Il sistema di costruzione solare passivo sta diventando sempre più uno stile di architettura indipendente, che è formalmente nella tradizione del modernismo classico e delle sue correnti e ricevimenti, nella subordinazione del design essere assegnato al funzionalismo. Nella progettazione passiva di edifici solari, finestre, pareti e pavimenti sono fatti per raccogliere, riflettere e distribuire l’energia solare sotto forma di calore in inverno e respingere il calore solare in estate. Questo è chiamato design solare passivo perché, a differenza dei sistemi di riscaldamento solare attivi, non comporta l’uso di dispositivi meccanici ed elettrici.

La chiave per progettare è un edificio solare passivo che sfrutta il clima locale per eseguire un’analisi accurata del sito. Gli elementi da considerare includono la disposizione e le dimensioni delle finestre e il tipo di vetratura, l’isolamento termico, la massa termica e l’ombreggiatura. Le tecniche di progettazione solare passiva possono essere applicate a nuovi edifici, ma gli edifici esistenti possono essere adattati o “adattati”.

Principali configurazioni di costruzione solare passiva
Esistono tre configurazioni passive di energia solare primaria:

sistema solare diretto
sistema solare indiretto
동전 시스템

Guadagno di energia passiva
Assicura le tecnologie solari che utilizzano la luce solare senza sistemi meccanici attivi (in contrasto con il solare attivo). Tali tecnologie convertono la luce solare in calore utilizzabile (aria, calore e massa termica), causano il movimento dell’aria per la ventilazione o utilizzano altre fonti di energia. Un esempio comune è un solarium sul lato dell’equatore di un edificio. Il raffreddamento passivo è l’uso degli stessi principi di progettazione per ridurre i requisiti di raffreddamento estivo.

Alcuni sistemi passivi utilizzano una piccola quantità di energia convenzionale per controllare serrande, persiane, isolamento notturno e altri dispositivi che aumentano la raccolta, lo stoccaggio e l’utilizzo di energia solare e riducono il trasferimento di calore indesiderato.

Le tecnologie solari passive includono guadagno solare diretto e indiretto per il riscaldamento degli ambienti, sistemi di riscaldamento solare dell’acqua basati sul termosifone, uso di materiali a massa termica e a cambiamento di fase per rallentare le oscillazioni della temperatura dell’aria interna, cucine solari, camino solare per migliorare la ventilazione naturale e riparo della terra.

Le tecnologie solari passive più estese comprendono l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare, l’energia solare. Le esigenze energetiche “di basso livello”, come lo spazio e il riscaldamento dell’acqua, hanno dimostrato di essere una migliore applicazione per l’energia solare.

Sistema solare diretto
In un sistema solare passivo a guadagno diretto, lo spazio interno funge da collettore solare, assorbitore di calore e sistema di distribuzione. Il vetro rivolto a sud nell’emisfero nord (esposto a nord nell’emisfero sud) ammette l’energia solare all’interno dell’edificio dove si riscalda direttamente (assorbimento di energia radiante) o riscalda indirettamente pavimenti e pareti. I pavimenti e le pareti sono incorporati come parte funzionale dell’edificio. Di notte, la massa termica riscaldata irradia calore nello spazio interno.

Nei climi freddi, un edificio temperato dal sole è il tipo più basilare di configurazione solare passiva a guadagno diretto che semplicemente aumenta (leggermente) nell’area vetrata esposta a sud, senza aggiungere ulteriore massa termica. È un tipo di sistema a guadagno diretto in cui l’involucro è ben isolato, è allungato in direzione est-ovest e presenta una grande frazione (~ 80% o più) delle finestre sul lato sud. Ha poca massa termica aggiunta oltre a ciò che è già nell’edificio (cioè solo framing, wall board e così via). In un edificio temperato dal sole, l’area della finestra esposta a sud dovrebbe essere limitata a circa il 5 – 7% della superficie totale del pavimento, meno in un clima soleggiato, per evitare il surriscaldamento. Ulteriori vetrature rivolte a sud possono essere incluse solo se viene aggiunta la massa termica. Il risparmio energetico è modesto con questo sistema e l’illuminazione solare è molto economica.

Nei sistemi solari passivi con guadagno diretto effettivo, è necessaria una massa termica sufficiente per evitare grandi fluttuazioni di temperatura nell’aria interna; è necessaria una maggiore massa termica rispetto a un edificio solare. Il surriscaldamento dell’edificio può comportare una massa termica insufficiente o mal progettata. Circa metà dei due terzi della superficie interna dei pavimenti, pareti e soffitti sono fatti di materiali di stoccaggio termico. I materiali di stoccaggio termico possono essere in cemento, mattoni, mattoni e acqua. La massa termica dei pavimenti e delle pareti deve essere mantenuta nuda, dal punto di vista funzionale ed estetico; la massa termica deve essere esposta alla luce solare diretta. Bisogna evitare la moquette, i tappeti di grandi dimensioni, i mobili ampi e le tende da muro di grandi dimensioni.

Tipicamente, per circa 1 ft2 di vetro esposto a sud, è necessaria una massa termica di circa 5 – 10 piedi 3 per la massa termica (1 m3 per 5-10 m2). Si trova sul lato sud dell’edificio e si trova sul lato sud dell’edificio. La più semplice regola empirica è che l’area della massa termica dovrebbe avere un’area compresa tra 5 e 10 volte l’area superficiale dell’area del collettore a guadagno diretto (vetro).

La massa termica solida (ad esempio calcestruzzo, muratura, pietra, ecc.) Deve essere relativamente sottile, non più di circa 4 pollici (100 mm) di spessore. Le masse termiche con grandi aree esposte e quelle esposte alla luce solare diretta per almeno parte della giornata (minimo 2 ore) danno il meglio. I colori da medio a scuro, con elevata assorbenza, dovrebbero essere usati sulla superficie di elementi di massa termica che saranno esposti alla luce solare diretta. La massa termica che non è a contatto con la luce del sole può essere di qualsiasi colore. Elementi leggeri (ad es. Pareti e soffitti a secco) possono essere di qualsiasi colore. Coprire la vetratura con pannelli isolanti mobili aderenti e aderenti durante i periodi bui, nuvolosi e notturni migliorerà notevolmente le prestazioni di un sistema a guadagno diretto. A causa della grande quantità di massa solida dovuta al trasferimento di calore per convezione. Il processo di convezione impedisce inoltre che le temperature superficiali diventino troppo estreme quando sono a volte superfici solide di colore scuro e ricevono luce solare diretta.

A seconda del clima e con una massa termica sufficiente, l’area del vetro esposta a sud deve essere limitata a circa il 10-20% dell’area del pavimento (ad esempio, da 10 a 20 piedi2 di vetro per una superficie di 100 piedi quadrati2). Questo dovrebbe essere basato sul vetro trasparente o sull’area vetrata. Si noti che la maggior parte delle finestre ha una superficie vetrata / vetro che va dal 75 all’85% dell’area complessiva della finestra. Al di sopra di questo livello, sono probabili problemi di surriscaldamento, abbagliamento e sbiadimento dei tessuti.

Sistema solare indiretto
La massa termica (calcestruzzo, muratura o acqua) si trova direttamente dietro il vetro esposto a sud e davanti all’impianto di riscaldamento. La luce del sole entra nello spazio interno e può anche ostruire la vista attraverso il vetro. Esistono due tipi di sistemi a guadagno indiretto: sistemi di pareti di stoccaggio termico e sistemi di laghetto.

Pareti di stoccaggio termico (Trombe)

In un sistema di pareti termiche, spesso chiamato un muro di Trombe, un enorme muro si trova direttamente dietro il vetro esposto a sud, che assorbe l’energia solare e lo rilascia contro l’edificio di notte. Il muro è costituito da elementi in muratura in calcestruzzo, mattoni, mattoni, pietra o solidi (o pieni) gettati sul posto. La luce del sole entra attraverso il vetro ed è assorbita dalla superficie della parete di massa. La massa termica non può assorbire l’energia solare tanto velocemente quanto entra nella massa e nella zona della finestra. Le temperature dell’aria in questo spazio possono facilmente superare i 120 ° F (49 ° C). Questa aria calda può essere introdotta all’interno della parete incorporando prese d’aria di distribuzione del calore nella parte superiore della parete. Questo sistema a muro fu inizialmente immaginato e brevettato nel 1881 dal suo inventore, Edward Morse. Felix Trombe è un ingegnere francese che ha usato questo progetto nei Pirenei francesi negli anni ’60.

Una parete di stoccaggio termico è generalmente costituita da una parete in muratura spessa da 4 a 16 pollici (da 100 a 400 mm) rivestita con una finitura scura e termoassorbente e un singolo o doppio strato di vetro ad alta trasmissività. Il vetro viene generalmente posizionato da ¾ a parete per creare un piccolo spazio aereo. In alcuni progetti, la massa si trova ad 1 o 2 piedi (0,6 m) dal vetro, ma lo spazio è ancora utilizzabile. La superficie della massa assorbe la radiazione solare che la colpisce e la immagazzina per l’uso notturno. A differenza di un sistema a guadagno diretto, il sistema di accumulo termico fornisce il riscaldamento solare passivo senza eccessiva area vetrata e abbagliamento negli spazi interni. Tuttavia, la capacità di sfruttare le viste e l’illuminazione diurna vengono eliminate. Le prestazioni delle pareti Trombe sono diminuite se l’interno della parete non è aperto agli spazi interni. Mobili, librerie e pensili installati all’interno della parete ridurranno le sue prestazioni.

Un classico muro Trombe, chiamato anche genericamente un muro di stoccaggio termico ventilato, ha prese d’aria funzionanti vicino ai livelli del soffitto e del pavimento che consentono all’aria interna di fluire attraverso di loro per convezione naturale. Come la radiazione solare riscalda l’aria intrappolata tra il vetro e il muro e inizia a salire. L’aria viene aspirata nella bocca inferiore, quindi lo spazio tra il vetro e la parete viene riscaldato dalla radiazione solare e la sua temperatura aumenta. Ciò consente al muro di essere riscaldato direttamente nell’aria nello spazio; di solito a una temperatura di circa 90 ° F (32 ° C).

Se gli sfiati sono lasciati aperti di notte (o nei giorni nuvolosi), si verificherà un’inversione del flusso d’aria convettiva, sprecando calore dissipandolo all’esterno. Gli sfiati devono essere chiusi di notte in modo che il calore radiante proveniente dalla superficie interna della parete riscaldi lo spazio interno. Generalmente, le prese d’aria vengono chiuse anche durante i mesi estivi quando non è necessario il riscaldamento. Durante l’estate, una presa d’aria esterna è installata nella parte superiore del muro. Tale ventilazione fa sì che il sistema agisca come un camino solare che spinge l’aria nell’edificio durante il giorno.

Le pareti di stoccaggio termico ventilate sono state sfiatate verso l’interno, il che è in qualche modo inefficace, principalmente perché forniscono troppo calore durante il giorno in condizioni miti e durante i mesi estivi; semplicemente si surriscaldano e creano problemi di comfort. La maggior parte degli esperti di energia solare raccomanda che le pareti di stoccaggio termico non debbano essere sfiatate verso l’interno.

Ci sono molte varianti del sistema a parete Trombe. Un muro di stoccaggio termico non ventilato (tecnicamente non un muro di Trombe) cattura l’energia solare sulla superficie esterna, si riscalda e conduce calore verso la superficie interna, dove irradia dall’interno. Una parete d’acqua utilizza un tipo di massa termica costituita da serbatoi o tubi d’acqua usati come massa termica.

Un tipico muro di stoccaggio termico non ventilato è costituito da un muro in muratura o cemento con un materiale scurente e termo-assorbente all’esterno e un doppio strato di vetro. Il vetro ad alta trasmissione massimizza i guadagni solari sulla parete di massa. Il bicchiere è posizionato da ¾ a 6 pollici. (Da 20 a 150 mm) dal muro per creare un piccolo spazio aereo. L’incorniciatura del vetro è tipicamente metallica (ad es. Alluminio) perché si ammorbidisce e il legno si asciuga molto a 180 ° F (82 ° C). Il calore della luce solare che passa attraverso il vetro viene assorbito dalla superficie scura, immagazzinata nel muro, e scorre lentamente attraverso la muratura. Come dettaglio architettonico, il vetro modellato può limitare la visibilità esterna del muro senza sacrificare la trasmissività solare.

Una parete d’acqua utilizza contenitori d’acqua per la massa termica invece di una parete di massa solida. Le pareti dell’acqua sono in genere leggermente più efficienti delle pareti a massa solida perché assorbono il calore in modo più efficiente a causa dello sviluppo di correnti convettive nell’acqua liquida quando viene riscaldata. Queste correnti causano una miscelazione rapida e un trasferimento più rapido di calore nell’edificio.

Variazioni di temperatura tra l’esterno e le pareti interne. All’interno dell’edificio, tuttavia, il guadagno di calore durante il giorno è ritardato, diventando disponibile solo all’interno della massa termica durante la serata. L’intervallo di tempo è la differenza di tempo tra quando la luce del sole colpisce prima il muro e quando il calore entra nell’edificio interno. Il ritardo è legato al tipo di materiale utilizzato nella parete e allo spessore della parete; uno spessore maggiore produce un maggiore ritardo temporale. La caratteristica di ritardo temporale della massa termica, combinata con lo smorzamento delle fluttuazioni di temperatura, consente di variare l’energia solare diurna come una fonte di calore notturna più uniforme. Le finestre possono essere collocate nel muro per l’illuminazione naturale o per ragioni estetiche, ma questo tende a ridurre un po ‘l’efficienza.

Lo spessore di una parete di stoccaggio termico deve essere di circa 10-14 pollici (da 250 a 350 mm) per il mattone, da 12 a 18 pollici (da 300 a 450 mm) per il calcestruzzo, da 8 a 12 pollici e almeno 6 in (150 mm) per l’acqua. Questi spessori dei movimenti di calore come la temperatura interna sono di picco durante le ore serali. Il calore impiegherà dalle 8 alle 10 ore per raggiungere il muro di cemento ad una velocità di circa un pollice all’ora. È necessario un buon collegamento termico tra le finiture delle pareti interne (ad es. Muro a secco) e la parete di massa termica per massimizzare il trasferimento di calore verso lo spazio interno.

Sebbene la posizione di una parete di stoccaggio termico riduca al minimo gli straordinari dello spazio interno, un edificio ben isolato dovrebbe essere limitato a circa 0,2 – 0,3 piedi2. area del pavimento), a seconda del clima. Una parete d’acqua dovrebbe avere una superficie di circa 0,15 – 0,2 piedi2 di parete d’acqua per ft2 (da 0,15 a 0,2 m2 per m2) di superficie.

Le pareti di massa termica sono le migliori per i climi invernali soleggiati che hanno altalene diurne diurne (giorno-notte) (ad esempio, sud-ovest, montagna-ovest). Non si comportano come climi o climi estremamente freddi o climi dove c’è un forte sbalzo di temperatura diurna. Le perdite termiche notturne sono causate dalla massa termica della parete, che è significativa nei climi freddi e freddi; il muro perde il calore accumulato in meno di un giorno, e quindi il calore di perdita, che aumenta drasticamente i requisiti di riscaldamento di riserva. Coprire la vetratura con pannelli isolanti mobili aderenti durante i lunghi periodi nuvolosi e le ore notturne migliorerà le prestazioni di un sistema di accumulo termico.

Lo svantaggio principale delle pareti di stoccaggio termico è la loro perdita di calore verso l’esterno. Il doppio vetro (vetro o qualsiasi materia plastica) è necessario per ridurre la perdita di calore nella maggior parte dei climi. In climi miti, il vetro singolo è accettabile. Una superficie selettiva (superficie ad alto assorbimento / bassa emissione) viene applicata alla superficie esterna del vetro per migliorare le prestazioni dello stoccaggio termico. In genere, raggiunge un miglioramento simile nelle prestazioni. Una superficie selettiva consiste in un foglio di lamina di metallo incollato sulla superficie esterna del muro. Assorbe quasi tutte le radiazioni nello spettro visibile ed emette molto poco nell’intervallo infrarosso. L’elevata capacità di assorbimento trasforma la luce nella superficie del muro e una bassa emittenza impedisce al calore di irradiarsi verso il vetro.

Sistema di laghetti sul tetto

Un sistema solare passivo con laghetto sul tetto, a volte chiamato tetto solare, utilizza l’acqua immagazzinata sul tetto per riscaldare e temperature fredde, di solito in ambienti desertici. Si trova sul lato nord della città. L’acqua viene immagazzinata in grandi sacchi di plastica o contenitori in vetroresina per massimizzare le emissioni radianti e ridurre al minimo l’evaporazione. Può essere lasciato non smaltato o può essere coperto da vetri. La radiazione solare riscalda l’acqua, che funge da mezzo di stoccaggio termico. Di notte o durante il tempo nuvoloso, i contenitori possono essere coperti con pannelli isolanti. Lo spazio interno sottostante è il laghetto sul tetto riscaldato dall’energia termica emessa dal deposito sopra il laghetto. Questi sistemi richiedono buoni sistemi di drenaggio, isolamento mobile e un sistema strutturale migliorato per supportare un carico morto da 35 a 70 lb / ft2 (da 1,7 a 3,3 kN / m2).

Con gli angoli di incidenza della luce solare durante il giorno, gli stagni del tetto sono efficaci solo per il riscaldamento a basse e medie latitudini, in climi caldi e temperati. I sistemi di laghetti sul tetto si comportano meglio per il raffreddamento, in climi a bassa umidità. Non sono stati costruiti molti tetti solari, e ci sono informazioni limitate sul design, sui costi, sulle prestazioni e sui dettagli costruttivi dei tetti di stoccaggio termico.

Sistema solare isolato
In un sistema solare passivo a guadagno isolato, i componenti (ad es., Collettore e deposito termico) sono isolati dall’area interna dell’edificio.

Un sunspace collegato, a volte chiamato anche una stanza solare o un solarium, è un tipo di sistema solare isolato con uno spazio interno vetrato o una stanza collegata a un edificio. Funziona come una serra collegata che utilizza una combinazione di caratteristiche del sistema di guadagno diretto e guadagno indiretto. Una sorgente di luce solare è progettata per fornire una serra, ma una serra è progettata per coltivare piante mentre una sorgente solare è progettata per fornire calore ed estetica a un edificio. I sunspaces sono elementi di design passivo molto popolari perché offrono una vasta gamma di zone giorno. Nei climi temperati e freddi, tuttavia, è necessario un riscaldamento supplementare per mantenere le piante in congelamento durante il clima estremamente freddo.

Il vetro esposto a sud di un sunspace collegato raccoglie l’energia solare come sistema a guadagno diretto. Il design del sunspace più semplice è quello di installare finestre verticali senza vetri sopratesta. Gli spazi solari possono subire un elevato guadagno di calore e un’elevata perdita di calore attraverso la loro abbondanza di vetri. Sebbene i vetri orizzontali e inclinati raccolgano più calore in inverno, sono ridotti al minimo per evitare il surriscaldamento durante i mesi estivi. Sebbene la vetrata aerea possa essere esteticamente gradevole, un tetto coibentato offre migliori prestazioni termiche. I lucernari possono fornire un potenziale di illuminazione naturale. Le vetrate verticali possono massimizzare il guadagno in inverno, quando l’angolo del sole è basso e producono meno calore durante l’estate. Il vetro verticale è meno costoso, più facile da installare e isolare e soggetto a perdite, annebbiamenti, rotture e altri guasti del vetro. Una combinazione di vetrature verticali e alcuni vetri inclinati è accettabile se vengono fornite ombreggiature estive. Una sporgenza ben progettata può essere tutto ciò che è necessario per ombreggiare le vetrate in estate.

Le variazioni di temperatura causate dalle perdite di calore e dai guadagni possono essere moderate dalla massa termica e dalle finestre a bassa emissività. La massa termica può comprendere un pavimento in muratura, una parete in muratura che delimita la casa o contenitori per l’acqua. La distribuzione del calore può essere effettuata attraverso prese d’aria, finestre, porte o ventilatori a livello del soffitto e del pavimento. In un progetto comune, una parete di massa termica si trova sul retro dello spazio solare adiacente allo spazio abitativo, che funzionerà come una parete di massa termica a guadagno indiretto. L’energia solare entra nello spazio solare viene trattenuta nella massa termica. Il calore solare viene convogliato nell’edificio per conduzione attraverso la parete di massa nella parte posteriore del sunspace e tramite prese d’aria (come un muro di stoccaggio termico non ventilato) come un muro di stoccaggio termico ventilato.

Nei climi freddi, è opportuno utilizzare doppi vetri per ridurre le perdite conduttive attraverso il vetro verso l’esterno. Il sole può essere affondato al sole, mentre il sole è sotto il sole. Nei climi temperati e freddi è importante isolare termicamente il sole dall’edificio durante la notte. Grandi pannelli in vetro, portefinestre o porte scorrevoli in vetro tra l’edificio e il sunspring fissato mantengono una sensazione aperta senza perdita di calore associata a uno spazio aperto.

Un’alba con una parete termica in muratura avrà bisogno di circa 0,3 piedi quadrati di superficie della parete di massa termica per m2 di superficie del pavimento da riscaldare (0,3 m2 per m2 di superficie del pavimento), a seconda del clima. Gli spessori delle pareti dovrebbero essere simili a quelli di un deposito termico. Se per lo spazio del sole e lo spazio abitativo viene utilizzata una parete d’acqua, è opportuno utilizzare circa 0,20 m2 di superficie della parete di massa termica per m2 di superficie del pavimento (0,2 m2 per m2 di superficie del pavimento). Nella maggior parte dei climi è richiesto un sistema di ventilazione nei mesi estivi per prevenire il surriscaldamento. Generalmente, le ampie superfici vetrate (orizzontali) e rivolte a est e ovest sono utilizzate in uno spazio solare senza particolari precauzioni per il surriscaldamento estivo, come l’utilizzo di vetri riflettenti il ​​calore e la fornitura di aree con sistemi di ombreggiamento estivo.

Le superfici interne della massa termica devono essere di colore scuro. L’isolamento mobile (ad es. Rivestimenti per finestre, tende, tapparelle) può essere utilizzato per intrappolare l’aria calda nella sorgente del sole. Quando è chiuso durante i giorni estremamente caldi, i rivestimenti delle finestre possono aiutare a mantenere il sunspace dal surriscaldamento.

Per massimizzare il comfort e l’efficienza, le pareti del parasole non vetrate, il soffitto e le fondamenta dovrebbero essere ben isolati. Il perimetro del muro di fondazione o della lastra deve essere isolato per la linea del gelo o attorno al perimetro della lastra. In un clima temperato o freddo, le pareti est e ovest del sunspace dovrebbero essere isolate (senza vetro).

Misure aggiuntive
Dovrebbero essere prese misure per ridurre la perdita di calore durante la notte es rivestimenti per finestre o isolamento di finestre mobili.

Accumulo di calore
Il sole non splende tutto il tempo. Lo stoccaggio di calore, o la massa termica, mantiene l’edificio caldo quando il sole non può riscaldarlo.

Nelle case solari diurne, lo stoccaggio è progettato per uno o alcuni giorni. Il solito metodo è una massa termica personalizzata. Questo include un muro di Trombe, un pavimento di cemento ventilato, una cisterna, un muro d’acqua o un laghetto. È anche possibile utilizzare la massa termica della terra stessa, sia come-sia che incorporando nella struttura mediante operazioni bancarie o utilizzando terra speronata come mezzo strutturale.

Nelle aree subartiche o nelle aree a lungo termine senza guadagno solare (ad es. Settimane di nebbia gelata), la massa termica appositamente costruita è molto costosa. Don Stephens ha aperto la strada a una tecnica sperimentale per utilizzare il terreno come massa termica. I suoi progetti eseguono un thermosiphon isolato 3 m sotto una casa e isolano il terreno con una gonna impermeabile di 6 m.

isolamento
Isolamento termico o superisolamento (tipo, posizionamento e quantità). Alcuni edifici passivi sono in realtà costruiti con isolamento.

Sistemi speciali per vetri e rivestimenti per finestre
L’efficacia dei sistemi a guadagno solare diretto è significativamente migliorata dall’isolamento (ad es. Doppi vetri), dalla vetrata selettiva (basso-e) o dall’isolamento delle finestre mobili (trapunte delle finestre, persiane isolanti bifold, tonalità, ecc.).

Generalmente, le finestre rivolte verso l’equatore non devono impiegare rivestimenti per vetri che inibiscono il guadagno solare.

Vi è un ampio uso di finestre super isolate nello standard tedesco Passive House. Selezione di diversi rivestimenti per finestre a spettro selettivo sulla base della velocità di riscaldamento rispetto al grado di raffreddamento per la posizione di progettazione.

Selezione di vetri

Vetro con rivestimento equatoriale
Il requisito per il vetro con rivestimento equatoriale verticale è diverso dagli altri tre lati di un edificio. Rivestimenti riflettenti per finestre e lastre multiple di vetro possono ridurre il guadagno solare utile. Tuttavia, i sistemi a guadagno diretto dipendono maggiormente dalla vetratura doppia o tripla per ridurre la perdita di calore. Le configurazioni con guadagno indiretto e guadagno isolato possono ancora essere possibili con vetratura a pannello singolo. Tuttavia, la soluzione ottimale ed economicamente vantaggiosa dipende sia dalla posizione che dal sistema.

Lucernario e vetri per tetti
I lucernari ammettono la luce solare diretta in alto e il bagliore orizzontalmente (un tetto piatto) o inclinati allo stesso angolo della pendenza del tetto. In alcuni casi, i lucernari orizzontali vengono utilizzati con i riflettori per aumentare l’intensità della radiazione solare (e l’abbagliamento rigido), a seconda dell’angolo di incidenza del tetto. Quando il sole invernale è basso all’orizzonte, la maggior parte delle radiazioni solari si riflette sul vetro angolato del tetto (l’angolo di incidenza è quasi parallelo al vetro angolato del tetto mattina e pomeriggio). Quando il sole è alto, è quasi perpendicolare al vetro angolato del tetto, che massimizza il guadagno solare nel momento sbagliato dell’anno e si comporta come un forno solare. I lucernari devono essere coperti e ben isolati per ridurre la convezione naturale (aumento di aria calda), perdita di calore durante le fredde notti invernali e intenso guadagno di calore solare durante le calde giornate di primavera / estate / autunno.

Il lato rivolto all’equatore dell’edificio è a sud dell’emisfero settentrionale e a nord nell’emisfero sud. I lucernari sui tetti dell’edificio sono situati sul lato opposto dell’edificio, ad alcune latitudini. I lucernari sui tetti rivolti a est forniscono la massima luce diretta e l’aumento del calore solare nella mattina d’estate. I lucernari rivolti a ovest forniscono luce solare pomeridiana e guadagno di calore durante la parte più calda della giornata.

Alcuni lucernari sono dotati di costosi vetri che riducono parzialmente il guadagno di calore solare estivo, consentendo comunque la trasmissione della luce visibile. Tuttavia, se la luce visibile può attraversarlo, possono irradiare ondate di calore.

È possibile ridurre parzialmente il guadagno di calore solare estetico del tetto inclinato del tetto installando un lucernario all’ombra di alberi decidui (foglie), oppure aggiungendo un rivestimento opaco mobile isolato sulla parte interna o esterna del lucernario . Ciò eliminerebbe il beneficio della luce diurna in estate. Se gli arti di un albero si appendono a un tetto, aumentano i problemi con le foglie nelle grondaie, possono causare dighe di ghiaccio dannose per il tetto, ridurre la durata del tetto e un percorso più facile per i parassiti che entrano nella soffitta. Foglie e ramoscelli sui lucernari sono poco attraenti, difficili da pulire e possono aumentare il rischio di rottura del vetro nelle tempeste di vento.

La “vetratura del tetto a dente di sega” con vetro solo verticale può portare alcuni benefici del design dell’edificio solare passivo a un edificio commerciale o industriale, senza la necessità di alcun vetro ad angolo del tetto o lucernari.

I lucernari forniscono luce naturale. L’unica visualizzazione che forniscono è direttamente nella maggior parte delle applicazioni. I tubi luminosi ben isolati possono portare la luce del giorno nelle stanze del nord, senza usare un lucernario. Una serra passiva-solare fornisce un’abbondante luce diurna per il lato equatoriale dell’edificio.

Le termocamere a infrarossi a colori per termografia a infrarossi (utilizzate negli audit energetici formali) possono documentare rapidamente un impatto termico negativo del vetro ad angolo del tetto o di un lucernario in una fredda notte invernale o in una calda giornata estiva.

Gli Stati Uniti Dipartimento di energia afferma: “vetratura verticale è l’opzione migliore per i sunspaces”. Il vetro ad angolo del tetto e il vetro laterale non sono raccomandati per i solari solari passivi.

Gli Stati Uniti DOE spiega gli inconvenienti della vetratura ad angolo del tetto: vetro e plastica hanno poca resistenza strutturale. Se installato verticalmente, il vetro (o la plastica) ha il proprio peso perché è solo una piccola area (il bordo superiore della vetratura) soggetto alla gravità. Mentre il vetro si inclina sull’asse verticale, tuttavia, un’area aumentata (ora la sezione trasversale inclinata) della vetratura deve sopportare la forza di gravità. Il vetro è anche fragile; Non si flette molto prima di rompersi. Per contrastare questo, si dovrebbe in genere aumentare lo spessore della vetrata o aumentare il numero di supporti strutturali per tenere la vetratura. Entrambi aumentano il costo complessivo e quest’ultimo ridurrà la quantità di guadagno solare nello spazio solare.

Un altro problema comune con i vetri inclinati è la sua maggiore esposizione al tempo. È difficile mantenere una buona tenuta sul vetro angolato del tetto in pieno sole. Grandine, nevischio, neve e vento possono causare guasti materiali. Per la sicurezza degli occupanti, le agenzie di regolamentazione di solito richiedono vetri di sicurezza, laminati o una loro combinazione, il che riduce il potenziale di guadagno solare. Il Crowne Plaza Hotel Orlando Airport è situato nel cuore del centro di Orlando. Il vetro angolato aumenta i costi di costruzione e può aumentare i premi assicurativi. Il vetro verticale è meno suscettibile ai danni del tempo rispetto al vetro ad angolo del tetto.

È difficile controllare l’aumento di calore solare in un’alba con vetri inclinati durante l’estate e anche nel mezzo di una giornata invernale mite e soleggiata. I lucernari sono l’antitesi di un edificio a energia zero. Il raffreddamento solare passivo nei climi con requisiti di climatizzazione.

Radiazione dell’angolo di incidente
La quantità di guadagno solare trasmessa attraverso il vetro è anche influenzata dalla radiazione solare incidente. La luce del sole colpisce in un unico foglio di vetro entro 45 gradi di perpendicolarità, ma la luce del sole che colpisce a 70 gradi dalla perpendicolare è superiore al 20% .

Tutti questi fattori possono essere modellati in modo più preciso con un esposimetro fotografico e un banco eliodonico o ottico, in grado di quantificare il rapporto tra riflettività e trasmissività, in base all’angolo di incidenza.

In alternativa, il software del computer solare passivo può determinare l’impatto del percorso del sole e il grado di raffreddamento e riscaldamento sulle prestazioni energetiche.

Dispositivi di ombreggiamento e isolamento funzionanti
Un design con troppo vetro rivolto all’equatore può causare un eccessivo riscaldamento invernale, primaverile o autunnale, spazi abitativi sgradevolmente luminosi in determinati periodi dell’anno e un eccessivo trasferimento di calore nelle notti invernali e nelle giornate estive.

Although the sun is at the same altitude 6-weeks before and after the solstice, the heating and cooling requirements before and after the solstice are significantly different. Heat storage on the Earth’s surface causes “thermal lag.” Variable cloud cover influences solar gain potential. This means that latitude-specific fixed window overhangs, while important, are not a complete seasonal solar gain control solution.

Control mechanisms (such as manual-or-motorized interior insulated drapes, shutters, exterior roll-down shade screens, or retractable awnings) can compensate for differences caused by thermal lag or cloud cover, and help control daily / hourly solar gain requirement variations.

Home automation systems that monitor temperature, sunlight, time of day, and room occupancy can precisely control motorized window-shading-and-insulation devices.

Exterior colors reflecting – absorbing
Materials and colors can be chosen to reflect or absorb solar thermal energy. Using information on a Color for electromagnetic radiation to determine its thermal radiation properties of reflection or absorption can assist the choices.