VYTIS Ma work

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS ARCHITEKTŪROS FAKULTETAS ARCHITEKTŪROS KATEDRA

Saulės energijos pasyvaus panaudojimo formos ir būdai Ekologinė architektūra Referatas

Studentas: V. Uža Grupė Samf-09 Dėstytojas: S.Čereškevičius

Vilnius, 2010

TURINYS 1. ĮVADAS........................................................................................................................................3 1.1. Pasyvus ir aktyvus saulės energijos panaudojimas...............................................................3 1.2. Pasyvaus saulės energijos panaudojimo istorija...................................................................3 1.3. Darbo tikslas ir uždaviniai....................................................................................................5 2. SAULĖS ENERGIJOS PASYVUS PANAUDOJIMAS...........................................................6 2.1. Saulės energijos pasyvus panaudojimas: penki pagrindiniai elementai.............................6 2.2. Pasyvus šildymas..................................................................................................................7 2.2.1. Tiesiogine sistema.......................................................................................................x 2.2.2. Netiesioginė sistema...................................................................................................x 2.2.3. Izoliuota sistema.........................................................................................................x 2.2.4. Pavyzdžiai...................................................................................................................x 2.3. Pasyvus vėsinimas..............................................................................................................15 2.3.1. Pavėsis........................................................................................................................x 2.3.2. Termomasė..................................................................................................................x 2.3.3. Ventiliacija..................................................................................................................x 2.3.4. Konvekcija..................................................................................................................x 2.3.5. Pavyzdžiai...................................................................................................................x 3. IŠVADOS...................................................................................................................................20 Literatūros ir šaltinių sąrašas........................................................................................................21

2

1.

ĮVADAS:

1.1.Pasyvus ir aktyvus saulės energijos panaudojimas Pasyvaus saulės energijos panaudojimo technologijos tai saulės šviesos panaudojimo priemonės naudingai energijai gauti be aktyvių mechaninių sistemų panaudojimo. Šios technologijos paverčia saulės šviesą į šilumą, sukelia oro judėjimą ventiliacijai, ar būsimam panaudojimui mažai tenaudodamos kitus energijos šaltinius. Tipiškas pavyzdys yra soliariumas pastato pietinėje dalyje.Pasyvus šaldymas naudoja tuos pačius dizaino principus mažinant vasaros metu atsirandančias kondicionavimo sąnaudas.

Technologijos naudojančios nemažą kiekį,paprastos energijos pompoms ar ventiliatoriams, vadinamos aktyvaus saulės energijos panaudojimo tecnologijomis.Kai kurios pasyvios sistemos naudoja mažą paprastos energijos kiekį, sklendžių ir kitų prietaisų kontrolei, kurie padidina saulės energijos surinkimą, saugojimą, naudojimą ir sumažina napageidautinus energijos nuostolius.

Pasyvios saulės energijos panaudojimo technologijos susideda iš tiesioginių ir netiesioginių saulės energijos gavimo būdų skirtų erdvės šildymui , vandens šildymo sistemoms naudojančioms termosifona,termomasę ir fazės kaitos medžiagas ,siekiant sulėtinti vidaus oro temperatūros svyravymus, saulės “keptuves”,saulės “kaminus” pagerinti natūraliai ventiliacijai ir žemės “pastoges”.

Plačiau pasyvaus saulės energijos panaudojimo technologijos susideda iš saulės “kaitintuvo” ir saulės “lydytuvo”, bet jos dažniausiai reikalauja šiek tiek išorinės energijos veidrodžių valdymui ir istoriškai nepasiteisino, nes nebuvo praktiskos ir per brangios masiniam naudojimui. Mažai energijos naudojantis erdvės ir vandens šildymas bėgant laikui pasiteisino kaip geresnis pasyvus energijos panaudojomo būdas.

1.2. Pasyvaus saulės energijos panaudojimo istorija Senovė Pasyvios saulės energijos panaudojimo technikos buvo naudojamos tūkstančius metų dėl būtinumo prieš atsirandant mechaniniam šildymui ir kondicionavimui. Jos išliko

3

tradicinės architektūros dalimi daugelyje šalių.Yra įrodymų, kad senovės kultūros atsižvelgdavo į oriantaciją saulės atžvilgiu, termo masę ir vėdinimą statydami gyvenamuosius statinius. Visiškai išplėtota saulės architektūra ir miesto planavimo metodai pirmą kartą buvo naudojami graikų ir kiniečių, kurie oriantuodavo pastatus į pietus šilumai ir šviesai gauti.Romėnų pirtys turėjo didelius į pietus nukreiptus langus.

Saulės šviesos panaudojimas buvo prarastas Europoje po Romos imperijos žlugimo,tačiau išliko Kinijoje- kosmologijos tradicijos asociavo pietus su vasara, šiluma ir sveikata.

Moderni istorija Pirmieji Europoje namai pasyviai naudojantys saulės energiją buvo pastatyti Vokietijoje po Pirmo pasaulinio karo, kai sąjungininkai okupavo Rūro teritoriją kartu su Vokietijos anglies kasyklomis.

Architektas George F. Keck buvo pasyviai naudonančių saulės energiją namų pradininkas.

1930-40m. jis suprojektavo stiklinį ateities namą 1933m. Progreso amžiaus ekspozicijai Čikagoje.Po to jis pradėjo vis dažniau naudoti į pietus nukreiptus langus savo projektuose.

1940m. Jis suprojektavo pasyvų saulės namą Ilinois. Chicago Tribune šį namą pavadino saulės namu.

1973m .naftos krizė paskatino domėjimasi pasyviais saulės namais.Šiuo laikotarpiu buvo išleista nemažai knygų šia tema.1979 m. prezidentas Karteris irengė saulės skydus ant Baltųjų rūmų stogo. Šiuolaikinės tendencijos Pasyvios saulės energijos panaudojimo technologijos patobulėjo dvidešimtame amžiuje,dėl 3d kompiuterinio modeliavimo.XXI a. pradžioje sulaukė dar didesnio susidomėjimo.

4

1.3.Darbo tikslas ir uždaviniai Šio darbo tikslai yra: 

įvertinti saulės energijos pasyvaus panaudojimo reikšmę;



apžvelgti saulės energijos pasyvaus panaudojimo tipus;



įvardinti saulės energijos pasyvaus panaudojimo būdus;



įvardinti saulės energijos pasyvaus panaudojimo privalumus ir trūkumus;



pateikti

šiuolaikių architektūros pavyzdžių. su pasyviu saulės

energijos panaudojimu.

5

2. SAULĖS ENERGIJOS PASYVUS PANAUDOJIMAS 2.1.Saulės energijos pasyvus panaudojimas: penki pagrindiniai elementai Namo pasyviai naudojančio saulės energiją dizainą sudaro penki elementai.Atskiros penkios funkcijos turi veikti išvien, kad namas normaliai funkcionuotų. 

Kolektorius.-didelis įstiklintas plotas, per kurį saulės šviesa patenka į pastatą.Įstiklintas plotas negali nukrypti nuo pietų krypties daugiau nei 30 laipsnių. Ir neturi būti kitų pastatų ar medžių šešėlyje nuo devynių valandų ryto iki trijų valandų po pietų šildymo sezono metu.



Sugėrėjas -sunkus tamsus paviršius.Tokiu paviršium gali būti plytų siena, grindys, vandens konteineris esantis tiesioginėje saulės šviesoje. Saulės šviesa pasiekianti paviršių yra sugeriama kaip šiluma.



Termo masė. Tai medžiaga sauganti saulės šilumą.Sugėrėjas yra atvira plokštuma, o termo masė yra medžiaga po šiuo paviršiumi.



Paskirstymas-metodas kurio dėka saulės šiluma cirkuliuoja iš surinkimo ir saugojimo taškų į skirtingas namo vietas. Pasyvus dizainas naudoja tris natūralias šilumos perdavimo priemones-kondukciją, konvekciją ir spinduliavimą.



Kontrolė. Namo atbrailos gali būti naudojamos vasaros mėnesiais šesėliui sukurti.

6

Kiti dizaino elementai: 

Erdvės reikalaujnančios daugiausiai šviesos, šildymo ir vėsinimo turėtų būti pietinėje pusėje.



Laisvo planavimo planas optimizuoja pasyvios sistemos darbą.



Langų vietos ir įstiklinimo tipas yra svarbios pasyvios sistemos sudedamosios dalys.

2.2.Pasyvus šildymas Pasyvių saulės šildymo sistemų tikslas yra sugauti saulės šilumą namo elementais ir tą šilumą išleisti kai nėra saulės, taip išlaikant komfortabilią kambario temperaturą.

Yra du pagrindiniai pasyvios šildymo sistemos elementai: 

Į pietus atsukti langai;



Termomasė sugerianti, sauganti, ir paskirstanti šilumą.

Yra iš viso trys pasyvių sistemų rūšys: 2.2.1.Tiesiogine sistema: Gyvenamoji erdvė yra saulės kolektorius, šilumos sugėrėjas ir paskirstytojas.Į pietus nukreipti langai leidžia patekti saulės energijai i vidų, kur ji apšviečia grindis ir sienas,

7

kurios sugeria ir saugo saulės šilumą, kuri yra išpinduliuojama atgal į kambarį naktį.Šios termo masės medžiagos dažniausiai yra tamsios spalvos, kad sugertų kiek įmanoma daugiau šilumos.Termo masė taip pat mažina karščio intensyvumą dienos metu sugerdama šilumq.Vandens talpos gyvenamojoje erdvėje gali buti naudojamos šilumai saugoti.tačiau kitaip nei mūro siena, vandens talpoms reikia papildomų konstruktyvinių sprendimų ir todėl yra sunkiau integruojamos į pastatą. Tiesioginė sistema išnaudoja 6075% saulės energijos.

Pasyvios saulės energijos kiekis priklauso nuo langų ploto, kuris nulemia kiek saulės energijos yra surenkama ir termo masės kiekio, kuris nulemia kiek saulės šilumos gali būti saugoma.Esant termo masės trūkumui namas perkais.Idealus termo masės ir langų santykis keičiasi nuo klimato sąlygų.

Svarbios pastabos: 

Termomasė turi būti izoliuota nuo išorės temperatūros siekiant užkirsti kelią energijos netekimui.Tikimybė prarasti energiją yra didelė, kai termo masė tiesiogiai kontaktuoja su žeme ar su išorės oru, kurio temperatūra yra žemesnė nei termo masės.



Termomasės medžiagos neturi būti storesnšs nei 6 coliai.



Kiekvienam kvadratinam metrui pietinių langų reikia naudoti 150 svarų mūro arba 4 galonus vandens.

8



Geriau paskirstyti termo masę plonu sluoksniu didesniame plote nei daryti stora maža plotą.



Termomasės plotas turi būti devynis kartus didesnis nei langų plotas mūsų klimato juostoje

2.2.2.Netiesiogine sistema Termomasė yra tarp saulės ir gyvenamosios erdvės.Termomasė sugeria saulės šviesą ir perduoda ją kondukcijos būdu gyvenamajai erdvei.Netiesioginė sistema naudoja 30-45% saulės energijos.

Yra du netiesioginių sistemų tipai: 

Šilumą saugančių sienų sistema(trombe siena)



Stogo baseinų sistema

“Trombe” siena yra labiausiai paplitęs netiesioginės sistemos tipas.Termomasė 6-18 colių mūro siena, yra statoma už į pietus atsukto stiklo.Saulės šiluma yra sugeriama tamsaus sienos paviršiaus ir saugoma sienos masėje per kuria šiluma išspinduliuojama į gyvenamą erdvę.Saulės šiluma cirkuliuoja per sieną pasiekdama jos vidinį paviršių vėlyvą popietę ar ankstyvų vakarą.Kai vidaus temperatura nukrinta žemiau nei sienos paviršiaus temperatūra šiluma išspinduliuojama į kambarį.Angos sienos viršuje ir apačioje leidžia šilumai judėti tarp stiklo ir sienos į gyvenamąją erdvę.Kai angos uždaromos nakčiai iš sienos spinduliuojanti šiluma šildo erdvę.

Svarbu atsiminti:

9



Erdvė tarp termomasės sienos ir stiklo turėtų buti ne mažesnė nei 4 coliai.



Angos sienoje turi būti uždarytos naktį.



Termomasės sienos storis 10-14 colių mūro sienai,12-18 colių betono sienai, 6 coliai vandens sienai.

Stogo baseinai gali būti naudojami tiek šildymui tiek vėsinimui. Ant stogo 6-12 colių vandens sluoksnis dideliuose plastikiniuose konteineriuose dengiamas stiklu .Vėsinimo sezono metu izoliuojantis sluoksnis nuimamas naktį,kad vanduo atvėstų nuo nakties oro.Vanduo išyla dienos metu iš apačios ir išspinduliuoja šilumą naktį.Šildymo sezoną izoliuojantis sluoksnis nuimamas dieną.Vanduo sugeria saulės šilumą ir išspinduliuoja į apačioje esantį pastatą.

Stogo baseinai reikalauja įmantrių drenažo sistemų, termoizoliacijos kurią būtų galima uždėti ir nuimti atitinkamu laiku ir konstrukcinės sistemos atlaikančios dideles apkrovas.

10

2.2.3.Izoliuota sistema Izoliuotos sistemos šildymo dalys yra atskirtos nuo namo gyvenamosios erdvės.Dažniausiai pasitaikantis dizainas- saulės kambarys.Ši sistema išnaudoja 1530% saulės energijos.Saulės energija lieka ir saulės kambaryje.Saules kambariai dėl didelių įstiklintu plotų gauna daug saulės energijos bet daug jos ir praranda .Temperatūros svyravimai gali būti sumažinti termomasės panaudojimu ir geros varžos langais.Šiluma patenka i namą konvekcijos būdu per siena esančią saulės kambaryje arba per angas viršuje ir apačioje, langus, duris ar ventiliatorius.

Pasyvūs kolektoriai naudoja pietų oro kolektorių natūraliai konvekcijai oro patekimui į saugojimo vietą.Konvekciniai oro kolektoriai yra žemiau nei oro saugykla tam kad šiltas oras kolektoriuje gaįlėtų natūraliai kilti į saugyklą.

Saulės kambarių privalumas yra tas kad jie suteikia papildomo ploto namams ir juose galima efektyviai auginti augalus.

11

Yra du pagrindiniai saulės kambario šildymo potencialo optimizavimo būdai:padėtis pasaulio šalių atžvilgiu ir langų kampas.Į pietus nukreipti langai (galimas 30 laipsmių nuokrypis į rytus arba į vakarus) suteiks apie 90% saulės energijos.Saulės spinduliai efektyviausiai patenka į patalpos vidų jei kampas tarp jų ir stiklo 90 laipsnių .Optimalus kampas priklauso nuo klimato juostos ir norimo saulės šilumos kiekio patalpoje.

Problemos pasirenkant stiklo kampą 

Stiklas ir plastikas nėra stiprios medžiagos.Tolstant nuo vertikalios ašies didėja stiklo poltas, kurį veikia gravitacija, todėl reikia didinti stiklo storį arba įrengti atramas.Abiem atvejais didėja kaštai, o paskutinis būdas dar ir mažina plotą per kurį į patalpą patenka saules šviesa.



Kampu pasuktas stiklas gali būti neatsparus krituliams.todėl rekomenduojama naudoti laminuotą stiklą.



Sunku kontroliuoti saulės šilumos petekimą į patalpą

12

Dėl šių priežasčių vertikalus stiklas yra geriausia išeitis .Vertikalus stiklas praleidžia tiek pat žiemos saulės šilumos kaip ir kampu pasuktas stiklas, tačiau be kampu pasukto stiklo trūkumų.Jį lengviau sumontuoti ,jis nepraleidžia vandens ir lenvgiau su stogo atbraila sukurti ant jo krentanti šešėlį.

Svarbūs faktai: 

Saulės kambaryje reikia naudoti tamsią spalvą termosienai.



Vasaros mėnesiams reikia turėti ventiliacijos sistemą



Jei naudojamas stiklas bus virš galvos - reikia naudoti šilumą atspindintį stiklą.

2.2.4. Pavyzdžiai

Namas Naujojoje Zelandijoje su „trombe“ siena 13

E Eko namas Vokitijoje pasyviai naudoantis saulės energiją

14

2.3.Pasyvus vėsinimas Pasyvios saulės vėsinimo sistemos mažina nereikalingą šilumos kiekį dienos metu , sukuria naturalią ventiliaciją ,keičia šiltą interjero orą šaltesniu išorės oru kai tai įmanoma ir saugo nakties vėsą tam, kad sušvelnintų oro temperatūrą dieną.Paprasčiausios pasyvaus vėsinimo formos: stogų atbrailos kuriančios šešėlį, į pietus nukreipti langai, medžiai, termomasė ir ventiliacija.

2.3.1. Pavėsis Siekiant sumažinti nereikalingą vasaros karštį, visi langai turi atsirasti stogo atbrailos šešėlyje ir t.t.

15

Stogo atbrailos plotis turi būti dvigubai mažesnis nei lango aukštis.Tada saulės spinduliai pateks į vidų ne vasarą o žiemą.

Saulė yra žemai saulėlydžio ir saulėtekio metu. Todėl atbrailos rytuose ir vakaruose nėra tokios efektyvios.Jei pagrindinė problema vėsinimas –reikia sumažinti langų skaičių rytuose ir vakaruose. Sukurti šešėliui gali buti naudojami augalai.

2.3.2. Termomasė Termomasė naudojama pasyviose sistemose sugerti karščiui ir sušvelninti temperatūrai viduje karštomis dienomis.Naktį termomasė gali būti atšaldoma naudojant ventiliaciją, kad kitą dieną ji vėl sugertų karštį.Įmanoma naudoti tą pačią termo masę vėsinimui šiltuoju sezonu ir šildymui šaltuoju.

2.3.3.Ventiliacija Natūrali ventiliacija palaiko vidaus temperaturą, kuri yra artima išorės temperaturai, taigi tai tik efektyvi vėsinimo tecnika , kai vidaus temperatūra yra lygi arba aukštesnė nei išorės temperatūra.Klimatas nulemia geriausią naturalios ventiliacijos būdą.

Vietose kur dienos metu yra vėjas ir poreikis ventilaicijai riesiog paliekami atviri langai .

16

2.3.4.Konvekcinis vėsinimas Seniausia ir paprasčiausia konvekcinio včsinimo forma yra paimti šaltą nakties orą iš išorės ir ištumti šiltą vidaus orą.Jei naktį yra vejas tai anga lubų viršuje leis karštam orui prie lubų išeiti,apatinė anga priešingoje sienoje leis šaltam nakties orui patekti ir pakeisti karštą orą.

Vietose kuriose nėra vėjo galima taip pat naudoti konvekcinį vėsinimą pasitelkiant saulės kaminus.Saulės kaminų veikimas paprastas –karštas oras kyla į viršų.Jis sukuria šilto oro zoną.Karštas oras palieka pastatą per angą esančią prie lubų o šaltas oras patenka į patalpą per angą esančią sienos apačioje.

Yra daug būdų saulės kamino efektui gauti.Vienas iš jų- prijungti kambarį pietinėje pastato pusėje, kuris yra ventiliuojamas viršuje.Oras yra ištraukiamas iš gyvenamosios erdvės per apčioje esančias angas, kad būtų pašalinamas per saulės kambario viršutines ventiliacijos angas.

17

Šilumos

kamino efektas gali būti integruotas į namą su atvira laiptine ar atriumu.

2.3.5.Pavyzdžiai

18

Pasyvus vėsinimas biurų pastate Didžiojoje Britanijoje.

19

Pasyvus vėsinimas name kanzase ,JAV

20

3. IŠVADOS Pasyvaus saulės energijos panaudojimo technikos naudojamos tūksrančius metų, ypač jos tampa svarbios ekonomikos nuosmukio laikotarpiais.

Dažniausiai pasitaikančios saulės energijos pasyvaus naudojimo formos yra pasyvus šildymas ir pasyvus vėsinimas.

Pasyvaus saulės energijos panaudojimo privalumai lenkia trūkumus. Pagrindinis privalumas yra ekologiškumas, harmoningas statinio ir gamtos santykis. Pagrindinis trūkumas ekonominis- brangesnis įrengimas ir ekploatavimas.

21

Literatūros ir šaltinių sąrašas 

http://www.williams.edu/resources/sustainability/green_buildings/passive_sol ar.php?topic=cooling



http://www.brighthub.com/environment/green-living/articles/21670.aspx



http://www.williams.edu/resources/sustainability/green_buildings/passive_sol ar.php



http://www.trendir.com/house-design/tag/sustainable-architecture-projects



http://www.treehugger.com/files/2008/02/split-box-home-design.php

22