Войти
В Проектирование пассивных солнечных батарей окна, стены и полы предназначены для сбора, хранения, отражать и распределять солнечную энергию в виде тепла зимой и отклонять солнечное тепло летом. Это называется пассивным солнечным дизайном, потому что, в отличие от активных систем солнечного отопления, он не предполагает использования механических и электрических устройств.
Ключом к проектированию пассивного солнечного здания является наилучшее использование преимущество местного климата, выполняющего точный анализ участка. К элементам, которые следует учитывать, относятся размещение и размер окон, а также тип остекления, теплоизоляция, тепловая масса и затенение. Методы пассивного солнечного проектирования проще всего применить к новым зданиям, но существующие здания можно адаптировать или «модернизировать».
Элементы пассивного солнечного дизайна, показанные в приложении прямого усиления Пассивные солнечные технологии используют солнечный свет без активных механических систем (в отличие от активных солнечных ). Такие технологии преобразуют солнечный свет в полезное тепло (в воде, воздухе и тепловой массе), вызывают движение воздуха для вентиляции или будущего использования с минимальным использованием других источников энергии. Типичный пример - солярий на экваториальной стороне здания. Пассивное охлаждение - это использование аналогичных принципов проектирования для снижения требований к летнему охлаждению.
Некоторые пассивные системы используют небольшое количество обычной энергии для управления заслонками, жалюзи, ночной изоляцией и другими устройствами, которые увеличивают сбор, хранение и использование солнечной энергии, а также уменьшают нежелательную передачу тепла.
Пассивные солнечные технологии включают прямое и косвенное солнечное усиление для отопления помещений, солнечные системы нагрева воды на основе термосифона, использование тепловой массы и материалы с фазовым переходом для замедления колебаний температуры воздуха в помещении, солнечные плиты, солнечный дымоход для улучшения естественной вентиляции и укрытие от земли.
В более широком смысле, пассивные солнечные технологии включают солнечную печь, но для этого обычно требуется некоторая внешняя энергия для выравнивания их концентрирующих зеркал или приемников, и исторически не было доказано, что они практичны или экономичны для широкого использования. Потребности в «низкопотенциальной» энергии, такие как отопление помещений и воды, со временем оказались лучшими приложениями для пассивного использования солнечной энергии.
научная основа для проектирования пассивных солнечных зданий была разработана на основе комбинации климатологии, термодинамики (в частности, теплопередача : проводимость (тепло), конвекция и электромагнитное излучение ), механика жидкости / естественная конвекция (пассивное движение воздуха и воды без использования электричества, вентиляторов или насосов) и человеческий тепловой комфорт на основе теплового индекса, психрометрия и энтальпия для управления зданиями, в которых живут люди или животные, соляриями, соляриями и теплицами для выращивания растений.
Особое внимание подразделяется на: местоположение, расположение и солнечную ориентацию здания, локальный путь солнца, преобладающий уровень инсоляции (широта / солнечный свет / облака / осадки ), качество проектирования и строительства / материалы, размещение / размер / тип окон и стен, а также включение запасающей солнечную энергию тепловой массы с теплоемкость.
Хотя эти соображения могут быть направлены на любое здание, достижение идеального оптимизированного решения по соотношению цена / производительность требует тщательного, целостного, системной интеграции проектирования этих научных принципов. Современные усовершенствования с помощью компьютерного моделирования (например, комплексное программное обеспечение Министерства энергетики США «Energy Plus» моделирование энергопотребления зданий ) и применение накопленных за десятилетия уроков (начиная с энергетического кризиса 1970-х годов) позволяет добиться значительной экономии энергии и снижения ущерба окружающей среде без ущерба для функциональности или эстетики. Фактически, конструктивные элементы с пассивным солнечным излучением, такие как теплица / солярий / солярий, могут значительно улучшить жизнеспособность, дневной свет, виды и ценность дома при низкой стоимости единицы площади.
После энергетического кризиса 1970-х годов о проектировании пассивных солнечных батарей стало известно много. Многие ненаучные, основанные на интуиции дорогостоящие строительные эксперименты пытались и не смогли достичь нулевого потребления энергии - полного исключения счетов за электроэнергию для отопления и охлаждения.
Строительство здания на пассивной солнечной энергии может быть несложным или дорогостоящим (с использованием уже имеющихся материалов и технологий), но научное проектирование пассивного солнечного здания - это нетривиальная инженерная работа, требующая значительного изучения предыдущего опыта. -интуитивно понятные уроки и время для ввода, оценки и итеративного уточнения моделирования ввода и вывода.
Одним из наиболее полезных инструментов оценки после строительства было использование термографии с использованием цифровых тепловизионных камер для формального количественного научного энергоаудита. Тепловизионное изображение можно использовать для документирования областей с плохими тепловыми характеристиками, таких как негативное тепловое воздействие скошенного под углом стекла или окна в крыше холодной зимней ночью или жарким летним днем.
Научные уроки, извлеченные за последние три десятилетия, были зафиксированы в сложных комплексных компьютерных системах моделирования энергопотребления (например, US DOE Energy Plus).
Научное проектирование зданий с пассивными солнечными батареями с количественной рентабельностью оптимизация продукции непросто для новичка. Уровень сложности привел к продолжающейся плохой архитектуре и множеству основанных на интуиции, ненаучных строительных экспериментов, которые разочаровывают их дизайнеров и тратят значительную часть их строительного бюджета на неподходящие идеи.
Экономическая мотивация научного проектирования и инженерное дело имеет значение. Если бы он применялся всесторонне к строительству новых зданий, начиная с 1980 года (на основе извлеченных уроков 1970-х годов), Америка могла бы экономить более 250 000 000 долларов в год на дорогостоящей энергии и связанном с этим загрязнении сегодня. был критическим элементом достижения нулевого потребления энергии с помощью экспериментов образовательных учреждений и правительств всего мира, включая Министерство энергетики США, и ученых-исследователей в области энергетики, которых они поддерживали на протяжении десятилетий. рентабельность доказательство концепции было введено несколько десятилетий назад, но культурные изменения в архитектуре, строительстве и принятии решений владельцем здания был очень медленным и трудным.
Новые термины «Архитектурная наука» и «Архитектурные технологии» добавляются в некоторые архитектурные школы с будущей целью преподавания вышеуказанных научных и энергетических принципов.
Высота Солнца за год; широта на основе Нью-Йорк, Нью-Йорк Возможность одновременного достижения этих целей в основном зависит от сезонных колебаний пути солнца в течение дня.
Это происходит в результате наклона оси вращения Земли по отношению к ее орбите. путь солнца уникален для любой заданной широты.
В нетропических широтах Северного полушария, удаленных от экватора более чем на 23,5 градуса:
В Южном полушарии наблюдается обратное, но солнце восходит на восток и заходит на запад независимо от того, в каком полушарии вы находитесь.
В экваториальных регионах при температуре менее 23,5 градусов положение солнца в солнечный полдень будет колебаться с севера на на юг и обратно в течение года.
В регионах, расположенных ближе, чем 23,5 градуса от северного или южного полюса, летом солнце будет следовать по полному кругу в sk y без заката, хотя через шесть месяцев, в разгар зимы, оно никогда не появится над горизонтом.
47-градусная разница в высоте солнца в солнечный полдень между зимой и лето составляет основу пассивного солнечного дизайна. Эта информация комбинируется с местными климатическими данными (градус в сутки ) требованиями к отоплению и охлаждению, чтобы определить, в какое время года солнечная энергия будет полезна для теплового комфорта, а когда - заблокирован штриховкой. Благодаря стратегическому размещению таких элементов, как устройства для остекления и затенения, процент солнечного излучения, поступающего в здание, можно контролировать в течение года.
Одна проблема проектирования пути пассивного солнечного Солнца заключается в том, что, хотя Солнце находится в том же относительном положении за шесть недель до и шесть недель после солнцестояния, из-за "теплового запаздывания" от термическая масса Земли, требования к температуре и увеличению солнечной энергии совершенно разные до и после летнего или зимнего солнцестояния. Сдвижные ставни, шторы, шторы или оконные одеяла могут удовлетворить повседневные и ежечасные требования к солнечному излучению и изоляции.
Тщательное расположение комнат завершает пассивный солнечный дизайн. Обычная рекомендация для жилых домов - располагать жилые помещения, выходящие на солнечный полдень, и спальные помещения на противоположной стороне. гелиодон - это традиционное передвижное световое устройство, используемое архитекторами и дизайнерами для моделирования эффектов пути солнца. В наше время трехмерная компьютерная графика может визуально моделировать эти данные и рассчитывать прогнозы производительности.
Личный тепловой комфорт - это функция личного здоровья факторы (медицинские, психологические, социологические и ситуационные), температура окружающего воздуха, средняя лучистая температура, движение воздуха (охлаждение ветром, турбулентность ) и относительная влажность (влияющая на испарительное охлаждение человека). Передача тепла в зданиях происходит за счет конвекции, теплопроводности и теплового излучения через крышу, стены, пол и окна.
Конвективная теплопередача может быть полезной или вредной. Неконтролируемое проникновение воздуха из-за плохой атмосферостойкости / непромокаемой / сквозной защиты может составлять до 40% потерь тепла зимой; тем не менее, стратегическое размещение работающих окон или вентиляционных отверстий может улучшить конвекцию, перекрестную вентиляцию и летнее охлаждение, когда наружный воздух имеет комфортную температуру и относительную влажность. Системы вентиляции с рекуперацией энергии с фильтром могут быть полезны для устранения нежелательной влажности, пыли, пыльцы и микроорганизмов в нефильтрованном вентиляционном воздухе.
Естественная конвекция, вызывающая поднимающийся теплый воздух и падающий более холодный воздух, может привести к неравномерному расслоению тепла. Это может вызвать неудобные колебания температуры в верхнем и нижнем кондиционируемом пространстве, служить способом отвода горячего воздуха или быть спроектировано в виде контура потока воздуха естественной конвекции для пассивного солнечного распределения тепла и температуры. выравнивание. Естественное охлаждение человека с помощью потоотделения и испарения может быть облегчено за счет естественного или принудительного конвективного движения воздуха вентиляторами, но потолочные вентиляторы могут нарушить многослойные изолирующие слои воздуха в верхней части комнаты и ускорить передачу тепла от горячего чердака или через близлежащие окна. Кроме того, высокая относительная влажность препятствует испарительному охлаждению человека.
Основным источником теплопередачи является лучистая энергия, а основным источником является солнце. Солнечное излучение проходит преимущественно через крышу и окна (но также и через стены). Тепловое излучение перемещается с более теплой поверхности на более холодную. Крыши получают большую часть солнечного излучения, поступающего в дом. холодная крыша или зеленая крыша в дополнение к лучистому барьеру может помочь предотвратить повышение температуры на чердаке выше пиковой летней температуры наружного воздуха (см. альбедо, коэффициент поглощения, коэффициент излучения и коэффициент отражения ).
Окна - это готовая и предсказуемая площадка для теплового излучения. Энергия излучения может перемещаться в окно днем и из того же окна ночью. Радиация использует фотоны для передачи электромагнитных волн через вакуум или полупрозрачную среду. Прирост солнечного тепла может быть значительным даже в холодные ясные дни. Поступление солнечного тепла через окна можно уменьшить за счет изолированного остекления, затенения и ориентации. Окна особенно сложно изолировать по сравнению с крышей и стенами. Конвективная теплопередача через и вокруг оконных покрытий также ухудшает его изоляционные свойства. При затенении окон внешнее затенение более эффективно снижает приток тепла, чем внутренние оконные покрытия.
Западное и восточное солнце может обеспечить тепло и освещение, но они уязвимы для перегрева летом, если не затенены. Напротив, низкое полуденное солнце легко пропускает свет и тепло зимой, но может быть легко затенено с помощью выступов соответствующей длины или наклонных жалюзи летом и летних деревьев с листвой, которые сбрасывают листья осенью. Количество полученного лучистого тепла зависит от местоположения широты, высоты, облачности и сезонного / часового угла падения ( см. путь Солнца и закон косинусов Ламберта ).
Другой принцип пассивной солнечной конструкции заключается в том, что тепловая энергия может накапливаться в определенных строительных материалах и снова высвобождаться, когда приток тепла уменьшается, чтобы стабилизировать дневную (дневную / ночную) температуру. вариации. Сложное взаимодействие термодинамических принципов может быть нелогичным для начинающих проектировщиков. Точное компьютерное моделирование может помочь избежать дорогостоящих строительных экспериментов.
Точное количество обращенного к экватору стекла и тепловая масса должны основываться на тщательном учете широты, высоты, климатических условий и требований к обогреву / охлаждению градус в день.
Факторы, которые могут ухудшить тепловые характеристики:
Технически PSH очень эффективен. Системы с прямым усилением могут использовать (т. Е. Преобразовывать в «полезное» тепло) 65–70% энергии солнечного излучения, попадающего на отверстие или коллектор.
Пассивная солнечная фракция (PSF) - это процент от требуемой тепловой нагрузки, которую выдерживает PSH, и, следовательно, представляет потенциальное снижение затрат на отопление. RETScreen International сообщает о PSF на 20–50%. В области устойчивости экономия энергии даже порядка 15% считается существенной.
Другие источники сообщают о следующих PSF:
В благоприятных климатических условиях, таких как юго-запад США, высокооптимизированные системы могут превышать 75% PSF.
Для получения дополнительной информации см. Солнечное воздушное тепло
Существует три основных конфигурации пассивной солнечной энергии:
В пассивной солнечной системе с прямым усилением внутреннее пространство действует как солнечный коллектор, поглотитель тепла и распределительная система. Стекло, обращенное на юг в северном полушарии (обращенное на север в южном полушарии), пропускает солнечную энергию внутрь здания, где оно непосредственно нагревает (поглощение лучистой энергии) или косвенно (посредством конвекции) тепловую массу в здании, такую как бетон или кладка полы и стены. Полы и стены, действующие как тепловая масса, включены в функциональные части здания и снижают интенсивность отопления в течение дня. Ночью нагретая тепловая масса излучает тепло во внутреннее пространство.
В холодном климате закаленное солнцем здание является основным типом пассивной солнечной конфигурации с прямым усилением, которая просто включает увеличение (немного) остекление на южную сторону, без добавления дополнительной тепловой массы. Это тип системы с прямым усилением, в которой оболочка здания хорошо изолирована, вытянута в направлении восток-запад и имеет большую часть (~ 80% или более) окон на южной стороне. Он имеет небольшую добавленную тепловую массу помимо того, что уже есть в здании (например, только каркас, стеновая панель и т. Д.). В защищенном от солнечного света здании площадь окон, выходящих на юг, должна быть ограничена примерно 5-7% от общей площади пола, меньше в солнечный климат, чтобы предотвратить перегрев. Дополнительное остекление, выходящее на юг, может быть включено только в том случае, если добавлено больше тепловой массы. Экономия энергии при использовании этой системы скромная, а защита от солнца очень низкая.
В настоящих пассивных солнечных системах с прямым усилением требуется достаточная тепловая масса для предотвращения больших колебаний температуры воздуха в помещении; требуется больше тепловой массы, чем в закаленном на солнце здании. Перегрев внутренних помещений здания может привести к недостаточной или плохо рассчитанной тепловой массе. Примерно от половины до двух третей внутренней поверхности полов, стен и потолков должны быть выполнены из материалов, аккумулирующих тепло. Теплоаккумулирующими материалами могут быть бетон, саман, кирпич и вода. Тепловая масса в полах и стенах должна быть максимально открытой с функциональной и эстетической точки зрения; термальную массу нужно подвергать воздействию прямых солнечных лучей. Следует избегать ковров от стены до стены, больших ковриков, обширной мебели и больших настенных ковров.
Как правило, примерно на каждый фут стекла, обращенного на юг, требуется от 5 до 10 футов тепловой массы (1 м на 5-10 м). При учете минимальных и средних размеров настенных и напольных покрытий и мебели это обычно составляет примерно 5-10 футов на фут (5-10 м на м) стекла, обращенного на юг, в зависимости от того, падает ли солнечный свет на поверхность напрямую. Простейшее практическое правило состоит в том, что площадь области тепловой массы должна в 5-10 раз превышать площадь поверхности коллектора прямого усиления (стекла).
Твердая тепловая масса (например, бетон, кладка, камень) и т. д.) должны быть относительно тонкими, не более 4 дюймов (100 мм). Лучше всего работают тепловые массы с большими открытыми площадями и под прямыми солнечными лучами хотя бы часть дня (минимум 2 часа). Цвета от средних до темных с высокой поглощающей способностью следует использовать на поверхностях элементов из термальных масс, которые будут находиться под прямыми солнечными лучами. Тепловая масса, не контактирующая с солнечными лучами, может быть любого цвета. Легкие элементы (например, стены и потолок из гипсокартона) могут быть любого цвета. Покрытие остекления плотно прилегающими подвижными изоляционными панелями в темное, пасмурное время и в ночное время значительно повысит производительность системы прямого усиления. Вода, содержащаяся в пластиковой или металлической оболочке и находящаяся под прямыми солнечными лучами, нагревается быстрее и равномернее, чем твердая масса, благодаря естественной конвекционной теплопередаче. Процесс конвекции также предотвращает чрезмерное повышение температуры поверхности, как это иногда бывает, когда на темные твердые поверхности падает прямой солнечный свет.
В зависимости от климата и соответствующей тепловой массы площадь остекления, обращенного на юг, в системе прямого усиления должна быть ограничена примерно 10-20% площади пола (например, 10-20 футов стекла для 100 футов площади пола). Это должно быть основано на чистом стекле или площади остекления. Обратите внимание, что у большинства окон чистая площадь остекления / остекления составляет от 75 до 85% от общей площади оконного блока. Выше этого уровня вероятны проблемы с перегревом, ослеплением и выцветанием тканей.
В пассивной солнечной системе с косвенным усилением тепловая масса ( бетон, кладка или вода) расположен непосредственно за стеклом, обращенным на юг, и перед отапливаемым внутренним пространством, поэтому прямого нагрева нет. Расположение массы предотвращает попадание солнечного света внутрь помещения и может также мешать обзору через стекло. Существует два типа систем косвенного усиления: системы теплоаккумулирующих стен и системы прудов на крыше.
Стены теплоаккумулятора (Тромбе)
В стенке с теплоаккумулирующим аппаратом, часто называемой Стена тромба, массивная стена расположена прямо за обращенным на юг стеклом, которое поглощает солнечную энергию и избирательно отдает ее в ночное время внутрь здания. Стена может быть построена из монолитного бетона, кирпича, самана, камня или сплошных (или заполненных) бетонных блоков. Солнечный свет проникает через стекло и сразу же поглощается поверхностью массовой стены и либо накапливается, либо проходит через массу материала во внутреннее пространство. Тепловая масса не может поглощать солнечную энергию так быстро, как она входит в пространство между массой и областью окна. Температура воздуха в этом помещении может легко превышать 120 ° F (49 ° C). Этот горячий воздух можно вводить во внутренние пространства за стеной, используя теплораспределительные отверстия в верхней части стены. Эта стенная система была впервые задумана и запатентована в 1881 году ее изобретателем Эдвардом Морсом. Феликс Тромб, в честь которого иногда называют эту систему, был французским инженером, построившим несколько домов по этой конструкции во французских Пиренеях в 1960-х годах.
Стена аккумулирования тепла обычно состоит из кирпичной стены толщиной от 4 до 16 дюймов (от 100 до 400 мм), покрытой темной, поглощающей тепло (или выборочной поверхностью) и покрытой одинарным или двойным слоем. стекла с высоким коэффициентом пропускания. Стекло обычно размещают на расстоянии от до 2 дюймов от стены, чтобы создать небольшое воздушное пространство. В некоторых конструкциях масса расположена на расстоянии от 1 до 2 футов (0,6 м) от стекла, но пространство по-прежнему не используется. Поверхность термальной массы поглощает падающее на нее солнечное излучение и сохраняет его для использования в ночное время. В отличие от системы прямого усиления, стенная система аккумулирования тепла обеспечивает пассивное солнечное отопление без чрезмерной площади окон и бликов во внутренних помещениях. Однако возможность пользоваться видами и дневным светом исключается. Характеристики стен Trombe ухудшаются, если внутренняя часть стены не открыта для внутреннего пространства. Мебель, книжные полки и навесные шкафы, установленные на внутренней поверхности стены, снизят ее эффективность.
Классическая стена Trombe, также обычно называемая вентилируемой стеной аккумулирования тепла, имеет рабочие вентиляционные отверстия около потолка и на уровне пола основной стены, которые позволяют воздуху в помещении протекают через них естественной конвекцией. Когда солнечное излучение нагревает воздух, заключенный между стеклом и стеной, он начинает подниматься. Воздух втягивается в нижнее вентиляционное отверстие, затем в пространство между стеклом и стеной, чтобы нагреться солнечным излучением, повышая его температуру и заставляя ее подниматься, а затем выходит через верхнее (потолочное) вентиляционное отверстие обратно в внутреннее пространство. Это позволяет стене напрямую вводить нагретый воздух в пространство; обычно при температуре около 90 ° F (32 ° C).
Если вентиляционные отверстия оставить открытыми на ночь (или в пасмурные дни), произойдет реверсирование конвективного воздушного потока, из-за которого тепло будет рассеиваться на улице. Вентиляционные отверстия должны быть закрыты на ночь, чтобы лучистое тепло от внутренней поверхности стены для хранения обогревало внутреннее пространство. Обычно вентиляционные отверстия закрываются и в летние месяцы, когда приток тепла не требуется. Летом наружный вытяжной вентиль, установленный в верхней части стены, можно открыть для выхода наружу. Такая вентиляция заставляет систему действовать как солнечный дымоход, прогоняющий воздух через здание в течение дня.
Вентилируемые перегородки для аккумулирования тепла, ведущие внутрь, оказались несколько неэффективными, в основном потому, что они отводят слишком много тепла днем в мягкую погоду и в летние месяцы; они просто перегреваются и создают проблемы с комфортом. Большинство специалистов по солнечной энергии рекомендуют не выводить теплоаккумулирующие стены внутрь помещения.
Существует множество вариантов стеновой системы Trombe. невентилируемая стена аккумулирования тепла (технически не стена Trombe) улавливает солнечную энергию на внешней поверхности, нагревается и проводит тепло к внутренней поверхности, откуда оно позже излучается с внутренней поверхности стены во внутреннее пространство в день. В водяной стене используется тип тепловой массы, состоящий из резервуаров или трубок с водой, используемых в качестве тепловой массы.
Типичная невентилируемая стена аккумулирования тепла состоит из кирпичной или бетонной стены, обращенной на юг, с темным теплопоглощающим материалом на внешней поверхности и облицованной одинарным или двойным слоем стекла. Стекло с высоким коэффициентом пропускания максимизирует проникновение солнечной энергии в массивную стену. Стекло размещается на расстоянии от ¾ до 6 дюймов (от 20 до 150 мм) от стены для создания небольшого воздушного пространства. Стеклянная рама обычно металлическая (например, алюминиевая), потому что винил размягчается, а древесина становится сверхвысохшей при температуре 180 ° F (82 ° C), которая может существовать за стеклом в стене. Тепло от солнечного света, проходящего через стекло, поглощается темной поверхностью, сохраняется в стене и медленно проходит внутрь через кладку. В качестве архитектурной детали узорчатое стекло может ограничить внешний вид стены без ущерба для пропускания солнечного света.
Водяная стена использует емкости с водой для получения тепловой массы вместо стены из твердой массы. Водные стены обычно немного более эффективны, чем стены из твердой массы, потому что они более эффективно поглощают тепло из-за развития конвективных токов в жидкой воде по мере ее нагрева. Эти токи вызывают быстрое перемешивание и более быструю передачу тепла в здание, чем это может быть обеспечено за счет массивных стен.
Температурные колебания между внешней и внутренней поверхностями стен пропускают тепло через массивную стену. Однако внутри здания поступление тепла в дневное время задерживается, и оно становится доступным на внутренней поверхности тепловой массы только вечером, когда это необходимо, потому что солнце село. Запаздывание - это разница во времени между моментом, когда солнечный свет впервые попадает в стену, и моментом поступления тепла внутрь здания. Задержка во времени зависит от типа материала, из которого изготовлена стена, и толщины стены; большая толщина приводит к большему запаздыванию. Запаздывание, характерное для тепловой массы, в сочетании с гашением колебаний температуры позволяет использовать переменную дневную солнечную энергию в качестве более однородного источника тепла в ночное время. Окна можно разместить в стене для естественного освещения или из эстетических соображений, но это имеет тенденцию несколько снижать эффективность.
Толщина стены аккумулирования тепла должна составлять примерно от 10 до 14 дюймов (от 250 до 350 мм) для кирпича, от 12 до 18 дюймов (от 300 до 450 мм) для бетона, от 8 до 12 дюймов (от 200 до 300 мм). мм) для земли / самана и не менее 6 дюймов (150 мм) для воды. Эти толщины задерживают движение тепла, так что температура поверхностей в помещении достигает пика в поздние вечерние часы. Тепло достигнет внутренней части здания за 8-10 часов (тепло проходит через бетонную стену со скоростью около одного дюйма в час). Хорошая тепловая связь между внутренней отделкой стен (например, гипсокартоном) и стеной из термостойкого материала необходима для максимальной передачи тепла во внутреннее пространство.
Хотя расположение стены аккумулирования тепла сводит к минимуму дневной перегрев внутреннего пространства, хорошо изолированное здание должно быть ограничено примерно 0,2-0,3 футами поверхности стены из тепловой массы на 1 фут обогреваемой площади пола (0,2 до 0,3 м на м площади пола), в зависимости от климата. Водная стена должна иметь от 0,15 до 0,2 фута поверхности водяной стенки на фут (0,15-0,2 м на м) площади пола.
Стены из термостойкого материала лучше всего подходят для солнечного зимнего климата с резкими перепадами суточных (день-ночь) температур (например, юго-запад, горы-запад). Они не так эффективны в облачном или чрезвычайно холодном климате или в климате, где нет больших суточных колебаний температуры. Потери тепла через тепловую массу стены в ночное время могут быть значительными в пасмурном и холодном климате; стена теряет накопленное тепло менее чем за сутки, а затем происходит утечка тепла, что резко повышает требования к резервному отоплению. Покрытие остекления плотно прилегающими подвижными изоляционными панелями во время продолжительных пасмурных периодов и в ночное время повысит производительность системы аккумулирования тепла.
Основным недостатком теплоаккумулирующих стенок является их отвод тепла наружу. Двойное стекло (стекло или любой из пластиков) необходимо для уменьшения потерь тепла в большинстве климатических условий. В мягком климате допустимо одинарное стекло. Селективная поверхность (поверхность с высоким поглощением / низким уровнем излучения), нанесенная на внешнюю поверхность стены аккумулирования тепла, улучшает рабочие характеристики за счет уменьшения количества инфракрасной энергии, излучаемой обратно через стекло; обычно достигается аналогичное улучшение характеристик без необходимости ежедневной установки и снятия изоляционных панелей. Селективная поверхность состоит из листа металлической фольги, приклеенного к внешней поверхности стены. Он поглощает почти все излучение в видимой части солнечного спектра и очень мало излучает в инфракрасном диапазоне. Высокая поглощающая способность превращает свет в тепло на поверхности стены, а низкий коэффициент излучения предотвращает обратное излучение тепла к стеклу.
Система пруда на крыше
A Пассивная солнечная система пруда на крыше, иногда называемая солнечной системой Крыша, использует воду, хранящуюся на крыше, для смягчения высоких и низких внутренних температур, обычно в пустынных условиях. Обычно он состоит из контейнеров, вмещающих от 150 до 300 мм воды на плоской крыше. Вода хранится в больших пластиковых пакетах или контейнерах из стекловолокна, чтобы максимизировать излучение и свести к минимуму испарение. Его можно оставить неглазурованным или покрыть остеклением. Солнечное излучение нагревает воду, которая действует как накопитель тепла. Ночью или в пасмурную погоду контейнеры можно накрыть изоляционными панелями. Внутреннее пространство под прудом на крыше обогревается тепловой энергией, излучаемой накопителем пруда на крыше. Для этих систем требуются хорошие дренажные системы, подвижная изоляция и усовершенствованная конструктивная система, способная выдерживать статическую нагрузку от 35 до 70 фунтов / фут (1,7–3,3 кН / м).
С учетом углов падения солнечного света в течение дня водоемы на крышах эффективны только для обогрева в низких и средних широтах, в жарком и умеренном климате. Системы прудов на крыше лучше подходят для охлаждения в жарком климате с низкой влажностью. Было построено не так много солнечных крыш, и имеется ограниченная информация о конструкции, стоимости, характеристиках и деталях конструкции крыш для аккумулирования тепла.
В пассивной солнечной системе с изолированным усилением компоненты (например, коллектор и накопитель тепла) изолированы от внутренней части здания.
прикрепленное солнечное пространство, также иногда называемое солнечной комнатой или солярием, представляет собой тип изолированной солнечной системы с застекленным внутренним пространством или комнатой, которая является частью или пристроены к зданию, но могут быть полностью изолированы от основных жилых помещений. Он функционирует как пристроенная теплица, в которой используется комбинация характеристик системы прямого и косвенного усиления. Солнечное пространство может называться и выглядеть как оранжерея, но оранжерея предназначена для выращивания растений, тогда как солнечное пространство предназначено для обеспечения тепла и эстетики здания. Солнечные пространства - очень популярные пассивные элементы дизайна, потому что они расширяют жилую площадь здания и предлагают место для выращивания растений и другой растительности. Однако в умеренном и холодном климате требуется дополнительное отопление помещения, чтобы растения не замерзали в очень холодную погоду.
Направленное на юг стекло прикрепленного солнечного пространства собирает солнечную энергию, как в системе прямого усиления. Самая простая конструкция солнцезащитного пространства - это установка вертикальных окон без верхнего остекления. Солнечные пространства могут испытывать большой приток тепла и большие потери тепла из-за большого количества остекления. Хотя горизонтальное и наклонное остекление зимой собирает больше тепла, его количество минимизировано, чтобы предотвратить перегрев в летние месяцы. Хотя потолочное остекление может быть эстетичным, утепленная крыша обеспечивает лучшие тепловые характеристики. Мансардные окна можно использовать для обеспечения некоторого дневного света. Вертикальное остекление может максимизировать выгоду зимой, когда угол наклона солнца низкий, и дать меньше тепла летом. Вертикальное стекло менее дорогое, его проще установить и изолировать, оно не так подвержено протечкам, запотеванию, разбиванию и другим повреждениям стекла. Сочетание вертикального остекления и некоторого наклонного остекления допустимо, если предусмотрено летнее притенение. Грамотно спроектированный свес - это все, что нужно для затенения остекления летом.
Температурные колебания, вызванные тепловыми потерями и приростом, могут быть смягчены за счет тепловой массы и окон с низким коэффициентом излучения. Тепловая масса может включать каменный пол, каменную стену, граничащую с домом, или емкости с водой. Распределение тепла в здании может осуществляться через вентиляционные отверстия на уровне потолка и пола, окна, двери или вентиляторы. В обычном дизайне стена из тепловой массы, расположенная на задней части солнечного пространства, прилегающего к жилому пространству, будет функционировать как стена из тепловой массы с косвенным усилением. Солнечная энергия, попадающая в солнечное пространство, сохраняется в тепловой массе. Солнечное тепло передается в здание за счет теплопроводности через общую стену массы в задней части солнечного пространства и через вентиляционные отверстия (например, невентилируемые стены аккумулирования тепла) или через отверстия в стене, которые обеспечивают поток воздуха из солнечного пространства в внутреннее пространство за счет конвекции ( как вентилируемая стена для аккумулирования тепла).
В холодном климате следует использовать двойное остекление, чтобы уменьшить проводящие потери через стекло наружу. Потеря тепла в ночное время, хотя и значительная в зимние месяцы, не так существенна в солнечном пространстве, как в системах прямого усиления, поскольку солнечное пространство может быть закрыто от остальной части здания. В умеренном и холодном климате важна термическая изоляция солнечного пространства от здания в ночное время. Большие стеклянные панели, французские двери или раздвижные стеклянные двери между зданием и прилегающим солнечным пространством сохранят ощущение открытости без потерь тепла, связанных с открытым пространством.
Солнечному пространству с каменной теплоизоляционной стеной потребуется примерно 0,3 фута поверхности стены из термической массы на фут обогреваемой площади пола (0,3 м на метр площади пола), в зависимости от климата. Толщина стены должна быть такой же, как у стены, аккумулирующей тепло. Если между солнечным пространством и жилым помещением используется водяная стена, подходящей является около 0,20 фута поверхности стены из термической массы на фут обогреваемой площади пола (0,2 м на м площади пола). В большинстве климатических случаев в летние месяцы требуется система вентиляции, чтобы предотвратить перегрев. Как правило, большие верхние (горизонтальные) и обращенные на восток и запад стеклянные площади не должны использоваться в солнечном пространстве без специальных мер предосторожности для летнего перегрева, таких как использование теплоотражающего стекла и обеспечение зон с системой летнего затенения.
Внутренние поверхности термомассы должны быть темного цвета. Подвижная изоляция (например, оконные покрытия, шторы, ставни) может использоваться, чтобы удерживать теплый воздух в солнечном пространстве как после захода солнца, так и в пасмурную погоду. Когда окна закрываются в очень жаркие дни, они защищают солнечное пространство от перегрева.
Чтобы обеспечить максимальный комфорт и эффективность, незастеклянные стены, потолок и фундамент должны быть хорошо изолированы. Периметр фундаментной стены или плиты следует утеплить до линии промерзания или по периметру плиты. В умеренном или холодном климате восточная и западная стены солнечного пространства должны быть изолированы (без стекла).
Необходимо принять меры для снижения потерь тепла в ночное время, например, оконные покрытия или утеплитель сдвижных окон.
Солнце не светит все время. Накопление тепла или тепловая масса сохраняет здание в тепле, когда солнце не может его нагреть.
В дневных солнечных домах хранилище рассчитано на один или несколько дней. Обычный метод - это изготовление тепловой массы по индивидуальному заказу. Сюда входят стена тромба, вентилируемый бетонный пол, цистерна, водяная стена или пруд на крыше. Также возможно использовать тепловую массу самой земли, либо как она есть, либо путем включения в конструкцию путем наклона или использования утрамбованной земли в качестве структурной среды.
В субарктических областях или областях, которые имеют протяженность В условиях отсутствия солнечной энергии (например, недели ледяного тумана) специально построенная тепловая масса очень дорога. Дон Стивенс первым изобрел экспериментальную технику использования земли в качестве тепловой массы, достаточно большой для годового хранения тепла. Его конструкции включают изолированный термосифон на 3 м под домом и изолируют землю водонепроницаемой юбкой длиной 6 м.
Теплоизоляция или суперизоляция (тип, размещение и количество) уменьшает нежелательную утечку тепла. Некоторые пассивные здания фактически построены из теплоизоляции.
Эффективность систем прямого солнечного усиления значительно повышается за счет изолирующих (например, двойных остекление ), спектрально-избирательное остекление (low-e ) или изоляция подвижных окон (оконные стеганые одеяла, двойные внутренние изоляционные ставни, шторы и т. д.).
Как правило, Equator- при облицовке окон не следует использовать остекление, препятствующее проникновению солнечного света.
В стандарте Немец. Пассивный дом широко используются суперизолированные окна. Выбор различных спектрально-селективных оконных покрытий зависит от соотношения нагрева и охлаждения градусо-дней для проектного местоположения.
Требования к вертикальному стеклу, обращенному к экватору, отличаются от остальных трех сторон здания. Отражающие оконные покрытия и несколько оконных стекол могут снизить полезное солнечное излучение. Однако системы с прямым усилением больше зависят от двойного или тройного остекления для уменьшения потерь тепла. Конфигурации с косвенным усилением и изолированным усилением могут по-прежнему эффективно работать только с одинарным остеклением. Тем не менее, оптимальное экономичное решение зависит как от местоположения, так и от системы.
Световые люки пропускают резкий прямой солнечный свет и блики либо горизонтально (плоская крыша), либо наклонены под тем же углом, что и скат крыши. В некоторых случаях используются горизонтальные световые люки с отражателями для увеличения интенсивности солнечного излучения (и резкого ослепления) в зависимости от угла падения крыши . Когда зимнее солнце низко над горизонтом, большая часть солнечного излучения отражается от наклонного стекла крыши (угол падения почти параллелен наклонному стеклу утром и днем). Когда летнее солнце находится высоко, оно почти перпендикулярно стеклу под углом, которое максимизирует солнечную энергию в неподходящее время года и действует как солнечная печь. Мансардные окна должны быть закрыты и хорошо изолированы, чтобы уменьшить естественную конвекцию (поднимающийся теплый воздух) теплопотери холодными зимними ночами и интенсивное накопление солнечного тепла в дни жаркой весны / лета / осени.
Сторона здания, обращенная к экватору, находится на юге в северном полушарии и на севере в южном полушарии. Световые люки на крышах, обращенных от экватора, обеспечивают в основном непрямое освещение, за исключением летних дней, когда солнце может вставать на неэкваториальной стороне здания (на некоторых широтах ). Мансардные окна на крышах, выходящих на восток, обеспечивают максимальное попадание прямого света и солнечного тепла в летнее утро. Окна в крыше, выходящие на запад, обеспечивают дневной солнечный свет и тепло в самое жаркое время дня.
Некоторые световые люки имеют дорогостоящее остекление, которое частично снижает приток солнечного тепла летом, но позволяет пропускать видимый свет. Однако, если видимый свет может проходить через него, то может и некоторое тепловое излучение (они оба являются волнами электромагнитного излучения ).
Вы можете частично уменьшить нежелательный приток солнечного тепла через остекление крыши в летний период, установив световой люк в тени лиственных (опадающих листвой) деревьев, или добавив подвижные изолированное непрозрачное оконное покрытие с внутренней или внешней стороны светового люка. Это исключит возможность использования дневного света летом. Если ветки деревьев свисают над крышей, это усугубит проблемы с листьями в водосточных желобах, возможно, вызовет повреждение крыш ледяных плотин, сократит срок службы крыши и облегчит проникновение вредителей на чердак. Листья и ветки на мансардных окнах непривлекательны, их трудно чистить, и они могут увеличить риск повреждения остекления во время урагана.
«Пилообразное остекление крыши» только с вертикальным остеклением может принести некоторые преимущества пассивной солнечной конструкции здания в ядро коммерческого или промышленного здания, без необходимости использования стекла под углом или мансардных окон.
Мансардные окна обеспечивают дневной свет. Единственный вид, который они предоставляют, в большинстве приложений практически прямой. Хорошо изолированные световые трубки могут пропускать дневной свет в северные комнаты без использования светового люка. Теплица с пассивным солнечным излучением обеспечивает обильное дневное освещение на экваториальной стороне здания.
Инфракрасные термографические цветные тепловизионные камеры (используемые в официальных энергоаудитах ) могут быстро задокументировать негативное тепловое воздействие наклонного стекла или окна в крыше в холодную зиму ночь или жаркий летний день.
Министерство энергетики США заявляет: «Вертикальное остекление - лучший вариант для солнечных пространств». Стекло для крыши и боковые стенки не рекомендуются для использования в пассивных солнечных помещениях.
Министерство энергетики США объясняет недостатки остекления под углом: стекло и пластик обладают небольшой структурной прочностью. При вертикальной установке стекло (или пластик) выдерживает собственный вес, потому что только небольшая площадь (верхний край остекления) подвержена силе тяжести. Однако, когда стекло отклоняется от вертикальной оси, увеличивающаяся площадь (теперь наклонное поперечное сечение) остекления должна выдерживать силу тяжести. Стекло также хрупкое; он не сильно прогибается перед поломкой. Чтобы противодействовать этому, вы обычно должны увеличить толщину остекления или увеличить количество структурных опор, чтобы удерживать остекление. Оба увеличивают общую стоимость, а последнее уменьшает количество солнечного излучения в солнечном пространстве.
Другой распространенной проблемой наклонного остекления является повышенное воздействие погодных условий. При ярком солнечном свете трудно поддерживать хорошую герметичность на стекле под углом. Град, мокрый снег, снег и ветер могут стать причиной разрушения материала. В целях безопасности пассажиров регулирующие органы обычно требуют, чтобы наклонное стекло было изготовлено из безопасного, ламинированного или комбинированного стекла, что снижает потенциал солнечного излучения. Большая часть остекления под углом на солнечном пространстве отеля Crowne Plaza Hotel Orlando Airport была разрушена во время единственного урагана. Скатное стекло увеличивает стоимость строительства и может увеличить страховые взносы. Вертикальное стекло менее подвержено атмосферным воздействиям, чем стекло под углом.
Трудно контролировать приток солнечного тепла в солнечном пространстве с наклонным остеклением летом и даже в середине мягкого и солнечного зимнего дня. Мансардные окна являются противоположностью здания с нулевым потреблением энергии Пассивное солнечное охлаждение в климатических условиях, требующих кондиционирования воздуха.
На величину солнечного усиления, прошедшего через стекло, также влияет угол падающего солнечного излучения. Солнечный свет, падающий на одиночный лист стекла под углом 45 градусов от перпендикуляра, в основном пропускается (менее 10% отражается ), тогда как солнечный свет, падающий под углом 70 градусов от перпендикулярно отражается более 20% света, а выше 70 градусов этот процент отраженного света резко возрастает.
Все эти факторы можно более точно смоделировать с помощью фотографического экспонометра и гелиодон или оптическая скамья, которая может количественно определить отношение отражательной способности к прозрачности на основании угла падения.
Альтернативно, пассивный компьютерное программное обеспечение на солнечной энергии может определить влияние солнечного пути и охлаждения и нагрева градусо-дней на энергетические характеристики.
Конструкция со слишком большим количеством стекла, обращенного к экватору, может привести к чрезмерному нагреву зимой, весной или осенью, а также к неудобно ярким жилым помещениям в определенное время года, и чрезмерная теплопередача зимними ночами и летними днями.
Хотя солнце находится на одной и той же высоте за 6 недель до и после солнцестояния, требования к нагреву и охлаждению до и после солнцестояния существенно различаются. Накопление тепла на поверхности Земли вызывает «тепловую задержку». Переменная облачность влияет на потенциал солнечной энергии. Это означает, что фиксированные вылеты окон, зависящие от широты, хотя и важны, но не являются полным решением для сезонного контроля солнечного усиления.
Механизмы управления (такие как внутренние изолированные шторы с ручным или моторным приводом, жалюзи, складывающиеся наружные шторы или выдвижные навесы) могут компенсировать различия, вызванные тепловым запаздыванием или облачным покровом, и помогают контролировать повседневные / почасовые изменения требований к солнечной энергии.
Домашняя автоматизация Системы, контролирующие температуру, солнечный свет, время суток и посещаемость комнаты, могут точно управлять моторизованными устройствами для затенения и изоляции окон.
Материалы и цвета могут быть выбраны для отражения или поглощения солнечной тепловой энергии. Использование информации о цвете для электромагнитного излучения для определения его теплового излучения свойств отражения или поглощения может помочь в выборе.. См. Лоуренс Беркли Национальная лаборатория и Национальная лаборатория Ок-Ридж: «Холодные цвета»
Энергоэффективное озеленение материалы для тщательного пассивного выбора солнечной энергии включают hardscape строительные материалы и «softcape "растения. Использование принципов ландшафтного дизайна для выбора деревьев, живых изгородей и решеток - беседки с элементами виноград ; все можно использовать для создания летней тени. Для получения солнечной энергии зимой желательно использовать лиственные растения, которые сбрасывают листья осенью, что дает круглогодичные пассивные солнечные преимущества. Не лиственные вечнозеленые кустарники и деревья могут быть ветрозащитными полосами, на разной высоте и на разных расстояниях, для защиты и укрытия от зимы холода. Xeriscaping «зрелого размера» аборигенные виды и засухоустойчивые растения, капельное орошение, мульчирование и органические садоводство снижает или устраняет потребность в энерго- и водоемком орошении, садовом оборудовании, работающем на газе, и сокращает объем отходов на свалках. Солнечные батареи ландшафтное освещение и фонтанные насосы, а также крытые бассейны и небольшие бассейны с солнечными водонагревателями могут снизить воздействие таких удобств..
Пассивное солнечное освещение методы улучшают использование естественного освещение для интерьеров, что снижает зависимость от систем искусственного освещения.
Этого можно достичь путем тщательного проектирования здания, ориентации и размещения оконных секций для сбора света. Другие креативные решения включают использование отражающих поверхностей, которые пропускают дневной свет внутрь здания. Секции окон должны иметь соответствующий размер, и во избежание чрезмерного освещения их можно экранировать Brise soleil, навесами, хорошо размещенными деревьями, стеклянными покрытиями и т. Д. пассивные и активные устройства.
Еще одна серьезная проблема для многих систем window заключается в том, что они могут быть потенциально уязвимыми участками чрезмерного теплового усиления или потерь тепла. Несмотря на то, что высоко установленное окно фонаря и традиционные световые люки могут пропускать дневной свет в плохо ориентированные участки здания, нежелательную теплопередачу трудно контролировать. Таким образом, энергия, которая экономится за счет уменьшения искусственного освещения, часто более чем компенсируется энергией, необходимой для работы систем HVAC для поддержания теплового комфорта.
Для решения этой проблемы могут использоваться различные методы, включая, но не ограничивается оконными покрытиями, изоляционным остеклением и новыми материалами, такими как аэрогель полупрозрачная изоляция, оптическое волокно, встроенное в стены или крышу, или гибридное солнечное освещение в Национальной лаборатории Ок-Ридж.
Отражающие элементы от активных и пассивных коллекторов дневного света, такие как световые полки, более светлые цвета стен и пола, Зеркальные секции стен, внутренние стены с верхними стеклянными панелями, а также прозрачные или полупрозрачные застекленные распашные двери и раздвижные стеклянные двери принимают захваченный свет и пассивно отражают его дальше внутрь. Свет может исходить от пассивных окон или световых люков и солнечных световых трубок или от источников активного дневного света. В традиционной японской архитектуре раздвижные двери Сёдзи с полупрозрачными экранами Washi являются оригинальным прецедентом. Международный стиль, Модерн и Модерн середины века архитектура были ранними новаторами этого пассивного проникновения и отражения в промышленном, коммерческом и жилом Приложения.
Существует множество способов использования солнечной тепловой энергии для нагрева воды для бытовых нужд. Различные активно-пассивные солнечные технологии горячего водоснабжения имеют различные экономические анализ затрат и результатов в зависимости от местоположения.
Принципиально пассивное солнечное нагревание горячей воды не требует использования насосов или чего-либо электрического. Это очень рентабельно в климате, где нет продолжительных морозных или очень облачных погодных условий. Другие технологии активного солнечного нагрева воды и т. Д. Могут быть более подходящими для некоторых мест.
Можно использовать активную солнечную горячую воду, которая также может быть отключена от сети и считается устойчивой. Это достигается за счет использования фотоэлементов, которые используют солнечную энергию для питания насосов.
В Европе растет популярность такого подхода поддерживается Институтом пассивного дома (Passivhaus на немецком языке) в Германии. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на традиционные методы проектирования пассивных солнечных батарей, этот подход направлен на использование всех пассивных источников тепла, минимизирует потребление энергии и подчеркивает необходимость высокого уровня изоляции, усиленной тщательным вниманием к деталям, чтобы решить проблему тепловых мостов и проникновение холодного воздуха. Большинство зданий, построенных по стандарту пассивного дома, также включают в себя активную вентиляцию с рекуперацией тепла с небольшим (обычно 1 кВт) встроенным нагревательным элементом или без него.
Энергетический расчет зданий пассивного дома разработан с использованием инструмента моделирования на основе электронных таблиц, который называется Пакет планирования пассивного дома (PHPP), который периодически обновляется. Текущая версия - PHPP 9.6 (2018). Здание может быть сертифицировано как «Пассивный дом», если будет продемонстрировано, что оно соответствует определенным критериям, наиболее важным из которых является то, что годовая удельная потребность дома в тепле не должна превышать 15 кВтч / ма.
Традиционно гелиодон использовался для моделирования высоты и азимута солнца, падающего на модельное здание в любое время в любой день года. В наше время компьютерные программы могут моделировать это явление и интегрировать местные климатические данные (включая воздействия на площадку, такие как затенение и физические препятствия) для прогнозирования потенциала солнечной энергии для конкретной конструкции здания в течение года. Приложения на базе GPS для смартфонов теперь могут делать это недорого на портативных устройствах. Эти инструменты проектирования предоставляют проектировщику пассивных солнечных батарей возможность оценивать местные условия, элементы дизайна и ориентацию до начала строительства. Оптимизация энергетических характеристик обычно требует итеративного процесса проектирования и оценки. Не существует такой вещи, как универсальная пассивная солнечная конструкция здания «один размер для всех», которая бы хорошо работала во всех местах.
Многие отдельно стоящие загородные дома могут снизить расходы на отопление без очевидных изменений их внешнего вида, комфорта или удобства использования. Это достигается за счет правильного размещения и расположения окон, небольшого количества тепловой массы, хорошей, но традиционной изоляции, защиты от атмосферных воздействий и случайного дополнительного источника тепла, такого как центральный радиатор, подключенный к (солнечному) водонагревателю. Солнечные лучи могут падать на стену днем и повышать температуру ее тепловой массы. Это затем будет излучать тепло в здание вечером. Внешнее затенение или радиационный барьер плюс воздушный зазор можно использовать для уменьшения нежелательного солнечного излучения летом.
Расширение "пассивного солнечного" подхода к сезонному улавливанию и хранению тепла и охлаждения. Эти конструкции пытаются улавливать солнечное тепло в теплый сезон и передавать его в сезонный тепловой накопитель для использования через несколько месяцев в холодное время года («пассивная солнечная энергия в годовом исчислении»). Увеличение накопления достигается за счет использования большого количества тепла. тепловая масса или заземление. Отдельные сообщения предполагают, что они могут быть эффективными, но официальных исследований, демонстрирующих их превосходство, не проводилось. Такой подход также может перенести охлаждение в теплое время года. Примеры:
«Чисто пассивный» дом с солнечным отоплением не будет иметь механическая печь, которая вместо этого полагается на энергию, улавливаемую солнечным светом, которая дополняется только «случайной» тепловой энергией, выделяемой светильниками, компьютерами и другими специализированными приборами (например, для приготовления пищи, развлечений и т. домашние питомцы. Использование естественных конвекционных воздушных потоков (а не механических устройств, таких как вентиляторы) для циркуляции воздуха связано, хотя и не строго с солнечным дизайном. При проектировании пассивных солнечных батарей иногда используются ограниченные электрические и механические элементы управления для управления заслонками, изолирующими ставнями, шторами, навесами или отражателями. В некоторых системах используются небольшие вентиляторы или дымоходы с солнечным обогревом для улучшения конвективного воздушного потока. Разумный способ проанализировать эти системы - измерить их коэффициент полезного действия. Тепловой насос может использовать 1 Дж на каждые 4 Дж, которые он поставляет, что дает COP, равный 4. Система, в которой используется только 30 Вт вентилятор для более равномерного распределения 10 кВт солнечного тепла по всему дому, будет иметь COP 300.
Проектирование здания с пассивной солнечной батареей часто является основополагающим элементом экономичного здания с нулевым потреблением энергии. Хотя ZEB использует несколько концепций проектирования пассивных солнечных батарей, ZEB обычно не является чисто пассивным, имея активные механические системы генерации возобновляемой энергии, такие как: ветряная турбина, фотоэлектрическая энергия, микро гидро, геотермальная и другие новые альтернативные источники энергии. Пассивная солнечная энергия также является основной стратегией проектирования зданий для пассивной живучести наряду с другими пассивными стратегиями.
В последнее время наблюдается интерес к использованию больших площадей небоскребов для повышения их общей энергоэффективности. Поскольку небоскребы становятся все более распространенными в городской среде, но при этом требуют большого количества энергии для работы, существует потенциал для значительной экономии энергии с использованием методов пассивного солнечного проектирования. Одно исследование, в котором анализировалась предлагаемая башня 22 Бишопсгейт в Лондоне, показало, что снижение спроса на энергию на 35% теоретически может быть достигнуто за счет косвенного солнечного излучения, путем поворота здания для достижения оптимальной вентиляции и проникновения дневного света, использования из материала пола с высокой термальной массой, чтобы уменьшить колебания температуры внутри здания, и использование оконного стекла с двойным или тройным остеклением с низким коэффициентом излучения для прямого солнечного излучения. Методы косвенного воздействия солнечной энергии включали уменьшение теплового потока в стенах за счет изменения толщины стены (от 20 до 30 см), использование оконного остекления на открытом пространстве для предотвращения потерь тепла, отводя 15–20% площади пола для теплоотвода. хранилище и установка стены Trombe для поглощения тепла, поступающего в пространство. Свесы используются, чтобы блокировать прямой солнечный свет летом и пропускать его зимой, а жалюзи, отражающие тепло, вставляются между тепловой стеной и остеклением, чтобы ограничить накопление тепла в летние месяцы.
В другом исследовании анализировался фасад с двойной зеленой кожей (DGSF) на внешней стороне высотных зданий в Гонконге. Такой зеленый фасад или растительность, покрывающая внешние стены, может значительно снизить использование кондиционирования воздуха - до 80%, как обнаружили исследователи.
В более умеренном климате такие стратегии, как остекление, регулировка соотношения окна к стене, защита от солнца и стратегии крыши, могут обеспечить значительную экономию энергии в диапазоне от 30% до 60%.
Портал возобновляемых источников энергии 
Портал энергетики 