Zyski ze słońca - jak wykorzystać naturalne ciepło
Promienie słoneczne wpadające przez duże okna mogą dostatecznie ogrzewać pomieszczenia, nawet wtedy, gdy na dworze jest mróz.
Autor: Agnieszka i Marek Sterniccy
Duże przeszklenia sprzyjają pozyskiwaniu energii słonecznej. I dlatego pomimo tego, że nawet najnowocześniejsze i bardzo drogie okno ma wyższy (mniej korzystny) współczynnik przenikania ciepła U niż dobrze zaizolowana ściana, to wcale nie znaczy, że w domu energooszczędnym należy ograniczyć ich liczbę. Trzeba je tylko odpowiednio wykorzystać do pozyskiwania ciepła. Zyski wynikające z nasłonecznienia mogą nawet przewyższyć zwiększone – w wyniku zastosowania większych szklanych powierzchni – straty ciepła.
Autor: Michał Glinicki Jacek Kucharczyk
Ogród zimowy służy nie tylko do pozyskiwania promieniowania słonecznego, ale również ogranicza straty ciepła w pomieszczeniu do którego przylega. Projekt domu: JEMS Architekci - Maciej Miłobędzki, Piotr Migdalski
Z której strony
Tylko przeszklenia ustawione pod właściwym kątem względem stron świata umożliwią dogrzewanie domu promieniami słonecznymi. Najwięcej okien powinno być usytuowanych od strony południowej i zachodniej. Natomiast od strony północnej najlepiej nie robić ich wcale. Mogłoby się wydawać, że najkorzystniejszym rozwiązaniem jest całkowite przeszklenie ściany od strony południowej. Wówczas przecież do pomieszczeń dostanie się najwięcej promieni słońca. Tymczasem tak nie jest. Latem mogłoby to doprowadzić do zbytniego przegrzania pomieszczeń, a zimą straty ciepła spowodowane ucieczką ciepła przez duże przeszklenia byłyby znacznie większe niż zyski z promieniowania słonecznego. Bardzo istotny jest kąt, pod jakim promienie słoneczne padają na daną powierzchnię – im jest on większy, tym więcej wniknie ich w podłoże. Dlatego zimą, gdy promienie słońca pod większym kątem padają na płaszczyzny pionowe niż na poziome, ważne jest, aby docierały nie tylko do podłogi, ale także do ściany, która pochłonie więcej ciepła.
Wyżej czy niżej
Najkorzystniejsze ze względu na pozyskiwanie energii słonecznej jest umieszczenie okna jak najwyżej. Lepiej, żeby nie było ono zbyt długie (nie zaczynało się tuż nad podłogą). Ilość ciepła uzyskana przez dolną część okna może się bowiem okazać mniejsza niż dodatkowe straty ciepła w chłodnym okresie wynikające ze zwiększonej powierzchni szyb. Wyżej usytuowane okna są też korzystniejsze latem – powodują mniejsze nagrzewanie podłogi.
Straty mniejsze niż zyski
Te same powierzchnie szklane, które służą do pozyskiwania energii słonecznej, w okresach bezsłonecznych przyczyniają się, niestety, do zwiększenia strat ciepła budynku. Aby w bilansie dodatkowe straty nie przewyższyły zysków, konieczne jest stosowanie, przynajmniej na największe okna, osłon zapobiegających okresowo ucieczce ciepła. Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie zewnętrznych okiennic bądź rolet, które jednocześnie stanowią dodatkowe zabezpieczenie przed złodziejami. Jeśli decydujemy się na dom z dużymi oknami, ale chcemy, by straty ciepła w nim były jak najmniejsze, powinniśmy zamontować specjalne okna o niższym od standardowego współczynniku U. W sprzedaży są okna, których współczynnik U (dla całego okna) jest niższy niż 1,3 W/(m2·K). Najcieplejsze okna na rynku mają U równy 0,4 W/(m2·K).
Przeszklona weranda
Bardzo ciekawe ze względów estetycznych jest rozwiązanie łączące bezpośredni i pośredni sposób ogrzewania pomieszczeń promieniami słońca, polegające na dobudowaniu od południowej strony domu całkowicie przeszklonej przestrzeni. Może ona pełnić różne funkcje: od zupełnie nieużytkowych, przez komunikacyjne, do werandy połączonej na przykład z pokojem dziennym. Nie może być jednak traktowana jako pomieszczenie w pełni użytkowe, bo ze względu na wysoki stopień przeszklenia latem będzie tam nieznośnie gorąco, a zimą po prostu zimno. Ściana oddzielająca to pomieszczenie od reszty domu musi mieć tak dobrą izolacyjność termiczną jak normalna ściana zewnętrzna. Najlepiej, aby była lita, choć może mieć otwory okienne i drzwiowe lub być całkowicie przeszklona. Można zrezygnować ze ściany oddzielającej (właściwie nie będzie to już wtedy przybudówka, tylko ogromne okno w pomieszczeniu), ale w naszym klimacie oznacza to zwiększenie kosztów ogrzewania, a więc nie jest to rozwiązanie zalecane. Aby zapobiec pojawiającemu się latem problemowi nadmiernego wzrostu temperatury, konieczne jest zamontowanie rolet czy markiz ocieniających przybudówkę albo grubych zasłon zasłaniających przeszklenia między przybudówką a wnętrzem domu, a w ostateczności kosztownych klimatyzatorów. Przeszklona weranda pełni funkcję „kolektora słonecznego”, jeśli jest oszklona szybami o wysokim współczynniku przepuszczania promieniowania słonecznego do wewnątrz i jednocześnie niskim współczynniku przenikania ciepła. Przyczyną wyraźnego wzrostu temperatury wewnętrznej w przybudówce w czasie oświetlania jej promieniami słonecznymi jest tzw. efekt szklarniowy (cieplarniany). Tego typu cieplarnia jest jednocześnie elementem pozyskującym i magazynującym ciepło. Jest to bardzo korzystne zimą, bo powietrze ogrzane w tym pomieszczeniu przedostaje się do przyległych przez otwory w dzielącej je ścianie – drzwi, okna lub specjalne otwory wentylacyjne. Otwierając je bądź przymykając, można regulować ilość przekazywanego ciepła. Przepływ powietrza można wspomagać pracą niewielkiego wentylatora. Zalecane jest podwójne szklenie ścian zewnętrznych przybudówki oraz jej płytkie posadowienie w ziemi, a przede wszystkim stosowanie ruchomych osłon izolacyjnych, które radykalnie ograniczą straty ciepła przez szkło nocą. Aby pozyskane ciepło można było wykorzystywać do ogrzewania po zachodzie słońca, zalecane jest wysypanie podłogi przybudówki warstwą żwiru lub ułożenie kamiennej posadzki. Dobrymi „akumulatorami ciepła” mogą być wstawione do cieplarni szczelne zbiorniki wypełnione wodą, niezamarzającym roztworem lub olejem mineralnym. Szklana przybudówka jest bardzo wydajnym kolektorem, którego duża efektywność jest odczuwalna szczególnie w chłodnym klimacie.
Jak zatrzymać ciepło?
Bezpośrednie ogrzewanie promieniowaniem słonecznym pomieszczeń ma sens tylko wtedy, kiedy znajdują się w nich elementy akumulujące ciepło. W przeciwnym razie ciepło odczuwałoby się w nich tylko w czasie, kiedy świeci słońce. Budynek wykorzystujący energię słoneczną do ogrzewania różni się od innych tym, że ma specjalne „akumulatory ciepła”. Są nimi masywne przegrody wewnętrzne, w których zostaje zmagazynowane ciepło pozyskiwane przez okna. Kiedy promienie słoneczne przestają ogrzewać pomieszczenie, ich rolę przejmują „akumulatory”. Najważniejszym z nich jest ściana wewnętrzna znajdująca się naprzeciwko okna. Z tego względu powinna być możliwie masywna i mieć grubość od 20 do 45 cm. Może się zdarzyć, że akurat w tym miejscu znajdzie się ściana konstrukcyjna. Nie trzeba wówczas ponosić dodatkowych kosztów na wykonanie specjalnie pogrubionej ściany. Zdolność do pochłaniania promieniowania zwiększa pomalowanie ściany na ciemny kolor – nawet o 75% w stosunku do ściany białej. Pozostałe powierzchnie w pomieszczeniu powinny być jak najjaśniejsze, aby odbijały i rozpraszały światło. Chcąc możliwie najefektywniej wykorzystywać promieniowanie słoneczne do ogrzewania pomieszczeń, trzeba, niestety, ograniczyć głębokość pomieszczenia, które będzie pełnić funkcję „kolektora słonecznego”. Aby napromieniowanie masywnej ściany akumulującej ciepło było maksymalne, musi ona znajdować się jak najbliżej południowego okna. Wskazane jest, aby jej odległość od okna nie była większa od 2,5-krotnej jego wysokości. Jeśli będzie większa, pomieszczenie powinno się dodatkowo doświetlić oknami dachowymi. Ściana akumulująca ciepło nie może być zacieniana meblami, bo zmniejsza to efektywność systemu.
