طراحی خورشیدی منفعل در تلاش است تا با استفاده از انرژی خورشید ، راحتی خانه شما را بهبود بخشد. این به معنای مهار قدرت خورشید برای گرم کردن خانه در زمستان و جلوگیری از گرمای اضافی در تابستان است. طراحی دقیق خورشیدی منفعل با هدف دستیابی به این هدف بدون استفاده از برق یا گاز اضافی برای گرم کردن یا خنک کردن خانه. سه اصل اساسی ترمودینامیک چگونگی انتقال گرما در محیط ساخته شده را کنترل می کند: انتقال ، هدایت و تابش. طراحی خورشیدی منفعل این مفاهیم اساسی را با شرایط محلی ترکیب می کند تا افزایش گرما (گرمایش) و از دست دادن گرما (خنک کننده) را بهبود بخشد.
مفاهیم اصلی ترمودینامیک
انتقال گرما به سه روش اساسی انجام می شود: انتقال ، همرفت و تابش گرما.
– هدایت انتقال حرارت بین یک ماده به دلیل اختلاف دما است – بنابراین وقتی چیزی (گاز ، مایع یا جامد) یک چیز سرد را لمس می کند ، گرما از چیز گرم به سمت سرما حرکت می کند تا دمای یکسان شود. مهمترین شکل اتصال که در خانه شما اتفاق می افتد از طریق ویندوز است. به عنوان مثال ، هنگامی که در بیرون سرد است و در داخل آن گرم است ، گرما از طریق ویندوز رخ می دهد به عنوان درجه حرارت سعی می کند برابر باشد.
همرفت انتقال حرارت است که فقط در گازها و مایعات به دلیل انتشار یا جریانها اتفاق می افتد. در زمینه طراحی خورشیدی منفعل ، همرفت نشان می دهد که چگونه هوا در داخل و بین خانه و خارج حرکت می کند.
تابش حرارتی تابش الکترومغناطیسی است که همه اجسام به عنوان گرما ساطع می شوند. تشعشع خورشیدی بیشتر از طریق پنجره ها و سقف ساختمان رخ می دهد و مسئولیت بیشتر گرمای خورشیدی را بر عهده دارد. تشعشع همچنین از یک خانه گرم به یک فضای بیرون از هوای سرد صورت می گیرد که باعث از دست رفتن گرما می شود. عینک های کم E مانند آینه کار می کنند ، بنابراین گرما از داخل بر روی داخل می ماند و گرما از خارج در قسمت خارجی باقی می ماند. این اصول اساسی انتقال گرما ، بلوک های ساختمان کنترل آب و هوا از طریق طراحی خورشیدی منفعل است.
شرایط محلی
دانستن حریم خصوصی سایت ساختمان و استفاده از آن بخش مهمی از طراحی خورشیدی منفعل مؤثر است.
آب و هوا: اطلاعات دقیق اقلیمی محلی نقش عمده ای در طراحی خورشیدی منفعل دارند. روزهای درجه حرارت و روزهای دمای خنک کننده معیارهای اصلی هستند که به طراحان منفعل کمک می کنند تا گرمایشی و سرمایش را بر اساس داده های اقلیمی محلی طراحی کنند. این اندازه گیری ها به گونه ای طراحی شده اند که انرژی مورد نیاز برای گرم کردن یا خنک کننده ساختمان را بر اساس دمای خارجی منعکس کنند. درک شرایط آب و هوایی محلی از این طریق به طراح این امکان را می دهد تا تعیین کند که گرمای خورشیدی چقدر به شما نیاز دارد تا خانه خود را گرم کنید.
مسیر خورشیدی: مسیری که خورشید در آسمان دنبال می کند هر روز در طول سال تغییر می کند به دلیل شیب محور زمین نسبت به مدار آن در اطراف خورشید. بزرگی این تفاوت ها به عرض جغرافیایی بستگی دارد: مکان های نزدیک استوا کمترین تغییر را دارند و مکان های نزدیک قطب شمال یا جنوبی بیشترین واریانس را دارند. با توجه به اینکه خورشید در شرق طلوع می کند و بدون توجه به مکان ما در زمین ، در غرب غروب می کند ، در نیمکره شمالی زاویه ای که خورشید در آن طلوع می کند با نزدیک شدن به ایستگاه زمستانی بیشتر می شود. معنی این در تجربه عملی ما این است که در زمستان خورشید در آسمان “کم” و به افق جنوبی نزدیکتر است.
عناصر طراحی مشترک
یکی از اهداف اصلی طراحی منازل خورشیدی منفی در آب و هوای گرم آمریکای شمالی ، اجازه ورود نور خورشید در طول زمستان و دور نگه داشتن آن در طول تابستان است. پنجره های رو به جنوب که در طول روز در طول زمستان در معرض نور خورشید قرار دارند ، کلید اصلی است. این پنجره ها مقدار R حداقل 5 دارند و با استفاده از ضرایب افزایش دمای خورشیدی (SHGC) بر اساس تعداد روزهای دما در آب و هوای محلی تنظیم می شوند. مقادیر R زیاد برای کاهش رسانایی مهم است و SHGC بالاتر گرمایش منفی بیشتری را نسبت به SHGC پایین تر فراهم می کند.
برای جلوگیری از گرمای بیش از حد در تابستان ، لباس هایی با دقت طراحی شده بر روی ویندوز قابل نصب است. این پنجره ها در معرض تابش کم نور آفتاب در زمستان قرار گرفته و از تابش نور خورشید در تابستان محافظت می کنند. سایر اقدامات ممکن است شامل روکش پنجره ها ، دهانه های تهویه ، و یا گیاهان افتاده با برگ های درختی باشد که در تابستان پنجره ها را می پوشانند اما در تابستان آنها را لخت می کنند و باعث می شوند نور از آنجا عبور کند.
پوشش عایق بندی شده و مهر و موم شده ساختمان ، نقش مهمی در خانه خورشیدی منفعل دارد. این باعث کاهش نشت هوا می شود ، که باعث گرم شدن خانه در فصل تابستان و خنک شدن آن در زمستان می شود و در نتیجه صورتحساب انرژی بیشتری برای صاحب آن ایجاد می شود. بیشتر طراحی های منفی خورشیدی شامل “جرم حرارتی” خواهد بود – ماده ای که می تواند گرما را در طول روز جذب کرده و آن را ذخیره کرده و آن را در شب آزاد کند تا نوسانات دما را کاهش دهد. “بلوک های حرارتی” ممکن است شامل مخزن ، استخر پشت بام یا دیوار ترومبی باشد.
گردش هوا در فضای محاصره شده نیز یک طرح خورشیدی منفعل را به چالش می کشد. در حالی که همرفت (افزایش هوای گرم) می تواند به میزان قابل توجهی در گردش هوا نقش داشته باشد ، بسیاری از طراحان نصب فن یا سیستم تهویه بازیابی گرما (HRV) را انتخاب می کنند. HRV ها می توانند ضمن به دست آوردن انرژی حرارتی در هوای قدیمی و انتقال آن به هوای جدید ، هوای قدیمی را بیرون بیاورند و هوای تازه را از خارج خارج کنند. گرچه کاملاً منفی نیست ، اما مدافعان حقوق بشر برای دستیابی به هوای داخلی با کیفیت عالی از انرژی کمترین انرژی به شیوه ای مؤثر استفاده می کنند.