Energia słoneczna a ochrona przed słońcem i komfort użytkownika
Zyski energii słonecznej są wszędzieWszyscy mówią o „energii odnawialnej”, a określenie to stało się synonimem „czystej energii”. Ściśle rzec biorąc jest to jednak kompletny nonsens. Energię można przemieniać, ale nie odnawiać. Patrząc na sprawę racjonalnie, okazuje się, że nie mamy problemu z brakiem energii, ponieważ ona nas otacza. Problemem jest to, że ta energia nie zawsze jest dostępna w potrzebnej i technicznie użytecznej formie, lub też jest dostarczana z danego źródła w ilości zmiennej w czasie.Ostatnie stwierdzenie jest szczególnie prawdziwe w przypadku wykorzystywania energii słonecznej w budynkach. Podczas miesięcy zimowych, promieniowanie słoneczne zmienia się w zależności od pogody. Latem, kiedy potrzebujemy jej w niewielkim stopniu, jest dostępna w obfitości. Niestety nie jest to energia dostępna w formie nadającej się do bezpośredniego wykorzystania technicznego. W przypadku niewłaściwego planowania prowadzi to do sytuacji, w której jesteśmy zmuszeni do zużywania energii z innych źródeł do chłodzenia, aby pozbyć się nadmiaru jej zysku ze Słońca i stworzyć komfortowy klimat wewnątrz.Dlatego wykorzystanie energii słonecznej w budynkach musi być dobrze przemyślane i zaplanowane. Standardowe rozpatrywanie wartości Ug i g jest niewystarczające. Jedynie całościowe podejście do budynku, włączając w to wykorzystanie zysków z promieniowania słonecznego, niezbędną ochronę przed słońcem, dostępność światła dziennego (i jeśli jest to niezbędne ochronę przed odbłyskami) daje w efekcie komfortowe pod każdym względem środowisko dla użytkownika.Wartość U a zyski z promieniowaniaWartość U jest parametrem definiującym ochronę cieplną budynku. Drogocenna energia cieplna musi być chroniona. Z punktu widzenia ochrony cieplnej idealnie zbudowany budynek byłby termosem. Zapewniałby idealną izolację cieplną, ale odcinałby od dopływu światła dziennego, uniemożliwiałby kontakt wizualny z otoczeniem i nie wykorzystywałby zysków z promieniowania słońca. Taki skutek nie jest pożądany. Szyby, okna i fasady w powszechnej opinii mają mniej korzystną wartość U niż dobrze izolowane ściany. Kompensują to jednak innymi pożądanymi cechami, których ściany nie zapewniają. Pozwalają na dostęp światła do wnętrza, umożliwiają kontakt z otoczeniem i wpuszczają promieniowanie ogrzewające budynek. Okno zapewnia darmową energię, a energia słoneczna jest często niedoceniana. Poniższy rysunek ilustruje proporcje pomiędzy stratami a zyskami ciepła z promieniowania słonecznego.
Zyski ciepła w znacznym stopniu równoważą jego straty
Pierwszym zadaniem w procesie projektowania jest optymalizacja wartości g i U przeszkleń. Błędna optymalizacja wartości U przy jednoczesnym zignorowaniu zysków z promieniowania słonecznego może nawet doprowadzić do wzrostu zużycia energii, jak to ilustruje przykład obliczeniowy na poniższym rysunku.
Strategia optymalizacyjna U i g
Ilustruje to uproszczone podejście zrównujące U i UeqUeq = Ug – S x gg – całkowita przepuszczalność energii słonecznej,S – wskaźnik zysków ciepła słonecznego,Ug – wartość U szybyTakie podejście jest niewłaściwe. Jedynym sensownym rozwiązaniem jest wzięcie pod uwagę wszystkich czynników, takich jak współczynnik zacienienia, planowana powierzchnia okien, itd. Jest to kompleksowe zadanie, jakie musi wykonać projektant.Zyski a współczynnik zacienieniaPoziom promieniowania słonecznego jest szczególnie wysoki w lecie. Temperatury zewnętrzne są, generalnie biorąc, na tyle wysokie, że nie tylko nie jest potrzebne ogrzewanie budynku, ale nawet temperatura wewnątrz odczuwalna jest jako dyskomfortowa. Nawet wiosną i jesienią nie jesteśmy w stanie spożytkować wszystkich zysków energetycznych z promieniowania słonecznego. Wychwycenie nadmiaru energii promieniowania jest zadaniem dla zacienienia. Zacienienie jest więc redukcją współczynnika g. Służy temu wiele rozwiązań.Szyby zmniejszające przepuszczalność energii są statycznymi systemami z niską stałą wartością g. Redukują dopływ energii nawet wtedy, kiedy jest on pożądany. Zewnętrzne, i zwykle nastawne, systemy zacieniania są najbardziej efektywne, ponieważ redukują dopływ energii zanim wpłynie ona do budynku. Ich wadą jest słaba odporność na warunki atmosferyczne i zwykle muszą być chronione przez jakiegoś rodzaju osłony wiatrowe, chroniące je przed wiatrem podczas burz. Są jednak również systemy całkowicie odporne na działanie wiatru. Innym aspektem jest ich konserwacja i mycie. Problemy te nie dotyczą systemów instalowanych w przestrzeni międzyszybowej. Są one chronione przed uszkodzeniem i zanieczyszczeniem, ale muszą wykazywać się trwałością, ponieważ nie są dostępne w przypadku konserwacji i napraw. Najmniej efektywne są systemy montowane wewnątrz, po stronie pomieszczenia, szczególnie w przypadkach, kiedy zostały zainstalowane dopiero wtedy, kiedy okazało się, że nasłonecznienie jest zbyt duże. W przypadku tych systemów jedynie te, które odbijają promieniowanie, zapewniają oczekiwaną sprawność. Oprócz klasycznych systemów wymienionych powyżej istnieje w tej dziedzinie szereg innowacyjnych produktów, takich jak szkło elektro-chromatyczne i systemy pionowych osłon, służących również jako światłowody.Normy DIN 4108 i DIB V 18599 zawierają specyfikacje warunków komfortu klimatu wewnętrznego i wykorzystania zysków słonecznych. Jednak spełnienie wymagań tam podanych dla osłon przeciwsłonecznych nie zawsze ten komfort zapewniają.Podsumowując: należy wskazać, że systemy pasywne mogą odgrywać jedynie rolę wspomagającą. Podczas długich okresów wysokich temperatur zewnętrznych nawet systemy zacieniające nie są w stanie zapewnić, że temperatury wewnątrz będą niższe od zewnętrznych. Pomocnym w takim przypadku jest system wentylacji schładzający pomieszczenia nocą.PodsumowanieOchrona cieplna, zyski z promieniowania słonecznego i zacienienie wymagają całościowego podejścia przy projektowaniu mającym na celu minimalizację zużycia energii i zapewnienie komfortu cieplnego wewnątrz. W procesie tym budynek musi być traktowany jako całość z uwzględnieniem jego funkcji i przepływów energii. Jednostronna i częściowa optymalizacja, np. ograniczona jedynie do ochrony cieplnej, często jest ślepą uliczką nie prowadzącą do zadowolenia użytkownika. Okna i fasady potrzebują osłon przeciwsłonecznych w każdym przypadku i, jeśli to potrzebne i uzasadnione, powinny to być osłony nastawne. Tylko w ten sposób „słoneczna siłownia” reprezentowana przez okno i fasadę może zostać spożytkowana w celu zapewnienia komfortu cieplnego i niskiego zużycia energii.Użyteczne informacje w skrócieNa co należy zwrócić uwagę, aby spożytkować zyski z promieniowania słonecznego?
- To co decyduje, to bilans energetyczny. Dlatego wartości Ug i g oszklenia, jak również usytuowanie i wielkość okien, muszą być brane pod uwagę podczas projektowania jednocześnie.
- W przypadku okien dodatkowe zacienienie powinno zawsze być brane pod uwagę. Generalnie, okna bez dodatkowego zacienienia nie spełniają wymagań EnEV i odpowiadają za niekomfortowo wysokie temperatury wnętrz.
- Nastawne układy zacieniające zapewniają wysokie zyski z promieniowania, komfortowe temperatury wewnętrzne i wystarczający dopływ światła dziennego.
- Należy się upewnić, że miejsca pracy są zabezpieczone przed blaskiem. Ideałem jest kombinacja zacienienia i ochrony przed olśnieniem.
- Duże powierzchnie szyb zawsze wymagają układów zacieniających.
- Trzeba wziąć pod uwagę lokalne warunki klimatyczne. Deweloper w Helsinkach wymaga innych rozwiązań niż rozwiązania stosowane we Frankfurcie czy Rzymie.
Autor tekstu:
Michael Rossa, Dyrektor Handlowy Centrum Szkło-Materiały budowlane - Fizyka budowli/ ift RosenheimTłumaczenie i opracowanie:Andrzej WichaPrzedstawiciel na Polskę ift Rosenheim
