Transcript Aktywne systemy słoneczne

„Wykorzystywanie energii słonecznej
w gminie”
Dofinansowano ze środków dotacji
Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej
Warunki dopływu
promieniowania słonecznego
Dostępność promieniowania słonecznego (1)
Dostępność promieniowania słonecznego w czasie, zarówno w ciągu trwania
całego roku, jak i w czasie doby, może być bardzo zróżnicowana, zmienia się ona
wraz z:
• szerokością geograficzną,
• porą dnia,
• porą roku,
• usytuowaniem danego miejsca - lokalizacją,
• stanem zanieczyszczenia środowiska.
• Ten ostatni czynnik pojawia się od niedawna i niestety jego rola stale rośnie.
• Duże zapylenie może w znacznym stopniu zmniejszać wartość energii
promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi.
Dostępność promieniowania słonecznego (2)
•
•
•
a)
b)
c)
Bardzo istotny jest charakter struktury promieniowania słonecznego.
Stacje meteorologiczne dokonują pomiarów promieniowania słonecznego
padającego na powierzchnie poziome.
Promieniowanie to składa się z promieniowania:
bezpośredniego, które dominuje w promieniowaniu całkowitym przy
bezchmurnej pogodzie,
rozproszonego, którego udział w promieniowaniu całkowitym wzrasta ze
wzrostem zachmurzenia,
odbitego.
Dostępność promieniowania słonecznego (3)
•
•
•
•
Wartości strumienia promieniowania słonecznego padającego na
powierzchnię nachyloną do poziomu różnią się od wartości strumienia
energii docierającego na powierzchnię pochyloną.
W zależności bowiem od stopnia nachylenia rozpatrywanej
powierzchni, pory dnia i roku zmienia się struktura promieniowania
słonecznego,
czyli
udział
w
promieniowaniu
całkowitym
poszczególnych jego składowych (promieniowania bezpośredniego,
rozproszonego i odbitego).
Należy pamiętać, że wartości promieniowania podawane w rocznikach
meteorologicznych, czy też innych opracowaniach danych
klimatycznych, dotyczą tylko promieniowania padającego na
powierzchnię poziomą Ziemi.
Nie mówią nam natomiast o strumieniu energii promieniowania
słonecznego docierającego do powierzchni dowolnie nachylonych do
poziomu, którymi są np. elementy budynków, w tym ściany, dach, jak
też powierzchnie specjalnie zaprojektowane do odbioru energii
promieniowania słonecznego, tzn. płyty czołowe kolektorów
słonecznych.
Dostępność promieniowania słonecznego (4)
Reasumując, chcąc określić możliwość wykorzystania energii promieniowania słonecznego
interesują nas następujące jego podstawowe:
parametry:
• usłonecznienie, czyli liczba godzin słonecznych w ciągu roku i w interesujących nas
okresach czasu - kiedy przewidujemy eksploatację systemu słonecznego;
• natężenie promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni poziomej i
nachylonej - z reguły bowiem interesuje nas napromieniowanie na powierzchnię
pochyloną do poziomu;
własności:
• struktura promieniowania słonecznego, czyli udział promieniowania bezpośredniego i
rozproszonego w promieniowaniu całkowitym, oraz udział promieniowania odbitego (przy
powierzchniach pochylonych do poziomu), co jest istotne przy doborze typu urządzenia;
• rozkład w czasie promieniowania, zarówno w cyklu rocznym, sezonowym jak i dobowym,
co decyduje o dopasowaniu typu i czasu działania systemu z okresem jego użytkowania.
• W zależności od dostępności energii promieniowania słonecznego, co jest przede
wszystkim związane z warunkami klimatycznymi, możemy preferować różne formy
wykorzystania tej energii i różne typy instalacji.
Warunki dopływu
promieniowania słonecznego
Parametry dopływu promieniowania słonecznego
Promieniowanie słoneczne padające na powierzchnię Ziemi może być opisywane
różnymi wielkościami, z których trzy przedstawione poniżej są najbardziej
istotne.
1.Usłonecznienie
2. Natężenie promieniowania słonecznego
3. Napromieniowanie słoneczne
Usłonecznienie
• Usłonecznienie (roczna suma usłonecznienia) określa średnią (w danym
okresie) liczbę godzin z bezpośrednią widoczną operacją słoneczną.
• Polska jest położona w strefie klimatu umiarkowanego między 490 a
54,50 szerokości geograficznej północnej, zatem południowe krańce
Polski mają w zimie dzień dłuższy o prawie jedną godzinę od krańców
północnych, natomiast w lecie jest odwrotnie.
• Usłonecznienie zależy od czynnika astronomicznego, jakim jest długość
dnia oraz od zachmurzenia i przezroczystości atmosfery.
• Obejmuje ono średnio około 18% roku, co odpowiada 1580 godzinom.
Rozpiętość średniej liczby godzin usłonecznienia w roku nie przekracza na
obszarze Polski 450 godzin.
• Liczba godzin usłonecznienia dla Polski Centralnej odpowiada średniej
liczbie godzin dla całego kraju.
• Sumy roczne usłonecznienia w Warszawie wahały się od 1241 do 1898
godzin w mijającym stuleciu, średnio 1600 godzin/rok.
• W ostatniej dekadzie wartości te kształtowały się powyżej średniej
wieloletniej.
Natężenie promieniowania słonecznego
• Ilość energii słonecznej docierającej w ciągu jednej sekundy na
powierzchnię jednego metra kwadratowego, prostopadłą do kierunku
promieniowania i leżącą poza atmosferą (tzw. promieniowanie
pozaziemskie) w średniej odległości Ziemi od Słońca ( 149,5 mln km)
nazywa się stałą słoneczną o wartości 1367 W/m2.
• Przejście promieniowania przez atmosferę powoduje jego zmiany
ilościowe (zmniejszenie wielkości), jakościowe (skład widmowy) oraz
zmiany rozkładu w czasie.
• Najwyższe natężenie promieniowania słonecznego bezpośredniego w
Polsce stwierdzono na Kasprowym Wierchu – ok. 1200 W/m2,
natomiast nad morzem maksymalna jego wartość wynosiła 1050
W/m2.
• Dla przeważającej części kraju, w tym dla Polski Środkowej, wartości
te rzadko przekraczają 1000 W/m2. Najczęściej notowane wartości
promieniowania bezpośredniego wynoszą 600 – 800 W/m2
Napromieniowanie słoneczne
• Znajomość wartości napromieniowania całkowitego (globalnych sum
energii promieniowania słonecznego) jest konieczna przy
projektowaniu urządzeń energetyki słonecznej.
• Jako normę dla Polski można przyjąć wartość napromieniowania
całkowitego 3600 MJ/m2 w ciągu roku.
• Centralne obszary Polski otrzymują około 40% promieniowania
pozaziemskiego, to jest ok. 3480 MJ/m2 na rok.
• Udział promieniowania rozproszonego waha się od 47% w miesiącach
letnich do ok. 70% w grudniu, dając przeciętną ok. 50% w skali całego
roku.
Wartości napromieniowania słonecznego dla Polski
Najniższe sumy miesięczne występują w grudniu (ok.1,3% sumy rocznej),
najwyższe zaś w czerwcu i lipcu (po ok. 16%). Okres od maja do sierpnia
obejmuje ok. 58% rocznej sumy promieniowania, natomiast od listopada do lutego
– tylko 8%.
Regionalizacja heliocentryczna Polski
Zasoby energii promieniowania słonecznego dla potrzeb energetycznych można
oszacować na podstawie wcześniej wymienionych parametrów oraz oceny
szczególnych warunków lokalnych.
Regionalizacja heliocentryczna Polski (1)
Wyróżnia się 11 regionów, które można uszeregować pod względem przydatności
dla potrzeb energetyki słonecznej w poniższy sposób:
I. Nadmorski
VII. Podlasko-Lubelski
VIII. Śląsko-Mazowiecki
IX. Świętokrzysko-Sandomierski
III. Mazursko-Siedlecki
V. Wielkopolski
II. Pomorski
XI. Podgórski
IV. Suwalski
VI. Warszawski
Regionalizacja heliocentryczna Polski (2)
• Zdecydowanie najkorzystniejsze warunki pozyskiwania energii z
promieniowania słonecznego obserwujemy w pasie nadmorskim (ze względu na
bardzo duże sumy promieniowania całkowitego i znaczne liczby godzin
usłonecznienia) oraz w Polsce południowo - wschodniej ze względu na częsty
dopływ suchych mas powietrza ze wschodu.
• W regionach Górnośląskim i Warszawskim zdecydowanie najgorsze warunki
solarne są spowodowane przemysłowymi zanieczyszczeniami powietrza.
• Poza tym region Polski Środkowej charakteryzuje się przeciętnymi – w skali
krajowej – warunkami pozyskiwania promieniowania słonecznego na potrzeby
energetyki.
Różne typy kolektorów słonecznych,
ich części składowe, zasada działania
Kolektory słoneczne (1)
Opisując w sposób uproszczony kolejne etapy pozyskiwania i
przetwarzania energii promieniowania słonecznego można cel tego
działania sformułować następująco:
Chcąc wykorzystać energię promieniowania słonecznego do celów
użytkowych należy ją najpierw "zebrać", później zamienić na odpowiednią
formę energii - np. ciepło lub energię elektryczną, a następnie
zmagazynować, aby mogła być wykorzystana wtedy, gdy będzie
potrzebna, i wykorzystywać w ściśle zaplanowany efektywny sposób.
Do wykonania tych czynności niezbędny jest aktywny system słoneczny.
Podstawowym elementem wszystkich aktywnych słonecznych systemów
grzewczych jest kolektor słoneczny, który „zbiera” energię promieniowania
słonecznego.
Do kolektorów słonecznych odpowiednich dla polskich warunków
klimatycznych należą przede wszystkim płaskie kolektory cieczowe i
kolektory próżniowe, następnie niskotemperaturowe kolektory - absorbery,
czasami mogą też być stosowane inne typy wymienione i opisane w
części tekstowej wykładu.
Kolektory słoneczne (2)
• Zadaniem kolektora jest pochłanianie docierającej do niego energii
promieniowania słonecznego i przekazanie pozyskanej energii
przepływającemu czynnikowi roboczemu, wodzie lub mieszance
niezamarzającej w systemach cieczowych, lub też powietrzu w systemach
powietrznych.
• Kolektor słoneczny jest po prostu wymiennikiem ciepła, który odbiera
energię promieniowania słonecznego z otoczenia i przekazuje ją
czynnikowi roboczemu cyrkulującemu w kolektorze.
• Kolektory słoneczne powinny być instalowane na dachu skierowanym w
stronę południową, choć mogą być stosowane odchylenia od tego
kierunku w kierunku wschodnim lub zachodnim.
• Bardzo istotną sprawą jest także kąt pochylenia kolektora, który niestety
często wynika z pochylenia wcześniej wybudowanego dachu.
• W przypadku dachu poziomego kolektory umieszcza się na wspornikach
i odpowiednio pochyla.
• Przy nowym projekcie budynku można jednak pochylenie dachu
dostosować do optymalnego pochylenia kolektora.
Możliwości rozmieszczenia kolektorów
słonecznych na budynku
Schemat działania płaskiego kolektora słonecznego
Szczegółowy opis budowy i funkcjonowania kolektora płaskiego
znajduje się w części wykładowej.
Schemat kolektora słonecznego z rurą ciepła
Szczegółowy opis budowy i funkcjonowania kolektora z rurą ciepła
znajduje się w części wykładowej.
Magazynowanie energii (1)
•
•
•
Oprócz kolektora słonecznego drugim podstawowym elementem
aktywnego systemu słonecznego jest zbiornik magazynujący.
Zbiornik ten w typowych instalacjach słonecznych ma zdolność do
magazynowania energii przez krótki okres, od kilku godzin do
maksimum dwóch dni.
Dlatego też typowe systemy słoneczne nazywają się systemami z
magazynowaniem krótkoterminowym. Zdolność do magazynowania w
różnym czasie zależy przede wszystkim od:
- pojemności zbiornika,
- kształtu zbiornika,
- rodzaju czynnika magazynującego energię,
- zastosowanej izolacji cieplnej,
- typu systemu grzewczego (np. poziom temperatury, funkcja: c.w.u.,
c.o. itp.)
- rodzaju i warunków odbioru energii ze zbiornika magazynującego.
Magazynowanie energii (2)
•
•
•
•
Typ instalacji, warunki i charakter odbioru energii oraz warunki
współpracy z tradycyjnym systemem konwencjonalnym decydują
również o typie zastosowanego zbiornika i miejscu jego usytuowania.
W systemach z krótkoterminowym magazynowaniem energii cieplnej w
zależności od tego czy system słoneczny jest systemem cieczowym,
czy powietrznym czynnikiem magazynującym jest odpowiednio:
- woda w systemach cieczowych;
- złoża kamienne w systemach powietrznych.
W powyższych zbiornikach magazynowanie ciepła zachodzi dzięki
wykorzystaniu ciepła właściwego czynnika magazynującego.
Stosowane są też czasem zbiorniki magazynujące, w których
wykorzystuje się ciepło przemian fazowych substancji magazynującej
(czyli zmiany stanu skupienia tej substancji), którą z reguły są woski
różnego typu (np. parafina).
Magazynowanie energii (3)
•
Systemy cieczowe są obecnie znacznie bardziej powszechne od
systemów powietrznych, a jest to przede wszystkim związane z
problemami magazynowania energii, które występują w systemach
powietrznych.
•
Woda jest bardzo dobrym czynnikiem transportującym i
magazynującym ciepło.
•
W wielu systemach zbiorniki magazynujące są jednocześnie
wymiennikami ciepła, współczynnik przejmowania ciepła dla wody jest
znacznie lepszy niż dla powietrza. Dlatego też stosowane powierzchnie
wymiany ciepła dla powietrza muszą być znacznie większe.
•
To powoduje, że wodne zbiorniki magazynujące są znacznie mniejsze
niż odpowiadające im zbiorniki magazynujące powietrzne z materiałem
sypkim. Jednocześnie ciepło właściwe wody, co decyduje o jego
zdolnościach do magazynowania energii, jest czterokrotnie wyższe niż
ciepło właściwe powietrza.
Magazynowanie energii (4)
•
•
•
•
•
Stosowanie powietrznych systemów grzewczych w naszych warunkach
klimatycznych związane jest z projektem architektoniczno budowlanym budynku i praktycznie sprowadza się do wykorzystania
pasywnych (biernych) systemów słonecznych, lub też rozwiązań semipasywnych.
W tych ostatnich przepływ powietrza w kolektorach i kanałach
przepływowych wewnątrz budynku odbywa się zarówno w sposób
naturalny, jak i może być wymuszony działaniem urządzeń
mechanicznych - wentylatorów.
Najbardziej typowe są systemy cieczowe, a w nich wodne zbiorniki
magazynujące.
Energia promieniowania słonecznego jest dostarczana okresowo.
Należy więc jej jak najwięcej zgromadzić, wtedy kiedy jest dostępna,
aby móc ją wykorzystać wtedy, gdy jej nie ma tzn. po zachodzie
Słońca, lub gdy wartości nasłonecznienia są tak niewielkie, że
praktycznie nie można pozyskać energii promieniowania słonecznego.
W naszych warunkach klimatycznych zawsze w aktywnym systemie
słonecznym powinniśmy przewidzieć istnienie dodatkowego
konwencjonalnego źródła energii, wspomagającego instalację
słoneczną w zaspakajaniu wymagań grzewczych użytkownika.
Magazynowanie energii (5)
•
Najczęściej w instalacjach słonecznych małej mocy, tzn. stosowanych
w budownictwo jednorodzinnym, wykorzystuje się zamknięte zasobniki
ciepła wykonane jako zbiorniki stalowe ciśnieniowe z podwójnym
płaszczem grzejnym lub z wężownicą grzejną. Zbiorniki te mają
kształty cylindryczne i są izolowane cieplnie.
•
W zależności od rodzaju zastosowanych kolektorów słonecznych
możliwe są do osiągania różne temperatury magazynowania, czyli
różne temperatury wody w zbiorniku magazynującym.
•
Przy stosowaniu typowych kolektorów cieczowych z reguły w
zależności od warunków i charakteru odbioru energii, zaleca się
zasobniki ciepła o objętości 50 - 100 litrów na 1 metr kwadratowy
powierzchni czynnej kolektora słonecznego (płaskiego).
Magazynowanie energii (6)
•
•
•
•
W większości zasobników ciepła wykorzystywany jest efekt
stratyfikacji ciepła, zwany też uwarstwieniem ciepła.
Polega on na tym, że w dolnej warstwie zbiornika temperatura wody
jest najniższa i wraz z wysokością zasobnika wzrasta, tak że w
warstwie górnej jest najwyższa.
W górnej części zbiornika instalowany jest odpływ czynnika do
użytkownika. Zjawisko uwarstwienia ciepła jest korzystne. Użytkownik
może bowiem odbierać wodę o wyższej temperaturze przy tej samej
ilości energii zmagazynowanej w zbiorniku (na dole woda jest
zimniejsza).
Dla uzyskania odpowiedniego efektu cieplnego korzystne jest, gdy
przepływ przez kolektor jest mały.
Magazynowanie energii (7)
• Jak już wspomniano, pewne ograniczenia dotyczące wykorzystania
energii słonecznej do celów grzewczych wynikają z okresowego
charakteru występowania tej energii i znacznej zmienności poziomu
nasłonecznienia zarówno w krótkim okresie czasu - dniu, jak i w długim
tzn. w przeciągu całego roku.
• Zwłaszcza w przypadku słonecznych systemów ogrzewania
pomieszczeń dostępność energii jest sprzeczna w fazie z rozkładem
obciążeń ogrzewczych.
• W celu rozwiązania tego zagadnienia należało znaleźć odpowiednią
formę długoterminowego magazynowania energii słonecznej.
• Takim rozwiązaniem stało się magazynowanie energii w gruncie, co
szczególnie rozpowszechniło się w krajach o trudniejszych warunkach
klimatycznych i mniejszej dostępności energii promieniowania
słonecznego, czyli takich jak Polska.
Aktywne systemy słoneczne
Aktywne systemy słoneczne (1)
Podstawowymi elementami aktywnych systemów grzewczych, w
zależności od stopnia komplikacji systemu, mogą być niektóre lub
wszystkie z wymienionych poniżej urządzeń:
• kolektory słoneczne,
• rurociągi doprowadzające i odprowadzające,
• pompy cyrkulacyjne przy obiegach wymuszonych,
• wymienniki ciepła pomiędzy poszczególnymi zamkniętymi obiegami roboczymi w
danym systemie,
• zbiorniki magazynujące, które służą do akumulacji energii cieplnej uzyskanej z
kolektorów słonecznych,
• urządzenia zabezpieczające przed niepożądanym wzrostem ciśnienia i
temperatury (np. zbiorniki wyrównawcze, zawory bezpieczeństwa, urządzenia
odpowietrzające),
• układy automatyczne kontroli i sterowania działaniem poszczególnych obiegów i
urządzeń (zaopatrzone w układy czujników temperaturowych, termostatów,
zaworów sterowanych itp.);
• dodatkowe, konwencjonalne pomocnicze systemy ogrzewcze, które mogą
spełniać rolę stałych, wspomagających lub też awaryjnych układów;
• urządzenia wspomagające takie jak pompy ciepła, umożliwiające zwiększenie
wartości grzewczej pozyskiwanej energii ze źródła słonecznego lub innego
odnawialnego źródła ciepła.
Aktywne systemy słoneczne (2)
• Bardzo istotną sprawą w przypadku systemów ogrzewania pomieszczeń
jest to, aby obieg czynnika zarówno w pętli kolektorowej, jak i w obiegu
ogrzewczym był zamknięty, i to nie tylko ze względów cieplnych, ale także
ze względów technologicznych.
• Jakość wody przepływającej przez grzejniki, związana z warunkami
przepływu (korozja elementów rurowych i wymienników ciepła, spadki
ciśnienia itp.) nie odpowiada wymaganiom stawianym czynnikom
przepływającym w obiegu kolektora słonecznego.
• Pomiędzy pętlami obiegowymi systemu stosuje się odpowiednie
wymienniki ciepła.
• Obieg w pętli kolektora jest wymuszany działaniem pompy cyrkulacyjnej.
Wymagane jest automatyczne sterowanie pracą pompy w zależności od
warunków odbioru energii słonecznej w kolektorze i warunków
dostarczania jej do odbiorcy, poprzez pętlę magazynującą.
• Konieczne jest również stosowanie odpowiednich urządzeń
zabezpieczających system przed wzrostem ciśnienia i temperatury.
Aktywne systemy słoneczne (3)
Schemat podstawowej kolektorowej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej
(źródło Hewalex)
Aktywne systemy słoneczne (4)
Schemat kolektorowej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej z dodatkowym
zbiornikiem magazynującym (źródło Hewalex)
Aktywne systemy słoneczne (5)
Schemat kolektorowej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej oraz
ogrzewania pomieszczeń (źródło Hewalex)
Aktywne systemy słoneczne (6)
Schemat kolektorowej instalacji podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ogrzewania
pomieszczeń oraz podgrzewania wody w basenie (źródło Hewalex)
Aktywne systemy słoneczne (7)
• Można też dokonać podziału systemów słonecznych ze względu na
temperaturę czynnika grzewczego.
• W miarę jak rosną wymagania grzewcze, rośnie stopień złożoności
instalacji i jej poszczególnych elementów, a także poziom automatyki i
sterowania funkcjonowaniem systemu.
• Większość systemów słonecznych to systemy niskotemperaturowe.
Mogą one być stosowane do podgrzewania wody (wykorzystywanej do
różnych celów), a także do ogrzewania pomieszczeń (stosuje się wtedy
niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe lub ścienne).
• Oczywiście zastosowanie niższej niż typowa temperatury wody w obiegu
grzewczym powoduje konieczność dopasowania części instalacyjnej i jej
rozmiarów do zmienionych parametrów i charakterystyk grzania.
Aktywne systemy słoneczne (8)
• W przypadku instalowania systemów słonecznych do c.o. w już
istniejących obiektach często nie ma możliwości modyfikacji instalacji
cieplnej w budynku, m.in. zwiększenia liczby grzejników.
• Wtedy zachodzi konieczność wykorzystania wysokotemperaturowego
systemu c.o. (lub raczej po pewnej modernizacji pozostawienie starego).
• Otrzymywanie wysokich temperatur w obiegu grzewczym narzuca
potrzebę instalowania odpowiednich, bardziej złożonych, a co z tym jest
związane i droższych typów kolektorów słonecznych, do których należą
kolektory próżniowe, odpowiedniego ich oprzyrządowania i automatyki.
Płaskie kolektory słoneczne
na budynkach
jednorodzinnych
(źródło: Viessmann)
Pasywne systemy słoneczne
Pasywne systemy słoneczne (1)
• Warunki komfortu cieplnego wewnątrz ogrzewanych pomieszczeń zależą
od zmieniających się warunków klimatycznych, architektury i konstrukcji
budynku, zastosowanych materiałów i systemów instalacyjnych.
• Poszczególne elementy budynku w zależności od swojej orientacji
względem stron świata, kształtu, umiejscowienia w strukturze budynku i
otoczeniu zewnętrznym, a także materiału, z którego są wykonane i jego
własności reagują w różny sposób na zmieniające się warunki otoczenia
związane ze zmianami pogodowymi.
• Innego typu rozwiązania są zalecane do stosowania w ciepłym klimacie,
a inne w krajach o trudniejszych warunkach klimatycznych.
• Dobór odpowiednich materiałów i rozwiązań architektonicznobudowlanych jest szczególnie istotny w przypadku stosowania rozwiązań
pasywnych. Szereg systemów zalecanych do wykorzystywania w krajach
Europy Południowej nie może być stosowane w krajach Europy Centralnej
i Północnej. Bardzo często wprowadzenie pewnych rozwiązań pasywnych
wyklucza możliwość stosowania innych.
Pasywne systemy słoneczne (2)
• Każdy projekt budynku z biernym wykorzystaniem energii
promieniowania słonecznego musi być nie tylko dopasowany do ogólnych
warunków klimatycznych, ale i do warunków lokalnych miejsca
zainstalowania systemu.
• Część budynku od strony północnej powinna być w jak najlepszym
stopniu zaizolowana, „szczelna”, aby ograniczyć do minimum straty ciepła.
Natomiast część południowa powinna być „otwarta”, aby umożliwić
rzeczywisty kontakty z otoczeniem zewnętrznymi i korzystanie przede
wszystkim z dostępnej energii promieniowania słonecznego.
• Rozwiązania pasywne w projektach architektonicznych zaczynają
odgrywać coraz większe znaczenie. Prowadzą one do zastosowania
większej ilości przestrzeni oszklonych, werand i atrium, oraz do zbliżenia
części pomieszczeń użytkowych z otaczającym środowiskiem.
• Jednakże, zastosowanie systemów pasywnych to nie tylko
wprowadzenie większej ilości oszklonych powierzchni, to także
wykorzystanie odpowiednich elementów struktury budynku do akumulacji
ciepła, oraz zaprojektowanie i wykonanie kanałów do rozprowadzania
ogrzanego powietrza.
Pasywne systemy słoneczne (3)
• Charakteryzując w sposób bardzo krótki pasywne instalacje słoneczne
można powiedzieć, iż wykorzystują one strukturę budynku zarówno jako
kolektor energii promieniowania słonecznego, jak i magazyn, i dystrybutor
pozyskanej energii cieplnej.
• Niestety często zbyt duże powierzchnie oszklone i rodzaj stosowanego
materiału powodują, iż w skrajnych warunkach pogodowych warunki
mikroklimatyczne w tych pomieszczeniach mogą być nieodpowiednie (zbyt
ciepło w lecie, zbyt zimno w zimie). Zastosowanie rozwiązania pasywnego
wymaga dokładnej analizy potrzeb energetycznych i warunków
pozyskania energii promieniowania słonecznego dla danej lokalizacji.
Budynek
jednorodzinny z
kolektorami
słonecznymi oraz
przeszkloną
werandą
(źródło: Viessmann)
Pasywne systemy słoneczne (4)
• Systemy pasywne zalecane do stosowania w warunkach klimatu
umiarkowanego są to systemy zysków pośrednich z przestrzenią
buforową.
• Jak sama nazwa wskazuje przestrzeń buforowa spełnia funkcję bufora,
w tym przypadku cieplnego. Z jednej strony jest łącznikiem pomiędzy
otoczeniem zewnętrznym a ogrzewaną przestrzenią. Z drugiej zaś strony
jej rolą jest odgrodzenie ogrzewanego pomieszczenia od nagłych zmian
pogodowych.
• Stosowanie przestrzeni buforowej ma zapewnić uzyskiwanie zysków z
energii promieniowania słonecznego, przy jednoczesnym ograniczeniu
strat cieplnych.
• Stosowanie rozwiązań zysków pośrednich z przestrzenią buforowej w
praktyce sprowadza się do dołączenia do budynku dodatkowej przestrzeni
osłoniętej oszkloną ścianą lub wybudowania dodatkowej oszklonej
elewacji od strony południowej.
Pasywne systemy słoneczne (5)
W przypadku budownictwa jednorodzinnego przestrzeń buforowa jest z
reguły w postaci oszklonych pomieszczeń, takich jak:
• oszklone werandy,
• oszklone loggie,
• dobudowane do ściany budynku szklarnie,
• ogrody zimowe.
W budynkach wielokondygnacyjnych rozwiązania pasywne z przestrzenią
buforową przyjmują formę:
• przezroczystej dodatkowej obudowy całej elewacji, często z balkonami,
• przezroczystej obudowy części elewacji, fragment budynku z domowymi
ogrodami zimowymi zwanymi też przestrzeniami słonecznymi,
• oszklonych loggii, balkonów,
• oszklonych atriów.
Bardzo częstym rozwiązaniem w przypadku przestrzeni buforowych jest
zastosowanie przeszklonej werandy od strony południowej. Weranda jest
ogrzewana promieniowaniem słonecznym w sposób bezpośredni, w
związku z tym na werandzie tak jak w każdym systemie zysków
bezpośrednich, mogą występować gwałtowne i duże zmiany temperatury.
Natomiast wewnętrzne pomieszczenie w budynku otrzymuje energię
poprzez kolejną oszkloną przegrodę lub ścianę magazynującą w sposób
pośredni.
Sposoby doboru instalacji kolektorów słonecznych
Dobór instalacji kolektorów słonecznych może bazować na wykorzystaniu:
• Nomogramów,
• Wytycznych,
• Obliczeń,
• Prostych programów obliczeniowo – symulacyjnych,
• Zaawansowanych narzędzi symulacyjnych
Dziękujemy za uwagę !
Zapraszamy do zadawania pytań do wykładu
(moduł zadawania pytań dostępny jest na dole tekstu wykładowego dla
zalogowanych uczestników)
oraz do przystąpienia do testu on-line!
www.ews21.pl
Dofinansowano ze środków dotacji
Narodowego Funduszu Ochrony
Środowiska i Gospodarki Wodnej