, căldurii să treacă dintr-o încăpere în alta.

Circulația aerului aduce, de asemenea, aer proaspăt filtrat din exterior cu pierderi minime de căldură (sau câștig). Circulația adecvată a aerului este, de asemenea, importantă pentru a reduce condensul și a menține casa fără mucegai.

Stocarea căldurii

Cunoscută sub numele de masă termică, materialele utilizate pentru a construi casa (cum ar fi plăci de beton, pereți de cărămidă, pardoseli de gresie și rigips, dar și mobilierul casei) absorb căldura de la soare și o eliberează în casă noaptea sau în lunile reci. În lunile mai calde, masa termică absoarbe și stochează căldura din interiorul casei atunci când este necesară răcirea. Pardoselile sau pereții de culori mai închise absorb mai multă căldură decât culorile mai deschise.

Masa termică este cea care stabilizează temperaturile din interiorul unei case. Spre deosebire de casele care ard o cantitate semnificativă de combustibil pentru a ridica temperatura unei încăperi într-o dimineață rece de la aproximativ 17,2 la 20,6 grade C, încăperile dintr-o casă solară pasivă au fluctuații de temperatură mai mici. Este mult mai eficient energetic să ridici sau să cobori temperatura unei încăperi cu un grad Celsius decât cu aproximativ 3,3 grade Celsius (echivalentul a șase grade Fahrenheit), desigur, așa că menținerea unei case într-un interval de temperatură stabil folosește mult mai puțină energie.

Controlul temperaturii

Temperatura în interiorul caselor încălzite solar pasiv depinde la fel de mult de temperatura exterioară, pe cât depinde de cantitatea de radiație solară care intră. O zi însorită de iarnă poate fi mai caldă în interior decât o zi noroasă la sfârșitul primăverii. La fel, o zi însorită la începutul primăverii poate fi mai caldă în interior decât o zi noroasă la mijlocul verii.

Sistemele de control al căldurii ajută la moderarea acestor diferențe: un orificiu de ventilație cu jaluzele în acoperiș poate disipa excesul de căldură, în timp ce o pergolă sau o copertină peste ferestrele cu expunere sudică poate oferi umbrire sezonieră. La fel, arbuștii înalți folosiți ca gard viu pentru intimitate pot bloca vânturile de iarnă. Planificarea inteligentă înseamnă că majoritatea acestor controale sunt autoreglabile și necesită puțină intervenție umană.

Limitări ale încălzirii solare pasive

Deși încălzirea și răcirea solară pasivă funcționează mai bine în unele locuri decât în altele, eficiența și simplitatea sa înseamnă că funcționează în mai multe locuri decât era de așteptat. Totuși, există limitări.

Căldură susținută, nu imediată

Casele solare pasive funcționează prin menținerea unui spațiu de locuit confortabil, nu prin furnizarea instantanee de căldură la cerere. Deși casele bine proiectate în locații de prim rang se pot baza uneori exclusiv pe încălzirea solară pasivă, majoritatea sistemelor solare pasive acționează ca încălzire de bază, în timp ce sistemele mecanice (pompe de căldură, încălzire electrică, sobe pe lemne etc.) sunt utilizate pentru a furniza căldură la cerere.

Locație, locație, locație

Ca și în cazul oricărui aspect din imobiliare, locația contează. În timp ce încălzirea unei case iarna la latitudini nordice poate necesita încălzire suplimentară, răcirea unei case vara la latitudini sudice poate necesita răcire suplimentară. Proiectarea clădirii trebuie să se potrivească climatului.

La latitudini nordice, însă, casele tind să aibă acoperișuri înclinate, ceea ce le crește expunerea la radiația solară din porțiunile superioare ale bolții cerești. Un acoperiș în formă de V inversat poate capta mai multe ore de soare direct decât un acoperiș plat.

Costuri inițiale și perioade de recuperare

Construirea sau modernizarea unei clădiri poate fi costisitoare, dar nu atât de mult pe cât s-ar putea crede. Construirea unei case solare pasive noi adaugă doar 3% până la 5% din costul construcției. În Statele Unite, se construiesc 1,4 milioane de case noi în fiecare an, deci există întotdeauna o piață potențială mare pentru încălzirea și răcirea solară pasivă.

Deoarece majoritatea beneficiilor unei case încălzite solar pasiv provin din proiectarea și construcția clădirii, este mai dificil (și mai scump) să modernizezi o casă pentru sistem solar pasiv decât să începi de la zero.

Randamentul investiției provine din reducerea facturilor la încălzire și răcire, în funcție de cantitatea de expunere la soare pe care o primește clădirea și de prețul adesea variabil al încălzirii și răcirii. Într-un climat nordic cu o clădire modernizată care și-a redus consumul de energie cu 45%, randamentul investiției a fost de numai 7,7 ani. Într-un climat mai temperat, perioada de recuperare a fost de 13 ani.

În ambele cazuri, beneficiile pe termen lung au depășit costurile.

Perspective privind tehnologia solară pasivă

Tehnologia utilizată pentru a susține încălzirea solară pasivă continuă să se îmbunătățească, cu noi materiale de sticlă, procese de vitrare, izolație mai eficientă, instrumente digitale pentru măsurarea radiației solare, performanței ferestrelor și consumului de energie, facilitând planificarea și proiectarea unui sistem de încălzire solară pasivă de succes. A ajunge la o casă net-zero devine tot mai ușor.